1. 清华大学 工程物理系, 公共安全研究院, 北京 100084;
2. 清华大学 城市综合应急科学北京市重点实验室, 北京 100084
收稿日期：2019-07-03
基金项目：国家重点研发计划(2018YFC0809900), 国家****科学基金项目(51425404)
作者简介：程辉航(1997-), 男, 博士研究生
通讯作者：钟茂华, 研究员, E-mail:mhzhong@tsinghua.edu.cn
摘要：全自动运行（full automatic operation，FAO）是城市轨道交通的主流发展方向，为研究FAO线路车站的噪声特性，选取国内应用FAO系统的YF线的9个高架车站站台、站厅、综控室和设备间开展了实地测量。结果表明：站台列车进出站噪声均低于标准限值80 dB（A）；站厅噪声为68~76 dB（A），且受广播影响存在较大的声突发率；综控室噪声为47~65 dB（A）；选取测量的设备间为控制室，噪声为47~61 dB（A）。计算了站务员的每日噪声剂量，得到白班站务员剂量为69~72 dB（A），夜班站务员剂量为66~69 dB（A）。开展了不同驾驶模式线路之间的对比分析，结果表明：与人工驾驶相比，FAO线路列车停车期间和出站的噪声更小；与列车自动驾驶（automatic train operation，ATO）模式相比，FAO线路的列车进出站噪声均较小。
关键词：全自动运行城市轨道交通噪声等效连续A声级
Noise assessments of urban rail transit stations with fully automatic operating systems
CHENG Huihang1, LIU Chang1,2, CHEN Junfeng1, ZHONG Maohua1
1. Institute of Public Safety Research, Department of Engineering Physics, Tsinghua University, Beijing 100084, China;
2. Beijing Key Laboratory of City Integrated Emergency Response Science, Tsinghua University, Beijing 100084, China
Abstract: Urban rail transit systems will have fully automatic operation (FAO) in the near future. The noise characteristics of urban rail transit stations with fully automatic operating systems were investigated at 9 elevated stations along the YF line with noise measurements on the platforms, station halls, control rooms and equipment rooms. The average LAeq of the train arrival and departure noise were below the standard limits of 80 dB(A). The average LAeq in the station halls was 68~76 dB(A) with the high noise levels due to the PA system. The average LAeq in the control rooms was 47~65 dB(A). The average LAeq in the equipment control room ranged from 47 to 61 dB(A). The measured values were used to calculate the daily noise dose received by the station staff which ranged from 69 to 72 dB(A) during the day shift and from 66 to 69 dB(A) during the night shift. The fully automatic systems have lower noise levels than manual control systems and automatic train operation systems when trains are arriving and leaving the stations.
