, 曾钦娥, 费琳琳, 李佳静北京交通大学 土木建筑工程学院, 北京 100044
收稿日期：2020-03-19
基金项目：国家重点研发计划(2017YFB1201104);国家自然科学基金项目(51708021)
作者简介：侯博文(1985-), 男, 讲师。E-mail:houbw@bjtu.edu.cn
摘要：为提出适用于中国城市轨道交通地下车站运营期间的站台噪声评价方法及指标与限值，该文通过调研国内外城市轨道交通噪声评价标准及法规，系统对比了各国评价方法、评价指标及限值的异同。选取中国某典型地下车站开展了运营期间站台噪声及振动现场测试，分析了站台不同位置噪声及振动的分布情况。结果表明：该站台两端的噪声显著大于站台中部，既有规范中测点位置难以反映运营期间站台两端区域乘客的感受，建议在进行噪声评价时也应考虑两端位置处；站台最大A声级在站台两端位置达到88.4~90.4 dB（A），与站台振动叠加后会导致乘客的烦恼度显著增加，建议增加最大A声级作为辅助评价指标；1 h等效连续A声级实测结果为75.3~79.4 dB（A），高于现行规范中的铁路沿线环境噪声限值，会对在站内长期停留的乘客或站台工作人员造成一定影响。
关键词：城市轨道交通地下车站噪声噪声烦恼度评价方法
Noise evaluation method for urban rail transit underground station platforms
HOU Bowen
, ZENG Qine, FEI Linlin, LI JiajingSchool of Civil Engineering, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China
Abstract: Domestic and international urban rail transit noise evaluation standards and regulations were investigated to develop a noise evaluation method with indexes and thresholds for urban rail transit underground station platforms in China. This comparison evaluates the similarities and differences in the evaluation methods, evaluation indexes and thresholds. The platform noise and vibrations at a typical underground station are measured during operating hours to identify the noise and vibration distributions at different locations on the platform. The results show that the noise levels are significantly greater at both ends of the platform than in the middle and that current noise evaluation methods do not accurately reflect the feelings of passengers at both ends of the platform. Thus, the noise levels at both ends should be considered when evaluating platform noise levels. The maximum A-weighted sound pressure at both ends of the platform is 88.4-90.4 dB(A) which annoys the passengers when superimposed on the platform vibrations. Thus, the maximum A-weighted sound pressure is recommended to serve as an auxiliary evaluation index. Field tests show that the equivalent continuous A-weighted sound pressure for 1 hour is 75.3-79.4 dB(A), which is higher than the environmental noise threshold along the railway line used in the current norms. This will impact passengers staying on the platform for a long time or staff working on the platform.
