軌道交通類基礎(chǔ)設(shè)施聲環(huán)境的研究現(xiàn)狀及趨勢(shì)分析（2002—2022）

張東旭，陳 浩，張新怡，劉雪柳，王雪霏，單 月

（1.廣州大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院，廣東 廣州 510006；2.東北大學(xué)藝術(shù)學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110819）

近20年世界經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，公共交通因其便捷和成本較低等原因成為大城市內(nèi)人們出行的首選交通方式。作為公共交通的重要組成部分之一以及運(yùn)行軌道交通的重要實(shí)體，軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施得到了充分的更新與發(fā)展。

軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施由站臺(tái)建筑和運(yùn)行隧道等部分組成，包括地下軌道交通（通稱“地鐵”）、高速鐵路和城際鐵路等。軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的直接和二次噪聲都會(huì)影響到人們的舒適度甚至身心健康，地鐵振動(dòng)也會(huì)對(duì)沿線一些精密儀器造成影響［1］，因而該研究領(lǐng)域在近20年受到越來(lái)越多學(xué)者的重視，研究成果層出不窮。然而，目前仍然缺乏對(duì)該研究領(lǐng)域成果的總結(jié)，已經(jīng)得出的研究結(jié)論并沒(méi)有被系統(tǒng)地梳理，也就無(wú)法對(duì)下一步的研究做出有針對(duì)性的引導(dǎo)。本文的研究基于前人對(duì)軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施聲環(huán)境的研究成果，運(yùn)用文獻(xiàn)計(jì)量法以及Cite Space等科學(xué)知識(shí)圖譜分析工具進(jìn)行分類整理和可視化等處理，分類梳理研究方法和研究?jī)?nèi)容，系統(tǒng)總結(jié)該研究領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀并展望趨勢(shì)。

1 研究現(xiàn)狀分析

1.1 文獻(xiàn)篩選

本文分析的文獻(xiàn)包括中文和英文兩個(gè)部分，遵循PRISMA標(biāo)準(zhǔn)［2］，中英文文獻(xiàn)的篩選過(guò)程如圖1所示。中國(guó)知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)（CNKI）收錄的研究論文作為中文文獻(xiàn)的數(shù)據(jù)來(lái)源，時(shí)間限定為2002年1月至2022年10月，選擇高級(jí)檢索，以“軌道交通聲環(huán)境”“地鐵聲環(huán)境”“高鐵聲環(huán)境”“城軌聲環(huán)境”為中文檢索關(guān)鍵詞檢索CNKI數(shù)據(jù)庫(kù)，共檢索到267篇中文文獻(xiàn)，經(jīng)過(guò)人工篩選及過(guò)濾后，共88篇論文作為本研究的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)。

圖1 PRISMA流程圖Fig.1 PRISMA flow diagram

同時(shí)，以Web of Science國(guó)際核心期刊數(shù)據(jù)庫(kù)（WOS）收錄的研究論文作為外文文獻(xiàn)數(shù)據(jù)來(lái)源，時(shí)間限定范圍與中文文獻(xiàn)相同，在WOS數(shù)據(jù)庫(kù)中輸入軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施聲環(huán)境的相關(guān)詞條：TS＝（sound environment OR acoustic environment OR noise）AND（railway station OR train OR metro OR urban railway），共檢索到8 499篇外文文獻(xiàn)。經(jīng)過(guò)作者篩選及過(guò)濾后，共113篇論文作為本研究的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)。

1.2 文獻(xiàn)整體分布情況

1.2.1 文獻(xiàn)發(fā)表頻率

按照發(fā)表文獻(xiàn)的年份進(jìn)行分類，繪制出歷年發(fā)文量趨勢(shì)圖，見(jiàn)圖2。由圖2可知，2002—2022年軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施研究領(lǐng)域平均每年發(fā)表文獻(xiàn)10篇以上，發(fā)文數(shù)量呈上升趨勢(shì)。從總體上看，發(fā)文量主要分為4個(gè)階段：2002—2006年期間總發(fā)文量19篇；2007—2011年期間總發(fā)文量21篇；2012—2016年與上一個(gè)階段對(duì)比發(fā)文量有較大程度的提升，總發(fā)文量達(dá)到63篇；2017—2021年期間達(dá)到86篇（由于文獻(xiàn)的發(fā)表檢索具有滯后性，2022年期刊還沒(méi)有被完全統(tǒng)計(jì)），發(fā)文量逐年上升的勢(shì)頭比較明顯。

圖2 歷年發(fā)文量趨勢(shì)Fig.2 The trend in the number of publications over the years

1.2.2 學(xué)科和學(xué)者分布分析

按照文獻(xiàn)所屬學(xué)科進(jìn)行分類，繪制出學(xué)科分布圖（圖3），主要分為道路與鐵道工程、聲學(xué)、建筑技術(shù)科學(xué)、環(huán)境工程和地圖制圖學(xué)與地理信息工程等學(xué)科。其中，道路與鐵道工程約占總發(fā)文量的33%，聲學(xué)約占24%，兩個(gè)學(xué)科的文獻(xiàn)接近全部文獻(xiàn)的60%。從總體上看，軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施的研究學(xué)科較為集中，各學(xué)科之間出現(xiàn)了一些交叉研究。

圖3 發(fā)文學(xué)科分布Fig.3 Distribution of published disciplines

將所有作者的發(fā)文量進(jìn)行數(shù)據(jù)分析及排序，在該研究領(lǐng)域中發(fā)文量較多的作者是Shimokura R（4篇）、Soeta Y（4篇）與劉蘭華（4篇）。從總體上看，研究者之間的合作相對(duì)來(lái)說(shuō)較為集中，形成了小型的作者合作網(wǎng)絡(luò)。

