现行城市轨道交通振动环境影响评价标准讨论*

罗 伟 李秋义 林海锋 朱 彬

(1.中铁第四勘察设计院集团有限公司，430063，武汉; 2.铁路轨道安全服役湖北省重点实验室，430063，武汉;3.温州市铁路与轨道交通投资集团有限公司，325088，温州∥第一作者，工程师)

城市轨道交通列车运行诱发的振动经下部结构及大地传播后，会对沿线居民生活工作，以及精密仪器设备和建筑结构的使用产生影响。本文仅针对城市轨道交通振动对沿线居民生活工作的影响进行讨论。我国现行与之相关的评价标准有GB 10070—1988《城市区域环境振动标准》[1]、GB 10071—1988《城市区域环境振动测量方法》[2]、HJ 453—2018《环境影响评价技术导则 城市轨道交通》[3]、JGJ/T 170—2009《城市轨道交通引起建筑物振动与二次辐射噪声限值及其测量方法标准》[4]、GB/T 50355—2018《住宅建筑室内振动限值及其测量方法标准》[5]、GB 50868—2013《建筑工程容许振动标准》[6]等。现行相关标准在评价指标设定、评价指标计算方法及评价指标计算参数等方面的规定存在诸多冲突，给评价工作带来了极大不便。本文在梳理我国城市轨道交通振动环境影响评价现行相关标准的基础上，就其中若干问题进行分析，并提出合理建议，以期为城市轨道交通振动环境影响的准确评价提供参考。

1 城市轨道交通环境振动评价标准现状

1.1 GB 10070—1988及 GB 10071—1988

1)评价量及评价指标。GB 10070—1988规定城市区域振动环境影响的评价量为铅垂向Z振级Lvz(GB 1007—1988中其符号为 VLz)。GB 10071—1988为GB 10070—1988的配套标准，其将环境振动分为稳态振动、冲击振动、无规振动和铁路振动等4类，分别给定各自的评价指标，包括Lvz平均值、Lvz,max和Lvz,10(见表1)。

表1 GB 10071—1988中的评价量及评价指标

2)时间计权方式。根据IEC 61672-1—2013《电声学 声级计 第1部分：规范》，对信号进行时间计权分析。首先，设定时间常数t，并将连续采集的信号划分为若干个时间等长t的段落；然后，对每一段数据分别进行计算，提取用以代表t内信号量级的有效值；最终，获得全部测量时间内信号量级的有效值。GB 10071—1988采用了t=1 s的时间计权方式。

3)频率计权标准及分析频率范围。采用ISO 2631-1:1985[7]所给的频率计权标准，分析频率范围为1～80 Hz。

4)测量点。测量点一般要求位于建筑物室外距墙体0.5 m以内的振动敏感处。必要时设置于建筑物室内地面中央。

1.2 HJ 453—2018

根据HJ 453—2018要求，对振动环境影响的评价执行GB 10070—1988和GB 10071—1988。因此，HJ 453—2018的评价量及评价指标、时间计权方式、频率计权标准及分析频率范围、测量点等，均与GB 10071—1988相同。

1.3 JGJ/T 170—2009

1)评价量及评价指标。该标准的评价量为铅垂向振动加速度的1/3倍频程分频振级Lva(JGJ/T 170—2009中其符号为 VAL)，评价指标为列车通过时段1/3倍频程分频振级的最大值Lva.max，要求采集不少于5次列车通过时段的数据。

2)时间计权方式。JGJ/T 170—2009中未明确时间计权方式。

3)频率计权标准及分析频率范围。JGJ/T 170—2009的附表5.1.3中给出了频率计权标准，其各中心频率的权系数与ISO 2631-1:1997[8]中的计权标准接近，分析频率范围为4～200 Hz。

4)测量点。测量点一般要求设置于建筑物一楼室内地面。当室内布置条件不允许时，可设在建筑物的基础距外墙0.5 m范围内的振动敏感处。

1.4 GB/T 50355—2018

1)评价量及评价指标。GB/T 50355—2018同时给出了单值评价量和分频评价量，单值评价量为铅垂向Z振级Lvz，与GB 10071—1988相同，分频评价量为铅垂向振动加速度的1/3倍频程分频振级Lva，与JGJ/T 170—2009相同。单值评价指标为列车通过时段内的铅垂向Z振级最大值Lvz,max，与GB 10071—1988相同。分频评价指标为列车通过时段1/3倍频程各中心频率的分频振级最大值Lva,max,f，与JGJ/T 170—2009存在差异。

