综合交通枢纽站内环境噪声特性分析

2019-06-25张新亚雷晓燕

噪声与振动控制 2019年3期

罗锟，张新亚，雷晓燕

（华东交通大学铁路环境振动与噪声教育部工程研究中心，南昌330013）

随着我国城市化进程的快速推进，城市人口规模的急剧扩张，城市空间结构的优化调整，以及铁路、公路、港口、机场、城市轨道交通等交通基础设施的加快建设，全国综合交通枢纽进入了一个快速发展期[1]。目前，我国已经建成包括北京、上海、天津等在内的42个综合交通枢纽。通常，综合交通枢纽由高架层、站台层与地下层等组成，集中了高速铁路、城际铁路、高速公路客运、城市轨道交通、公共交通、民用航空等多种运输方式，作为影响建筑安全和环境振动与噪声的主要振源，上述各种交通工具相互作用，相互影响，大大加剧了振动的强度和站内环境噪声的复杂程度。

戴璐、孟子厚[3]对北京西站和北京站候车厅的背景噪声声级进行了现场调查，结果表明其等效声级分别为74.2 dB 和76.2 dB。中国铁道科学研究院辜小安、王澜[4]基于我国高速铁路高架车站候车厅声学环境现场测量数据，提出了我国高速铁路高架车站候车厅声学环境要求的4 项评价指标：受高速列车运行噪声影响的小时等效声级（LAeq,1h）、列车通过暴露声级（TEL）、候车厅内500 Hz 混响时间（T60，500 Hz）和扩声系统语言传输指数（STIPA）。西南交通大学冉汶民、张迅[5]以成灌快铁安德站为工程背景开展了线下桥式车站的振动噪声现场试验，分析得到了站台处、办公室内和候车大厅内噪声的优势频段分别为300 Hz～2 500 Hz、40 Hz～63 Hz 和20 Hz～100 Hz，办公室内和候车大厅内的低频噪声远远超出身心舒适度限值。

现场试验是了解综合交通枢纽噪声特性的重要手段，并能为数值模拟、降噪措施选取等提供直接依据。因此，本文在既有研究的基础上，对某综合交通枢纽开展了现场噪声实测，分析了站内环境噪声特性，以期为类似工程研究提供参考。

1 综合交通枢纽站内噪声源分析

综合交通枢纽内噪声源主要包括：

（1）轮轨噪声，指车轮与轨道相互作用产生的摩擦噪声，为站台层的主要声源；

（2）列车制动噪声，指制动闸瓦与车轮之间的摩擦噪声；

（3）空气动力学噪声，指列车以一定速度运行时，车身和空气由于摩擦所产生的噪声。通常列车进站与出站速度较低，空气动力学噪声对环境噪声的贡献较低；

（4）机电噪声，指机车发动机及其它辅助机械发出的轰鸣声；

（5）二次结构噪声，通常指楼板层等结构在列车荷载激励下产生的结构噪声；

（6）谈话声，候车厅的主要噪声源；

（7）其它。包括鸣笛声、广播声以及其它一些不确定噪声源引发的噪声。

影响噪声污染程度的因素较多，主要包括列车的类型、列车总长度、列车的制动形式、列车的行驶速度以及列车的通过频率等[6-7]。

2 试验概况

2.1 综合交通枢纽概况

选取国内某典型综合交通枢纽作为研究对象，该枢纽主体由下到上依次为地下层、站台层、高架候车厅层、高架夹层。站房主体建筑外墙南北进深385.5 m，东西宽133 m。候车厅位于整个站房结构的地上二层，站台层位于地面一层，地铁在地下层通行。交通枢纽设26条轨道线路，其中正线4条，到发线22 条，共设有22 个站台，在站台5、站台6、站台17、站台18 通行线路的轨道形式为无砟轨道，其余站台通行线路的轨道形式为有砟轨道。综合交通枢纽剖面图如图1所示。