對(duì)該研究領(lǐng)域中作者國(guó)籍進(jìn)行分類與整理，總結(jié)出作者所屬國(guó)籍發(fā)文量的概況如圖4所示。

圖4 作者國(guó)別分布Fig.4 Author country distributions

在有關(guān)軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施聲環(huán)境的英文文獻(xiàn)中，中國(guó)作者發(fā)表了43篇，其他國(guó)家包括日本（8篇）、意大利（8篇）、立陶宛（5篇）、埃及（5篇）、美國(guó)（5篇）、伊朗（4篇）及印度（4篇）等。

對(duì)該領(lǐng)域所有文獻(xiàn)的作者所屬機(jī)構(gòu)進(jìn)行分類及數(shù)據(jù)分析，從整體上看，該研究成果主要集中于各高等院校及企業(yè)的研究。在發(fā)文排名前10的機(jī)構(gòu)中，西南交通大學(xué)（17篇）與北京交通大學(xué)（12篇）兩所高校的發(fā)文量最為突出。

1.3 研究關(guān)鍵詞分析

運(yùn)用Cite Space的分析功能，時(shí)間切片調(diào)整為1年，對(duì)所有文獻(xiàn)的關(guān)鍵詞進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和可視化等分析，得出文獻(xiàn)關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜（圖5）。圖5中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)代表一個(gè)關(guān)鍵詞，節(jié)點(diǎn)越大表明該關(guān)鍵詞出現(xiàn)的頻次越高，節(jié)點(diǎn)間的連線表明關(guān)鍵詞間存在并列引用關(guān)系，可以發(fā)現(xiàn)，該研究領(lǐng)域涉及的范圍非常廣，涉及的主題與內(nèi)容也非常多，關(guān)鍵詞之間的聯(lián)系密切。其中，噪聲被引用的頻次最高，與其他關(guān)鍵詞的聯(lián)系最多，其次是聲環(huán)境、軌道交通、高速鐵路和地鐵等。

圖5 關(guān)鍵詞共現(xiàn)Fig.5 Keyword co-occurrences

為了進(jìn)一步分析各個(gè)時(shí)間段內(nèi)該研究領(lǐng)域各個(gè)方向的發(fā)展趨勢(shì)，本文將所有關(guān)鍵詞通過(guò)Cite Space進(jìn)行數(shù)據(jù)分類與可視化等處理后，繪制出聚類內(nèi)關(guān)鍵詞出現(xiàn)時(shí)間的共現(xiàn)圖譜（圖6），每個(gè)聚類中關(guān)鍵詞的起始出現(xiàn)時(shí)間與發(fā)展情況在其所屬的聚類標(biāo)簽中鋪展開(kāi)來(lái)，節(jié)點(diǎn)間的連線表示該關(guān)鍵詞間存在聯(lián)系?？梢园l(fā)現(xiàn)，近20年來(lái)該研究領(lǐng)域具有較為明顯的連續(xù)性，在各階段中都有新的關(guān)鍵詞出現(xiàn)，不同時(shí)期其側(cè)重點(diǎn)有所不同。地鐵聲環(huán)境的研究出現(xiàn)年代較早，高鐵聲環(huán)境在2012年之后成為研究的側(cè)重點(diǎn)，噪聲控制與噪聲預(yù)測(cè)在2007—2012年之間開(kāi)始逐步成為熱點(diǎn)。

圖6 關(guān)鍵詞出現(xiàn)時(shí)間軸線Fig.6 Keyword appearances timelines

目前這一研究領(lǐng)域是以噪聲研究為主，而未來(lái)可聽(tīng)化設(shè)計(jì)、聲環(huán)境優(yōu)化設(shè)計(jì)等可能成為研究熱點(diǎn)，以上分析可以為下一步的研究提供一個(gè)較為明確的發(fā)展趨勢(shì)。

2 研究方法

筆者對(duì)所選的201篇有關(guān)軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施聲環(huán)境的論文進(jìn)行分類整理，得到各數(shù)據(jù)庫(kù)年均引用率前10的中英文文獻(xiàn)計(jì)量表，如表1、表2所示。由表1及表2可知，目前軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施聲環(huán)境研究中采用的研究方法主要有3種：聲學(xué)測(cè)試、計(jì)算機(jī)模擬及調(diào)查問(wèn)卷。為了確保研究實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新性以及研究結(jié)果的準(zhǔn)確性，在進(jìn)行研究時(shí)往往會(huì)采用兩種及以上的研究方法。通過(guò)對(duì)文獻(xiàn)的統(tǒng)計(jì)，在201篇文獻(xiàn)中采用聲學(xué)測(cè)量方法的共有155篇，采用計(jì)算機(jī)模擬方法的有69篇，采用問(wèn)卷調(diào)查方法的有43篇。

表1 中國(guó)知網(wǎng)年均引用率前10的文獻(xiàn)Table 1 The top 10 publications literary references of annual average citation rate on CNKI

表2 Web of Science年均引用率前10的文獻(xiàn)Table 2 The top 10 publications literary references of annual average citation rate on Web of Science

