現(xiàn)行城市軌道交通振動(dòng)環(huán)境影響評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)討論*

羅 偉 李秋義 林海鋒 朱 彬

(1.中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，430063，武漢; 2.鐵路軌道安全服役湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，430063，武漢;3.溫州市鐵路與軌道交通投資集團(tuán)有限公司，325088，溫州∥第一作者，工程師)

城市軌道交通列車運(yùn)行誘發(fā)的振動(dòng)經(jīng)下部結(jié)構(gòu)及大地傳播后，會(huì)對(duì)沿線居民生活工作，以及精密儀器設(shè)備和建筑結(jié)構(gòu)的使用產(chǎn)生影響。本文僅針對(duì)城市軌道交通振動(dòng)對(duì)沿線居民生活工作的影響進(jìn)行討論。我國(guó)現(xiàn)行與之相關(guān)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)有GB 10070—1988《城市區(qū)域環(huán)境振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)》[1]、GB 10071—1988《城市區(qū)域環(huán)境振動(dòng)測(cè)量方法》[2]、HJ 453—2018《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則 城市軌道交通》[3]、JGJ/T 170—2009《城市軌道交通引起建筑物振動(dòng)與二次輻射噪聲限值及其測(cè)量方法標(biāo)準(zhǔn)》[4]、GB/T 50355—2018《住宅建筑室內(nèi)振動(dòng)限值及其測(cè)量方法標(biāo)準(zhǔn)》[5]、GB 50868—2013《建筑工程容許振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)》[6]等?，F(xiàn)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)在評(píng)價(jià)指標(biāo)設(shè)定、評(píng)價(jià)指標(biāo)計(jì)算方法及評(píng)價(jià)指標(biāo)計(jì)算參數(shù)等方面的規(guī)定存在諸多沖突，給評(píng)價(jià)工作帶來(lái)了極大不便。本文在梳理我國(guó)城市軌道交通振動(dòng)環(huán)境影響評(píng)價(jià)現(xiàn)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，就其中若干問(wèn)題進(jìn)行分析，并提出合理建議，以期為城市軌道交通振動(dòng)環(huán)境影響的準(zhǔn)確評(píng)價(jià)提供參考。

1 城市軌道交通環(huán)境振動(dòng)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀

1.1 GB 10070—1988及 GB 10071—1988

1)評(píng)價(jià)量及評(píng)價(jià)指標(biāo)。GB 10070—1988規(guī)定城市區(qū)域振動(dòng)環(huán)境影響的評(píng)價(jià)量為鉛垂向Z振級(jí)Lvz(GB 1007—1988中其符號(hào)為 VLz)。GB 10071—1988為GB 10070—1988的配套標(biāo)準(zhǔn)，其將環(huán)境振動(dòng)分為穩(wěn)態(tài)振動(dòng)、沖擊振動(dòng)、無(wú)規(guī)振動(dòng)和鐵路振動(dòng)等4類，分別給定各自的評(píng)價(jià)指標(biāo)，包括Lvz平均值、Lvz,max和Lvz,10(見表1)。

表1 GB 10071—1988中的評(píng)價(jià)量及評(píng)價(jià)指標(biāo)

2)時(shí)間計(jì)權(quán)方式。根據(jù)IEC 61672-1—2013《電聲學(xué) 聲級(jí)計(jì) 第1部分：規(guī)范》，對(duì)信號(hào)進(jìn)行時(shí)間計(jì)權(quán)分析。首先，設(shè)定時(shí)間常數(shù)t，并將連續(xù)采集的信號(hào)劃分為若干個(gè)時(shí)間等長(zhǎng)t的段落；然后，對(duì)每一段數(shù)據(jù)分別進(jìn)行計(jì)算，提取用以代表t內(nèi)信號(hào)量級(jí)的有效值；最終，獲得全部測(cè)量時(shí)間內(nèi)信號(hào)量級(jí)的有效值。GB 10071—1988采用了t=1 s的時(shí)間計(jì)權(quán)方式。

3)頻率計(jì)權(quán)標(biāo)準(zhǔn)及分析頻率范圍。采用ISO 2631-1:1985[7]所給的頻率計(jì)權(quán)標(biāo)準(zhǔn)，分析頻率范圍為1～80 Hz。

4)測(cè)量點(diǎn)。測(cè)量點(diǎn)一般要求位于建筑物室外距墻體0.5 m以內(nèi)的振動(dòng)敏感處。必要時(shí)設(shè)置于建筑物室內(nèi)地面中央。

1.2 HJ 453—2018

根據(jù)HJ 453—2018要求，對(duì)振動(dòng)環(huán)境影響的評(píng)價(jià)執(zhí)行GB 10070—1988和GB 10071—1988。因此，HJ 453—2018的評(píng)價(jià)量及評(píng)價(jià)指標(biāo)、時(shí)間計(jì)權(quán)方式、頻率計(jì)權(quán)標(biāo)準(zhǔn)及分析頻率范圍、測(cè)量點(diǎn)等，均與GB 10071—1988相同。

