高铁客站候车厅室内噪声调查与声舒适度影响分析★

杜晓辉，张大钊

(1.安徽建筑大学安徽省建筑声环境重点实验室,安徽 合肥 230601; 2.北京交通大学建筑与艺术学院,北京 100044)

随着国家对绿色建筑的逐步推广,以及高铁网络的广泛覆盖,高铁站房绿色设计理念应运而生。当今的铁路客站已不再仅仅是单一的站点和人流的聚集中心,而是集多种交通方式于一体的城市综合枢纽。从“十四五”规划和《中长期铁路网规划》(规划期为2016年—2025年)可以看到高铁线路建设将继续保持高位建设速度,预计2035年新建站房超过2 000座,其中高铁站房1 000座。候车大厅作为车站最核心的空间,无论在结构技术、装饰效果或是在功能安排上,都逐渐现代化、效率化和人性化。已有研究发现,随着建筑空间变化,室内声场不再是近似扩散的普通声场,而大型高铁客站候车厅作为典型的大空间,具有瞬时人流量大、对电声清晰度要求高等特点,其声环境质量对于提高空间使用效率具有重要意义。

国内在高铁客站候车厅室内声环境研究多集中在声学指标的测定及声环境的改善方面。艾荔以中国雄安站为研究对象,对实际的声环境效果进行了主客观评价,提出了高铁站候车厅环境噪声不大于70 dB(A)[1]。刘钜通过结合武汉火车站的声学设计实际项目,研究了大厅材料对声环境的影响,运用电脑模拟对候车厅内混响时间进行计算与验证,进而将候车厅的混响时间控制在合理范围之内[2]。刘培杰等以某候车厅为例,将实地测量与电脑软件声学模拟的方法相结合,对该候车厅的室内声场参数进行深入分析和讨论,发现增加建筑界面的吸声量,声场参数得到显著改善,声级与声源和接收点的距离与数值高度相关,混响时间(500 Hz和1 000 Hz倍频带)与声源和接收点的距离无关[3]。高璟昊研究了客站候车厅体量对声环境指标的影响[4]。袁莉等对铁路客站的声场现状进行了分析,提出优化策略[5]。

然而,声环境质量的好坏不仅在于噪声的控制,更多的与旅客的噪声主观感受有关,两者的综合影响才是旅客对于候车厅噪声环境感受的完整体验。声环境感知,相对属于较新的学科,其学科理论体系尚待完善,研究相对集中在声音的影响、声喜好和声舒适度的层面,主观声舒适度是声环境感知评价的重要指标。康健团队在这方面做了大量研究,提出需要了解声环境是怎样在给定场景下影响使用者[6-7]。金虹等在对住区广场的声环境进行研究时,针对环境综合性能主观评价及客观数据展开实地调查,指出大多数被调查者对广场声音的第一反应是道路上的交通噪声,也就是说噪声会通过掩蔽其他声音而降低使用者对广场声环境质量的评价[8]。在欧洲,有许多研究表明,交通噪声会显著提高人们日常生活中的主观烦恼度甚至会严重影响人们的注意力[9-10]。马蕙团队对大型高铁站候车厅声环境进行了主观评价现状调查,考虑了人在大空间中某种特定的主观感受与声学指标之间的关系[11]。韩志慧研究了高铁站候车厅声源对情绪的影响[12]。在声音感知与人群社会特征的关系方面,Meng,Kang等人通过在哈尔滨市6个商场进行大规模的主观调查发现主观响度的评价受收入和职业的影响,相关系数为0.10～0.40[13],并提出空间因素、声源因素、环境因素对声音感知的影响机制[14-15]。实际上,声舒适性是一个复杂的动态概念,是人与环境交互作用而引起的刺激与效应,它因人、因时、因地而不同。所谓声舒适性,实际上是指声音对人的刺激量控制在人适应范围之内,从而引起人们的一种良好生理与心理效应的过程。

以上研究虽然为本研究提供了重要的参考价值与研究基础,但研究空间主要是办公空间,对于开放式共享大空间的新型铁路客站来说,由于服务人群庞大、旅客驻留时间长、噪声源组成多样,以及室内物理环境复杂等特点,声感知适应很复杂。候车厅空间中声舒适感知与光热环境因子感知是否存在交互,声舒适感知与整体环境舒适度评价是否存在关系,这些问题随着多学科交叉研究的深入,逐渐引发人们的关注。因此,本文以寒冷气候区高铁客站大型候车厅为研究对象,通过现场调查与实验室试验,探讨候车厅室内噪声环境特点及声舒适度影响。研究成果可为我国高铁站候车厅声环境改善研究与工程实践提供有益的参考。

