“橋建合一”車站振動舒適度研究

摘" 要：針對“橋建合一”型高架車站列車通過引起的振動環境對乘客舒適度的影響，以濟南軌道交通 8 號線一期工程中的典型“橋建合一”車站為研究對象，深入分析其振動特性、振動傳遞路徑及影響機制。采用加速度傳感器布設與有限元仿真相結合的方法，探討車站振動舒適度的評價方法，并提出針對性改良措施。研究表明，結構設計優化、列車限速等措施能夠有效提升“橋建合一”車站的振動舒適度。

關鍵詞：橋建合一 ""車站振動 ""舒適度 ""模擬仿真

中圖分類號：U441

Study on Vibration Comfort of \"Bridge Building Integrated\" Station

ZHANG Lei¹" LI Xin¹" LI Wei²" LI Yueqiang²

1.China Communications Construction Corporation Rail Transit Branch C， Beijing， 102200 China; 2. CCCC Third Highway Engineering Co.， Ltd.， Beijing， 100010 China

Abstract： Aiming at the impact of the vibration environment caused by trains passing through the \"bridge- buildingstation integrationintegrated\" elevated stations on the comfort level of passengers， taking the typical \"bridge building-station integrationintegrated\" station in the first phase project of Ji’nan Rail Transit Line 8 as the research object， an in-depth analysis was conducted on its vibration characteristics， vibration transmission paths and influence impact mechanisms. The method combining the deploymentlayout of acceleration sensors and finite element simulation was adopted to explores the evaluation methods for the vibration comfort level of the station， and targeted improvement measures were put forward. Research shows that measures such as structural design optimization and train speed limits can effectively improve the vibration comfort level of the \"bridge building-station integrationintegrated\" stations.

Key Words： Bridge building integrated; Station vibration; Comfort levelt; Simulation and emulation

橋建合一車站作為一種新興設計形式，因其在土地稀缺、城市化密集地區具有空間高效利用的優勢而受到廣泛關注。這種設計將車站、站臺與橋梁一體化，使站臺直接位于橋面之上。然而，橋梁在列車高速通過時會承受較大的動態荷載，導致站臺和候車區出現顯著振動，影響乘客的舒適度和安全感。因此，降低橋建合一車站的振動水平，提升舒適性，成為改進此類車站使用體驗的重要課題。

操禮林等人^[1]基于人體舒適度分析，對大跨樓蓋的振動進行了研究，提出使用多重調諧質量阻尼器（Multiple Tuned Mass Dampers，MTMD）減振設計方法。結果表明，該方法能夠有效控制大跨樓蓋的豎向振動，減振率達到34%，從而滿足人體舒適度要求。馬超鵬等人^[2]在現有的列車-車站耦合振動分析模型的基礎上，加入軌道模型和彈簧阻尼單元，研究了軌道參數對車站樓板振動的影響。謝偉平等人^[3]以某典型“橋建合一”型高架車站為研究對象，通過現場實測和車橋耦合分析，建立了精細化有限元模型，進行振動源、傳遞路徑及受振體的結構減振優化分析，并采用4種減震措施使其滿足舒適度要求。

熊學煒等人^[4]針對杭州西站承軌層的復雜關鍵節點設計了1/8縮尺試件，進行低周往復試驗和數值分析，研究其抗震性能。試驗表明，節點具有良好的抗震性能。

本文以濟南軌道交通8號線一期工程為依托，研究橋建一體結構的清源大街地鐵站的舒適度。通過對結構動態響應、振動傳遞路徑和候車舒適度的綜合分析，力求量化和改善橋建合一車站的振動舒適度，為未來設計與改進提供理論支持。

1" 橋建合一車站振動特性分析

圖1為橋建合一型車站模型，其振動主要來源于列車動力荷載效應、橋梁自振頻率響應和環境背景振動。列車通過橋梁時，橋梁承受動力荷載，形成以列車頻率為主導的垂直與水平振動。橋梁自振頻率較低，當列車荷載頻率接近橋梁自振頻率時，會產生共振效應，顯著放大振動影響。此外，氣候因素、地震活動與鄰近交通設施的振動也會對車站的振動環境產生影響。

振動通過橋梁的主梁和支撐結構傳遞至站臺和候車區，主要傳遞路徑包括橋梁主梁、支撐結構以及列車和站臺結構的共振傳播。當列車振動頻率接近站臺結構的自振頻率時，會引發諧振效應，進一步放大振動影響。

2" 振動舒適度評價方法

通常采用加速度傳感器布設與頻譜分析相結合的方法進行振動舒適度評價。在候車區地板、座椅和墻體布設高精度三軸加速度傳感器，采集振動數據并通過快速傅里葉變換（Fast Fourier Transform，FFT）進行頻譜分析，重點研究1～10 Hz的低頻段振動，因為該頻段對人體舒適度影響最為顯著^[5]。結合時域和頻域的分析方法，可以明確識別出哪些頻率范圍內的振動對乘客舒適度影響最大。

基于ISO 2631-1標準，采用振動劑量值（Vibration Dose Value，VDV）來評估候車區域不同位置的振動舒適度。VDV不僅考慮瞬時加速度的變化，還對長期暴露在振動環境中的影響進行了累積計算，從而更加準確地反映乘客在長時間候車情況下的舒適度。