1.3 JGJ/T 170—2009

1)評(píng)價(jià)量及評(píng)價(jià)指標(biāo)。該標(biāo)準(zhǔn)的評(píng)價(jià)量為鉛垂向振動(dòng)加速度的1/3倍頻程分頻振級(jí)Lva(JGJ/T 170—2009中其符號(hào)為 VAL)，評(píng)價(jià)指標(biāo)為列車通過(guò)時(shí)段1/3倍頻程分頻振級(jí)的最大值Lva.max，要求采集不少于5次列車通過(guò)時(shí)段的數(shù)據(jù)。

2)時(shí)間計(jì)權(quán)方式。JGJ/T 170—2009中未明確時(shí)間計(jì)權(quán)方式。

3)頻率計(jì)權(quán)標(biāo)準(zhǔn)及分析頻率范圍。JGJ/T 170—2009的附表5.1.3中給出了頻率計(jì)權(quán)標(biāo)準(zhǔn)，其各中心頻率的權(quán)系數(shù)與ISO 2631-1:1997[8]中的計(jì)權(quán)標(biāo)準(zhǔn)接近，分析頻率范圍為4～200 Hz。

4)測(cè)量點(diǎn)。測(cè)量點(diǎn)一般要求設(shè)置于建筑物一樓室內(nèi)地面。當(dāng)室內(nèi)布置條件不允許時(shí)，可設(shè)在建筑物的基礎(chǔ)距外墻0.5 m范圍內(nèi)的振動(dòng)敏感處。

1.4 GB/T 50355—2018

1)評(píng)價(jià)量及評(píng)價(jià)指標(biāo)。GB/T 50355—2018同時(shí)給出了單值評(píng)價(jià)量和分頻評(píng)價(jià)量，單值評(píng)價(jià)量為鉛垂向Z振級(jí)Lvz，與GB 10071—1988相同，分頻評(píng)價(jià)量為鉛垂向振動(dòng)加速度的1/3倍頻程分頻振級(jí)Lva，與JGJ/T 170—2009相同。單值評(píng)價(jià)指標(biāo)為列車通過(guò)時(shí)段內(nèi)的鉛垂向Z振級(jí)最大值Lvz,max，與GB 10071—1988相同。分頻評(píng)價(jià)指標(biāo)為列車通過(guò)時(shí)段1/3倍頻程各中心頻率的分頻振級(jí)最大值Lva,max,f，與JGJ/T 170—2009存在差異。

2)時(shí)間計(jì)權(quán)方式。與JGJ/T 170—2009相同，GB/T 50355—2018未明確時(shí)間計(jì)權(quán)方式。

3)頻率計(jì)權(quán)標(biāo)準(zhǔn)及分析頻率范圍。采用ISO 2631-1:1997的頻率計(jì)權(quán)標(biāo)準(zhǔn)。其分析頻率范圍為1～80 Hz。

4)測(cè)量點(diǎn)。測(cè)量點(diǎn)要求設(shè)置于建筑物室內(nèi)地面。

1.5 GB 50868—2013

GB 50868—2013在對(duì)居民生活工作的影響方面，規(guī)定如下：

1)評(píng)價(jià)量及評(píng)價(jià)指標(biāo)。評(píng)價(jià)量為鉛垂向振動(dòng)加速度，評(píng)價(jià)指標(biāo)為鉛垂向四次方振動(dòng)劑量值。

2)頻率計(jì)權(quán)標(biāo)準(zhǔn)及分析頻率范圍。采用ISO 2631-1:1997所給的頻率計(jì)權(quán)標(biāo)準(zhǔn)，分析頻率范圍為1～80 Hz。

3)測(cè)量點(diǎn)。測(cè)量點(diǎn)要求設(shè)置于建筑物室內(nèi)地面。

2 現(xiàn)行評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)問(wèn)題

2.1 標(biāo)準(zhǔn)中的計(jì)權(quán)曲線

我國(guó)現(xiàn)行振動(dòng)環(huán)境影響評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)使用新舊兩個(gè)版本ISO 2631(ISO 2631-1:1985和ISO 2631-1:1997)所推薦的計(jì)權(quán)曲線。例如：GB 10070—1988及GB 10071—1988采用ISO 2631-1:1985中的計(jì)權(quán)曲線(以下稱為“W計(jì)權(quán)曲線”)；HJ 453—2018由于引用GB 10070—1988及GB 10071—1988，同樣采用W計(jì)權(quán)曲線；JGJ/T 170—2009、GB/T 50355—2018和GB 50868—2013則采用了ISO 2631-1:1997中的計(jì)權(quán)曲線(以下稱為“Wk計(jì)權(quán)曲線”)。

