摘要:針對地鐵列車引起的建筑物二次輻射噪聲進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn)研究和評價(jià)量的探討分析。從多個(gè)角度對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析,總結(jié)了運(yùn)行列車引起的室內(nèi)二次輻射噪聲特性。從分析頻譜寬度、分析時(shí)間長度和背景噪聲等幾個(gè)方面研究了影響建筑物室內(nèi)二次輻射噪聲評價(jià)量的若干因素,并探討了不同評價(jià)量之間的相關(guān)性以及中國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中使用的評價(jià)量存在的不足。
關(guān)鍵詞:二次輻射噪聲;1/3倍頻程;主頻分布;評價(jià)量
中圖分類號(hào):TB53
文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A
文章編號(hào):1674-4764(2013)04-0133-06
地鐵運(yùn)營引起的臨近建筑物內(nèi)的二次輻射噪聲已經(jīng)成為噪聲擾民的主要因素之一。有效的認(rèn)識(shí)建筑物內(nèi)的二次輻射噪聲的特性是采取有效措施治理地鐵引起室內(nèi)二次輻射噪聲的先決條件。目前國際上絕大多數(shù)關(guān)于噪聲特性及噪聲評價(jià)的研究是針對空氣傳播的噪聲[1-4],軌道列車引起二次輻射噪聲的研究相對較少[5-6],儲(chǔ)益萍[7]對地鐵引起的室內(nèi)振動(dòng)與二次輻射噪聲相關(guān)性進(jìn)行了分析,楊碧君等[8]通過主觀評價(jià)試驗(yàn)對地鐵引起的室內(nèi)噪聲煩惱度評價(jià)量計(jì)權(quán)因子進(jìn)行了修正。從各國現(xiàn)有的地鐵引起二次輻射噪聲的定義的范圍看,對于二次輻射噪聲頻率范圍的認(rèn)定并不統(tǒng)一,歐洲大多數(shù)國家并沒有明確提出地鐵引起二次輻射噪聲頻率范圍,而是根據(jù)等響曲線最小聽力閾值來確定低頻噪聲的范圍。德國定義的低頻噪聲的頻率范圍主要根據(jù)其國家標(biāo)準(zhǔn)DIN 45680所定義低頻噪聲最小聽力閾值作為基準(zhǔn),DIN 45680定義的低頻噪聲的頻率范圍為10~80 Hz,它主要考慮了社會(huì)生活產(chǎn)生的噪聲頻率范圍,日本定義的低頻噪聲頻率范圍與德國相同;瑞典的低頻噪聲頻率范圍定義為31.5~200 Hz,丹麥的低頻噪聲頻率范圍定義10~160 Hz,美國公共交通協(xié)會(huì)快速軌道交通設(shè)備設(shè)計(jì)(TPTA指南)、美國聯(lián)邦交通管理局[9]評價(jià)軌道交通與列車引起二次輻射噪聲沒有明確指出評價(jià)的頻率范圍,在ISO 14837-1:2005《機(jī)械振動(dòng)—由軌道系統(tǒng)引起的二次輻射噪聲和振動(dòng)》[10]第1部分一般指南認(rèn)為引起建筑物的二次輻射噪聲在16~250 Hz。中國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)對地鐵運(yùn)行引起的室內(nèi)二次輻射噪聲頻率范圍的規(guī)定差別也很大,臺(tái)灣沒有專門規(guī)定軌道交通引起二次噪聲的頻率范圍,但是定義低頻噪聲的頻率范圍定義20~200 Hz,JGJ/T 170-2009 《城市軌道交通引起建筑物振動(dòng)與二次輻射噪聲限值及其測量方法標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定地鐵引起的二次輻射噪聲的頻率為16~200 Hz,DB31/T470-2009 《城市軌道交通(地下段)列車運(yùn)行引起的住宅室內(nèi)振動(dòng)與結(jié)構(gòu)噪聲限值及測量方法》、HJ 453-2008《環(huán)境影響評價(jià)技術(shù)導(dǎo)則 城市軌道交通》認(rèn)為引起室內(nèi)二次輻射噪聲的頻率范圍為20~20 kHz。
申道明,等:地鐵引起二次噪聲特性及評價(jià)量實(shí)測與探討
對于評價(jià)低頻噪聲采用的評價(jià)指標(biāo),各國的標(biāo)準(zhǔn)也是不統(tǒng)一的。德國、日本、瑞典采用分頻多值的評價(jià)指標(biāo)。美國公共交通協(xié)會(huì)快速軌道交通設(shè)備設(shè)計(jì)(TPTA指南)、美國聯(lián)邦交通管理局及ISO 14387-1:2005關(guān)于軌道交通與列車引起二次輻射噪聲采用的評價(jià)量為列車經(jīng)過時(shí)室內(nèi)的慢擋最大噪聲級(jí)(記為LAsmax);瑞典Boverket鐵路管理局、丹麥環(huán)境保護(hù)機(jī)構(gòu)、世界衛(wèi)生組織、JGJ/T 170-2009、DB31/T470-2009均推薦使用等效聲級(jí)及快擋最大聲級(jí)(記為LAfmax)作為評價(jià)量。
