下沉式地铁车辆段环境噪声特性试验研究*

周 杰，陈皓粤，汪益敏，卢鸿钧，刘品言

(1.华南理工大学 土木与交通学院，广东 广州 510640；2.广州地铁设计研究院股份有限公司，广东 广州 510010)

0 引言

地铁车辆段作为地铁停放车辆、日常检修、试车后勤基地，具有占地面积大、用地强度低等特点。我国以地面式车辆段结合上盖物业开发模式为主，但因地铁车辆段占地规模较大，对城市交通组织与空间尺度造成一定破坏。同时，受车辆段内风机与列车运行影响，给周边物业带来严重噪声问题。近年，新型结构形式下沉式地铁车辆段在我国兴起[1]，相比传统结构，新结构形式充分利用地下空间，用地恢复应有城市尺度与空间形态，可确保城市交通连贯性。但盖下空间处于封闭状态，上盖平台、支撑结构使反射面积增加，改变空间声学特性[2]。地下建筑需要通风设备24 h运行，满足室内空气循环需求，持续性通风设备工作噪声外加阶段性列车运行、维修噪声，对车辆段内员工身心健康造成严重影响。

世界卫生组织(WHO)认为噪声是造成环境污染重要风险因素[3]。据2019年数据显示，噪声举报占38.1%，仅次于大气污染[4]。近年来，城市空间开始“向下”发展，因地下空间与外部环境隔离，使内部噪声影响比地上建筑更为突出，部分学者对此开展研究：陈曦[5]对地下餐饮空间进行问卷调研，认为背景噪声声压级在70～75 dB(A)范围内时舒适度较高，超过75 dB(A)时，主观舒适度急剧降低；曹枚根等[6]以地下变电站为研究对象，认为变压器振动与噪声通过固体传播至整个结构，并通过曲线拟合得到预估公式；刘茜等[7]对城市轨道交通地下站台噪声进行实地测量，认为站台噪声最大值为列车出站时车头停站位置。但目前针对于下沉式地铁车辆段地下空间噪声特性及环境影响问题研究缺乏。因此，本文采用问卷调查与现场试验相结合的方法，在广州某下沉式地铁车辆段地下空间及临近建筑物内开展测试，研究环境噪声特性及影响规律，为下沉式地铁车辆段降噪措施规划提供参考。

1 工程概况

广州某下沉式地铁车辆段承担地铁14号线列车周月检、停车列检和日常维修、保养任务，是广州首个下沉式地铁车辆段，总占地0.35 km2。地铁车辆段平面布置如图1所示。其中，检修库、运转综合楼等建筑位于地面上盖层以下，是检修及行政办公人员主要工作区域，盖上现有地面维修楼与司机公寓，未来将对盖上进行住宅、办公等物业开发。

图1 地铁车辆段平面布置

2 噪声烦恼度问卷调查

为了解车辆段内主要噪声源及员工受噪声影响程度，首先通过问卷调查，获得车辆段工作人员对特定噪声源烦恼程度。根据《声学 应用社会调查和社会声学调查评价噪声烦恼度》GB/Z 21233—2007[8]设计调查问卷，问卷共包含10个噪声问题，着重了解员工受车辆段内噪声影响时间与地点、烦恼程度、噪声对工作干扰程度等。

试验采用随机抽样法，向地铁车辆段内职工发放60份调查问卷，回收有效问卷42份。调查对象中男性占88%，女性占12%，70%员工年龄在30～40岁之间。噪声来源及噪声烦恼程度统计结果如图2所示。由图2(a)可知，44%员工认为车辆段噪声主要来自通风噪声，其次为列车噪声(25%)。其中，通风噪声干扰最大区域为办公区域和检修库，噪声持续时间长；列车噪声出现在夜间收发车时段，对上盖司机与公寓居民睡眠影响最严重。

图2 调查结果统计

由图2(b)可知，仅有5%调研对象表示没有感到烦恼，43%调研对象表示烦恼程度一般，38%调研对象表示噪声烦恼程度非常严重。噪声烦恼对员工生理和心理产生影响，并且给工作造成不安全隐患。

3 现场试验测试方案

结合问卷调查结果，选取3个受噪声影响严重区域，试验区域1位于运转综合楼内，包括2间典型办公室及走廊，办公室均无窗封闭，通过2侧风机房进行通风，且通风管道安装在楼板中。为研究办公区域噪声强度及传播特性，在每间办公室设置3个测点(T1～T3、M1～M3)，沿走廊设置8个测点(P1～P8)，考虑开门和关门2种工况。试验区域1测点布置如图3所示。

