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  北京北站原為西直門火車站,為中國著名的鐵路設計師詹天佑主持設計修建京張鐵路(北京豐臺柳村至張家口)時所建的第二座車站。車站選址於西直門西北側,臨近原高粱河倚虹堂碼頭附近。由於高梁河連線北京城牆和頤和園,根據當地流傳的都市傳說,在碼頭附近設站可方便當時的慈禧太后自頤和園水路而來上岸後可連線京張、京奉等鐵路線。  車站最初站址定於高梁橋以西的地塊,但此方案因選址離倚虹堂碼頭過近、侵犯風水為由被清廷否決。隨後詹天佑將站址東移至高梁橋以東、和西直門護城河之間的地塊。由於該地塊南北為高梁河和西直門外大街、東西為高梁橋斜街和護城河,地塊狹窄,測繪團隊最終決定將地塊以北的高梁河填平以興建站場,同時將原河道向北改道。改道後的高梁河呈“幾”字形半包圍站場,因此被稱為“轉河”或“鑽河”。  西直門車站於1905年12月開工,1906年8月竣工。當時車站設有站房、站臺、天橋、機車庫及宿舍等設施,其中站房、站臺和天橋由詹天佑親自設計:站房面積2300平方米,外立面呈長方形,位於站場東部。站房整體為西式建築風格,主入口及站臺側為三孔外券廊,主樓內部一、二層為候車大廳,主樓三層和兩側附樓和為辦公用房。屋頂設有三角屋架,並設有采光天窗。

  西直門車站於1906年10月隨京張鐵路豐臺至南口段通車而開通。車站在運營初期為客貨運車站,貨運以到達為主,為中間站,等級為頭等站。1907年京門鐵路開工,線路自車站南咽喉出岔向西。1908年9月京門支線通車,車站煤炭業務增長;1909年10月,京張鐵路全線通車,車站到發車流繼續增長。1911年,面積494平方米的西直門車站東貨場營業樓竣工投用,同年新建長377米的東月臺並將既有西月臺延長至189米。  1915年北京環城鐵路開工,西直門站興建鋼製天橋一座、禁衛軍米倉專用線一條、車輛存放場一座。環城鐵路於1916年1月1日通車,線路於車站北咽喉反向接軌。環城鐵路的通車使得西直門站成為京張、京門、環城鐵路的三線換乘站,每日大量客流在站內換乘。在車站於1916年12月27日被京綏鐵路管理局定位一等站的同時,規模受限的站場為列車到發增添了巨大的壓力。  1923年京張線鐵路向西延伸至綏遠,西直門車站改稱平綏鐵路西直門車站。在北京北站老站房上寫有:“平綏鐵路西直門車站”,是1927年到1949年使用的名字。1933、1934年又對站內設施進行小規模擴建,新建數間功能用房並對既有設施進行維護。車站於1937年已經是北京城區西北的客貨運中心,並承擔承擔地區小運轉解編作業。在此期間車站完成了站場增加股道、增建旅客天橋、擴建折返段等工程。同時因鐵路貨運的發展,西直門車站成為當時北平主要的糧食供給站,車站周邊新建了大量糧倉,形成了糧食市場的格局。  1936年末車站開始被日軍控制,初期劃歸滿鐵北支事務所管理,1939年改由新成立的華北交通管理。車站在日軍控制期間實行軍事化管理,不對普通市民開放。為方便日軍將門頭溝煤炭外運,華北交通將西直門站原有貨棧改建為煤倉同時將原有電力、訊號、軌道等設施進行升級改造。1945年日本投降後,車站由國民政府平津鐵路管理局,1946年車站擴建車房至18間。  1949年中共建政後,西直門站進一步進行了擴建。1952年車站新建至建設中中蘇展覽館的專用線以運送建築材料。此外車站的擴建工程還包括延長股道、改造牽出線、增建駝峰及折返段等專案,使得當時的西直門車站成為北京樞紐輔助性編組站,同時兼辦客貨運業務。當時車站有20股道,其中到發線7股,剩餘為調車場;西側為設有5條貨運線的貨場,同時連線13條專用線。此外當局還將車站周圍原屬不同單位管理的煤倉及糧棧劃歸國有以統一管理。  1959年車站新建了分別通往鐵科院、北方交通大學、西郊食品冷凍廠、西直門糧庫、北京木材交易中心、解放軍59731部隊的專用線。1960年和1961年又新建通往北京焊軌隊、城建物資貿易公司、京煤儲煤五廠等單位的專用線。