W計(jì)權(quán)曲線是基于等感曲線和疲勞-熟練度降低限曲線提出的，其假定疲勞-熟練度降低限概念能完整反映振動(dòng)對(duì)人體的影響；然而這一假定已被后來(lái)的人體振動(dòng)實(shí)驗(yàn)否定[9]。Wk計(jì)權(quán)曲線基于振動(dòng)對(duì)人體健康、舒適度、感覺等方面影響的研究提出，在ISO 2631-1:1997中已替代W計(jì)權(quán)曲線，并于1997年為我國(guó)GB/T 13441.1—2007采用。

相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于大多數(shù)振源所誘發(fā)的環(huán)境振動(dòng)，采用W計(jì)權(quán)曲線的評(píng)價(jià)指標(biāo)計(jì)算結(jié)果比采用Wk計(jì)權(quán)曲線小3～4 dB[10-11]，故采用W計(jì)權(quán)曲線將一定程度上低估振動(dòng)的環(huán)境影響。

為更加準(zhǔn)確地反映當(dāng)前環(huán)境振動(dòng)對(duì)人體健康、舒適度及感覺等方面的影響，建議對(duì)采用W計(jì)權(quán)曲線的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修訂，代之以Wk計(jì)權(quán)曲線。

2.2 單值振動(dòng)評(píng)價(jià)量和分頻振動(dòng)評(píng)價(jià)量

我國(guó)現(xiàn)行振動(dòng)環(huán)境影響評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中，評(píng)價(jià)量包括單值評(píng)價(jià)量(GB 10070—1988及GB 10071—1988用Lvz)和分頻評(píng)價(jià)量(JGJ/T 170—2009及GB/T 50355—2018用Lva)兩類。

振動(dòng)對(duì)于人體的影響程度是所有頻率振動(dòng)分量綜合作用的結(jié)果，而相關(guān)研究表明，人體對(duì)于振動(dòng)的反應(yīng)同時(shí)存在因人、因頻率而異的特點(diǎn)[12-13]。因此，為了既能準(zhǔn)確反映振動(dòng)對(duì)人體的綜合影響程度，又能全面考慮不同頻率振動(dòng)分量作用下人體反應(yīng)的差異性特點(diǎn)，有必要同時(shí)設(shè)置單值評(píng)價(jià)量和分頻評(píng)價(jià)量，并分別規(guī)定限值標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 分析頻率范圍

現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中，GB 10071—1988、HJ 453—2018、GB/T 50355—2018、GB 50868—2013均將分析頻率范圍規(guī)定為1～80 Hz，JGJ/T 170—2009則采用了4～200 Hz。

大量試驗(yàn)研究結(jié)果表明，城市軌道交通所誘發(fā)的地面(或建筑物室內(nèi))振動(dòng)主頻率一般為50～60 Hz[14-17]。相關(guān)研究還發(fā)現(xiàn)，人體各部位的敏感頻率通常較低(一般低于80 Hz)：對(duì)于鉛垂向振動(dòng)，敏感頻率主要為4～8 Hz；躺臥時(shí)，頭部敏感頻率相對(duì)較大，為50～70 Hz[12,18]。此外，在國(guó)外振動(dòng)環(huán)境影響評(píng)價(jià)的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中，分析頻率范圍多規(guī)定為1～80 Hz[19-21]，而作為我國(guó)振動(dòng)環(huán)境影響評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)等效采用的基礎(chǔ)性標(biāo)準(zhǔn)，ISO 2631-1:1997在其推薦的計(jì)權(quán)曲線(如圖1所示)中，80 Hz以上中心頻率處的Wk值均小于-20 dB，表明80 Hz以上振動(dòng)分量對(duì)人體影響的權(quán)重較小。

圖1 ISO 2631-1:1997所推薦的Wk計(jì)權(quán)曲線

基于上述討論，建議我國(guó)城市軌道交通振動(dòng)環(huán)境影響評(píng)價(jià)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)將分析頻率范圍統(tǒng)一為1～80 Hz。

2.4 列車頭車和尾車通過(guò)時(shí)間的判斷

在對(duì)城市軌道交通環(huán)境振動(dòng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算分析時(shí)，需要對(duì)列車頭車和尾車通過(guò)時(shí)間tse進(jìn)行判斷。該工作受數(shù)據(jù)分析人員的主觀影響較大，很難做出準(zhǔn)確的判斷。為直觀反映tse的判斷結(jié)果對(duì)振動(dòng)環(huán)境影響評(píng)價(jià)指標(biāo)計(jì)算值的影響，采用圖2所示的實(shí)測(cè)振動(dòng)加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)價(jià)指標(biāo)計(jì)算分析。分析過(guò)程統(tǒng)一采用t=1 s的時(shí)間計(jì)權(quán)方式，計(jì)權(quán)標(biāo)準(zhǔn)采用ISO 2631-1:1997。

