据预计，2010年来沪参观世博会的游客中将有三分之一通过铁路出行，这意味着今年铁路旅客发送量将翻一番。面对如此巨大的客流量，已经运营了22年的上海新客站各项客运设施就显得陈旧落后了。为了满足世博接待的需要，2009年2月开始，上海站进行了包括北站房改造、站台无柱雨棚改建、南站房客运设施改造在内的站区改造工程。整个改造工程基于把最多的空间让给旅客，把最多的便利提供给旅客的理念，从设计、施工到完成效果都充分考虑到人性化、便捷化。如上海站北站房，为了达到旅客进站“南北分流”，改善车站南广场“人满为患”的局面，在改造中扩大了站房面积，相对于原址，改建后北站房向东西两侧各延伸60 米，向北延伸25米，总体呈“一”字形布局，面积由原先的1000平方米扩大到15560平方米。建筑同南站房宽度一致，东西两侧加建廊道与既有高架候车厅相连。进站广厅通过自动扶梯、楼梯在二层与上海站既有中廊道相连接，形成统一整体。地上分二层。一层为售票大厅，设人工售票窗口10个，自动售票窗口 14个，并预留5个窗口备用。二层为软席候车室。各类导向标识和信息查询系统也一应俱全。
上海站无柱雨棚改建则体现了世界先进的建筑模式，其最大的亮点在于采用了目前世界上应用最为广泛的“三跨一悬挑”形式，相对于原先车站已经受20年风吹雨淋的旧雨棚，新的无柱雨棚横跨7个站台面，总宽135.15米，最高达18米，覆盖面积达53145平方米，建成后整个无柱雨棚的造型就如起伏的波浪，美观大气。整个工程预计在2010年春运前完工，届时，进出上海站的旅客就能感受到全新站台的光亮通透。
同时，南站房也将“焕然一新”，主站屋将全部采用玻璃幕墙，东西两个行包房北立面全部翻新，墙面上部重新粉刷，而4米以下将全部更换成石材幕墙。贵宾室明年3月前实现彻底翻新，改造后层高将达到5.5米以上。地道、廊道原来的水磨石地面将全部换成大理石防滑地面，东西两个出口处的房屋布局将重新归整，一扫视觉零乱的局面。
客运设施方面，新建高架候车室与站台间自动扶梯11部，改造垂直电梯6部，增设出站地道自动扶梯6部。既有信息系统中的旅客引导系统、资讯系统、旅客查询系统、到发告示系统同步扩容改造，仅新增各类资讯显示终端就达36套，多媒体查询终端6套，为上海站客运服务实现信息化创造条件。
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