綜合交通樞紐站內環境噪聲特性分析

羅 錕，張新亞，雷曉燕

（華東交通大學 鐵路環境振動與噪聲教育部工程研究中心，南昌330013）

隨著我國城市化進程的快速推進，城市人口規模的急劇擴張，城市空間結構的優化調整，以及鐵路、公路、港口、機場、城市軌道交通等交通基礎設施的加快建設，全國綜合交通樞紐進入了一個快速發展期[1]。目前，我國已經建成包括北京、上海、天津等在內的42個綜合交通樞紐。通常，綜合交通樞紐由高架層、站臺層與地下層等組成，集中了高速鐵路、城際鐵路、高速公路客運、城市軌道交通、公共交通、民用航空等多種運輸方式，作為影響建筑安全和環境振動與噪聲的主要振源，上述各種交通工具相互作用，相互影響，大大加劇了振動的強度和站內環境噪聲的復雜程度。

戴璐、孟子厚[3]對北京西站和北京站候車廳的背景噪聲聲級進行了現場調查，結果表明其等效聲級分別為74.2 dB 和76.2 dB。中國鐵道科學研究院辜小安、王瀾[4]基于我國高速鐵路高架車站候車廳聲學環境現場測量數據，提出了我國高速鐵路高架車站候車廳聲學環境要求的4 項評價指標：受高速列車運行噪聲影響的小時等效聲級（LAeq,1h）、列車通過暴露聲級（TEL）、候車廳內500 Hz 混響時間（T60，500 Hz）和擴聲系統語言傳輸指數（STIPA）。西南交通大學冉汶民、張迅[5]以成灌快鐵安德站為工程背景開展了線下橋式車站的振動噪聲現場試驗，分析得到了站臺處、辦公室內和候車大廳內噪聲的優勢頻段分別為300 Hz～2 500 Hz、40 Hz～63 Hz 和20 Hz～100 Hz，辦公室內和候車大廳內的低頻噪聲遠遠超出身心舒適度限值。

現場試驗是了解綜合交通樞紐噪聲特性的重要手段，并能為數值模擬、降噪措施選取等提供直接依據。因此，本文在既有研究的基礎上，對某綜合交通樞紐開展了現場噪聲實測，分析了站內環境噪聲特性，以期為類似工程研究提供參考。

1 綜合交通樞紐站內噪聲源分析

綜合交通樞紐內噪聲源主要包括：

（1）輪軌噪聲，指車輪與軌道相互作用產生的摩擦噪聲，為站臺層的主要聲源；

（2）列車制動噪聲，指制動閘瓦與車輪之間的摩擦噪聲；

（3）空氣動力學噪聲，指列車以一定速度運行時，車身和空氣由于摩擦所產生的噪聲。通常列車進站與出站速度較低，空氣動力學噪聲對環境噪聲的貢獻較低；

（4）機電噪聲，指機車發動機及其它輔助機械發出的轟鳴聲；

（5）二次結構噪聲，通常指樓板層等結構在列車荷載激勵下產生的結構噪聲；

（6）談話聲，候車廳的主要噪聲源；

（7）其它。包括鳴笛聲、廣播聲以及其它一些不確定噪聲源引發的噪聲。

影響噪聲污染程度的因素較多，主要包括列車的類型、列車總長度、列車的制動形式、列車的行駛速度以及列車的通過頻率等[6-7]。

2 試驗概況

2.1 綜合交通樞紐概況

選取國內某典型綜合交通樞紐作為研究對象，該樞紐主體由下到上依次為地下層、站臺層、高架候車廳層、高架夾層。站房主體建筑外墻南北進深385.5 m，東西寬133 m。候車廳位于整個站房結構的地上二層，站臺層位于地面一層，地鐵在地下層通行。交通樞紐設26條軌道線路，其中正線4條，到發線22 條，共設有22 個站臺，在站臺5、站臺6、站臺17、站臺18 通行線路的軌道形式為無砟軌道，其余站臺通行線路的軌道形式為有砟軌道。綜合交通樞紐剖面圖如圖1所示。

圖1 站房結構剖面圖

2.2 測試儀器及測試方法

測試儀器采用挪威Norsonic公司生產的便攜式Nor140噪聲測試分析系統儀，該系統可實現現場聲壓級測試及環境噪聲的深層次分析。

站臺噪聲現場測量時，噪聲測點選擇站臺區域中心位置，距線路中心線7.5 m，距地面垂直距離1.2 m。候車廳測點位于其中心空曠區域。測量前后使用I 型聲校準器校準并記錄測量前后聲級校準值。時間計權采用“快檔”、A 計權。數據采集系統測量的量為瞬時聲壓級，每隔1 s采集一次數據。測量時環境溫度、濕度、大氣壓力應滿足傳聲器工作條件。

