高速列車旅行環(huán)境舒適度評(píng)價(jià)模型研究

黃慧隆，施紅生，邱永祥，江華洲，梅敏烽

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

目前，提高乘客旅行的乘坐舒適度已經(jīng)成為高速動(dòng)車組設(shè)計(jì)人性化的重要體現(xiàn)。隨著我國(guó)高速鐵路運(yùn)營(yíng)線路不斷增加，高速鐵路乘客乘坐舒適度問(wèn)題日益受到人們關(guān)注［1－2］，直接影響到人們旅行感受。通過(guò)對(duì)京滬高速、武廣高速CRH系列動(dòng)車組乘客進(jìn)行舒適度問(wèn)卷調(diào)查，分析乘客對(duì)高速列車環(huán)境舒適度的評(píng)價(jià)及其影響因素，構(gòu)建舒適度評(píng)價(jià)模型，為高速動(dòng)車組旅行舒適度評(píng)價(jià)提供可行技術(shù)手段，從而尋求高速列車設(shè)計(jì)的方向。

1 內(nèi)容與方法

分別于2013年1月和2013年8月在京滬高速列車和武廣高速列車對(duì)6 210名乘客進(jìn)行環(huán)境舒適度問(wèn)卷調(diào)查。以影響旅行環(huán)境舒適度的各相關(guān)因素(空氣品質(zhì)、物理刺激、微小氣候、車廂設(shè)施、公用設(shè)施和座椅設(shè)置等)為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)調(diào)查問(wèn)卷，由經(jīng)過(guò)培訓(xùn)的調(diào)查員向乘客發(fā)放調(diào)查問(wèn)卷，并及時(shí)收回。應(yīng)用Epidata3.1進(jìn)行數(shù)據(jù)雙錄入，應(yīng)用SPSS18.1對(duì)研究對(duì)象一般情況及其對(duì)環(huán)境舒適度的評(píng)價(jià)進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)分析，應(yīng)用因子分析法和層次分析法(AHP)構(gòu)建環(huán)境舒適度評(píng)價(jià)模型［3］。

各線路車型車次具體情況如表1。

表1 各線路車型車次匯總表

2 結(jié)果與分析

2.1 一般情況

調(diào)查的6 210名乘客中男性所占比例為54.8%，乘坐二等座的乘客占72.0%，乘客年齡以20～30歲居多(36.7%)，身高以161～175 cm居多(57.3%)，學(xué)歷以大學(xué)/大專居多(54.3%)，就職行業(yè)以民營(yíng)/私營(yíng)企業(yè)居多(27.4%)，乘坐次數(shù)4次以下的所占比例最大(35.1%)，其次是5～9次(31.4%)，旅行目的以公務(wù)出差所占比例最大(32.2%)，其次是回家往返(20.4%)。

2.2 舒適度調(diào)查的結(jié)果

乘坐不同車型高速列車的乘客對(duì)舒適度的評(píng)價(jià)結(jié)果如表2。

表2 乘客對(duì)高速列車環(huán)境舒適度評(píng)價(jià)的匯總表

乘坐不同車型高速列車的乘客對(duì)舒適度的評(píng)價(jià)具有顯著性差異，乘客對(duì)CRH380BL、CRH380A的環(huán)境舒適度總體評(píng)價(jià)較高，而對(duì) CRH2C、CRH380AL的環(huán)境舒適度總體評(píng)價(jià)較低。

2.3 舒適度評(píng)價(jià)模型研究

2.3.1 舒適度因子提取

根據(jù)調(diào)查問(wèn)卷的問(wèn)題設(shè)置，為各選項(xiàng)賦值，最差評(píng)價(jià)得分為1，最好評(píng)價(jià)得分為5，最高分為5分。利用SPSS18.1軟件正態(tài)標(biāo)準(zhǔn)化方法對(duì)原始評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理(Z-score變換)，得到新的數(shù)據(jù)表［3］。利用 SPSS18.1軟件進(jìn)行分析，對(duì)車廂環(huán)境和車廂設(shè)施兩部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行KMO球形檢驗(yàn)，系數(shù)分別為0.773、0.834，且具有統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著性。

