随着经济发展、社会进步及城镇化进程的加快,越来越多的大中城市面临交通压力。为了缓解交通压力,地铁建设已得到越来越多的国内城市的青睐,最近十几年来,我国地铁工程蓬勃发展,目前全国已有30多个城市开通地铁,并有50多个城市规划建设地铁。随着我国地铁井喷式的发展,国内地铁建设的地点也由南方城市逐渐北移,尤其是地处严寒地区的北方城市,如哈尔滨、沈阳、长春等城市地铁相继开通。北方城市的气候特点往往是冬季严寒而漫长,最冷月平均气温可低于-10℃,地铁车站温度过低,不仅使乘客及站务人员感觉不舒适,还造成部分阀门、管道冻结,甚至影响到地铁的正常、安全运营。因此,北方地区尤其是严寒地区冬季地铁车站热环境也得到行业内越来越多的关注,是有待于深入研究解决的问题。本文对西安地铁2号线、兰州地铁1号线的车站、区间冬季热环境及活塞风效应进行现场实测,得到第一手详实资料,并以西安2号线为例,利用IDA tunnel建立整条地铁线路模型,分析了车站热环境及活塞风效应。基于我国北方地区主要地铁城市的气候条件,采用正交实验方法,得出了冬季地铁车站热环境的主要影响因素。按照当地年平均气温(土壤恒温层温度)及冬季室外通风计算温度(累年最冷月平均气温),将运行初期北方地区典型城市冬季热环境控制划分三个区域:I区Tsiol>12℃,Twv>-3.6℃;II区9℃≤Tsiol<12℃,Twv>-7.9℃;III区Tsiol<9℃,Twv<-7.9℃。基于典型的单洞单线行车模式,提出了周期性行车模式下隧道内活塞风速计算关联式。针对标准双层岛式车站,研究了活塞风对地铁车站的影响特性,揭示了相关因素,如活塞风随行车周期、站台门上方风口面积、活塞风阀开度、迂回风道设置,对车站环境的影响及变化特性。对各影响因素进行显著性分析,提出了车站出入口通道、站台门进风量与行车周期、站台门上风口面积、迂回风道设置及活塞风风阀开度的关联式。最后,提出了一种出入口无组织进风控制装置,以及严寒地区地铁区间废热利用系统,提出改善车站冬季热环境的主要技术措施,并分别选择II区和III区内的典型城市,分析地铁车站运行初、近、远期地铁车站冬季热环境,给出其冬季环控系统整体运行方案,可供北方地区地铁工程运行参考。