建筑物內(nèi)二次輻射噪聲與地鐵列車振動(dòng)傳播的諸多影響因素有關(guān),研究結(jié)果表明[11-14]:影響地鐵列車振動(dòng)傳播的影響因素包括地鐵車輛條件、軌道線路狀況、地基地質(zhì)條件、建筑物距地鐵線路距離、建筑物特性等,其中影響建筑物內(nèi)的二次結(jié)構(gòu)噪聲的建筑物特性與建筑物整體質(zhì)量剛度、地板質(zhì)量剛度、質(zhì)量分布、材料阻尼、地板和墻壁尺寸、建筑物內(nèi)表面吸聲條件、二次輻射噪聲效率等參數(shù)有關(guān),使二次輻射噪聲的研究比空氣噪聲復(fù)雜的多,導(dǎo)致數(shù)值計(jì)算地鐵引起的室內(nèi)二次輻射噪聲非常困難。因此實(shí)測成為解決二次輻射噪聲問題的一個(gè)非常重要的手段。通過對地鐵中心線30 m以內(nèi)的居民住宅室內(nèi)二次輻射噪聲進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)測并分析其基本特性。對室內(nèi)噪聲信號(hào)的分析工作主要包括:實(shí)測噪聲A聲級(jí)與C聲級(jí)的分布;室內(nèi)二次輻射噪聲主要分布的頻率范圍;不同的評價(jià)量對實(shí)測結(jié)果的影響及不同評價(jià)量之間的相關(guān)性,中國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中使用的評價(jià)量存在的不足。通過以上的工作,將有助于認(rèn)識(shí)地鐵運(yùn)行引起的室內(nèi)二次噪聲的特性,為降低室內(nèi)二次輻射噪聲的影響、采取相對應(yīng)得措施及將來標(biāo)準(zhǔn)的修訂提供有益的建議和幫助。
1地鐵引起建筑物二次輻射噪聲的實(shí)測介紹
測試主要在上海地鐵地下線附近的居民住宅中進(jìn)行,在測量前關(guān)閉好門窗,一般選擇在臥室或者客廳內(nèi)進(jìn)行測量。為了避免室內(nèi)一階駐波對測量信號(hào)的影響,測量位置一般選在離墻壁1.5 m處,聲傳感器離地板的高度控制在1.2~1.5 m。在測量時(shí)室內(nèi)保持安靜,關(guān)閉電冰箱、風(fēng)扇等產(chǎn)生噪聲的聲源,避免人為噪聲及其他噪聲對測量信號(hào)的干擾。噪聲實(shí)測使用SQLabⅡ數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),GR.A.S40AE聲傳感器及26CA前置放大器。采樣頻率選為44 kHz,因?yàn)椴蓸拥念l率較高,數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量較大,為了節(jié)約空間,每次測量時(shí)間定為2 min。按照GB 3096-2008中規(guī)定的測量方法進(jìn)行測量,數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)直接記錄室內(nèi)聲場的聲壓時(shí)程。
2數(shù)據(jù)分析
2.1室內(nèi)噪聲的頻率范圍判斷
2.2地鐵運(yùn)行引起的室內(nèi)二次輻射噪聲的主頻分布
為了得到地鐵運(yùn)行引起的室內(nèi)二次輻射噪聲的主頻分布,對實(shí)測室內(nèi)噪聲數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,計(jì)算出列車經(jīng)過時(shí)段的實(shí)測信號(hào)的每個(gè)1/3倍頻程中心頻率對應(yīng)的聲壓級(jí)的均值并及方差,同時(shí)計(jì)算出對應(yīng)的背景噪聲的聲壓級(jí)的均值并及方差。
圖3是一典型的實(shí)測二次噪聲與背景噪聲1/3倍頻程圖,從圖3我們可以看出,在高頻段(1 000 Hz以上)兩者基本重合,這說明在這個(gè)頻段范圍實(shí)測信號(hào)主要是由于背景噪聲引起,二次輻射噪聲對于信號(hào)的影響完全可以忽略不計(jì)。