2.1 聲學(xué)測(cè)量

聲學(xué)測(cè)量法是研究聲環(huán)境的重要方法之一，在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量得到各種聲學(xué)參數(shù)，包括聲壓級(jí)、混響時(shí)間、語(yǔ)言清晰度與信噪比等，利用噪聲頻譜分析儀進(jìn)行頻率特性測(cè)量，再通過(guò)比較分析這些聲學(xué)參數(shù)來(lái)評(píng)估建筑物的聲環(huán)境。以大型軌道交通樞紐為例，建筑往往由入口大廳、售票處、綜合候車廳和輔助空間等部分組成，候車廳多集中在一個(gè)大跨度的空間中，這會(huì)導(dǎo)致混響時(shí)間長(zhǎng)、環(huán)境噪聲高以及語(yǔ)言清晰度差等一系列聲學(xué)問(wèn)題［3］，為了了解這些聲場(chǎng)參數(shù)，采用聲學(xué)測(cè)量法來(lái)研究軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施的聲環(huán)境是一個(gè)必不可少的步驟。

對(duì)地鐵的車站候車廳、月臺(tái)、車廂等空間聲場(chǎng)的研究往往需要進(jìn)行實(shí)地測(cè)量，在這些研究中，大部分實(shí)驗(yàn)都是測(cè)量對(duì)乘客影響較大的列車高速運(yùn)行噪聲、公共廣播噪聲、車站背景噪聲（車站無(wú)廣播、無(wú)列車運(yùn)行時(shí)的噪聲）和車廂環(huán)境噪聲等［4］。很多研究結(jié)果表明實(shí)地測(cè)量的噪音聲級(jí)超過(guò)規(guī)定的噪音限值，Younes等［5］對(duì)開(kāi)羅地鐵站站臺(tái)聲環(huán)境進(jìn)行測(cè)量后提出與國(guó)際噪音暴露標(biāo)準(zhǔn)相比，這些車站月臺(tái)的噪音水平是不可接受的；Jasim等［6］對(duì)4個(gè)巴格達(dá)地鐵站乘客車廂和列車駕駛員艙室的噪聲污染進(jìn)行評(píng)價(jià)，分別測(cè)量進(jìn)站、出站的等效連續(xù)聲級(jí)（Equivalent continuous sound level，Leq），結(jié)果表明，操作員艙內(nèi)的測(cè)量值在可接受范圍內(nèi)，但乘客車廂內(nèi)的噪音水平高于標(biāo)準(zhǔn)。從一些對(duì)地鐵車內(nèi)噪聲特性的研究中得知，車內(nèi)的主要噪聲源為輪軌噪聲及車輛附屬設(shè)備噪聲，近地板、貫通道和車門處噪聲比其他測(cè)點(diǎn)處的聲壓級(jí)高2～3 dB（A）［7－8］；劉茜等［9］在城市軌道交通站臺(tái)噪聲測(cè)量研究中表明，站臺(tái)最大噪聲值出現(xiàn)在列車出站時(shí)位于站臺(tái)列車車頭的停止位置；Shimokura等［10］對(duì)地上、地下車站列車噪聲特性研究測(cè)試表明，地下站臺(tái)列車噪聲比地上站臺(tái)列車噪聲大6.4 dB。

對(duì)高鐵車站候車廳和高鐵車廂內(nèi)聲環(huán)境聲學(xué)測(cè)量的研究表明，人群活動(dòng)噪聲和公共廣播被認(rèn)為是候車廳內(nèi)的主要噪聲源，旅客對(duì)聲環(huán)境的滿意度和舒適度與旅客所處環(huán)境的安靜程度及公共廣播系統(tǒng)的播音清晰度具有顯著相關(guān)性［29－30］。關(guān)于人群活動(dòng)噪聲、公共廣播聲及列車經(jīng)過(guò)時(shí)的噪聲對(duì)高鐵候車廳聲環(huán)境的影響研究表明，分析這3類聲音的聲壓級(jí)及頻譜特性得出旅客數(shù)量與人群活動(dòng)噪聲呈一定的對(duì)數(shù)關(guān)系，候車廳內(nèi)廣播聲能量主要分布在500～1 000 Hz，信噪比為6.9～11.1 dB［31］。線側(cè)式高鐵站候車廳內(nèi)環(huán)境噪聲頻譜特性均在250 Hz左右的低頻出現(xiàn)峰值，這將導(dǎo)致人們煩惱度顯著增加，而且對(duì)語(yǔ)言清晰度也可能造成不利影響［15］。Qian等［32］對(duì)高速列車載客工況下車廂內(nèi)的振動(dòng)噪聲進(jìn)行了測(cè)試和分析，采用1個(gè)傳統(tǒng)物理聲學(xué)參數(shù)和6個(gè)心理聲學(xué)參數(shù)對(duì)室內(nèi)噪聲進(jìn)行量化以評(píng)價(jià)噪聲。

在對(duì)高鐵或者城際鐵路沿線聲環(huán)境的研究中，蔣林［33］對(duì)中國(guó)高鐵沿線噪聲進(jìn)行監(jiān)測(cè)顯示，鐵路邊界噪聲1 h等效聲級(jí)符合《鐵路邊界噪聲限值及其測(cè)量方法》（GB 12525－1990）的規(guī)定［34］，但無(wú)法反映高鐵列車運(yùn)行時(shí)段對(duì)周邊環(huán)境噪聲的實(shí)際影響程度，需要研究和制定新的評(píng)價(jià)量及相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)評(píng)價(jià)高鐵噪聲的影響。周云欣等［35］對(duì)京滬高鐵邊界噪聲和沿線聲環(huán)境進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，分析驗(yàn)證了隔聲降噪效果，發(fā)現(xiàn)在一定距離范圍內(nèi)，高鐵噪聲不符合線聲源衰減規(guī)律。羅海鵬［36］對(duì)昌九城際鐵路沿線聲環(huán)境的研究表明，城際鐵路在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的輻射噪聲源強(qiáng)度均隨列車運(yùn)行速度的增長(zhǎng)而增長(zhǎng)。

