不同類型地鐵車站站臺對車輛輻射噪聲的影響

湯晏寧 高 陽 郭偉強(qiáng)

(中車長春軌道客車股份有限公司，130062，長春 ∥ 第一作者，高級工程師)

地鐵車站是一種半封閉式的建筑。隨著地鐵客流量的增加，車站的車流密度越來越大, 這就導(dǎo)致站臺內(nèi)噪聲較大。如果乘客及車站工作人員長期在這種噪聲環(huán)境下工作，必將危害其健康。

本文通過研究靜置在不同類型地鐵車站的車輛輻射的噪聲特性，重點(diǎn)分析島式站臺與3種側(cè)式站臺對車輛輻射噪聲的影響，并提出站臺內(nèi)環(huán)境聲學(xué)優(yōu)化建議，可為基于聲學(xué)設(shè)計(jì)的地鐵車站站臺結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。

1 地鐵車站站臺的典型結(jié)構(gòu)斷面

1.1 島式站臺

島式站臺，又名中置式站臺或中央站臺。該站臺設(shè)計(jì)為路軌在兩旁、站臺被夾在中間。其特點(diǎn)是占地面積小、較易于監(jiān)控、乘客換乘方便。

1.2 側(cè)式站臺

側(cè)式站臺，又稱岸式站臺，常因成對使用而又稱為相對式站臺或?qū)ο蚴秸九_。該站臺設(shè)計(jì)為軌道在中央、站臺在左右兩側(cè)，是最常見的站臺形式之一。相較于島式站臺，側(cè)式站臺具有面積不受軌道限制的優(yōu)點(diǎn)，因此只要周邊環(huán)境許可，站臺無需更動現(xiàn)有軌道即可進(jìn)行擴(kuò)建。

1.3 混合式站臺

混合式地鐵車站站臺(見圖1)即在一個車站同時設(shè)有島式站臺和側(cè)式站臺，以方便乘客通行。其特點(diǎn)為造價高、管理復(fù)雜。

圖1 混合式地鐵車站結(jié)構(gòu)示意圖

2 不同類型車站站臺的聲學(xué)測試

為了研究不同類型地鐵車站站臺結(jié)構(gòu)對車輛輻射噪聲的影響，分別在3種典型結(jié)構(gòu)站臺內(nèi)進(jìn)行靜置車輛的輻射噪聲特性測試，并分析不同類型車站站臺對噪聲特性的影響。

2.1 聲學(xué)測試工況

某地鐵車輛靜置于不同類型結(jié)構(gòu)的車站站臺內(nèi)，且車輛所有的輔助設(shè)備均正常工作；測試環(huán)境為夜間，所有車輛停運(yùn)，無任何聲學(xué)測試的干擾因素。兩測點(diǎn)距離站臺邊緣1.8 m，其中測點(diǎn)1靠近空壓機(jī)，用來采集穩(wěn)態(tài)信號。通過分析兩測點(diǎn)等效連續(xù)聲壓級LAeq,t的特性，可對比不同類型站臺的車輛噪聲輻射特性。測點(diǎn)布置如圖2所示。

圖2 車輛靜置在站臺的噪聲測試測點(diǎn)布置

2.2 地面開放式島式站臺內(nèi)車輛輻射噪聲測試結(jié)果分析

測試的站臺為地面開放式島式站臺，乘客通行區(qū)為中間島式區(qū)域，島的兩側(cè)為車輛行駛區(qū)間，如圖3所示。

圖3 地面開放式島式站臺內(nèi)車輛輻射噪聲測試

對島式站臺內(nèi)靜置車輛的輻射噪聲進(jìn)行測試，得到測點(diǎn)1、2的等效連續(xù)聲壓級平均值，分別為67 dB(A)和66 dB(A)。測點(diǎn)噪聲頻譜特性見圖4。

圖4 島式站臺不同測點(diǎn)噪聲頻譜特性

2.3 側(cè)式站臺內(nèi)車輛輻射噪聲測試結(jié)果分析

2.3.1 地下密閉式側(cè)式站臺(空間狹小)

測試的站臺為地下密閉式側(cè)式站臺(見圖5)。站臺兩側(cè)空間狹小，存在立柱；站臺頂部結(jié)構(gòu)表面連續(xù)不間斷，具有聲反射特性；乘客通行區(qū)為單側(cè)站臺區(qū)域，中間為車輛行駛區(qū)間。

圖5 地下密閉式側(cè)式站臺(空間狹小)

對地下密閉式側(cè)式站臺內(nèi)的車輛輻射噪聲進(jìn)行測試，得到測點(diǎn)1、2的等效連續(xù)聲壓級平均值，分別為71 dB(A)和70 dB(A)。測點(diǎn)噪聲頻譜特性見圖6。

圖6 空間狹小地下密閉式側(cè)式站臺不同測點(diǎn)噪聲頻譜特性

2.3.2 地下密閉式側(cè)式站臺(空間開闊)

測試的站臺為地下密閉式側(cè)式站臺(見圖7)。站臺內(nèi)舉架較高，空間相對開闊，無立柱；站臺頂部結(jié)構(gòu)為非連續(xù)表面，存在空隙間隔，具有聲反射特性；乘客通行區(qū)為單側(cè)站臺區(qū)域，中間為車輛行駛區(qū)間。

