黃慧隆，江華洲，邱永祥，趙靜，劉佳斌，田源

(中國鐵道科學(xué)研究院節(jié)能環(huán)保勞衛(wèi)研究所，北京 100081)

乘客對(duì)公共交通工具的需求觀趨于多樣化，提高車內(nèi)舒適度，使鐵路運(yùn)輸更具吸引力十分必要。本文通過對(duì)各類公共交通工具舒適度及其評(píng)價(jià)技術(shù)進(jìn)行文獻(xiàn)綜述，分析以往研究存在的問題，確定高速鐵路動(dòng)車組環(huán)境質(zhì)量和舒適度評(píng)價(jià)的重點(diǎn)方向，進(jìn)一步提升動(dòng)車組設(shè)計(jì)水平和客運(yùn)服務(wù)質(zhì)量。

1 研究現(xiàn)狀

1．1 民航飛機(jī)

現(xiàn)代民航飛機(jī)向低耗能、高舒適度、高安全性方向發(fā)展，飛機(jī)研發(fā)、設(shè)計(jì)、市場競爭等各個(gè)環(huán)節(jié)都體現(xiàn)出以人為本的設(shè)計(jì)理念。影響飛機(jī)座艙舒適度因素包括空氣質(zhì)量(一氧化碳、臭氧、各種有機(jī)物及生物病毒等)、熱環(huán)境(溫度、濕度、風(fēng)速)、座艙壓力、振動(dòng)、噪聲、燈光照明、空間布局、微波輻射等，上述因素的綜合作用影響飛機(jī)座艙舒適感。

國外針對(duì)民用飛機(jī)座艙舒適度研究主要涉及座艙濕度研究、氣流組織研究、座艙壓力控制研究、空氣質(zhì)量、座艙降噪技術(shù)研究［1］。國內(nèi)也開展了部分舒適度研究工作，但是在整艙綜合舒適度研究方面基本尚未開展。

1．2 公路交通

公路交通由于乘客活動(dòng)空間有限，乘客長時(shí)間坐在座位上，座椅舒適度是影響旅客乘坐舒適度的重要因素。座椅腰托的位置和形狀，座位空間、靠背的寬度和高度等在減少人體疲勞方面均具有重要意義。座椅的舒適性還應(yīng)注重其調(diào)節(jié)功能［2］。

座椅舒適度的評(píng)價(jià)通過主觀問卷調(diào)查篩選出汽車舒適度影響因素，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行客觀指標(biāo)測量、實(shí)車實(shí)驗(yàn)、建立數(shù)學(xué)模型分析各影響因素間相互關(guān)系，并就各因素對(duì)舒適度的影響程度進(jìn)行分析，繼而建立舒適度評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。從座椅設(shè)計(jì)、改善的角度出發(fā)，構(gòu)建定量模型是減輕乃至消除座椅不舒適度、預(yù)測座椅舒適度最理想和實(shí)用的方法。利用模糊理論建立的模型、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型、線性模型等能有效地確定各因素影響程度大小，準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)及預(yù)測座椅的舒適度，并在座椅的舒適度改進(jìn)、設(shè)計(jì)中發(fā)揮重要作用。

1．3 地鐵

地鐵旅客乘坐舒適度評(píng)價(jià)主要應(yīng)用perling平穩(wěn)性指標(biāo)和UIC 513國際標(biāo)準(zhǔn)的舒適度指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)［3］。舒適度與平穩(wěn)性的在線實(shí)驗(yàn)和計(jì)算分析表明兩者均能客觀反映車輛振動(dòng)性能及乘坐舒適度。舒適度指標(biāo)更適合于評(píng)價(jià)旅客乘坐舒適度，而perling平穩(wěn)性指標(biāo)評(píng)價(jià)較適合于評(píng)價(jià)車輛自身的動(dòng)力性能。

