周 杰，陳皓粵，汪益敏，盧鴻鈞，劉品言

(1.華南理工大學(xué) 土木與交通學(xué)院，廣東 廣州 510640；2.廣州地鐵設(shè)計研究院股份有限公司，廣東 廣州 510010)

0 引言

地鐵車輛段作為地鐵停放車輛、日常檢修、試車后勤基地，具有占地面積大、用地強(qiáng)度低等特點(diǎn)。我國以地面式車輛段結(jié)合上蓋物業(yè)開發(fā)模式為主，但因地鐵車輛段占地規(guī)模較大，對城市交通組織與空間尺度造成一定破壞。同時，受車輛段內(nèi)風(fēng)機(jī)與列車運(yùn)行影響，給周邊物業(yè)帶來嚴(yán)重噪聲問題。近年，新型結(jié)構(gòu)形式下沉式地鐵車輛段在我國興起[1]，相比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，新結(jié)構(gòu)形式充分利用地下空間，用地恢復(fù)應(yīng)有城市尺度與空間形態(tài)，可確保城市交通連貫性。但蓋下空間處于封閉狀態(tài)，上蓋平臺、支撐結(jié)構(gòu)使反射面積增加，改變空間聲學(xué)特性[2]。地下建筑需要通風(fēng)設(shè)備24 h運(yùn)行，滿足室內(nèi)空氣循環(huán)需求，持續(xù)性通風(fēng)設(shè)備工作噪聲外加階段性列車運(yùn)行、維修噪聲，對車輛段內(nèi)員工身心健康造成嚴(yán)重影響。

世界衛(wèi)生組織(WHO)認(rèn)為噪聲是造成環(huán)境污染重要風(fēng)險因素[3]。據(jù)2019年數(shù)據(jù)顯示，噪聲舉報占38.1%，僅次于大氣污染[4]。近年來，城市空間開始“向下”發(fā)展，因地下空間與外部環(huán)境隔離，使內(nèi)部噪聲影響比地上建筑更為突出，部分學(xué)者對此開展研究：陳曦[5]對地下餐飲空間進(jìn)行問卷調(diào)研，認(rèn)為背景噪聲聲壓級在70～75 dB(A)范圍內(nèi)時舒適度較高，超過75 dB(A)時，主觀舒適度急劇降低；曹枚根等[6]以地下變電站為研究對象，認(rèn)為變壓器振動與噪聲通過固體傳播至整個結(jié)構(gòu)，并通過曲線擬合得到預(yù)估公式；劉茜等[7]對城市軌道交通地下站臺噪聲進(jìn)行實地測量，認(rèn)為站臺噪聲最大值為列車出站時車頭停站位置。但目前針對于下沉式地鐵車輛段地下空間噪聲特性及環(huán)境影響問題研究缺乏。因此，本文采用問卷調(diào)查與現(xiàn)場試驗相結(jié)合的方法，在廣州某下沉式地鐵車輛段地下空間及臨近建筑物內(nèi)開展測試，研究環(huán)境噪聲特性及影響規(guī)律，為下沉式地鐵車輛段降噪措施規(guī)劃提供參考。

1 工程概況

廣州某下沉式地鐵車輛段承擔(dān)地鐵14號線列車周月檢、停車列檢和日常維修、保養(yǎng)任務(wù)，是廣州首個下沉式地鐵車輛段，總占地0.35 km2。地鐵車輛段平面布置如圖1所示。其中，檢修庫、運(yùn)轉(zhuǎn)綜合樓等建筑位于地面上蓋層以下，是檢修及行政辦公人員主要工作區(qū)域，蓋上現(xiàn)有地面維修樓與司機(jī)公寓，未來將對蓋上進(jìn)行住宅、辦公等物業(yè)開發(fā)。

圖1 地鐵車輛段平面布置

2 噪聲煩惱度問卷調(diào)查

為了解車輛段內(nèi)主要噪聲源及員工受噪聲影響程度，首先通過問卷調(diào)查，獲得車輛段工作人員對特定噪聲源煩惱程度。根據(jù)《聲學(xué) 應(yīng)用社會調(diào)查和社會聲學(xué)調(diào)查評價噪聲煩惱度》GB/Z 21233—2007[8]設(shè)計調(diào)查問卷，問卷共包含10個噪聲問題，著重了解員工受車輛段內(nèi)噪聲影響時間與地點(diǎn)、煩惱程度、噪聲對工作干擾程度等。

