中國城市軌道交通的光、氣、聲優(yōu)化思路

徐瑞

[摘 要]改革開放以來，中國交通的高速、高架、地鐵、快軌等立體交通的大規(guī)模建設(shè)，極大地促進(jìn)了社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展。作為一種特殊地下空間建設(shè)項目，城市軌道交通建設(shè)已經(jīng)成為改革開放前三十年中國從首都到各一線城市國際化的符號性標(biāo)志。隨著新一輪改革的深入推進(jìn)，作為緩解現(xiàn)代城市公共交通擁堵的重要手段，城市軌道交通也將繼續(xù)成為與今后中國新城鎮(zhèn)化建設(shè)配套的拓展性方向。在慶賀建設(shè)成績的同時，應(yīng)該看到，中國的城市軌道交通設(shè)計與建設(shè)實踐，雖然取得了大量專業(yè)提升，但主要部分是發(fā)達(dá)國家城市軌道交通建設(shè)經(jīng)驗、技術(shù)、設(shè)備的繼承，中國的城市軌道交通建設(shè)自有技術(shù)創(chuàng)新，仍處于局部摸索與調(diào)整過程中。尤其對城市軌道交通建成后的運行、維護(hù)缺乏深度提升，對交通樞紐車站的空間設(shè)計和乘車舒適度和安全隱患缺乏深度研究。其中，光、氣、聲三個環(huán)節(jié)是比較大的薄弱點。文章擬就此問題提出相關(guān)建設(shè)性思路。

[關(guān)鍵詞]軌道交通；光環(huán)境；氣環(huán)境；聲環(huán)境；優(yōu)化定位

[DOI]10. 13939/j. cnki. zgsc. 2016. 06. 121

1 問題的提出

十八大以來，在肯定改革開放總成績的基礎(chǔ)上，黨中央正著力糾正追求短期效應(yīng)，糾正急功近利政績觀，糾正城鎮(zhèn)化過程的浮躁之風(fēng)?；谶@種可持續(xù)的科學(xué)建設(shè)理念，我們可以直面中國城市軌道交通高速建設(shè)過程中被忽略的薄弱點，探尋進(jìn)一步優(yōu)化提升之道。光、氣、聲作為建筑環(huán)境學(xué)的核心內(nèi)容，是城市軌道交通最直觀的呈現(xiàn)，是城市居民最容易感受的空間要素，其合理性的高低，直接影響城市軌道交通運維環(huán)境優(yōu)劣與乘車舒適度。據(jù)觀察，中國大多數(shù)城市軌道交通在此三個環(huán)節(jié)的具體實踐，尚存在以下方面亟待優(yōu)化的問題。

1. 1 光環(huán)境問題

1. 1. 1 光環(huán)境影響

光是太陽能量的直接體現(xiàn)，是人眼可觀察到的一種輻射電磁波。人類古老的宗教故事大多含有科學(xué)的基因，《圣經(jīng)》第一章創(chuàng)世紀(jì)描述，“上帝創(chuàng)造世界的第一天是造光”。這個描述間接反映了光是地球生命的來源之一，反映了所有地球生物的趨光性本能。光是人類生活的依據(jù)，是建筑空間信息的最重要傳播媒質(zhì)。

1. 1. 2 地鐵光環(huán)境薄弱表現(xiàn)

地下城市軌道交通環(huán)境二十四小時不見自然光，“造光”也是地鐵建設(shè)的第一要素。與地面太陽平行光照不同，地鐵空間內(nèi)的人工光源會產(chǎn)生更多偏振和變化。因此燈光環(huán)境照明系統(tǒng)的設(shè)計布局直接影響著列車駕駛員和乘客在地鐵運維環(huán)境中的情緒、健康、安全以及車站整體裝飾效果。由于受比較落后的地面光環(huán)境設(shè)計理念影響，國內(nèi)地鐵對光環(huán)境的關(guān)注仍然停留在功能性照明層面，多數(shù)布局為吊頂式的功能性照明，對地鐵照明的特殊性研究不夠，空間照明形式與地面同樣粗放雷同，再加上國內(nèi)建筑環(huán)境不如西方傳統(tǒng)性的重視一定比例的地光、側(cè)光以及藝術(shù)照明，由此造成地鐵照明環(huán)境的眩光、頂部高光壓力以及明暗對比失調(diào)等現(xiàn)象，直接加大了乘客視覺壓力、添加了煩躁情緒，渲染了地鐵的非自然建筑氛圍；降低了地鐵環(huán)境科技?xì)夥找约皞鬟_(dá)地域文化等方面的作用；相比發(fā)達(dá)國家地鐵，對地光和側(cè)光的忽略降低了乘車溫馨指數(shù)。隧道內(nèi)行車信號燈不注意調(diào)節(jié)照明方向，常造成駕駛員視覺疲勞、犯困。不合理的各色廣告燈箱造成的眩光，不符合綠色照明理念，同時也影響了地鐵空間商業(yè)價值的提升。