Key words: urban rail transitunderground stationnoisenoise annoyance levelevaluation method
地下车站作为轨道交通组成部分，是保障旅客出行的重要设施，而站台区与轨行区通常仅由站台门隔开，列车在进站、出站运行过程中会造成站台区噪声显著增大，人们不得不近距离接触列车运行引起的高噪声。近年来，随着人们对环境噪声污染防护意识的加强和国家对轨道交通绿色发展的日益重视，对轨道交通地下车站噪声环境也提出了更高的要求，准确评价地下车站噪声对乘客的影响从而提出轨道交通车站站台噪声的合理评价指标及方法是实现地下车站环境噪声控制的前提。
国内****关于地铁车站噪声环境评价做了较多研究工作。中国发布了国家标准《城市轨道交通车站站台声学要求和测量方法》(GB 14227—2006)[1]，规定城市轨道交通车站列车进、出站过程噪声不允许超过80 dB(A)。基于此标准，国内许多研究人员对不同地区地铁车站内的噪声状态进行了现场实测及评价。陈云莎等[2]针对上海某地铁线路不同车站所处地理位置及站台形式的车站噪声进行了测量及评价，根据车站周围环境要求提出了不同车站的降噪目标值。刘茜等[3]对中国多个不同类型车站的站台噪声展开了现场测量，结果表明全高站台门的站台噪声比无站台门的站台噪声可降低7 dB(A)左右。程辉航等[4]对全自动运行线路9个高架车站的噪声展开了现场测量，分别对站台及站厅等的噪声状态进行了评价，认为全自动运行列车进出站噪声较小。周凌宇等[5]对某地铁站的地面站厅层的振动与噪声进行现场实测，分析了其振动与噪声的时域特性，结果表明地面站厅内的瞬时A声级最大值达70~74 dB(A)。扈慧娜等[6]对地铁高架车站站厅层低频结构噪声的量值、频谱特性及影响因素进行了调研，发现站桥一体式车站结构站厅层列车通过时低频段(50~125 Hz)噪声增量较大，受众不适感较明显。刘茜[7]选取某城市3条地铁线路8个地下站台进行站内噪声测量，结果表明各类型车站站台中心点最大声压级的平均值在80 dB(A)左右。马欢等[8]对地铁车辆进入站台和驶出站台时站台噪声进行测试与分析，发现车辆通过时站台中部的等效A声级为81.5 dB(A)。
地铁列车进、出站过程中噪声持续时间较短，峰值高，具有强烈的冲击性，同时地下站台为长封闭空间结构，在多种声源组合作用下形成混响声场，声学环境质量差，噪声会引起人们产生显著烦恼，特别是站台、站厅层长期停留的工作人员，长期受到列车反复进、出站噪声的刺激，对其工作状态乃至身心健康均会造成不利影响。研究表明，人们对于噪声的敏感程度不仅与声压级大小直接相关[9]，还受到噪声的频谱特性、时变特性[10]以及外界振动[11]等因素的影响。然而，目前中国现行规范仅针对列车进出站过程中产生的噪声限值进行了规范，尚未考虑站台不同区域噪声水平的差异，同时也未考虑环境振动等对站内人员对于噪声敏感程度的影响，从而导致现行规范无法较好地反映站台工作人员及旅客对噪声的实际要求，因此提出适用于中国轨道交通地下车站运营期间站台噪声评价方法及限值已成为提高车站噪声环境友好度的关键因素。
本文基于国内外关于城市轨道交通的噪声评价方法及限值，选取国内某典型地下车站开展了运营期间的站台噪声与振动现场测试，并结合噪声与站台人员烦恼度之间的相关性，对轨道交通车站站台噪声评价方法进行了讨论。本研究成果可为未来车站噪声环境评价方法的完善提供参考。
1 现行噪声评价标准1.1 国内现行相关标准针对城市轨道交通车站站台噪声，中国颁布的《城市轨道交通车站站台声学要求和测量方法》(GB 14227—2006)采用等效连续A声级LAeq评价车站列车进、出站过程的站台噪声，其中规定等效连续A声级的时间间隔为列车进、出站的持续时间。站台除列车进站、停站及出站产生的噪声会对候车乘客产生显著影响外，列车进、出站噪声及客流噪声、站内广播声源及站内固定设备噪声等形成的站台噪声环境水平也会对长时间停留的乘客及工作人员产生不可忽略的影响。
对于车站环境噪声水平，目前国内尚未有明确适用的评价标准。《公共交通等候室卫生标准》(GB 9672—1996)[12]对等候面积200 m2以上的铁路车站、航运港口等等候室内的环境噪声水平提出了70 dB(A)的限值，同时建议采用累积百分声级L10、L50、L90作为评价依据。《声环境质量标准》(GB 3096—2008)[13]和《铁路边界噪声限值及其测量方法》(GB 12525—1990)[14]对城市轨道交通(地面段)或铁路干线两侧声功能区的声环境质量规定了70 dB(A)(昼间6:00—22:00)的限值要求，限值与《公共交通等候室卫生标准》(GB 9672—1996)[12]所规定的限值一致，标准的适用对象主要为距线路中心线30 m的居民长期工作、生活的住宅或商业区域。
