廣州大學(xué)城某學(xué)生宿舍樓環(huán)境振動(dòng)實(shí)測(cè)與分析

張金蓮，宋小飛

（華南理工大學(xué)環(huán)境與能源學(xué)院，廣東 廣州 510006）

振動(dòng)是指物體的往復(fù)運(yùn)動(dòng)過程，是自然界中存在的普遍現(xiàn)象。振動(dòng)的物體均具有其振幅和頻率，這種振動(dòng)可以經(jīng)過介質(zhì)發(fā)生傳播，例如聲音的傳播介質(zhì)為空氣，交通振動(dòng)的傳播介質(zhì)是周圍的建筑物或構(gòu)筑物等固體物質(zhì)，使得遠(yuǎn)處的人們會(huì)感受到這種振動(dòng)。振動(dòng)超過一定的界限時(shí)即形成振動(dòng)污染，對(duì)人體健康、建筑物的結(jié)構(gòu)安全和正常使用、精密儀器和設(shè)備的正常使用造成嚴(yán)重的影響[1-4]。2015年1月1日起實(shí)施的新修訂的《中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)法》第四十二條第一款規(guī)定：“排放污染物的企業(yè)事業(yè)單位和其他生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)者，應(yīng)當(dāng)采取措施，防治在生產(chǎn)建設(shè)或者其他活動(dòng)中產(chǎn)生的廢氣、廢水、廢渣、醫(yī)療廢物、粉塵、惡臭氣體、放射性物質(zhì)以及噪聲、振動(dòng)、光輻射、電磁輻射等對(duì)環(huán)境的污染和危害。”其中明確了振動(dòng)污染為一種新興的污染方式。另一方面，隨著生活水平的提高，人們對(duì)建筑環(huán)境的要求也越來越高。生活中有些振動(dòng)不那么強(qiáng)烈，甚至讓人不易察覺，但是如果它是長(zhǎng)期存在和反復(fù)發(fā)生的，就會(huì)對(duì)身處室內(nèi)的人的工作和生活產(chǎn)生不利影響。因此，結(jié)合周邊實(shí)際情況對(duì)建筑物進(jìn)行環(huán)境振動(dòng)實(shí)測(cè)與分析具有較大的現(xiàn)實(shí)意義。

宿舍是大學(xué)生長(zhǎng)期生活學(xué)習(xí)的場(chǎng)所，為了解廣州大學(xué)城某學(xué)生宿舍樓的振動(dòng)情況，采用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的方法采集了該宿舍樓各層的振動(dòng)數(shù)據(jù)，分析其振動(dòng)特性，并探討了引起室內(nèi)振動(dòng)的相關(guān)因素，以期為了解普通建筑室內(nèi)振動(dòng)的污染特征提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 建筑物特點(diǎn)及周圍環(huán)境

進(jìn)行振動(dòng)數(shù)據(jù)采集的宿舍樓位于廣州大學(xué)城，距地鐵4號(hào)線軌道中心垂直距離約600 m，周邊建筑物較為密集。該宿舍樓2003年竣工，共七層，每層樓120 人左右，為框架剪力墻結(jié)構(gòu)。鄰近的地鐵4 號(hào)線路位于宿舍樓的西南側(cè)，高峰期3～4分鐘一班，中峰期約5分鐘一班，低峰期5～9 分鐘一班。因?yàn)榕R近大學(xué)城南站臺(tái)，宿舍樓處車速大約為30 km/h。南沙客運(yùn)港站往黃村站的首班車時(shí)間為6:00，末班車時(shí)間為22:30；黃村往南沙客運(yùn)港方向的首班車時(shí)間為6:00，末班車時(shí)間為23:15。該宿舍樓離公路交通干線較遠(yuǎn)加上大學(xué)城車流量本身不大，所以可以忽略其他交通工具對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響。

1.2 監(jiān)測(cè)儀器

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)獲得環(huán)境振動(dòng)強(qiáng)度的方法通常有兩種：一是利用環(huán)境振動(dòng)分析儀進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，直接讀取振級(jí)數(shù)據(jù)；二是記錄加速度、速度或位移信號(hào)，然后再通過分析處理獲取振級(jí)等信息[5]。本實(shí)驗(yàn)采取第一種方式，所使用的儀器是AWA6256B+型環(huán)境振動(dòng)分析儀(杭州愛華儀器有限公司)。該儀器內(nèi)置有根據(jù)JJG 921-1996《公害噪聲振動(dòng)計(jì)》規(guī)定的全身豎直頻率計(jì)權(quán)（W.B.z）和全身水平頻率計(jì)權(quán)（W.B.x-y），可分別直接測(cè)量全身豎直計(jì)權(quán)振級(jí)VLz和全身水平計(jì)權(quán)振級(jí)VLx-y。

