地鐵車站敷設(shè)方式對(duì)站臺(tái)噪聲特性的影響

曾欽娥，侯博文，費(fèi)琳琳，李佳靜

（北京交通大學(xué) 土木建筑工程學(xué)院，北京100044）

車站是城市軌道交通的重要組成部分，當(dāng)列車進(jìn)、出站時(shí)，產(chǎn)生的噪聲會(huì)引起站臺(tái)乘客及工作人員的煩惱，同時(shí)也會(huì)降低站臺(tái)廣播的語言清晰度[1-3]，因此，站臺(tái)聲環(huán)境質(zhì)量逐漸成為車站環(huán)境友好設(shè)計(jì)的重要因素。不同車站敷設(shè)方式的站臺(tái)結(jié)構(gòu)、建筑設(shè)計(jì)等均存在顯著差別，造成其噪聲特性也差異顯著，因此，有必要研究不同車站敷設(shè)方式站臺(tái)噪聲特性。

車站按其敷設(shè)方式可分為地下站、高架站、地面站，其中，地下站以其節(jié)約地上空間的顯著優(yōu)點(diǎn)，成為城市軌道交通車站最主要型式，隨著城市軌道交通線網(wǎng)的延伸，高架站逐漸成為地鐵郊區(qū)線及城際輕軌線的主要型式之一，如北京地鐵八通線共15個(gè)站，其中高架站為9個(gè)，地面站由于占地面積大，各城市較少采用，因此，本文僅針對(duì)地下站及高架站站臺(tái)噪聲特性展開分析。地下站臺(tái)一般采用封閉空間結(jié)構(gòu)，存在明顯的混響效應(yīng)，而高架站臺(tái)一般由雨棚、側(cè)墻組成[4]，站臺(tái)兩端自由擴(kuò)散，組成半封閉空間結(jié)構(gòu)，且站臺(tái)高度明顯大于地下站臺(tái)。列車進(jìn)、出站過程產(chǎn)生的噪聲在高架站與地下站站臺(tái)層內(nèi)的傳播存在顯著差異。

目前較多的研究人員對(duì)地下站站臺(tái)和高架站站臺(tái)的噪聲水平進(jìn)行了實(shí)地測(cè)量，劉茜[5]對(duì)同一線路不同高架站站臺(tái)噪聲展開了實(shí)地測(cè)量，結(jié)果表明列車進(jìn)站等效連續(xù)A聲級(jí)LAeq均值為78 dB(A)，出站LAeq均值為79 dB(A)。程輝航等[6]對(duì)全自動(dòng)運(yùn)行線路9個(gè)高架車站的噪聲特性展開了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，表明列車進(jìn)站噪聲的LAeq均值為77 dB(A)至80 dB(A)。馬歡、李吉等[7-8]對(duì)不同城市地下站站臺(tái)噪聲測(cè)試，結(jié)果表明車輛通過時(shí)站臺(tái)的LAeq為77.0 dB(A)至88.3 dB(A)。劉茜等[9-10]對(duì)不同線路多個(gè)地下站臺(tái)站內(nèi)噪聲進(jìn)行測(cè)量，測(cè)試結(jié)果表明各類型車站站臺(tái)中心點(diǎn)LAeq的平均值為68 dB(A)至78 dB(A)，全封閉站臺(tái)門站臺(tái)噪聲LAeq比半封閉站臺(tái)門減小3 dB左右。侯博文等[11]針對(duì)地下站臺(tái)不同位置的噪聲分布規(guī)律進(jìn)行了分析。綜上所述，研究人員主要針對(duì)地下站臺(tái)與高架站臺(tái)的噪聲水平分別展開分析，得出了不同地下站與高架站的噪聲水平，但是由于不同線路軌道結(jié)構(gòu)形式、車輛形式、站臺(tái)門形式等均存在差異，列車運(yùn)行產(chǎn)生的聲源存在差別，因此既有研究中不同車站敷設(shè)方式站臺(tái)噪聲水平之間不具有可比性。國(guó)外Shimokura 等[12]針對(duì)地下車站及地上車站的噪聲特性展開了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，表明地下站臺(tái)的等效連續(xù)A聲級(jí)大于地上站臺(tái)6.4 dB(A)，但由于其站臺(tái)形式與國(guó)內(nèi)車站存在顯著區(qū)別，噪聲的傳播方式也存在差異。