1. 2 氣環(huán)境問題

1. 2. 1 氣環(huán)境影響

新鮮空氣是人類賴以生存的“后天之本”，無論在豪華或普通的環(huán)境，無論營養(yǎng)供給有多高，只要停止供給人類呼吸空氣，大腦在3、5分鐘內(nèi)立刻缺氧死亡，生命即告消失。因此地鐵空間作為相對封閉的特殊環(huán)境，必須把調(diào)節(jié)新鮮空氣作為光照之外的第二運營要素。在法國科學(xué)家拉瓦錫通過實驗首先得出空氣是由氧氣和氮氣組成的結(jié)論之前，人們普遍視空氣為單一物質(zhì)，認(rèn)為只要不存在呼吸系統(tǒng)障礙，對空氣質(zhì)量和成分的變化不用太敏感，這種意識也影響到了現(xiàn)代城市建設(shè)和建筑的多種弊端。城市軌道交通相對封閉的特殊環(huán)境，自然通風(fēng)不足，通過空調(diào)系統(tǒng)調(diào)節(jié)溫濕度，不利于空氣污染物稀釋，又因缺乏日光照射，人群密集、流動性大，易引起疾病傳播。地鐵運行產(chǎn)生的金屬粉塵鉻、錳、鐵是重要污染源；地鐵系統(tǒng)地表之下土壤可釋放氡氣，存在一定程度的氡污染；隧道內(nèi)空氣主要通過隧道通風(fēng)設(shè)備攝取地面空氣，在通風(fēng)過程中可能出現(xiàn)二次污染。

1. 2. 2 地鐵氣環(huán)境薄弱表現(xiàn)

目前國內(nèi)建筑也對空氣質(zhì)量的重視程度和處理措施設(shè)計，處于一般“不缺氧”層面。很多地鐵車站和車廂內(nèi)忽略了對空氣設(shè)備的關(guān)鍵投資和設(shè)計優(yōu)化研究，并未考慮到中國人口眾多，車廂擁擠的實際情況。沿用國外理想乘客人數(shù)呼吸空氣量設(shè)計，而在實際運行中，尤其上下班高峰時段的超量擁擠乘客，不僅通風(fēng)量明顯不足，熱量遞增，還導(dǎo)致車廂和站臺空氣混濁，溫度升高。同時因鼓風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計不周全，空氣凈化設(shè)備不夠先進(jìn)，新風(fēng)流向設(shè)計不合理，整個地鐵空間成了影響健康和情緒的負(fù)面氣場。根據(jù)實際檢測，地鐵內(nèi)PM2. 5濃度大大高于地面空氣中PM2. 5濃度。還有一些城市將衛(wèi)生間建在車站內(nèi)，又未安裝強(qiáng)力抽風(fēng)設(shè)備，衛(wèi)生間污穢分子運動、微生物污染輕易即進(jìn)入地鐵整體空氣循環(huán)系統(tǒng)，加重了空氣質(zhì)量污染。