2.3 噪聲評價指標

等效連續A聲級：對于非穩態噪聲，等效連續A聲級能夠很好地反映人耳對噪聲強度與頻率的主觀感受。其定義為：在聲場中的某定點位置，取一段時間內能量平均的方法，將間歇暴露的幾個不同的A聲級噪聲，用一個在相同時間內聲能與之相等的連續穩定的A聲級來表示該段時間的噪聲大小[2]。

式中：LAeq為等效連續A聲級，dB（A）；LAi為人接觸的第i個A 聲級，dB（A）；ti為接觸第i個A聲級的時間為s。

瞬時A聲級：由于鐵路噪聲是間歇性噪聲，有列車通過時的聲壓與無列車通過時的相差較大，尤其是日通過車次不多的鐵路，其列車通過時的瞬時A聲級與等效連續A 聲級相差更大，因此環境噪聲評價除了LAeq要滿足有關標準外，還要使瞬時A聲級也控制在某個限值以下。

3 綜合交通樞紐站內環境噪聲特性

3.1 站臺層

（1）等效聲級分析

測試時間段內，列車停靠站臺140趟，包括高速動車組列車101 趟，動車組列車27 趟，普速列車12趟，平均停靠18 趟/小時，其中普速列車包括直達旅客列車、特快旅客列車、快速旅客列車。站臺層等效連續A聲級如圖2所示。

由圖可知測試時間段內站臺層的噪聲水平在65.4 dB(A)～70.2 dB(A)之間。

峰值出現在15-16時，該時段內列車到發趟數最多，達24趟。

圖2 站臺層小時等效連續A聲級

（2）列車通過對環境噪聲影響分析

列車通過噪聲是站臺主要噪聲源，不同類型列車進出站對站臺環境噪聲影響明顯不同。高速動車組列車、動車組列車和普速列車通過站臺時，數據采集系統現場測量聲壓級數據，并繪制噪聲時域和頻域曲線如圖3-圖6所示。通過對比發現：

1）列車進出站時站臺的瞬時A 聲級高于無列車通過時10 dB(A)～20 dB(A)，但通常持續時間較短，在20 s～30 s之間。

2）高速動車組列車、動車組列車和普速列車3種不同列車類型中，普速列車進出站聲壓級響應最大，高速動車組、動車組列車響應相對較小。其中高速動車組、動車組列車進站最大聲壓級為80 dB(A)～81 dB(A)，基本水平維持在70 dB(A)～75 dB(A)之間，響應時間為20 s，出站激勵最大聲壓級83 dB(A)。普速列車進站激勵最大聲壓級84 dB(A)，基本水平維持在75 dB(A)～85 dB(A)之間，響應時間近25 s。出站激勵最大聲壓級為92 dB(A)，基本水平維持在90 dB(A)～95 dB(A)之間，響應時間為10 s。

3）列車進站與出站過程，噪聲響應存在差異。動力分散型的高速動車組、動車組列車進出站最大聲壓級相差較小，為2 dB(A)～3 dB(A)，而動力集中型的普速列車出站最大聲壓級比進站時大8 dB(A)～10 dB(A)。列車出站時各頻段噪聲響應相對于列車進站較高，進出站峰值頻段基本一致。

圖3 高速動車組列車進出站噪聲響應分析

圖4 動車組列車進出站噪聲響應分析

圖5 普速列車進出站噪聲響應分析

圖6 不同列車通過噪聲頻域對比分析

4）不同列車類型噪聲響應主頻均集中在400 Hz～2 500 Hz頻段。

典型高鐵列車停靠站臺，關鍵點實測噪聲頻譜曲線見圖7。可以發現，列車未駛入車站時，站臺的噪聲響應主頻在0～250 Hz之間。10 s～30 s為列車進站時間，等效聲級為73.8 dB(A)，低頻噪聲響應基本不變，400 Hz～2 500 Hz 頻域范圍內的噪聲響應迅速增強，主頻向高頻移動。這說明列車進站引起的輪軌碰撞、制動噪聲等主要為400 Hz～2 500 Hz頻段的中高頻噪聲。

圖7 典型高鐵列車通過時噪聲頻譜曲線

隨著關鍵點與列車通行軌道中心線距離的改變，統計噪聲響應峰值變化情況見圖8所示，可以看出：站臺關鍵點的噪聲響應，隨著與軌道中心線距離的增大呈現對數形式的衰減。

3.2 候車大廳

（1）等效聲級分析

為了分析列車運行高峰與平峰時間候車廳的聲壓級水平，計算候車大廳每小時等效連續A 聲級見圖9，可以看出高峰時段內等效聲級為72.8 dB(A)，相對于平峰時段高出4.6 dB(A)。而人們通常談話的聲音是60 dB(A)左右，當噪聲在65 dB(A)以上時，就會干擾到人們的正常談話[2]。