2.2 計(jì)算機(jī)模擬

在實(shí)驗(yàn)室中運(yùn)用計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)模擬軌道交通對(duì)周圍聲環(huán)境的影響是近年來(lái)的重要研究方法之一。針對(duì)某一類型交通設(shè)施的聲場(chǎng)研究，如地鐵站這類狹窄空間，利用計(jì)算機(jī)運(yùn)算軟件對(duì)其聲環(huán)境進(jìn)行模擬分析，并提出有針對(duì)性的措施，可以解決某些地鐵站中語(yǔ)言傳輸指數(shù)不夠、混響時(shí)間過(guò)長(zhǎng)等問(wèn)題［37－38］。Gül等［39］利用射線追蹤和擴(kuò)散方程建模這兩種主要的室內(nèi)聲學(xué)模擬方法輔助軌道交通車站的室內(nèi)聲學(xué)設(shè)計(jì)。但是，由于軌道交通車站幾何形狀不規(guī)則，聲音分布不均勻，其內(nèi)部聲場(chǎng)的模擬一直是具有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題。

近年來(lái)，交通噪聲預(yù)測(cè)模型已經(jīng)受到學(xué)術(shù)界和鐵路建設(shè)方的關(guān)注。曾有研究者對(duì)高架軌道交通噪聲預(yù)測(cè)模型的原理、特點(diǎn)以及各自的優(yōu)劣進(jìn)行對(duì)比分析，提出了一些觀點(diǎn)及建議為從事該方向研究工作的人員提供參考［40－41］。龔凱［42］通過(guò)對(duì)美國(guó)模式、德國(guó)shal103模式、日本“北陸”模式和中國(guó)模式進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，4國(guó)軌道交通噪聲預(yù)測(cè)模式均遵循著同一個(gè)預(yù)測(cè)思路，即聲源－聲波傳播過(guò)程－受聲點(diǎn)，但4國(guó)模式在聲源劃分和聲波傳播過(guò)程中引起聲能量衰減的一些外部因素方面存在不同標(biāo)準(zhǔn)。還有學(xué)者通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件的模擬算法建立動(dòng)態(tài)的“列車－軌道”模型，在此模型中可以模擬出多種軌道交通運(yùn)行的過(guò)程，從而得到預(yù)測(cè)數(shù)值［43］。有學(xué)者對(duì)聲環(huán)境的影響預(yù)測(cè)公式進(jìn)行分析，利用計(jì)算機(jī)建模以及數(shù)據(jù)分析等方法使我國(guó)的城市軌道交通噪聲預(yù)測(cè)模式更加完善，計(jì)算更加精確［44］。楊忠平［45］利用Cadna／A軟件預(yù)測(cè)沿線噪聲分布現(xiàn)狀，對(duì)沿線現(xiàn)有聲屏障的降噪效果進(jìn)行模擬預(yù)測(cè)，并對(duì)重點(diǎn)敏感點(diǎn)提出聲屏障增補(bǔ)建議。

有學(xué)者將軌道交通類基礎(chǔ)設(shè)施聲場(chǎng)的模擬和其他學(xué)科的技術(shù)結(jié)合在一起進(jìn)行研究。Yu等［46］運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，VR）技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，讓受試者在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)模擬在辦公場(chǎng)合中聽(tīng)到不同的交通聲音，監(jiān)測(cè)受試者的生理反應(yīng)、皮電活性和心率等參數(shù)。結(jié)果表明，軌道交通運(yùn)行的聲音對(duì)辦公環(huán)境中人們的心理和生理反應(yīng)均有顯著影響。此外，噪聲地圖作為一種評(píng)估噪聲影響、制定防噪計(jì)劃及城市噪聲管理的工具，也被學(xué)術(shù)界廣泛使用［47］。噪聲地圖是結(jié)合GIS（地理信息系統(tǒng)）、聲學(xué)仿真技術(shù)和實(shí)地測(cè)量數(shù)據(jù)來(lái)預(yù)測(cè)并繪制生成噪聲情況的分布圖。通過(guò)噪聲地圖可以更加準(zhǔn)確地展現(xiàn)一個(gè)區(qū)域的噪聲分布，以此來(lái)預(yù)測(cè)噪聲污染的影響范圍，并進(jìn)行有效的噪聲預(yù)防和控制［48］。特別是動(dòng)態(tài)的噪聲地圖可以表達(dá)軌道交通對(duì)周圍地區(qū)聲環(huán)境的影響，提高實(shí)驗(yàn)室模擬對(duì)該研究領(lǐng)域聲環(huán)境評(píng)估的準(zhǔn)確性，有助于聲學(xué)工程師確定噪聲源及其傳播方式，從而能夠就此類噪音管制和管理作出決策［49－50］。

2.3 問(wèn)卷調(diào)查

問(wèn)卷調(diào)查作為社會(huì)學(xué)中運(yùn)用最為廣泛的研究方法之一，可以收集到不同人群對(duì)于軌道交通設(shè)施的主觀評(píng)價(jià)，再結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的客觀聲級(jí)，分析客觀聲級(jí)和使用者主觀感受的關(guān)系，以及研究環(huán)境噪聲乘客滿意度［51］、噪聲煩惱度［52－53］、聲舒適度［29］及噪聲對(duì)周邊居民的影響情況和影響因素［54］等。