1. 3 聲環(huán)境問題

1. 3. 1 聲環(huán)境影響

聲環(huán)境是指人們生活的聽覺環(huán)境，聲環(huán)境的品質(zhì)優(yōu)良與否直接關(guān)系到我們的生活的品質(zhì)。地鐵隧道空間較小，主要噪聲來源包括列車在高速運行中和鐵軌之間產(chǎn)生摩擦產(chǎn)生的噪聲、列車主體振動產(chǎn)生的噪聲、列車運行對周圍建筑結(jié)構(gòu)振動產(chǎn)生的噪聲、列車的鳴笛聲、人群發(fā)出的噪聲和設(shè)備運轉(zhuǎn)的噪聲等，這些噪聲在狹小的隧道空間內(nèi)混響，造成人們“習(xí)以為?！钡穆暡ㄎ廴?。聲波環(huán)境是室內(nèi)建筑品質(zhì)高低的一個重要區(qū)別標(biāo)志，公共建筑通常應(yīng)極其重視消聲吸音的處理，以創(chuàng)造靜謐溫馨的氛圍。地鐵交通系統(tǒng)整體位于地下，其聲環(huán)境的質(zhì)量對從業(yè)人員和乘客的身心健康尤為重要。

1. 3. 2 地鐵聲環(huán)境薄弱表現(xiàn)

深入研究傳遞聲波的建筑空間和材料介質(zhì)，有效降低噪聲，優(yōu)化運營過程的聲環(huán)境質(zhì)量是地鐵建設(shè)必需的一個特殊環(huán)節(jié)，但因為國人素質(zhì)以及文化差別等歷史原因和認(rèn)識原因，創(chuàng)造和諧聲場的工作往往容易被一般化處理。一種觀念認(rèn)為，地鐵列車高速運行所產(chǎn)生的環(huán)境噪聲是無法避免的要素，無須尋找解決辦法，唯有忍受；還有一種觀點認(rèn)為，中國人喜歡熱鬧，對地鐵內(nèi)其他噪聲源，如車站廣播通知音量、音樂背景音量以及廣告音量等因素的控制消減無須特別重視。諸如此類認(rèn)識誤區(qū)，導(dǎo)致目前很多國內(nèi)地鐵的乘車及候車環(huán)境噪聲擾人；車站和車廂裝修材質(zhì)普遍偏硬，更反射各類次聲波和高頻噪聲刺激乘客聽覺，使處于高速運行環(huán)境中本來就具有無意識煩躁情緒的乘客更加不安。設(shè)計和建設(shè)人員面對車輛運行及設(shè)備產(chǎn)生的工作噪聲和人流噪聲，熟“聽”無聞、聽而不聞，缺乏有效弱化處理。優(yōu)化改善地鐵空間的聲環(huán)境成為亟待解決的重要課題。

上述光、氣、聲要素的薄弱問題，目前在工程和學(xué)界雖有零星關(guān)注，但尚無系統(tǒng)化的研究，更無整體關(guān)聯(lián)的專題化研究。由于缺乏有效處理措施，加之中國地鐵軌道交通流量超常巨大，乘客容易因光污染而情緒煩躁激動，容易因空氣混濁而呼吸不暢情緒不爽，容易因噪聲刺激引起莫名緊張。這些被忽略的薄弱環(huán)節(jié)經(jīng)常以負(fù)面形式提示我們：地鐵乘客之間煩悶口角、亂扔垃圾、動作粗野、擠破屏蔽門、動輒投訴運維質(zhì)量等現(xiàn)象成為常態(tài)，甚至有人選擇地鐵空間自殺、擅自拉動緊急制動閘……簡言之，對光、氣、聲的忽略，不僅會造成工程、運營隱患，也容易成為模糊安全隱患，有必要盡快優(yōu)化相關(guān)環(huán)節(jié)。

2 優(yōu)化定位

2. 1 基于歷史的優(yōu)化定位

從世界上第一條地鐵于1863年在倫敦建成至今，全球城市快速軌道交通的發(fā)展已積累了152年歷史，但作為特定的城市建筑空間類型，相比居住、商業(yè)、辦公等建筑類型，其建筑發(fā)展史非常短暫，其建筑空間特征并未形成一種較為穩(wěn)定的公認(rèn)的“形制”，這給我們提供了梳理與提煉的巨大空間和優(yōu)化自信。

2. 2 基于人體與環(huán)境關(guān)系的優(yōu)化定位

目前的地下交通環(huán)境在物理條件（光線、空氣、聲音、溫度、材料）和心理條件（視線、行為、溝通）等方面尚不夠理想。人們在封閉的地鐵空間環(huán)境中，容易產(chǎn)生安全顧慮和煩躁心理。對軌道交通的優(yōu)化，需要環(huán)境心理學(xué)和人體工程學(xué)的思考。