車廂環(huán)境方面的問(wèn)題有10項(xiàng)(溫度、濕度、風(fēng)速、異臭味、空氣清新度、清潔度、照明、噪聲、振動(dòng)、耳膜對(duì)車內(nèi)壓力變化的感覺(jué))，利用最大方差法對(duì)因子進(jìn)行旋轉(zhuǎn)［3］，得到旋轉(zhuǎn)后的因子負(fù)荷矩陣(如表3所示)。將矩陣中的每一列貢獻(xiàn)率超過(guò)65%的指標(biāo)歸為一類，提出3個(gè)公因子。第1個(gè)公因子包括異臭味、空氣清新度和清潔度;第2個(gè)公因子包括噪聲、振動(dòng)和耳膜對(duì)車內(nèi)壓力變化的感覺(jué);第3個(gè)公因子包括溫度、濕度和風(fēng)速。根據(jù)實(shí)際情況，將3個(gè)公因子命名為空氣品質(zhì)、物理刺激、微小氣候，并分別標(biāo)記為 C1、C2、C3。

表3 經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化處理后的因子負(fù)荷矩陣a

車廂設(shè)施方面的問(wèn)題有10項(xiàng)(座位的腳部空間、座椅的座面高度、座椅的座面深度、座椅的靠背高度、座椅的靠背寬度、走廊是否方便、走廊寬敞度、飲水設(shè)施、廁所設(shè)施、垃圾箱設(shè)置)，利用最大方差法對(duì)因子進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，得到旋轉(zhuǎn)后的因子負(fù)荷矩陣(如表4所示)，將矩陣中的每一列貢獻(xiàn)率超過(guò)65%的指標(biāo)歸為一類，提出2個(gè)公因子。第1個(gè)公因子包括走廊是否方便您的通行、走廊寬敞度、飲水設(shè)施、廁所設(shè)施、垃圾箱設(shè)施的設(shè)置;第2個(gè)公因子包括座位的腳部空間、座椅的座面高度、座椅的座面深度、座椅的靠背寬度。根據(jù)實(shí)際情況，將2個(gè)公因子命名為公用設(shè)施和座椅設(shè)置，并分別標(biāo)記為C4、C5。

表4 經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化處理后的因子負(fù)荷矩陣a

通過(guò)以上分析所得的 C1、C2、C3、C4、C5 五項(xiàng)公因子，對(duì)20項(xiàng)原始指標(biāo)進(jìn)行了降維。

2.3.2 基于AHP的舒適度評(píng)價(jià)模型

調(diào)查問(wèn)卷的統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，各因素對(duì)于整體乘坐舒適影響存在差異。通過(guò)層次分析法(AHP)建立環(huán)境舒適度評(píng)價(jià)模型，可以確定各因素對(duì)乘客評(píng)價(jià)的影響權(quán)重，也為舒適度因素排序提供依據(jù)。

根據(jù)析因分析和因子提取結(jié)果，把各個(gè)問(wèn)題分為車廂環(huán)境:空氣品質(zhì)、物理刺激、微小氣候;車廂設(shè)施:公用設(shè)施和座椅設(shè)置。

在進(jìn)行決策時(shí)，首先需要建立遞階層次結(jié)構(gòu)模型［3］。本文目標(biāo)層是環(huán)境舒適度的總體評(píng)價(jià);準(zhǔn)則層是車廂環(huán)境和車廂設(shè)施2個(gè)層面描述，指標(biāo)層為5個(gè)具體細(xì)化的指標(biāo)，模型的具體構(gòu)建如圖1。

圖1 遞階層次結(jié)構(gòu)模型圖

將所有乘客在某一類指標(biāo)層的得分率(得分率=平均得分/總分值)作為構(gòu)造比較判斷矩陣的依據(jù)，如果對(duì)某一類因素的認(rèn)同水平越高(得分率越高)，則說(shuō)明這一類相關(guān)因素的設(shè)計(jì)越合理，反之，則說(shuō)明相關(guān)因素的設(shè)計(jì)尚需改進(jìn)。

利用AHP的判斷尺度構(gòu)造比較判斷矩陣，從而將兩兩比較的結(jié)果數(shù)量化。

通過(guò)分析得到全體被調(diào)查人員在車廂環(huán)境和車廂設(shè)施的得分情況，如表5。

表5 全體被調(diào)查人員在車廂環(huán)境和車廂設(shè)施的得分情況表

按照相對(duì)重要性權(quán)值的規(guī)定原則，并代入表5數(shù)據(jù)，則由目標(biāo)層A到準(zhǔn)則層B的判斷矩陣為:

根據(jù)判斷尺度可知0.0122接近0，判斷尺度為1，由此可得:

同理，分析全體被調(diào)查人員在空氣品質(zhì)、物理刺激、微小氣候、公用設(shè)施和座椅設(shè)置的得分情況，如表6。

表6 全體被調(diào)查人員在5個(gè)小類的得分情況

對(duì)于車廂環(huán)境層次的指標(biāo)層C，構(gòu)造相關(guān)系數(shù)的矩陣為:

對(duì)于車廂設(shè)施層次的指標(biāo)層C，構(gòu)造相關(guān)系數(shù)的矩陣為:

層次單排序要計(jì)算判斷矩陣R的特征值λ和特征向量 W，λmax=max(λ)，即滿足 RW=λmaxW，并對(duì)特征向量W進(jìn)行歸一化運(yùn)算，每個(gè)向量W的各分量為相應(yīng)元素的權(quán)重。

計(jì)算判斷矩陣的一致性指標(biāo)CI和隨機(jī)一致性指標(biāo)CR，從而檢驗(yàn)其一致性。其中:

上述式中，n為矩陣階數(shù)，RI的取值如表7。

表7 RI的取值

當(dāng) CR＜0.1時(shí)，判斷矩陣具有滿意的一致性。

總體評(píng)價(jià)的判斷矩陣 R1:λmax=2，CI=0，CR=0＜0.1，通過(guò)一致性檢驗(yàn)。

車廂環(huán)境的判斷矩陣 R2:λmax=2.812 8，CI= －0.093 6，CR= －0.161 4 ＜0.1，通過(guò)一致性檢驗(yàn)。

車廂設(shè)施的判斷矩陣 R3:λmax=2，CI=0，CR=0＜0.1，通過(guò)一致性檢驗(yàn)。

利用同一層次中所有單排序的結(jié)果，通過(guò)加權(quán)，計(jì)算層次總排序見表8。

表8 層次總排序計(jì)算結(jié)果

綜合以上分析，高速列車環(huán)境舒適度評(píng)價(jià)模型為C=0.08×C1+0.06×C2+0.36×C3+0.25×C4+0.25×C5。

2.3.3 不同車型的舒適度評(píng)價(jià)比較

應(yīng)用構(gòu)建的評(píng)價(jià)模型，進(jìn)行舒適度評(píng)價(jià)，比較不同車型動(dòng)車組環(huán)境舒適度的差異。將CRH2C、CRH380A、CRH380AL、CRH380BL、CRH3C 五種車型的 C1、C2、C3、C4、C5 的平均分代入評(píng)價(jià)模型公式，得分依次為 14.975 8、15.473 5、14.746 5、15.704 0、14.890 5，與表 2 所列的評(píng)價(jià)情況一致。

3 討論

環(huán)境舒適度以人為對(duì)象，不確定因素很多，相關(guān)列車舒適度調(diào)查表明，在諸多因素中，振動(dòng)和座椅是最具有代表性的影響因素，選擇率最高的前四位影響因素依次是振動(dòng)、座間距、座椅舒適度和座椅尺寸［4～6］。本文問(wèn)卷調(diào)查結(jié)果顯示，乘客對(duì)車廂微小氣候、公用設(shè)施設(shè)置和座椅設(shè)置評(píng)價(jià)較高，而對(duì)車廂噪聲、振動(dòng)、異臭味等的滿意度較低。應(yīng)用因子分析和層次分析法構(gòu)建的高速列車環(huán)境舒適度評(píng)價(jià)模型所得出的各因素影響權(quán)重與乘客的評(píng)價(jià)基本一致。環(huán)境舒適度評(píng)價(jià)模型中微小氣候、公用設(shè)施和座椅設(shè)置的權(quán)重依次為0.36、0.25、0.25，證明我國(guó)高速列車乘坐環(huán)境方面對(duì)車廂微小氣候(溫度、濕度、風(fēng)速)、走廊和座位空間設(shè)計(jì)較為合理。物理刺激和空氣品質(zhì)的權(quán)重分別為0.06、0.08，乘客對(duì)這兩方面的滿意度較低，在總評(píng)價(jià)結(jié)果中所占的權(quán)重也較低，說(shuō)明噪聲、振動(dòng)和空氣品質(zhì)需要改進(jìn)，還應(yīng)綜合考慮隧道內(nèi)瞬變氣壓與舒適度的關(guān)系［7］。

根據(jù)乘客的要求進(jìn)行舒適度評(píng)價(jià)指標(biāo)的研究可在既有車輛改進(jìn)、開發(fā)新型車輛和提高舒適度方案選擇中具有重要作用。在進(jìn)一步的研究中應(yīng)以舒適度評(píng)價(jià)模型為基礎(chǔ)，結(jié)合車廂環(huán)境測(cè)試及設(shè)施測(cè)量等客觀指標(biāo)，進(jìn)一步提出各種車型的高速列車環(huán)境舒適的具體參數(shù)、指標(biāo)，為客車設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ)和改進(jìn)方向。

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