城市地鐵與道路復合交通噪聲源識別方法研究

許雪記，徐文文，殷承啟，張 瑋，姜文靜，胡 婕

(1.華設設計集團股份有限公司，江蘇 南京 210014；2.江蘇省交通運輸環(huán)境保護工程技術研究中心，江蘇 南京 210014)

0 引言

隨著城鎮(zhèn)化進程不斷加快，大城市出行難問題越來越嚴重。與其他交通工具相比，城市軌道交通具有高速快捷、運輸量大、舒適安全、空間利用率高、環(huán)境污染低等優(yōu)勢，在解決城市交通擁堵問題時，成為大城市、特大城市優(yōu)先發(fā)展的公共基礎設施[1－2]，近年來，城市地鐵交通得到蓬勃發(fā)展。

隨著大城市軌道交通網(wǎng)絡的不斷發(fā)展，地鐵運力的不斷提升，地鐵、城市道路通行產(chǎn)生的聲環(huán)境問題引起了社會各界的普遍關注，尤其是地鐵高架路段，沿線用地開發(fā)強度大，軌道交通與沿線居民生活區(qū)距離接近，軌道交通高架段對沿線居民日常生活的干擾程度有增加趨勢[3－5]。周寧暉等[6]對南京地鐵1號線高架段、車廂內和站臺上環(huán)境噪聲進行了調查，并將地鐵與城市快速路的噪聲貢獻值進行對比分析；沈曼莉等[7]用現(xiàn)場實測方法，檢測了沈陽1號線地鐵列車運行時車廂內、站臺上以及地鐵站外環(huán)境噪聲最大值；黃述芳等[8]對北京地鐵5號線地下線路風亭和冷卻塔周圍11 處聲環(huán)境敏感點進行了噪聲監(jiān)測，并分析了地鐵對于交通噪聲的增量；陳正英等[9]對蘇州軌道交通1號線敏感點噪聲進行了監(jiān)測，結果表明實測噪聲值對背景噪聲的增量在3～6 dB（A）之間；吳云霞[10]對成都地鐵2號線高架段的噪聲特性進行了研究，并分析了Canda/A 軟件在地鐵噪聲預測中的適用性。

現(xiàn)階段城市地鐵高架段與城市主干道、快速路等不可避免的存在并行現(xiàn)象，此類復合交通噪聲的影響，在針對某種單一噪聲源采取降噪措施后，對聲環(huán)境敏感點的影響并未顯著降低，造成了環(huán)保投資與環(huán)境效益不匹配的現(xiàn)象。本文以某市地鐵高架段為例，針對城市地鐵與地面道路并行路段，提出監(jiān)測以及軟件模擬的方法，識別出噪聲影響較大的聲源，為有效聚焦噪聲防治的主要方向、實現(xiàn)最小工程投資下的最大環(huán)境效益提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 城市地鐵與地面道路復合噪聲源的識別方法

在某市地鐵高架段區(qū)間選取敏感點1～6 處開展噪聲源識別，各敏感點的主要地面道路噪聲源見表1。針對上述敏感點，選擇部分敏感點采用多通道間斷性噪聲監(jiān)測、交通量與噪聲值耦合性監(jiān)測、噪聲仿真模擬預測、特殊評價量監(jiān)測4種方法來進行主要噪聲源識別。

表1 地面道路噪聲源

（1）多通道間斷性噪聲監(jiān)測

利用多個聲級計同步監(jiān)測，不同聲級計采集相對應的聲源噪聲，監(jiān)測時段根據(jù)不同交通方式的運行特征呈間斷分布，最終運用噪聲疊加原理分解出目標噪聲值。

（2）交通量與噪聲值耦合性監(jiān)測

交通量與噪聲值同步監(jiān)測，通過回歸擬合分析不同交通方式的交通量與整體環(huán)境噪聲的耦合關系，判斷出主要噪聲源。

（3）噪聲仿真模擬預測

通過Cadna/A 噪聲模擬軟件將不同交通方式的交通量以及地形數(shù)據(jù)錄入，模擬出不同交通源。

（4）特殊評價量模擬

針對交通噪聲，一般使用等效聲級LAeq作為評價指標，但是對于復合交通，有必要分析最大聲級Lmax以及列車通過時聲級LAeq(t)，并將特殊評價量與標準評價量進行數(shù)據(jù)對比。

1.2 噪聲仿真模擬模型

（1）Cadna/A 軟件

Cadna/A 軟件是一套得到我國環(huán)保部門認證的噪聲計算軟件，集成了HJ 2.4 — 2009,Schall03,ISO 9613，RLS—90 等標準，在軌道交通運輸部門和公路交通等方面廣泛應用，分析計算三維模擬區(qū)域聲級分布優(yōu)勢突出。本次使用的為德國Schall03 模式[11]。