图3 试验区域1测点布置

试验区域2位于车辆检修库，包括检修库、周月检线2个断面。噪声源主要为检修车间顶板悬挂通风系统。为了解检修库内密闭空间噪声水平分布特性，在检修库沿平面布置5条测线，每条测线共21个测点。检修库测点布置如图4(a)所示。

图4 试验区域2测点布置

周月检线断面用以研究噪声垂直分布特性，从风机地面投影点开始沿水平方向每4.5 m布置1个垂直方向测试断面，每个断面测点间距1 m，共布设11个垂直断面，合计77个测点。周月检线布置如图4(b)所示。

试验区域3位于上盖司机公寓，该区域根据公寓层数及住户受影响程度，确定在1、2、3层房间中央布置测点，测量时间包括收车和发车2个时段。

根据《声环境质量标准》(GB 3096—2008)[9]，区域1、2内噪声声压级起伏小于3 dB(A),属于稳态噪声，采用规定时间内连续等效A声级LAeq和A计权倍频程声压级作为评价指标，所有测点应距离墙面、立柱等至少1.0 m，站姿高度设置在离地面1.5 m处，坐姿设置在正常人耳高度，测量时间1 min。试验区域3按照《城市轨道交通引起建筑物振动与二次辐射噪声限值及其测量方法标准》(JGJ/T 170—2009)[10]测量要求，考虑车辆段内行车密度较低，采取分段测量列车通过时等效A声级，测量时密闭门窗。

4 试验结果及分析

4.1 噪声评价标准

下沉式地铁车辆段盖下属于市政交通公用设施，盖上物业属于民用建筑，2者声功能分区存在明显不一致性。综合考虑带上盖地铁车辆段功能特殊性，以及我国现行声环境标准规定，将车辆段按垂向分为盖上和盖下2部分，并采取不同噪声标准及限值分别进行评价。盖下根据《工业企业噪声控制设计规范》(GB/T 50087—2013)[11]，车辆段内部办公区域噪声限值为60 dB(A)，维修工作区噪声限值为85 dB(A)；盖上符合《城市轨道交通引起建筑物振动与二次辐射噪声限值》(JGJ/T 170—2009)中2类区特点，昼间噪声限值41 dB(A)，夜间噪声限值38 dB(A)。

进一步考虑相同声压级不同频率噪声对人们听力损伤、语言干扰和烦恼程度不同，参照NR曲线对各倍频带声压级进行评价[12]，适用于噪声声压级0～130 dB，中心倍频程频率范围31.5～8 000 Hz的9个倍频带，NR评价曲线如图5所示。NR曲线评价噪声影响时采用“相切法”，将实测各倍频带声压级绘制于NR曲线，与该频谱相切的最高NR曲线即为噪声NR评价指数。NR评价指数越高，给人们造成的烦恼程度越高，同1条NR曲线上各倍频程噪声具有相同干扰程度。

图5 NR评价曲线

4.2 运转综合楼办公区域声环境特性分析

试验区域1运转综合楼内办公室噪声测量包括开门和关门2种工况，两侧风机均处于工作状态时测量结果见表1。2种工况下各测点LAeq均达到63～65 dB(A)，超出标准限值3～5 dB(A)，关门时仅减少不到1 dB(A),同样超出环境噪声限值标准，表明办公区域工作人员持续处于不良声环境中。

表1 办公室测量结果

沿走廊布设各测点LAeq与噪声源距离关系以及各测点1/3倍频程频谱如图6所示。噪声强度随距噪声源距离增大而降低，自距离噪声源9 m处测点3开始，各测点均达到环境噪声标准限值要求。因此将风机房等高噪声设备用房集中布置于区域尽端，尽量远离办公区域，可有效减少噪声干扰。

图6 走廊测量结果

各测点1/3倍频程频谱峰值均集中于800 Hz处，呈“两头小、中间大”特征，主频率在200～2 000 Hz。通过比较不同频率噪声衰减特性发现，中频和高频随距风机距离增大衰减较快，16～200 Hz低频范围内噪声衰减不明显。

将倍频程数据对照NR曲线，得到办公室及走廊NR曲线评价，如图7所示。由图7可知，办公室噪声评价指数为NR-60，走廊噪声评价指数为NR-65。各区域均在1 000 Hz处与NR曲线相切，1 000 Hz左右中频段噪声造成的烦恼度最高。同时，125～1 000 Hz频率范围在曲线出现凸起，导致整体噪声评价指数上升，具有明显中低频特性。

