高鐵客站候車廳室內噪聲調查與聲舒適度影響分析★

杜曉輝，張大釗

(1.安徽建筑大學安徽省建筑聲環境重點實驗室,安徽 合肥 230601; 2.北京交通大學建筑與藝術學院,北京 100044)

隨著國家對綠色建筑的逐步推廣,以及高鐵網絡的廣泛覆蓋,高鐵站房綠色設計理念應運而生。當今的鐵路客站已不再僅僅是單一的站點和人流的聚集中心,而是集多種交通方式于一體的城市綜合樞紐。從“十四五”規劃和《中長期鐵路網規劃》(規劃期為2016年—2025年)可以看到高鐵線路建設將繼續保持高位建設速度,預計2035年新建站房超過2 000座,其中高鐵站房1 000座。候車大廳作為車站最核心的空間,無論在結構技術、裝飾效果或是在功能安排上,都逐漸現代化、效率化和人性化。已有研究發現,隨著建筑空間變化,室內聲場不再是近似擴散的普通聲場,而大型高鐵客站候車廳作為典型的大空間,具有瞬時人流量大、對電聲清晰度要求高等特點,其聲環境質量對于提高空間使用效率具有重要意義。

國內在高鐵客站候車廳室內聲環境研究多集中在聲學指標的測定及聲環境的改善方面。艾荔以中國雄安站為研究對象,對實際的聲環境效果進行了主客觀評價,提出了高鐵站候車廳環境噪聲不大于70 dB(A)[1]。劉鉅通過結合武漢火車站的聲學設計實際項目,研究了大廳材料對聲環境的影響,運用電腦模擬對候車廳內混響時間進行計算與驗證,進而將候車廳的混響時間控制在合理范圍之內[2]。劉培杰等以某候車廳為例,將實地測量與電腦軟件聲學模擬的方法相結合,對該候車廳的室內聲場參數進行深入分析和討論,發現增加建筑界面的吸聲量,聲場參數得到顯著改善,聲級與聲源和接收點的距離與數值高度相關,混響時間(500 Hz和1 000 Hz倍頻帶)與聲源和接收點的距離無關[3]。高璟昊研究了客站候車廳體量對聲環境指標的影響[4]。袁莉等對鐵路客站的聲場現狀進行了分析,提出優化策略[5]。

然而,聲環境質量的好壞不僅在于噪聲的控制,更多的與旅客的噪聲主觀感受有關,兩者的綜合影響才是旅客對于候車廳噪聲環境感受的完整體驗。聲環境感知,相對屬于較新的學科,其學科理論體系尚待完善,研究相對集中在聲音的影響、聲喜好和聲舒適度的層面,主觀聲舒適度是聲環境感知評價的重要指標。康健團隊在這方面做了大量研究,提出需要了解聲環境是怎樣在給定場景下影響使用者[6-7]。金虹等在對住區廣場的聲環境進行研究時,針對環境綜合性能主觀評價及客觀數據展開實地調查,指出大多數被調查者對廣場聲音的第一反應是道路上的交通噪聲,也就是說噪聲會通過掩蔽其他聲音而降低使用者對廣場聲環境質量的評價[8]。在歐洲,有許多研究表明,交通噪聲會顯著提高人們日常生活中的主觀煩惱度甚至會嚴重影響人們的注意力[9-10]。馬蕙團隊對大型高鐵站候車廳聲環境進行了主觀評價現狀調查,考慮了人在大空間中某種特定的主觀感受與聲學指標之間的關系[11]。韓志慧研究了高鐵站候車廳聲源對情緒的影響[12]。在聲音感知與人群社會特征的關系方面,Meng,Kang等人通過在哈爾濱市6個商場進行大規模的主觀調查發現主觀響度的評價受收入和職業的影響,相關系數為0.10～0.40[13],并提出空間因素、聲源因素、環境因素對聲音感知的影響機制[14-15]。實際上,聲舒適性是一個復雜的動態概念,是人與環境交互作用而引起的刺激與效應,它因人、因時、因地而不同。所謂聲舒適性,實際上是指聲音對人的刺激量控制在人適應范圍之內,從而引起人們的一種良好生理與心理效應的過程。

以上研究雖然為本研究提供了重要的參考價值與研究基礎,但研究空間主要是辦公空間,對于開放式共享大空間的新型鐵路客站來說,由于服務人群龐大、旅客駐留時間長、噪聲源組成多樣,以及室內物理環境復雜等特點,聲感知適應很復雜。候車廳空間中聲舒適感知與光熱環境因子感知是否存在交互,聲舒適感知與整體環境舒適度評價是否存在關系,這些問題隨著多學科交叉研究的深入,逐漸引發人們的關注。因此,本文以寒冷氣候區高鐵客站大型候車廳為研究對象,通過現場調查與實驗室試驗,探討候車廳室內噪聲環境特點及聲舒適度影響。研究成果可為我國高鐵站候車廳聲環境改善研究與工程實踐提供有益的參考。

