山地城市輕軌沿線典型地段聲環境研究?

李銘玥　謝 輝　劉 岑　鄒靜雯　李 亨

（1重慶大學建筑城規學院　重慶　400045）

（2重慶大學山地城鎮建設與新技術教育部重點實驗室　重慶　400045）

山地城市輕軌沿線典型地段聲環境研究?

李銘玥1，2謝 輝1，2?劉 岑1，2鄒靜雯1，2李 亨1，2

（1重慶大學建筑城規學院重慶400045）

（2重慶大學山地城鎮建設與新技術教育部重點實驗室重慶400045）

重慶作為典型山地城市，獨特的城市空間形態產生了輕軌系統與其沿線建筑特有的空間關系，使得輕軌噪聲的影響變得更為復雜。本文以重慶市輕軌建設現狀與空間形態特征的分析研究為基礎，選取了輕軌2、3號線沿線的三處典型地段進行聲環境測試，測試結果表明，輕軌通過時噪聲會增加10—25 dB（A），而山地城市多輕軌線路多彎道，列車通過400 m以下小半徑彎道時噪聲平均比直行狀態高2—3 dB（A），同時輕軌在進出隧道時，其噪聲的持續影響時間平均增加10—12 s。

輕軌，交通噪聲，空間形態，聲環境，山地城市

1　引言

隨著城市的不斷擴張，輕型軌道交通作為城市公共交通的重要組成部分，在解決城市繁重的交通壓力問題的同時，也對其沿線區域的聲環境帶來一定的負面影響。城市軌道交通噪聲問題受到愈來愈多研究者的關注：英國謝菲爾德大學的康健總結了地鐵聲環境的長空間聲場特點，并提出了長空間聲學理論公式，極大地推動了地鐵站的聲環境設計［1］；Hudecek等研究了斯特拉瓦城市地下軌道交通噪聲，發現地下線路通常位于稠密建成區，且道路兩側建筑往往建設在軌道交通的基礎結構之上，因而建筑受到嚴重的噪聲和振動影響［2］；Ryota Shimokura等從軌道交通站臺的空間類型方面描述了軌道車輛的噪聲特點，并提出了站點噪聲的控制措施［3］；Grubliauskas等發現城市軌道交通噪聲對城市居住環境質量造成嚴重影響，需要系統有效的解決措施［4］。整體而言，國外研究更多地關注于鐵路、地鐵等傳統軌道交通形式，相對缺乏高架輕軌交通的研究數據。中國環境科學院公布數據表明，城市區域聲環境約為49%中度污染，30%輕度污染，城市道路交通噪聲影響約占城市區域環境噪聲的80%以上，而其中，高架輕軌交通噪聲又占有很大比例；朱瑞儀等對上海輕軌某高架運行段進行測量并建立軌道交通噪聲預報模型，對聲場在地面隨距離的衰減規律進行了分析［5］；曹國利等從線路和車輛兩方面對長春市輕軌噪聲的控制提出了有效措施［6］。但關于山地環境下輕軌噪聲問題的研究卻為數不多。隨著山地城市開發區域與利用范圍的持續增大，山地城市輕軌沿線受噪聲影響的人群也在不斷增加。因此，對山地城市輕軌沿線聲環境質量的調查研究顯得尤為重要。

重慶市作為典型的山地城市，獨特的山地地形造就了輕軌系統與其沿線特有的空間關系，使得軌道交通噪聲的影響變得復雜。由于山地城市多存在密集的路網與狹窄的道路，輕軌為了適應地形而緊鄰建筑物甚至從其中穿過［7］，軌道與建筑物之間最近的距離甚至可達5 m以內，且較多的噪聲敏感點分布在輕軌沿線兩側，市民生活與工作受到嚴重影響；過多的急彎與上下坡使輕軌在運行中產生更大的噪聲。因此，山地城市輕軌沿線噪聲控制的難點，在于探求輕軌、建筑及地形與山地聲環境的影響關系。

