地鐵引起二次噪聲特性及評價量實測與探討

摘要：針對地鐵列車引起的建筑物二次輻射噪聲進行了現場試驗研究和評價量的探討分析。從多個角度對試驗數據進行了分析，總結了運行列車引起的室內二次輻射噪聲特性。從分析頻譜寬度、分析時間長度和背景噪聲等幾個方面研究了影響建筑物室內二次輻射噪聲評價量的若干因素，并探討了不同評價量之間的相關性以及中國現行標準中使用的評價量存在的不足。

關鍵詞：二次輻射噪聲；1/3倍頻程；主頻分布；評價量

中圖分類號：TB53

文獻標志碼：A

文章編號：1674-4764（2013）04-0133-06

地鐵運營引起的臨近建筑物內的二次輻射噪聲已經成為噪聲擾民的主要因素之一。有效的認識建筑物內的二次輻射噪聲的特性是采取有效措施治理地鐵引起室內二次輻射噪聲的先決條件。目前國際上絕大多數關于噪聲特性及噪聲評價的研究是針對空氣傳播的噪聲^[1-4]，軌道列車引起二次輻射噪聲的研究相對較少^[5-6]，儲益萍^[7]對地鐵引起的室內振動與二次輻射噪聲相關性進行了分析，楊碧君等^[8]通過主觀評價試驗對地鐵引起的室內噪聲煩惱度評價量計權因子進行了修正。從各國現有的地鐵引起二次輻射噪聲的定義的范圍看，對于二次輻射噪聲頻率范圍的認定并不統一，歐洲大多數國家并沒有明確提出地鐵引起二次輻射噪聲頻率范圍，而是根據等響曲線最小聽力閾值來確定低頻噪聲的范圍。德國定義的低頻噪聲的頻率范圍主要根據其國家標準DIN 45680所定義低頻噪聲最小聽力閾值作為基準，DIN 45680定義的低頻噪聲的頻率范圍為10～80 Hz，它主要考慮了社會生活產生的噪聲頻率范圍，日本定義的低頻噪聲頻率范圍與德國相同；瑞典的低頻噪聲頻率范圍定義為31.5～200 Hz，丹麥的低頻噪聲頻率范圍定義10～160 Hz，美國公共交通協會快速軌道交通設備設計（TPTA指南）、美國聯邦交通管理局^[9]評價軌道交通與列車引起二次輻射噪聲沒有明確指出評價的頻率范圍，在ISO 14837-1：2005《機械振動—由軌道系統引起的二次輻射噪聲和振動》^[10]第1部分一般指南認為引起建筑物的二次輻射噪聲在16～250 Hz。中國現行標準對地鐵運行引起的室內二次輻射噪聲頻率范圍的規定差別也很大，臺灣沒有專門規定軌道交通引起二次噪聲的頻率范圍，但是定義低頻噪聲的頻率范圍定義20～200 Hz，JGJ/T 170-2009 《城市軌道交通引起建筑物振動與二次輻射噪聲限值及其測量方法標準》中規定地鐵引起的二次輻射噪聲的頻率為16～200 Hz，DB31/T470-2009 《城市軌道交通（地下段）列車運行引起的住宅室內振動與結構噪聲限值及測量方法》、HJ 453-2008《環境影響評價技術導則 城市軌道交通》認為引起室內二次輻射噪聲的頻率范圍為20～20 kHz。

申道明，等：地鐵引起二次噪聲特性及評價量實測與探討

對于評價低頻噪聲采用的評價指標，各國的標準也是不統一的。德國、日本、瑞典采用分頻多值的評價指標。美國公共交通協會快速軌道交通設備設計（TPTA指南）、美國聯邦交通管理局及ISO 14387-1：2005關于軌道交通與列車引起二次輻射噪聲采用的評價量為列車經過時室內的慢擋最大噪聲級（記為LAsmax）；瑞典Boverket鐵路管理局、丹麥環境保護機構、世界衛生組織、JGJ/T 170-2009、DB31/T470-2009均推薦使用等效聲級及快擋最大聲級（記為LAfmax）作為評價量。

建筑物內二次輻射噪聲與地鐵列車振動傳播的諸多影響因素有關，研究結果表明^[11-14]：影響地鐵列車振動傳播的影響因素包括地鐵車輛條件、軌道線路狀況、地基地質條件、建筑物距地鐵線路距離、建筑物特性等，其中影響建筑物內的二次結構噪聲的建筑物特性與建筑物整體質量剛度、地板質量剛度、質量分布、材料阻尼、地板和墻壁尺寸、建筑物內表面吸聲條件、二次輻射噪聲效率等參數有關，使二次輻射噪聲的研究比空氣噪聲復雜的多，導致數值計算地鐵引起的室內二次輻射噪聲非常困難。因此實測成為解決二次輻射噪聲問題的一個非常重要的手段。通過對地鐵中心線30 m以內的居民住宅室內二次輻射噪聲進行現場實測并分析其基本特性。對室內噪聲信號的分析工作主要包括：實測噪聲A聲級與C聲級的分布；室內二次輻射噪聲主要分布的頻率范圍；不同的評價量對實測結果的影響及不同評價量之間的相關性，中國現行標準中使用的評價量存在的不足。通過以上的工作，將有助于認識地鐵運行引起的室內二次噪聲的特性，為降低室內二次輻射噪聲的影響、采取相對應得措施及將來標準的修訂提供有益的建議和幫助。