图7 办公区域NR曲线评价

4.3 检修库声环境特性分析

试验区域2检修库噪声测量结果及周月检线噪声垂直分布特性如图8所示。将测量结果与《工业企业噪声控制设计规范》(GB/T 5008—2013)中维修工作区标准限值比较可知，各测点LAeq均未超过85 dB(A)噪声限值标准。

图8 试验区域2测量结果

检修库内LAeq在68～72 dB(A)范围内上下波动，由图8(a)可知，噪声以波的形式向四周传播，具有明显波峰波谷，但并未出现随距离增加而衰减现象。原因是由于检修库上盖平台、支撑结构(剪力墙和结构柱)存在，噪声反射面积增加，声学环境降噪率降低。若无空旷环境，噪声将在空间中不断反射，较难得到有效衰减。因此，可通过在墙面、道床和顶棚铺设吸声材料或结构，增加吸声降噪量，减小环境噪声影响。

由图8(b)可知，LAeq最高为71.5 dB(A)，位于距噪声源3 m断面处，中间断面受多个声源噪声叠加，LAeq高于距风机口最近的7 m断面，表现自中间向两侧衰减特性。

进一步采用NR曲线对各倍频带声压级分析检修库NR曲线评价如图9所示。由图9可知，检修库内噪声评价指数为NR-75，在125 Hz处与NR曲线相切，125～250 Hz频率范围内噪声带给人的烦恼度明显高于其他频段，存在严重低频噪声影响。检修库内各测点LAeq虽均未超过标准限值，但因风机24 h运行，员工长期暴露在低频噪声下，仍会造成员工不舒适。在问卷调查中，38%调研对象对环境噪声感到非常烦恼。因此，检修库内低频噪声强度需引起重视。

图9 检修库NR曲线评价

4.4 上盖司机公寓声环境特性分析

地铁列车运营时间主要集中在早上发车时段(4∶00～6∶30 am)和晚上收车时段(22∶30～24∶00 pm)，均处于夜间时段，且试验区域3上盖司机公寓仅在夜间使用，所以仅考虑夜间限值。收车时段和发车时段分别通过7辆列车，夜间连续等效A声级计算如式(1)所示：

(1)

式中：LAeq为夜间等效A声压级，dB(A)；n为夜间通过列车数量；LAE,i为夜间第i辆列车通过时测点2次结构噪声A声级。

经修正后试验区域3噪声测量结果见表2。收车和发车2个时段下各测点LAeq均达到38～41dB(A),超出2次结构噪声环境标准限值，对公寓内居民睡眠产生一定影响。

表2 试验区域3噪声测量结果

将列车通过时2次结构噪声与背景声频谱分析对比，如图10所示。实测声与背景声在1～20 kHz内基本吻合，该频段实测信号主要由背景噪声引起。在16～250 Hz范围内，每个中心频率实测噪声与背景噪声差值均大于5 dB(A)，说明该频段噪声信号中2次结构噪声起主要作用，具有明显低频特征。

图10 实测声与背景声1/3倍频程对比

《住宅建筑室内振动限值及其测量方法标准》(GB/T 50355—2018)规定2次结构噪声从31.5～250 Hz 4个1/1倍频带噪声限值，并分为1级限值和2级限值。1级限值为适宜达到的限值，2级限值为不得超过的限值，各楼层1/1倍频程等效A声级与1级、2级限值对比如图11所示。各测点在中心频率31.5 Hz处等效A声级均满足室内夜间1级限值69 dB(A)要求。其余中心频率处均超标，在250 Hz处超标最严重，该频段也是后续噪声治理重点频段。

图11 各楼层1/1倍频程声压级与标准限值对比

5 结论

1)下沉式地铁车辆段通风系统为主要噪声源，其次为列车噪声。车辆段盖下办公区域噪声水平超出标准限值3～5 dB(A)，1 000 Hz左右中频段噪声带给人的烦恼度最高。噪声强度随与噪声源距离增加而降低，风机房等高噪声设备宜设置在区域尽端，尽量远离办公人员工作区域，以减少噪声对办公人员干扰。

2)检修库内各测点LAeq均未超过标准限值，但125～250 Hz频率范围内噪声带给人的烦恼度明显高于其他频段，存在严重低频噪声影响。

3)上盖司机公寓收、发车2个时段下，LAeq均超出2次结构噪声环境标准限值，对公寓居民睡眠产生不良影响。结构振动引起噪声主要频率范围为16～250 Hz，具有明显低频特征，其中250 Hz频段超标最严重，后续噪声控制应重点关注。