2. 3 基于符號學(xué)的優(yōu)化定位

符號是以某種物質(zhì)信息承載的社會文化的集合。符號的使用是人類文明走向成熟的標(biāo)志。地鐵不僅僅象征一個單純的交通建設(shè)項目，而是要通過冰冷的鋼筋水泥和設(shè)備體現(xiàn)火熱的經(jīng)濟(jì)發(fā)展指向，是溫馨中國夢在城鎮(zhèn)化過程中的象征體現(xiàn)。軌道交通的優(yōu)化，需要符號學(xué)參與標(biāo)識性引導(dǎo)。

3 優(yōu)化方向

3. 1 地鐵光環(huán)境優(yōu)化

深入分析技術(shù)指標(biāo)在營造光環(huán)境中的具體運用與細(xì)微差別，其中是地鐵光環(huán)境優(yōu)化的前提：

（1）色溫：色溫是反映照明環(huán)境顏色的技術(shù)參數(shù)。低于3000K為暖光環(huán)境，高于5000K為冷光環(huán)境。色溫對空間大基調(diào)的影響很大。這就要求地鐵設(shè)計需要精心選擇光源，才能消除地下空間壓抑閉塞感，并營造不同功能區(qū)的氛圍。

（2）顯色性：反映人工光接近自然光的程度。顯色性越高，越近于自然舒適。重點空間如售票區(qū)和站臺區(qū)，以及地鐵工作人員長時間身處的管理控制用房，光源的顯色性都應(yīng)認(rèn)真分析比選。適當(dāng)點綴穿插顯色性好的光源，對光的優(yōu)化作用巨大。

（3）照度：特指單位面積內(nèi)入射光的量（lux，LX），反映明亮程度，直接影響人的交通心理。應(yīng)根據(jù)功能設(shè)計不同區(qū)域的照度，如站臺大部分空間照度應(yīng)控制在150～200LX。票務(wù)室、信號控制室等管理控制空間的設(shè)計照度為300LX，以滿足運營管理。出入口照度應(yīng)定為350LX左右，消除地面與地下過渡的視覺差距。

（4）均勻度：指照明均勻程度。光照均勻的空間，效果明快，公共性強(qiáng)；光照不均勻的設(shè)計則感覺含蓄、神秘。如在無須人流停留部分可將照度有意降低為150lx以下，并通過不均勻度造成照明感覺不適，使人流盡快向照度較好的區(qū)域移動，等等。這就是光環(huán)境的引導(dǎo)作用。

（5）眩光：指光源直射時，通過不同物體不同角度形成折射面，光線匯集成不規(guī)則強(qiáng)光，直射到入眼，使人的視覺產(chǎn)生強(qiáng)烈的不適反應(yīng)。地鐵照明設(shè)計應(yīng)考慮信號燈與人眼平行的后果、濫用廣告燈箱等眩光的影響。

（6）其他：除了一般通用緊急疏散應(yīng)急照明，為適應(yīng)地鐵特殊性，應(yīng)增加獨立的安全通道指示等系統(tǒng)，在緊急時期照度驟然降低時產(chǎn)生引導(dǎo)效果。此外，車站光環(huán)境設(shè)計還應(yīng)考慮白天、夜晚、停運清潔等不同時段，分區(qū)布光，滿足不同需要，節(jié)省能耗。再適當(dāng)設(shè)置紫外線燈，嚴(yán)格管理，定期在地鐵停運時間使用，可有效避免因通風(fēng)不良和潮濕而滋生病菌。

（7）前瞻：將自然陽光導(dǎo)入地下空間的拓展技術(shù)，日、德、美國等已有先例，技術(shù)簡單可行。用導(dǎo)光纖維將室外日光導(dǎo)入地下空間的環(huán)保照明，具有顯色性高、減少能、視覺舒適等優(yōu)點。