重慶市現已建成并開通的軌道交通線路共有五條（如圖1所示）。其中2、3號線使用的是跨座式單軌交通（輕軌）［8］，其余均為鋼輪鋼軌交通。與鋼輪鋼軌交通相比，跨座式單軌軌道交通具有轉彎靈活、爬坡能力強等特點［9］。輕軌對復雜地形具有良好適應性，轉向架的獨特設計也在一定程度上降低了輕軌運行時的噪聲。然而對于輕軌沿線一些特殊地段而言，僅考慮改進輕軌運行技術對減小輕軌噪聲影響遠遠不夠。因此，本文以重慶市輕軌2、3號線運營線路與其周邊建筑及外部空間環境特點為依據，選取三處典型地段，以輕軌運行噪聲為主要研究對象，結合山地空間特性、聲環境評估等方面進行探討，為山地城市軌道交通噪聲的合理控制提供數據基礎。

2　研究方法

2.1測點選取

由于山地城市輕軌沿線的空間形態類型因地勢起伏而復雜多變，輕軌沿線兩側的邊界更是豐富多樣，即自然要素和軌道線可能互為邊界。研究重慶輕軌沿線的噪聲影響，首先需要明確沿線空間環境的分類。重慶軌道交通2、3號線連接了渝中、南岸、江北、渝北等七大主城區，構成了重慶主城軌道交通的骨架，本文對這兩條輕軌線路的沿線空間形態進行分類（見表1、圖1）。

表1　重慶輕軌沿線空間形態分類Table 1 The spatial forms along light rails in Chongqing

由于輕軌“穿樓而過”與“臨樓而過”兩種方式所產生的噪聲對于人的影響最為顯著，綜合考慮建筑與軌道的間距、樓層高度、使用人群等要素，本文選取三處具有代表性的測試區域進行重點研究。

區域A：輕軌2號線黃花園-臨江門段，包含區域內樓I怡景大廈、樓II華庭錦園。本區域輕軌空間形態類型為穿越建筑型和臨建筑型，此區域內輕軌軌道一端架設在樓II裙房內，另一端穿入隧道，中間部分為高架形式，緊臨樓I，輕軌運行高度大約在建筑3層的位置。區域A四周由三組高層建筑及一棟在建的高層建筑圍合，建筑圍合程度高。此處共設置了6個測點RA1—RA6，其中RA1—RA4分別位于樓I室外1—4層外掛樓梯，緊鄰輕軌軌道；RA5設置在輕軌所穿越的樓II的裙房4層室外平臺，位于輕軌軌道上方；RA6設置在輕軌軌道正下方的一個房間內，兼作為室內24小時噪聲測點。本選點區域內的6個測點位置如圖2所示。

圖2　區域A測點布置圖（RA1—RA6）Fig.2 Receiver positions in site A（RA1—RA6）

區域B：輕軌2號線李子壩站周邊，包含區域內樓I桂花園路76號、樓II桂花園路75號、樓III李子壩輕軌站綜合樓。本區域輕軌空間形態類型為穿越建筑型和臨建筑型，此區域內輕軌軌道與桂花園路平行，運行高度大約在樓I的8層位置，東北面穿入樓III，東南側為山體與少量低矮建筑，西北側為樓I、樓II兩棟住宅樓。這兩棟住宅樓背山面江，距離輕軌軌道最近處僅3 m左右，與桂花園路接平層分別為6層和8層，為典型的山地空間形態。此選點范圍內共設置13個測點RB1—RB13，其中RB1—RB11分別位于樓I緊鄰輕軌的開窗樓梯間4—14層，距輕軌軌道水平距離為3.28 m；RB12選擇在輕軌所穿越的樓III 9層走廊盡頭，位于輕軌軌道上方。同時，在距輕軌軌道僅8.61 m的樓I9層臨街住戶RB13進行室內24 h噪聲測試。圖3為本選點區域內的13個測點位置。

