地鐵車站敷設方式對站臺噪聲特性的影響

曾欽娥，侯博文，費琳琳，李佳靜

（北京交通大學 土木建筑工程學院，北京100044）

車站是城市軌道交通的重要組成部分，當列車進、出站時，產(chǎn)生的噪聲會引起站臺乘客及工作人員的煩惱，同時也會降低站臺廣播的語言清晰度[1-3]，因此，站臺聲環(huán)境質(zhì)量逐漸成為車站環(huán)境友好設計的重要因素。不同車站敷設方式的站臺結(jié)構、建筑設計等均存在顯著差別，造成其噪聲特性也差異顯著，因此，有必要研究不同車站敷設方式站臺噪聲特性。

車站按其敷設方式可分為地下站、高架站、地面站，其中，地下站以其節(jié)約地上空間的顯著優(yōu)點，成為城市軌道交通車站最主要型式，隨著城市軌道交通線網(wǎng)的延伸，高架站逐漸成為地鐵郊區(qū)線及城際輕軌線的主要型式之一，如北京地鐵八通線共15個站，其中高架站為9個，地面站由于占地面積大，各城市較少采用，因此，本文僅針對地下站及高架站站臺噪聲特性展開分析。地下站臺一般采用封閉空間結(jié)構，存在明顯的混響效應，而高架站臺一般由雨棚、側(cè)墻組成[4]，站臺兩端自由擴散，組成半封閉空間結(jié)構，且站臺高度明顯大于地下站臺。列車進、出站過程產(chǎn)生的噪聲在高架站與地下站站臺層內(nèi)的傳播存在顯著差異。

目前較多的研究人員對地下站站臺和高架站站臺的噪聲水平進行了實地測量，劉茜[5]對同一線路不同高架站站臺噪聲展開了實地測量，結(jié)果表明列車進站等效連續(xù)A聲級LAeq均值為78 dB(A)，出站LAeq均值為79 dB(A)。程輝航等[6]對全自動運行線路9個高架車站的噪聲特性展開了現(xiàn)場測量，表明列車進站噪聲的LAeq均值為77 dB(A)至80 dB(A)。馬歡、李吉等[7-8]對不同城市地下站站臺噪聲測試，結(jié)果表明車輛通過時站臺的LAeq為77.0 dB(A)至88.3 dB(A)。劉茜等[9-10]對不同線路多個地下站臺站內(nèi)噪聲進行測量，測試結(jié)果表明各類型車站站臺中心點LAeq的平均值為68 dB(A)至78 dB(A)，全封閉站臺門站臺噪聲LAeq比半封閉站臺門減小3 dB左右。侯博文等[11]針對地下站臺不同位置的噪聲分布規(guī)律進行了分析。綜上所述，研究人員主要針對地下站臺與高架站臺的噪聲水平分別展開分析，得出了不同地下站與高架站的噪聲水平，但是由于不同線路軌道結(jié)構形式、車輛形式、站臺門形式等均存在差異，列車運行產(chǎn)生的聲源存在差別，因此既有研究中不同車站敷設方式站臺噪聲水平之間不具有可比性。國外Shimokura 等[12]針對地下車站及地上車站的噪聲特性展開了現(xiàn)場實測，表明地下站臺的等效連續(xù)A聲級大于地上站臺6.4 dB(A)，但由于其站臺形式與國內(nèi)車站存在顯著區(qū)別，噪聲的傳播方式也存在差異。

為研究不同車站敷設方式的站臺噪聲特性，本文選取同一線路相同站臺型式的地下站及高架站，對站臺噪聲展開現(xiàn)場測試，分別從列車進、出站時站臺噪聲水平、站臺環(huán)境噪聲水平及站臺背景噪聲水平分析車站敷設方式對站臺噪聲的影響，基于噪聲頻譜特性分析兩個站臺噪聲特性的差異，對不同敷設方式車站站臺噪聲控制提出了相關建議，可為不同車站敷設方式站臺噪聲控制措施提供數(shù)據(jù)支撐。

1 測試方法

為分析不同車站敷設方式站臺噪聲特性，排除車輛型式、軌道結(jié)構形式、站臺型式等因素對站臺噪聲的影響，選取同一線路相同站臺型式的地下站臺和高架站臺進行測試，側(cè)式站臺為高架站的基本型式，因此本文站臺型式為側(cè)式站臺，站臺尺寸參數(shù)如表1所示。站臺現(xiàn)場照片如圖1所示。高架車站結(jié)構為站橋一體式結(jié)構，地下車站為框架結(jié)構。站臺空間內(nèi)主要有扶梯和直梯等設施，站臺各表面均未做特殊吸聲處理。列車運行車輛為B型車6 節(jié)編組，軌道結(jié)構形式均為短枕式整體道床結(jié)構，線路正線運行速度為70 km/h。