1地鐵引起建筑物二次輻射噪聲的實測介紹

測試主要在上海地鐵地下線附近的居民住宅中進行，在測量前關閉好門窗，一般選擇在臥室或者客廳內進行測量。為了避免室內一階駐波對測量信號的影響，測量位置一般選在離墻壁1.5 m處，聲傳感器離地板的高度控制在1.2～1.5 m。在測量時室內保持安靜，關閉電冰箱、風扇等產生噪聲的聲源，避免人為噪聲及其他噪聲對測量信號的干擾。噪聲實測使用SQLabⅡ數據采集系統，GR.A.S40AE聲傳感器及26CA前置放大器。采樣頻率選為44 kHz，因為采樣的頻率較高，數據存儲量較大，為了節約空間，每次測量時間定為2 min。按照GB 3096-2008中規定的測量方法進行測量，數據采集系統直接記錄室內聲場的聲壓時程。

2數據分析

2.1室內噪聲的頻率范圍判斷

2.2地鐵運行引起的室內二次輻射噪聲的主頻分布

為了得到地鐵運行引起的室內二次輻射噪聲的主頻分布，對實測室內噪聲數據結果進行統計分析，計算出列車經過時段的實測信號的每個1/3倍頻程中心頻率對應的聲壓級的均值并及方差，同時計算出對應的背景噪聲的聲壓級的均值并及方差。

圖3是一典型的實測二次噪聲與背景噪聲1/3倍頻程圖，從圖3我們可以看出，在高頻段（1 000 Hz以上）兩者基本重合，這說明在這個頻段范圍實測信號主要是由于背景噪聲引起，二次輻射噪聲對于信號的影響完全可以忽略不計。

從圖5中可以看到，在實測信號（圖中點劃線所示）中，由于包含了背景噪聲，250 Hz以下頻段上對A聲級的貢獻值都在50%左右，這時計算得到的A聲級LAeq20k為37.84 dB。根據背景噪聲在不同頻段上的聲壓級大小，對實測信號進行修正得到近似的室內二次噪聲（圖中虛線所示），近似的室內二次噪聲的250頻段上的貢獻值在80%左右，二次輻射噪聲的A聲級主要是250 Hz以下的貢獻的，這時計算的A聲級為36.01 dB。可見，測量信號中的高頻成分對于二次輻射噪聲A聲級的影響比較大。

使用250 Hz以下聲壓級直接計算二次輻射噪聲，這時得到的A聲級LAeq250為35.12 dB，與修正的二次輻射噪聲的A聲級僅差0.89 dB，與真實的室內二次輻射噪聲的A聲級相差更小；使用200 Hz以下聲壓級直接計算二次輻射噪聲，這時得到的A聲級為34.96 dB，與LAeq250相差0.18 dB，因此，使用16～250 Hz頻率段的A聲級來評價地鐵運行引起的室內二次輻射噪聲的大小是比較準確的，可以認為地鐵運行引起室內二次輻射噪聲的主要頻段在16～250 Hz范圍內。

2.3地鐵運行引起的室內二次輻射噪聲的評價量分析

2.3.1實測信號與分頻限值的比較采用分頻段限值的標準主要有德國國家標準DIN45680、荷蘭、日本、瑞典以及德國白天的低頻噪聲的限值，把實測的室內噪聲的1/3被頻帶的結果與采用分頻段限值的國家標準進行了比較。圖6給出與隧道中心線不同距離的測點實測結果與各國分頻限值的比較。圖中圓圈表示距離隧道中心線不同位置處室內二次輻射噪聲1/3倍頻程結果。

從圖6中可以看出在31.5 Hz以下的大多未超過各國的標準限值，但是在31.5 Hz以上的各頻率段內基本上都超過了其他各國的標準，這是由于歐洲國家和日本的標準主要低頻噪聲，而且對環境的要求較高。因此，對于中國目前的室內二次噪聲現狀來說，分頻限值的評價方法存在一定的不足。