圖3　區域B測點布置圖（RB1—RB13）Fig.3 Receiver positions in site B（RB1—RB13）

區域C：輕軌3號線長福路-回興段，包含區域內樓I鑫城名都、樓II鶯歌小區。本區域輕軌空間形態類型為臨建筑型，軌道架設在雙向四車道的城市道路上，對道路兩側住宅樓及底層商業用房的聲環境造成影響。同時，輕軌軌道在此段內有一小半徑的轉彎，輕軌在轉彎處非常貼近住宅樓。此處共設置9個測點RC1—RC9，其中RC1—RC4沿街布置，距離軌道中心6.00 m；RC5深入住宅區內部，距離軌道中心約48.00 m；RC6—RC9位于直行處和轉彎處面向輕軌軌道的住宅陽臺上。圖4顯示本選點區域內的9個測點平面位置。

圖4　區域C測點布置圖（RC1—RC9）Fig.4 Receiver positions in site C（RC1—RC9）

2.2聲環境實測

本研究以GB/T 3222《聲學環境噪聲的描述、測量與評價》的第二部分為測量參考標準，進行聲環境數據采集。所用儀器為AWA6228 I聲級計，儀器被放置在距離地面1.2 m的位置，使用激光測距儀記錄儀器與輕軌軌道間的距離。為研究輕軌通過測點時的噪聲變化，選擇對各測點進行持續10 min的短時測量以確保測量時間段至少包含列車通行的三個整周期。24 h噪聲測試用以研究一天內輕軌運行時段與非運行時段的聲環境差異。聲學指標包括等效A聲級（LAeq）、最大聲級（Lmax）、最小聲級（Lmin）和1/3倍頻程頻譜，所有測量任務均選擇在工作日的非交通高峰時段進行。

3　研究結果

3.1輕軌沿線空間類型分類

重慶輕軌2、3號線沿線空間類型如表1所示。此分類的主要依據是輕軌兩側的自然或人工邊界，共分為8大類——地下型、跨江型、濱江臨山型、濱江臨建筑型、靠山臨建筑型、穿越建筑型、臨建筑型、復合型。表1還總結了各類型的空間特性與噪聲特性，作為聲環境實測與研究分析的依據。

3.2短時段測試結果

區域A：測量結果表明，5個測點的LAeq均符合《聲環境質量標準》的規定，RA1、RA3、RA5的10分鐘每秒等效聲壓級變化曲線如圖5所示。外掛樓梯4層的測點RA4的LAeq最高，為67.5 dB（A），位于軌道正上方平臺的測點RA5的LAeq最低，為64.3 dB（A）。但當輕軌通過時，5個測點的聲壓級均有明顯峰值出現，且L10為65.8—70.8 dB（A），Lmax為77.6—83.7 dB（A）。另外，輕軌經過的頻率較高（每10分鐘3—6次）。因此，輕軌噪聲對區域A聲環境的影響較大。

圖5　區域A部分測點短時段測量LAeq變化圖Fig.5 Equivalent sound levels（dB（A））measured over short period in site A

區域B：數據顯示，13個測點的LAeq均符合《聲環境質量標準》的規定，其中，RB1、RB5、RB9、RB12、RB135個測點的10分鐘內等效A聲級變化曲線如圖6所示。位于樓II 8層的RB5的LAeq最高，為66.0 dB（A），位于樓III 9層的RB12的LAeq最低，為58.0 dB（A），整體聲環境略優于區域A。當輕軌通過時，13個測點的聲壓級均有明顯峰值出現，且L10為65.6 dB（A）—69.7 dB（A），Lmax為 72.6 dB（A）—79.3 dB（A）。因此，輕軌噪聲對區域B聲環境也有較大影響。此外，可以看出，輕軌噪聲在出站時基本大于進站。進一步分析樓II輕軌噪聲隨樓層的變化情況（圖7），得出結論：輕軌噪聲8層以上隨樓層的增加而減小，8層以下隨樓層的減小而減小。

圖6　區域B部分測點短時段測量LAeq變化圖Fig.6 Equivalent sound levels（dB（A））measured over short period in site B

圖7　區域B樓II各測點LAeq隨樓層變化圖Fig.7 Equivalent sound levels（dB（A））measured in receiver positions in building II，site B with change of stage

