公共交通工具舒適度及評價技術(shù)

黃慧隆，江華洲，邱永祥，趙靜，劉佳斌，田源

(中國鐵道科學研究院節(jié)能環(huán)保勞衛(wèi)研究所，北京 100081)

乘客對公共交通工具的需求觀趨于多樣化，提高車內(nèi)舒適度，使鐵路運輸更具吸引力十分必要。本文通過對各類公共交通工具舒適度及其評價技術(shù)進行文獻綜述，分析以往研究存在的問題，確定高速鐵路動車組環(huán)境質(zhì)量和舒適度評價的重點方向，進一步提升動車組設(shè)計水平和客運服務(wù)質(zhì)量。

1 研究現(xiàn)狀

1．1 民航飛機

現(xiàn)代民航飛機向低耗能、高舒適度、高安全性方向發(fā)展，飛機研發(fā)、設(shè)計、市場競爭等各個環(huán)節(jié)都體現(xiàn)出以人為本的設(shè)計理念。影響飛機座艙舒適度因素包括空氣質(zhì)量(一氧化碳、臭氧、各種有機物及生物病毒等)、熱環(huán)境(溫度、濕度、風速)、座艙壓力、振動、噪聲、燈光照明、空間布局、微波輻射等，上述因素的綜合作用影響飛機座艙舒適感。

國外針對民用飛機座艙舒適度研究主要涉及座艙濕度研究、氣流組織研究、座艙壓力控制研究、空氣質(zhì)量、座艙降噪技術(shù)研究［1］。國內(nèi)也開展了部分舒適度研究工作，但是在整艙綜合舒適度研究方面基本尚未開展。

1．2 公路交通

公路交通由于乘客活動空間有限，乘客長時間坐在座位上，座椅舒適度是影響旅客乘坐舒適度的重要因素。座椅腰托的位置和形狀，座位空間、靠背的寬度和高度等在減少人體疲勞方面均具有重要意義。座椅的舒適性還應(yīng)注重其調(diào)節(jié)功能［2］。

座椅舒適度的評價通過主觀問卷調(diào)查篩選出汽車舒適度影響因素，在此基礎(chǔ)上進行客觀指標測量、實車實驗、建立數(shù)學模型分析各影響因素間相互關(guān)系，并就各因素對舒適度的影響程度進行分析，繼而建立舒適度評價指標體系。從座椅設(shè)計、改善的角度出發(fā)，構(gòu)建定量模型是減輕乃至消除座椅不舒適度、預測座椅舒適度最理想和實用的方法。利用模糊理論建立的模型、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型、線性模型等能有效地確定各因素影響程度大小，準確地評價及預測座椅的舒適度，并在座椅的舒適度改進、設(shè)計中發(fā)揮重要作用。

1．3 地鐵

地鐵旅客乘坐舒適度評價主要應(yīng)用perling平穩(wěn)性指標和UIC 513國際標準的舒適度指標進行綜合評價［3］。舒適度與平穩(wěn)性的在線實驗和計算分析表明兩者均能客觀反映車輛振動性能及乘坐舒適度。舒適度指標更適合于評價旅客乘坐舒適度，而perling平穩(wěn)性指標評價較適合于評價車輛自身的動力性能。

1．4 船舶

船舶舒適度的研究內(nèi)容主要涉及熱環(huán)境、噪聲和振動等。有研究通過對實船熱環(huán)境的測試和船員對熱環(huán)境的主觀評價的分析統(tǒng)計和船員對船舶艙室內(nèi)熱環(huán)境的滿意度調(diào)查，探討普通建筑熱環(huán)境評價上使用廣泛的PMV熱舒適度模型在船舶艙室熱環(huán)境評價中的適用性［4］，給出針對不同的活動狀態(tài)下修正后的PMV方程，該方程能夠體現(xiàn)大部分船員在微小環(huán)境內(nèi)的熱感覺和客觀評價熱環(huán)境控制效果。還有研究將船艙熱舒適度評價應(yīng)用到船舶空調(diào)的設(shè)計過程中［5］。新版的ISO6954對影響船舶乘坐舒適度的噪聲和振動作了新的規(guī)定，未來將會制定涉及船上噪聲和振動更為復雜的規(guī)定［6］。

1．5 鐵路

鐵路舒適度研究內(nèi)容較為廣泛，涵蓋了空氣環(huán)境和品質(zhì)、噪聲、振動、隧道舜變壓力和座椅設(shè)計等方面。

1．5．1 空氣環(huán)境和品質(zhì)

