城市軌道交通車站站臺噪音的評價與分析

陳云莎 夏麗莎 黃瑞 許二芳 夏進江

摘 要：城市軌道交通帶來快捷、方便、綠色出行的同時，其噪聲問題也為出行帶來了隱患，能否正確、科學(xué)地評價我國現(xiàn)存車站噪聲并將噪聲控制在允許范圍內(nèi)已成為關(guān)鍵。本篇論文以上海某地鐵線路為例，在大量采集噪聲數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)之上結(jié)合車站環(huán)境與車站形式等因素對軌道交通噪聲評價標(biāo)準(zhǔn)、評價結(jié)果進行探討，并提出噪聲防治措施。

關(guān)鍵詞：軌道交通；噪聲；評價

近年來，我國城市軌道交通正構(gòu)織一張覆蓋面廣的快速交通出行網(wǎng)，截至2013年末全國有16個城市建成軌道交通線路長度2213公里，35個城市在建軌道交通線路長度2760公里。城市軌道交通作為城市的大動脈，在帶動城市經(jīng)濟發(fā)展，實現(xiàn)快捷、方便、綠色出行等方面的貢獻不容小覷，但隨之而來的噪聲等污染問題成為了新焦點，尤其是站臺噪聲和車廂噪聲帶來的隱患。發(fā)表在紐約醫(yī)學(xué)院出版的《城市衛(wèi)生雜志》上的一項對紐約公交系統(tǒng)噪聲級的調(diào)查顯示公眾對地鐵噪聲級的接觸可能會超出世衛(wèi)組織（WHO）和美國環(huán)境保護署（EPA）制定的標(biāo)準(zhǔn)。只要接觸紐約公交系統(tǒng)現(xiàn)存的噪音30分鐘，便可能導(dǎo)致噪聲性聽損。因此，解決城市軌道交通所帶來的噪聲問題亟不可待。

1 國內(nèi)外噪聲評價標(biāo)準(zhǔn)

1.1 國外噪聲評價標(biāo)準(zhǔn)

目前，國際上還沒有一套標(biāo)準(zhǔn)的城市軌道交通噪聲的評價方法和指標(biāo)，各國都獨自制定各有特色的標(biāo)準(zhǔn)。由于發(fā)展城市軌道交通較早，日本、歐洲發(fā)達國家和美國在噪聲預(yù)測方面研究較為全面。德國的Schall03，英國的CoRTN，日本的以1980年日本鐵道綜合技術(shù)研究所石井子安的預(yù)測而延伸開來的預(yù)測方法，美國于2005年發(fā)布的《聯(lián)邦公共交通工程噪聲、振動環(huán)境影響評價標(biāo)準(zhǔn)》。如表1所示，各國的研究方法實則類似，其數(shù)學(xué)模型大同小異，僅僅差異于參數(shù)、影響因素等。

表1 部分國家軌道交通噪聲評價標(biāo)準(zhǔn)/dB（A）

1.2 國內(nèi)噪聲評價標(biāo)準(zhǔn)

我國在這方面所制定出的標(biāo)準(zhǔn)有《城市區(qū)域環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3096-82）、《鐵路邊界噪聲限值及其測量方法》（GB 12525-90）和《城市軌道交通車輛噪聲限值和測量方法》（GB 14892-2006）等，見表2和表3。

就城市軌道交通車站站臺噪聲，我國頒布了《城市軌道交通車站站臺聲學(xué)要求和測量方法》（GB 14227-2006），其對地鐵和輕軌車站列車進、出站時站臺上噪聲等效聲級Leq規(guī)定了最大容許限值。

表2 城市區(qū)域環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)表/dB（A）

2 城市軌道交通噪聲評價

2.1 A聲級LpA

人耳對聲音強弱的感覺，不僅同聲壓有關(guān)，而且同頻率有關(guān)。根據(jù)等響曲線的特點，把高、中、低不同響度的聲音，分別給以不同的頻率計權(quán)A、B和C，建立測得的分貝值與人耳主觀響度感覺的關(guān)系。

長期經(jīng)驗中，A聲級能較好地反映人對噪聲的主觀感覺，因而在噪聲測量中，A 聲級被用作噪聲評價的主要指標(biāo)。

2.2 等效聲級

在規(guī)定的時間內(nèi)，某一連續(xù)穩(wěn)態(tài)聲的A計權(quán)聲壓，具有與時變噪聲相同的均方A計權(quán)聲壓，則這一連續(xù)穩(wěn)態(tài)聲級就是此時變噪聲的等效聲級。其公式為：

式中：LAeq·T-等效聲級，單位為分貝（dB）；t2-t1-規(guī)定的時間間隔，單位為秒（s）；pA（t）-噪聲瞬時A計權(quán)聲級，單位為帕（Pa）；po-基準(zhǔn)聲壓（？滋Pa）

當(dāng)A計權(quán)聲壓用A聲級LpA表示時，計算公式為：

在實際測量中往往不是連續(xù)取樣，而是離散取樣，如果在整個測量時段內(nèi)有n個A聲級值，則將上式中的積分改為求和：

式中：LpAi-第i個A聲級測量值，相應(yīng)時間間隔為Ti。

2.3 背景噪聲修正系數(shù)