RB12測點位于樓III 9層，實測數據表明該點LAeq為58.0 dB（A），整體聲環境較好，而每當輕軌通過時的Lmax也僅達到66 dB（A）左右。而位于樓I和樓II 9層的測點RB13、RB6的LAeq分別為61.7 dB（A）、65.1 dB（A），Lmax分別為74.6 dB（A）、78.1 dB（A）。以上數據比較說明，輕軌穿過的建筑（樓III）所受的噪聲影響遠遠小于緊臨輕軌的另外兩棟建筑（樓I和樓II）。造成這一結果的原因是，樓III在輕軌站廳與小區入戶平層之間設置有1.2 m架空層用以阻隔噪聲；另一方面，車站橋采用的T形橋墩與高架橋區間相同，并與樓III完全脫開，避免振動干擾［10］。而輕軌軌道經過樓I和樓II處沒有做任何降噪措施。

區域C：圖8顯示測點RC6、RC7、RC8、RC910分鐘內的每秒等效聲壓級。僅RC5、RC7測點符合《聲環境質量標準》的要求，且輕軌經過時無明顯峰值。可見該地區除輕軌噪聲外，其它噪聲影響也十分嚴重，整個選點區域的聲環境質量較差。

圖8　區域C部分測點短時段測量LAeq變化圖Fig.8 Equivalent sound levels（dB（A））measured over short period in site C

部分測點的噪聲頻譜如表2所示。區域A的5個測點中，80%的測點噪聲主峰頻率為31.5 Hz，20%的測點噪聲主峰頻率集中于125.0—250.0 Hz；區域B的13個測點中，76.9%的測點噪聲主峰頻率為16.0—31.5 Hz，23.1%的測點噪聲主峰頻率為125.0 Hz；而區域C的9個測點噪聲主峰頻率均集中于16.0—32.0 Hz。可以看出，測點噪聲均以低、中頻噪聲為主。

表2　部分測點短時段測量1/3倍頻程聲壓級（dB）Table 2 1/3 octave sound pressure level（dB）measured over short period

3.324小時測試結果

圖9顯示了測點RA6和RB13測試當日1天中每小時LAeq的變化曲線。RA6選擇在選點A樓II 1層的一處房間，其恰好位于輕軌軌道正下方。受輕軌噪聲的嚴重影響，房間聲環境質量較差，且受輕軌通過時帶來的強氣流和強振動的影響，其窗戶只得處于常年關閉的狀態。因此，整個24小時測試過程中窗戶均處于關閉狀態。需要說明的是，被測房間為一嬰幼兒用品店，9：00—17：00為其營業時間，這一時段內的噪聲數據在一定程度上受到室內使用者的干擾。數據顯示，一天中輕軌運行時段（6：30—23：00）噪聲級平均為58.8 dB（A），明顯高于輕軌停運時段的44.2 dB（A），均不滿足《民用建筑隔聲設計規范》規定。夜間1：00、3：00和5：00三個時間出現明顯峰值，LAeq達到45.3 dB（A）。據當地住戶和商戶反映，結合相關資料，這種現象是由輕軌的夜間檢修所引起的。為保證日間輕軌的正常通車且受電路限制，檢修工作在夜間軌道斷電時段進行，持續4 h左右。

圖9　24小時LAeq變化圖Fig.9 Equivalent sound levels（dB（A））measured over a 24 hours period in RA6and RB13

RB13選擇在區域B樓II 9層一戶居民的客廳，距輕軌軌道3.28 m，由于居民平時大多時間習慣開窗，因此整個測試過程中窗戶均處于開啟狀態。需要說明的是，被測房間中有人居住，噪聲數據一定程度上受到室內使用者的干擾。數據顯示，一天中輕軌運行時段6：30—23：00噪聲級平均為62.8 dB（A），亦不滿足《民用建筑隔聲設計規范》的規定。其中，日間Lmax達86.3 dB（A），夜間Lmax為49.8 dB（A）。日間、夜間的L90分別為56.3 dB（A）、47.2 dB（A），L10分別為64.9 dB（A）、57.4 dB（A）。而夜間分別在1：00、3：00、5：00三個時間出現明顯峰值，與RA6情況一致。進一步證明此為夜間檢修所致，給民眾的夜間休息造成影響。24小時的噪聲頻譜特性仍表現為以中、低頻噪聲為主（表2）。