試驗采用隨機(jī)抽樣法，向地鐵車輛段內(nèi)職工發(fā)放60份調(diào)查問卷，回收有效問卷42份。調(diào)查對象中男性占88%，女性占12%，70%員工年齡在30～40歲之間。噪聲來源及噪聲煩惱程度統(tǒng)計結(jié)果如圖2所示。由圖2(a)可知，44%員工認(rèn)為車輛段噪聲主要來自通風(fēng)噪聲，其次為列車噪聲(25%)。其中，通風(fēng)噪聲干擾最大區(qū)域為辦公區(qū)域和檢修庫，噪聲持續(xù)時間長；列車噪聲出現(xiàn)在夜間收發(fā)車時段，對上蓋司機(jī)與公寓居民睡眠影響最嚴(yán)重。

圖2 調(diào)查結(jié)果統(tǒng)計

由圖2(b)可知，僅有5%調(diào)研對象表示沒有感到煩惱，43%調(diào)研對象表示煩惱程度一般，38%調(diào)研對象表示噪聲煩惱程度非常嚴(yán)重。噪聲煩惱對員工生理和心理產(chǎn)生影響，并且給工作造成不安全隱患。

3 現(xiàn)場試驗測試方案

結(jié)合問卷調(diào)查結(jié)果，選取3個受噪聲影響嚴(yán)重區(qū)域，試驗區(qū)域1位于運(yùn)轉(zhuǎn)綜合樓內(nèi)，包括2間典型辦公室及走廊，辦公室均無窗封閉，通過2側(cè)風(fēng)機(jī)房進(jìn)行通風(fēng)，且通風(fēng)管道安裝在樓板中。為研究辦公區(qū)域噪聲強(qiáng)度及傳播特性，在每間辦公室設(shè)置3個測點(diǎn)(T1～T3、M1～M3)，沿走廊設(shè)置8個測點(diǎn)(P1～P8)，考慮開門和關(guān)門2種工況。試驗區(qū)域1測點(diǎn)布置如圖3所示。

圖3 試驗區(qū)域1測點(diǎn)布置

試驗區(qū)域2位于車輛檢修庫，包括檢修庫、周月檢線2個斷面。噪聲源主要為檢修車間頂板懸掛通風(fēng)系統(tǒng)。為了解檢修庫內(nèi)密閉空間噪聲水平分布特性，在檢修庫沿平面布置5條測線，每條測線共21個測點(diǎn)。檢修庫測點(diǎn)布置如圖4(a)所示。

圖4 試驗區(qū)域2測點(diǎn)布置

周月檢線斷面用以研究噪聲垂直分布特性，從風(fēng)機(jī)地面投影點(diǎn)開始沿水平方向每4.5 m布置1個垂直方向測試斷面，每個斷面測點(diǎn)間距1 m，共布設(shè)11個垂直斷面，合計77個測點(diǎn)。周月檢線布置如圖4(b)所示。

試驗區(qū)域3位于上蓋司機(jī)公寓，該區(qū)域根據(jù)公寓層數(shù)及住戶受影響程度，確定在1、2、3層房間中央布置測點(diǎn)，測量時間包括收車和發(fā)車2個時段。

根據(jù)《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3096—2008)[9]，區(qū)域1、2內(nèi)噪聲聲壓級起伏小于3 dB(A),屬于穩(wěn)態(tài)噪聲，采用規(guī)定時間內(nèi)連續(xù)等效A聲級LAeq和A計權(quán)倍頻程聲壓級作為評價指標(biāo)，所有測點(diǎn)應(yīng)距離墻面、立柱等至少1.0 m，站姿高度設(shè)置在離地面1.5 m處，坐姿設(shè)置在正常人耳高度，測量時間1 min。試驗區(qū)域3按照《城市軌道交通引起建筑物振動與二次輻射噪聲限值及其測量方法標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ/T 170—2009)[10]測量要求，考慮車輛段內(nèi)行車密度較低，采取分段測量列車通過時等效A聲級，測量時密閉門窗。

4 試驗結(jié)果及分析

4.1 噪聲評價標(biāo)準(zhǔn)

下沉式地鐵車輛段蓋下屬于市政交通公用設(shè)施，蓋上物業(yè)屬于民用建筑，2者聲功能分區(qū)存在明顯不一致性。綜合考慮帶上蓋地鐵車輛段功能特殊性，以及我國現(xiàn)行聲環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，將車輛段按垂向分為蓋上和蓋下2部分，并采取不同噪聲標(biāo)準(zhǔn)及限值分別進(jìn)行評價。蓋下根據(jù)《工業(yè)企業(yè)噪聲控制設(shè)計規(guī)范》(GB/T 50087—2013)[11]，車輛段內(nèi)部辦公區(qū)域噪聲限值為60 dB(A)，維修工作區(qū)噪聲限值為85 dB(A)；蓋上符合《城市軌道交通引起建筑物振動與二次輻射噪聲限值》(JGJ/T 170—2009)中2類區(qū)特點(diǎn)，晝間噪聲限值41 dB(A)，夜間噪聲限值38 dB(A)。