空氣質(zhì)量與乘客主觀舒適度的關(guān)系研究表明新風量＜20 m3/(h·人)時乘客更容易感覺到異味和空氣不新鮮，車廂的舒適度降低，新風在改善鐵路空調(diào)列車的空氣質(zhì)量方面起到關(guān)鍵作用［7］?？諝釩O2不達標時乘客感覺悶的可能性較大，舒適度降低，適當?shù)卦黾有嘛L量能減小室內(nèi)CO2濃度，改善室內(nèi)空氣品質(zhì)［8］。針對熱舒適感、空氣品質(zhì)、氣味的調(diào)查表明大部分乘客對目前鐵路列車的空調(diào)效果較為滿意［9］。

1．5．2 物理刺激

針對噪聲、振動和隧道瞬變壓力等物理刺激因素與舒適度之間關(guān)系的研究較多。張偉等［10］采用聲品質(zhì)客觀評價方法對不同運行速度下車內(nèi)噪聲的聲品質(zhì)變化規(guī)律進行分析，結(jié)果表明:司機室的噪聲問題最為突出，尤其是作為頭車時;應(yīng)用聲品質(zhì)響度評價方法對高速列車車內(nèi)噪聲環(huán)境進行評價，結(jié)果提示:為滿足人類聽覺舒適度的要求，有必要進一步改進車內(nèi)噪聲環(huán)境。尤其是頭車的司機室內(nèi)的噪聲環(huán)境更有待改進，以滿足工作人員聽覺舒適度要求，繼而保護勞動者健康和行車安全。

國際鐵路聯(lián)盟于1994年頒布了UIC513《鐵路車輛內(nèi)旅客振動舒適度評價標準》，我國2010年由鐵科院和北京理工大學起草頒布了GB/T 13670—2010《機械振動鐵道車輛內(nèi)乘客和乘務(wù)員暴露于全身振動的測量與分析》。上海鐵路局參照 UIC513和 GB/T13670—2010設(shè)計了基于ADXL345的鐵路列車振動舒適度檢測與評價系統(tǒng)［11］。依據(jù)UIC 513對現(xiàn)有高速動車組振動舒適度指標進行計算分析，結(jié)果表明:現(xiàn)有高速動車組振動舒適度指標均符合標準舒適度要求。但比較分析結(jié)果提示車廂內(nèi)地板的舒適度較好，司機室地板的舒適度尚不理想。司機室地板振動舒適度主要受到通過隧道和會車的空氣壓力影響，改進頭型和地板隔振材料的設(shè)計可以提高司機室的振動舒適度。

1．5．3 座椅設(shè)計

高速鐵路發(fā)達的日本、法國、德國等國家均開展了諸多高速列車座椅設(shè)計研究。姿勢、體壓和彈性試驗研究是日本座椅尺度評價的主要依據(jù)，法、德等歐洲國家高速列車設(shè)計則更注重滿足旅客需求［12］。應(yīng)用有限元分析法對座椅尺度與功能的統(tǒng)一進行研究，對座椅功能和配件設(shè)計進行了改進，如頭枕、靠背角度調(diào)節(jié)、扶手、腳踏配備設(shè)計等。我國高速列車座椅設(shè)計起步較晚，國內(nèi)不少學者開展了基于人體骨骼形狀、生理和行為反應(yīng)的實驗，但座椅尺度評價研究仍局限于醫(yī)學與人機學理論。

1．5．4 舒適度評價

國內(nèi)外眾多學者建立了不同的數(shù)學模型，研究高速鐵路運行中乘客的舒適度問題。以振動和線路為中心的模型包括車輛垂向振動模型、車輛垂向剛?cè)狁詈蟿恿W模型、人體—車輛模型、多自由度人體與柔性車體的系統(tǒng)動力模型、人—鋪—車振動系統(tǒng)空間垂向耦合模型、人體—車輛系統(tǒng)運動方程、考慮人體參振的高速鐵路人車系統(tǒng)動力模型、以車輛—線路動力相互作用理論為基礎(chǔ)的高速鐵路線路線形動力仿真系統(tǒng)，根據(jù)線路設(shè)計參數(shù)進行舒適度評價。此外，還有研究運用數(shù)值模擬方法，對列車車廂空調(diào)各種氣流組織方式進行模擬，并對其舒適度及經(jīng)濟性進行評價。高速列車旅行環(huán)境舒適度評價模型研究［13］對CRH380A、 CRH380AL、 CRH380BL、 CRH2C、CRH3C五種車型近30個車次的6 000多名乘客進行了旅行環(huán)境舒適度問卷調(diào)查，采用因子分析和層次分析方法構(gòu)建了高速列車旅行環(huán)境舒適度評價模型。

