Sachverhalt:
A. Am 1. April 2004 trat das Gesetz für ein Polizei- und Justizzentrum Zürich vom 7. Juli 2003 (PJZG; LS 551.4) in Kraft. § 2 PJZG sieht vor, dass der Kanton zur Verwirklichung des Polizei- und Justizzentrums Zürich (im Folgenden: PJZ) das Areal Güterbahnhof in Zürich erwirbt und auf diesem Areal eine Neuüberbauung erstellt.
Die Baudirektion des Kantons Zürich liess einen Masterplan für das Gebiet zwischen Hohlstrasse, Hardplatz, Hardbrücke und Gleisfeld ausarbeiten (Masterplan Polizei-/Justizzentrum Zürich vom 5. Juli 2005). Dieser sieht den Ausbau der Hohlstrasse zu einem Boulevard sowie die Schaffung eines Platzes (Zypressenplatz) in der Verlängerung der Zypressenstrasse als Zugangsraum zum PJZ vor.
Gestützt auf den Masterplan setzte die Baudirektion am 15. März 2007 den kantonalen Gestaltungsplan "PJZ - Polizei- und Justizzentrum Zürich" fest, der sich allerdings nur auf das Areal Güterbahnhof erstreckt und die Grundstücke nördlich der Hohlstrasse, die sich weitgehend im Privateigentum befinden, nicht umfasst.
B. Im Jahr 2008 führten die ATEL Installationstechnik Management AG einerseits, Stadt und Kanton Zürich anderseits Gespräche über einen geeigneten Standort für ein Geschäftshaus, das die bestehenden Gebäude auf den Grundstücken Kat.-Nrn. 1643 und 6529 in Zürich-Aussersihl ersetzen sollte. Diese Grundstücke befinden sich zwischen dem vom Gestaltungsplan PJZ erfassten Areal Güterbahnhof und der Hohlstrasse im Bereich des Masterplans. Am 5. Dezember 2008 stellte die ATEL Installationstechnik Management AG ein Baugesuch für den Neubau eines Geschäftshauses mit Gastrobereich im Erdgeschoss sowie Unterniveaugarage auf den genannten Grundstücken sowie auf Kat.-Nr. 5383.
Mit Weisung vom 6. Mai 2009 beantragte der Stadtrat Zürich dem Gemeinderat, die nördliche Baulinie der Hohlstrasse zwischen der Seebahnstrasse und dem Hardplatz um 12 m nach Norden zu verschieben, wodurch der Baulinienabstand von 24 m auf 36 m vergrössert werde.
Am 19. Mai 2009 verweigerte die Bausektion der Stadt Zürich die baurechtliche Bewilligung für das Bauprojekt der ATEL Installationstechnik Management AG wegen Fehlens der planungsrechtlichen Baureife. Sie begründete dies im Wesentlichen damit, dass die Anbindung des neuen Stadtteils gemäss Masterplan von der Hohlstrasse übernommen werden solle, die zu einem Boulevard mit beidseitig durchgehenden Baumalleen und mittig gelegten Tramgleisen umgebaut werden solle. Der Masterplan sehe weiter vor, dass ein Platz den Zugangsraum des neuen PJZ und den Beginn der internen Hauptachse bilden solle. Das Neubauvorhaben komme auf eine Tiefe von 12 m in den voraussichtlich benötigten Baulinienbereich zu liegen, weshalb es nicht bewilligt werden könne.
C. Dagegen gelangte die Baugesuchstellerin - nun unter der Firma Alpiq InTec Management AG - am 29. Juni 2009 mit Rekurs an die Baurekurskommission I des Kantons Zürich. Diese lud den Kanton Zürich und die Schweizerischen Bundesbahnen SBB zum Rekursverfahren bei. Mit Entscheid vom 29. Januar 2010 wies sie den Rekurs ab.
Hiergegen erhob die Alpiq InTec Management AG am 4. März 2010 Beschwerde an das Verwaltungsgericht.
