現行城市軌道交通振動環境影響評價標準討論*

羅 偉 李秋義 林海鋒 朱 彬

(1.中鐵第四勘察設計院集團有限公司，430063，武漢; 2.鐵路軌道安全服役湖北省重點實驗室，430063，武漢;3.溫州市鐵路與軌道交通投資集團有限公司，325088，溫州∥第一作者，工程師)

城市軌道交通列車運行誘發的振動經下部結構及大地傳播后，會對沿線居民生活工作，以及精密儀器設備和建筑結構的使用產生影響。本文僅針對城市軌道交通振動對沿線居民生活工作的影響進行討論。我國現行與之相關的評價標準有GB 10070—1988《城市區域環境振動標準》[1]、GB 10071—1988《城市區域環境振動測量方法》[2]、HJ 453—2018《環境影響評價技術導則 城市軌道交通》[3]、JGJ/T 170—2009《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準》[4]、GB/T 50355—2018《住宅建筑室內振動限值及其測量方法標準》[5]、GB 50868—2013《建筑工程容許振動標準》[6]等。現行相關標準在評價指標設定、評價指標計算方法及評價指標計算參數等方面的規定存在諸多沖突，給評價工作帶來了極大不便。本文在梳理我國城市軌道交通振動環境影響評價現行相關標準的基礎上，就其中若干問題進行分析，并提出合理建議，以期為城市軌道交通振動環境影響的準確評價提供參考。

1 城市軌道交通環境振動評價標準現狀

1.1 GB 10070—1988及 GB 10071—1988

1)評價量及評價指標。GB 10070—1988規定城市區域振動環境影響的評價量為鉛垂向Z振級Lvz(GB 1007—1988中其符號為 VLz)。GB 10071—1988為GB 10070—1988的配套標準，其將環境振動分為穩態振動、沖擊振動、無規振動和鐵路振動等4類，分別給定各自的評價指標，包括Lvz平均值、Lvz,max和Lvz,10(見表1)。

表1 GB 10071—1988中的評價量及評價指標

2)時間計權方式。根據IEC 61672-1—2013《電聲學 聲級計 第1部分：規范》，對信號進行時間計權分析。首先，設定時間常數t，并將連續采集的信號劃分為若干個時間等長t的段落；然后，對每一段數據分別進行計算，提取用以代表t內信號量級的有效值；最終，獲得全部測量時間內信號量級的有效值。GB 10071—1988采用了t=1 s的時間計權方式。

3)頻率計權標準及分析頻率范圍。采用ISO 2631-1:1985[7]所給的頻率計權標準，分析頻率范圍為1～80 Hz。

4)測量點。測量點一般要求位于建筑物室外距墻體0.5 m以內的振動敏感處。必要時設置于建筑物室內地面中央。

1.2 HJ 453—2018

根據HJ 453—2018要求，對振動環境影響的評價執行GB 10070—1988和GB 10071—1988。因此，HJ 453—2018的評價量及評價指標、時間計權方式、頻率計權標準及分析頻率范圍、測量點等，均與GB 10071—1988相同。

1.3 JGJ/T 170—2009

1)評價量及評價指標。該標準的評價量為鉛垂向振動加速度的1/3倍頻程分頻振級Lva(JGJ/T 170—2009中其符號為 VAL)，評價指標為列車通過時段1/3倍頻程分頻振級的最大值Lva.max，要求采集不少于5次列車通過時段的數據。

2)時間計權方式。JGJ/T 170—2009中未明確時間計權方式。

3)頻率計權標準及分析頻率范圍。JGJ/T 170—2009的附表5.1.3中給出了頻率計權標準，其各中心頻率的權系數與ISO 2631-1:1997[8]中的計權標準接近，分析頻率范圍為4～200 Hz。

4)測量點。測量點一般要求設置于建筑物一樓室內地面。當室內布置條件不允許時，可設在建筑物的基礎距外墻0.5 m范圍內的振動敏感處。

1.4 GB/T 50355—2018

1)評價量及評價指標。GB/T 50355—2018同時給出了單值評價量和分頻評價量，單值評價量為鉛垂向Z振級Lvz，與GB 10071—1988相同，分頻評價量為鉛垂向振動加速度的1/3倍頻程分頻振級Lva，與JGJ/T 170—2009相同。單值評價指標為列車通過時段內的鉛垂向Z振級最大值Lvz,max，與GB 10071—1988相同。分頻評價指標為列車通過時段1/3倍頻程各中心頻率的分頻振級最大值Lva,max,f，與JGJ/T 170—2009存在差異。

