（光学工程专业论文）海淀黄庄站噪声分析与综合控制方法的研究.pdf

中文摘要 摘要：随着我国进入快速推进城市化发展的阶段，城市基础设施，特别是城市交 通设施与城市化发展的矛盾日益凸显。城市轨道交通以其通行能力大、速度快捷、 安全可靠的技术优势已成为缓解交通拥堵的重要方式。在我国，随着经济的发展 和人们生活水平的提高，地铁运行的振动及噪声问题也引起了相关部门的重视， 并已积极采取措施，以减少地铁运行时振动和噪声产生的负面影响。 本文首先通过对地铁噪声源进行研究，结合雍和宫站的实测数据，给出声源 在各个频率下的声压级值，从而为后续的控制措施研究奠定坚实的基础。本文主 要运用声学仿真软件r a y n o i s e 对黄庄站内运用吸声材料和改变屏蔽门的高度后对 站台噪声的影响进行仿真计算，最后得到不同状态下的声级衰减值，从而得出改 造措施实效性和经济性方面的结论。最后由前面的分析和结论，结合其他的各种 降噪措施，给出黄庄站站台噪声的综合治理方案。 关键词：海淀黄庄站；噪声；r a y n o i s e ；吸声材料；屏蔽门；衰减值 分类号：t b 5 3 3 a bs t r a c t a b s t r a c t ：s i n c ec h i n ae n t e r e dt h ed e v e l o p m e n ts t a g eo fr a p i du r b a n i z a t i o n , t h e c o n f l i c t i o nb e t w e e nd e v e l o p m e n ta n du r b a ni n f r a s t r u c t u r e , u r b a nt r a f f i cf a c i l i t i e si n p a r t i c u l a r , h a sb e c o m ei n c r e a s i n g l yc o n s p i c u o u s w i t hi t sl a r g ec a p a c i t y , f a s ts p e e d ，s a f e a n dr e l i a b l et e c h n o l o g y , u r b a nr a ilt r a n s i th a sa l r e a d yb e c o m ea ni m p o r t a n ts c h e m et o e a s et r a f f i cj a m s a l o n gw i t ht h ee c o n o m i cd e v e l o p m e n ta n dt h ei m p r o v e m e n to fl i v i n g s t a n d a r d s ，t h ev i b r a t i o na n dn o i s eo ft h eu r b a nr a ilt r a n s i ta t t r a c t sa t t e n t i o nt ot h e r e l e v a n td e p a r t m e n t s s o m ep o s i t i v es t e p sh a v ea l r e a d yb e e nt a k e nt or e d u c et h ei m p a c t o ft h ev i b r a t i o na n dn o i s e i nt h i sp a p e r , t h es o u n dp r e s s u r el e v e lo fe a c hf r e q u e n c yo fn o 5s u b w a yf i n e n o i s ei sp r e s e n t e dt h r o u g ht h el o n g - t e r mr e s e a r c ho ni ta n dt e s td a t ai ny o n g h e g o n g s t a t i o n t h i sa l s op r o v i d e saf i r mb a s e m e n tf o rt h ef o l l o w i n gr e s e a r c ho ft h en o i s e c o n t r 0 1 t oo b t a i nt h ei n s e r tl o s su n d e rd i f f e r e n tc o n d i t i o n sa n dt h ee f f i c i e n c yo fb o t h p r a c t i c a la n de c o n o m i c a l ，t h ei n f l u e n c eo fb o t ht h es o u n d a b s o r b i n gm a t e r i a lu s e da n d t h eh e i g h to ft h ep l a t f o r ms c r e e nd o o rc h