D. Am 20. September 2010 lehnte der Kantonsrat den Objektkredit für den Neubau des PJZ ab.
Daraufhin zog der Stadtrat von Zürich am 27. Oktober 2010 die Weisung vom 6. Mai 2009 betreffend Baulinien Hohlstrasse, Abschnitt Hardplatz bis Seebahnstrasse, zurück und beantragte gleichentags, der Baulinienabstand im Norden der Hohlstrasse, Abschnitt Hardplatz bis Seebahnstrasse, sei um 4 m von bisher 24 m auf 28 m zu erweitern. In der Begründung führte er aus, ein Baulinienabstand von 28 m gestatte die bessere Abdeckung der künftigen Bedürfnisse u.a. für das Tram sowie eine Veloroute; dagegen sei der ursprünglich vorgesehene Baulinienabstand von 36 m für einen Boulevard nicht mehr erforderlich, nachdem der Objektkredit für den Neubau des PJZ abgelehnt worden sei.
Am 17. Januar 2011 beschloss der Kantonsrat auf Antrag des Regierungsrats die Aufhebung des PJZG. Gegen diesen Beschluss kam das Kantonsratsreferendum zustande.
E. Am 4. Mai 2011 wies das Verwaltungsgericht die Beschwerde ab.
Dagegen erhob die Alpiq InTec Management AG am 22. August 2011 Beschwerde in öffentlich-rechtlichen Angelegenheiten beim Bundesgericht. Sie beantragt, den angefochtenen Entscheid aufzuheben und die Sache an die Bausektion des Stadtrates der Stadt Zürich zum Neuentscheid im Sinne der Erwägungen zurückzuweisen.
F. Die SBB und die Baudirektion des Kantons Zürich beantragen, die Beschwerde sei abzuweisen und der Bauentscheid vom 19. Mai 2009 zu bestätigen. Die Stadt Zürich und das Baurekursgericht schliessen auf Abweisung der Beschwerde. Das Verwaltungsgericht beantragt, die Beschwerde sei abzuweisen, soweit darauf einzutreten sei.
Im weiteren Schriftenwechsel halten die Beteiligten an ihrer Anträgen fest.
G. In der Abstimmung vom 4. September 2011 lehnte das Zürcher Stimmvolk die Aufhebung des PJZG ab.
Am 11. Januar 2012 folgte der Gemeinderat der Stadt Zürich dem Antrag des Stadtrats vom 27. Oktober 2010 und setzte die Baulinien an der Hohlstrasse im Abschnitt Hardplatz bis Seebahnstrasse in einem Abstand von 28 m (statt bisher 24 m) fest.

Erwägungen:
1. Da alle Sachurteilsvoraussetzungen vorliegen, ist auf die Beschwerde einzutreten.
Mit der Beschwerde in öffentlich-rechtlichen Angelegenheiten kann insbesondere die Verletzung von Bundesrecht gerügt werden (<ref-law>). Die Verletzung von kantonalem Recht wird vom Bundesgericht (von hier nicht einschlägigen Ausnahmen abgesehen) nur unter dem Blickwinkel des Verfassungsrechts und namentlich des Willkürverbots überprüft. Dabei gelten das Rügeprinzip (<ref-law>) und qualifizierte Begründungsanforderungen (<ref-ruling> E. 1.4.2 S. 254 mit Hinweisen).
Das Bundesgericht ist an den von der Vorinstanz festgestellten Sachverhalt gebunden, soweit dieser nicht offensichtlich unrichtig ist oder auf einer Rechtsverletzung im Sinne von <ref-law> beruht (Art. 105 und Art. 97 Abs. 1 BGG). Neue Tatsachen und Beweismittel können nur so weit vorgebracht werden, als erst der Entscheid der Vorinstanz dazu Anlass gibt (<ref-law>).
2. Das Baurekursgericht hatte die baurechtliche Bewilligung gestützt auf § 264 des Zürcher Planungs- und Baugesetzes vom 7. September 1975 (PBG) verweigert, wonach der Abstand von Gebäuden gegenüber Verkehrsanlagen in erster Linie durch die bestehenden oder voraussichtlich nötigen Verkehrsbaulinien bestimmt wird.
Das Verwaltungsgericht liess die Anwendbarkeit von § 264 PBG offen, weil auch die (strengeren) Voraussetzungen für die Verweigerung der Baubewilligung mangels planungsrechtlicher Baureife nach §§ 233 ff. PBG erfüllt seinen.