將單一使用問(wèn)卷調(diào)查作為研究方法的軌道交通文獻(xiàn)進(jìn)行整理與分類（表3），表明被調(diào)查人數(shù)分布在30～2 000之間。通過(guò)對(duì)受試者進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查，研究者評(píng)估軌道交通噪聲對(duì)其造成的各種不利健康危害的程度［22］，評(píng)估鐵路噪聲水平與煩惱反應(yīng)之間的關(guān)系［27］，確定乘客的社會(huì)特征對(duì)其聲舒適度評(píng)價(jià)的影響［55］，探討地鐵內(nèi)部噪聲與乘客煩惱之間的定量關(guān)系［56］，以及其對(duì)現(xiàn)實(shí)環(huán)境中人的主觀心理和生理的反應(yīng)［46］等。

表3 軌道交通設(shè)施聲環(huán)境問(wèn)卷調(diào)查的研究過(guò)程列表Table 3 The research process of the questionnaire survey on the acoustic environment of rail transit infrastructure

在一些探討乘客噪聲滿意度影響的研究中，研究者也會(huì)采用問(wèn)卷調(diào)查和噪聲測(cè)量相結(jié)合的方法，如針對(duì)地鐵在不同運(yùn)營(yíng)時(shí)段乘客站臺(tái)噪聲滿意度與噪聲聲元素舒適度進(jìn)行評(píng)價(jià)，探討性別、聲元素舒適度以及站臺(tái)噪聲對(duì)乘客噪聲滿意度的影響［51］；針對(duì)下沉式地鐵車輛段環(huán)境噪聲問(wèn)題，采用問(wèn)卷調(diào)查與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)相結(jié)合的方法，對(duì)下沉式地鐵車輛段環(huán)境噪聲特性開(kāi)展研究［52］；針對(duì)城市地面軌道交通沿線住宅小區(qū)的噪聲滿意度進(jìn)行的問(wèn)卷調(diào)查，同時(shí)實(shí)時(shí)測(cè)量分析道路兩側(cè)的聲壓級(jí)，對(duì)沿線住宅小區(qū)的噪聲影響情況進(jìn)行分析［54］；針對(duì)售票廳噪聲現(xiàn)狀，實(shí)地測(cè)試售票廳內(nèi)的噪聲和混響時(shí)間，并進(jìn)行在線問(wèn)卷調(diào)查，確定其主要噪聲源并提出有針對(duì)性的降噪措施［57］。

3 研究?jī)?nèi)容

作者分類整理軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施聲環(huán)境的論文后，參考上文提到的引用率較高文獻(xiàn)計(jì)量表（表1和表2），發(fā)現(xiàn)該領(lǐng)域的研究可以劃分為3個(gè)主要內(nèi)容，包括噪聲控制（共76篇）、聲環(huán)境評(píng)價(jià)（共59篇）及聲景觀設(shè)計(jì)（共35篇）。

3.1 噪聲控制

軌道交通在運(yùn)行期間產(chǎn)生的噪聲給人們帶來(lái)了不和諧的刺耳聲［59］。軌道交通干線的交通噪聲對(duì)沿線的聲環(huán)境影響與噪聲源強(qiáng)度直接相關(guān)，且與軌道交通線路的運(yùn)營(yíng)狀況有關(guān)［60］。可行的情況下，應(yīng)采用遵循標(biāo)準(zhǔn)控制措施層次的風(fēng)險(xiǎn)降低策略，通過(guò)一些有效措施進(jìn)行噪聲控制，以減少噪音暴露。國(guó)內(nèi)外研究人員對(duì)此開(kāi)展了大量的研究工作。

針對(duì)列車車廂內(nèi)噪聲，由于車廂面板主要以擠壓鋁型材結(jié)構(gòu)（底板、頂板、側(cè)壁）和雙板空腔結(jié)構(gòu)（窗戶）等部分組成，提高擠壓鋁型材的隔聲性能將會(huì)一直是該領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)列車只考慮到了列車長(zhǎng)駕駛室的降噪，乘客在車站月臺(tái)上等待列車進(jìn)站以及在搭乘列車時(shí)仍然要忍受軌道交通噪聲［61－62］。對(duì)車體進(jìn)行平滑設(shè)計(jì)、流場(chǎng)控制、鋪設(shè)吸聲材料等措施都是降低車體噪聲產(chǎn)生的主要途徑［63］。此外，還可以改善車廂其他組成部分的隔聲性能，比如在原地板上安裝隔音卷材［7］，增大地鐵地板的隔聲量，可有效降低地鐵車輛車內(nèi)噪聲；設(shè)置有彈性的紗門［64－65］及安裝具有較好隔聲性能的復(fù)合封邊材料的隔聲窗戶等［66］。利用這些隔聲性能更好的材料可以較好地阻隔軌道交通列車在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的噪聲，同時(shí)起到吸聲的作用，從而改善車廂內(nèi)的噪聲環(huán)境，使列車中的噪聲水平降低在標(biāo)準(zhǔn)限值內(nèi)［67］。還有學(xué)者研究隧道鋪設(shè)吸聲材料對(duì)車內(nèi)噪聲的影響，得出如下結(jié)論：相較明線，隧道區(qū)段車內(nèi)噪聲總值增加7 dB（A）左右，而隧道內(nèi)鋪滿吸聲材料可降低車內(nèi)噪聲值約6 dB（A）［68］。