從圖5中可以看到,在實(shí)測信號(hào)(圖中點(diǎn)劃線所示)中,由于包含了背景噪聲,250 Hz以下頻段上對A聲級(jí)的貢獻(xiàn)值都在50%左右,這時(shí)計(jì)算得到的A聲級(jí)LAeq20k為37.84 dB。根據(jù)背景噪聲在不同頻段上的聲壓級(jí)大小,對實(shí)測信號(hào)進(jìn)行修正得到近似的室內(nèi)二次噪聲(圖中虛線所示),近似的室內(nèi)二次噪聲的250頻段上的貢獻(xiàn)值在80%左右,二次輻射噪聲的A聲級(jí)主要是250 Hz以下的貢獻(xiàn)的,這時(shí)計(jì)算的A聲級(jí)為36.01 dB。可見,測量信號(hào)中的高頻成分對于二次輻射噪聲A聲級(jí)的影響比較大。
使用250 Hz以下聲壓級(jí)直接計(jì)算二次輻射噪聲,這時(shí)得到的A聲級(jí)LAeq250為35.12 dB,與修正的二次輻射噪聲的A聲級(jí)僅差0.89 dB,與真實(shí)的室內(nèi)二次輻射噪聲的A聲級(jí)相差更?。皇褂?00 Hz以下聲壓級(jí)直接計(jì)算二次輻射噪聲,這時(shí)得到的A聲級(jí)為34.96 dB,與LAeq250相差0.18 dB,因此,使用16~250 Hz頻率段的A聲級(jí)來評價(jià)地鐵運(yùn)行引起的室內(nèi)二次輻射噪聲的大小是比較準(zhǔn)確的,可以認(rèn)為地鐵運(yùn)行引起室內(nèi)二次輻射噪聲的主要頻段在16~250 Hz范圍內(nèi)。
2.3地鐵運(yùn)行引起的室內(nèi)二次輻射噪聲的評價(jià)量分析
2.3.1實(shí)測信號(hào)與分頻限值的比較采用分頻段限值的標(biāo)準(zhǔn)主要有德國國家標(biāo)準(zhǔn)DIN45680、荷蘭、日本、瑞典以及德國白天的低頻噪聲的限值,把實(shí)測的室內(nèi)噪聲的1/3被頻帶的結(jié)果與采用分頻段限值的國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了比較。圖6給出與隧道中心線不同距離的測點(diǎn)實(shí)測結(jié)果與各國分頻限值的比較。圖中圓圈表示距離隧道中心線不同位置處室內(nèi)二次輻射噪聲1/3倍頻程結(jié)果。
從圖6中可以看出在31.5 Hz以下的大多未超過各國的標(biāo)準(zhǔn)限值,但是在31.5 Hz以上的各頻率段內(nèi)基本上都超過了其他各國的標(biāo)準(zhǔn),這是由于歐洲國家和日本的標(biāo)準(zhǔn)主要低頻噪聲,而且對環(huán)境的要求較高。因此,對于中國目前的室內(nèi)二次噪聲現(xiàn)狀來說,分頻限值的評價(jià)方法存在一定的不足。
2.3.2實(shí)測結(jié)果與單值計(jì)權(quán)結(jié)果的比較從前面的分析可以看出,評價(jià)量LAeq250分析頻段在16~250 Hz,主要反映列車經(jīng)過時(shí)引起的室內(nèi)二次噪聲的大小,它受到的外界條件干擾最小,是比較準(zhǔn)確結(jié)果的一種評價(jià)量。在我國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布的JGJ/T 170-2009《城市軌道交通引起建筑物振動(dòng)與二次輻射噪聲限值及其測量方法標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定使用等效A聲級(jí)來評價(jià)室內(nèi)二次輻射噪聲,該標(biāo)準(zhǔn)定義的等效A聲級(jí)為:
LAeq=10lg1n∑ni=1100.1LAE,i(3)
但是該標(biāo)準(zhǔn)并未明確指出LAE,i是第i列列車經(jīng)過時(shí)的等效A聲級(jí),也未明確規(guī)定等效的時(shí)間長度。由于評價(jià)頻率段在16~200 Hz,如果LAE,i是列車經(jīng)過時(shí)段(約10 s)的等效聲級(jí),根據(jù)JGJ/T 170-2009計(jì)算的LAeq200分析的頻率范圍為16~200 Hz,地鐵引起的臨近建筑物室內(nèi)二次輻射噪聲的最大值一般在150 Hz以內(nèi),它包含在200 Hz以內(nèi),二者相差很小,說明對于地鐵引起室內(nèi)噪聲來說,二者基本上是等價(jià)的。如果LAE,i是包括列車經(jīng)過間隔時(shí)段(約2 min)的等效聲級(jí),與16~250 Hz范圍內(nèi)2 min等效聲級(jí)(包括背景噪聲)LAeq250,2m的值相近。
評價(jià)量LAeq250,2m為包含110 s背景噪聲及列車經(jīng)過時(shí)段(大約10 s)的室內(nèi)二次噪聲的16~250 Hz范圍內(nèi)的等效聲級(jí),背景時(shí)間較長,背景對于該評價(jià)量的影響較大。該評價(jià)量得出的結(jié)果主要反映了列車經(jīng)過時(shí)低頻背景噪聲的水平,只有在背景噪聲與列車經(jīng)過引起的室內(nèi)噪聲相差非常明顯的情況下,才能夠反映出列車經(jīng)過時(shí)室內(nèi)二次輻射噪聲的大小。