1.2 国外现行相关标准对铁路沿线居民环境噪声的评价指标和限值, 不同国家提出了不同要求。日本东北大学****[15]对新干线沿线居民噪声心理影响的调查结果表明，噪声最大A声级LAmax为70~75 dB(A)时有30%人群感到烦恼，因此日本环境噪声标准对高速铁路沿线25 m外居民住宅采用LAmax作为评价指标，容许限值为70 dB(A)，而对新建普速铁路则采用LAeq作为评价指标，容许限值为60 dB(A)。
美国运输部联邦公共交通管理局发布的《联邦公共交通工程噪声、振动环境影响评价指南》[16]基于土地利用类别指定噪声评价标准值，采用的噪声评价指标为1 h等效声级最大值LAeq, 1 h和24 h等效声级Ldn，其评价限值根据既有噪声与新增噪声的相对影响程度进行等级划分，分为严重影响、一般影响及无影响3种。法国通过调查问卷的方式对高速铁路系统沿线噪声对居民烦恼度的影响进行调查[17]，采用昼间(8:00 am—8:00 pm)LAeq作为评价指标。由于暴露声级大于55 dB(A)的各种类型噪声会对人产生显著影响，因此当进一步考虑高铁引起的噪声影响时，给出的标准限值最终为65 dB(A)。
瑞典通过对铁路沿线距线路中线10~100 m范围内15个敏感位置的2 833位18~75岁居民的噪声烦恼度调查发现，靠近铁路沿线时，相比铁路振动，人们对铁路噪声更加敏感，而同时存在高噪声和强振动会使烦恼度加强，因此同时考虑了LAmax和LAeq两个指标值。在没有振动影响时，为保证少于5%的人感到噪声烦恼，必须同时满足LAmax小于80 dB(A)且LAeq小于55 dB(A)两个条件；若同时还存在振动影响，将执行更严格的标准，LAmax容许限值降低10 dB(A)[11]。
欧盟其他国家对距离铁路线路不同距离、不同机车类型、不同列车速度下的噪声标准制定了限值[18]，多数国家采用LAeq值作为评价指标，如德国、芬兰、法国等，容许限值为65~88 dB(A)，也有部分国家采用单次列车通过的LAmax值进行评价，如意大利的容许限值为80~83 dB(A)。
2 典型地铁车站站台噪声特性分析2.1 站台噪声来源车站站台噪声来源主要包括两部分：列车运行噪声和车站运营噪声。其中：列车运行噪声包括轮轨噪声、牵引电机和驱动噪声、列车制动啸叫噪声、空调设备噪声及引起的站台结构辐射噪声等；站台运行噪声包括车站固定设备运转、广播声源、站内多媒体及客流噪声等，形成站台背景噪声。列车运行噪声主要在列车进、出站过程产生，主要声源随着列车运行速度的变化而变化，速度30~60 km/h时以轮轨声源为主要声源[19]，随着列车减速至停止，辅助设备噪声逐渐成为主要声源，停车制动瞬间制动啸叫噪声则为最显著噪声。因此，站台不同位置处的噪声大小随列车运行方向、运行速度及运行位置的变化而变化。
2.2 站台内噪声的分布特性对某城市5条地铁线路15个车站的站台结构及噪声展开现状调研，包括了12个地下站、1个地面站和2个高架站。在地下站，有8个岛式站台和4个侧式站台。站台的长度、高度、站内结构组成及建筑表面装饰基本相似，站台宽度随车站大小而变化。本文选取众多车站中最典型的站台对站台噪声的分布特性进行初步探讨。
选取岛式站台进行测试，站台长×宽×净高为120 m×9.3 m×2.9 m。列车为B型车6节编组，轨道结构为短枕式整体道床结构，采用第3轨供电，线路正线运行速度为70 km/h，列车运行间隔为5 min。站台门形式为全高半封闭站台门，建筑表面采用瓷砖贴面。站台空间主要由结构柱子、大型扶梯、直梯、两端设备间组成，空间内布局形式如图 1所示。按照文[1]标准规定测试方法在站台不同位置布置7个测点，测点布置如图 1所示。声压传感器距地面高度1.6 m，朝向运行列车一侧，测试时间为工作日早7:00—晚22:00。现场试验如图 2所示。
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| 图 1 测点布置图 |
| 图选项 |
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| 图 2 现场试验图 |
| 图选项 |
为分析站台噪声分布特性，分别测量了平峰时段20趟列车进站、出站时不同测点的等效连续A声级及最大A声级、全天运营时间段内1 h等效连续声级等噪声指标，并测量站台振动特性。
