高架軌道交通低頻噪聲對居民煩惱度影響研究*

湯繼新劉 艷 羅雁云 陸可人

高架軌道交通低頻噪聲對居民煩惱度影響研究*

湯繼新1劉 艷2**羅雁云2陸可人2

（1.寧波市軌道交通集團有限公司，315101，寧波；2.同濟大學鐵道與城市軌道交通研究院，201804，上海//第一作者，高級工程師）

針對目前我國城市軌道交通發展中日益凸顯的噪聲問題，對高架城市軌道交通線路噪聲影響沿線居民煩惱度的現狀進行了研究。采用社會調查法，在高架城市軌道交通沿線開展了居民主觀煩惱度問卷調查以及現場噪聲監測，獲得了相關主客觀數據，并與預測的主觀煩惱度相對比。分析研究表明，調查獲得的噪聲煩惱閾值為53 dBA，大于實際監測噪聲，但由于高架城市軌道交通沿線低頻噪聲較為顯著，因此仍能引起沿線居民較大的煩惱反應。

高架城市軌道交通；低頻噪聲；沿線居民；煩惱度

X827：U233

0 引言

城市軌道交通高架線路因其具有路基沉降低、建設周期短、運營維護簡單等優點得到廣泛應用。但由此而來的環境噪聲問題也越來越受到人們的重視。高架線路沿線居民對于環境噪聲影響的投訴日益增多，噪聲等問題對城市軌道交通建設產生了一定的影響［1］。

城市軌道交通高架線路的噪聲主要是輪軌噪聲和橋梁結構二次噪聲，其中以低頻成分為主。隨著所采取的各類減振降噪措施能較為有效地降低中高頻噪聲等因素的影響，環境噪聲中低頻聲能的影響越來越為顯著。

噪聲對人的影響，不但與其聲壓級大小有關，也與其頻率特性有關。研究發現，低頻成分占主導的噪聲使人感到更煩惱，如果長期受到低頻噪聲的干擾，會引起對人的心理和生理造成較為嚴重的影響。但通過對國內外40多篇與噪聲相關的論文的梳理發現，目前國內大多評價方法低估了低頻噪聲對人感受的影響；世界衛生組織社區噪聲指南指出，當出現大量的低頻噪聲時，A計權聲級并不準確，而我國目前的評價指標多采用等效A聲級。另外，例如德國標準DIN 45680，低頻環境噪聲評估指標為1/3倍頻程中心頻率A計權聲級和最大A聲級，其標準限值比國內相關標準中關于低頻噪聲限值的規定目標值小。目前專門針對城市軌道交通低頻噪聲引起居民煩惱反應的研究尚未多見。

因此針對城市軌道交通高架線路噪聲，尤其是低頻噪聲對人主觀感受影響研究是城市軌道交通建設能否可持續發展的關鍵因素之一，對推進我國低頻噪聲污染防治，構建以人為本的和諧社會具有重要意義［2］。

1 研究方法

人對噪聲的主觀感受是社會聲學研究領域內的重要內容之一。其主要研究目的在于，根據居民群體對于某特定噪聲源的長期反應，為制定相應的噪聲政策提供科學依據，從而進行有效的噪聲控制。目前社會聲學的研究方法主要有實驗室研究、社會調查和后分析研究三類［3］。本文采用目前運用最為廣泛的社會調查法，研究將分為兩部分進行，一是進行聲環境頻率特征監測，以明確測試地點聲環境的頻率特征；二是用現場問卷的方式對沿線居民噪聲煩惱度進行調查。

本研究以某地一敏感城市軌道交通高架線路的噪聲及周圍人群為研究對象，在對高線路周圍噪聲進行布點監測基礎上，繪制噪聲云圖，并調查沿線居民對噪聲的主觀煩惱度。通過現場測試得到客觀指標，為居民煩惱度主觀評價指標分析提供數據支持，并得到相對應的煩惱閾值結果，為今后更加全面和深人地研究城市軌道交通引起的噪聲煩惱度及其相關評價標準提供更多資料。