a n g e di se s t i m a t e db yu s i n gt h es o f t w a r e r a y n o i s e a tl a s t ，p r o p o s a l sf o rn o i s ec o n t r o lo fh u a n g z h u a n gr a i l w a yp l a t f o r mi s p r e s e n t e db a s e do nf o r m e ra n a l y s i sa n dc o n c l u s i o nw h i c hi sa l s oac o m b i n a t i o no fn o i s e c o n t r o lm e t h o d so fb o t hd o m e s t i ca n da b r o a d k e y w o r d s ：h u a n g z h u a n gs t a t i o n ；n o i s e ；r a y n o i s e ；s o u n d - a b s o r b i n gm a t e r i a l ； p l a t f o r ms c r e e nd o o r ；d a m p i n gv a l u e c l a s s n o ：t b 5 3 3 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研 究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包含为获得北京交通大学或其他教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作 了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名殇 签字吼 学位论文作者签名：豫 签字日期： 5 9 年| 1 月b 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 提供阅览服务，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。 同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： 签字日期：知哆年5 月力日 | 别币签轹客翥乌c n vv 签字日期：2 n 9 年月f 1 日 致谢 本论文的工作是在我的导师宋雷鸣教授的悉心指导下完成的，宋雷鸣教授严 谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此衷心感谢二年来 宋雷鸣老师对我的关心和指导。 张新华老师悉心指导我们完成了实验室的科研工作，对于我的科研工作和论 文都提出了许多的宝贵意见，同时在学习上和生活上都给予了我很大的关心和帮 助，在此向张新华老师表示衷心的谢意。 在实验室工作及撰写论文期间，曾亮、沈艳祥等同学对我论文中的实验实施 过程给予了热情帮助，在此向他们表达我的感激之情。 感谢我的家人，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业。 1 1选题背景 1 引言 随着我国城市化进程的加快，城市人口和机动车的快速增加已大大超过城市 交通基础设施的最大承受能力，交通状况严重恶化。城市交通问题已经严重影响 城市功能的发挥和城市的可持续发展。地下铁道以其运量大、速度快、安全可靠、 准点舒适，可以在地面、高架和地下、半地下( o p e nc u t t i n g s ) 的轮轨上行驶等 特点已成为解决城市交通拥挤的有效措施船1 。但与此同时，地下铁道车站噪声问题 也引起了世界各国的普遍重视。在欧美等西方发达国家，此问题早已引起人们的 注意，并且把地铁振动噪音列为七大环境公害之一口1 。在我国，随着经济的发展 和人们生活水平的提高，地铁运行的振动及噪声问题也引起了相关部门的重视， 并已积极采取措施，以减少地铁运行振动和噪声所造成的影响。 地铁站是乘客及地铁工作人员的集中的区域，该区域噪声的对乘客及地铁工 作人员产生了较大的影响，目前国标g b1 4 2 2 7 2 0 0 6 一城市轨道交通车站站台声 学要求和测量方法对地铁站区噪声进行了明确的规定，列车进出站噪声不超过 8 0 d b a 的限值h 1 。地铁车站的噪声控制一直是一个难题，在列车进站或出站这两个 阶段中，车轮与轨道的碰撞、摩擦噪声、制动及设备运行噪声，使得候车区及工作 区的噪声升高，有些站台噪声高达8 8 d b ( a ) 左右，在给人们带来不舒适之外又带 来了语音不清楚等问题1 。噪声对人类带来的危害是非常大的。研究表明，5 0 分 贝左右的噪声会影响休息和睡眠，进而影响到人体正常的生理功能。噪声能引发 多种疾病，因此人们把噪声称为无形杀手。它的损害以神经系统症状最明显，会 出现头晕、头痛、失眠、易疲劳、爱激动、记忆力衰退、注意力不集中等症状， 并伴有耳鸣、听力减退1 。