公共交通工具舒适度及评价技术

2014-08-15黄慧隆江华洲邱永祥赵静刘佳斌田源

铁路节能环保与安全卫生 2014年6期

黄慧隆，江华洲，邱永祥，赵静，刘佳斌，田源

(中国铁道科学研究院节能环保劳卫研究所，北京 100081)

乘客对公共交通工具的需求观趋于多样化，提高车内舒适度，使铁路运输更具吸引力十分必要。本文通过对各类公共交通工具舒适度及其评价技术进行文献综述，分析以往研究存在的问题，确定高速铁路动车组环境质量和舒适度评价的重点方向，进一步提升动车组设计水平和客运服务质量。

1 研究现状

1．1 民航飞机

现代民航飞机向低耗能、高舒适度、高安全性方向发展，飞机研发、设计、市场竞争等各个环节都体现出以人为本的设计理念。影响飞机座舱舒适度因素包括空气质量(一氧化碳、臭氧、各种有机物及生物病毒等)、热环境(温度、湿度、风速)、座舱压力、振动、噪声、灯光照明、空间布局、微波辐射等，上述因素的综合作用影响飞机座舱舒适感。

国外针对民用飞机座舱舒适度研究主要涉及座舱湿度研究、气流组织研究、座舱压力控制研究、空气质量、座舱降噪技术研究［1］。国内也开展了部分舒适度研究工作，但是在整舱综合舒适度研究方面基本尚未开展。

1．2 公路交通

公路交通由于乘客活动空间有限，乘客长时间坐在座位上，座椅舒适度是影响旅客乘坐舒适度的重要因素。座椅腰托的位置和形状，座位空间、靠背的宽度和高度等在减少人体疲劳方面均具有重要意义。座椅的舒适性还应注重其调节功能［2］。

座椅舒适度的评价通过主观问卷调查筛选出汽车舒适度影响因素，在此基础上进行客观指标测量、实车实验、建立数学模型分析各影响因素间相互关系，并就各因素对舒适度的影响程度进行分析，继而建立舒适度评价指标体系。从座椅设计、改善的角度出发，构建定量模型是减轻乃至消除座椅不舒适度、预测座椅舒适度最理想和实用的方法。利用模糊理论建立的模型、神经网络模型、线性模型等能有效地确定各因素影响程度大小，准确地评价及预测座椅的舒适度，并在座椅的舒适度改进、设计中发挥重要作用。

1．3 地铁

地铁旅客乘坐舒适度评价主要应用perling平稳性指标和UIC 513国际标准的舒适度指标进行综合评价［3］。舒适度与平稳性的在线实验和计算分析表明两者均能客观反映车辆振动性能及乘坐舒适度。舒适度指标更适合于评价旅客乘坐舒适度，而perling平稳性指标评价较适合于评价车辆自身的动力性能。

1．4 船舶

船舶舒适度的研究内容主要涉及热环境、噪声和振动等。有研究通过对实船热环境的测试和船员对热环境的主观评价的分析统计和船员对船舶舱室内热环境的满意度调查，探讨普通建筑热环境评价上使用广泛的PMV热舒适度模型在船舶舱室热环境评价中的适用性［4］，给出针对不同的活动状态下修正后的PMV方程，该方程能够体现大部分船员在微小环境内的热感觉和客观评价热环境控制效果。还有研究将船舱热舒适度评价应用到船舶空调的设计过程中［5］。新版的ISO6954对影响船舶乘坐舒适度的噪声和振动作了新的规定，未来将会制定涉及船上噪声和振动更为复杂的规定［6］。

1．5 铁路

铁路舒适度研究内容较为广泛，涵盖了空气环境和品质、噪声、振动、隧道舜变压力和座椅设计等方面。

1．5．1 空气环境和品质

空气质量与乘客主观舒适度的关系研究表明新风量＜20 m3/(h·人)时乘客更容易感觉到异味和空气不新鲜，车厢的舒适度降低，新风在改善铁路空调列车的空气质量方面起到关键作用［7］。空气CO2不达标时乘客感觉闷的可能性较大，舒适度降低，适当地增加新风量能减小室内CO2浓度，改善室内空气品质［8］。针对热舒适感、空气品质、气味的调查表明大部分乘客对目前铁路列车的空调效果较为满意［9］。

1．5．2 物理刺激

针对噪声、振动和隧道瞬变压力等物理刺激因素与舒适度之间关系的研究较多。张伟等［10］采用声品质客观评价方法对不同运行速度下车内噪声的声品质变化规律进行分析，结果表明:司机室的噪声问题最为突出，尤其是作为头车时;应用声品质响度评价方法对高速列车车内噪声环境进行评价，结果提示:为满足人类听觉舒适度的要求，有必要进一步改进车内噪声环境。尤其是头车的司机室内的噪声环境更有待改进，以满足工作人员听觉舒适度要求，继而保护劳动者健康和行车安全。

国际铁路联盟于1994年颁布了UIC513《铁路车辆内旅客振动舒适度评价标准》，我国2010年由铁科院和北京理工大学起草颁布了GB/T 13670—2010《机械振动铁道车辆内乘客和乘务员暴露于全身振动的测量与分析》。上海铁路局参照 UIC513和 GB/T13670—2010设计了基于ADXL345的铁路列车振动舒适度检测与评价系统［11］。依据UIC 513对现有高速动车组振动舒适度指标进行计算分析，结果表明:现有高速动车组振动舒适度指标均符合标准舒适度要求。但比较分析结果提示车厢内地板的舒适度较好，司机室地板的舒适度尚不理想。司机室地板振动舒适度主要受到通过隧道和会车的空气压力影响，改进头型和地板隔振材料的设计可以提高司机室的振动舒适度。