1.1 現場測試

本文選擇居民反應較為強烈的一處居民樓為試驗對象。該敏感建筑為4層磚混結構，靠近線路一側均有窗戶，距離線路軌道中心線水平距離約為25 m。試驗段高架橋為30 m跨簡支雙線箱型梁，線路為直線段，采用減振扣件整體道床結構，在線路兩側安裝有聲屏障。在通車后居民投訴列車通過時誘發的噪聲嚴重影響休息和生活。

測點布置如圖1所示。室外共測試3個截面噪聲值，每個截面測點對應建筑物的每一樓層高度，建立呈網狀的噪聲分布以分析其傳遞特性。室內共布置3個噪聲測點，分別為房間中心、墻角以及床頭，墻角測點距離墻壁0.5 m范圍內以獲取室內最大低頻噪聲。在試驗過程中，測試房間內門窗緊閉，保持室內安靜，以避免其他噪聲對測量信號的干擾。

圖1 室內外測點布置示意圖

需要注意的是，我國城市軌道交通噪聲評價環境標準，一般參照鐵路標準進行監測與評價［4］。而目前不同國家用于評價鐵路噪聲聲級與主觀煩惱度之間關系的噪聲指標不同，例如美國采用最大A聲級（LA，max）等，這些評價指標與鐵路噪聲引發的人群煩惱度有較好的關聯性［5］。我國與城市軌道交通噪聲影響有關的標準有JGJ/T 170—2009《城市軌道交通引起建筑為振動與二次輻射噪聲限值及其測量方法標準》和GB 3096—2008《聲環境質量標準》，其均規定采用等效A聲級來評價室內噪聲影響。

因此參照實際情況，本文對23個噪聲測點，在地鐵運行的早晚高峰時段均連續監測1 h以上，并記錄每趟列車經過的時刻，計算相應的等效A聲級。

1.2 問卷調查

本文采用一對一入戶式方式，對暴露于城市軌道交通高架線路噪聲的居民展開問卷調查。調查問卷按照相關標準［6-8］要求，并參考了文獻［9］關于評估低頻噪聲投訴的方法，綜合了心理聲學、社會聲學等理論設計而成，主要內容包含了受調查者的基本情況、主觀心理感受、生理干擾等。

所選敏感建筑物內居住人數大約為400人左右，居民基本涵蓋了所有的年齡層。除了50歲以上所占比例較小以外，其余年齡段基本呈均勻分布。80%左右的人在調查點居住時長超過1年，其中大部分超過4年，男女比例近似1∶1。

通過研究發現，主觀煩惱度比響度、噪度等更合適用于表述低頻噪聲所引起的主觀感受。影響煩惱度因素有很多，各因素之間的關系如圖2所示。由圖2可見，居民煩惱反應是一個極其主觀的評價量。為了使煩惱度研究更具普適性，研究結果更加接近客觀事實，研究者常將主觀煩惱反應與客觀評價指標相聯系。將計算或測量的噪聲值和調查對象的居住環境聯系起來，從而判斷由噪聲聲級變化引起的煩惱［10］。

煩惱度閾值（EL）包含了某聲級范圍段內被調查者主觀心里反應的所有信息，能展現該聲級下的個體將會感覺煩惱的概率。對受調查者給出的不同煩惱度等級，按等間隔原則給出描述性等級量表和數字等級量表的主觀感覺煩惱度的隸屬函數，以此來計算主觀煩惱閾值NEL。

式中：

nij——Li聲級下第j評價等級出現的頻次；

μj——第j評價等級煩惱度的隸屬度，數值從0-1由各評級等級均分；

Li——某一聲級范圍內的平均聲級；

Pi——某一聲級范圍內Li的煩惱概率。

圖2 影響主觀煩惱度的因素

2 結果與分析

2.1 噪聲監測結果

室內外噪聲監測結果如圖3所示。從圖3中可以發現，所選的23個測點中，高架橋梁中部從地面往上噪聲逐漸增大，由于直接受輪軌噪聲影響在4樓高度附近噪聲最大，最大噪聲聲壓級大約為67 dBA；高架橋翼板位置從地面往上噪聲呈現先增大后略減小的趨勢，最大噪聲區出現在測點6位置，可能是由于墻面反射疊加所致；居民樓前14 m的位置，噪聲主要為橋梁結構輻射噪聲，其隨高度的增加而增加。而同一水平面上，隨著距離軌道中心線的距離增加，噪聲總體上都呈現出先增大后減小的趨勢。

