下沉式地鐵車輛段環境噪聲特性試驗研究*

周 杰，陳皓粵，汪益敏，盧鴻鈞，劉品言

(1.華南理工大學 土木與交通學院，廣東 廣州 510640；2.廣州地鐵設計研究院股份有限公司，廣東 廣州 510010)

0 引言

地鐵車輛段作為地鐵停放車輛、日常檢修、試車后勤基地，具有占地面積大、用地強度低等特點。我國以地面式車輛段結合上蓋物業開發模式為主，但因地鐵車輛段占地規模較大，對城市交通組織與空間尺度造成一定破壞。同時，受車輛段內風機與列車運行影響，給周邊物業帶來嚴重噪聲問題。近年，新型結構形式下沉式地鐵車輛段在我國興起[1]，相比傳統結構，新結構形式充分利用地下空間，用地恢復應有城市尺度與空間形態，可確保城市交通連貫性。但蓋下空間處于封閉狀態，上蓋平臺、支撐結構使反射面積增加，改變空間聲學特性[2]。地下建筑需要通風設備24 h運行，滿足室內空氣循環需求，持續性通風設備工作噪聲外加階段性列車運行、維修噪聲，對車輛段內員工身心健康造成嚴重影響。

世界衛生組織(WHO)認為噪聲是造成環境污染重要風險因素[3]。據2019年數據顯示，噪聲舉報占38.1%，僅次于大氣污染[4]。近年來，城市空間開始“向下”發展，因地下空間與外部環境隔離，使內部噪聲影響比地上建筑更為突出，部分學者對此開展研究：陳曦[5]對地下餐飲空間進行問卷調研，認為背景噪聲聲壓級在70～75 dB(A)范圍內時舒適度較高，超過75 dB(A)時，主觀舒適度急劇降低；曹枚根等[6]以地下變電站為研究對象，認為變壓器振動與噪聲通過固體傳播至整個結構，并通過曲線擬合得到預估公式；劉茜等[7]對城市軌道交通地下站臺噪聲進行實地測量，認為站臺噪聲最大值為列車出站時車頭停站位置。但目前針對于下沉式地鐵車輛段地下空間噪聲特性及環境影響問題研究缺乏。因此，本文采用問卷調查與現場試驗相結合的方法，在廣州某下沉式地鐵車輛段地下空間及臨近建筑物內開展測試，研究環境噪聲特性及影響規律，為下沉式地鐵車輛段降噪措施規劃提供參考。

1 工程概況

廣州某下沉式地鐵車輛段承擔地鐵14號線列車周月檢、停車列檢和日常維修、保養任務，是廣州首個下沉式地鐵車輛段，總占地0.35 km2。地鐵車輛段平面布置如圖1所示。其中，檢修庫、運轉綜合樓等建筑位于地面上蓋層以下，是檢修及行政辦公人員主要工作區域，蓋上現有地面維修樓與司機公寓，未來將對蓋上進行住宅、辦公等物業開發。

圖1 地鐵車輛段平面布置

2 噪聲煩惱度問卷調查

為了解車輛段內主要噪聲源及員工受噪聲影響程度，首先通過問卷調查，獲得車輛段工作人員對特定噪聲源煩惱程度。根據《聲學 應用社會調查和社會聲學調查評價噪聲煩惱度》GB/Z 21233—2007[8]設計調查問卷，問卷共包含10個噪聲問題，著重了解員工受車輛段內噪聲影響時間與地點、煩惱程度、噪聲對工作干擾程度等。

試驗采用隨機抽樣法，向地鐵車輛段內職工發放60份調查問卷，回收有效問卷42份。調查對象中男性占88%，女性占12%，70%員工年齡在30～40歲之間。噪聲來源及噪聲煩惱程度統計結果如圖2所示。由圖2(a)可知，44%員工認為車輛段噪聲主要來自通風噪聲，其次為列車噪聲(25%)。其中，通風噪聲干擾最大區域為辦公區域和檢修庫，噪聲持續時間長；列車噪聲出現在夜間收發車時段，對上蓋司機與公寓居民睡眠影響最嚴重。

圖2 調查結果統計

由圖2(b)可知，僅有5%調研對象表示沒有感到煩惱，43%調研對象表示煩惱程度一般，38%調研對象表示噪聲煩惱程度非常嚴重。噪聲煩惱對員工生理和心理產生影響，并且給工作造成不安全隱患。

3 現場試驗測試方案

結合問卷調查結果，選取3個受噪聲影響嚴重區域，試驗區域1位于運轉綜合樓內，包括2間典型辦公室及走廊，辦公室均無窗封閉，通過2側風機房進行通風，且通風管道安裝在樓板中。為研究辦公區域噪聲強度及傳播特性，在每間辦公室設置3個測點(T1～T3、M1～M3)，沿走廊設置8個測點(P1～P8)，考慮開門和關門2種工況。試驗區域1測點布置如圖3所示。