图1 站房结构剖面图

2.2 测试仪器及测试方法

测试仪器采用挪威Norsonic公司生产的便携式Nor140噪声测试分析系统仪，该系统可实现现场声压级测试及环境噪声的深层次分析。

站台噪声现场测量时，噪声测点选择站台区域中心位置，距线路中心线7.5 m，距地面垂直距离1.2 m。候车厅测点位于其中心空旷区域。测量前后使用I 型声校准器校准并记录测量前后声级校准值。时间计权采用“快档”、A 计权。数据采集系统测量的量为瞬时声压级，每隔1 s采集一次数据。测量时环境温度、湿度、大气压力应满足传声器工作条件。

2.3 噪声评价指标

等效连续A声级：对于非稳态噪声，等效连续A声级能够很好地反映人耳对噪声强度与频率的主观感受。其定义为：在声场中的某定点位置，取一段时间内能量平均的方法，将间歇暴露的几个不同的A声级噪声，用一个在相同时间内声能与之相等的连续稳定的A声级来表示该段时间的噪声大小[2]。

式中：LAeq为等效连续A声级，dB（A）；LAi为人接触的第i个A 声级，dB（A）；ti为接触第i个A声级的时间为s。

瞬时A声级：由于铁路噪声是间歇性噪声，有列车通过时的声压与无列车通过时的相差较大，尤其是日通过车次不多的铁路，其列车通过时的瞬时A声级与等效连续A 声级相差更大，因此环境噪声评价除了LAeq要满足有关标准外，还要使瞬时A声级也控制在某个限值以下。

3 综合交通枢纽站内环境噪声特性

3.1 站台层

（1）等效声级分析

测试时间段内，列车停靠站台140趟，包括高速动车组列车101 趟，动车组列车27 趟，普速列车12趟，平均停靠18 趟/小时，其中普速列车包括直达旅客列车、特快旅客列车、快速旅客列车。站台层等效连续A声级如图2所示。

由图可知测试时间段内站台层的噪声水平在65.4 dB(A)～70.2 dB(A)之间。

峰值出现在15-16时，该时段内列车到发趟数最多，达24趟。

图2 站台层小时等效连续A声级

（2）列车通过对环境噪声影响分析

列车通过噪声是站台主要噪声源，不同类型列车进出站对站台环境噪声影响明显不同。高速动车组列车、动车组列车和普速列车通过站台时，数据采集系统现场测量声压级数据，并绘制噪声时域和频域曲线如图3-图6所示。通过对比发现：

1）列车进出站时站台的瞬时A 声级高于无列车通过时10 dB(A)～20 dB(A)，但通常持续时间较短，在20 s～30 s之间。

2）高速动车组列车、动车组列车和普速列车3种不同列车类型中，普速列车进出站声压级响应最大，高速动车组、动车组列车响应相对较小。其中高速动车组、动车组列车进站最大声压级为80 dB(A)～81 dB(A)，基本水平维持在70 dB(A)～75 dB(A)之间，响应时间为20 s，出站激励最大声压级83 dB(A)。普速列车进站激励最大声压级84 dB(A)，基本水平维持在75 dB(A)～85 dB(A)之间，响应时间近25 s。出站激励最大声压级为92 dB(A)，基本水平维持在90 dB(A)～95 dB(A)之间，响应时间为10 s。

3）列车进站与出站过程，噪声响应存在差异。动力分散型的高速动车组、动车组列车进出站最大声压级相差较小，为2 dB(A)～3 dB(A)，而动力集中型的普速列车出站最大声压级比进站时大8 dB(A)～10 dB(A)。列车出站时各频段噪声响应相对于列车进站较高，进出站峰值频段基本一致。

图3 高速动车组列车进出站噪声响应分析

图4 动车组列车进出站噪声响应分析

图5 普速列车进出站噪声响应分析

图6 不同列车通过噪声频域对比分析

4）不同列车类型噪声响应主频均集中在400 Hz～2 500 Hz频段。

典型高铁列车停靠站台，关键点实测噪声频谱曲线见图7。可以发现，列车未驶入车站时，站台的噪声响应主频在0～250 Hz之间。10 s～30 s为列车进站时间，等效声级为73.8 dB(A)，低频噪声响应基本不变，400 Hz～2 500 Hz 频域范围内的噪声响应迅速增强，主频向高频移动。这说明列车进站引起的轮轨碰撞、制动噪声等主要为400 Hz～2 500 Hz频段的中高频噪声。