同时噪声还是造成心脏病和高血压的重要原因。 噪声对环境的污染和其他环境污染不同，声源在空气中发射的声波，对人们 的影响是局部的，它在环境中不积累、不持久，也不远距离传输，而且当声源停 止发声时，噪声会立即消失，只有当声源、声音传播的途径和听者同时存在，才 能对人们形成干扰。因此控制噪声必须从声源( 振动物体) 、传播途径和接受者这 三方面去考虑，把这三方面作为一个整体来研究，如图1 1 所示。即研究噪声发生 机理，从声源上根治噪声；在噪声传播途径上采取措施，控制噪声传播；在接收 点采取防护措施控制噪声 1 。 图1 1 噪声传播路径 f i 9 1 1p r o p a g a t i o n so ft h es o u r c e 随着北京地铁公共交通事业的发展，地铁线路不断延长，客流量不断增大， 建设低噪声的地铁车站，建立友好的地铁站区环境已成为地铁站区建设的发展趋 势。建设低噪声的车站，建立友好的乘车与工作环境，把轨道交通打造成“群众 满意工程”成为车站建设的重中之重。站台噪声的综合控制已经成为轨道交通建 设者研究的主要方向之一。 1 2 国内外研究现状 地铁站区的噪声可以采用多种措施进行综合控制，从而达到有效的噪声控制 措施。对于列车运行所产生的振动和噪声，采取的措施有：改善车辆、轨道的条 件；采用浮置结构；采用吸声结构、吸声材料及隔振材料；采用合理的建筑平面 设计等似卜h 幻。从噪声本身来说，从声源的角度进行噪声控制是一种最积极、最直 接的措施，但其投资较大，难度较高，目前主要从传播途径上利用隔声及吸声技 术进行噪声控制，并取得了良好的效果。目前国内外采取了多种多样的方法降低 地铁车辆的振动和噪声。 在国外，如新加坡、法国、德国、意大利等国家，在地铁减振要求高的地段 采用了弹性轨枕和浮置板轨道结构( 见图1 2 ) 。其减振效果比碎石道床轨道分别减 少l o - 2 0 d b n 3 卜d 习。浮置板造价昂贵，仅在需要特殊减振的地段使用。在我国香港、 上海、广州和北京等地的地铁在敏感地段都采取了一定的轨道减振技术，如短枕 科隆蛋技术、套靴轨枕块技术和浮置板道床技术。 图1 2 浮置板轨道结构 f i g1 2f l o a t i n gb o a r dt r a c ks t r u c t u r e 2 | e压至强_ 厶生亟士堂垃监gi 【 矗 在开本地铁窄轨线路( 主要轨距为l0 6 7r a m ) 1 6 0 m 轨面上使用了k e l t r a c k 。一 种水基轨面摩擦改良剂，使噪声水平下降了9 5 d b ，从最初的7 26 d b 降至 6 3 1 d b 。 维也纳地铁站采用了吸声材料在降低地铁噪声的同时也改善了地铁站内的传 声质量，提高了站内工作人员及乘客的工作质量“”。图1 3 为维也纳地铁的吸声 材料的使用状况。 圈13 维也纳地铁站 f i g l3s u b w a ys t a t i o n o f v i 即n a 近几年来香港地铁公司在尖沙嘴、左敦等处的地铁站使用了吸声材料并安装 了具有防护兼隔音性能的屏障门系统，在滑动门未开启时，列车进站或离站阶段大 厅内噪声仅有5 0d b ( a ) 左右，深受人们欢迎。上海地铁徐家汇地铁站安装了屏蔽门 系统后列车进站时，站台东侧最大噪声降低了1 6 d b a ，站台西侧降低了1 8 d b ( a ) ， 取得了很好的降噪效果，可见屏蔽门系统可有效降低了站台噪声，改善乘车环境。 目前北京地铁5 号线已采用了屏蔽门系统。 在地铁使j l 吸声材料及隔声技术进行地铁站区的噪声控制，可以有效地降低 车站内的噪声，改善乘车环境，同时站区内应用吸声材料后可以有效地降低站区 的混响时问，提高站区的语音清晰度，这将是令后站区噪声控制发胜的l | 要方向 之一。 13 论文的主要内容及学术和经济意义 本课题采用现场实测和理论仿真分析相结合的方式进行。首先对地铁站台噪 声源等效连续声缴、所选用吸声材料的吸声系数进行测试与分析：同时在不同的 设计方案下，利用声学仿真软件进行典型站台的噪声预测，根据声学仿真结果， 给出典型站台应用吸声材料和隔声装置进行站区噪声控制的技术方案及技术参 数。 本课题的主要内容包括： 1 地铁五号线噪声源强的特性研究 为掌握典型地铁站的噪声源特性，选取地下岛式站雍和宫站进行实验测试， 测试内容主要是噪声源的声压级值及频谱特性，为下一步的噪声评价、噪声控制 及吸声材料的有效性评价提供基础数据。 2 基于射线声学法的地铁站台噪声控制方案的仿真研究 ( 1 ) 吸声材料的运用对黄庄站降噪效果的仿真研究 站台噪声主要由列车制动所产生的啸叫噪声、启动加速所产生的运行滚动噪 声、机电设备噪声等构成，本部分内容主要是通过运用吸声材料进行吸声降噪， 并利用声学仿真软件对降噪效果进行预测。通过对不同降噪方案的仿真和分析， 最后得出站台内噪声的声压级及混响时间的插入损失值。根据结果提供吸声材料 的具体喷涂方案。 ( 2 ) 屏蔽门在车站降噪方案中应用的仿真研究 由于地铁站台的特殊性使得采用隔声技术进行站台的噪声控制成为可能。本 部分内容将在隔声理论研究的基础上，利用声学仿真软件预测屏蔽门的不同高度 对站台层的降噪效果，最后得到屏蔽门的合理高度范围，使站台噪声低于国家标 准的要求，从而使站台拥有一个良好的声学环境。 ( 3 ) 吸声材料降噪效果以及景观工艺性的实际测试 通过理论仿真可知：在隧道内喷涂吸声材料有效的降低了地铁站的噪声值及 站台层的混响时间。隧道内进行声学处理后，为了检验吸声材料的实际降噪效果、 吸声材料的施工工艺性及其景观效果，北京交通大学振动噪声实验室在地下工程 试验中心对该种材料进行实际测试。 3 黄庄站噪声综合控制方案的提出 根据仿真结果，同时结合目前存在的减振降噪措施，提出黄庄站站台噪声综 合控制的方案。 通过本课题的实施，进一步深入了解振动和声学的基础知识，在系统分析吸 声材料吸声原理的基础上，掌握吸声材料的工程应用特性，明确吸声技术及隔声 技术在地铁站区噪声控制中的可行性，为地铁噪声控制提供参考。 同时本课题还具有良好的社会效益。本项目的研究成果在地铁噪声控制中应 用后可以大幅度降低地铁站台区噪声，提高站台区语音的清晰度，提高地铁的社 会形象，建立友好的乘车环境，具有良好的社会效益。 4 轨道交通建设是北京建设现代化国际大都市的需要，是以人为本、构建和谐 社会的需要，是市委、市政府确定的重大工程。轨道交通建设是贯彻落实科学发 展观、服务人民群众、构建和谐社会的重大工程。随着北京地铁公共交通事业的 发展，地铁线路不断延长，客流量不断增大，建设低噪声的车站，建立友好的轨 道交通站区环境，把轨道交通打造成群众满意的世纪工程。 5 2 地铁五号线噪声源强的特性研究 2 1 地铁车站噪声的特点及其组成 地铁车站内的噪声源主要有：车辆噪声、设备噪声、客流噪声等。车辆噪声 主要产生于车辆的动力系统和轮轨系统，其中动力系统噪声包括牵引设备噪声、 辅助设备噪声和其他设备噪声；轮轨噪声主要是车辆在行驶过程中，轮轨相互作 用激发车轮和钢轨的振动而辐射噪声，主要包括：滚动噪声、撞击噪声和啸叫声。 车站设备噪声包括车站通风、供暖和空调设备噪声、变压器噪声以及自动扶梯噪 声等。车站和隧道通风系统中使用的轴流风机所产生的机械和气流噪声尤为突出； 另外车站工作间中的各种电器和机械设备运转也会产生噪声，但是对环境影响不 大；同时有乘客引起的客流噪声也是站台噪声的一部分。图2 1 为各种噪声来源示 意图： 图2 1 地铁站噪声源 f i 9 2 1t h es o u r c eo fs u b w a ys t a t i o n 列车进站、出站、停站、制动和通过站台等各种运行工况，将会给车站环境 带来不同程度的噪声影响。车辆在不同的工况下，其噪声级和频谱特性是不同的。 列车从进站到出站可以分为减速进站、停车制动、停站等候和加速出站四个阶段。 随着列车工作状态的变化，站台的噪声级呈现周期性的变化n 引。此外，站台噪声 级与车站是否进行吸声处理有关，吸声处理过的站台，车辆通过时的噪声明显降 低。 2 2 北京地铁五号线噪声源强的特性研究 6 北京地铁五号线全长2 7 6 公里，有车站2 3 座，平均站间距1 1 7 0 米。5 号线 突出了“以人为本”、节能、环保等理念，具有采用新技术、新设备多，人性化服务 设施配置齐全等特点。全国首次采用不涂装、不锈钢轻量化标准b 型车，每列车 减少自身重量1 0 吨，大大减小了运行能耗。乘车环境采用新型地铁通风空调多功 能集成系统，车站和车厢内均设置空调系统，乘客可享有舒适的环境。线路形式 结合地形条件和规划要求，分别采用了地下线、地面线及高架线三种形式。这条 国内领先的现代化水平地铁新线与北京现有地铁相比，最大特点就是设施的人性 化，其最大限度方便乘客的理念渗透于车站设计的各个方面。 为掌握现代化地铁站的声源特性，确定地铁站主要噪声源的声压级及其频谱 特性，同时为站台的噪声评价、噪声控制及吸声材料的有效性评价提供基础数据， 选取地铁五号线中的地下岛式站台雍和宫站进行声源测试。测试的具体内容包括： 1 、列车进出站噪声测试2 、隧道口噪声测试( 声压级、噪声频谱) 3 、通风系统风 道口噪声测试( 声压级、噪声频谱) 4 、行人通道噪声测试。噪声测试系统如下图 所示： 图2 2 雍和宫站噪卢测试系统 f i 9 2 2t h en o i s em e a s u r e m e n to f y o n g h e g o n gs t a t i o n 利用上述测量系统分别对列车进站、出站以及停车的过程进行实际测试。图 2 3 图2 5 给出了列车进站阶段、停车阶段以及出站阶段的时间历程曲线。 7 图2 3 列车进站噪声时间历程曲线 f i 9 2 3n o i s e - t i m eh i s t o r yo ft h et r a i na r r i v i n gs t a t i o n 。卜_ 哪啼一帅帅们脚删唰州哪州釉帅砷嗍岬叫 # 一j f _ 占百r 盎越一猫矿1 壶乒“) # r 帚) 喊时键撑f 日c r i 哼亭6 i 宁3 t 7 静p ，：哪9 宁2 r、。 ， 篓叭i 以肌认以 n 幽八卜m 挑m 小小m 肿镰n 朋h 九州 、 二广“、州“1 m 一一 图2 4 列车停车噪声时间历程曲线 f i 醴4n o i s e - t i m eh i s t o r yo ft h et r a i ns t o p i n g 兰f l 二删蜘忡删帅叫 。