圖3 室內外噪聲云圖

對室內噪聲進行評價發現，居民樓內的等效A聲級（表1）均滿足國家標準GB 3096—2008所規定的1類聲功能區晝間55 dBA的限值要求。

表1 居民樓內不同樓層的等效A聲級 dB（A）

利用A計權、C計權、G計權三種不同的計權方式對室內噪聲測點進行加權處理，與線性特性相比可以發現A計權對室內噪聲的低頻具有明顯的削弱；C計權能較好地反應線性聲級的特性；G計權能很好地反應低頻噪聲，但是對中高頻有顯著的削弱作用。

因此有學者提出，A計權與C計權之差超過15 dB時，就可認為噪聲呈低頻特性［2］。計算噪聲監測數據的A計權與C計權之差，結果如圖4所示。有圖4可見，城市軌道交通高架線路噪聲整體呈低頻特性。室外低頻噪聲集中分布于高架橋梁底部；居民樓內部四樓低頻噪聲更為顯著，且墻角位置較于室內其他測點低頻成分更為突出。

圖4 噪聲測點A、C之差

瑞典、荷蘭、波蘭、德國、芬蘭等國，都有關于低頻噪聲分頻評價的相關標準，但我國現有規范中還尚未采用分頻評價噪聲的方法。圖5為室內噪聲低頻范圍1/3倍頻程線性聲壓級曲線，與其他國家規范和參考文獻規定的分頻限值比較圖，本次測試結果在40～200 Hz頻率范圍已不滿足臨界值要求，理論上會引起室內居民較嚴重的煩惱反應。但需要注意的是，各國分頻評價所應用的范圍有所不同，并不完全適用于本文的情況，但也體現了分頻評價具有一定的意義。

2.2 煩惱度社會調查統計與分析

本次調查問卷共發放了200份，回收的有效問卷為130份，年齡均勻且連續分布在5～75歲年齡區間內。通過調查問卷統計，結合客觀噪聲聲級，利用式（1）和式（2）計算得到調查點的煩惱度閾值約為53 dBA，與GB 3096—2008所規定的1類聲功能區等效A聲級55 dBA的限值要求十分接近，且居民樓內的噪聲聲級低于煩惱度閾值。

圖5 監測噪聲與國外標準對比

但對居民樓內的噪聲引起的煩惱度按照“一點也沒有、輕微、一般、嚴重、非常嚴重”5個尺度請受調查者進行評價，結果如圖6所示。由圖6可見，約有七成的受調查者認為高架線路所產生的噪聲讓人感到煩惱。

圖6 對環境噪聲煩惱度評價結果

對調查問卷進行分析，分析結果如圖7、圖8所示。圖7為居民對噪聲的描述，大部分受調查的居民表示，該噪聲出現頻繁、聲音比較大、持續時間短的，噪聲是比較悶的隆隆聲。居民所描述的這些現象都具有明顯的低頻噪聲特性，與監測結果相一致。大部分低頻聲聲壓級都不高，為高頻聲所掩蔽，通過聲屏障、門窗、建筑墻面等設施，可以有效地降低中高頻噪聲，但是基本沒有削弱低頻噪聲，所以特別是在夜間，低頻噪聲尤為明顯，極易被人們察覺。因而有超過60%的受調查者認為，高架城市軌道交通線路噪聲對睡眠的影響最為嚴重，其次是對觀看電視和打電話的影響（見圖8）。