進(jìn)一步考慮相同聲壓級不同頻率噪聲對人們聽力損傷、語言干擾和煩惱程度不同，參照NR曲線對各倍頻帶聲壓級進(jìn)行評價[12]，適用于噪聲聲壓級0～130 dB，中心倍頻程頻率范圍31.5～8 000 Hz的9個倍頻帶，NR評價曲線如圖5所示。NR曲線評價噪聲影響時采用“相切法”，將實測各倍頻帶聲壓級繪制于NR曲線，與該頻譜相切的最高NR曲線即為噪聲NR評價指數(shù)。NR評價指數(shù)越高，給人們造成的煩惱程度越高，同1條NR曲線上各倍頻程噪聲具有相同干擾程度。

圖5 NR評價曲線

4.2 運(yùn)轉(zhuǎn)綜合樓辦公區(qū)域聲環(huán)境特性分析

試驗區(qū)域1運(yùn)轉(zhuǎn)綜合樓內(nèi)辦公室噪聲測量包括開門和關(guān)門2種工況，兩側(cè)風(fēng)機(jī)均處于工作狀態(tài)時測量結(jié)果見表1。2種工況下各測點(diǎn)LAeq均達(dá)到63～65 dB(A)，超出標(biāo)準(zhǔn)限值3～5 dB(A)，關(guān)門時僅減少不到1 dB(A),同樣超出環(huán)境噪聲限值標(biāo)準(zhǔn)，表明辦公區(qū)域工作人員持續(xù)處于不良聲環(huán)境中。

表1 辦公室測量結(jié)果

沿走廊布設(shè)各測點(diǎn)LAeq與噪聲源距離關(guān)系以及各測點(diǎn)1/3倍頻程頻譜如圖6所示。噪聲強(qiáng)度隨距噪聲源距離增大而降低，自距離噪聲源9 m處測點(diǎn)3開始，各測點(diǎn)均達(dá)到環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)限值要求。因此將風(fēng)機(jī)房等高噪聲設(shè)備用房集中布置于區(qū)域盡端，盡量遠(yuǎn)離辦公區(qū)域，可有效減少噪聲干擾。

圖6 走廊測量結(jié)果

各測點(diǎn)1/3倍頻程頻譜峰值均集中于800 Hz處，呈“兩頭小、中間大”特征，主頻率在200～2 000 Hz。通過比較不同頻率噪聲衰減特性發(fā)現(xiàn)，中頻和高頻隨距風(fēng)機(jī)距離增大衰減較快，16～200 Hz低頻范圍內(nèi)噪聲衰減不明顯。

將倍頻程數(shù)據(jù)對照NR曲線，得到辦公室及走廊NR曲線評價，如圖7所示。由圖7可知，辦公室噪聲評價指數(shù)為NR-60，走廊噪聲評價指數(shù)為NR-65。各區(qū)域均在1 000 Hz處與NR曲線相切，1 000 Hz左右中頻段噪聲造成的煩惱度最高。同時，125～1 000 Hz頻率范圍在曲線出現(xiàn)凸起，導(dǎo)致整體噪聲評價指數(shù)上升，具有明顯中低頻特性。

圖7 辦公區(qū)域NR曲線評價

4.3 檢修庫聲環(huán)境特性分析

試驗區(qū)域2檢修庫噪聲測量結(jié)果及周月檢線噪聲垂直分布特性如圖8所示。將測量結(jié)果與《工業(yè)企業(yè)噪聲控制設(shè)計規(guī)范》(GB/T 5008—2013)中維修工作區(qū)標(biāo)準(zhǔn)限值比較可知，各測點(diǎn)LAeq均未超過85 dB(A)噪聲限值標(biāo)準(zhǔn)。

圖8 試驗區(qū)域2測量結(jié)果

檢修庫內(nèi)LAeq在68～72 dB(A)范圍內(nèi)上下波動，由圖8(a)可知，噪聲以波的形式向四周傳播，具有明顯波峰波谷，但并未出現(xiàn)隨距離增加而衰減現(xiàn)象。原因是由于檢修庫上蓋平臺、支撐結(jié)構(gòu)(剪力墻和結(jié)構(gòu)柱)存在，噪聲反射面積增加，聲學(xué)環(huán)境降噪率降低。若無空曠環(huán)境，噪聲將在空間中不斷反射，較難得到有效衰減。因此，可通過在墻面、道床和頂棚鋪設(shè)吸聲材料或結(jié)構(gòu)，增加吸聲降噪量，減小環(huán)境噪聲影響。

由圖8(b)可知，LAeq最高為71.5 dB(A)，位于距噪聲源3 m斷面處，中間斷面受多個聲源噪聲疊加，LAeq高于距風(fēng)機(jī)口最近的7 m斷面，表現(xiàn)自中間向兩側(cè)衰減特性。