1.3 監(jiān)測(cè)方案

根據(jù)GB10071-1988《城市區(qū)域環(huán)境振動(dòng)測(cè)量方法》[6](以下簡(jiǎn)稱《GB 10071-1988》)和GB 10070-1988《城市區(qū)域環(huán)境振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)》[7](以下簡(jiǎn)稱《GB 10070—1988》)振動(dòng)測(cè)量與評(píng)價(jià)方法要求，本實(shí)驗(yàn)選擇在每層樓靠近樓道的洗衣房?jī)?nèi)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，以盡量確保監(jiān)測(cè)點(diǎn)處于同一鉛錘線上，減少因不同測(cè)量環(huán)境帶來的誤差。監(jiān)測(cè)點(diǎn)位于房屋中間位置，距離任一墻面0.5 m 以上。24 h內(nèi)對(duì)同一樓層選取五個(gè)時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，分別為9:00、11:30、14:00、17:30和22:00，積分時(shí)間為1 h。其中，9:00 和14:00 屬于上課時(shí)間，22:00屬于休息時(shí)間，均為相對(duì)安靜的時(shí)間點(diǎn)；11:30 和17:30 屬于下課吃飯時(shí)間，人流量較大。測(cè)量時(shí)關(guān)閉室內(nèi)其他可能產(chǎn)生振動(dòng)的振源，避免其他振動(dòng)源對(duì)測(cè)量信號(hào)的干擾。

2 結(jié)果和討論

振動(dòng)加速度級(jí)是一種表征振動(dòng)強(qiáng)度的單一數(shù)值指標(biāo)，人體在不同振動(dòng)方向?qū)φ駝?dòng)強(qiáng)度敏感程度不同，為了分析宿舍樓各層的振動(dòng)強(qiáng)度，采集了豎向振動(dòng)（頻率計(jì)權(quán)為z，積分時(shí)間為1 h 的等效振級(jí)VLzeq）和水平振動(dòng)（頻率計(jì)權(quán)為x，積分時(shí)間為1 h 的等效振級(jí)VLxeq）數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。

2.1 豎向振動(dòng)的實(shí)測(cè)結(jié)果分析

根據(jù)《GB/T 10070-1988》規(guī)定，城市區(qū)域環(huán)境振動(dòng)采用豎向z振級(jí)作為評(píng)價(jià)量，居民、文教區(qū)白天振級(jí)上限為70 dB，夜間為67 dB。圖1為宿舍樓不同樓層不同時(shí)間段實(shí)測(cè)豎向振動(dòng)水平結(jié)果。

圖1 不同時(shí)間段各樓層豎向等效加速度級(jí)變化曲線圖

總體上，5 個(gè)時(shí)間段宿舍樓豎向振動(dòng)沿樓層的分布沒有呈現(xiàn)出規(guī)律性的增大或減小趨勢(shì)。其中，9:00-10:00 時(shí)間段除在七樓出現(xiàn)豎向振動(dòng)急劇增大的現(xiàn)象外，其余樓層振動(dòng)水平相差不大；14:00-15:00時(shí)間段各樓層豎向振動(dòng)在波動(dòng)中緩慢增加；22:00-23:00時(shí)間段一樓到四樓豎向振動(dòng)呈先增大后減小再增大的趨勢(shì)，四樓以上呈緩慢增加的趨勢(shì)。由于9:00-10:00和14:00-15:00 屬上課時(shí)間，22:00-23:00 屬休息時(shí)間，這3個(gè)時(shí)間段樓道中的人流量小，豎向振動(dòng)變化趨勢(shì)較為平緩。與此同時(shí)，從圖1還可以看出22:00-23:00 時(shí)間段各樓層豎向振動(dòng)水平整體上比9:00-10:00和14:00-15:00要高，雖然22:00-23:00 已是就寢時(shí)間，樓道人流小，但整棟宿舍樓人數(shù)要比9:00-10:00 和14:00-15:00 這2 個(gè)時(shí)間段多，這可能是導(dǎo)致22:00-23:00 時(shí)間段豎向振動(dòng)水平整體上比9:00-10:00 和14:00-15:00 高的重要原因。也就是說，室內(nèi)有人的情況下，即使沒有大范圍的活動(dòng)，宿舍樓豎向振動(dòng)水平也比室內(nèi)無人的情況下高。11:30-12:30 時(shí)間段豎向振動(dòng)在二樓些微減小后急劇增大，四樓豎向等效振級(jí)比二樓高31.48 dB，之后豎向振動(dòng)緩慢增大，六樓少許減小后繼續(xù)增大，七樓的豎向等效振級(jí)最大。對(duì)于17:30-18:30 時(shí)間段，隨著樓層的增加，宿舍樓的豎向振動(dòng)呈現(xiàn)先減小后增大再減小之后逐漸增大的趨勢(shì)，豎向振動(dòng)最弱的是四樓，最強(qiáng)的是七樓。11:30-12:30 和17:30-18:30 這2個(gè)時(shí)間段屬于下課就餐時(shí)間，樓道中人流量增加，加上每層樓的人流量不固定，使得振動(dòng)水平更加具有不確定性，因而各樓層的豎向振動(dòng)起伏較大。