卜- _ _ 哪_ _ _ - _ _ _ p _ - _ _ _ - - _ _ _ - 啊叫_ _ _ - _ - 州_ _ 咖删w 删m 村啊n 州哪州嘲- 哪 。”。 - 一一j 一；b 一i - 一j d i 一- 。要二一i ；一 ；卜帅、”n m “一 肌、机小以心叭小州咐v 叭吣卜n f 、i | 图2 5 列车出站噪声时间历程曲线 f i 9 2 5n o i s e - t i m eh i s t o r yo ft h et r a i nl e a v i n gs t a t i o n 8 图2 3 的测点位于站台进站口处，当列车进站时该处的测点能够全程并且较 准确的测量列车从开始制动到停车的过程；图2 4 的测点位于中间屏蔽门的顶部， 布置该测点的主要目的是测量列车停车时空调等设备噪声，从t = 4 2 s 到t = 8 2 s 是 列车的停车时段，该段时间内的噪声主要包括车辆设备噪声、人流噪声以及车门、 安全门的开关噪声等，该时间段记录了列车在静止时其他噪声源的情况；图2 5 所示的时间历程曲线是列车的启动加速过程，由于列车停站时车头正好处于出站 口的位置，因此该测点能够较准确的测量列车启动加速离站的全部过程。因此在 分析列车进站、出站以及停站时车辆设备的噪声频谱应分别选取不同测点不同时 间段的时间历程曲线。根据等效声级的计算公式可以分别得到列车进站、出站以 及车辆设备等声源的频谱值，各声源的频谱值如表2 1 所示： 表2 1 噪声源频谱值( d b a ) t a b 2 1f r e q u e n c ys p e c t r u mo fs o u n ds o u r c e 6 3 h z1 2 5 h z 2 5 0 h z5 0 0 h z1 o k h z2 o k h z4 o k h z 8 o k h z 列车进站 5 1 37 2 17 7 57 9 27 5 67 2 56 0 65 0 8 列车出站 4 7 17 3 7 7 7 28 0 77 5 37 6 76 6 6 5 3 6 车辆设备 4 2 26 3 26 7 16 7 8 6 6 36 3 8 5 6 14 3 5 式2 - 1 是等效连续声级的计算公式： l e = 1 0 1 9 ( ( 1 0 训) n ) ( 2 - 1 ) i = l 根据g b f r1 4 2 2 8 9 3 ，为了得到列车头部进站到停车以及列车从启动到尾部离 站这段时间的等效声级，根据实际测定的进出站时问以及表中提供的数据，由下 面的计算公式可得到列车进出站的等效声级值m 3 ，计算公式如下： 堋- 2 0 0 0显著 8 0 0 1 0 0 0一般 2 5 0不显著 声波除绕过屏障顶端外，还透过屏障自身到达受声点，这种现象称作声波的 “透射”。透过屏障的“透射量 取决于与屏障有关的因素( 如面密度) 、声波的入 射角和声波频谱。一般用“透射损失( t l ) 来评价声屏障阻止噪声透射的能力。 t l 值越大，声屏障阻止噪声透射的能力越强。 在声源性质( 入射角和频谱) 确定的情况下，屏障透射损失由材料的隔声量( r ) 决定。对单层均质材料，一般地，单位面积质量或频率增大一倍，隔声量增 j 1 6 d b 。 对宽带噪声，材料单位面积质量增大一倍，隔声量增力l ：1 4 d b 。即使声屏障材料足以 阻止声音透射，但若材料有孔洞或缝隙则会大大削弱声屏障的噪声衰减效果。 当声波辐射至声屏障表面时，一部分声波会被屏障反射。通常对单侧屏障而 言，反射声波不影响屏障后方的受声点，但影响位于声屏障前方的受声点，使这 些受声点的噪声级增加( 小于3 d b ) 。当为双侧平行屏障时，若屏障为反射屏障，受 声点除受到绕过屏障顶端到达受声点的声波影响外，还受到反射声波在屏障问经 多次反射后( 导致声源上浮) 越过屏障顶端绕射到达受声点的声波的影响。如图4 4 所示。 图4 4 两侧直立声屏障的反射 f i 9 4 4r e f l e c t i o nb e t w e e nt h eb a r r i e r so nb o t hs i d eo ft h et r a c k 4 5 韭塞窑煎太堂亟生位监窑匠越口盘盈庄塑匪噬直塞生应出殴伍直班宜 衡量声屏障降噪效果的指标为插入损失( i l ) ，指在确保噪声源、地形、地面、 背景噪声和气候条件等不变的情况下，声场中的某固定点在声屏障设置前后的声 级之差。插入损失与声屏障的绕射声衰减岛、材料透射损失a k 、反射降低量 k 、地面吸收声衰减k 和声源与受声点之间其它障碍物产生的障碍物声衰减置 缸有关。即声屏障的插入损失为p ” 且= 池一蜴一吐6 一m a x ( 峨，必) ( 4 - 2 ) 由式( 4 2 ) 可知，不能仅以声屏障顶端绕射衰减量作为屏障的插入损失。但 是，在实际建造声屏障时，若绕射损失与透射损失之差在l o d b 以上，可忽略。： 对吸声型屏障，若吸声结构的噪声降低系数n r c 0 5 ，则吐。在l d b 以下，则可省去 缸。