Key words: full automatic operationurban rail transitnoiseequivalent continuous A-weighted sound pressure level
近年来，中国城市轨道交通建设迅猛发展，截至2018年，中国拥有运营轨道交通线路的城市共计35个(不含港澳台地区)，大陆地区线路总长度达5 761.4 km[1]。各种交通工具在使用中不可避免地会产生噪声，控制地铁在运营中产生的振动和噪声成为一大难题，并且是影响轨道交通发展的重要因素[2]。
目前国内外对于轨道交通噪声的测量研究较多，沈曼莉等[3]测量了沈阳地铁一号线运行产生的噪声，发现除站外环境噪声，车厢内和站台噪声均超过70 dB(A)的标准。胡章浩等[4]通过对西安地铁3号线高架段与地下段站台和车厢噪声的最大值与最小值进行测量，发现相比地下段，高架段的站台、车厢噪声较低，乘车体验优于地下段。刘茜[5]选取了3个新建的高架车站测量等效连续A声级LAeq，得到站台列车进站LAeq值为78 dB(A)，出站LAeq值为79 dB(A)。Ryota等[6]测量了侧式和岛式站台地上线和地下线的噪声，引入双耳互相关系数(IACC)来研究站台噪声的声品质。
车站内的噪声情况最为复杂的是站台，由于存在轨道和列车，站台噪声的影响因素众多，主要包括以下几点：车站的地理位置(地上和地下站)，轨道的有砟和无砟，站台的类型(侧式、岛式和混合)，屏蔽安全门的有无，站台所处位置，车站类型(换乘、标准)，列车车型，环境噪声等。
刘茜[7]选取了8个地下站点进行测量，研究结果显示，完全封闭安全门可以减小站台噪声7 dB(A)左右，半封闭安全门可以减小站台噪声4 dB(A)左右。周宁晖等[8]在测量南京地铁1号线的噪声时发现，地下车站的地铁进站噪声高于高架车站。Ryota等[6]的测量显示地下车站站台的平均LAeq比地上车站高出6.4 dB(A)。Gershon等[9]通过在纽约地铁的换乘站和标准站的站台进行测量，得到换乘站的平均噪声比标准站高约3 dB(A)。
随着信息技术的发展，为满足更高的服务水平的需求，全自动运行系统(fully automatic operation，FAO)应运而生，它是在基于通信的列车控制(communication based train control，CBTC)系统基础上发展而来，达到了公共交通自动化的最高等级。目前国内采用FAO的地铁线路稀少，缺乏关于FAO线路噪声的研究。了解FAO线路的噪声特性，可为今后中国全自动运行地铁线路噪声的控制、线路的建设和规划提供重要理论依据和数据支撑。
1 测量方案测量的地点为国内某全自动运行线路YF线的9个高架车站站台、站厅、综控室和设备间。选用的评价量为LAeq。仪器使用Ⅰ型积分声级计，在必要的情况下搭配三脚架进行辅助测量。测量前后使用声校准器进行校准，偏差不大于0.5 dB。
站厅测点选在非付费区的出口附近以及付费区的中央，测量1 min的等效声级；综控室工作台附近设置1个测点，在1.5和1.1 m两种不同的高度下进行测量，来模拟工作人员站姿以及坐姿下人耳的位置，测量1 min的等效声级；选取的设备间为电源控制室以及部分整流机组机房，在设备附近选取1个测点，测量1 min的等效声级。
对于站台，根据《城市轨道交通车站站台声学要求和测量方法》(GB 14227-2006)，测量时声级计置于车站站台中央，距地面高度为1.6 m，传声器指向轨道，确保轴向与轨道方向垂直，进出站各测量10次[10]。对各个区域的测量值取算术平均值，作为最终的评价量。
YF线9个车站运营部分的站台包括1个双岛式站台、2个侧式站台和6个岛式站台。YCD站是YF线的换乘站，采用双岛式站台，测量上行列车，测点位于列车中部；其余各站测量下行列车，测点位于列车尾部。测点位置示意图见图 1中红色序号。
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| 图 1 (网络版彩图)YF线站台测点示意图 |
| 图选项 |
2 FAO线路噪声评价2.1 设备间设备间无人员长期值守，每天由巡检员进行巡检，记录设备运行状况。选取测量的设备间为控制室，设备设施包括自动化屏、交流和直流电源屏及蓄电池，在紧急情况下具备提供直流控制电源的功能。设备运行中产生稳态的设备噪声，同时由于YF线车站为高架车站，测量完成于4月底，室外温度较高，为维持温度，室内开放空调进行制冷，空调运行也产生部分噪声。有些车站的控制室与整流机组机房直接相连，则在两房间内进行测量取平均值来减小误差。最终的测量结果如表 1，YF线车站设备间的噪声在47~61 dB(A)范围内。
表 1 YF线设备间(控制室)噪声LAeq测量结果
| 站点 | 控制室/dB(A) | 整流机房/dB(A) | 平均值/dB(A) |
| YCD | 47.8 | 47.8 | |