1．5．3 座椅设计

高速铁路发达的日本、法国、德国等国家均开展了诸多高速列车座椅设计研究。姿势、体压和弹性试验研究是日本座椅尺度评价的主要依据，法、德等欧洲国家高速列车设计则更注重满足旅客需求［12］。应用有限元分析法对座椅尺度与功能的统一进行研究，对座椅功能和配件设计进行了改进，如头枕、靠背角度调节、扶手、脚踏配备设计等。我国高速列车座椅设计起步较晚，国内不少学者开展了基于人体骨骼形状、生理和行为反应的实验，但座椅尺度评价研究仍局限于医学与人机学理论。

1．5．4 舒适度评价

国内外众多学者建立了不同的数学模型，研究高速铁路运行中乘客的舒适度问题。以振动和线路为中心的模型包括车辆垂向振动模型、车辆垂向刚柔耦合动力学模型、人体—车辆模型、多自由度人体与柔性车体的系统动力模型、人—铺—车振动系统空间垂向耦合模型、人体—车辆系统运动方程、考虑人体参振的高速铁路人车系统动力模型、以车辆—线路动力相互作用理论为基础的高速铁路线路线形动力仿真系统，根据线路设计参数进行舒适度评价。此外，还有研究运用数值模拟方法，对列车车厢空调各种气流组织方式进行模拟，并对其舒适度及经济性进行评价。高速列车旅行环境舒适度评价模型研究［13］对CRH380A、 CRH380AL、 CRH380BL、 CRH2C、CRH3C五种车型近30个车次的6 000多名乘客进行了旅行环境舒适度问卷调查，采用因子分析和层次分析方法构建了高速列车旅行环境舒适度评价模型。

2 存在问题

旅客旅行舒适度的需求分析［14］表明影响旅客舒适度的主要因素有人均占用面积、旅行时间、站车环境、运行平稳度和客运服务水平。目前民航飞机、地铁、船舶等对乘坐舒适度的综合评价分析研究较少，有关铁路旅客旅行舒适度的研究大部分针对某一因素与舒适度及评价进行单项研究，且多数局限于振动舒适度和空气品质方面。综合分析各有关因素对舒适度影响的研究较少，且不全面。舒适度评价模型研究方面主要考虑旅客主观感受，还应综合考虑客观指标。

3 高速铁路环境舒适度研究方向

乘客乘坐列车的舒适程度取决于生理、心理两方面。从对旅行舒适环境质量产生重要影响的客车热环境、空气品质、空气压力、噪声、振动、气流组织、乘座设施、卫生设施、车内环境感受等旅行环境品质要素对乘客进行调查，研究分析我国公民乘坐高铁动车组环境舒适度需求。建立高速铁路环境舒适度综合评价模型，结合实车测试数据，按照重要性排序依次提出列车舒适度的优化方案，以满足广大乘客对乘车环境舒适度的需求。

4 结束语

根据乘客的需求进行舒适度评价指标的研究可在既有车辆改进、开发新型车辆和提高舒适度方案选择中发挥重要作用。本文从旅客需求、生理、心理、行为与空间等角度，对各公共交通工具环境质量和舒适度影响因素及相关理论的现有研究方法和研究成果进行梳理和总结。分析以往研究的不足和缺憾，确定高速铁路动车组环境质量和舒适度评价的重点方向。在未来的研究中应以舒适度评价模型为基础，结合车厢环境测试及设施测量等客观指标，进一步提出高速列车环境舒适的具体参数、指标，为客车设计提供理论基础和改进方向。

［1］袁领双，庞丽萍，王浚．大型客机座舱舒适度发展分析［J］．航空制造技术，2011(13):64-67．

［2］马佳，范智生，阮莹，等．汽车座椅舒适度研究综述［J］．上海汽车，2008(1):24-27．

［3］朱剑月，朱良光，周劲松，等．地铁车辆运行舒适度与平稳性评价［J］．城市轨道交通研究，2009(6):28-31．

［4］王世忠．PMV热舒适性模型在船舶舱室热环境评价中的应用［J］．舰船科学技术，2012，34(8):127-136．

［5］邢娜，刘红敏．热舒适指标在船舶空调中的应用［J］．造船技术，2007(3):32-34．

［6］高广卿．舒适度标准的改进［J］．船艇，2006，257:36-40．

［7］吴金洪．铁路客车空调新风量的确定及控制［J］．浙江师范大学学报(自然科学版)，2005，28(4):397．

［8］王蕾．室内空气品质与新风量关系的模拟研究与探讨［J］．四川建材，2010，36(2):261．

［9］张桂荣，段焕林，郝长生．列车提速后空调舒适度调查与分析［J］．中国铁路，2008(7):54-56．

［10］张伟，陈光雄，肖新标，等．高速列车车内噪声声品质客观评价分析［J］．铁道学报，2011，2(33):13-19．

［11］徐玉成．基于ADXL345的铁路列车振动舒适度检测与评价［J］．安徽电子信息职业技术学院学报，2013，12(64):29-32．

［12］陈祥，徐伯初，张卫华．高速列车座椅舒适度优化［J］．西南交通大学学报，2009，44(6):906-911．