；当受声点离声源距离近且为软地面时，战可以省略；若声源与受声点之玎j 其它障碍物在设置声屏障前后保持不变，则丛可略去。 42 屏蔽门高度的变化对站台层降噪效果的仿真研究 根据声屏障的降噪原理，通过改变屏蔽门的高度，增加声程差，能够有效地 增加声衰减量，降低站台噪声。在轨行区及站台顶部喷涂吸声材料后，屏蔽门每 次提高05 m 后分别建立仿真模型，对屏蔽门高度变化与站台噪声级的降噪效果进 行仿真分析，图4 5 图4 1 0 分别是屏蔽门处于不同高度时站台的声场分布图： 幽45 屏蔽门原始高度时站台的芦场分布闰 r 9 45 c o l o r m a p o f a - w e i g i t e ds o u n d l e v e lo f s i m u l a l l o nr e s u h s t h e p l a 埔o r m a t t h e o r i g i n a l h e ；g h t 业宝窑通占堂亟i ：堂擅垃窑压赶 】盘蓝廑盐隆哇直至生应旦曲萤毫班宜 幽46 屏蔽门提高05 米后站台的户场分布图 h 9 46 c o l o r m a po f a - w c l g h t e ds o u n d l e v e lo f s l m u l a t i o nr e s u l t s m e p l a t f o 皿i m p r o v i n 9 0 5 幽47 屏蔽门提高l 米后站台的卢场分布图 f 1 9 47 c o l o r m a p o f a - w c i g i l t e ds o l d l e v e l o f s l m u l a d o nr e s u l t s t h e p l a t f o r m i m p r o v i n g 幽48 屏蔽j 提高l5 米后站台的卢场分布圈 f 1 9 48 c o l o r m a p o f a - w e i g h t e ds o u n d l e v e l o f s i m u l a t i o nr c * u l m t h e p l a t f o r m i m p r o v i n 9 1 5 韭宝窑丑盘翌鳃堂位监塞赶越口珏兹庄站睦噬五至主应田曲盆直班宜 图49 屏蔽fj 提高2 米后站台的卢场分布幽 f 1 9 4 9 c o l o r m a p o f a - w e i 曲t e ds o u n d l e v e io f s i m u l a 6 0 nr e s u l t s t h e p l a f f o 皿i m p r o v i n g2 制4l o 屏蔽提高25 米后站台的声场分布幽 “9 4 1 0 c o l o r m a p o f a - w e i g h t e d s o u n 2 d 5 l e m v e lo f 3 m 舢“l 。p l a l f o n n 。9 r o v l n g 根据仿真结果，当屏蔽门处于不同的高度时各个场点的声级值( d b a ) 统计如 表4 2 所示： 表4 2 不同场点的声级值( d b a ) 人行梯区电梯区 5 0 0 5 0 1 5 0 2 5 0 35 0 4 5 0 55 0 65 0 7 原始高度 7 4 97 5 37 5 57 6 77 4 87 5 07 6 87 6 8 提高0 5 米 7 5 27 6 1 7 6 07 5 27 5 o7 5 47 6 5 7 5 2 提高1 0 米 7 5 27 6 17 4 97 4 87 5 67 5 87 5 47 4 6 提高1 5 米 7 5 o7 4 97 3 27 3 77 5 o7 4 67 4 0 7 3 3 提高2 0 米 7 4 87 4 87 2 77 3 47 5 o7 4 47 3 67 3 0 提高2 5 米 7 4 87 4 57 2 67 3 17 4 87 4 27 3 47 2 6 站台区 5 1 25 1 35 1 45 1 55 1 6 原始高度 7 8 2 7 6 77 6 77 5 o 7 5 o 提高0 5 米 7 7 37 5 77 5 77 4 47 3 6 提高1 0 米 7 7 27 5 27 5 27 4 o 7 3 6 提高1 5 米 7 6 57 4 o7 3 77 2 57 2 1 提高2 0 米 7 4 27 3 o7 2 57 1 o7 1 - 8 提高2 5 米 7 4 o7 1 o7 1 26 9 7 0 表4 2 中各个场点声级的衰减值如表4 3 所示： 表4 3 不同场点的插入损失值( d b a ) t a b 4 3t h ei n s e r tl o s sv a l u eo fd i 丘- e 崩l t6 e l d s 5 0 05 0 15 0 25 0 35 0 45 0 55 0 65 0 7 5 1 2 5 1 35 1 45 1 55 1 6 原始高度 0o 0000000o 00o 提高0 5 米一o 30 8 一o 51 5一o 2一o 40 31 6o 91 01 0o 6 1 4 提高1 0 米一o 3 一o 8o 61 90 8一o 81 42 21 01 - 51 51 o 1 4 提高1 5 米一o 1 0 42 33 00 20 42 83 51 72 732 52 9 提高2 0 米 o 1o 52 83 30 2o 63 23 843 74 24 o3 2 提高2 5 米 o 10 82 93 6oo 。