圖7 居民對噪聲的描述

圖8 居民受噪聲干擾行為

有學者研究表明，長期暴露在低頻噪聲環境中，會造成慢性損傷。低頻噪聲會使人的交感神經緊張、心動過速、血壓升高、內分泌失調，可能會有高血壓、心臟病等癥狀，會損傷聽力系統影響中樞神經等。高架線路周圍居民調查問卷統計分析結果如表2所示。由表2可見，不同樓層居民感受略有差異；總體來說，在生理上只有小部分居民會因噪聲出現頭疼、聽力下降、耳朵有壓迫感等感覺；大部分居民在心理方面受到了影響，約有41%的受調查者曾因噪聲感到焦慮和煩躁。根據和受調查者交流發現，受調查者周圍人群約有三成人抱怨過受到噪聲的干擾。

表2 噪聲對不同樓層的居民心理、生理影響程度

另外本次問卷還請受調查者采用數字等級量表進行評價，以0到10表示受影響程度，0表示沒有收到干擾，10表示收到非常嚴重的干擾。結合不同考慮因素，從居民在兩種語言評價量下的煩惱度分析結果可以發現，40～50歲年齡段的人群最有可能感覺煩惱；居住時長為1～3年的煩惱概率最高，這可能是隨著居住時長的增加人們開始習慣從而煩惱概率減小；女性比男性更容易感覺到煩惱。如圖9所示，兩種語言評價量所展現的居民煩惱度基本一致，但采用數字評價量表進行評價時居民煩惱更嚴重，但高煩惱率則恰好相反。

圖9 室內噪聲低頻噪聲占比

為了使研究結果適用于更廣泛的人群而不僅僅是這個特定的研究群體，或適用于具有某一固定特征的噪聲源，本文綜合多個研究成果，在Schultz曲線的基礎上修正得到利用A計權等效晝夜聲級來預測人群中高煩惱率的百分比，利用科學量化的方法來對噪聲社會反應進行研究。如圖10所示，高架線路沿線居民高煩惱率預測結果與實際現場調查問卷結果略有差異；在50 dBA之前，預測的高煩惱率大于實際情況，而之后則相反。實際情況下，人群對于高煩惱率的評價隨著聲壓級的升高變化較為平緩。

圖10 高煩惱率預測值與實際結果對比

這可能是由于本文中的預測曲線沒有考量居民心理因素的影響，加之本次現場試驗測試和調查問卷樣本量較小，從而可能不具備廣泛且普遍的適用性，需要在日后的研究中加以深入。

3 結論

城市軌道交通高架線路引起的環境噪聲主要以低頻為主，這可能是造成環境噪聲低于煩惱閾值，但仍會引起人們的煩惱反應的原因。另外A計權并不能很好地反應低頻噪聲，而國外一些國家利用線性聲級對低頻噪聲進行分頻限值規定具有一定的參考價值。

城市軌道交通高架線路所產生得噪聲，對40～50歲年齡段的居民影響最為嚴重，數字評價量下的居民煩惱度比語言評價量下的煩惱度高。低頻噪聲對居民日常生理及心理具有較大的影響，約有41%的受調查者曾感到焦慮和煩躁。

為了能更加科學有效地反映城市軌道交通高架線路噪聲對沿線居民的影響，還需要進一步研究修正煩惱度預測曲線，關注在其固有低頻特征與沿線居民主觀感受度之間的內在關聯，從而為城市軌道交通綜合減振降噪方針的進一步深化實施提供理論依據。

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On the Annoyance of Residents along Urban Rail Viaduct Lines Caused by Low Frequency Noise

TANG Jixin，LIU Yan，LUO Yanyun，LU Keren

To study the increasingly serious noise problems caused by urban rail viaduct in Chinese cities，the annoyance of residents along viaduct lines is studied by adopting social survey method and on-site monitoring method，in order to collect questionnaires issued to the residents about their annoyance and the viaduct noise data.The collected subjective and objective data are compared with he predicted annoyance data，the results show that the noise annoyance threshold is about 53 dBA，higher than the monitored data but close to the standard limit.The major reasons that cause residents'annoyance are defined as the low frequency noise along rail viaduct lines.

urban rail viaduct； low frequency noise； residents along rail transit lines；annoyance

10.16037/j.1007-869x.2017.10.006

First-author′s address Ningbo Rail Transit Group Co.，Ltd.，315101，Ningbo，China

*國家自然科學基金項目（51678446）

**劉艷為本文通信作者

2017-04-25）