根據(jù)《GB/T 10070-1980》規(guī)定，分析5個(gè)時(shí)間段不同樓層豎向振動(dòng)的變化情況可知，28.6%的實(shí)測(cè)結(jié)果超過《GB 10070—1988》規(guī)定的晝夜標(biāo)準(zhǔn)限值。其中，14:00-15:00時(shí)間段各樓層豎向等效振級(jí)均符合《GB/T 10070-1988》標(biāo)準(zhǔn)要求；9:00-10:00時(shí)間段宿舍樓七樓超標(biāo)，且超出標(biāo)準(zhǔn)限值1.25 dB；22:00-23:00時(shí)間段六樓和七樓分別超出標(biāo)準(zhǔn)限值5.01 dB和5.90 dB；17:30-18:30時(shí)間段三樓、六樓和七樓共3個(gè)樓層超標(biāo)，分別超出標(biāo)準(zhǔn)限值1.86 dB、0.11 dB和3.45 dB；11:30-12:30時(shí)間段四樓、五樓、六樓和七樓共4個(gè)樓層出現(xiàn)超標(biāo)情況，分別超出標(biāo)準(zhǔn)限值2.96 dB、3.49 dB、1.6 dB 0和6.77 dB。從以上結(jié)果可以看出人員流動(dòng)量大的時(shí)間段（11:30-12:30和17:30-18:30）宿舍樓豎向振動(dòng)超標(biāo)樓層數(shù)量亦大，室內(nèi)人員多的時(shí)間段（22:00-23:00）宿舍樓豎向振動(dòng)要比室內(nèi)人員少的時(shí)間段（9:00-10:00和14:00-15:00）超標(biāo)樓層數(shù)量大，再次表明人員流動(dòng)數(shù)量和室內(nèi)人員數(shù)量是影響宿舍樓豎向振動(dòng)水平的重要因素。

從不同時(shí)間段同一樓層的振動(dòng)水平來看，本試驗(yàn)所研究5個(gè)時(shí)間段中一樓和二樓豎向振動(dòng)均沒有出現(xiàn)超過標(biāo)準(zhǔn)限值的情況，三至五樓均有1 次超標(biāo)，六樓有3 次超標(biāo)，7 樓有4 次超標(biāo)，即在實(shí)際使用時(shí)宿舍樓樓層越高，豎向振動(dòng)水平超出標(biāo)準(zhǔn)限值的次數(shù)越多。不僅如此，本研究還發(fā)現(xiàn)5個(gè)時(shí)間段均以七樓振動(dòng)強(qiáng)度為最大，也就是說宿舍樓的頂層豎向振動(dòng)最強(qiáng)。

2.2 水平方向振動(dòng)的實(shí)測(cè)結(jié)果分析

從圖2可以看出，宿舍樓各層水平振動(dòng)的變化規(guī)律與豎向振動(dòng)較為相似，但從數(shù)值上看，水平等效振級(jí)比豎向大。9:00-10:00、11:30-12:30、14:00-15:00、17:30-18:30 和22:00-23:00 這5 個(gè)時(shí)間段中，振動(dòng)最強(qiáng)樓層均為七樓，等效振級(jí)分別為74.83 dB、78.60 dB、70.22 dB、77.64 dB和74.04 dB；振動(dòng)最弱樓層則有所不同，分別為三層（51.49 dB）、二層（46.25 dB）、一層（49.63 dB）、四層（52.83 dB）和一層（58.56 dB）。因此，無論是水平向振動(dòng)還是豎向振動(dòng)宿舍樓的頂層振動(dòng)強(qiáng)度最大。