圖1 站臺現(xiàn)場照片

按照標準[13-14]規(guī)定的測試方法在站臺典型位置布置3個測點，分別位于列車進站端、站臺中部及出站端，測點布置如圖2所示。測點距離地面高為1.6 m，距離四周墻體大于1.2 m，聲壓傳感器前端垂直指向列車運行方向。測量儀器采用東方所生產(chǎn)的16通道INV3062 數(shù)據(jù)采集儀，聲壓傳感器采用INV9206系列傳聲器，對列車運營時段（早7:00至晚22:00）進行連續(xù)采樣，采樣頻率為51.2 kHz。測試前后采用B&K 4231聲校準器(1 kHz、94 dB)對聲壓傳感器進行校準，兩次校準誤差不超過0.5 dB。

表1 站臺尺寸參數(shù)/m

2 站臺噪聲特性

2.1 列車進、出站站臺最大A聲級和等效連續(xù)A聲級

為分析列車運行對不同車站敷設方式站臺噪聲特性，減少客流等隨機噪聲的影響，截取平峰時間段20趟列車進站和列車出站過程，其中，列車進站截取時間為列車車頭進入站臺至完全停止，列車出站截取時間為列車啟動至完全駛離?；跇藴蔥13-14]中規(guī)定的方法分別對列車進、出站的最大A聲級、等效連續(xù)A聲級進行分析，取20趟列車的算數(shù)平均值為最終評價量，結(jié)果如圖3至圖4所示。圖中誤差線所示為標準差及數(shù)值。

從圖3可以看出，列車進、出站時，地下站站臺各測點位置處的最大A聲級LAmax高于高架站站臺。列車進站時，地下站、高架站站臺LAmax最顯著位置為進站端，LAmax分別為85.9 dB(A)和84.2 dB(A)，地下站比高架站大約大1.7 dB(A)；地下站站臺中部和出站端的LAmax比高架站大1.1 dB(A)至1.7 dB(A)；列車出站時，地下站、高架站站臺LAmax最顯著位置為出站端，LAmax分別為88.7 dB(A)和86.0 dB(A)，地下站比高架站大約大2.7 dB(A)，站臺中部和出站端位置處地下站比高架站大1.9 dB(A)。

圖2 站臺噪聲測點布置示意圖

圖3 不同車站敷設方式站臺的最大A聲級

圖4 不同車站敷設方式站臺的等效連續(xù)A聲級

從圖4可以看出，列車進站時，地下站、高架站站臺進站端的LAeq分別為80.1 dB(A)和79.8 dB(A)，根據(jù)國家標準《城市軌道交通車站站臺聲學要求和測量方法》[13]中規(guī)定的列車進、出站過程站臺最大容許噪聲限值80 dB(A)，地下站臺略高于現(xiàn)行標準限值，高架站臺雖未超過標準限值，但已十分接近標準限值，站臺中部位置處地下站、高架站站臺中部位置處的LAeq分別為76.0 dB(A)和74.3 dB(A)，均小于現(xiàn)行標準限值；列車出站時，地下站、高架站站臺出站端的LAeq分別為82.9 dB(A)和80.8 dB(A)，略高于現(xiàn)行標準限值，站臺中部的LAeq分別為79.6 dB(A)和78.4 dB(A)，均滿足現(xiàn)行標準限值。

進一步對比地下站和高架站的LAeq的大小，可發(fā)現(xiàn)地下站站臺各測點位置處的等效連續(xù)A聲級LAeq高于高架站站臺。其中，列車進站時，地下站進站端位置比高架站大約0.3 dB(A)，地下站站臺中部及出站端位置比高架站大1.7 dB(A)至2.1 dB(A)；列車出站時，地下站出站端位置比高架站大約2.1 dB(A)，地下站站臺中部及出站端位置比高架站大約1.2 dB(A)。