1．4 船舶

船舶舒適度的研究內(nèi)容主要涉及熱環(huán)境、噪聲和振動(dòng)等。有研究通過對(duì)實(shí)船熱環(huán)境的測試和船員對(duì)熱環(huán)境的主觀評(píng)價(jià)的分析統(tǒng)計(jì)和船員對(duì)船舶艙室內(nèi)熱環(huán)境的滿意度調(diào)查，探討普通建筑熱環(huán)境評(píng)價(jià)上使用廣泛的PMV熱舒適度模型在船舶艙室熱環(huán)境評(píng)價(jià)中的適用性［4］，給出針對(duì)不同的活動(dòng)狀態(tài)下修正后的PMV方程，該方程能夠體現(xiàn)大部分船員在微小環(huán)境內(nèi)的熱感覺和客觀評(píng)價(jià)熱環(huán)境控制效果。還有研究將船艙熱舒適度評(píng)價(jià)應(yīng)用到船舶空調(diào)的設(shè)計(jì)過程中［5］。新版的ISO6954對(duì)影響船舶乘坐舒適度的噪聲和振動(dòng)作了新的規(guī)定，未來將會(huì)制定涉及船上噪聲和振動(dòng)更為復(fù)雜的規(guī)定［6］。

1．5 鐵路

鐵路舒適度研究內(nèi)容較為廣泛，涵蓋了空氣環(huán)境和品質(zhì)、噪聲、振動(dòng)、隧道舜變壓力和座椅設(shè)計(jì)等方面。

1．5．1 空氣環(huán)境和品質(zhì)

空氣質(zhì)量與乘客主觀舒適度的關(guān)系研究表明新風(fēng)量＜20 m3/(h·人)時(shí)乘客更容易感覺到異味和空氣不新鮮，車廂的舒適度降低，新風(fēng)在改善鐵路空調(diào)列車的空氣質(zhì)量方面起到關(guān)鍵作用［7］?？諝釩O2不達(dá)標(biāo)時(shí)乘客感覺悶的可能性較大，舒適度降低，適當(dāng)?shù)卦黾有嘛L(fēng)量能減小室內(nèi)CO2濃度，改善室內(nèi)空氣品質(zhì)［8］。針對(duì)熱舒適感、空氣品質(zhì)、氣味的調(diào)查表明大部分乘客對(duì)目前鐵路列車的空調(diào)效果較為滿意［9］。

1．5．2 物理刺激

針對(duì)噪聲、振動(dòng)和隧道瞬變壓力等物理刺激因素與舒適度之間關(guān)系的研究較多。張偉等［10］采用聲品質(zhì)客觀評(píng)價(jià)方法對(duì)不同運(yùn)行速度下車內(nèi)噪聲的聲品質(zhì)變化規(guī)律進(jìn)行分析，結(jié)果表明:司機(jī)室的噪聲問題最為突出，尤其是作為頭車時(shí);應(yīng)用聲品質(zhì)響度評(píng)價(jià)方法對(duì)高速列車車內(nèi)噪聲環(huán)境進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果提示:為滿足人類聽覺舒適度的要求，有必要進(jìn)一步改進(jìn)車內(nèi)噪聲環(huán)境。尤其是頭車的司機(jī)室內(nèi)的噪聲環(huán)境更有待改進(jìn)，以滿足工作人員聽覺舒適度要求，繼而保護(hù)勞動(dòng)者健康和行車安全。

國際鐵路聯(lián)盟于1994年頒布了UIC513《鐵路車輛內(nèi)旅客振動(dòng)舒適度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》，我國2010年由鐵科院和北京理工大學(xué)起草頒布了GB/T 13670—2010《機(jī)械振動(dòng)鐵道車輛內(nèi)乘客和乘務(wù)員暴露于全身振動(dòng)的測量與分析》。上海鐵路局參照 UIC513和 GB/T13670—2010設(shè)計(jì)了基于ADXL345的鐵路列車振動(dòng)舒適度檢測與評(píng)價(jià)系統(tǒng)［11］。依據(jù)UIC 513對(duì)現(xiàn)有高速動(dòng)車組振動(dòng)舒適度指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算分析，結(jié)果表明:現(xiàn)有高速動(dòng)車組振動(dòng)舒適度指標(biāo)均符合標(biāo)準(zhǔn)舒適度要求。但比較分析結(jié)果提示車廂內(nèi)地板的舒適度較好，司機(jī)室地板的舒適度尚不理想。司機(jī)室地板振動(dòng)舒適度主要受到通過隧道和會(huì)車的空氣壓力影響，改進(jìn)頭型和地板隔振材料的設(shè)計(jì)可以提高司機(jī)室的振動(dòng)舒適度。