2.3.2實測結果與單值計權結果的比較從前面的分析可以看出，評價量LAeq250分析頻段在16～250 Hz，主要反映列車經過時引起的室內二次噪聲的大小，它受到的外界條件干擾最小，是比較準確結果的一種評價量。在我國住房和城鄉建設部發布的JGJ/T 170-2009《城市軌道交通引起建筑物振動與二次輻射噪聲限值及其測量方法標準》中規定使用等效A聲級來評價室內二次輻射噪聲，該標準定義的等效A聲級為：

LAeq=10lg1n∑ni=1100.1LAE，i（3）

但是該標準并未明確指出LAE，i是第i列列車經過時的等效A聲級，也未明確規定等效的時間長度。由于評價頻率段在16～200 Hz，如果LAE，i是列車經過時段（約10 s）的等效聲級，根據JGJ/T 170-2009計算的LAeq200分析的頻率范圍為16～200 Hz，地鐵引起的臨近建筑物室內二次輻射噪聲的最大值一般在150 Hz以內，它包含在200 Hz以內，二者相差很小，說明對于地鐵引起室內噪聲來說，二者基本上是等價的。如果LAE，i是包括列車經過間隔時段（約2 min）的等效聲級，與16～250 Hz范圍內2 min等效聲級（包括背景噪聲）LAeq250，2m的值相近。

評價量LAeq250，2m為包含110 s背景噪聲及列車經過時段（大約10 s）的室內二次噪聲的16～250 Hz范圍內的等效聲級，背景時間較長，背景對于該評價量的影響較大。該評價量得出的結果主要反映了列車經過時低頻背景噪聲的水平，只有在背景噪聲與列車經過引起的室內噪聲相差非常明顯的情況下，才能夠反映出列車經過時室內二次輻射噪聲的大小。

HJ 453-2008《環境影響評價技術導則 城市軌道交通》中對于室內二次輻射噪聲影響評價是根據GBJ 118《民用建筑隔聲設計規范》的規定，在GBJ 118-88中規定室內噪聲的測量在開窗的條件下進行測量，用慢擋讀A聲級，取指針的中間值，并記錄0.5 h內噪聲的間隔時間，計算出該噪聲所占的時間比例，按噪聲特性不同與間歇時間對測量結果進行修正。住房和城鄉建設部發布了GB 50118-2010《民用建筑隔聲設計規范》，廢除了GBJ 118-88，該標準指出對于室內噪聲應在關窗的條件下進行，對于間歇性非穩態噪聲，應測量噪聲源密集發聲時20 min的等效[連續A計權]聲級。上海市質量技術監督局在2009發布了DB31/T 470-2009《城市軌道交通（地下段）列車運行引起的住宅室內振動與結構噪聲限值及測量方法》，該標準規定室內噪聲晝間的評價指標為列車通過時不小于20 min的20～20 kHz等效聲級，夜間使用20～20 kHz等效聲級和最大聲級。考慮到上海地鐵的實際運營情況及未來的發展，在高峰時段2 min內通過一對列車，這樣HJ 453-2008與DB31/T 470-2009規定的20 min的20～20 kHz等效聲級就可以等效為在2 min內通過一輛列車的等效聲級（記為LAeq20k，2m），評價量LAeq20k，2m背景時間較長，背景對于該評價量的影響很大。這是因為實測時得到的背景噪聲的高頻成分占的權值較大，導致在評價地鐵運行引起室內噪聲所占的權值比例很小，噪聲的高頻成分掩蓋了低頻成分的對總聲級的貢獻。因此對于地鐵運行引起的建筑物室內噪聲來說，使LAeq20k，2m來評價地鐵運行引起的建筑物室內噪聲受背景噪聲的影響非常大，導致評價與實際情況偏差較大。

美國公共交通協會快速軌道交通設備設計（TPTA指南）、美國聯邦交通管理局關于軌道交通與列車引起二次輻射噪聲采用的評價量為列車經過時室內的慢擋最大噪聲級，瑞典Boverket鐵路管理局、丹麥環境保護機構、世界衛生組織與DB31/T 470-2009夜間使用快擋的最大聲級。

4結論

通過對地鐵運營引起的室內二次輻射噪聲特性實測結果的分析，可以得出以下結論：對于地鐵引起室內二次輻射噪聲來說，90%左右的測點其LCeq-LAeq>20 dB，說明地鐵引起的室內二次輻射噪聲是低頻噪聲；地鐵運行引起室內二次輻射噪聲的主要頻段在16～250 Hz范圍內；使用16～250 Hz頻率段的A聲級來評價地鐵運行引起的室內二次輻射噪聲的大小是比較準確的；對于地鐵引起的室內二次噪聲來說，由于背景噪聲高頻成分對于真實的二次噪聲影響很大，應采用16～250 Hz范圍的等效聲級LAeq250或者16～250 Hz范圍內的最大聲級，不宜采用全頻段的等效聲級或者最大聲級作為評價指標。

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（編輯胡玲）