2.2.1 等效连续A声级LAeq车站各测点列车进、出站等效连续A声级如表 1所示。列车进站时的进站端区域(测点5、6)及列车出站时的出站端区域(测点1)LAeq略大于标准规定限值80 dB(A)，其余测点的LAeq在74.5~79.5 dB(A)范围内，列车进站过程中进站端的噪声比出站端大约5 dB(A)，比站台中间区域(测点3—5)大1~2 dB(A)。列车出站过程则相反，出站端位置的LAeq比进站端大约5~9 dB(A)，比中间区域测点大6 dB(A)左右。列车进站和出站过程中间区域测点(测点3—5)的LAeq差异较小，误差在2~3 dB(A)以内。
表 1 各测点位置列车进、出站等效连续A声级
| 测点 | LAeq/dB(A) | |
| 进站 | 出站 | |
| 测点1 | 74.5±3.9 | 83.9±2.3 |
| 测点2 | 75.5±4.3 | 78.4±4.5 |
| 测点3 | 78.3±2.1 | 78.9±4.1 |
| 测点4 | 78.7±2.2 | 77.4±3.5 |
| 测点5 | 80.6±2.2 | 76.6±3.6 |
| 测点6 | 81.5±1.9 | 72.8±3.4 |
| 测点7 | 79.5±2.1 | 74.6±4.5 |
表选项
由上述分析可知，列车进、出站时两端测点的LAeq明显大于站台中部测点，两端的噪声环境质量较差。既有车站站台噪声评价标准规定的测点位置为站台中部，导致低估了列车进、出站时两端位置的噪声水平。
2.2.2 最大A声级LAmax车站各测点位置列车进、出站最大A声级如表 2所示，最大A声级均在80 dB(A)以上。列车进站时的进站端及列车出站时的出站端的LAmax增加较显著，进站端测点6的LAmax为88.4 dB(A)，标准差为2.2 dB(A)，比测点1大约5.5 dB(A)。出站时出站端测点1的LAmax为90.4 dB(A)，标准差为2.7 dB(A)，比测点6大约9.3 dB(A)。
表 2 各测点位置列车进、出站最大A声级
| 测点 | LAmax/dB(A) | |
| 进站 | 出站 | |
| 测点1 | 82.9±4.4 | 90.4±2.7 |
| 测点2 | 83.3±5.1 | 84.3±4.8 |
| 测点3 | 84.4±2.3 | 84.1±4.1 |
| 测点4 | 84.7±2.1 | 82.1±3.7 |
| 测点5 | 86.7±2.7 | 82.5±3.4 |
| 测点6 | 88.4±2.2 | 81.1±3.2 |
| 测点7 | 86.3±1.8 | 81.2±5.1 |
表选项
2.2.3 1 h等效连续A声级LAeq, 1 h站台各测点位置的1 h等效连续A声级如表 3所示，不同测点之间差异较小，约1.5 dB(A)。表 3中，早、晚高峰时间段分别为早7:00—9:00及晚17:00—19:00，平峰时段为早10:00— 16:00及19:00—23:00，早晚高峰时段的LAeq, 1 h基本在77.9~79.4 dB(A)，平峰时段的基本在75.3~76.7 dB(A)，早晚高峰时段LAeq, 1 h比平峰时段的高约3 dB(A)。各测点的LAeq, 1 h均显著大于《公共交通等候室卫生标准》(GB 9672—1996)[12]中的限值70 dB(A)。
表 3 各测点位置1 h等效连续A声级
| 测点 | LAeq, 1 h/dB(A) | |
| 早晚高峰 | 平峰时段 | |
| 测点1 | 79.4 | 76.2 |
| 测点2 | 78.6 | 76.7 |
| 测点3 | 77.9 | 75.3 |
| 测点4 | 79.3 | 76.1 |
| 测点5 | 78.0 | 75.9 |
| 测点6 | 78.5 | 75.5 |
| 测点7 | 78.6 | 76.2 |
表选项
2.2.4 背景噪声车站背景噪声即无列车通过时站台的噪声，主要来源于车站运营所需的车站设备运转噪声、广播声、多媒体及客流噪声等。截取平峰时段20组无列车通过无广播、无列车通过有广播时站台不同位置的噪声，对其等效连续A声级进行分析，结果见表 4。由表 4可知，无车无广播时背景噪声基本在65.2~67.5 dB(A)范围内，无车有广播时，噪声在71.1~73.7 dB(A)范围内，广播播放语音信号时，站台噪声比背景噪声增大了约6~7 dB(A)。
表 4 各测点位置广播声及背景噪声
| 测点 | LAeq/dB(A) | |
| 无车无广播 | 无车有广播 | |
| 测点1 | 65.6 | 71.1 |
| 测点2 | 67.5 | 73.1 |
| 测点3 | 67.9 | 74.3 |
| 测点4 | 65.2 | 72.6 |
| 测点5 | 67.2 | 72.6 |
| 测点6 | 66.3 | 73.7 |
| 测点7 | 67.7 | 72.2 |
表选项