圖3 試驗區域1測點布置

試驗區域2位于車輛檢修庫，包括檢修庫、周月檢線2個斷面。噪聲源主要為檢修車間頂板懸掛通風系統。為了解檢修庫內密閉空間噪聲水平分布特性，在檢修庫沿平面布置5條測線，每條測線共21個測點。檢修庫測點布置如圖4(a)所示。

圖4 試驗區域2測點布置

周月檢線斷面用以研究噪聲垂直分布特性，從風機地面投影點開始沿水平方向每4.5 m布置1個垂直方向測試斷面，每個斷面測點間距1 m，共布設11個垂直斷面，合計77個測點。周月檢線布置如圖4(b)所示。

試驗區域3位于上蓋司機公寓，該區域根據公寓層數及住戶受影響程度，確定在1、2、3層房間中央布置測點，測量時間包括收車和發車2個時段。

根據《聲環境質量標準》(GB 3096—2008)[9]，區域1、2內噪聲聲壓級起伏小于3 dB(A),屬于穩態噪聲，采用規定時間內連續等效A聲級LAeq和A計權倍頻程聲壓級作為評價指標，所有測點應距離墻面、立柱等至少1.0 m，站姿高度設置在離地面1.5 m處，坐姿設置在正常人耳高度，測量時間1 min。試驗區域3按照《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》(JGJ/T 170—2009)[10]測量要求，考慮車輛段內行車密度較低，采取分段測量列車通過時等效A聲級，測量時密閉門窗。

4 試驗結果及分析

4.1 噪聲評價標準

下沉式地鐵車輛段蓋下屬于市政交通公用設施，蓋上物業屬于民用建筑，2者聲功能分區存在明顯不一致性。綜合考慮帶上蓋地鐵車輛段功能特殊性，以及我國現行聲環境標準規定，將車輛段按垂向分為蓋上和蓋下2部分，并采取不同噪聲標準及限值分別進行評價。蓋下根據《工業企業噪聲控制設計規范》(GB/T 50087—2013)[11]，車輛段內部辦公區域噪聲限值為60 dB(A)，維修工作區噪聲限值為85 dB(A)；蓋上符合《城市軌道交通引起建筑物振動與二次輻射噪聲限值》(JGJ/T 170—2009)中2類區特點，晝間噪聲限值41 dB(A)，夜間噪聲限值38 dB(A)。

進一步考慮相同聲壓級不同頻率噪聲對人們聽力損傷、語言干擾和煩惱程度不同，參照NR曲線對各倍頻帶聲壓級進行評價[12]，適用于噪聲聲壓級0～130 dB，中心倍頻程頻率范圍31.5～8 000 Hz的9個倍頻帶，NR評價曲線如圖5所示。NR曲線評價噪聲影響時采用“相切法”，將實測各倍頻帶聲壓級繪制于NR曲線，與該頻譜相切的最高NR曲線即為噪聲NR評價指數。NR評價指數越高，給人們造成的煩惱程度越高，同1條NR曲線上各倍頻程噪聲具有相同干擾程度。

圖5 NR評價曲線

4.2 運轉綜合樓辦公區域聲環境特性分析

試驗區域1運轉綜合樓內辦公室噪聲測量包括開門和關門2種工況，兩側風機均處于工作狀態時測量結果見表1。2種工況下各測點LAeq均達到63～65 dB(A)，超出標準限值3～5 dB(A)，關門時僅減少不到1 dB(A),同樣超出環境噪聲限值標準，表明辦公區域工作人員持續處于不良聲環境中。

表1 辦公室測量結果

沿走廊布設各測點LAeq與噪聲源距離關系以及各測點1/3倍頻程頻譜如圖6所示。噪聲強度隨距噪聲源距離增大而降低，自距離噪聲源9 m處測點3開始，各測點均達到環境噪聲標準限值要求。因此將風機房等高噪聲設備用房集中布置于區域盡端，盡量遠離辦公區域，可有效減少噪聲干擾。

圖6 走廊測量結果

各測點1/3倍頻程頻譜峰值均集中于800 Hz處，呈“兩頭小、中間大”特征，主頻率在200～2 000 Hz。通過比較不同頻率噪聲衰減特性發現，中頻和高頻隨距風機距離增大衰減較快，16～200 Hz低頻范圍內噪聲衰減不明顯。

將倍頻程數據對照NR曲線，得到辦公室及走廊NR曲線評價，如圖7所示。由圖7可知，辦公室噪聲評價指數為NR-60，走廊噪聲評價指數為NR-65。各區域均在1 000 Hz處與NR曲線相切，1 000 Hz左右中頻段噪聲造成的煩惱度最高。同時，125～1 000 Hz頻率范圍在曲線出現凸起，導致整體噪聲評價指數上升，具有明顯中低頻特性。