  1952年開工、1955年完工的豐沙鐵路分流了京包線的車流,大大減少了西直門站貨物到髮量。1958年環線鐵路西直門到東直門段被拆除;同時在周恩來《關於解決北京市城區平交道口》的指示下,京包鐵路廣安門到西直門、京門鐵路西直門到五路分別於1969年8月1日和1972年2月1日起被拆除,西直門站成為盡頭站,但仍保留南咽喉。  文革期間,西直門站在北京站和永定門站運送紅衛兵大串聯期間承擔部分北京地區旅客列車的運輸任務,為此車站將原貨房改建為臨時候車室。此外車站在備戰期間於西貨場新建70平方米的油庫和182平方米的裝卸維修班組用房一座。1973年豐臺西站改造期間部分原豐西混編列車改在西直門站解體直至1976年。同時1973年西直門車站建制撤銷,車站改由西直門車務段管理。  在1976年編制的《北京鐵路樞紐總佈置圖》中,西直門站被定為輔助客運站。從那以後,西直門火車站就成了京包鐵路的起點站,承擔京包線(北京-包頭)、京通線(北京-通遼)旅客列車的始發站和終點站。  1979年北京鐵路分局計劃對車站進行改建,計劃車站為盡頭站,在西直門立交橋西北角設站前廣場,同時貨場遷至清華園站。相關工程於1980年8月開工,但由於與北京當地規劃衝突,改建工程不久便停工。  1988年西直門火車站改名北京北站。西直門火車站在相當長的時期是北京鐵路的樞紐站。1995年原北京北站候車廳被北京市文物局定為第五批北京市文物保護單位。改革開放後,特別是京秦鐵路的通車導致北京鐵路貨運樞紐向東南偏移、北京西站的建成使得客運樞紐向西南偏移,導致北京北站的車流越來越少,僅有極個別車次在北京北到發,甚至很多人不知道西直門有火車站。

  隨著北京地區鐵路客運壓力明顯增加,原有的車站已經開始不堪重負。地方政府和鐵道部開始重視發掘北京南站和北京北站的客運潛力:在《北京城市總體規劃(2004—2020年)》中,提出建設西直門公共客運樞紐站,鐵路北京北站被定位北京鐵路樞紐內的四大主要客站,承擔西北部、北部和部分東北部方向的客運車流,貨運功能遷出。  從2005年起,北京北站西區(老車站的站臺為現在的東區)開始進行大理石高站臺改造,高度由過去的0.7米標準增加到現在的1.25米標準(與客運列車地板高度相同),並開始架設大型鋼結構無柱防雨篷,規模接近現有的北京站、北京西站,鐵路線路採用新型無縫鋼軌,使用國產II型鋼筋混凝土軌枕,代替先前使用的木枕,訊號系統改造為新型的計算機集中連鎖、自動化、智慧化控制。  2007年在原車站站場的南側、西直門外大街以北、高粱橋路以東開工建設新的主站樓,由鋼筋混凝土框架結構搭築,工程為二類高層建築,使用年限為50年。北京北站新站房比老站房向南延伸更接近西直門立交橋以及西直門交通樞紐。  原計劃於2009年1月11日即2009年春運的第一天正式投入使用的新北京北站,最終於2009年1月16日開通運營。這一天,新老站房同時運營。第二天,運營整100年的老車站站房正式退出歷史舞臺,作為文物儲存。新站房最多可同時容納5000人候車。新北京北站面積是老站的5倍。新站房日傳送旅客由原來的91萬人增加到450萬人。  2008年北京奧運開幕前夕,北京北站至北五環以內的線路進行了美化工程,並配套開行了北京市郊鐵路S2線,直達八達嶺和延慶,2011年部分列車又延長至北京市界外的沙城站。  2016年11月1日,受到京張城際鐵路施工的影響,北京北站停辦客運業務,從北京北站開出的最後一班旅客列車為滿洲里至呼和浩特的K273次。在改造期間,北京市郊鐵路S2線改由黃土店站始發終到,而普速列車則改由昌平北站始發終到。在客運停辦期間,車站繼續保留售票業務,同時候車室暫時改建為羽毛球館並對外開放營業。  2019年10月16日起,北京北站正式封站改造,售票廳、羽毛球館停止營業,西直門站地下站廳層前往北京北站廣場的通道停止通行。  2019年12月30日,配合京張城際鐵路、大張客運專線和呼張客運專線張集段通車,北京北站重新投入運營。