2.3 最大Z振级相关研究表明[11]，当处于噪声场内的人同时暴露于振动环境中，人对于噪声的忍受程度会进一步下降。根据《城市区域环境振动标准》(GB 10070—88)，铅垂向最大Z振级适用于发生连续稳态振动、冲击振动或者无规则振动的城市区域环境中，能够体现人对于城市区域环境中振动的敏感程度和对振动污染承受能力，因此本节采用铅垂向最大Z振级测量列车进出站过程中站台的振动情况，并依据《城市区域环境振动标准》(GB 10070—88)规定的Z计权因子进行计算，结果见表 5。由表 5可知，列车进站时，进站端区域(测点5—7)铅垂向最大Z振级在71.2~76.3 dB范围内，出站时出站端区域(测点1—3)最大Z振级在70.6~75.7 dB范围内，振动较为显著，其他区域振动则较小，测点4—7为64.4~65.6 dB。列车进出站时，列车运行引起的站台不同位置的振动变化与噪声特性规律一致，两端区域的振动最显著。
表 5 站台部分测点位置的铅垂向最大Z振级
| 测点 | LZmax/dB | |
| 进站 | 出站 | |
| 测点1 | 52.8 | 75.7 |
| 测点2 | 67.1 | 74.7 |
| 测点3 | 64.6 | 70.6 |
| 测点4 | 63.9 | 65.2 |
| 测点5 | 73.8 | 65.6 |
| 测点6 | 76.3 | 63.6 |
| 测点7 | 71.2 | 64.4 |
表选项
2.4 乘客对站台噪声的主观感受在进行环境噪声水平评价时，应基于声场环境综合考虑客观评价参数和人体主观听觉感受。常用噪声烦恼度来反映噪声对人体的主观影响程度。根据既有规范[20]，噪声烦恼通常指噪声引起的人体不良反应，包括不舒适、干扰、烦恼等各种状况。噪声烦恼度为当前声场环境内个体不良反应的比率，由统计学上合理设定的调查的反馈信息得到。
列车通过时站台的LAmax与人体烦恼度之间存在直接关系。图 3所示为本文测得的站台噪声LAmax与瑞典研究人员[11]给出的LAmax与烦恼度之间关系的对比。本文站台两端位置的最大Z振级为70.6~76.3 dB，振动较大，需考虑振动对人体烦恼度的附加影响。从图 3可以看出，列车进出站产生的LAmax引起人体烦恼度达到29.6%~53.8%，会引起长期在站台工作人员的噪声烦恼，同时也可能导致短期停留乘客的烦恼度增加。因此，基于烦恼度评估车站内声环境给人们带来的影响时，建议考虑将LAmax作为对列车进出站噪声评价的辅助依据，并考虑振动带来的附加影响。
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| 图 3 烦恼度与最大A声级LAmax的相互关系 |
| 图选项 |
地下站台除列车进出站引起的站台噪声增大外，站台整体环境噪声水平更值得关注。2.2.3节结果表明典型车站LAeq, 1 h达到75.5~79.4 dB(A)，将其与环境噪声水平与烦恼度之间的关系进行对比，结果如图 4所示。可以看出，在站台环境噪声作用下，有40%~50%的人们感到烦恼。地下站台噪声环境相对封闭，形成混响声场，即使乘客候车时间短，噪声的增大也会显著加大人们的烦恼和焦虑，而车站工作人员停留时间较长，对他们的影响更加显著。
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| 图 4 环境噪声对人体烦恼度的关系 |
| 图选项 |
综上所述，列车进出站过程中的最大A声级叠加振动、站台环境噪声水平会显著增大人们的烦恼度，特别是对于长期暴露在站台高噪声环境中的站台工作人员，更应该加以重视。
3 结束语针对城市轨道交通地下车站站台噪声具有声源近、噪声大、混响大等问题，本文系统总结了国内外铁路沿线噪声的评价方法及指标限值，并以国内某典型岛式站台为例，对站台不同位置的噪声水平及不同噪声指标进行了分析，结合噪声与人体烦恼度之间的关系，对站台噪声环境评价方法进行了初步探讨，提出以下几点建议：
1) 列车进、出站时对站台两端位置的等效声级LAeq、最大A声级LAmax的影响显著大于站台中部位置，站台两端的噪声环境较差，而既有规范对于城市轨道交通车站环境噪声要求测点位于站台中部，难以反映整个站台内不同区域乘客的真实噪声感受，因此建议对车站噪声环境的评价也要考虑两端位置处的噪声水平。
2) 列车进、出站引起的最大A声级在站台两端位置达到88.4~90.4 dB(A)，同时存在显著振动，最大Z振级达到70.6~75.7 dB，最大A声级与振动综合作用下造成人们烦恼度增加，建议增加LAmax作为辅助评价指标。
3) 站台整体环境噪声较大，1 h等效连续A声级为75.3~79.4 dB(A)，目前尚无明确城市轨道交通车站站台环境噪声水平的具体要求，建议针对车站环境噪声水平提出限值要求。
目前，站台噪声数据的样本不够全面，在未来的研究工作中需要进一步探讨车站环境噪声水平的适用限值。
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