Diese Bestimmungen lauten:
Baureife
§ 233 PBG Grundsatz
1. Bauten und Anlagen dürfen nur auf Grundstücken erstellt werden, die baureif sind oder deren Baureife auf die Fertigstellung oder, wo die Verhältnisse es erfordern, bereits auf den Baubeginn hin gesichert ist.
2. [...]
§ 234 PBG Begriff
Baureif ist ein Grundstück, wenn es erschlossen ist und wenn durch die bauliche Massnahme keine noch fehlende oder durch den Gemeinderat beantragte planungsrechtliche Festlegung nachteilig beeinflusst wird.
§ 235 PBG Planungsrechtliche Baureife im Besonderen
Planungsrechtliche Festlegungen, deren Fehlen einem Bauvorhaben entgegengehalten wird, sind innert längstens drei Jahren zu erlassen. Nach Ablauf dieser Frist darf die fehlende planungsrechtliche Baureife nur noch geltend gemacht werden, soweit die rechtzeitig erlassene Festlegung wegen Rechtsmitteln noch nicht in Kraft gesetzt werden kann.
3. Umstritten ist vor allem, welcher Planungsstand für die Anwendung von § 234 PBG massgeblich war bzw. ist.
3.1 Die Beschwerdeführerin bestreitet nicht (mehr), dass zum Zeitpunkt der Verfügung der Bausektion der Baulinienantrag des Stadtrats vom 6. Mai 2009 massgeblich war und dieser der Bewilligung des Baugesuchs gemäss § 234 PBG entgegenstand. Gleiches galt beim Entscheid des Baurekursgerichts.
Sie ist jedoch der Auffassung, dass die während des verwaltungsgerichtlichen Verfahrens eingetretene Änderung der Baulinienplanung zu ihren Gunsten, nicht aber zu ihren Lasten, berücksichtigt werden müsse. Sie macht geltend, nach der bundesgerichtlichen Rechtsprechung seien Rechtsänderungen zulasten des Baugesuchstellers im Rechtsmittelverfahren nur aus zwingenden Gründen der öffentlichen Ordnung oder zur Durchsetzung erheblicher öffentlicher Interessen zu berücksichtigen; dagegen seien Änderungen zugunsten des Gesuchstellers grundsätzlich beachtlich (<ref-ruling> E. 7c S. 315 f. mit Hinweisen). Zu beachten sei somit nur der am 27. Oktober 2010 erfolgte Rückzug der Weisung vom 6. Mai 2009, nicht aber der gleichentags gestellte neue Antrag des Stadtrats auf Erweiterung der Baulinien an der Hohlstrasse.
3.2 Das Verwaltungsgericht ging dagegen davon aus, dass bei der Anwendung von § 234 PBG grundsätzlich auch jene planungsrechtlichen Festlegungen zu beachten seien, die während des Rechtsmittelverfahrens beantragt, aber noch nicht rechtskräftig festgelegt worden seien; jedoch müsse durch eine Interessenabwägung im Einzelfall geprüft werden, ob dem Schutz der neuen Planung oder dem Vertrauen des Baugesuchstellers in die Beständigkeit der noch geltenden planungsrechtlichen Grundlagen der Vorzug gebühre.
Vorliegend habe dem Bauprojekt der Beschwerdeführerin aufgrund der Baulinienvorlage vom 6. Mai 2009 die planungsrechtliche Baureife abgesprochen werden dürfen. Daran habe der Rückzug dieser Vorlage und die neue Weisung vom 27. Oktober 2010 nichts geändert. Beide Vorlagen dürften nämlich nicht isoliert betrachtet werden. Die Rechtfertigung für die neue Vorlage (Sicherung des Trassees der projektierten Tramlinie 1, der Veloroute gemäss Richtplan sowie des Raums für normgerecht ausgestattete Haltestellenbereiche und gesicherte Fussgängerübergänge) habe schon zu den Begründungselementen für die frühere Vorlage gehört; weggefallen sei dagegen das Projekt eines Ausbaus der Hohlstrasse zum Boulevard. Somit liege eine Reduktion der früheren Vorlage um jene Elemente vor, die aufgrund der Ablehnung des Objektkredits für das PJZ nicht mehr realisierbar erschienen. Es handle sich materiell um eine Anpassung der Baulinienplanung, welche die Beschwerdeführerin weniger schwer treffe, weil die Baulinie nur noch um 4 m (statt um 12 m) von der heutigen Baulinie weg in die Grundstücke der Beschwerdeführerin hinein verschoben werden solle. Weil die während des Rechtsmittelverfahrens eingetretene Änderung des Planungsstands die Beschwerdeführerin nicht zusätzlich belaste, sei ihre Berücksichtigung im vorliegenden Entscheid nicht von einer Interessenabwägung abhängig zu machen.