| ZCW | 56.8 | 51.3 | 54.1 |
| YC | 59.1 | 59.1 | |
| XC | 68.2 | 50.8 | 59.5 |
| DSHD | 54.1 | 53.7 | 53.9 |
| MGZ | 60.8 | 60.8 | |
| RLF | 52.0 | 52.0 | |
| FSCG | 55.2 | 55.2 | |
| YS | 50.7 | 50.7 |
表选项
2.2 站厅站厅的主要噪声来源为人流声和广播声，执行《公共交通等候室卫生标准》(GB 9672-1996)，噪声限值为70 dB(A)[11]。站厅选取的测点数为3或4个，最终得到的站厅噪声LAeq见表 2。
表 2 YF线站厅噪声LAeq测量结果
| 站点 | 平均值±标准差/ dB(A) | 测量时段 |
| YCD | 74.3±3.0 | 9:06-9:27 |
| ZCW | 71.1±2.1 | 12:43-12:56 |
| YC | 73.0±2.0 | 14:53-15:05 |
| XC | 68.1±1.6 | 16:58-17:08 |
| DSHD | 75.4±1.3 | 11:18-11:33 |
| MGZ | 71.9±1.3 | 12:18-12:28 |
| RLF | 71.5±3.9 | 13:51-14:05 |
| FSCG | 73.3±2.0 | 15:56-16:07 |
| YS | 69.1±2.3 | 17:28-17:43 |
表选项
测量选在正常工作日，其中YCD站测量于早高峰，XC站测量于晚高峰，其余各站的测量在客流平峰。
图 2给出了YF线车站站厅噪声与标准限值的对比，7个车站站厅测值超出了70 dB(A)的国家标准限值，未超标的2个车站站厅测值也接近国家标准，过大的站厅噪声不仅给乘客和工作人员的交流带来不便，还会对乘客和工作人员的听力健康产生危害。
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| 图 2 YF线站厅噪声对比 |
| 图选项 |
站厅噪声除了LAeq值较大以外，受到广播影响，声突发率较大。研究结果表明，在最大声压级相同时，突变频率高的噪声比变化小或稳态噪声给人带来更大的烦恼度[12]。对机场噪声研究结果显示，当声级变化率大于15 dB(A)/s时，人的烦恼度会增加[13]。选取DSHD测点位置4处的噪声时间历程进行研究，如图 3，在无广播时声级稳定在60~62 dB(A)，广播播放使得声级跃升至80~85 dB(A)，产生的声突发率可达15~18 dB(A)/s，且变化的周期较短，让乘客和工作人员感到不适。
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| 图 3 DSHD站站厅测点位置4噪声时间历程 |
| 图选项 |
2.3 综控室YF线主要的管理用房为综合控制室，简称综控室，是车站的后备中心，起着指挥中枢的作用。
综控员在综控室内对列车运行状态进行监视，需要长时间值守工作，因此综控室内的噪声应当保持在较低的水平。测量结果见表 3。
表 3 YF线综控室噪声LAeq测量结果
| 站点 | 平均值/dB(A) |
| YCD | 55.5 |
| ZCW | 47.0 |
| YC | 56.5 |
| XC | 64.5 |
| DSHD | 64.6 |
| MGZ | 53.7 |
| RLF | 55.2 |
| FSCG | 49.3 |
| YS | 62.0 |
表选项
综控室噪声为47~65 dB(A)。根据《工业企业噪声控制设计规范》(GB 50087-2013)，综控室的室内背景噪声级应当小于60 dB(A)[14]。室内背景噪声级这个评价量是指由室外传至室内的噪声级，设备噪声和交流声不计入内，所以实际的室内背景噪声级可能远小于测量的LAeq值。以YCD站综控室的一次测量为例，如图 4，整个测量过程的LAeq为62.4 dB(A)，其中不存在交流声的时间段内的LAeq为43.2 dB(A)，相差19.2 dB(A)。同时考虑到该段时间内存在设备的运行声，因此室内背景噪声级会更小。
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| 图 4 YCD站综控室噪声LAeq时间历程 |
| 图选项 |
2.4 站台《城市轨道交通车站站台声学要求和测量方法》(GB 14227-2006)中所定义的进、出站的间隔分别为列车头部进站到停止和列车启动到尾部离站[10]。列车的进出站伴随着广播，因此在评估站台噪声时，为了将广播的影响考虑在内，以70 dB的背景噪声限值为限对车辆的工况进行划分，参考Ryota等[6]的方法将整个进、出站过程分为3个阶段：