為研究不同車站敷設(shè)方式的站臺(tái)噪聲特性，本文選取同一線路相同站臺(tái)型式的地下站及高架站，對(duì)站臺(tái)噪聲展開現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，分別從列車進(jìn)、出站時(shí)站臺(tái)噪聲水平、站臺(tái)環(huán)境噪聲水平及站臺(tái)背景噪聲水平分析車站敷設(shè)方式對(duì)站臺(tái)噪聲的影響，基于噪聲頻譜特性分析兩個(gè)站臺(tái)噪聲特性的差異，對(duì)不同敷設(shè)方式車站站臺(tái)噪聲控制提出了相關(guān)建議，可為不同車站敷設(shè)方式站臺(tái)噪聲控制措施提供數(shù)據(jù)支撐。

1 測(cè)試方法

為分析不同車站敷設(shè)方式站臺(tái)噪聲特性，排除車輛型式、軌道結(jié)構(gòu)形式、站臺(tái)型式等因素對(duì)站臺(tái)噪聲的影響，選取同一線路相同站臺(tái)型式的地下站臺(tái)和高架站臺(tái)進(jìn)行測(cè)試，側(cè)式站臺(tái)為高架站的基本型式，因此本文站臺(tái)型式為側(cè)式站臺(tái)，站臺(tái)尺寸參數(shù)如表1所示。站臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)照片如圖1所示。高架車站結(jié)構(gòu)為站橋一體式結(jié)構(gòu)，地下車站為框架結(jié)構(gòu)。站臺(tái)空間內(nèi)主要有扶梯和直梯等設(shè)施，站臺(tái)各表面均未做特殊吸聲處理。列車運(yùn)行車輛為B型車6 節(jié)編組，軌道結(jié)構(gòu)形式均為短枕式整體道床結(jié)構(gòu)，線路正線運(yùn)行速度為70 km/h。

圖1 站臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)照片

按照標(biāo)準(zhǔn)[13-14]規(guī)定的測(cè)試方法在站臺(tái)典型位置布置3個(gè)測(cè)點(diǎn)，分別位于列車進(jìn)站端、站臺(tái)中部及出站端，測(cè)點(diǎn)布置如圖2所示。測(cè)點(diǎn)距離地面高為1.6 m，距離四周墻體大于1.2 m，聲壓傳感器前端垂直指向列車運(yùn)行方向。測(cè)量?jī)x器采用東方所生產(chǎn)的16通道INV3062 數(shù)據(jù)采集儀，聲壓傳感器采用INV9206系列傳聲器，對(duì)列車運(yùn)營(yíng)時(shí)段（早7:00至晚22:00）進(jìn)行連續(xù)采樣，采樣頻率為51.2 kHz。測(cè)試前后采用B&K 4231聲校準(zhǔn)器(1 kHz、94 dB)對(duì)聲壓傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)，兩次校準(zhǔn)誤差不超過0.5 dB。

表1 站臺(tái)尺寸參數(shù)/m

2 站臺(tái)噪聲特性

2.1 列車進(jìn)、出站站臺(tái)最大A聲級(jí)和等效連續(xù)A聲級(jí)

為分析列車運(yùn)行對(duì)不同車站敷設(shè)方式站臺(tái)噪聲特性，減少客流等隨機(jī)噪聲的影響，截取平峰時(shí)間段20趟列車進(jìn)站和列車出站過程，其中，列車進(jìn)站截取時(shí)間為列車車頭進(jìn)入站臺(tái)至完全停止，列車出站截取時(shí)間為列車啟動(dòng)至完全駛離。基于標(biāo)準(zhǔn)[13-14]中規(guī)定的方法分別對(duì)列車進(jìn)、出站的最大A聲級(jí)、等效連續(xù)A聲級(jí)進(jìn)行分析，取20趟列車的算數(shù)平均值為最終評(píng)價(jià)量，結(jié)果如圖3至圖4所示。圖中誤差線所示為標(biāo)準(zhǔn)差及數(shù)值。

從圖3可以看出，列車進(jìn)、出站時(shí)，地下站站臺(tái)各測(cè)點(diǎn)位置處的最大A聲級(jí)LAmax高于高架站站臺(tái)。列車進(jìn)站時(shí)，地下站、高架站站臺(tái)LAmax最顯著位置為進(jìn)站端，LAmax分別為85.9 dB(A)和84.2 dB(A)，地下站比高架站大約大1.7 dB(A)；地下站站臺(tái)中部和出站端的LAmax比高架站大1.1 dB(A)至1.7 dB(A)；列車出站時(shí)，地下站、高架站站臺(tái)LAmax最顯著位置為出站端，LAmax分別為88.7 dB(A)和86.0 dB(A)，地下站比高架站大約大2.7 dB(A)，站臺(tái)中部和出站端位置處地下站比高架站大1.9 dB(A)。