1．5．3 座椅設(shè)計(jì)

高速鐵路發(fā)達(dá)的日本、法國、德國等國家均開展了諸多高速列車座椅設(shè)計(jì)研究。姿勢、體壓和彈性試驗(yàn)研究是日本座椅尺度評(píng)價(jià)的主要依據(jù)，法、德等歐洲國家高速列車設(shè)計(jì)則更注重滿足旅客需求［12］。應(yīng)用有限元分析法對(duì)座椅尺度與功能的統(tǒng)一進(jìn)行研究，對(duì)座椅功能和配件設(shè)計(jì)進(jìn)行了改進(jìn)，如頭枕、靠背角度調(diào)節(jié)、扶手、腳踏配備設(shè)計(jì)等。我國高速列車座椅設(shè)計(jì)起步較晚，國內(nèi)不少學(xué)者開展了基于人體骨骼形狀、生理和行為反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，但座椅尺度評(píng)價(jià)研究仍局限于醫(yī)學(xué)與人機(jī)學(xué)理論。

1．5．4 舒適度評(píng)價(jià)

國內(nèi)外眾多學(xué)者建立了不同的數(shù)學(xué)模型，研究高速鐵路運(yùn)行中乘客的舒適度問題。以振動(dòng)和線路為中心的模型包括車輛垂向振動(dòng)模型、車輛垂向剛?cè)狁詈蟿?dòng)力學(xué)模型、人體—車輛模型、多自由度人體與柔性車體的系統(tǒng)動(dòng)力模型、人—鋪—車振動(dòng)系統(tǒng)空間垂向耦合模型、人體—車輛系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程、考慮人體參振的高速鐵路人車系統(tǒng)動(dòng)力模型、以車輛—線路動(dòng)力相互作用理論為基礎(chǔ)的高速鐵路線路線形動(dòng)力仿真系統(tǒng)，根據(jù)線路設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行舒適度評(píng)價(jià)。此外，還有研究運(yùn)用數(shù)值模擬方法，對(duì)列車車廂空調(diào)各種氣流組織方式進(jìn)行模擬，并對(duì)其舒適度及經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行評(píng)價(jià)。高速列車旅行環(huán)境舒適度評(píng)價(jià)模型研究［13］對(duì)CRH380A、 CRH380AL、 CRH380BL、 CRH2C、CRH3C五種車型近30個(gè)車次的6 000多名乘客進(jìn)行了旅行環(huán)境舒適度問卷調(diào)查，采用因子分析和層次分析方法構(gòu)建了高速列車旅行環(huán)境舒適度評(píng)價(jià)模型。

2 存在問題

旅客旅行舒適度的需求分析［14］表明影響旅客舒適度的主要因素有人均占用面積、旅行時(shí)間、站車環(huán)境、運(yùn)行平穩(wěn)度和客運(yùn)服務(wù)水平。目前民航飛機(jī)、地鐵、船舶等對(duì)乘坐舒適度的綜合評(píng)價(jià)分析研究較少，有關(guān)鐵路旅客旅行舒適度的研究大部分針對(duì)某一因素與舒適度及評(píng)價(jià)進(jìn)行單項(xiàng)研究，且多數(shù)局限于振動(dòng)舒適度和空氣品質(zhì)方面。綜合分析各有關(guān)因素對(duì)舒適度影響的研究較少，且不全面。舒適度評(píng)價(jià)模型研究方面主要考慮旅客主觀感受，還應(yīng)綜合考慮客觀指標(biāo)。