圖2 不同時(shí)間段各樓層水平向等效加速度級(jí)變化曲線圖

城市軌道交通系統(tǒng)的蓬勃興建，在帶給人們便捷出行和促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，軌道交通線路附近的噪聲與振動(dòng)污染也逐步成為突出的環(huán)境問題之一。在車輛行駛過程中，由運(yùn)行列車對(duì)軌道的沖擊作用產(chǎn)生振動(dòng)，并通過結(jié)構(gòu)(隧道基礎(chǔ)和襯砌或橋梁的墩臺(tái)及其基礎(chǔ))傳遞到周圍的地層，進(jìn)而通過土壤向四周傳播，誘發(fā)了附近地下結(jié)構(gòu)以及建筑物(包括其結(jié)構(gòu)和室內(nèi)家具)的二次振動(dòng)和噪聲，對(duì)沿線居民的居住環(huán)境及身體健康等均產(chǎn)生顯著影響［8-10］。由列車引起的沿線地面建筑物振動(dòng)，其振級(jí)的大小與建筑物的結(jié)構(gòu)形式、基礎(chǔ)類型以及距地鐵的距離有密切的聯(lián)系[11-17]。本研究中宿舍樓距離地鐵軌道中心垂直距離較遠(yuǎn)，并且該宿舍樓位置靠近站臺(tái)，列車通過時(shí)速度較低，加上宿舍樓屬基礎(chǔ)良好的鋼筋混凝土建筑，其固有頻率低，不易被激起較大的振動(dòng)，是以本研究中沒有明顯數(shù)據(jù)支撐地鐵運(yùn)行情況對(duì)宿舍振動(dòng)水平產(chǎn)生影響，但是人員流動(dòng)數(shù)量和室內(nèi)人員數(shù)量均對(duì)宿舍樓振動(dòng)強(qiáng)度產(chǎn)生重要影響。

2.3 問卷調(diào)查

為了更加全面研究宿舍樓振動(dòng)對(duì)人體的影響，我們對(duì)該宿舍樓內(nèi)的人員進(jìn)行了振動(dòng)對(duì)居住人員的影響情況問卷調(diào)查（每層樓隨機(jī)挑選10人），最長(zhǎng)居住年限接近4年，對(duì)于能否感受到建筑物振動(dòng)的問題，均表示未感受到，由調(diào)查結(jié)果可知短期內(nèi)該宿舍樓振動(dòng)對(duì)居住人員居住環(huán)境的影響有限。如果要得出更為精確，適用范圍更廣的結(jié)論，還需要進(jìn)行長(zhǎng)期的、更為多樣化的數(shù)據(jù)測(cè)量與分析。

3 結(jié)論

（1）5 個(gè)時(shí)間段宿舍樓豎向振動(dòng)沿樓層的分布趨勢(shì)各不相同，沒有呈現(xiàn)出規(guī)律性的增大或減小趨勢(shì)。28.6%的豎向振動(dòng)實(shí)測(cè)結(jié)果超過《GB 10070—1988》規(guī)定的晝夜標(biāo)準(zhǔn)限值，宿舍樓樓層越高，豎向振動(dòng)水平超出標(biāo)準(zhǔn)限值的次數(shù)越多，且5 個(gè)時(shí)間段均以七樓振動(dòng)強(qiáng)度為最大。人員流動(dòng)數(shù)量和室內(nèi)人員數(shù)量是宿舍樓豎向振動(dòng)的重要影響因素。

（2）宿舍樓水平向振動(dòng)的變化規(guī)律與豎向振動(dòng)的變化規(guī)律較為相似，水平向等效振級(jí)整體上比豎向大。不論是水平向振動(dòng)還是豎向振動(dòng)，宿舍樓的頂層振動(dòng)最強(qiáng)。

（3）問卷調(diào)查結(jié)果顯示，短期內(nèi)宿舍樓振動(dòng)基本沒有對(duì)居住人員的生活造成影響。