圖2 站臺(tái)噪聲測(cè)點(diǎn)布置示意圖

圖3 不同車站敷設(shè)方式站臺(tái)的最大A聲級(jí)

圖4 不同車站敷設(shè)方式站臺(tái)的等效連續(xù)A聲級(jí)

從圖4可以看出，列車進(jìn)站時(shí)，地下站、高架站站臺(tái)進(jìn)站端的LAeq分別為80.1 dB(A)和79.8 dB(A)，根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《城市軌道交通車站站臺(tái)聲學(xué)要求和測(cè)量方法》[13]中規(guī)定的列車進(jìn)、出站過程站臺(tái)最大容許噪聲限值80 dB(A)，地下站臺(tái)略高于現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)限值，高架站臺(tái)雖未超過標(biāo)準(zhǔn)限值，但已十分接近標(biāo)準(zhǔn)限值，站臺(tái)中部位置處地下站、高架站站臺(tái)中部位置處的LAeq分別為76.0 dB(A)和74.3 dB(A)，均小于現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)限值；列車出站時(shí)，地下站、高架站站臺(tái)出站端的LAeq分別為82.9 dB(A)和80.8 dB(A)，略高于現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)限值，站臺(tái)中部的LAeq分別為79.6 dB(A)和78.4 dB(A)，均滿足現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)限值。

進(jìn)一步對(duì)比地下站和高架站的LAeq的大小，可發(fā)現(xiàn)地下站站臺(tái)各測(cè)點(diǎn)位置處的等效連續(xù)A聲級(jí)LAeq高于高架站站臺(tái)。其中，列車進(jìn)站時(shí)，地下站進(jìn)站端位置比高架站大約0.3 dB(A)，地下站站臺(tái)中部及出站端位置比高架站大1.7 dB(A)至2.1 dB(A)；列車出站時(shí)，地下站出站端位置比高架站大約2.1 dB(A)，地下站站臺(tái)中部及出站端位置比高架站大約1.2 dB(A)。

從列車進(jìn)、出站引起的站臺(tái)噪聲水平LAmax、LAeq均可以看出，地下站臺(tái)的噪聲水平略大于高架站臺(tái)。地下站臺(tái)雖然采用全高半封閉站臺(tái)門，隔聲效果優(yōu)于半高站臺(tái)門，但由于全高半封閉站臺(tái)門同時(shí)使站臺(tái)形成狹小的封閉長(zhǎng)空間，且地下站臺(tái)高度較小，聲反射作用較強(qiáng)，導(dǎo)致其噪聲水平較大；高架站臺(tái)為半高站臺(tái)門，雖然直達(dá)聲較大，但由于站臺(tái)區(qū)域與軌行區(qū)域形成一個(gè)較大的整體空間，且站臺(tái)層高度較大，聲反射距離長(zhǎng)，混響作用相比地下站臺(tái)顯著減小，因此其站臺(tái)噪聲水平較小。

2.2 站臺(tái)環(huán)境噪聲水平

為分析不同車站敷設(shè)方式站臺(tái)的環(huán)境噪聲水平，選取站臺(tái)中部測(cè)點(diǎn)進(jìn)行無列車無廣播聲源L背景、1 小時(shí)等效連續(xù)A聲級(jí)LAeq,1h、累計(jì)百分聲級(jí)L10和L90、無列車有廣播聲源L廣播分析，其中L背景、L廣播為所截取20組數(shù)據(jù)等效連續(xù)A聲級(jí)的算數(shù)平均值，LAeq,1h、L10、L90為平峰時(shí)段（日10:00～16:00和晚19:00～22:00）每1 h的算數(shù)平均值，結(jié)果如表2所示。

從表2可以看出，無列車無廣播時(shí)高架站臺(tái)的背景噪聲聲壓級(jí)略高于地下站臺(tái)約1.9 dB(A)，這主要是由于高架站臺(tái)位于地上，站臺(tái)兩側(cè)下部為城市主干路，主干路汽車通過、鳴笛、人流噪聲傳播至高架站臺(tái)，造成高架站臺(tái)噪聲增大，而地下站臺(tái)噪聲主要由站臺(tái)內(nèi)部客流、設(shè)備等運(yùn)行噪聲引起。地下站與高架站的累計(jì)百分聲級(jí)L90也進(jìn)一步說明了高架站的背景噪聲高于地下站臺(tái)。從全天LAeq,1h、L10來看，地下站臺(tái)的環(huán)境噪聲水平高于高架站臺(tái)，差值約0.8 dB(A)至1.1 dB(A)，與列車通過時(shí)的引起的LAeq、LAmax規(guī)律一致，表明高架站臺(tái)由于列車運(yùn)行引起站臺(tái)噪聲環(huán)境水平小于地下站臺(tái)。