關(guān)于軌道交通對(duì)周邊地區(qū)產(chǎn)生噪聲的研究表明，在源頭上隔絕軌道交通噪聲至關(guān)重要，主要通過(guò)減振與降低軌道交通噪聲等措施。設(shè)置聲屏障可以有效地削減軌道交通噪聲［69－70］，是軌道交通噪聲管理的一種重要方法，在世界各地得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。聲屏障的多樣性使得其在不同外觀、線形、材料、結(jié)構(gòu)形式上有不同的降噪效果［43，71－72］。在列車上使用新型消聲器也可以使消聲效果提升2～4 dB，且在空氣動(dòng)力性能等方面基本保持一致［73］，其性能及降噪效果優(yōu)于傳統(tǒng)片式的消聲器，并具有構(gòu)件模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、小型化以及提高生產(chǎn)效率、降低成本等優(yōu)點(diǎn)［74］，有效降低了軌道交通在行駛過(guò)程中產(chǎn)生的噪聲污染。除了消聲器之外，還可以對(duì)列車及其獨(dú)立部件（受電弓等）進(jìn)行氣動(dòng)流線型改造等［75］。

關(guān)于候車廳室內(nèi)的噪聲，陳靜等［76］通過(guò)研究提出了高鐵候車廳降噪的有效方法：①盡可能地利用側(cè)墻和頂棚等位置布置吸聲材料，可以有效增加空間的整體吸聲量，從而保證直達(dá)聲清晰度的目的；②候車廳中應(yīng)增加使用低頻吸聲較好的吸聲構(gòu)造和吸聲材料，從而降低室內(nèi)低頻噪聲。還有學(xué)者針對(duì)候車廳現(xiàn)存的聲環(huán)境問(wèn)題，提出了改善的方案，比如可以通過(guò)布置吸聲材料及降低吊頂高度來(lái)降低混響時(shí)間［15］。不過(guò)噪聲的形成和傳播的物理過(guò)程非常復(fù)雜，安裝降噪工具也非常繁瑣，因此，選擇降噪工具以及進(jìn)行精確的影響評(píng)估都需要花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間［77］。

針對(duì)軌道交通噪聲的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，需要根據(jù)不同的軌道交通聲源以及檢測(cè)目的來(lái)選擇，與檢測(cè)噪聲相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)是評(píng)價(jià)和控制軌道交通噪聲的關(guān)鍵［19］。我國(guó)現(xiàn)行的兩個(gè)軌道交通噪聲檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)分別是環(huán)境保護(hù)部頒發(fā)的GB 3096—2008《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》［78］與住建部頒發(fā)的GB 50118—2010《民用建筑隔聲設(shè)計(jì)規(guī)范》［79］，但是這些標(biāo)準(zhǔn)缺乏系統(tǒng)性，甚至還存在互相矛盾的情況。國(guó)際上ISO測(cè)量噪聲標(biāo)準(zhǔn)亦無(wú)法與當(dāng)今軌道交通造成的較強(qiáng)交通噪聲進(jìn)行匹配測(cè)量。這些局限性都會(huì)給軌道交通噪聲檢測(cè)、評(píng)價(jià)和控制的實(shí)施帶來(lái)一定困難［80］。另外，針對(duì)目前中國(guó)高鐵缺乏合理的噪聲評(píng)價(jià)方法和標(biāo)準(zhǔn)，王慧麗等［81］通過(guò)研究得出最大聲級(jí)比等效聲級(jí)更適合評(píng)價(jià)高鐵噪聲的研究結(jié)果，同時(shí)提出了一個(gè)新的評(píng)價(jià)量——噪聲變化率。

還有的研究表明采取主動(dòng)防護(hù)措施，比如路段列車運(yùn)行的次數(shù)［80］、調(diào)整特殊時(shí)段［82］、區(qū)域噪聲區(qū)規(guī)劃及限制軌道交通列車?yán)仍肼暤龋?1，83］管理措施也可以協(xié)助解決噪聲問(wèn)題，這些措施既可以降低軌道交通噪聲，也可為其他類交通項(xiàng)目的噪聲防治及運(yùn)營(yíng)管理提供借鑒［84］。

3.2 聲環(huán)境評(píng)價(jià)

乘客對(duì)于軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施聲環(huán)境的主觀評(píng)價(jià)是該領(lǐng)域的重要研究?jī)?nèi)容，通過(guò)調(diào)查問(wèn)卷或訪談等方法直接得到較為清晰的數(shù)據(jù)結(jié)果，總結(jié)并分析得出乘客對(duì)于現(xiàn)今軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施聲環(huán)境的主觀感受，并以此評(píng)估該軌道交通的聲環(huán)境狀況。聲環(huán)境評(píng)價(jià)的研究按照評(píng)價(jià)過(guò)程可以分為對(duì)主觀感受指標(biāo)與對(duì)聲環(huán)境評(píng)價(jià)有影響的客觀聲場(chǎng)參數(shù)。