（2）模型驗證

采用噪聲仿真模擬軟件Cadna/A 開展軌道交通預測模擬前，需先驗證Cadna/A 用于軌道交通預測的適用性，本文在晝間及夜間選取地鐵高架段沿線56 處敏感點有地鐵通過的時段開展噪聲監(jiān)測，用積分聲級計連續(xù)1 h 測量等效連續(xù)A 聲級，每個點位監(jiān)測2 d，每晝夜各監(jiān)測1 次，再將Cadna/A 仿真的噪聲預測值與對應點位的噪聲實測平均值利用SPSS 軟件進行T 檢驗，以探討Cadna/A 用于軌道交通預測的適用性。

2 結果與討論

2.1 多通道間斷性噪聲監(jiān)測結果分析

分別選取敏感點1～4 以及敏感點6 開展無列車經(jīng)過時的噪聲現(xiàn)狀值監(jiān)測，該5 處監(jiān)測點覆蓋了3條地面道路污染源。并對噪聲監(jiān)測結果進行分析。

（1）和平路沿線敏感點1，2 監(jiān)測點。敏感點1處和平路噪聲監(jiān)測值與地鐵噪聲差值范圍在0.4～3.5 dB(A)，敏感點2 差值范圍在0.2～6.9 dB(A)，可以看出龍華和平路沿線敏感點，道路噪聲貢獻高于地鐵噪聲貢獻，地面道路為主要噪聲源。

（2）騰龍路沿線敏感點3，4。敏感點3 處騰龍路噪聲監(jiān)測值與地鐵噪聲差值范圍在－9.8～－5.9 dB（A），敏感點4 監(jiān)測點差值范圍在5.4～5.9 dB（A），對于敏感點3，地鐵是其主要噪聲源；而敏感點4 由于其處于地鐵站處，軌道交通行駛速度較慢，且地鐵站有一定的遮擋作用，此外由于現(xiàn)場條件，在現(xiàn)場監(jiān)測時，噪聲監(jiān)測未正對著軌道交通，而是從敏感點側方進行監(jiān)測，綜合上述原因導致對于敏感點4，地面道路是其主要噪聲源。

（3）民塘路沿線敏感點6。敏感點6 的民塘路噪聲貢獻與地鐵噪聲差值范圍在－2.3～0 dB(A)，因此對于敏感點6，地鐵是其主要噪聲源。

2.2 交通量與噪聲值耦合性監(jiān)測結果分析

項目組于地鐵二期沿線敏感點1（區(qū)間1，和平路）、敏感點5（區(qū)間2，騰龍路）、敏感點6（區(qū)間3，民塘路）開展24 h 噪聲值監(jiān)測，并記錄24 h 道路車流量以及地鐵車流量。選取3 處24 h 監(jiān)測點地鐵運營時的噪聲監(jiān)測值與地面道路交通量進行線性擬合，擬合情況見圖1～圖3。由圖1～圖3可知：

（1）敏感點1 的噪聲監(jiān)測值與和平路車流量高度正相關，相關系數(shù)達到0.84，與地鐵車流量相關系數(shù)為0.433，結合現(xiàn)場觀測可知和平路車流量較高，最高可超過10 000 輛/h，因此可認為對于敏感點1監(jiān)測點，和平路是其主要噪聲污染源。

（2）與2.1 節(jié)中的敏感點3 不同，敏感點5 雖然也位于區(qū)間2 內，但距離騰龍路更接近，其噪聲監(jiān)測值與騰龍路車流量呈正相關，相關系數(shù)為0.44，與地鐵車流量也呈正相關，相關系數(shù)為0.47。現(xiàn)場觀測時，騰龍路相比于地鐵更接近敏感點，但車流量較低，因此對于敏感點5，地鐵以及騰龍路均產(chǎn)生一定的影響，影響程度相當。綜合來看，對于騰龍路沿線敏感點，由于騰龍路交通量較低，且騰龍路與軌道交通處于并列的位置關系，除地鐵站處敏感點外，距離騰龍路更近的敏感點，地面道路是主要噪聲源，相比地鐵的噪聲影響更大。

（3）對于敏感點6，可以看出，民塘路車流量與噪聲監(jiān)測值之間無明顯的相關性，與地鐵車流量呈正相關，相關系數(shù)為0.56，結合現(xiàn)場觀測可知民塘路車流量較少，因此可認為對于敏感點6，其地鐵噪聲貢獻值高于地面道路。