1) 进站：从噪声值大于70 dB(A)到车门开启；
2) 停车：从车门开启到车门关闭；
3) 出站：从车门关闭到噪声值小于70 dB(A)。
表 4为YF线车站站台噪声的测量结果。YF线车站站台的背景噪声在53~65 dB(A)之间，满足70 dB(A)的国家标准。测量中存在会车的情况，如YS站的测量中，由于下行列车抵达终点站，在站内停留时间较长，使得部分测量中发生上下行列车的会车，导致测量值大于单向列车进出站的噪声值。最终得到各车站的列车进出站噪声未超出国家限值，其中进站噪声均值在77~80 dB(A)范围内，停车噪声均值为67~74 dB(A)，出站噪声均值为71~79 dB(A)。
表 4 YF线站台噪声LAeq测量结果
| 站点 | 站台类型 | 背景值/dB(A) | 进站平均值±标准差/dB(A) | 停车平均值±标准差/dB(A) | 出站平均值±标准差/dB(A) |
| YCD | 双岛式 | 57.6 | 77.6±0.8 | 74.1±1.8 | 78.7±1.7 |
| ZCW | 岛式 | 57.9 | 77.2±1.5 | 69.0±2.9 | 74.8±2.5 |
| YC | 岛式 | 58.3 | 78.5±1.0 | 74.3±1.7 | 75.0±1.2 |
| XC | 岛式 | 62.3 | 77.9±1.6 | 67.2±0.7 | 76.8±3.1 |
| DSHD | 侧式 | 62.5 | 79.1±1.3 | 68.5±1.0 | 74.1±0.4 |
| MGZ | 岛式 | 56.6 | 78.0±1.4 | 67.4±1.1 | 75.9±2.2 |
| RLF | 侧式 | 53.6 | 78.6±1.1 | 69.2±2.1 | 77.9±1.8 |
| FSCG | 岛式 | 57.7 | 79.7±1.0 | 67.9±1.6 | 76.9±1.3 |
| YS | 岛式 | 64.9 | 79.8±0.5 | 72.8±2.6 | 71.9±0.3 |
表选项
2.5 站务员噪声剂量YF线站务员交班时间为8:30和20:30，采用做一休半，即工作1 h，休息0.5 h。白班站务员一天在站台工作8 h，休息4 h。YF线平峰行车间隔为8 min，1 h内通过约7趟列车，上下行共约15趟列车进出站，白班站务员站台工作期间时共有约120趟列车进出站。
各站首末班车时刻并不完全相同，为简化情形，在计算夜班站务员在站台工作的噪声暴露时，按照20:30—23:30和次日5:30—8:30进行计算，夜班站务员一天在站台工作4 h，休息2 h，站台工作期间共有约60趟列车进出站。其余时间夜班站务员需要处理票卡、进行机器的结算和清洁道岔等，之后进行夜间休息，这段时间内的噪声按照平均60 dB(A)进行计算。
考察站务员的在站台工作期间接受的噪声剂量时，可以佩戴个体噪声计进行测量，或是利用声级计的分段测值来进行计算。当使用声级计测值进行计算时，将站务员在站台工作的1 h分为4个时间间隔，包括：
1) 列车进站累计时间=15×进站平均时间；
2) 列车停车累计时间=15×停车平均时间；
3) 列车出站累计时间=15×出站平均时间；
4) 列车背景噪声累计时间=1 h-(进+停+出)。
按照式(1)[15]计算全天工作接受的噪声剂量，
| $L_{\mathrm{Aeq} , \mathrm{T}}=10 \lg \left(\frac{\sum 10^{0.1 \mathrm{L}_{{\rm i}}} T_{{\rm i}}}{\sum T_{{\rm i}}}\right).$ | (1) |
最终计算得到的结果如表 5。9个站中YCD站的站务员面临的噪声的危害最大，白班站务员每天的噪声剂量为72 dB(A)，夜班站务员每天的噪声剂量为69 dB(A)，符合《工作场所物理因素测量第8部分:噪声》(GBZ/T 189.8-2007)规定的85 dB(A)限值的标准。
表 5 YF线站务员每日噪声剂量
| 站点 | 白班/dB(A) | 夜班/dB(A) |
| YCD | 71.9 | 69.2 |
| ZCW | 68.6 | 66.2 |
| YC | 70.7 | 68.0 |
| XC | 69.7 | 67.2 |
| DSHD | 70.8 | 68.2 |
| MGZ | 69.7 | 67.1 |
| RLF | 71.0 | 68.3 |
| FSCG | 70.2 | 67.6 |
| YS | 71.5 | 68.8 |
| YCD | 70.5 | 67.8 |
表选项
3 与其他模式线路对比3.1 与人工驾驶对比选取的人工驾驶线路为CP线。CP线目前采用人工驾驶和ATO相结合的模式，高峰期间采用ATO，平峰由司机进行手动驾驶，本次测试选在平峰进行。