图7 典型高铁列车通过时噪声频谱曲线

随着关键点与列车通行轨道中心线距离的改变，统计噪声响应峰值变化情况见图8所示，可以看出：站台关键点的噪声响应，随着与轨道中心线距离的增大呈现对数形式的衰减。

3.2 候车大厅

（1）等效声级分析

为了分析列车运行高峰与平峰时间候车厅的声压级水平，计算候车大厅每小时等效连续A 声级见图9，可以看出高峰时段内等效声级为72.8 dB(A)，相对于平峰时段高出4.6 dB(A)。而人们通常谈话的声音是60 dB(A)左右，当噪声在65 dB(A)以上时，就会干扰到人们的正常谈话[2]。

图8 关键点声压级峰值响应

（2）列车通过对环境噪声影响分析

图9 候车厅小时等效连续A声级

列车到发引起的环境噪声不仅可通过门窗缝隙直接传递到上层候车大厅，而且列车荷载将激起房屋结构的二次振动导致候车大厅部分构件的结构噪声辐射，直接加剧候车厅内的环境污染。为了研究列车通过时候车大厅环境噪声响应，选取典型高铁列车进出站时的候车大厅环境噪声进行时域、频域分析，结果如图10-图11所示。

图10 候车大厅时域响应分析

图11 关键点频谱特性分析

可以发现：

1）进站与出站的最大声压级分别为81 dB(A)、80 dB(A)，相对于列车未通过时声压级增加近10 dB(A)。

2）列车未进站时，候车厅20 Hz～2 000 Hz频率范围内噪声频谱呈现宽带特性，最大声压级为60.1 dB(A)，对应频段为630 Hz；10 s～30 s，为列车进站过程，噪声的优势频段250 Hz～2 500 Hz，峰值为67.6 dB(A)，对应的频段为500 Hz，响应等效声级为75.3 dB(A)。中高频段的声压级在列车进站时的迅速增大，充分证明了候车厅噪声的高频成分来源于站台层列车进出站引起的轮轨噪声、制动噪声等；30 s 之后，列车停站，较高频段的噪声响应迅速衰减。

该综合交通枢纽为新型铁路客运站，同时通行多条地铁线路，轨道为整体道床结构，地铁列车类型为B型车。为了分析地铁和典型高铁列车通过对上层候车厅环境噪声的影响，选取无火车和地铁通行、有火车无地铁通行及火车地铁同时通行3种工况进行噪声响应分析，响应结果显示3 种工况下最大声压级分别为67.0 dB(A)、80.5 dB(A)和80.8 dB(A)。显然站台层火车进站对候车大厅的噪声环境会产生较大的影响，使峰值增加12 dB(A)左右，但地铁的通行对候车大厅的影响不大。频谱分析结果见图12所示。

图12 不同工况频谱特性分析

可以发现地铁对候车大厅的环境噪声影响，在频谱特性上也没有体现。分析其原因主要是由于14 m 的地铁埋深使车辆进出站引起的振动能量传至候车厅时发生了很大程度的衰减，并且地铁车辆转向架为无摇枕焊接结构，设有一系橡胶弹簧和二系空气弹簧，可有效降低振动噪声。

（3）候车大厅舒适度分析

候车厅的噪声既包含了人群流动喧闹、二次辐射产生的低频成分，也包括轮轨噪声产生的高频成分。虽然低频噪声对人体烦扰度的影响要显著高于高频噪声，但我国对于站房结构车站内低频噪声的评价标准并不完善，参考丹麦环境保护署9号文件[8]给出的低频噪声限值要求，制定了低频噪声人体舒适度限值曲线与候车厅常规时间的实测声压级1/3倍频程曲线进行比较分析，见图13。