圖7 辦公區域NR曲線評價

4.3 檢修庫聲環境特性分析

試驗區域2檢修庫噪聲測量結果及周月檢線噪聲垂直分布特性如圖8所示。將測量結果與《工業企業噪聲控制設計規范》(GB/T 5008—2013)中維修工作區標準限值比較可知，各測點LAeq均未超過85 dB(A)噪聲限值標準。

圖8 試驗區域2測量結果

檢修庫內LAeq在68～72 dB(A)范圍內上下波動，由圖8(a)可知，噪聲以波的形式向四周傳播，具有明顯波峰波谷，但并未出現隨距離增加而衰減現象。原因是由于檢修庫上蓋平臺、支撐結構(剪力墻和結構柱)存在，噪聲反射面積增加，聲學環境降噪率降低。若無空曠環境，噪聲將在空間中不斷反射，較難得到有效衰減。因此，可通過在墻面、道床和頂棚鋪設吸聲材料或結構，增加吸聲降噪量，減小環境噪聲影響。

由圖8(b)可知，LAeq最高為71.5 dB(A)，位于距噪聲源3 m斷面處，中間斷面受多個聲源噪聲疊加，LAeq高于距風機口最近的7 m斷面，表現自中間向兩側衰減特性。

進一步采用NR曲線對各倍頻帶聲壓級分析檢修庫NR曲線評價如圖9所示。由圖9可知，檢修庫內噪聲評價指數為NR-75，在125 Hz處與NR曲線相切，125～250 Hz頻率范圍內噪聲帶給人的煩惱度明顯高于其他頻段，存在嚴重低頻噪聲影響。檢修庫內各測點LAeq雖均未超過標準限值，但因風機24 h運行，員工長期暴露在低頻噪聲下，仍會造成員工不舒適。在問卷調查中，38%調研對象對環境噪聲感到非常煩惱。因此，檢修庫內低頻噪聲強度需引起重視。

圖9 檢修庫NR曲線評價

4.4 上蓋司機公寓聲環境特性分析

地鐵列車運營時間主要集中在早上發車時段(4∶00～6∶30 am)和晚上收車時段(22∶30～24∶00 pm)，均處于夜間時段，且試驗區域3上蓋司機公寓僅在夜間使用，所以僅考慮夜間限值。收車時段和發車時段分別通過7輛列車，夜間連續等效A聲級計算如式(1)所示：

(1)

式中：LAeq為夜間等效A聲壓級，dB(A)；n為夜間通過列車數量；LAE,i為夜間第i輛列車通過時測點2次結構噪聲A聲級。

經修正后試驗區域3噪聲測量結果見表2。收車和發車2個時段下各測點LAeq均達到38～41dB(A),超出2次結構噪聲環境標準限值，對公寓內居民睡眠產生一定影響。

表2 試驗區域3噪聲測量結果

將列車通過時2次結構噪聲與背景聲頻譜分析對比，如圖10所示。實測聲與背景聲在1～20 kHz內基本吻合，該頻段實測信號主要由背景噪聲引起。在16～250 Hz范圍內，每個中心頻率實測噪聲與背景噪聲差值均大于5 dB(A)，說明該頻段噪聲信號中2次結構噪聲起主要作用，具有明顯低頻特征。

圖10 實測聲與背景聲1/3倍頻程對比

《住宅建筑室內振動限值及其測量方法標準》(GB/T 50355—2018)規定2次結構噪聲從31.5～250 Hz 4個1/1倍頻帶噪聲限值，并分為1級限值和2級限值。1級限值為適宜達到的限值，2級限值為不得超過的限值，各樓層1/1倍頻程等效A聲級與1級、2級限值對比如圖11所示。各測點在中心頻率31.5 Hz處等效A聲級均滿足室內夜間1級限值69 dB(A)要求。其余中心頻率處均超標，在250 Hz處超標最嚴重，該頻段也是后續噪聲治理重點頻段。

圖11 各樓層1/1倍頻程聲壓級與標準限值對比

5 結論

1)下沉式地鐵車輛段通風系統為主要噪聲源，其次為列車噪聲。車輛段蓋下辦公區域噪聲水平超出標準限值3～5 dB(A)，1 000 Hz左右中頻段噪聲帶給人的煩惱度最高。噪聲強度隨與噪聲源距離增加而降低，風機房等高噪聲設備宜設置在區域盡端，盡量遠離辦公人員工作區域，以減少噪聲對辦公人員干擾。

2)檢修庫內各測點LAeq均未超過標準限值，但125～250 Hz頻率范圍內噪聲帶給人的煩惱度明顯高于其他頻段，存在嚴重低頻噪聲影響。

3)上蓋司機公寓收、發車2個時段下，LAeq均超出2次結構噪聲環境標準限值，對公寓居民睡眠產生不良影響。結構振動引起噪聲主要頻率范圍為16～250 Hz，具有明顯低頻特征，其中250 Hz頻段超標最嚴重，后續噪聲控制應重點關注。