主觀感受指標(biāo)主要包括煩惱度和舒適度。大量學(xué)者采用了噪聲煩惱度這一主觀評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)來(lái)衡量軌道交通噪聲對(duì)人們?cè)斐傻臒莱潭?，結(jié)果顯示，各國(guó)之間因軌道交通噪聲引起的人群煩惱原因非常相似。大多數(shù)被調(diào)查者反映軌道交通列車的輪軌在運(yùn)行時(shí)發(fā)出的嘯叫聲是最惱人和最令人不安的噪聲源［85］。同時(shí)，還考慮到各城市功能分區(qū)以及住宅的分布布局不同等因素，發(fā)現(xiàn)引起人群煩惱的一個(gè)很重要的因素是軌道交通干線與住宅之間的距離。住宅距離軌道交通干線越近，居民對(duì)于軌道交通噪聲造成的噪聲煩惱程度越高［86］。一些實(shí)驗(yàn)研究軌道交通晝夜等效噪聲水平與被調(diào)查者中高度煩惱者占比之間的關(guān)系。結(jié)果表明，軌道交通噪聲水平與噪聲煩惱度之間存在顯著的正相關(guān)關(guān)系［24］。軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施聲舒適度是另外一個(gè)重要的主觀評(píng)價(jià)指標(biāo)。Meng等［87］對(duì)火車站候車廳進(jìn)行了問(wèn)卷調(diào)查，以確定用戶的社會(huì)特征如何影響他們對(duì)聲環(huán)境的評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，聲舒適度受收入和教育程度的影響，相關(guān)系數(shù)分別為－0.35和－0.32（P＜0.01，表明有顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)差異）；主觀響度受教育程度和職業(yè)的影響，相關(guān)系數(shù)分別為0.35和－0.51（P＜0.01）。Du等［88］通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)和實(shí)驗(yàn)室模擬相結(jié)合的方法研究了軌道交通候車廳內(nèi)熱、光、聲環(huán)境的交互作用對(duì)人體的影響，空氣溫度從17℃增加到26℃時(shí)，聲舒適度評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)降低了22.84%，說(shuō)明聲舒適度也會(huì)間接受到溫度影響。

關(guān)于客觀聲場(chǎng)參數(shù)的指標(biāo)，辜小安等［89］提出我國(guó)高速鐵路高架車站候車廳影響聲環(huán)境評(píng)價(jià)的4項(xiàng)聲場(chǎng)指標(biāo)，包括等效聲級(jí)、列車通過(guò)暴露聲級(jí)、候車廳內(nèi)500 Hz混響時(shí)間和擴(kuò)聲系統(tǒng)語(yǔ)言傳輸指數(shù)。在評(píng)價(jià)軌道交通車外噪聲時(shí)，需要同時(shí)考慮每輛列車經(jīng)過(guò)時(shí)的噪聲水平和車流密度因素，因此，環(huán)境噪聲采用某個(gè)特定時(shí)間間隔內(nèi)的等效連續(xù)A聲級(jí)進(jìn)行評(píng)價(jià)更為合理［80］。制定軌道交通聲環(huán)境評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的要點(diǎn)主要有3個(gè)，即采用多個(gè)評(píng)價(jià)量、合理確定評(píng)價(jià)區(qū)域和測(cè)量點(diǎn)位，以及不同的軌道交通采取不同的標(biāo)準(zhǔn)限值［90］。Wu等［91］探討了大型火車站聲環(huán)境中影響聲舒適度的復(fù)雜因素，結(jié)果表明，主觀舒適度評(píng)價(jià)與客觀測(cè)量聲壓級(jí)和混響時(shí)間之間存在顯著正相關(guān)。艾荔［92］鑒于目前還沒(méi)有專門針對(duì)高鐵站候車廳的聲學(xué)設(shè)計(jì)規(guī)范，在設(shè)計(jì)實(shí)踐和檢驗(yàn)中缺乏一個(gè)客觀且科學(xué)的指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)聲學(xué)效果，提出了候車廳聲學(xué)控制指標(biāo)建議值：當(dāng)容積≤100萬(wàn)m3，混響時(shí)間≤4 s；容積＞100萬(wàn)m3，混響時(shí)間≤5.5 s；語(yǔ)言清晰度≥0.45；信噪比≥15 dB（A），以及包含人群噪聲在內(nèi)的環(huán)境噪聲≤70 dB（A）。

3.3 聲景觀與健康聲環(huán)境設(shè)計(jì)

聲景觀在20世紀(jì)60－70年代由加拿大作曲家塞弗等率先展開(kāi)研究［77］，目前在學(xué)術(shù)界及實(shí)踐界引起極大重視。聲景觀設(shè)計(jì)包括在聲場(chǎng)中加入對(duì)人有利的聲音，也包括消減不利的噪聲。由于大部分的軌道交通站廳往往處于一個(gè)地下封閉的環(huán)境之中，站廳內(nèi)嘈雜的聲環(huán)境容易使乘客產(chǎn)生一定的負(fù)面情緒，軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施的聲景觀設(shè)計(jì)對(duì)緩解乘客焦躁不安的情緒具有重要意義。軌道交通的聲景觀設(shè)計(jì)從整體上考慮到乘客對(duì)于軌道交通聲環(huán)境的感受，研究其聲環(huán)境如何使乘客放松、愉悅，甚至能夠讓軌道交通在城市中形成優(yōu)質(zhì)的聲音生態(tài)環(huán)境。為了改善高鐵站候車廳室內(nèi)的聲環(huán)境質(zhì)量，有學(xué)者提出大型高鐵站候車廳聲環(huán)境設(shè)計(jì)方法［76］。有學(xué)者基于社會(huì)學(xué)理論，運(yùn)用聲學(xué)測(cè)量與調(diào)查問(wèn)卷等研究方法，總結(jié)出鐵路車站聲景觀的實(shí)地設(shè)計(jì)方法，并利用這些方法對(duì)軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行了聲景觀的設(shè)計(jì)［93］。中國(guó)沈陽(yáng)等城市在地鐵站內(nèi)播放背景音樂(lè)，如古典音樂(lè)，悅耳的聲音可以吸引大部分乘客和工作人員的注意［94］。這些廣播的聲音可以“掩蓋”其他不太喜歡的聲源，形成軌道交通聲環(huán)境中的悅耳聲。