表2 站臺(tái)中部測(cè)點(diǎn)環(huán)境噪聲水平/dB(A)

無列車有廣播時(shí)高架站臺(tái)內(nèi)的廣播噪聲顯著小于地下站臺(tái)，小約9.9 dB(A)，這主要是由于兩站臺(tái)的揚(yáng)聲器系統(tǒng)播放基準(zhǔn)音量也存在一定差異，進(jìn)而導(dǎo)致兩站臺(tái)的廣播噪聲出現(xiàn)一定變化。此外，由于地下站臺(tái)內(nèi)廣播聲源在站臺(tái)空間內(nèi)存在顯著的混響效應(yīng)，造成聲壓級(jí)增大。

圖5 列車進(jìn)站時(shí)站臺(tái)不同位置的頻譜特性

3 站臺(tái)噪聲頻譜特性

人體對(duì)噪聲的感受除了與聲壓級(jí)大小有關(guān)外，還與噪聲的頻率分布特性相關(guān)，本節(jié)對(duì)地下站及高架站列車進(jìn)、出站時(shí)的站臺(tái)噪聲頻譜特性進(jìn)行分析，列車進(jìn)站時(shí)選取影響較顯著的進(jìn)站端測(cè)點(diǎn)及站臺(tái)中部測(cè)點(diǎn)進(jìn)行分析，列車出站時(shí)選取影響較顯著的出站端測(cè)點(diǎn)及站臺(tái)中部測(cè)點(diǎn)進(jìn)行分析。由于站內(nèi)噪聲存在明顯的低頻特性，而A 計(jì)權(quán)會(huì)顯著低估低頻特性的影響[15-16]，因此本節(jié)對(duì)站臺(tái)聲壓級(jí)頻率特性的分析未考慮計(jì)權(quán)因子，列車進(jìn)、出站站臺(tái)噪聲1/3倍頻程聲壓級(jí)計(jì)算結(jié)果如圖5至圖6所示。

圖6 列車出站時(shí)站臺(tái)不同位置的頻譜特性

從圖5可以看出，在200 Hz以下，不同車站敷設(shè)方式站臺(tái)噪聲的頻率分布均存在顯著峰值，且峰值顯著大于200 Hz以上噪聲聲壓級(jí)幅值。其中，列車進(jìn)站時(shí)，高架站在20 Hz 至50 Hz 存在較大值，在40 Hz出現(xiàn)峰值，峰值為81.0 dB；地下站在50 Hz至100 Hz存在較大值，在80 Hz出現(xiàn)峰值，峰值為85.0 dB，地下站臺(tái)的低頻噪聲峰值顯著大于高架站臺(tái)低頻噪聲的峰值大約4.0 dB。從圖6中可以看出，列車出站時(shí)，頻率分布特性與列車進(jìn)站時(shí)基本一致，僅在200 Hz以下低頻噪聲的峰值聲壓級(jí)存在一定的降低。地下站臺(tái)的低頻噪聲顯著頻率與高架站臺(tái)顯著頻率存在顯著差別，這主要是低頻范圍噪聲主要為車輛-軌道-下部基礎(chǔ)耦合作用所引起的站臺(tái)結(jié)構(gòu)振動(dòng)輻射噪聲。由于既有噪聲評(píng)價(jià)指標(biāo)值采用A 計(jì)權(quán)方式，對(duì)低頻噪聲進(jìn)行了較大修正，導(dǎo)致其對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)值LAeq的貢獻(xiàn)較小，但其聲壓級(jí)幅值較大，對(duì)人們煩惱度的影響不可忽略[17-19]。有必要采取相應(yīng)的軌道減振措施減少軌道振動(dòng)向車站結(jié)構(gòu)的傳遞，如采用減振扣件、浮置板軌道、梯形軌枕等，但應(yīng)詳細(xì)考慮列車-減振軌道-車站結(jié)構(gòu)的相互耦合作用。