進(jìn)一步采用NR曲線對各倍頻帶聲壓級分析檢修庫NR曲線評價如圖9所示。由圖9可知，檢修庫內(nèi)噪聲評價指數(shù)為NR-75，在125 Hz處與NR曲線相切，125～250 Hz頻率范圍內(nèi)噪聲帶給人的煩惱度明顯高于其他頻段，存在嚴(yán)重低頻噪聲影響。檢修庫內(nèi)各測點(diǎn)LAeq雖均未超過標(biāo)準(zhǔn)限值，但因風(fēng)機(jī)24 h運(yùn)行，員工長期暴露在低頻噪聲下，仍會造成員工不舒適。在問卷調(diào)查中，38%調(diào)研對象對環(huán)境噪聲感到非常煩惱。因此，檢修庫內(nèi)低頻噪聲強(qiáng)度需引起重視。

圖9 檢修庫NR曲線評價

4.4 上蓋司機(jī)公寓聲環(huán)境特性分析

地鐵列車運(yùn)營時間主要集中在早上發(fā)車時段(4∶00～6∶30 am)和晚上收車時段(22∶30～24∶00 pm)，均處于夜間時段，且試驗區(qū)域3上蓋司機(jī)公寓僅在夜間使用，所以僅考慮夜間限值。收車時段和發(fā)車時段分別通過7輛列車，夜間連續(xù)等效A聲級計算如式(1)所示：

(1)

式中：LAeq為夜間等效A聲壓級，dB(A)；n為夜間通過列車數(shù)量；LAE,i為夜間第i輛列車通過時測點(diǎn)2次結(jié)構(gòu)噪聲A聲級。

經(jīng)修正后試驗區(qū)域3噪聲測量結(jié)果見表2。收車和發(fā)車2個時段下各測點(diǎn)LAeq均達(dá)到38～41dB(A),超出2次結(jié)構(gòu)噪聲環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)限值，對公寓內(nèi)居民睡眠產(chǎn)生一定影響。

表2 試驗區(qū)域3噪聲測量結(jié)果

將列車通過時2次結(jié)構(gòu)噪聲與背景聲頻譜分析對比，如圖10所示。實測聲與背景聲在1～20 kHz內(nèi)基本吻合，該頻段實測信號主要由背景噪聲引起。在16～250 Hz范圍內(nèi)，每個中心頻率實測噪聲與背景噪聲差值均大于5 dB(A)，說明該頻段噪聲信號中2次結(jié)構(gòu)噪聲起主要作用，具有明顯低頻特征。

圖10 實測聲與背景聲1/3倍頻程對比

《住宅建筑室內(nèi)振動限值及其測量方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50355—2018)規(guī)定2次結(jié)構(gòu)噪聲從31.5～250 Hz 4個1/1倍頻帶噪聲限值，并分為1級限值和2級限值。1級限值為適宜達(dá)到的限值，2級限值為不得超過的限值，各樓層1/1倍頻程等效A聲級與1級、2級限值對比如圖11所示。各測點(diǎn)在中心頻率31.5 Hz處等效A聲級均滿足室內(nèi)夜間1級限值69 dB(A)要求。其余中心頻率處均超標(biāo)，在250 Hz處超標(biāo)最嚴(yán)重，該頻段也是后續(xù)噪聲治理重點(diǎn)頻段。

圖11 各樓層1/1倍頻程聲壓級與標(biāo)準(zhǔn)限值對比

5 結(jié)論

1)下沉式地鐵車輛段通風(fēng)系統(tǒng)為主要噪聲源，其次為列車噪聲。車輛段蓋下辦公區(qū)域噪聲水平超出標(biāo)準(zhǔn)限值3～5 dB(A)，1 000 Hz左右中頻段噪聲帶給人的煩惱度最高。噪聲強(qiáng)度隨與噪聲源距離增加而降低，風(fēng)機(jī)房等高噪聲設(shè)備宜設(shè)置在區(qū)域盡端，盡量遠(yuǎn)離辦公人員工作區(qū)域，以減少噪聲對辦公人員干擾。

2)檢修庫內(nèi)各測點(diǎn)LAeq均未超過標(biāo)準(zhǔn)限值，但125～250 Hz頻率范圍內(nèi)噪聲帶給人的煩惱度明顯高于其他頻段，存在嚴(yán)重低頻噪聲影響。

3)上蓋司機(jī)公寓收、發(fā)車2個時段下，LAeq均超出2次結(jié)構(gòu)噪聲環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)限值，對公寓居民睡眠產(chǎn)生不良影響。結(jié)構(gòu)振動引起噪聲主要頻率范圍為16～250 Hz，具有明顯低頻特征，其中250 Hz頻段超標(biāo)最嚴(yán)重，后續(xù)噪聲控制應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注。