Im Übrigen würde, selbst wenn eine Interessenabwägung vorzunehmen wäre, das Interesse an der Sicherung der aktuellen Baulinienvorlage überwiegen.
4. Diese Erwägungen sind aus verfassungsrechtlicher Sicht nicht zu beanstanden:
4.1 Der Rückzug der ersten Baulinienvorlage und der neue Antrag erfolgten durch zwei sich unmittelbar folgende Stadtratsbeschlüsse (StRB 1759 und 1760 ) vom selben Tag. Die Beschlüsse sind mit einer im Wesentlichen wörtlich übereinstimmenden Begründung versehen und nehmen auf den jeweils anderen Bezug: In beiden wird dargelegt, dass nach Ablehnung des Objektkredits für das PJZ der ursprünglich vorgesehene Baulinienabstand von 36 m für einen Boulevard nicht mehr erforderlich sei; hingegen bleibe eine angemessene Sicherung des Strassenraums notwendig; hierfür genüge die Erweiterung des Baulinienabstands von 24 m auf 28 m.
Daraus lässt sich entnehmen, dass der Stadtrat zu keinem Zeitpunkt auf die geplante Erweiterung der Baulinien der Hohlstrasse ganz verzichten wollte. Vielmehr ging es ihm am 27. Oktober 2010 lediglich darum, die Konsequenzen aus der Ablehnung des PJZ-Kredits und dem damit verbundenen (zumindest vorübergehenden) Verzicht auf den Ausbau der Hohlstrasse zu einem Boulevard zu ziehen. Anstatt zwei getrennte Beschlüsse zu fassen, hätte er genauso gut einen einzigen Beschluss mit dem Rückzug als Disp.-Ziff. 1 und dem neuen Antrag als Disp.-Ziff. 2 fassen oder aber einen Änderungsantrag stellen können.
Unter diesen Umständen wäre es überzogen formalistisch und würde den Intentionen des Stadtrats offensichtlich widersprechen, den Rückzug und den neuen Baulinienantrag als selbstständige, isolierte Beschlüsse zu betrachten.
4.2 Müssen beide Beschlüsse vom 27. Oktober 2010 somit als Einheit betrachtet werden, so ist mit dem Verwaltungsgericht von einer Anpassung der bisherigen Baulinienvorlage im Sinne einer Reduktion der Baulinienverschiebung (von 12 m auf 4 m) bzw. des Baulinienabstands (von 36 m auf 28 m) auszugehen. Dadurch wird das Grundeigentum der Beschwerdeführerin weniger in Anspruch genommen als ursprünglich beabsichtigt, weshalb es sich grundsätzlich um eine Änderung zugunsten der Beschwerdeführerin handelt. Dies gilt unabhängig von der Schwere des noch verbleibenden Eingriffs in das Grundeigentum.
Allerdings ändert dies nichts an der Beurteilung des Baugesuchs der Beschwerdeführerin: Dieses widerspricht weiterhin der Baulinienplanung des Stadtrats, weshalb das Verwaltungsgericht - trotz der zwischenzeitlich eingetretenen Planungsänderung - die Baureife nach § 234 PBG verneinen durfte.
Unter diesen Umständen spielt es im Ergebnis keine Rolle, ob man auf den Planungsstand zum Zeitpunkt des Entscheids der Bausektion und des Baurekursgerichts abstellt oder den neuen, zum Zeitpunkt des verwaltungsgerichtlichen Entscheids geltenden Stand der Planung für massgeblich erachtet: In beiden Konstellationen ist die Baureife nach § 234 PBG zu verneinen.
Es bedarf deshalb keiner Auseinandersetzung mit den weiteren in der Beschwerdeschrift aufgeworfenen intertemporalrechtlichen Fragen.