1 研究方法

本文研究采用現場調查與實驗室試驗相結合的方式進行。現場調查可以直接獲取原始信息,準確性最高,而且調查結果更接近實際,但現場調查容易受天氣條件、人流密度、空間變化等偶然因素影響,需要多時段多場所采集,時間成本與人力成本要求較高,而且對于不同變量組合下的數據規律反映很難呈現。因此,本研究采用現場調查與實驗室試驗相結合的方式,首先通過一系列的現場調查獲得高鐵客站候車廳在不同季節、不同時段的實際聲光熱環境參數數據,為實驗室試驗提供環境調控參考;其次,通過實驗室試驗提供的穩定環境,通過控制和觀察變量之間的因果關系展現聲光熱環境感知之間的交互影響特點。

研究團隊自2018年到2022年持續開展高鐵客站候車廳的現場調查,調研客站所在氣候區主要是寒冷氣候區,先后采集了中國11個大型高鐵客站空間形態信息,以及聲、光、熱環境各項參數數據與主觀評價,測試時間覆蓋全年四個季節,部分成果已發表在文獻[16-22],這些為本研究提供了基礎數據信息。在現場調查中,綜合考慮各參數測量方法,為保證測試數據的均好性,室內測點均勻布置在整個候車廳區域,重點布置在旅客休息區。旅客行為是靜坐狀態,測點垂直高度差相同,位于距離地面垂直0.6 m處。室內物理環境測試參數及測試儀器如表1所示。本文主要針對冬季與夏季典型日的測試數據進行分析。

表1 測試參數與測試儀器

主觀問卷與環境測試同步進行。問卷主要分為三部分:第一部分為受訪旅客的社會基本信息,包括性別、年齡、候車廳駐留時間。統計結果中,男性占比58.01%,女性占比41.96%;受訪旅客以中青年為主,18歲～29歲,30歲～49歲占比總計分別為92.26%,其中在客站建筑中等候時間在1 h以內的旅客數量均占比86.31%以上(見圖1)。第二部分為候車廳室內環境因子的關注率,結果顯示除了溫度以外,旅客對候車廳噪聲更為關注(見圖2)。第三部分為受訪旅客對候車廳聲環境的主觀感受。主要采用語義差異法進行主觀評價,針對每個選項選出意思相反的形容詞。首先讓旅客描述聽到的聲音類型,之后從噪聲感、清晰度、空間感和協和感四個方面對感知到的聲環境進行評價,并描述聲環境對情緒、認知與行為的影響(見表2)。調查結果為后續分析提供參考。

表2 候車廳聲環境主觀感受調查

2 數據處理

在數據處理方面,采集數據通過SPSS軟件對采集的環境客觀數據進行描述統計分析、相關分析與方差分析,對聲環境主客觀數據進行探討。其中實地測試數據與中國室內環境評價標準依據進行對比分析,候車廳噪聲評價標準依據GB 14227—2006城市軌道交通車站站臺聲學要求和測量方法[23],室內噪聲標準值應低于65 dB。室內光環境評價標準依據GB 50033—2013建筑采光設計標準[24]、GB 50034—2013建筑照明設計標準[25],對于交通建筑候車空間,綜合考慮天然采光與人工照明,室內光環境照度標準值應在450 lx以上,照度均勻度不應低于1/3。室內熱環境評價標準依據TB 10100—2018鐵路旅客車站設計規范[26],候車廳室內設計溫度在冬季18 ℃,在夏季為26 ℃～28 ℃,相對濕度40%～70%,室內微風速0.3 m/s。

主觀評價問卷方面,信度檢驗是通過Cronbach’s Alpha(克朗巴哈)系數法進行,效度檢驗采用KMO值和Bartlett球形檢驗值兩個指標。對有效問卷進行信度效度檢驗,結果顯示Cronbach’s Alpha>0.8,KMO>0.8,Bartlett球形檢驗顯著性sig.<0.05,各項系數值表明問卷結果信效度良好,適合做后續統計分析。