上述3 處敏感點的監(jiān)測分析結論與2.1 節(jié)相吻合。

圖1 敏感點1 噪聲監(jiān)測值與地面交通量擬合曲線

圖2 敏感點5 噪聲監(jiān)測值與地面交通量擬合曲線

圖3 敏感點6 噪聲監(jiān)測值與地面交通量擬合曲線

2.3 噪聲仿真模擬預測結果分析

2.3.1 模型驗證結果

選取某市地鐵高架段沿線56 處敏感點進行噪聲軟件預測及現(xiàn)場實測，將噪聲模擬值與實測值進行對比，各監(jiān)測點位處的晝間模擬聲級與實測聲級的偏差絕對值的平均值為1.7 dB(A)，夜間模擬聲級與實測聲級的偏差絕對值的平均值為1.5 dB(A)。因此，本次采用的計算模型的模擬結果與實際情況偏差較?。? dB（A）以內）。預測值與監(jiān)測值配對樣本T檢驗結果見表2 和表3，由表2 和表3可以看出在顯著性水平為0.05 時，晝間、夜間相伴概率Sig=0.000 ＜0.05，拒絕原假設，可認為實測值和模型預測值具有明顯的相關性。由配對樣本T 檢驗結果可知，實測值、預測值晝夜配對樣本T 檢驗的相伴概率Sig分別為0.121 和0.122，均大于0.05，應接受原假設，可認為互相配對的2 組數(shù)據(jù)沒有顯著性差異，即晝夜的預測值與監(jiān)測值無顯著性差異，因此Cadna/A軟件預測某市地鐵噪聲現(xiàn)狀是可信的。

表2 晝夜成對樣本相關系數(shù)1

表3 晝夜成對樣本檢驗2

2.3.2 結果分析

以敏感點3，5為對象，以區(qū)域地形圖為基礎，利用Cadna/A 預測模型摸清軌道交通沿線噪聲影響現(xiàn)狀。

（1）敏感點3

敏感點3位于區(qū)間2 內，現(xiàn)已建4 棟建筑，其中首排建筑分別為30 層和33 層，3 樓以上為居民區(qū)，主要地面道路噪聲源為騰龍路。地鐵與地面道路的噪聲模擬結果見表4。由表4可以看出，除了1 樓由于聲影區(qū)衰減導致地鐵影響小于道路的影響外，其余樓層因地鐵產(chǎn)生的噪聲影響均高于道路，可以看出對于敏感點3，差值范圍為5.0～6.9 dB（A），地鐵是其最主要的噪聲污染源，影響程度顯著高于騰龍路，結論與2.1 節(jié)一致。

表4 敏感點3 現(xiàn)狀噪聲模擬結果 dB（A）

（2）敏感點6

敏感點6位于區(qū)間3 內，首排為3 棟30 層居民區(qū)，1～5 層為商鋪，敏感點范圍內基本無聲屏障遮擋，主要地面道路噪聲源為民塘路，地鐵與地面道路的噪聲模擬見表5。由表5可以看出，與敏感點3 相同，除了1 樓由于聲影區(qū)衰減導致地鐵影響小于道路的影響外，其余樓層因地鐵產(chǎn)生的噪聲影響均高于道路，差值范圍為0～1.6 dB（A），可以看出對于敏感點6，地鐵的噪聲影響程度略高于民塘路，結論與2.1 節(jié)一致。

表5 敏感點6 現(xiàn)狀噪聲模擬結果 dB（A）

2.4 3種方式適用性分析

上文提到的多通道間斷性噪聲監(jiān)測、交通量與噪聲值耦合性結果監(jiān)測以及噪聲仿真模擬預測的優(yōu)缺點見表6。

表6 3種噪聲源識別方法對比

2.5 特殊評價量

雖然軌道交通噪聲的主要評價量是等效連續(xù)A計權聲級，但運行列車是間歇性噪聲，有無列車通過時的聲壓級相差較大，軌道交通噪聲具有暫時性和間歇性等特點，軌道列車行駛速度較快，因此地鐵周邊受其噪聲一次性影響時間較短。考慮本項目列車駛過時間為6.3 s 左右，通過將車流量進行等效換算，模擬出列車駛過時的噪聲級，以敏感點6為例，敏感點6 處列車駛過聲級在74.9～77.7 dB （A），與等效噪聲Leq的差值在16.7～20.2 dB（A），由此可知地鐵通過時段的噪聲影響較大，進行噪聲控制時應注意地鐵駛過時的噪聲影響。

3 結論

（1）根據(jù)現(xiàn)階段城市地鐵高架段與城市主干道、快速等地面道路并行現(xiàn)象較多，降噪措施缺乏針對性的情況，提出多通道間斷性噪聲監(jiān)測、交通量與噪聲值耦合性結果監(jiān)測以及噪聲仿真模擬預測等3種城市地鐵與道路復合交通噪聲源識別方法。

（2）多通道間斷性噪聲監(jiān)測方法限制因素較多，但其操作簡單，適用于單一敏感點且周圍其他噪聲源較少的情況：交通量與噪聲值耦合性結果監(jiān)測方法限制因素低于多通道間斷性噪聲監(jiān)測，且更準確，但是在城市建成區(qū)內實施難度較大，適用于單一或多個敏感點且周圍交叉路口較少的情況：噪聲仿真模擬預測方法準確性最高，且可以獲得詳細的噪聲預測值，宜用于區(qū)域性主要交通噪聲源辨別以及降噪效果分析等情況。

（3）對于城市復合交通，應注意列車通過時段的最大聲級Lmax以及列車通過時等效聲級LAeq(t)，以敏感點6為例，可以看出對于軌道交通，地鐵通過時段的噪聲影響較大，進行噪聲控制時應注意地鐵駛過時的噪聲影響。