1 研究方法

本文研究采用现场调查与实验室试验相结合的方式进行。现场调查可以直接获取原始信息,准确性最高,而且调查结果更接近实际,但现场调查容易受天气条件、人流密度、空间变化等偶然因素影响,需要多时段多场所采集,时间成本与人力成本要求较高,而且对于不同变量组合下的数据规律反映很难呈现。因此,本研究采用现场调查与实验室试验相结合的方式,首先通过一系列的现场调查获得高铁客站候车厅在不同季节、不同时段的实际声光热环境参数数据,为实验室试验提供环境调控参考;其次,通过实验室试验提供的稳定环境,通过控制和观察变量之间的因果关系展现声光热环境感知之间的交互影响特点。

研究团队自2018年到2022年持续开展高铁客站候车厅的现场调查,调研客站所在气候区主要是寒冷气候区,先后采集了中国11个大型高铁客站空间形态信息,以及声、光、热环境各项参数数据与主观评价,测试时间覆盖全年四个季节,部分成果已发表在文献[16-22],这些为本研究提供了基础数据信息。在现场调查中,综合考虑各参数测量方法,为保证测试数据的均好性,室内测点均匀布置在整个候车厅区域,重点布置在旅客休息区。旅客行为是静坐状态,测点垂直高度差相同,位于距离地面垂直0.6 m处。室内物理环境测试参数及测试仪器如表1所示。本文主要针对冬季与夏季典型日的测试数据进行分析。

表1 测试参数与测试仪器

主观问卷与环境测试同步进行。问卷主要分为三部分:第一部分为受访旅客的社会基本信息,包括性别、年龄、候车厅驻留时间。统计结果中,男性占比58.01%,女性占比41.96%;受访旅客以中青年为主,18岁～29岁,30岁～49岁占比总计分别为92.26%,其中在客站建筑中等候时间在1 h以内的旅客数量均占比86.31%以上(见图1)。第二部分为候车厅室内环境因子的关注率,结果显示除了温度以外,旅客对候车厅噪声更为关注(见图2)。第三部分为受访旅客对候车厅声环境的主观感受。主要采用语义差异法进行主观评价,针对每个选项选出意思相反的形容词。首先让旅客描述听到的声音类型,之后从噪声感、清晰度、空间感和协和感四个方面对感知到的声环境进行评价,并描述声环境对情绪、认知与行为的影响(见表2)。调查结果为后续分析提供参考。

表2 候车厅声环境主观感受调查

2 数据处理

在数据处理方面,采集数据通过SPSS软件对采集的环境客观数据进行描述统计分析、相关分析与方差分析,对声环境主客观数据进行探讨。其中实地测试数据与中国室内环境评价标准依据进行对比分析,候车厅噪声评价标准依据GB 14227—2006城市轨道交通车站站台声学要求和测量方法[23],室内噪声标准值应低于65 dB。室内光环境评价标准依据GB 50033—2013建筑采光设计标准[24]、GB 50034—2013建筑照明设计标准[25],对于交通建筑候车空间,综合考虑天然采光与人工照明,室内光环境照度标准值应在450 lx以上,照度均匀度不应低于1/3。室内热环境评价标准依据TB 10100—2018铁路旅客车站设计规范[26],候车厅室内设计温度在冬季18 ℃,在夏季为26 ℃～28 ℃,相对湿度40%～70%,室内微风速0.3 m/s。

主观评价问卷方面,信度检验是通过Cronbach’s Alpha(克朗巴哈)系数法进行,效度检验采用KMO值和Bartlett球形检验值两个指标。对有效问卷进行信度效度检验,结果显示Cronbach’s Alpha>0.8,KMO>0.8,Bartlett球形检验显著性sig.<0.05,各项系数值表明问卷结果信效度良好,适合做后续统计分析。