选取CP线GHC站和SH站2个标准站作为测试站点。测量地点包括供电设备机房、站厅、站台、综控室，不同于YF线站台的测点选在列车停车后车尾的位置，CP线站台的测点选在中央的位置，测量下行列车。
GHC站上下行列车进站时间相近，使得在测量出站噪声时出现声级的叠加，声学中两相同声源叠加声级增大3 dB(A)，因此处理数据时出站时间间隔定为车门关闭至噪声小于73 dB(A)，对此时间间隔测量的LAeq进行减3 dB(A)的修正得到单向列车的出站噪声。最终整理得到相关噪声数据如表 6。
表 6 YF线与CP线噪声对比
| 站点 | 综控室LAeq/dB(A) | 设备间LAeq/dB(A) | 站台背景LAeq/dB(A) | 站厅LAeq±标准差/dB(A) | 进站LAeq±标准差/dB(A) | 停车LAeq±标准差/dB(A) | 出站LAeq±标准差/dB(A) |
| SH | 46.9 | 63.1 | 64.8 | 65.7±2.7 | 77.4±0.5 | 70.0±2.2 | 77.3±1.1 |
| GHC | 51.8 | 66.7 | 67.7 | 72.5±0.7 | 78.1±0.5 | 72.7±3.1 | 78.9±1.0 |
| CP线平均值 | 49.4 | 64.9 | 66.3 | 69.1±3.7 | 77.8±0.6 | 71.4±3.0 | 78.1±1.4 |
| YF线平均值 | 56.5 | 54.8 | 59.0 | 72.1±3.2 | 78.5±1.5 | 70.0±3.3 | 76.0±2.4 |
表选项
与YF线相比，CP线的SH站和GHC站的综控室更加安静。尽管处于客流平峰，SH站人流量较大，人声较为嘈杂，站厅停止了广播的播放，使得噪声比YF线站厅平均值小6.2 dB(A)，GHC站测量期间站内持续播放通知广播，属于非常规状态，YF线有4个站点的站厅噪声大于GHC站，其中站厅噪声最大DSHD站比GHC站大2.85 dB(A)，表明YF线的站厅的声环境相对较差。SH站和GHC站均为高架车站，因此同YF线类似，站台的背景噪声主要来自于外界的交通噪声。SH站全程无站台广播，声级达到了64.8 dB(A)，超出YF线背景值5.8 dB(A)，YF线无车时站台的噪声较小。
在进站噪声上，YF线与CP线噪声大小相近，差值小于Ⅰ型积分声级计测量误差0.7 dB。在停车和出站期间，相比人工驾驶，运用了FAO技术的YF线列车产生噪声更小。
3.2 与ATO对比选取的ATO线路为SHM11线的HQ段，数据来源于刘茜[7, 16]开展的实地测量，对比如表 7。
表 7 YF线与HQ段噪声对比
| HQ段车站 | 站厅/dB(A) | 站台/dB(A) | ||
| 背景 | 进站 | 出站 | ||
| ZFL | 70 | 66 | 79.3 | 76.9 |
| GML | 67 | 65 | 81.8 | 79.9 |
| HQ | 72 | 74 | 79.0 | 79.0 |
| HQ段平均值 | 69.7 | 68 | 80.0 | 78.6 |
| YF线平均值 | 71.9 | 59 | 78.4 | 76.0 |
表选项
YF线的站厅相对于HQ段的站厅更加嘈杂，需要在运营上作出一些调整以降低站厅噪声。YF线的综控室和设备间的噪声更小，相应场所的工作人员拥有更加舒适的听力环境。YF线的列车进出站比HQ段产生更低的噪声，表明FAO模式下运作的YF线在列车进出站噪声的控制方面优于ATO模式。
4 结论本文根据现行城市轨道交通噪声标准，在全自动运行线路YF线和人工驾驶运行线路CP线开展实地测量，依据标准对YF线的噪声进行了评价，并对测量值进行进一步的研究分析，得到以下结论：
1) YF线设备间中的控制室的噪声在47~61 dB(A)范围内，符合国家现行标准。综控室的噪声在47~65 dB(A)范围内。
2) YF线站厅噪声在68~76 dB(A)范围内，9个车站中有7个车站超出了70 dB(A)的限值，噪声污染较为严重，声突发率可达15~18 dB(A)/s，增大站内人员的烦恼度。
3) YF线站台列车进站噪声均值在77~80 dB(A)范围内，停车噪声均值为67~74 dB(A)，出站噪声进站为71~79 dB(A)，站台背景噪声在53~65 dB(A)范围内，符合国家现行标准。
4) 利用声级计测量计算了YF线站内工作人员每日的噪声剂量，得到YF线白班站务员噪声剂量为69~72 dB(A)，夜班站务员为66~69 dB(A)。
5) 与其他模式的线路相比，FAO线路的车站站厅噪声偏大，建议通过降低广播播放的频率和音量来减小噪声。
6) 相比人工驾驶，FAO线路站台背景噪声更小，同时在停车和出站期间产生的噪声更小；FAO模式运作的列车在进出站噪声的控制上优于ATO模式。
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