從列車進、出站引起的站臺噪聲水平LAmax、LAeq均可以看出，地下站臺的噪聲水平略大于高架站臺。地下站臺雖然采用全高半封閉站臺門，隔聲效果優(yōu)于半高站臺門，但由于全高半封閉站臺門同時使站臺形成狹小的封閉長空間，且地下站臺高度較小，聲反射作用較強，導致其噪聲水平較大；高架站臺為半高站臺門，雖然直達聲較大，但由于站臺區(qū)域與軌行區(qū)域形成一個較大的整體空間，且站臺層高度較大，聲反射距離長，混響作用相比地下站臺顯著減小，因此其站臺噪聲水平較小。

2.2 站臺環(huán)境噪聲水平

為分析不同車站敷設方式站臺的環(huán)境噪聲水平，選取站臺中部測點進行無列車無廣播聲源L背景、1 小時等效連續(xù)A聲級LAeq,1h、累計百分聲級L10和L90、無列車有廣播聲源L廣播分析，其中L背景、L廣播為所截取20組數(shù)據(jù)等效連續(xù)A聲級的算數(shù)平均值，LAeq,1h、L10、L90為平峰時段（日10:00～16:00和晚19:00～22:00）每1 h的算數(shù)平均值，結(jié)果如表2所示。

從表2可以看出，無列車無廣播時高架站臺的背景噪聲聲壓級略高于地下站臺約1.9 dB(A)，這主要是由于高架站臺位于地上，站臺兩側(cè)下部為城市主干路，主干路汽車通過、鳴笛、人流噪聲傳播至高架站臺，造成高架站臺噪聲增大，而地下站臺噪聲主要由站臺內(nèi)部客流、設備等運行噪聲引起。地下站與高架站的累計百分聲級L90也進一步說明了高架站的背景噪聲高于地下站臺。從全天LAeq,1h、L10來看，地下站臺的環(huán)境噪聲水平高于高架站臺，差值約0.8 dB(A)至1.1 dB(A)，與列車通過時的引起的LAeq、LAmax規(guī)律一致，表明高架站臺由于列車運行引起站臺噪聲環(huán)境水平小于地下站臺。

表2 站臺中部測點環(huán)境噪聲水平/dB(A)

無列車有廣播時高架站臺內(nèi)的廣播噪聲顯著小于地下站臺，小約9.9 dB(A)，這主要是由于兩站臺的揚聲器系統(tǒng)播放基準音量也存在一定差異，進而導致兩站臺的廣播噪聲出現(xiàn)一定變化。此外，由于地下站臺內(nèi)廣播聲源在站臺空間內(nèi)存在顯著的混響效應，造成聲壓級增大。

圖5 列車進站時站臺不同位置的頻譜特性

3 站臺噪聲頻譜特性

人體對噪聲的感受除了與聲壓級大小有關外，還與噪聲的頻率分布特性相關，本節(jié)對地下站及高架站列車進、出站時的站臺噪聲頻譜特性進行分析，列車進站時選取影響較顯著的進站端測點及站臺中部測點進行分析，列車出站時選取影響較顯著的出站端測點及站臺中部測點進行分析。由于站內(nèi)噪聲存在明顯的低頻特性，而A 計權會顯著低估低頻特性的影響[15-16]，因此本節(jié)對站臺聲壓級頻率特性的分析未考慮計權因子，列車進、出站站臺噪聲1/3倍頻程聲壓級計算結(jié)果如圖5至圖6所示。

圖6 列車出站時站臺不同位置的頻譜特性

從圖5可以看出，在200 Hz以下，不同車站敷設方式站臺噪聲的頻率分布均存在顯著峰值，且峰值顯著大于200 Hz以上噪聲聲壓級幅值。其中，列車進站時，高架站在20 Hz 至50 Hz 存在較大值，在40 Hz出現(xiàn)峰值，峰值為81.0 dB；地下站在50 Hz至100 Hz存在較大值，在80 Hz出現(xiàn)峰值，峰值為85.0 dB，地下站臺的低頻噪聲峰值顯著大于高架站臺低頻噪聲的峰值大約4.0 dB。從圖6中可以看出，列車出站時，頻率分布特性與列車進站時基本一致，僅在200 Hz以下低頻噪聲的峰值聲壓級存在一定的降低。地下站臺的低頻噪聲顯著頻率與高架站臺顯著頻率存在顯著差別，這主要是低頻范圍噪聲主要為車輛-軌道-下部基礎耦合作用所引起的站臺結(jié)構振動輻射噪聲。由于既有噪聲評價指標值采用A 計權方式，對低頻噪聲進行了較大修正，導致其對評價指標值LAeq的貢獻較小，但其聲壓級幅值較大，對人們煩惱度的影響不可忽略[17-19]。有必要采取相應的軌道減振措施減少軌道振動向車站結(jié)構的傳遞，如采用減振扣件、浮置板軌道、梯形軌枕等，但應詳細考慮列車-減振軌道-車站結(jié)構的相互耦合作用。