注：g為重力加速度。

2.4.1Lvz,max和Lvz,10

單值評(píng)價(jià)量Lvz隨時(shí)間變化的過(guò)程如圖3所示。

圖3 Lvz隨時(shí)間變化的過(guò)程曲線

Lvz,max和Lvz,10曾是HJ 453—2008《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則 城市軌道交通》同時(shí)采用的2個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，其在tse判斷結(jié)果不同時(shí)的計(jì)算值如表2所示。由表2可以看出，tse的判斷結(jié)果對(duì)Lvz,10的計(jì)算值具有較顯著的影響，但對(duì)Lvz,max的計(jì)算值無(wú)影響。由此可知，由于tse的判斷這一主觀因素的客觀存在，單值評(píng)價(jià)指標(biāo)采用Lvz,max更能保證計(jì)算值的可靠性。因此HJ 453—2018《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則 城市軌道交通》取消Lvz,10作為評(píng)價(jià)指標(biāo)是合理的。

表2 Lvz,max和Lvz,10計(jì)算結(jié)果

2.4.2 分頻評(píng)價(jià)指標(biāo)Lva,max,f

分頻評(píng)價(jià)指標(biāo)Lva,max,f的計(jì)算方法無(wú)明確規(guī)定。采用常見的峰值保持法和線性平均法分別對(duì)Lva,max,f進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如圖4和圖5所示。

由圖4可見，采用峰值保持法時(shí)，tse的判斷對(duì)Lva,max,f計(jì)算值的影響較小，8～80 Hz頻率范圍的Lva,max,f計(jì)算值較為穩(wěn)定。由圖5可見，采用線性平均法時(shí)，Lva,max,f的計(jì)算值受tse判斷結(jié)果的影響較為顯著。因此，分頻評(píng)價(jià)指標(biāo)Lva,max,f采用峰值保持法進(jìn)行計(jì)算更為合理。

圖4 Lva,max,f在各中心頻率的分布(峰值保持法)

圖5 Lva,max,f在各中心頻率的分布(線性平均法)

2.5 環(huán)境振動(dòng)測(cè)量點(diǎn)位置

對(duì)于環(huán)境振動(dòng)測(cè)量點(diǎn)的位置，GB 10071—1988要求其一般位于建筑物室外距墻體0.5 m范圍內(nèi)，必要時(shí)設(shè)置于建筑物室內(nèi)地面中央；而JGJ/T 170—2009、GB/T 50355—2018、GB 50868—2013則要求一般設(shè)置于建筑物室內(nèi)樓板或地面。

最終影響沿線居民工作生活的，應(yīng)該是城市軌道交通傳遞至建筑物內(nèi)部的振動(dòng)。由于振動(dòng)從室外向室內(nèi)的傳播并沒(méi)有一致的傳遞模式，因此采用室外測(cè)點(diǎn)的測(cè)量結(jié)果不能準(zhǔn)確評(píng)價(jià)振動(dòng)對(duì)室內(nèi)居民的影響。在GB 10071—1988的修編中，建議參考JGJ/T 170—2009、GB/T 50355—2018、GB 50868—2013等標(biāo)準(zhǔn)，將測(cè)量點(diǎn)的位置布設(shè)于建筑物室內(nèi)。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)我國(guó)城市軌道交通振動(dòng)環(huán)境影響評(píng)價(jià)現(xiàn)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行梳理和分析，得出的主要結(jié)論和建議如下：

1)建議在對(duì)GB 10070—1988及GB 10071—1988進(jìn)行修編時(shí)，計(jì)權(quán)標(biāo)準(zhǔn)采用ISO 2631-1:1997。

2)在城市軌道交通振動(dòng)環(huán)境影響評(píng)價(jià)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中，建議同時(shí)設(shè)置單值評(píng)價(jià)量和分頻評(píng)價(jià)量，并分別研究確定其限值標(biāo)準(zhǔn)。

3)在城市軌道交通振動(dòng)環(huán)境影響評(píng)價(jià)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中，建議將分析頻率范圍統(tǒng)一規(guī)定為1～80 Hz。

4)列車頭車和尾車通過(guò)時(shí)間的判斷受主觀影響，且直接影響振動(dòng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的計(jì)算結(jié)果。為消除這一因素的影響，建議單值評(píng)價(jià)指標(biāo)設(shè)為L(zhǎng)vz,max，分頻評(píng)價(jià)指標(biāo)設(shè)為L(zhǎng)va,max,f并采用峰值保持法計(jì)算。

5)在城市軌道交通振動(dòng)環(huán)境影響評(píng)價(jià)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中，建議將測(cè)量點(diǎn)的位置統(tǒng)一規(guī)定為建筑物室內(nèi)。