4　討論

三個測試區域表現出不同聲環境特征：區域A整體聲環境較好，各測點10分鐘LAeq平均為66.3 dB（A）。測試區域A遠離道路，噪聲主要來源為輕軌噪聲，輕軌通過時，噪聲可達75.0 dB（A）以上。區域B、C均臨近道路，整體聲環境受到其他交通噪聲和輕軌噪聲的共同影響，10分鐘內平均LAeq分別為64.5 dB（A）、71.2 dB（A）。區域B輕軌緊臨居民樓，噪聲影響顯著，輕軌通過出現超過70.0 dB（A）的噪聲，且輕軌軌道臨近的建筑所受影響要大于輕軌軌道穿過的建筑。區域C所處環境較繁華，道路車流量大，超過半數測點LAeq超過70.0 dB（A），整體聲環境質量最差，輕軌噪聲影響弱于社會生活噪聲及其他交通噪聲，但輕軌在轉彎時產生的噪聲仍不可忽視。

4.1建筑圍合程度對輕軌噪聲的影響

區域A四周由三幢高層建筑與一幢在建建筑所圍合，空間較為封閉；區域B的空間類型為臨山臨建筑型，軌道架設在雙向雙車道的道路之上，建筑和山體共同形成界面；而區域C的空間類型屬于臨建筑型，軌道架設在雙向四車道的城市次干道上，道路兩側的建筑形成圍合界面。由此可見，區域A的建筑圍合程度明顯高于區域B、C，其周邊高層建筑在一定程度上阻擋了外界城市道路的其他交通噪聲影響，且建筑物、圍墻等阻礙物反射噪聲，影響輕軌噪聲的擴散，使得輕軌噪聲對聲環境的影響更加直接和突出。

另一方面，實地問卷調查中發現，區域A的輕軌噪聲對當地住戶、商販的影響并不大。這是由于恰當的建筑功能布局所致，區域A內住宅建筑多設置在輕軌軌道之上，與輕軌軌道相鄰的建筑則以倉庫和商業、辦公為主，因此噪聲對于人的生活、工作影響較小；而區域B、C內的建筑以住宅為主，且與絕大部分路段的輕軌軌道平行布置，大多數住戶至少有一面窗戶朝向輕軌軌道，使得輕軌噪聲的影響更加直接。因此可以考慮從建筑布局與功能選擇等方面有效減弱輕軌噪聲影響。

4.2隧道對輕軌噪聲的影響

圖5、圖6和圖8顯示，輕軌經過區域A各測點時所產生的噪聲平均每次持續影響時間約為25 s，而區域B、C內的持續影響時間約為15 s。影響區域A內輕軌噪聲持續時間增加的原因為：該區域內，輕軌軌道一端穿入隧道。列車進入隧道撞擊空氣產生高壓波，形成隧道空氣的活塞效應，當壓力波抵達隧道口，因空間突然擴大，產生微壓波噪聲［11］，同時隧道空間會使輕軌通過時的噪聲延長，從而增強輕軌噪聲的影響效果。而重慶作為典型的山地城市，其輕軌交通運行線路包中包含多處隧道。可以通過改變隧道出入口的斷面，如在隧道出入口采用隧道口漸變斷面、設置開孔的假隧道、加大隧道斷面尺寸等方法，有效減小由于活塞效應產生的噪聲。