3 數據分析

3.1 候車廳噪聲環境特征

候車大廳內人流量較大,高峰時段聲音會非常嘈雜,既會影響旅客的休息與心情,又可能會使廣播播報消息無法聽清楚。

首先對候車廳主要聲音類型進行了調查統計,結果如圖3所示,發現在旅客聽到的聲音中,出現頻次最高的是廣播聲,占比在35%以上,其次是背景聲,包括交談聲、音樂聲、空調聲、檢票閘機聲等各種聲音,有的客站候車廳內能聽到較明顯的高鐵進出站聲。背景噪聲頻率分布在200 Hz～2 000 Hz之間的中低頻范圍內,與廣播噪聲相比聲壓級值較低,特別是在1 000 Hz～2 000 Hz之間更低。

其次,實測數據顯示候車廳室內噪聲聲壓級值在不同季節有一些區別,統計結果如表3所示。顯示夏季噪聲平均值為70.5 dB,超出規范標準值約5 dB,聲壓級值大多集中于66 dB～75 dB,其中70 dB～75 dB頻率將近50%;冬季噪聲平均值為66.7 dB,略微超出規范標準值,也多集中于66 dB～70 dB。冬季與夏季測試期內的噪聲聲壓級值離散系數約為0.04與0.03,說明噪聲波動情況類似,均比較平穩,但候車廳部分時段聲壓級值過高,甚至達到80 dB。現場調查發現候車廳有時為了提醒乘客乘車班次,某些情況下甚至需要管理人員使用擴音設備進行二次播報,造成了室內聲壓級過高。

表3 候車廳室內噪聲聲壓級值

從旅客對聲環境感知調查來看,對于噪聲的主觀感覺,評價分值在2.63,說明人們普遍感覺室內比較嘈雜,清晰度的評價分值僅為2.42,說明室內噪聲影響到了旅客的交流,希望能有所改善,而空間感與協和度方面評價分數稍高,說明在候車廳中,噪聲對旅客聲舒適感知的影響是最大的。其次,從潛在影響方面,調查結果顯示認知影響最大,其次為行為影響與情緒影響(見圖4)。

3.2 旅客社會因素對聲感知的影響

1)性別。大量的研究結果表明,性別對聲環境感知舒適度的影響并不顯著,但是這些研究成果都是基于城市中室外空間的。而對候車廳這一類室內空間而言,性別和聲環境感知舒適度的關系還是未知的。為了進一步研究不同性別對聲環境主觀感知舒適度的敏感性,采用獨立樣本T檢驗,結果顯示顯著性p值為0.042,小于0.05,說明男性與女性在聲環境主觀感知方面存在明顯的差異,均值差值為-0.267 6,說明男性聲環境感知舒適度評價分值明顯低于女性評價分數(見圖5)。這表明女性對主觀聲舒適度的感覺范圍更加寬泛,在聲環境舒適度感知方面,女性更寬容一些。

2)年齡。對旅客的年齡段(<18歲,18歲～29歲,30歲～49歲,>50歲)與聲環境感知舒適度的關系進行Spearman相關性分析,表4顯示年齡與聲環境感知舒適度評價分數呈微弱的正相關關系,有一定顯著性(p=0.03),說明隨著年齡增長,聲環境感知舒適度評分增加,說明年齡較大的旅客對候車廳聲環境情況有一定寬容度。

表4 年齡、駐留時間因素與聲舒適度評價的Spearman相關性分析

3)候車廳駐留時間。對被調查的旅客在候車廳的駐留時間(<30 min,30 min～1 h,1 h～2 h,2 h～3 h,>3 h)與聲環境感知舒適度的關系進行Spearman相關性分析,表4顯示旅客駐留時間與聲環境感知舒適度評價分數呈負相關關系,有一定顯著性(p=0.04),結合候車廳的室內噪聲情況,說明旅客在候車廳駐留時間越長,聲環境舒適度評價分數越低。

4 結論

本研究主要針對寒冷氣候區的高鐵客站候車廳噪聲環境進行調查,分析聲舒適度主觀評價及影響因素,主要結論如下:

1)候車廳室內噪聲聲壓級是聲舒適度的主要影響因素,聲壓級與聲舒適度評分呈顯著負相關,隨著聲壓級的增大,聲舒適度逐漸降低,可見候車廳室內噪聲控制很重要。

2)對于候車廳內不同類型的聲源中,廣播聲對旅客影響較大,其次是各種背景聲音,而且候車廳噪聲對人們的認知影響最大,行為影響較小。

3)旅客的性別、年齡段與候車廳駐留時間對聲舒適度感知有顯著影響,其中女性對聲舒適感知的主觀評價范圍要大于男性;隨著年齡段的增大,年長者對噪聲更寬容;旅客駐留時間越長,聲舒適度評價分數降低。