圖8 關鍵點聲壓級峰值響應

（2）列車通過對環境噪聲影響分析

圖9 候車廳小時等效連續A聲級

列車到發引起的環境噪聲不僅可通過門窗縫隙直接傳遞到上層候車大廳，而且列車荷載將激起房屋結構的二次振動導致候車大廳部分構件的結構噪聲輻射，直接加劇候車廳內的環境污染。為了研究列車通過時候車大廳環境噪聲響應，選取典型高鐵列車進出站時的候車大廳環境噪聲進行時域、頻域分析，結果如圖10-圖11所示。

圖10 候車大廳時域響應分析

圖11 關鍵點頻譜特性分析

可以發現：

1）進站與出站的最大聲壓級分別為81 dB(A)、80 dB(A)，相對于列車未通過時聲壓級增加近10 dB(A)。

2）列車未進站時，候車廳20 Hz～2 000 Hz頻率范圍內噪聲頻譜呈現寬帶特性，最大聲壓級為60.1 dB(A)，對應頻段為630 Hz；10 s～30 s，為列車進站過程，噪聲的優勢頻段250 Hz～2 500 Hz，峰值為67.6 dB(A)，對應的頻段為500 Hz，響應等效聲級為75.3 dB(A)。中高頻段的聲壓級在列車進站時的迅速增大，充分證明了候車廳噪聲的高頻成分來源于站臺層列車進出站引起的輪軌噪聲、制動噪聲等；30 s 之后，列車停站，較高頻段的噪聲響應迅速衰減。

該綜合交通樞紐為新型鐵路客運站，同時通行多條地鐵線路，軌道為整體道床結構，地鐵列車類型為B型車。為了分析地鐵和典型高鐵列車通過對上層候車廳環境噪聲的影響，選取無火車和地鐵通行、有火車無地鐵通行及火車地鐵同時通行3種工況進行噪聲響應分析，響應結果顯示3 種工況下最大聲壓級分別為67.0 dB(A)、80.5 dB(A)和80.8 dB(A)。顯然站臺層火車進站對候車大廳的噪聲環境會產生較大的影響，使峰值增加12 dB(A)左右，但地鐵的通行對候車大廳的影響不大。頻譜分析結果見圖12所示。

圖12 不同工況頻譜特性分析

可以發現地鐵對候車大廳的環境噪聲影響，在頻譜特性上也沒有體現。分析其原因主要是由于14 m 的地鐵埋深使車輛進出站引起的振動能量傳至候車廳時發生了很大程度的衰減，并且地鐵車輛轉向架為無搖枕焊接結構，設有一系橡膠彈簧和二系空氣彈簧，可有效降低振動噪聲。

（3）候車大廳舒適度分析

候車廳的噪聲既包含了人群流動喧鬧、二次輻射產生的低頻成分，也包括輪軌噪聲產生的高頻成分。雖然低頻噪聲對人體煩擾度的影響要顯著高于高頻噪聲，但我國對于站房結構車站內低頻噪聲的評價標準并不完善，參考丹麥環境保護署9號文件[8]給出的低頻噪聲限值要求，制定了低頻噪聲人體舒適度限值曲線與候車廳常規時間的實測聲壓級1/3倍頻程曲線進行比較分析，見圖13。

圖13 舒適度評價曲線

由分析結果可知，40 Hz～200 Hz 頻段范圍，候車廳內的噪聲聲壓級高于人體的舒適度限值，200 Hz 頻段處甚至超過限值20.7 dB(A)，這會對人體的舒適程度產生一定的影響，需要引起重視。

4 結語

本文以某綜合交通樞紐為工程背景開展現場試驗，對站臺層及候車大廳進行了環境噪聲測試，并對不同車輛通過對候車廳噪聲的影響進行了分析，得到以下結論：

(1)站臺層小時等效A聲級在65.4 dB(A)～70.2 dB(A)之間，候車廳高峰時間段小時等效聲級為72.8 dB(A)，相對于平峰時間高出4.6 dB(A)，其40 Hz～200 Hz 頻段范圍內噪聲實測高于舒適度限值，影響到人體舒適度。

(2)不同類型列車進出站時，站臺層噪聲響應特性存在最大聲壓級和響應時間的差異。普速列車相對于高速動車組、動車組列車，噪聲峰值響應較大，響應時間長。頻譜響應優勢頻段均為400 Hz～2 000 Hz。

(3)列車制動進站過程，站臺層、候車大廳的低頻噪聲響應基本不變，列車輪軌碰撞、制動等引起的較高頻段的噪聲響應迅速增強，主頻向高頻移動。其中站臺層等效A 聲級為73.8 dB(A)，候車大廳為75.3 dB(A)。

(4)隨著站臺關鍵點與列車通行線路距離的增大，其噪聲響應峰值呈現對數形式的衰減。

(5)綜合交通樞紐地下層地鐵的通行，對候車大廳的噪聲環境影響不大。