測量時站臺的背景噪聲應(yīng)低于被測噪聲10dB以上，否則應(yīng)按表4進行修正。差值小于5dB時應(yīng)重新測量。

表4 背景噪聲修正值

3 數(shù)據(jù)測量、評價結(jié)果及分析

以上海某地鐵線路為例，對各站臺噪聲進行離散取樣并根據(jù)評價中所提到的公式和修正值處理數(shù)據(jù)（見表5）。

以周邊環(huán)境來劃分站臺，可分為下列6種情況：（1）大客流、與大鐵路接軌站，噪聲分貝值在70-80分貝范圍；（2）住宅小區(qū)站，噪聲分貝在60-70分貝范圍；（3）三、四號線共線段站，噪聲分貝在70分貝左右；（4）受四輪交通、大鐵路影響明顯的車站，噪聲分貝在70分貝以上；（5）周邊施工影響的車站，噪聲分貝因個別情況而定。（6）地下車站，噪聲分貝在72分貝左右。

隨著地鐵時代如約而至，車站站臺的噪聲更會影響到周圍環(huán)境。以區(qū)域中心商圈為主的大中城市，將新增更多地鐵商業(yè)模式。雖在地鐵線路規(guī)劃時已盡量減少車站周圍的敏感點，但日新月異的地鐵商業(yè)模式等情況仍會導(dǎo)致出現(xiàn)變故。因此，站臺噪聲不應(yīng)只考慮站臺內(nèi)部噪聲，同時也應(yīng)關(guān)注對周圍環(huán)境的影響。

表5中確立了降噪目標(biāo)值，主要從以下3個方面考慮。

（1）周邊環(huán)境因素

羅錕的《城市軌道交通噪聲預(yù)測方法》中提到敏感點為18層建筑，位于7+500處，距離高架橋外側(cè)軌道中心線10m。高架橋軌面高度為19.2m。假設(shè)一層高3.3m，那么敏感點應(yīng)該位于高于軌面36.9m，距離外側(cè)軌道中心線10m處?？紤]到聲源與敏感點關(guān)系并參考表1-2中城市區(qū)域內(nèi)的噪聲標(biāo)準(zhǔn)，公式如下：

式中：L'Aeq-敏感點的等效聲級，單位為分貝（dB）；LAeq-車站站臺的等效聲級，單位為分貝（dB）；V-每小時列車通過量

簡化后得到：

此外，根據(jù)噪聲級別的不同，對人的影響也不同。30-40dB屬于比較安靜的正常環(huán)境；50-70dB會影響睡眠、休息和正常生理功能；70～90dB干擾談話，造成心煩意亂，精神不集中，影響工作效率，甚至導(dǎo)致事故發(fā)生；90dB及以上嚴(yán)重影響聽力和導(dǎo)致其他疾病的發(fā)生。

（2）晝夜因素

參考表2中數(shù)值，夜間標(biāo)準(zhǔn)噪聲的限值要比晝間標(biāo)準(zhǔn)的限值低10dB。夜間的要求高于晝間，降噪目標(biāo)值以夜間為主。

（3）車站形式因素

參考表3中數(shù)值，地下車站比地上車站高8dB。

4 車站站臺噪聲防治措施

4.1 制動噪聲

制動尖叫是制動剎車最主要的噪聲，制動尖叫由剎車片和制動盤摩擦引起，在一個或多個共振頻率下發(fā)生，主要來源于制動盤。

目前，鐵路機車車輛普遍采用的制動方式為閘瓦制動。閘瓦是一種瓦狀制動塊，在制動時能夠抱緊車輪踏面，并通過摩擦使車輪停止轉(zhuǎn)動。在閘瓦制動過程中車輪踏面會產(chǎn)生大量的摩擦熱能，這些熱能消散的快慢往往用以評價制動效果的好壞。由于列車行駛速度較高，摩擦接觸面積的大車輪溫度會在短時間內(nèi)急劇升高，導(dǎo)致鑄鐵閘瓦熔化，長此以往踏面出現(xiàn)波浪形磨耗，由此加劇了輪軌噪聲。縱然使用相對更為先進的合成閘瓦也無法解決此類問題。于是，盤形制動應(yīng)運而生。它是在車軸上或在車輪輻板側(cè)面裝設(shè)制動盤，用制動鉗將合成材料制成的兩個閘片緊壓在制動盤側(cè)面。同樣是通過摩擦產(chǎn)生制動力把列車動能轉(zhuǎn)變成熱能來使列車停止運行，卻能夠?qū)崃靠焖俸纳?。這種制動形式的閘片不與車輪直接接觸，減輕了車輪的負荷，延長車輪使用壽命。且制動平穩(wěn)，幾乎沒有制動噪聲。除此之外，還可按制動要求選擇最佳“摩擦副”調(diào)節(jié)散熱性能。雖然盤形制動也有消耗牽引功率等不足，但相比鑄鐵閘瓦制動可降低輪軌噪聲達8dB（A），采用在制動組件上添加減振裝置這種措施后可降低噪聲達20dB（A）。而這一值可以完全滿足表5中的理論降噪值。

4.2 吸聲處理

控制車站噪聲的另一個重要處理方法是吸聲。吸聲處理主要是裝設(shè)一定量的吸聲材料。吸聲材料裝設(shè)于站內(nèi)各廳室內(nèi)部，能有效可以縮短廳室的混響時間。其主要原理是通過減少廳室內(nèi)人群噪聲和車輛制動、啟動噪聲在墻壁上的反射能量，減少室內(nèi)噪聲。其對減少工作人員和乘客對噪聲的煩惱度，營造更加舒適的車站環(huán)境方面有著顯著作用；吸聲材料也可裝設(shè)于站臺、雨棚等處，能有效減弱列車進、出站噪聲的反射強度，改善站臺內(nèi)部噪聲和對周圍環(huán)境的影響。

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*通訊作者：陳云莎。