4.3輕軌運行狀態對輕軌噪聲的影響

區域B因靠近輕軌站點，列車進出站帶有明顯的制動與啟動噪聲，且出站噪聲明顯大于進站。輕軌產生的噪聲由輪軌噪聲、列車運行車體噪聲、牽引動力系統噪聲、制動噪聲等部分組成［12］，且在不同的行駛狀態下，各聲源所占的比例也不同。一般在啟動加速階段，牽引動力系統噪聲為主要聲源，不受速度的影響［13］。在減速階段產生制動噪聲［14］，而由于重慶輕軌2號線的制動系統主要由電制動和空氣制動組成，所產生的制動噪聲較小。因此，使得輕軌進出站LAeq差異明顯的主要原因是輕軌加速階段牽引動力系統產生的噪聲較大，而區域A、C遠離站點，列車運行速度較為平穩，其噪聲與運行方向無必然聯系。此外由測試數據得出，RC8、RC9列車經過時的LAeq比RC6、RC7大2.0—3.0 dB（A），且大于區域A、B的其他測點。這是由于測點RC8、RC9處于輕軌轉彎處，且彎道正線最小平曲線半徑大約為300 m。相關研究表明，在半徑低于400 m的彎道上，列車需要頻繁制動、加速和減速，增加了車輪與鋼軌的磨損，其噪聲也會增加［15］。

4.4與非山地軌道交通聲環境的比較

關于軌道交通噪聲在垂直方向上的影響規律，山地環境與非山地環境有明顯的不同。非山地環境的高架軌道交通，在沒有行道樹的影響下，通常與軌道同一標高樓層的LAeq最高［16］。而根據本次區域B的實測數據，在山地環境中，LAeq最高的樓層并不與輕軌軌道同一標高，原因是受到測點周圍復雜地形的影響。首先，測點周圍靠近山體，山體不同的表面狀況與坡度以及與測點的距離都會對聲音的傳播、反射、散射、吸收造成不同的影響；其次，輕軌軌道與道路的相對位置在區域B內也常有變化，因而道路交通噪聲對整體聲環境的影響也與非山地地區不同；此外，測點所在的建筑在道路標高以下仍有7層住戶，且與道路之間有一定距離，這部分房間的聲環境還會受到道路擋土墻的影響。

5　結論

（1）山地城市軌道交通線路易出現小半徑彎道，列車轉彎時比直行時產生的噪聲更大。因此，山地城市的輕軌噪聲會高于平原或淺丘地區。

（2）根據調查結果，輕軌噪聲主要集中在低中頻，而低中頻噪聲具有聲能量衰減慢、傳播距離遠的特點，這將作為噪聲防治措施實施的依據。

（3）山地城市輕軌交通的噪聲防治措施，較多應用于被輕軌穿過的建筑中，而與軌道相臨的建筑在輕軌經過時受到的噪聲影響更大。因此，降低輕軌噪聲對其相臨建筑的影響值得進一步探究。

（4）重慶輕軌2、3號線采用了單軌跨座式技術后，在一定程度上減小了噪聲，但其沿線周邊的噪聲敏感點仍然會受到較大程度的干擾。這些干擾還與諸多因素有關，比如建筑圍合程度、隧道、列車運行狀態、綠化程度，因此，山地城市的交通噪聲防治應綜合考慮多因素影響。

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Acoustic environment of typical areas along the light rail in mountainous cities

LI Mingyue1，2XIE Hui1，2LIU Cen1，2ZOU Jingwen1，2LI Heng1，2
（1 Faculty of Architecture and Urban Planning，Chongqing University，Chongqing 400045，China）
（2 Key Laboratory of New Technology for Construction of Cities in Mountain Area，Ministry of Education，Chongqing University，Chongqing 400045，China）

As a typical mountainous city，Chongqing's undulating terrain creates unique spatial relationships between light rail and its surrounding areas，resulting in more complicated effects of light rail.In this paper，three typical areas close to light rail with different features were selected，on the basis of the analysis of the relevant spatial patterns in Chongqing.According to data measurement，the noise could increase about 10—25 dB（A）when light rail passed by.And there are many curves in mountainous city.When light rail was under 400 m radius，its noise can increase about 2—3 dB（A）.When light rail entered the tunnel，it made the average noise duration about 10—12 s longer.

Light rail，Traffic noise，Spatial pattern，Acoustic environment，Mountainous city

TU112

A

1000-310X（2015）06-0477-10

10.11684/j.issn.1000-310X.2015.06.002

2015-04-26收稿;2015-06-24定稿

?重慶市博士后科研項目特別資助（Xm201314），國家大學生創新實驗項目（201410611062）

李銘玥（1992-），女，山東淄博人，本科生，研究方向：城市聲環境。

E-mail：xh@cqu.edu.cn