5. Die Beschwerdeführerin rügt weiter eine Verletzung der Eigentumsgarantie, des Legalitäts- und des Verhältnismässigkeitsprinzips sowie des Vertrauensschutzes (<ref-law> i.V.m. <ref-law> sowie Art. 5 und 9 BV). Aufgrund der geringen Bautiefe des Grundstücks stelle bereits eine Baulinie mit 4 m Tiefe einen unverhältnismässig grossen Verlust von Bauausnutzung dar. Gleichzeitig sei absehbar, dass wegen der Reduktion der Baulinienfläche ein allfälliger Anspruch auf Entschädigung wegen materieller Enteignung schwer durchsetzbar sein werde. Der Stadtrat berufe sich zur Begründung seines Baulinienantrags auf unklare und beliebig aufgezählte planerische Interessen. Unter diesen Umständen sei die Eigentumsbeschränkung für die Beschwerdeführerin unzumutbar und unverhältnismässig.
5.1 Die Versagung der Baubewilligung berührt die Eigentumsgarantie (<ref-law>). Einschränkungen von Grundrechten bedürfen einer gesetzlichen Grundlage, müssen durch ein öffentliches Interesse oder durch den Schutz von Grundrechten Dritter gerechtfertigt und verhältnismässig sein (Art. 36 Abs. 1-3 BV).
5.2 Die Verweigerung der Baubewilligung stützt sich auf § 234 PBG, d.h. auf ein formelles Gesetz.
Diese Bestimmung bezweckt gleich wie die in Art. 27 RPG vorgesehene Planungszone die Sicherung der Entscheidungsfreiheit der Planungsbehörden, indem sie Vorhaben einstweilen untersagt, welche beabsichtigte neue planerische Festlegungen negativ beeinflussen. Künftigen Planfestsetzungen wird auf diese Weise eine sogenannte negative Vorwirkung zuerkannt, indem Bauten nur noch bewilligt werden, wenn sie die vorgesehene planerische Neuordnung nicht beeinträchtigen. Diese Regelung dient der Verwirklichung des verfassungsrechtlichen Auftrags der Raumplanung (<ref-law>) und kann sich daher auf ein bedeutendes öffentliches Interesse stützen (BGE 118 Ia 510 E. 4d S. 513 f.).
Die Plansicherungsmassnahmen bewirken jedoch zugleich Eigentumsbeschränkungen, die nur bei Wahrung der Verhältnismässigkeit zulässig sind. Im Blick darauf wird die zeitliche Dauer der negativen Vorwirkung in § 235 PBG grundsätzlich auf drei Jahre beschränkt. Zudem verlangt das Verwaltungsgericht Zürich in ständiger Praxis, dass die von der Gemeinde beantragte Planänderung hinreichend konkretisiert sein und ernsthafte Realisierungschancen haben müsse (vgl. E. 4.1 des angefochtenen Entscheids mit Hinweisen).
5.3 Vorliegend geht es um die vom Stadtrat beantragte Erweiterung des Baulinienabstands und damit des Strassenraums der Hohlstrasse. Dass es sich um eine ernsthafte Planung mit guten Realisierungschancen handelte, belegt die zwischenzeitlich (am 11. Januar 2012) erfolgte Annahme der Vorlage durch den Gemeinderat. Die Baulinienfestsetzung erfolgte innert der Frist von § 235 PBG, und zwar unabhängig davon, ob auf den ursprünglichen Antrag des Stadtrats vom 6. Mai 2009 oder auf den reduzierten Antrag vom 27. Oktober 2010 abgestellt wird.
Der Stadtrat begründete seinen Antrag mit dem Bedürfnis der Sicherung des zukünftig notwendigen Strassenraums der Hohlstrasse, insbesondere für die Errichtung normgerechter Haltestellen und Fussgängerübergänge, die Erstellung einer Veloroute und die Sicherung des künftigen Trassees des Trams 1. Dabei handelt es sich grundsätzlich um legitime öffentliche Interessen. Eine Detailprüfung der Baulinienfestsetzung und ihrer Vereinbarkeit mit der Eigentumsgarantie ist allerdings im vorliegenden Verfahren nicht vorzunehmen. Die Beschwerdeführerin hat vielmehr die Möglichkeit, Rechtsmittel gegen die neue Baulinienfestsetzung zu ergreifen und in jenem Verfahren ihre Einwände vorzubringen.