3 高速鐵路環(huán)境舒適度研究方向

乘客乘坐列車的舒適程度取決于生理、心理兩方面。從對(duì)旅行舒適環(huán)境質(zhì)量產(chǎn)生重要影響的客車熱環(huán)境、空氣品質(zhì)、空氣壓力、噪聲、振動(dòng)、氣流組織、乘座設(shè)施、衛(wèi)生設(shè)施、車內(nèi)環(huán)境感受等旅行環(huán)境品質(zhì)要素對(duì)乘客進(jìn)行調(diào)查，研究分析我國公民乘坐高鐵動(dòng)車組環(huán)境舒適度需求。建立高速鐵路環(huán)境舒適度綜合評(píng)價(jià)模型，結(jié)合實(shí)車測試數(shù)據(jù)，按照重要性排序依次提出列車舒適度的優(yōu)化方案，以滿足廣大乘客對(duì)乘車環(huán)境舒適度的需求。

4 結(jié)束語

根據(jù)乘客的需求進(jìn)行舒適度評(píng)價(jià)指標(biāo)的研究可在既有車輛改進(jìn)、開發(fā)新型車輛和提高舒適度方案選擇中發(fā)揮重要作用。本文從旅客需求、生理、心理、行為與空間等角度，對(duì)各公共交通工具環(huán)境質(zhì)量和舒適度影響因素及相關(guān)理論的現(xiàn)有研究方法和研究成果進(jìn)行梳理和總結(jié)。分析以往研究的不足和缺憾，確定高速鐵路動(dòng)車組環(huán)境質(zhì)量和舒適度評(píng)價(jià)的重點(diǎn)方向。在未來的研究中應(yīng)以舒適度評(píng)價(jià)模型為基礎(chǔ)，結(jié)合車廂環(huán)境測試及設(shè)施測量等客觀指標(biāo)，進(jìn)一步提出高速列車環(huán)境舒適的具體參數(shù)、指標(biāo)，為客車設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ)和改進(jìn)方向。

［1］ 袁領(lǐng)雙，龐麗萍，王浚．大型客機(jī)座艙舒適度發(fā)展分析［J］．航空制造技術(shù)，2011(13):64-67．

［2］ 馬佳，范智生，阮瑩，等．汽車座椅舒適度研究綜述［J］．上海汽車，2008(1):24-27．

［3］ 朱劍月，朱良光，周勁松，等．地鐵車輛運(yùn)行舒適度與平穩(wěn)性評(píng)價(jià)［J］．城市軌道交通研究，2009(6):28-31．

［4］ 王世忠．PMV熱舒適性模型在船舶艙室熱環(huán)境評(píng)價(jià)中的應(yīng)用［J］．艦船科學(xué)技術(shù)，2012，34(8):127-136．

［5］ 邢娜，劉紅敏．熱舒適指標(biāo)在船舶空調(diào)中的應(yīng)用［J］．造船技術(shù)，2007(3):32-34．

［6］ 高廣卿．舒適度標(biāo)準(zhǔn)的改進(jìn)［J］．船艇，2006，257:36-40．

［7］ 吳金洪．鐵路客車空調(diào)新風(fēng)量的確定及控制［J］．浙江師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2005，28(4):397．

［8］ 王蕾．室內(nèi)空氣品質(zhì)與新風(fēng)量關(guān)系的模擬研究與探討［J］．四川建材，2010，36(2):261．

［9］ 張桂榮，段煥林，郝長生．列車提速后空調(diào)舒適度調(diào)查與分析［J］．中國鐵路，2008(7):54-56．

［10］ 張偉，陳光雄，肖新標(biāo)，等．高速列車車內(nèi)噪聲聲品質(zhì)客觀評(píng)價(jià)分析［J］．鐵道學(xué)報(bào)，2011，2(33):13-19．

［11］ 徐玉成．基于ADXL345的鐵路列車振動(dòng)舒適度檢測與評(píng)價(jià)［J］．安徽電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2013，12(64):29-32．

［12］ 陳祥，徐伯初，張衛(wèi)華．高速列車座椅舒適度優(yōu)化［J］．西南交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，44(6):906-911．

［13］ 黃慧隆，施紅生，邱永祥，等．高速列車旅行環(huán)境舒適度評(píng)價(jià)模型研究［J］．鐵路節(jié)能環(huán)保與安全衛(wèi)生，2014，4(3):124-127．

［14］ 南敬林．旅客旅行舒適度的需求分析［J］．鐵道運(yùn)輸與經(jīng)濟(jì)，2005，27(6):79-81．