3. 2 地鐵氣環(huán)境優(yōu)化

3. 2. 1 與空氣質(zhì)量有關(guān)的溫度控制

地鐵中的中央空調(diào)微環(huán)境問題普遍存在夏季與冬季的“熱”“冷”差異。提供冷量過小，難以滿足舒適性要求；過大幅度增加冷負(fù)荷，又會因溫度過低而偏離人體舒適區(qū)，也使人難以接受。夏季地鐵空間微氣候調(diào)控的過冷和過熱問題，乘客不滿率比冬季更高。必須實時監(jiān)控地鐵空間和運營列車的微氣候環(huán)境，利用智能自動化系統(tǒng)調(diào)節(jié)。

3. 2. 2 與空氣質(zhì)量有關(guān)的相對濕度

地下空間內(nèi)水蒸氣含量高，相對濕度大、熱濕比高，不利于營造良好的微氣候環(huán)境。過于低溫潮濕，乘客容易著涼，發(fā)生支氣管炎及風(fēng)濕性疾病。而高溫潮濕的微氣候環(huán)境會妨礙散熱，使體溫調(diào)節(jié)出現(xiàn)障礙。冬季地鐵相對濕度很低，非常干燥。夏季地鐵相對濕度比較適中，基本在ISO 7730規(guī)定的30%～80%的舒適區(qū)間之內(nèi)，不易使人產(chǎn)生潮濕的不適感。通風(fēng)減濕、升溫減濕即利用地面干燥空氣置換地下空間潮濕空氣或提升溫度，其他還有采用固體、液體吸濕等方法；加濕手段則相對簡單。

3. 2. 3 與空氣質(zhì)量有關(guān)的通風(fēng)

從嚴(yán)格的地下空間空氣品質(zhì)要求出發(fā)，必須將污染物直接從污染源排除，使新鮮潔凈的空氣直接輸入地下。這就需要在以下幾個方面優(yōu)化：

一是整體置換空氣：將新鮮空氣直接下送，使新鮮空氣以較小的擾動通過工作區(qū)，卷吸室內(nèi)部分熱量和污穢空氣，在后續(xù)送風(fēng)推動下，定向升至排風(fēng)口排出。置換通風(fēng)方式使污染物最快排除，最大限度地向工作區(qū)提供清潔空氣，以清潔空氣置換污染空氣，以最節(jié)能的方式使工作區(qū)溫濕度及舒適性得到滿足。

二是污染源頭控制：室內(nèi)裝飾裝修材料是公認(rèn)的最大污染源，應(yīng)嚴(yán)格控制建筑材料品質(zhì)，盡量使用無污染或低污染材料。必須使用含污染物的建筑材料時，必須進(jìn)行預(yù)處理，盡力減輕污染物揮發(fā)濃度。

三是必須隔離產(chǎn)生污染物的空間（如柴油發(fā)電機(jī)室、蓄電池室、衛(wèi)生間等），防止污染空氣在建筑物內(nèi)產(chǎn)生交叉污染。應(yīng)定期在空氣污染嚴(yán)重的區(qū)域強(qiáng)化換氣。

3. 3 聲環(huán)境優(yōu)化

地鐵站內(nèi)聲場分布為非擴(kuò)散聲場，區(qū)間內(nèi)聲源為線型聲源，地鐵車輛同行尤其是到站，以及環(huán)控設(shè)備運轉(zhuǎn)都會產(chǎn)生較大噪聲，且噪聲以低、中頻噪聲為主。

地鐵噪聲污染的防治和控制，有一個基本標(biāo)準(zhǔn)，即站臺聲壓級LP（A）<60dB，混響時間T60<1. 5秒。達(dá)不到此標(biāo)準(zhǔn)，將使站內(nèi)人員產(chǎn)生不良生理反應(yīng)，無法保證清晰的對話溝通。因此，采用隔聲構(gòu)造設(shè)計，投資必要的吸聲、隔聲設(shè)備，是控制噪聲的重要手段。

3. 3. 1 聲場空間優(yōu)化

站臺設(shè)置屏蔽門，將車輛通行區(qū)與站臺分隔；提高設(shè)備管理區(qū)和公共區(qū)之間隔斷墻的厚度和密實性；提高設(shè)備管理區(qū)和公共區(qū)之間門窗的氣密性，門內(nèi)加設(shè)隔音材料，玻璃采用防火的中空玻璃；通過必要的構(gòu)造做法減少設(shè)備管理區(qū)噪聲源和公共區(qū)之間的“聲橋”；構(gòu)造搭接、連接的部分，以軟性連接為主。以上設(shè)備和構(gòu)造措施因各種客觀原因不一定能夠采用和實施，而選用適當(dāng)?shù)牟牧线M(jìn)行吸聲和隔聲是切實可行的手段。