83 44 24 25 75 56 05 0 随着屏蔽门高度的变化，人行梯以及电梯区处的某些场点( 如5 0 0 、5 0 1 、5 0 4 、 5 0 5 等) 的声压值出现了先升高后降低的过程。引起这种变化的原因主要是由于声 波在声屏障、车体和隧道的内侧墙之间来回反射，沿着屏蔽门高度方向声波最终 绕过屏蔽门的顶部而最先到达高处的受声点；该过程的传播路径如图4 1 l 所示： 4 9 声屏障 足 点 图4 1 l 声线传播图 f i 9 4 11p r o p a g a t i o n so f t h ea c o u s t i cl i n e 由表4 3 中的插入损失值可以看出，站台区场点的声压级值随着屏蔽门高度的 变化效果明显。当屏蔽门高度提高到2 米之后，站台区各个场点的噪声值约降低 3 “分贝；若屏蔽门提高2 5 米后，形成全封闭式屏蔽门( 它是一道自上而下的玻 璃隔离墙和活动门，沿着车站站台边缘和两端头设置，能把站台候车区与列车进 站停靠区完全隔离，这种屏蔽门系统的主要功能是增加安全性、节约能耗以及降 低噪音等) ，此时站台区各个场点的噪声值约下降了6 分贝，降噪效果非常明显。 但是当采用全封闭式屏蔽门时，由于噪声在屏蔽门与车体、端墙与车体以及屏蔽 门与端墙之间来回反射，从而使得隧道内噪声值升高，进而噪声通过车体、玻璃 窗以及门缝等处传至车内，使得车内噪声变大，严重影响了车内乘客乘坐的舒适 性。因此综合考虑来说屏蔽门的高度在现有的基础上提高2 米为宜，即具有良好 的经济性，避免全封闭式封闭门的缺点，同时又满足站台通风换气的要求。 4 3 本章小结 屏蔽门系统可以有效的改善目前地铁车站普遍存在的温度偏高、活塞风和噪 声问题，本章中主要针对屏蔽门的降噪作用进行仿真分析，通过仿真分析，当屏 蔽门在现有高度的基础上增n 0 5 米之后，站台区的噪声值约下降0 6 - - 1 分贝，降 噪效果不明显；当屏蔽门提高l 米后，站台区的噪声值约下降l 1 ，5 分贝；当屏蔽门 提高1 5 米之后，站台区的噪声值约下降了1 7 3 分贝；屏蔽门提过2 米之后，站台 区的噪声值约降低了3 4 分贝，在此基础上增加0 5 米后，此时轨行区与站台区全部 被屏蔽门分开，站台区的降噪效果较为明显，站台区的噪声值约下降了6 分贝；虽 然站台区获得了较好的降噪效果，同时有效的降低了地铁发热量和隧道风对站台 的影响，但是由于噪声在屏蔽门与站台的端墙之间来回反射，使得隧道内部的噪 声值升高，噪声通过车体等部位传至车厢内，使得车内乘客处于高噪声之中；因 此不宜采用全封闭式屏蔽门。在轨行区进行吸声处理，改善目前屏蔽门的玻璃结 构，将屏蔽门改装成共振吸声结构，在保留屏蔽门原有作用的前提下，又增强了 对噪声的低频吸收性能，因此具有十分重要的意义。 5 l 5 1 概述 5 黄庄站噪声综合控制方案的提出 如前所述，地铁车站内的噪声源主要有：车辆噪声、设备噪声、客流噪声等。 车辆噪声主要产生于车辆的动力系统和轮轨系统，其中动力系统噪声包括牵引设 备噪声、辅助设备噪声和其他设备噪声；轮轨噪声主要是车辆在行驶过程中，轮 轨相互作用激发车轮和钢轨的振动而辐射噪声，主要包括：滚动噪声、撞击噪声 和啸叫声。车站设备噪声包括车站通风、供暖和空调设备噪声、变压器噪声以及 自动扶梯噪声等。车站和隧道通风系统中使用的轴流风机所产生的机械和气流噪 声尤为突出；另外车站工作问中的各种电器和机械设备运转也会产生噪声，但是 对环境影响不大；同时有乘客引起的客流噪声也是站台噪声的一部分。 如何在地铁站设计完成后进行有效的站台噪声控制，也就是我们通常所说的 在噪声传播途径上实施降噪，是非常关键的问题。 5 2 黄庄站噪声综合控制方案 根据第三章、第四章的仿真结果，在充分利用站台层的有效位置喷涂吸声材 料及改变屏蔽门的高度后，有效地降低了站台的噪声值，厅堂音质得到了较好改 善；具体的吸声处理及改造方案如图5 1 所示 图5 1 吸声处理与其他改造方案 f i 9 5 1t h ed i s p o s a lo f s o u n da b s o r p t i o na n dt h ea l t e r a t i o np r o j e c t 图中a 、b 所指的位置是对黄庄站站台的端墙、站台顶部喷涂厚度为2 5 c m 的 5 2 j e 夏至遁鑫堂殛士堂垃趋翌煎廷莹噬岜蕴盒揎制直塞啦埕出 吸声材料，该材料在混响室中的平均吸声系数为0 6 9 6 ，其中低频应高于0 4 中 高频应高于0 7 ；图中c 所指的位置是将屏蔽门的高度在原设计的基础上提高2 米： d 所指的位置是在站台两侧下的凹处垂直面和水平面喷涂吸声材料：另外为降低 列车在隧道内运行时对站台的噪声影响，从进出站口处向区间隧道内喷涂8 0 米 一1 0 0 米的吸声材料，喷涂范围为整个隧道内表面。 