2 存在問題

旅客旅行舒適度的需求分析［14］表明影響旅客舒適度的主要因素有人均占用面積、旅行時間、站車環(huán)境、運行平穩(wěn)度和客運服務(wù)水平。目前民航飛機、地鐵、船舶等對乘坐舒適度的綜合評價分析研究較少，有關(guān)鐵路旅客旅行舒適度的研究大部分針對某一因素與舒適度及評價進行單項研究，且多數(shù)局限于振動舒適度和空氣品質(zhì)方面。綜合分析各有關(guān)因素對舒適度影響的研究較少，且不全面。舒適度評價模型研究方面主要考慮旅客主觀感受，還應(yīng)綜合考慮客觀指標。

3 高速鐵路環(huán)境舒適度研究方向

乘客乘坐列車的舒適程度取決于生理、心理兩方面。從對旅行舒適環(huán)境質(zhì)量產(chǎn)生重要影響的客車熱環(huán)境、空氣品質(zhì)、空氣壓力、噪聲、振動、氣流組織、乘座設(shè)施、衛(wèi)生設(shè)施、車內(nèi)環(huán)境感受等旅行環(huán)境品質(zhì)要素對乘客進行調(diào)查，研究分析我國公民乘坐高鐵動車組環(huán)境舒適度需求。建立高速鐵路環(huán)境舒適度綜合評價模型，結(jié)合實車測試數(shù)據(jù)，按照重要性排序依次提出列車舒適度的優(yōu)化方案，以滿足廣大乘客對乘車環(huán)境舒適度的需求。

4 結(jié)束語

根據(jù)乘客的需求進行舒適度評價指標的研究可在既有車輛改進、開發(fā)新型車輛和提高舒適度方案選擇中發(fā)揮重要作用。本文從旅客需求、生理、心理、行為與空間等角度，對各公共交通工具環(huán)境質(zhì)量和舒適度影響因素及相關(guān)理論的現(xiàn)有研究方法和研究成果進行梳理和總結(jié)。分析以往研究的不足和缺憾，確定高速鐵路動車組環(huán)境質(zhì)量和舒適度評價的重點方向。在未來的研究中應(yīng)以舒適度評價模型為基礎(chǔ)，結(jié)合車廂環(huán)境測試及設(shè)施測量等客觀指標，進一步提出高速列車環(huán)境舒適的具體參數(shù)、指標，為客車設(shè)計提供理論基礎(chǔ)和改進方向。

［1］ 袁領(lǐng)雙，龐麗萍，王浚．大型客機座艙舒適度發(fā)展分析［J］．航空制造技術(shù)，2011(13):64-67．

［2］ 馬佳，范智生，阮瑩，等．汽車座椅舒適度研究綜述［J］．上海汽車，2008(1):24-27．

［3］ 朱劍月，朱良光，周勁松，等．地鐵車輛運行舒適度與平穩(wěn)性評價［J］．城市軌道交通研究，2009(6):28-31．

［4］ 王世忠．PMV熱舒適性模型在船舶艙室熱環(huán)境評價中的應(yīng)用［J］．艦船科學技術(shù)，2012，34(8):127-136．

［5］ 邢娜，劉紅敏．熱舒適指標在船舶空調(diào)中的應(yīng)用［J］．造船技術(shù)，2007(3):32-34．

［6］ 高廣卿．舒適度標準的改進［J］．船艇，2006，257:36-40．

［7］ 吳金洪．鐵路客車空調(diào)新風量的確定及控制［J］．浙江師范大學學報(自然科學版)，2005，28(4):397．

［8］ 王蕾．室內(nèi)空氣品質(zhì)與新風量關(guān)系的模擬研究與探討［J］．四川建材，2010，36(2):261．

［9］ 張桂榮，段煥林，郝長生．列車提速后空調(diào)舒適度調(diào)查與分析［J］．中國鐵路，2008(7):54-56．

［10］ 張偉，陳光雄，肖新標，等．高速列車車內(nèi)噪聲聲品質(zhì)客觀評價分析［J］．鐵道學報，2011，2(33):13-19．

［11］ 徐玉成．基于ADXL345的鐵路列車振動舒適度檢測與評價［J］．安徽電子信息職業(yè)技術(shù)學院學報，2013，12(64):29-32．

［12］ 陳祥，徐伯初，張衛(wèi)華．高速列車座椅舒適度優(yōu)化［J］．西南交通大學學報，2009，44(6):906-911．

［13］ 黃慧隆，施紅生，邱永祥，等．高速列車旅行環(huán)境舒適度評價模型研究［J］．鐵路節(jié)能環(huán)保與安全衛(wèi)生，2014，4(3):124-127．

［14］ 南敬林．旅客旅行舒適度的需求分析［J］．鐵道運輸與經(jīng)濟，2005，27(6):79-81．