  

  北京北站主站房在站臺南端盡頭,呈南北縱向盡端式鐵路站場。主站房分為地上六層、地下兩層。現站房總建築面積21442平米、面寬48米、進深90米、高度31.5米。  站房北面全部採用玻璃窗設計,南面即是進站口。站房內部為地上6層,地下2層,佈局採用中央進站式。售票處位於地面;地下一層和地面各設一個候車廳,設計最高聚集人數3500人。其中一層中部候車廳通高,並在南北兩側閣樓設有商鋪,地下一層北側邊亦設定商業服務區。其餘樓層為辦公房屋。出站廳位於地下一層東西兩側。站房內部設有主題為“天地合德,百年京張”的仿石材鋁板浮雕,內刻畫有新老機車、鐵路橋隧、太陽、祥雲、和平鴿、綠水青山等元素。

  北京北站設有11個站臺、11條到發線,全部為長550米的港灣式站臺。乘客出站可由站臺直接到達地下一層。站場主體採用鋼筋混凝土框架結構,屋面被36*8梠、680*118米、總投影面積7.5萬平方米的大跨度鋼網架結構覆蓋。此外站場兩側設定3米高實體圍牆,為北京灰仿石噴塗仿古磚風格。  站線佈置

  在停運改造前,北京北站曾是京通線多數列車的始發終到站。2019年12月30日北京北站重新啟用後,北京北站開行往呼和浩特東、包頭、大同南、張家口、太子城方向的動車組列車。

  長城號內燃動車組,由慼墅堰廠製造,是北京奧運會開幕前夕配套開行的S2線市郊列車,執行在延慶站和北京北站之間,因其經過八達嶺旅遊區,俗稱“八達嶺動車組”。2011年7月1日調整後每天開行16對,全程大約執行1小時30分左右。2016年全部市郊S2列車始發終到業務搬至黃土店站。

  通過主站房門前的兩個地下通道,和地鐵轉乘大廳可以到達地下一層。地下一層與西直門交通樞紐相通,臨近北京地鐵2號線、地鐵4號線和13號線出入口。  北京北站地下一層設有通往西直門交通樞紐地下二層的扶梯通道。地下二層主要設定計程車及網約車停車場,包含落客、上客區與蓄車區。

  周邊是北京的西直門交通樞紐。有北京地鐵2號線、4號線和13號線的西直門站。  另外,還有許多公交線路的經停站與起點站、可以去頤和園、圓明園、香山。
北京北站位於北京市西城區境內,是京包客運專線京張段的終點站,承擔該線執行列車的始發終到任務。車站是北京“四主鐵路樞紐”(北京站、北京西站、北京南站和本站)之一。北京北站始建於1905年,原名西直門站,是原京張鐵路上的一個火車站,1988年1月1日更為現名。車站新站房於2009年1月投入使用,同時老站房作為文物儲存,老站房東側站臺西直門站東場現已不再使用。2016年11月1日,車站為配合京張城際鐵路的建設停辦客貨運業務,進行車站改造,2019年12月30日重新開通。