HJ 453-2008《環(huán)境影響評價(jià)技術(shù)導(dǎo)則 城市軌道交通》中對于室內(nèi)二次輻射噪聲影響評價(jià)是根據(jù)GBJ 118《民用建筑隔聲設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定,在GBJ 118-88中規(guī)定室內(nèi)噪聲的測量在開窗的條件下進(jìn)行測量,用慢擋讀A聲級(jí),取指針的中間值,并記錄0.5 h內(nèi)噪聲的間隔時(shí)間,計(jì)算出該噪聲所占的時(shí)間比例,按噪聲特性不同與間歇時(shí)間對測量結(jié)果進(jìn)行修正。住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布了GB 50118-2010《民用建筑隔聲設(shè)計(jì)規(guī)范》,廢除了GBJ 118-88,該標(biāo)準(zhǔn)指出對于室內(nèi)噪聲應(yīng)在關(guān)窗的條件下進(jìn)行,對于間歇性非穩(wěn)態(tài)噪聲,應(yīng)測量噪聲源密集發(fā)聲時(shí)20 min的等效[連續(xù)A計(jì)權(quán)]聲級(jí)。上海市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局在2009發(fā)布了DB31/T 470-2009《城市軌道交通(地下段)列車運(yùn)行引起的住宅室內(nèi)振動(dòng)與結(jié)構(gòu)噪聲限值及測量方法》,該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定室內(nèi)噪聲晝間的評價(jià)指標(biāo)為列車通過時(shí)不小于20 min的20~20 kHz等效聲級(jí),夜間使用20~20 kHz等效聲級(jí)和最大聲級(jí)??紤]到上海地鐵的實(shí)際運(yùn)營情況及未來的發(fā)展,在高峰時(shí)段2 min內(nèi)通過一對列車,這樣HJ 453-2008與DB31/T 470-2009規(guī)定的20 min的20~20 kHz等效聲級(jí)就可以等效為在2 min內(nèi)通過一輛列車的等效聲級(jí)(記為LAeq20k,2m),評價(jià)量LAeq20k,2m背景時(shí)間較長,背景對于該評價(jià)量的影響很大。這是因?yàn)閷?shí)測時(shí)得到的背景噪聲的高頻成分占的權(quán)值較大,導(dǎo)致在評價(jià)地鐵運(yùn)行引起室內(nèi)噪聲所占的權(quán)值比例很小,噪聲的高頻成分掩蓋了低頻成分的對總聲級(jí)的貢獻(xiàn)。因此對于地鐵運(yùn)行引起的建筑物室內(nèi)噪聲來說,使LAeq20k,2m來評價(jià)地鐵運(yùn)行引起的建筑物室內(nèi)噪聲受背景噪聲的影響非常大,導(dǎo)致評價(jià)與實(shí)際情況偏差較大。
美國公共交通協(xié)會(huì)快速軌道交通設(shè)備設(shè)計(jì)(TPTA指南)、美國聯(lián)邦交通管理局關(guān)于軌道交通與列車引起二次輻射噪聲采用的評價(jià)量為列車經(jīng)過時(shí)室內(nèi)的慢擋最大噪聲級(jí),瑞典Boverket鐵路管理局、丹麥環(huán)境保護(hù)機(jī)構(gòu)、世界衛(wèi)生組織與DB31/T 470-2009夜間使用快擋的最大聲級(jí)。
4結(jié)論
通過對地鐵運(yùn)營引起的室內(nèi)二次輻射噪聲特性實(shí)測結(jié)果的分析,可以得出以下結(jié)論:對于地鐵引起室內(nèi)二次輻射噪聲來說,90%左右的測點(diǎn)其LCeq-LAeq>20 dB,說明地鐵引起的室內(nèi)二次輻射噪聲是低頻噪聲;地鐵運(yùn)行引起室內(nèi)二次輻射噪聲的主要頻段在16~250 Hz范圍內(nèi);使用16~250 Hz頻率段的A聲級(jí)來評價(jià)地鐵運(yùn)行引起的室內(nèi)二次輻射噪聲的大小是比較準(zhǔn)確的;對于地鐵引起的室內(nèi)二次噪聲來說,由于背景噪聲高頻成分對于真實(shí)的二次噪聲影響很大,應(yīng)采用16~250 Hz范圍的等效聲級(jí)LAeq250或者16~250 Hz范圍內(nèi)的最大聲級(jí),不宜采用全頻段的等效聲級(jí)或者最大聲級(jí)作為評價(jià)指標(biāo)。
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(編輯胡玲)