3 数据分析

3.1 候车厅噪声环境特征

候车大厅内人流量较大,高峰时段声音会非常嘈杂,既会影响旅客的休息与心情,又可能会使广播播报消息无法听清楚。

首先对候车厅主要声音类型进行了调查统计,结果如图3所示,发现在旅客听到的声音中,出现频次最高的是广播声,占比在35%以上,其次是背景声,包括交谈声、音乐声、空调声、检票闸机声等各种声音,有的客站候车厅内能听到较明显的高铁进出站声。背景噪声频率分布在200 Hz～2 000 Hz之间的中低频范围内,与广播噪声相比声压级值较低,特别是在1 000 Hz～2 000 Hz之间更低。

其次,实测数据显示候车厅室内噪声声压级值在不同季节有一些区别,统计结果如表3所示。显示夏季噪声平均值为70.5 dB,超出规范标准值约5 dB,声压级值大多集中于66 dB～75 dB,其中70 dB～75 dB频率将近50%;冬季噪声平均值为66.7 dB,略微超出规范标准值,也多集中于66 dB～70 dB。冬季与夏季测试期内的噪声声压级值离散系数约为0.04与0.03,说明噪声波动情况类似,均比较平稳,但候车厅部分时段声压级值过高,甚至达到80 dB。现场调查发现候车厅有时为了提醒乘客乘车班次,某些情况下甚至需要管理人员使用扩音设备进行二次播报,造成了室内声压级过高。

表3 候车厅室内噪声声压级值

从旅客对声环境感知调查来看,对于噪声的主观感觉,评价分值在2.63,说明人们普遍感觉室内比较嘈杂,清晰度的评价分值仅为2.42,说明室内噪声影响到了旅客的交流,希望能有所改善,而空间感与协和度方面评价分数稍高,说明在候车厅中,噪声对旅客声舒适感知的影响是最大的。其次,从潜在影响方面,调查结果显示认知影响最大,其次为行为影响与情绪影响(见图4)。

3.2 旅客社会因素对声感知的影响

1)性别。大量的研究结果表明,性别对声环境感知舒适度的影响并不显著,但是这些研究成果都是基于城市中室外空间的。而对候车厅这一类室内空间而言,性别和声环境感知舒适度的关系还是未知的。为了进一步研究不同性别对声环境主观感知舒适度的敏感性,采用独立样本T检验,结果显示显著性p值为0.042,小于0.05,说明男性与女性在声环境主观感知方面存在明显的差异,均值差值为-0.267 6,说明男性声环境感知舒适度评价分值明显低于女性评价分数(见图5)。这表明女性对主观声舒适度的感觉范围更加宽泛,在声环境舒适度感知方面,女性更宽容一些。

2)年龄。对旅客的年龄段(<18岁,18岁～29岁,30岁～49岁,>50岁)与声环境感知舒适度的关系进行Spearman相关性分析,表4显示年龄与声环境感知舒适度评价分数呈微弱的正相关关系,有一定显著性(p=0.03),说明随着年龄增长,声环境感知舒适度评分增加,说明年龄较大的旅客对候车厅声环境情况有一定宽容度。

表4 年龄、驻留时间因素与声舒适度评价的Spearman相关性分析

3)候车厅驻留时间。对被调查的旅客在候车厅的驻留时间(<30 min,30 min～1 h,1 h～2 h,2 h～3 h,>3 h)与声环境感知舒适度的关系进行Spearman相关性分析,表4显示旅客驻留时间与声环境感知舒适度评价分数呈负相关关系,有一定显著性(p=0.04),结合候车厅的室内噪声情况,说明旅客在候车厅驻留时间越长,声环境舒适度评价分数越低。

4 结论

本研究主要针对寒冷气候区的高铁客站候车厅噪声环境进行调查,分析声舒适度主观评价及影响因素,主要结论如下:

1)候车厅室内噪声声压级是声舒适度的主要影响因素,声压级与声舒适度评分呈显著负相关,随着声压级的增大,声舒适度逐渐降低,可见候车厅室内噪声控制很重要。

2)对于候车厅内不同类型的声源中,广播声对旅客影响较大,其次是各种背景声音,而且候车厅噪声对人们的认知影响最大,行为影响较小。

3)旅客的性别、年龄段与候车厅驻留时间对声舒适度感知有显著影响,其中女性对声舒适感知的主观评价范围要大于男性;随着年龄段的增大,年长者对噪声更宽容;旅客驻留时间越长,声舒适度评价分数降低。