3. 3. 2 吸聲涂料優(yōu)化

地鐵建筑主材是鋼結(jié)構(gòu)和混凝土，以及各種硬質(zhì)裝修材料，這些材料吸聲力弱?？尚械膬?yōu)化方式，是在隧道頂棚、墻面等較大面積聲音反射部位，采用帶吸聲紙的穿孔金屬板吊頂和吸聲涂料進(jìn)行吸聲處理。由于吸聲涂料本身的結(jié)構(gòu)特點，涂覆與建筑結(jié)構(gòu)表面的吸聲涂料可以對列車運行振動噪聲起到有效的阻尼吸聲作用。需要指出的是，地鐵吸聲涂料應(yīng)避免使用目前市場銷售的一般吸聲材料，必須專門設(shè)計和特殊組配，集多種吸、消性能于一身。其性能必須符合環(huán)保要求；在-20℃～40℃溫度范圍內(nèi)均能保持良好黏彈性，能在很寬的溫度范圍內(nèi)對很寬音頻的聲波進(jìn)行有效吸收。

3. 3. 3 穿孔金屬板吊頂優(yōu)化

吊頂系統(tǒng)涉及聲學(xué)功能，尤其是“聲吸收”和“聲反射”這兩個特性。借助于吸聲孔和放置在板背面的吸聲材料使每一塊金屬面板非常容易地轉(zhuǎn)換成高度吸聲的聲學(xué)吊頂。金屬板后吸聲填充材料，有吸聲礦棉材料、纖維吸聲紙、密胺樹脂泡沫材料、吸聲羊毛和棉纖維等幾種。目前在地鐵車站等裝飾工程采用的一般是前兩種。吸聲礦棉材料是在穿孔金屬板后，填一層一定厚度內(nèi)含良好聲學(xué)性能的薄膜礦棉板，再在礦棉板背面（可見面）粘貼黑色或白色纖維紙，通過復(fù)合方式達(dá)到吸聲減噪的目的。纖維吸聲紙也稱無紡吸聲布，標(biāo)準(zhǔn)顏色為黑色，業(yè)界多采用德國產(chǎn)產(chǎn)品，直接粘貼在穿孔板背面，以纖維紙的良好聲學(xué)性能產(chǎn)生吸聲減噪作用。穿孔的大小和穿孔率對金屬板的聲學(xué)性能有所影響，過大過小將影響或失去吸聲減噪作用，并影響到裝飾效果的表達(dá)。

4 結(jié) 論

城市軌道交通是一個巨系統(tǒng)，涵蓋多種學(xué)科，涉及多元功能要求。因此這種優(yōu)化必須基于軌道交通系統(tǒng)與城市、生活、社會、經(jīng)濟(jì)的整體關(guān)系思路，以舒適、節(jié)能、環(huán)?？沙掷m(xù)優(yōu)化架構(gòu)，積極引入前沿智能化、數(shù)字化技術(shù)，融合環(huán)境學(xué)、統(tǒng)計學(xué)、心理學(xué)、符號學(xué)、社會學(xué)等多元理論，才能創(chuàng)造更為舒適宜人的中國城市軌道交通運維環(huán)境。

從觀念革新出發(fā)，應(yīng)當(dāng)把城市軌道交通的建設(shè)與運維作為一種文化，作為一種健康綠色舒適的出行方式與生活空間來對待。本文的思考價值，在于及時提高工程設(shè)計與施工的品質(zhì)，指導(dǎo)今后的一系列的優(yōu)化設(shè)計與施工；更重要的是，希望通過對薄弱環(huán)節(jié)的反思，通過對工程細(xì)節(jié)不斷優(yōu)化的強(qiáng)烈意識，促進(jìn)整體規(guī)劃、設(shè)計、施工的優(yōu)化、創(chuàng)新，從而使中國的城市軌道交通發(fā)揮出智慧城市、文化城市、科技城市、綠色城市、生活型城市建設(shè)的示范作用。