在200 Hz以上，列車進(jìn)站時(shí)，兩個(gè)站臺(tái)的聲壓級(jí)頻率分布規(guī)律基本一致，主要來源于列車運(yùn)行引起的輪軌噪聲、制動(dòng)噪聲及列車設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲，其中，200 Hz 至1 250 Hz范圍內(nèi)地下站臺(tái)的噪聲略大于高架站臺(tái)，1 250 Hz以上高架站臺(tái)的噪聲略大于地下站臺(tái)，但幅值差異較小，約1 dB 至2 dB。列車出站時(shí)，高架站的噪聲略小于地下站臺(tái)，平均小約2.0 至3.8 dB。應(yīng)根據(jù)不同敷設(shè)方式車站軌行區(qū)聲源-站臺(tái)區(qū)噪聲傳遞路徑及站臺(tái)區(qū)內(nèi)聲場(chǎng)作用方式采取不同的措施，其中，對(duì)于地下站臺(tái)，可有效利用站臺(tái)門，將站臺(tái)門高度增高至頂板，形成密閉性站臺(tái)門，有效隔絕軌行區(qū)噪聲向站臺(tái)傳遞。同時(shí)，在站臺(tái)區(qū)域側(cè)墻及吊頂設(shè)置吸聲材料，以減少噪聲在站臺(tái)內(nèi)的混響及反射作用；對(duì)于高架站臺(tái)，其站臺(tái)門形式為半高站臺(tái)門，隔聲作用較小，建議在軌行區(qū)站臺(tái)板下部側(cè)墻及上、下行線之間進(jìn)行吸聲處理，在新建線路中，可考慮選用魚腹式島式車站，其站臺(tái)門形式為全封閉式，可有效減少軌行區(qū)噪聲傳遞至站臺(tái)。

4 結(jié)語

針對(duì)不同敷設(shè)方式的高架站和地下站的站臺(tái)噪聲展開現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，根據(jù)列車進(jìn)、出站時(shí)站臺(tái)噪聲水平、站臺(tái)環(huán)境噪聲水平及站臺(tái)背景噪聲水平分析車站敷設(shè)方式對(duì)站臺(tái)噪聲的影響，并根據(jù)噪聲頻譜特性分析兩類車站站臺(tái)噪聲的差異特性，提出了相應(yīng)的噪聲控制建議，得出以下結(jié)論：

（1）列車進(jìn)站時(shí)地下站及高架站站臺(tái)進(jìn)站端端部噪聲LAeq分別為80.1 dB(A)和79.8 dB(A)，列車出站時(shí)出站端部噪聲LAeq分別82.9 dB(A)和80.8 dB(A)，站臺(tái)兩端在車輛進(jìn)、出站過程中，站臺(tái)噪聲值略大于國(guó)家現(xiàn)行規(guī)范中給出的標(biāo)準(zhǔn)限值，而車站站臺(tái)中部噪聲LAeq為74.3 dB(A)至79.6 dB(A)，始終符合國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)限值。

（2）地下站臺(tái)列車進(jìn)、出站引起的噪聲大于高架站臺(tái)內(nèi)的噪聲，站臺(tái)端部最大A聲級(jí)LAmax大約1.7 dB(A)至2.7 dB(A)，等效連續(xù)A聲級(jí)LAeq大約0.3 dB(A)至2.1 dB(A)，地下站臺(tái)環(huán)境噪聲水平LAeq,1h的聲壓級(jí)大于高架站臺(tái)，大約0.8 dB(A)至1.1 dB(A)，但無車無廣播時(shí)高架站臺(tái)的背景噪聲略大于地下站臺(tái)，大約1.9 dB(A)。

（3）不同敷設(shè)方式站臺(tái)噪聲在200 Hz以下頻率存在顯著差別，高架站臺(tái)的顯著頻率為25 Hz 至50 Hz，地下站臺(tái)的顯著頻率為50 Hz至100 Hz，且地下站臺(tái)內(nèi)噪聲的峰值顯著大于高架站臺(tái)，大約4.0 dB。在200 Hz以上，地下站與高架站聲壓級(jí)頻譜分布規(guī)律基本一致，高架站的聲壓級(jí)略小于地下站臺(tái)，列車出站時(shí)平均小約2.0 dB至3.8 dB。

（4）應(yīng)根據(jù)不同敷設(shè)方式站臺(tái)的結(jié)構(gòu)特性及空間差異采取相應(yīng)的噪聲控制措施。針對(duì)列車通過引起的低頻噪聲，應(yīng)結(jié)合列車-軌道-車站結(jié)構(gòu)的耦合作用采取相應(yīng)的軌道減振措施。針對(duì)列車通過引起的中高頻噪聲，對(duì)于地下站臺(tái)建議提高站臺(tái)門的隔聲作用，結(jié)合站臺(tái)區(qū)吸聲處理，改善站臺(tái)噪聲環(huán)境；對(duì)于高架站臺(tái)可對(duì)軌行區(qū)進(jìn)行吸聲處理，對(duì)于新建高架站，建議考慮采用魚腹式島式站臺(tái)設(shè)計(jì)。