【摘 要】
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噪声污染已成为城市轨道交通环境友好性建设不可忽略的问题。车站作为联系城市空间与城市轨道交通线网的关键节点,既是乘客的候车区,也是车站工作人员的工作场所,是城市轨道交通声环境友好建设的重点防治范围。其中,地下车站作为城市轨道交通最普遍的车站形式,其深埋于地下,形成的站台空间狭长而封闭;列车进、出站时直接运行于敷设在车站结构上的轨道,产生的剧烈噪声近距离向站台区传播,包含了多种声源,在封闭空间混响效应
【基金项目】
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“轨道交通车站噪声及电磁辐射传播机理与控制技术研究”(国家重点研发计划资助项目,2017YFB1201104-02);
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噪声污染已成为城市轨道交通环境友好性建设不可忽略的问题。车站作为联系城市空间与城市轨道交通线网的关键节点,既是乘客的候车区,也是车站工作人员的工作场所,是城市轨道交通声环境友好建设的重点防治范围。其中,地下车站作为城市轨道交通最普遍的车站形式,其深埋于地下,形成的站台空间狭长而封闭;列车进、出站时直接运行于敷设在车站结构上的轨道,产生的剧烈噪声近距离向站台区传播,包含了多种声源,在封闭空间混响效应的作用下,无法得到快速的衰减,造成站台声环境恶劣,严重影响了站台候车乘客的舒适度、工作人员的身心健康及站台广播语音清晰度。因此,研究站台声场特性并提出改善措施对提高站台声环境友好性具有重要意义。对此,本文依托“轨道交通车站噪声及电磁辐射传播机理与控制技术研究”(国家重点研发计划资助项目,2017YFB1201104-02),综合运用车辆-轨道耦合动力学、结构动力学、结构振动声辐射理论、物理声学理论,采用数值仿真与现场试验相结合的方法对地下站台声源的产生机理、站台空间的声传播特性、多声源作用下的声场特性及站台声场优化措施等进行系统深入的研究,具体内容包括:(1)建立了地下站台多源声场宽频仿真模型基于车辆-轨道耦合动力学理论、声学有限元法、声线追踪法建立了地下站台多源声场宽频仿真模型,模型包含了地下站台低频有限元声学分析模块和高频几何声学分析模块两个子模块,其中有限元声学分析子模块包括了车站结构子模型、土体-边界子模型及结构振动声辐射子模型,详细考虑了站台各结构边界的声辐射作用;几何声学分析模块包括了子声源的获取模块及站台几何声学子模型,详细考虑站台声腔各边界的声学作用,其中,子声源包括了轮轨滚动声源、空调设备声源、广播声源。模型可详细考虑多种声源激励及地下站台空间系统对声场特性的影响,实现了地下站台多源宽频声场的精细化模拟和分析。(2)系统开展了地下站台声场特性试验研究基于某城市15个不同站点的噪声及站台空间参数的调查结果,选取具有代表性的地下站台展开详细试验与分析,从站台空间自身声传播特性及列车运行引起的站台噪声特性两方面系统分析了地下站台的声场特性。在非运营时段空场条件下,采用标准声源激励获得了不同类型站台空间的混响特性、站台区声衰减特性和站台门的隔声性能,并基于此对站台声场仿真模型的关键声学参数进行了修正;针对列车运行引起的站台噪声特性,分析了运营时段不同列车运行工况下站台噪声的时-空-频分布特性,明确了站台噪声的控制需求,掌握了各类声源的特性及其贡献量。最后,基于现场试验数据,验证了仿真模型的可靠性。(3)研究了单一典型声源激励下站台声场分布特性基于所建立的地下站台多源声场宽频仿真模型,首先,从空间声场参数及声音在站台空间内随距离的传播特性两个角度研究了站台空间声传播特性,系统分析了站台空间参数(站台宽度、站台高度、站台门型式)对站台空间声传播特性的影响。然后,以轨行区内列车运行产生的轮轨声源作为声源输入,研究了轮轨声源激励下站台的声场分布规律及传播特性,明确了轮轨声源激励下对站台声场的关键影响区域。最后,研究了列车运行引起的站台结构振动特性,结合站台空间声腔模态特性,分析了站台结构振动声辐射机理、频谱特性和空间分布规律。(4)研究了多声源激励下地下站台声场特性针对同时存在多噪声声源激励和广播声源激励的地下站台声环境,分别从站台人员的舒适度和广播语音清晰度角度提出了地下站台声环境质量评价方法。针对多噪声声源激励,基于声品质对站台声场特性进行了研究,明确了声品质在站台多源声场评价方面的适用性,分析了列车进站速度和站台空间参数对站台声品质的影响。针对广播声源激励,从广播语音传输指数角度分析了站台声场特性,并研究了站台客流量变化、广播音量及扬声器布置方式对站台语音清晰度分布特性的影响。(5)提出了基于多目标控制需求的站台声场优化措施。面对地下站台多源声场环境,以混响时间、声品质、广播语音清晰度为优化目标,基于站台多源声场特性提出多目标控制需求的优化措施,基于所建立的站台多源声场宽频仿真模型,研究声源源控制措施、传播路径优化措施对站台声品质的优化效果,研究站台空间声学处理和建筑形式优化的站台混响时间、声品质、广播语音清晰度的优化效果。
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