按照上述的降噪方案，对方案实施前后站台内的降噪效果以及音质变化进行 仿真分析，其中外环列车位于轨行区，内环列车处于进站口处，主要来验证隧道 内以及站台进行声学处理前后站台层的声场分布情况。模型中所选用的吸声材料 的平均吸声系数为0 6 9 6 ，喷涂的位置位于站台顶部、轨行区以及距进站口处1 0 0 米的隧道内；改造后屏蔽门的高度为35 米。图5 2 和图5 3 是黄庄站降噪处理前 后站台的a 计权声场分布图。 喘帮骨 ， 图52 降噪处理前站台声场分布翻 “! ；塞印o f 小”哪“州5 0 u n d ”v e l o f “舢眦啪腊“州帅“柚 图53 降嵘处理后站台卢场分布豳 f i 9 53 c o l o r m a po f a - w e i g h t e ds o u n d l e v e lo fs i m u l a t i o nr e s u l t sb yu s i n g8 0 m e d i s p o s a l o fn o i s e 黄庄站降噪处理前后，站台层的声场分枷发生了较大变化，降噪措施起到了 硼叫1 1 j =羽刊叫11 a 印 d 明显的作用。降噪处理前站台的噪声值平均在8 6 分贝左右，电梯处噪声值偏高， 主要是屏蔽门高度较低，噪声通过屏蔽门顶部的绕射对电梯处的影响较大，同时 屏蔽门的隔声效果不很明显：降噪处理后站台层的声压值降低了约1 1 分贝，声场 分布更加均匀，轨行区内的吸声材料以及屏蔽门起到了明显的降噪作用。图5 4 是 降噪处理前后5 1 4 号场点各个频率下的声级值对比曲线。 图5 4 各频率下的声级值曲线 f i 9 5 4t h e c u r v eo f a w e i g h ts o u n dp r e s s u r el e v e la b o u td i f f e r e n tf r e q u e n c y 降噪前后各个频率下的混响时间对比如图5 5 所示。 图5 5 各频率下的混响时间曲线 f i 9 5 5t h e c u r v eo f r e v e r b e r a t i o nt i m ea b o u td i f f e r e n tf r e q u e n c y 地铁站内大量的采用了大理石、水磨石、玻璃等装饰材料，混响声很强。过 长的混响时间是人们听起来有“轰轰 之感，语音清晰度较差。吸声处理之后， 混响时间得到了很好的改善。多孔吸声材料的应用缩短了站台内部的混响时间， 控制了反射声，消除了回声，有效地改善了站台内部的听闻条件，创造了一个良 好的声学环境。 6 总结与展望 本论文主要通过对雍和宫站列车噪声源的频谱特性进行测试，运用测试数据 对海淀黄庄站的站台噪声声场进行仿真，最后提供站台噪声控制方案，控制方案 的提出主要从吸声降噪和屏蔽门的隔声两个方面进行： l 、多孔吸声材料的运用对站台层降噪效果的仿真研究 通过对多孔吸声材料在黄庄站降噪方案中的仿真分析，吸声材料以其对中高 频优异的降噪效果，能够有效的降低列车进出站时产生的刹车爆鸣声以及啸叫声 等中高频的噪声。同时通过对列车在隧道内的运行时对站台层噪声级的影响的仿 真，明确了列车在隧道内运行到距站台1 5 米以内时，直达声对站台端部的影响比 较严重，同时由于噪声的多次反射使得距离声源较远的站台区域，混响严重，音 质不清；为了解决列车在隧道内运行时对站台产生的这种不利影响，对隧道进行 声学处理并且确定从进站口处向隧道内喷涂的具体长度，以使其在降噪效果和经 济性方面达到较理想的状态，通过仿真可知向隧道内喷涂4 0 米时降噪效果非常明 显；当喷涂长度达到1 0 0 米时，从仿真的数据中可以看出，列车此对站台的噪声 污染已经降至较低的水平。从经济性上来说4 0 米的长度是最为合理的，但是当列 车运行到进出站口处时，站台层的混响非常严重，通过对比隧道内喷涂4 0 米和1 0 0 米的吸声材料对站台层降噪效果的结果，后者比前者使得站台区的噪声值下降了 l o 分贝，因此从整体上来看向隧道内喷涂长度为8 0 米1 0 0 米的吸声材料是最为 有利的。当列车处于轨行区时，对站台层的顶部以及轨行区进行声学处理后，站 台层的降噪量达到了4 , - - 5 分贝左右，同时5 0 0 h z 下的混响时间由原来的2 6 6 s 降至 0 5 3 s ，吸声处理起到了明显的降噪效果。 目前在很多声学工程中都使用空间吸声体，它是一种悬挂在室内空间中专为 吸声目的而制作的吸声构造，它与本章中吸声材料的运用有所不同，它不是与顶 棚、墙体等壁面组成吸声结构，而是自成体系，由于可以预先制作，并直接进行 现场吊装，故便于装卸维修，空间吸声体由于吸声效率高，吸声频带宽，充分发 挥了材料的吸声作用，特别适合与已建成房间的声学处理，有利于节省材料和投 资，因此将在以后的声学工程中将会得到更广泛的应用 3 6 1 。 2 、屏蔽门对站台层降噪效果的仿真研究p ，j 小i j 本节中主要通过对屏蔽门的变化对站台降噪作用进行仿真分析，通过仿真在 屏蔽门提高2 米之后，站台区的噪声值提高2 3 2 分贝，在此基础上增加o