Gleiches gilt für die Frage, ob die Beschwerdeführerin Anspruch auf eine Entschädigung wegen materieller Enteignung hat. Dies wird erst zu prüfen sein, wenn die neue Baulinienfestsetzung rechtskräftig geworden ist und keine gütliche Einigung zwischen den Parteien erzielt werden kann.
6. Nach dem Gesagten verletzt der angefochtene Entscheid weder die Eigentumsgarantie noch die übrigen von der Beschwerdeführerin angerufenen Grundrechte und Verfassungsprinzipien. Die Beschwerde ist daher abzuweisen. Bei diesem Ausgang des Verfahrens wird die Beschwerdeführerin kostenpflichtig (<ref-law>).
6.1 Bund, Kantonen und Gemeinden sowie mit öffentlich-rechtlichen Aufgaben betrauten Organisationen wird in der Regel keine Parteientschädigung zugesprochen, wenn sie in ihrem amtlichen Wirkungskreis obsiegen (<ref-law>).
Vorliegend obsiegt die Stadt Zürich in ihrer Eigenschaft als Baubewilligungsbehörde. Sie hat daher keinen Anspruch auf eine Parteientschädigung für das bundesgerichtliche Verfahren.
Der Kanton Zürich hat sich am Verfahren in seiner Eigenschaft als Bauherr des PJZ-Projekts beteiligt. Dabei handelt es sich um ein Kompetenzzentrum für die Bekämpfung der Kriminalität, das die heute auf über 30 Standorte verteilte Kantonspolizei mit dem Polizeigefängnis sowie den Strafverfolgungsbehörden und dem neuen Bezirksgefängnis Zürich II zusammenführen soll. Das Bauvorhaben dient damit öffentlichen Zwecken. Der Kanton ist daher ebenfalls in seinem amtlichen Wirkungskreis am Verfahren beteiligt und hat demnach keinen Anspruch auf eine Parteientschädigung.
Gleiches gilt für die SBB, soweit sich diese auf die fehlende Zustimmung gemäss Art. 18m Abs. 1 des Eisenbahngesetzs vom 20. Dezember 1957 (EBG; SR 742.101) berufen.
6.2 Im Übrigen haben weder der Kanton noch die SBB einen externen Anwalt in Anspruch genommen, sondern die Rechtsschriften durch das Hochbauamt bzw. ihren Rechtsdienst verfassen lassen.
Nach der bundesgerichtlichen Praxis (vgl. Urteil 2C_807/2008 vom 19. Juni 2009 E. 4.3 mit Hinweisen) wird der nicht anwaltlich vertreten bzw. in eigener Sache prozessierenden Partei nur ausnahmsweise eine Parteientschädigung zugesprochen, wenn es sich um eine komplexe Sache mit hohem Streitwert handelt und die Interessenwahrung einen hohen Arbeitsaufwand notwendig macht, der den Rahmen dessen überschreitet, was der Einzelne üblicher- und zumutbarerweise nebenbei zur Besorgung der persönlichen Angelegenheiten auf sich zu nehmen hat (vgl. <ref-ruling> E. 5b S. 519 f. mit Hinweisen).
Vorliegend sind diese Kriterien für das Verfahren vor Bundesgericht (über dessen Kosten einzig zu entscheiden ist) nicht erfüllt. Auch aus diesem Grund sind keine Parteientschädigungen zuzusprechen.

Demnach erkennt das Bundesgericht:
1. Die Beschwerde wird abgewiesen.
2. Die Gerichtskosten von Fr. 4'000.-- werden der Beschwerdeführerin auferlegt.
3. Es werden keine Parteientschädigungen zugesprochen.
4. Dieses Urteil wird der Beschwerdeführerin, den Schweizerischen Bundesbahnen SBB, dem Kanton Zürich, der Stadt Zürich, Bausektion des Stadtrates, dem Baurekursgericht und dem Verwaltungsgericht des Kantons Zürich, 1. Abteilung, 1. Kammer, schriftlich mitgeteilt.
Lausanne, 5. April 2012
Im Namen der I. öffentlich-rechtlichen Abteilung
des Schweizerischen Bundesgerichts
Das präsidierende Mitglied: Aemisegger
Die Gerichtsschreiberin: Gerber