國際標準《Baseplates for structural bearings — Requirements and testing methods》（ISO 10137—2007）規定建筑內的振動評價值為計權加速度均方根，限值根據基準曲線和不同場所倍乘因子確定（0.005x倍乘因子），其中基準曲線如圖2所示。

結合振動強度與候車時間的耦合分析，進一步評估候車區的舒適性。通過觀察和測量不同區域的振動強度及噪聲水平，分析布局設計對乘客舒適度的影響。

3" 案例分析與數據實測

選取濟南軌道交通8號線一期工程的橋建合一車站作為案例對象，其結構示意圖如圖3所示。為了進一步分析列車運行速度、荷載條件對橋建合一車站振動特性的影響，對不同運行工況進行了系統仿真模擬，其有限元模型如圖4所示。具體模擬工況包括列車以每小時50、70、100 km的速度通過車站的情形，分析其對車站和站臺振動特性的影響。車輛參數依據《地鐵設計規范》（GB 50499—2008）^[6]，如表1所示。

模擬中考慮了不同車廂載荷情況下的振動響應分析。當列車滿載運行時，橋梁主跨的振動幅值較空載時高出約20%，尤其在高頻段振動能量顯著增加，這表明載荷變化對橋梁與站臺的動力響應有顯著影響。因此，在橋建合一車站的設計中，需要考慮列車荷載變化對結構振動的影響，以確保設計的安全性與舒適性。對于不同列車編組數的影響分析，仿真結果顯示，編組數增加會導致橋梁結構的振動響應顯著上升。例如：當列車由4節編組增加至8節編組時，主跨區域的加速度峰值由0.42 m/s2上升至0.58 m/s2，表明更長的列車對橋梁結構的動力沖擊更大。列車通過時振動能量在站臺不同區域的分布存在顯著差異。例如：距離橋墩較近的區域，最大加速度峰值達到0.48 m/s2，相比c車站中心區域高出約15%。此外，車站不同樓層之間的振動水平也存在差異，站臺層的加速度均值為0.36 m/s2，而站廳層為0.25 m/s2，表明結構高度和支撐方式對振動特性有直接影響。

通過數據分析發現，優化候車區的布局（如采用柔性地板、安裝隔振座椅）可以有效降低振動強度，并且合理的車站設計和噪聲控制措施能夠顯著提高乘客的整體舒適體驗。通過布設隔振墊層，測得候車區的加速度峰值減少至0.28 m/s2，VDV降低至10.2 m/s²，顯著改善了候車區的舒適度。

4" 振動舒適度改善措施

基于對橋建合一車站振動特性的模擬分析，本文提出了一系列改善振動特性的措施，并對這些措施進行了仿真驗證。在橋梁與站臺連接處增加隔振層的模擬結果顯示，隔振層能夠有效減少振動能量的傳遞，使主跨區域的加速度峰值降低至0.34 m/s2，相較無隔振層的情況下降了約30%。此外，通過在橋梁主跨位置增加調諧質量阻尼器（Tuned Mass Damper，TMD），模擬結果顯示振動峰值降低了約18%，尤其在共振頻率范圍內，振動幅值顯著減少。模擬結果還顯示，采用高效阻尼材料的橋墩支撐結構可以進一步降低振動響應。例如，使用高阻尼橡膠材料后，橋墩區域的加速度峰值降低至0.38 m/s2，相比傳統鋼支撐結構下降了約31%，顯示出高效阻尼材料在減振中的巨大潛力。

最后，通過模擬不同列車速度下的限速措施，發現當列車速度控制在每小時60 km以下時，橋梁和站臺區域的振動加速度峰值顯著降低，達到舒適度的理想范圍。特別是在列車進入車站前設置限速區，可以有效減少高速列車引發的瞬時高強度振動，降低站臺區域的振動幅值。

5 "結語

橋建合一車站在列車高速通過時的振動顯著影響乘客舒適度。通過數據采集和評價分析，本研究驗證了結構設計、合理布局與限速措施在改善車站舒適度中的有效性，并為類似車站的未來設計與建設提供了重要參考。未來研究可以進一步結合動態荷載模型與多樣化減振措施，系統提升橋建合一車站的舒適性。此外，通過進一步研究橋梁與站臺的耦合振動特性，優化橋梁與車站的結構設計，可以實現更為顯著的振動舒適度改善效果。

參考文獻

[1]操禮林，呂亞兵，曹棟，等.行人動力學參數對大跨簡支人行橋人致振動的影響分析[J].東南大學學報（自然科學版），2020，50（2）：260-266.

[2]馬超鵬.“橋建合一”高架車站結構振動舒適度與減振優化研究[D].武漢：武漢理工大學，2022.

[3]謝偉平，黃望煒，葉建能，等.“橋建合一”型高架車站實測分析及結構減振優化[J].噪聲與振動控制，2024，44（3）：8-15.

[4]熊學煒.杭州西站橋建合一承軌層復雜關鍵節點抗震性能試驗研究[J].工程抗震與加固改造，2023，45（3）：102-110.

[5]遲義浩，張智海，王宏閣，等.地鐵車內及站臺振動噪聲測試分析[J].鐵道建筑技術，2021（10）：91-95.

[6]中華人民共和國住房和城鄉建設部.地鐵設計規范：GB 50157—2013[S].北京：中國建筑工業出版社2013.