2)時間計權方式。與JGJ/T 170—2009相同，GB/T 50355—2018未明確時間計權方式。

3)頻率計權標準及分析頻率范圍。采用ISO 2631-1:1997的頻率計權標準。其分析頻率范圍為1～80 Hz。

4)測量點。測量點要求設置于建筑物室內地面。

1.5 GB 50868—2013

GB 50868—2013在對居民生活工作的影響方面，規定如下：

1)評價量及評價指標。評價量為鉛垂向振動加速度，評價指標為鉛垂向四次方振動劑量值。

2)頻率計權標準及分析頻率范圍。采用ISO 2631-1:1997所給的頻率計權標準，分析頻率范圍為1～80 Hz。

3)測量點。測量點要求設置于建筑物室內地面。

2 現行評價標準有關問題

2.1 標準中的計權曲線

我國現行振動環境影響評價標準同時使用新舊兩個版本ISO 2631(ISO 2631-1:1985和ISO 2631-1:1997)所推薦的計權曲線。例如：GB 10070—1988及GB 10071—1988采用ISO 2631-1:1985中的計權曲線(以下稱為“W計權曲線”)；HJ 453—2018由于引用GB 10070—1988及GB 10071—1988，同樣采用W計權曲線；JGJ/T 170—2009、GB/T 50355—2018和GB 50868—2013則采用了ISO 2631-1:1997中的計權曲線(以下稱為“Wk計權曲線”)。

W計權曲線是基于等感曲線和疲勞-熟練度降低限曲線提出的，其假定疲勞-熟練度降低限概念能完整反映振動對人體的影響；然而這一假定已被后來的人體振動實驗否定[9]。Wk計權曲線基于振動對人體健康、舒適度、感覺等方面影響的研究提出，在ISO 2631-1:1997中已替代W計權曲線，并于1997年為我國GB/T 13441.1—2007采用。

相關研究發現，對于大多數振源所誘發的環境振動，采用W計權曲線的評價指標計算結果比采用Wk計權曲線小3～4 dB[10-11]，故采用W計權曲線將一定程度上低估振動的環境影響。

為更加準確地反映當前環境振動對人體健康、舒適度及感覺等方面的影響，建議對采用W計權曲線的相關標準進行修訂，代之以Wk計權曲線。

2.2 單值振動評價量和分頻振動評價量

我國現行振動環境影響評價標準中，評價量包括單值評價量(GB 10070—1988及GB 10071—1988用Lvz)和分頻評價量(JGJ/T 170—2009及GB/T 50355—2018用Lva)兩類。

振動對于人體的影響程度是所有頻率振動分量綜合作用的結果，而相關研究表明，人體對于振動的反應同時存在因人、因頻率而異的特點[12-13]。因此，為了既能準確反映振動對人體的綜合影響程度，又能全面考慮不同頻率振動分量作用下人體反應的差異性特點，有必要同時設置單值評價量和分頻評價量，并分別規定限值標準。

2.3 分析頻率范圍

現行標準中，GB 10071—1988、HJ 453—2018、GB/T 50355—2018、GB 50868—2013均將分析頻率范圍規定為1～80 Hz，JGJ/T 170—2009則采用了4～200 Hz。

大量試驗研究結果表明，城市軌道交通所誘發的地面(或建筑物室內)振動主頻率一般為50～60 Hz[14-17]。相關研究還發現，人體各部位的敏感頻率通常較低(一般低于80 Hz)：對于鉛垂向振動，敏感頻率主要為4～8 Hz；躺臥時，頭部敏感頻率相對較大，為50～70 Hz[12,18]。此外，在國外振動環境影響評價的有關標準中，分析頻率范圍多規定為1～80 Hz[19-21]，而作為我國振動環境影響評價標準等效采用的基礎性標準，ISO 2631-1:1997在其推薦的計權曲線(如圖1所示)中，80 Hz以上中心頻率處的Wk值均小于-20 dB，表明80 Hz以上振動分量對人體影響的權重較小。