圖7 地下密閉式側(cè)式站臺(空間開闊)

對空間開闊的地下密閉式側(cè)式站臺內(nèi)的車輛輻射噪聲進(jìn)行測試，得到測點(diǎn)1、2的等效連續(xù)聲壓級平均值，分別為70 dB(A)和69 dB(A)。測點(diǎn)噪聲頻譜特性見圖8。

圖8 空間開闊地下密閉式側(cè)式站臺不同測點(diǎn)噪聲頻譜特性

2.3.3 地面開闊式側(cè)式站臺

測試的地面?zhèn)仁秸九_為地面開闊式結(jié)構(gòu)(見圖9)。該站臺空間較大，站臺另一側(cè)為自由場；乘客通行區(qū)為單側(cè)站臺區(qū)域，中間為車輛行駛區(qū)間。

圖9 地面?zhèn)仁秸九_結(jié)構(gòu)

對地面?zhèn)仁秸九_內(nèi)車輛輻射噪聲進(jìn)行測試，得到測點(diǎn)1、2的等效連續(xù)聲壓級平均值，分別為68 dB(A)和67 dB(A)。測點(diǎn)噪聲頻譜特性見圖10所示。

圖10 地面?zhèn)仁秸九_不同測點(diǎn)噪聲頻譜特性

從以上測點(diǎn)的LAeq,t測試結(jié)果可知，由于密閉式站臺的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)導(dǎo)致站臺的混響效果嚴(yán)重，使得該站臺的噪聲水平在全頻段范圍內(nèi)都有所增加，尤其在中高頻段噪聲能量更為集中，導(dǎo)致密閉式站臺的聲學(xué)環(huán)境相對要差。

另外，由測試結(jié)果可知，站臺內(nèi)噪聲主要集中在250～800 Hz頻段，且同一車輛輻射的噪聲水平在不同類型站臺內(nèi)存在1～5 dB(A)的差別，不同頻段上的聲壓值也存在差異。因此，有必要對站臺內(nèi)現(xiàn)有的吸聲材料進(jìn)行組合和重新設(shè)計(jì)，以改善密閉站臺的聲學(xué)環(huán)境。

GB 14227—2006《城市軌道交通車站站臺聲學(xué)要求和測量方法》未對城市軌道交通車站站臺的環(huán)境噪聲限值進(jìn)行規(guī)定。因此，本文繼續(xù)延用GB 50157—2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》中的規(guī)定：“在沒有列車運(yùn)行的條件下，車站站臺、站廳環(huán)境噪聲等效聲級不得超過70 dB(A)?！币虼?，通過分析可知，地下密閉式站臺內(nèi)停置車輛存在導(dǎo)致站臺聲學(xué)環(huán)境不符合GB 50157—2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定的風(fēng)險。

3 地鐵車站站臺的聲學(xué)環(huán)境優(yōu)化建議

通過以上測試及其分析可知，不同類型結(jié)構(gòu)的車站站臺，對車輛輻射噪聲特性的影響是不同的。

1) 無論是島式結(jié)構(gòu)還是側(cè)試結(jié)構(gòu)站臺，地面開放式站臺更有利于車輛輻射噪聲的傳播，且在很大程度上能夠減小對車站站臺環(huán)境的噪聲污染。

2) 對于地下封閉式側(cè)式結(jié)構(gòu)站臺，站臺空間大小以及站臺建筑是否設(shè)置吸聲材料，對車輛輻射噪聲能量有很大影響。尤其在軌行區(qū)各個壁面和站臺公共區(qū)的頂棚等壁面進(jìn)行吸聲處理，如安裝吸聲板、穿孔板，以及使用多孔材料等，可以減少車輛輻射噪聲進(jìn)入到站臺公共區(qū)。吸聲處理如圖11所示。另外，當(dāng)吸聲材料均勻布置時，對聲音的衰減作用會有所增強(qiáng)，因此，在進(jìn)行吸聲材料布置時應(yīng)考慮該因素的影響。

圖11 站臺結(jié)構(gòu)吸聲體的設(shè)置

3) 根據(jù)長空間的聲學(xué)理論可知，如果長空間延長向壁面對聲音產(chǎn)生的擴(kuò)散作用比較強(qiáng)，那么相應(yīng)地在長空間聲場中聲音延長向的衰減作用就越明顯。因此，在地鐵車站站臺中，合理設(shè)置擴(kuò)散體不但可以避免空間中可能出現(xiàn)的聲缺陷，通過對延長向墻面設(shè)置擴(kuò)散體還可以對站臺內(nèi)噪聲進(jìn)行一定的控制。

4) 根據(jù)最新研究表明，新建地鐵車站站臺越來越多地考慮聲學(xué)需求，除建筑上考慮安裝吸聲體外，還在站臺公共空間壁面進(jìn)行吸聲處理，如噴涂具有吸聲性能的涂料、在等候座椅表面鋪設(shè)吸聲面料等，這都將有效吸收車輛輻射的噪聲能量。站臺內(nèi)僅鋪設(shè)整體吸聲天棚，與未進(jìn)行吸聲處理的老式站臺相比，其噪聲水平可至少降低5～10 dB(A)。另外，站臺屏蔽門可對車輛輻射噪聲降低5～6 dB(A)。