考慮到軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施的聲環(huán)境較差是由于場(chǎng)內(nèi)噪聲水平較高，尤其低頻噪聲較高，因此，為了營(yíng)造一個(gè)更健康高效的聲環(huán)境，應(yīng)該加強(qiáng)針對(duì)低頻噪聲的處理，以及合理設(shè)置擴(kuò)音系統(tǒng)，保證候車區(qū)域的語(yǔ)言清晰度等。席天宇［95］針對(duì)我國(guó)地鐵站的聲環(huán)境現(xiàn)狀，結(jié)合聲學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和長(zhǎng)空間聲學(xué)理論，從地鐵站噪聲控制、公共廣播系統(tǒng)設(shè)計(jì)和人性化聲環(huán)境的營(yíng)造3個(gè)方面提出我國(guó)地鐵站聲環(huán)境的設(shè)計(jì)策略。由于車站實(shí)際設(shè)計(jì)建設(shè)中，揚(yáng)聲器的選型、布局有時(shí)不盡合理，造成聲波多次反射延遲，會(huì)引起聲音疊加、聚焦、共振甚至回聲等現(xiàn)象，影響旅客的聽(tīng)覺(jué)感受。因此，何泉勃［96］提出利用聲場(chǎng)控制技術(shù)，通過(guò)聲場(chǎng)模擬和仿真測(cè)試優(yōu)化鐵路客站廣播系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以保證較好的音響效果。另外，在信息過(guò)載的時(shí)代背景下，基于聲學(xué)的可聽(tīng)化技術(shù)憑借其特殊的信息傳達(dá)優(yōu)勢(shì)而興起［97］。總之，視覺(jué)感知與聽(tīng)覺(jué)感知相互結(jié)合可以打造一個(gè)舒適、可交互的地鐵站聲環(huán)境，增強(qiáng)空間的親和度，從而成為地鐵空間人性化設(shè)計(jì)的突破口。

4 結(jié)論與展望

近20年間軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施聲環(huán)境的學(xué)術(shù)研究在國(guó)內(nèi)和國(guó)際上都取得了重大進(jìn)展。本文運(yùn)用文獻(xiàn)計(jì)量法與Cite Space等科學(xué)知識(shí)圖譜分析工具，對(duì)88篇中文文獻(xiàn)和113篇英文文獻(xiàn)進(jìn)行了分類整理和可視化等處理，首先系統(tǒng)地梳理了軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施聲環(huán)境的研究現(xiàn)狀，找出最具有代表性的文獻(xiàn)，對(duì)當(dāng)今該研究領(lǐng)域的3種最常見(jiàn)的研究方法進(jìn)行了歸納，即通過(guò)聲學(xué)測(cè)量了解噪聲的特性和分布特征，通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬對(duì)聲環(huán)境進(jìn)行預(yù)測(cè)，以及通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查和訪談的方法研究人群對(duì)軌道交通設(shè)施聲環(huán)境的主觀感受；接著對(duì)所選文獻(xiàn)的主要研究?jī)?nèi)容進(jìn)行分類討論，主要包括基礎(chǔ)設(shè)施不同位置的噪聲控制、聲環(huán)境評(píng)價(jià)與聲景觀設(shè)計(jì)。

通過(guò)對(duì)這一領(lǐng)域具有代表性文獻(xiàn)的總結(jié)，可以進(jìn)一步了解城市軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施聲環(huán)境研究過(guò)程和最新進(jìn)展，為接下來(lái)的研究提供參考。值得注意的是，目前研究還面臨著諸多問(wèn)題與挑戰(zhàn)，未來(lái)仍需更多研究者進(jìn)行深耕，如噪聲控制目前面臨的技術(shù)難題主要有：①聲源部位及頻譜不明，缺少準(zhǔn)確、高效的噪聲預(yù)測(cè)評(píng)估方法，降噪技術(shù)手段單一等；②對(duì)地鐵與鐵路兩種車型在振動(dòng)、噪聲源強(qiáng)存在差異的研究較少，既有的減振降噪措施適用性有待論證和檢驗(yàn)；③對(duì)于城際鐵路的聲環(huán)境研究、軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施對(duì)周圍建筑物造成的二次噪聲等方面仍缺乏全面的研究，如何實(shí)現(xiàn)振源－路徑－敏感點(diǎn)措施協(xié)同的綜合減隔振，提升典型場(chǎng)景下的振動(dòng)和結(jié)構(gòu)二次噪聲的控制效果仍是技術(shù)難題；④相關(guān)的噪聲標(biāo)準(zhǔn)還不夠完善，噪聲地圖的研究目前尚未真正運(yùn)用到噪聲污染防治中，噪聲預(yù)測(cè)軟件的運(yùn)用也不是很廣泛，迫切需要各部門、機(jī)構(gòu)的協(xié)同工作。在未來(lái)，軌道交通設(shè)施聲環(huán)境的研究者更應(yīng)從乘客的實(shí)際感受出發(fā)，主觀調(diào)查與客觀數(shù)據(jù)分析相結(jié)合，實(shí)地測(cè)量與計(jì)算機(jī)模擬相結(jié)合，建設(shè)綠色健康交通設(shè)施聲環(huán)境。

本文的研究還具有一定的局限，如文獻(xiàn)數(shù)據(jù)只分析了中文和英文文獻(xiàn)，只對(duì)CNKI和WOS兩個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行了檢索，其他語(yǔ)言和其他數(shù)據(jù)庫(kù)的相關(guān)研究文獻(xiàn)及書(shū)刊并未納入本文的研究范圍。下一步的工作會(huì)對(duì)這一領(lǐng)域的研究成果進(jìn)行更全面和系統(tǒng)的分析與總結(jié)。