圖1 ISO 2631-1:1997所推薦的Wk計權曲線

基于上述討論，建議我國城市軌道交通振動環境影響評價的相關標準將分析頻率范圍統一為1～80 Hz。

2.4 列車頭車和尾車通過時間的判斷

在對城市軌道交通環境振動實測數據進行計算分析時，需要對列車頭車和尾車通過時間tse進行判斷。該工作受數據分析人員的主觀影響較大，很難做出準確的判斷。為直觀反映tse的判斷結果對振動環境影響評價指標計算值的影響，采用圖2所示的實測振動加速度數據進行評價指標計算分析。分析過程統一采用t=1 s的時間計權方式，計權標準采用ISO 2631-1:1997。

注：g為重力加速度。

2.4.1Lvz,max和Lvz,10

單值評價量Lvz隨時間變化的過程如圖3所示。

圖3 Lvz隨時間變化的過程曲線

Lvz,max和Lvz,10曾是HJ 453—2008《環境影響評價技術導則 城市軌道交通》同時采用的2個評價指標，其在tse判斷結果不同時的計算值如表2所示。由表2可以看出，tse的判斷結果對Lvz,10的計算值具有較顯著的影響，但對Lvz,max的計算值無影響。由此可知，由于tse的判斷這一主觀因素的客觀存在，單值評價指標采用Lvz,max更能保證計算值的可靠性。因此HJ 453—2018《環境影響評價技術導則 城市軌道交通》取消Lvz,10作為評價指標是合理的。

表2 Lvz,max和Lvz,10計算結果

2.4.2 分頻評價指標Lva,max,f

分頻評價指標Lva,max,f的計算方法無明確規定。采用常見的峰值保持法和線性平均法分別對Lva,max,f進行計算，結果如圖4和圖5所示。

由圖4可見，采用峰值保持法時，tse的判斷對Lva,max,f計算值的影響較小，8～80 Hz頻率范圍的Lva,max,f計算值較為穩定。由圖5可見，采用線性平均法時，Lva,max,f的計算值受tse判斷結果的影響較為顯著。因此，分頻評價指標Lva,max,f采用峰值保持法進行計算更為合理。

圖4 Lva,max,f在各中心頻率的分布(峰值保持法)

圖5 Lva,max,f在各中心頻率的分布(線性平均法)

2.5 環境振動測量點位置

對于環境振動測量點的位置，GB 10071—1988要求其一般位于建筑物室外距墻體0.5 m范圍內，必要時設置于建筑物室內地面中央；而JGJ/T 170—2009、GB/T 50355—2018、GB 50868—2013則要求一般設置于建筑物室內樓板或地面。

最終影響沿線居民工作生活的，應該是城市軌道交通傳遞至建筑物內部的振動。由于振動從室外向室內的傳播并沒有一致的傳遞模式，因此采用室外測點的測量結果不能準確評價振動對室內居民的影響。在GB 10071—1988的修編中，建議參考JGJ/T 170—2009、GB/T 50355—2018、GB 50868—2013等標準，將測量點的位置布設于建筑物室內。

3 結語

通過對我國城市軌道交通振動環境影響評價現行相關標準進行梳理和分析，得出的主要結論和建議如下：

1)建議在對GB 10070—1988及GB 10071—1988進行修編時，計權標準采用ISO 2631-1:1997。

2)在城市軌道交通振動環境影響評價相關標準中，建議同時設置單值評價量和分頻評價量，并分別研究確定其限值標準。

3)在城市軌道交通振動環境影響評價相關標準中，建議將分析頻率范圍統一規定為1～80 Hz。

4)列車頭車和尾車通過時間的判斷受主觀影響，且直接影響振動評價指標的計算結果。為消除這一因素的影響，建議單值評價指標設為Lvz,max，分頻評價指標設為Lva,max,f并采用峰值保持法計算。

5)在城市軌道交通振動環境影響評價相關標準中，建議將測量點的位置統一規定為建筑物室內。