在200 Hz以上，列車進站時，兩個站臺的聲壓級頻率分布規(guī)律基本一致，主要來源于列車運行引起的輪軌噪聲、制動噪聲及列車設備運轉(zhuǎn)噪聲，其中，200 Hz 至1 250 Hz范圍內(nèi)地下站臺的噪聲略大于高架站臺，1 250 Hz以上高架站臺的噪聲略大于地下站臺，但幅值差異較小，約1 dB 至2 dB。列車出站時，高架站的噪聲略小于地下站臺，平均小約2.0 至3.8 dB。應根據(jù)不同敷設方式車站軌行區(qū)聲源-站臺區(qū)噪聲傳遞路徑及站臺區(qū)內(nèi)聲場作用方式采取不同的措施，其中，對于地下站臺，可有效利用站臺門，將站臺門高度增高至頂板，形成密閉性站臺門，有效隔絕軌行區(qū)噪聲向站臺傳遞。同時，在站臺區(qū)域側(cè)墻及吊頂設置吸聲材料，以減少噪聲在站臺內(nèi)的混響及反射作用；對于高架站臺，其站臺門形式為半高站臺門，隔聲作用較小，建議在軌行區(qū)站臺板下部側(cè)墻及上、下行線之間進行吸聲處理，在新建線路中，可考慮選用魚腹式島式車站，其站臺門形式為全封閉式，可有效減少軌行區(qū)噪聲傳遞至站臺。

4 結(jié)語

針對不同敷設方式的高架站和地下站的站臺噪聲展開現(xiàn)場測試，根據(jù)列車進、出站時站臺噪聲水平、站臺環(huán)境噪聲水平及站臺背景噪聲水平分析車站敷設方式對站臺噪聲的影響，并根據(jù)噪聲頻譜特性分析兩類車站站臺噪聲的差異特性，提出了相應的噪聲控制建議，得出以下結(jié)論：

（1）列車進站時地下站及高架站站臺進站端端部噪聲LAeq分別為80.1 dB(A)和79.8 dB(A)，列車出站時出站端部噪聲LAeq分別82.9 dB(A)和80.8 dB(A)，站臺兩端在車輛進、出站過程中，站臺噪聲值略大于國家現(xiàn)行規(guī)范中給出的標準限值，而車站站臺中部噪聲LAeq為74.3 dB(A)至79.6 dB(A)，始終符合國家現(xiàn)行標準限值。

（2）地下站臺列車進、出站引起的噪聲大于高架站臺內(nèi)的噪聲，站臺端部最大A聲級LAmax大約1.7 dB(A)至2.7 dB(A)，等效連續(xù)A聲級LAeq大約0.3 dB(A)至2.1 dB(A)，地下站臺環(huán)境噪聲水平LAeq,1h的聲壓級大于高架站臺，大約0.8 dB(A)至1.1 dB(A)，但無車無廣播時高架站臺的背景噪聲略大于地下站臺，大約1.9 dB(A)。

（3）不同敷設方式站臺噪聲在200 Hz以下頻率存在顯著差別，高架站臺的顯著頻率為25 Hz 至50 Hz，地下站臺的顯著頻率為50 Hz至100 Hz，且地下站臺內(nèi)噪聲的峰值顯著大于高架站臺，大約4.0 dB。在200 Hz以上，地下站與高架站聲壓級頻譜分布規(guī)律基本一致，高架站的聲壓級略小于地下站臺，列車出站時平均小約2.0 dB至3.8 dB。

（4）應根據(jù)不同敷設方式站臺的結(jié)構特性及空間差異采取相應的噪聲控制措施。針對列車通過引起的低頻噪聲，應結(jié)合列車-軌道-車站結(jié)構的耦合作用采取相應的軌道減振措施。針對列車通過引起的中高頻噪聲，對于地下站臺建議提高站臺門的隔聲作用，結(jié)合站臺區(qū)吸聲處理，改善站臺噪聲環(huán)境；對于高架站臺可對軌行區(qū)進行吸聲處理，對于新建高架站，建議考慮采用魚腹式島式站臺設計。