2)时间计权方式。与JGJ/T 170—2009相同，GB/T 50355—2018未明确时间计权方式。

3)频率计权标准及分析频率范围。采用ISO 2631-1:1997的频率计权标准。其分析频率范围为1～80 Hz。

4)测量点。测量点要求设置于建筑物室内地面。

1.5 GB 50868—2013

GB 50868—2013在对居民生活工作的影响方面，规定如下：

1)评价量及评价指标。评价量为铅垂向振动加速度，评价指标为铅垂向四次方振动剂量值。

2)频率计权标准及分析频率范围。采用ISO 2631-1:1997所给的频率计权标准，分析频率范围为1～80 Hz。

3)测量点。测量点要求设置于建筑物室内地面。

2 现行评价标准有关问题

2.1 标准中的计权曲线

我国现行振动环境影响评价标准同时使用新旧两个版本ISO 2631(ISO 2631-1:1985和ISO 2631-1:1997)所推荐的计权曲线。例如：GB 10070—1988及GB 10071—1988采用ISO 2631-1:1985中的计权曲线(以下称为“W计权曲线”)；HJ 453—2018由于引用GB 10070—1988及GB 10071—1988，同样采用W计权曲线；JGJ/T 170—2009、GB/T 50355—2018和GB 50868—2013则采用了ISO 2631-1:1997中的计权曲线(以下称为“Wk计权曲线”)。

W计权曲线是基于等感曲线和疲劳-熟练度降低限曲线提出的，其假定疲劳-熟练度降低限概念能完整反映振动对人体的影响；然而这一假定已被后来的人体振动实验否定[9]。Wk计权曲线基于振动对人体健康、舒适度、感觉等方面影响的研究提出，在ISO 2631-1:1997中已替代W计权曲线，并于1997年为我国GB/T 13441.1—2007采用。

相关研究发现，对于大多数振源所诱发的环境振动，采用W计权曲线的评价指标计算结果比采用Wk计权曲线小3～4 dB[10-11]，故采用W计权曲线将一定程度上低估振动的环境影响。

为更加准确地反映当前环境振动对人体健康、舒适度及感觉等方面的影响，建议对采用W计权曲线的相关标准进行修订，代之以Wk计权曲线。

2.2 单值振动评价量和分频振动评价量

我国现行振动环境影响评价标准中，评价量包括单值评价量(GB 10070—1988及GB 10071—1988用Lvz)和分频评价量(JGJ/T 170—2009及GB/T 50355—2018用Lva)两类。

振动对于人体的影响程度是所有频率振动分量综合作用的结果，而相关研究表明，人体对于振动的反应同时存在因人、因频率而异的特点[12-13]。因此，为了既能准确反映振动对人体的综合影响程度，又能全面考虑不同频率振动分量作用下人体反应的差异性特点，有必要同时设置单值评价量和分频评价量，并分别规定限值标准。

2.3 分析频率范围

现行标准中，GB 10071—1988、HJ 453—2018、GB/T 50355—2018、GB 50868—2013均将分析频率范围规定为1～80 Hz，JGJ/T 170—2009则采用了4～200 Hz。

大量试验研究结果表明，城市轨道交通所诱发的地面(或建筑物室内)振动主频率一般为50～60 Hz[14-17]。相关研究还发现，人体各部位的敏感频率通常较低(一般低于80 Hz)：对于铅垂向振动，敏感频率主要为4～8 Hz；躺卧时，头部敏感频率相对较大，为50～70 Hz[12,18]。此外，在国外振动环境影响评价的有关标准中，分析频率范围多规定为1～80 Hz[19-21]，而作为我国振动环境影响评价标准等效采用的基础性标准，ISO 2631-1:1997在其推荐的计权曲线(如图1所示)中，80 Hz以上中心频率处的Wk值均小于-20 dB，表明80 Hz以上振动分量对人体影响的权重较小。

图1 ISO 2631-1:1997所推荐的Wk计权曲线

基于上述讨论，建议我国城市轨道交通振动环境影响评价的相关标准将分析频率范围统一为1～80 Hz。

2.4 列车头车和尾车通过时间的判断

在对城市轨道交通环境振动实测数据进行计算分析时，需要对列车头车和尾车通过时间tse进行判断。该工作受数据分析人员的主观影响较大，很难做出准确的判断。为直观反映tse的判断结果对振动环境影响评价指标计算值的影响，采用图2所示的实测振动加速度数据进行评价指标计算分析。分析过程统一采用t=1 s的时间计权方式，计权标准采用ISO 2631-1:1997。

注：g为重力加速度。

2.4.1Lvz,max和Lvz,10

单值评价量Lvz随时间变化的过程如图3所示。

图3 Lvz随时间变化的过程曲线

Lvz,max和Lvz,10曾是HJ 453—2008《环境影响评价技术导则 城市轨道交通》同时采用的2个评价指标，其在tse判断结果不同时的计算值如表2所示。由表2可以看出，tse的判断结果对Lvz,10的计算值具有较显著的影响，但对Lvz,max的计算值无影响。由此可知，由于tse的判断这一主观因素的客观存在，单值评价指标采用Lvz,max更能保证计算值的可靠性。因此HJ 453—2018《环境影响评价技术导则 城市轨道交通》取消Lvz,10作为评价指标是合理的。

表2 Lvz,max和Lvz,10计算结果

2.4.2 分频评价指标Lva,max,f

分频评价指标Lva,max,f的计算方法无明确规定。采用常见的峰值保持法和线性平均法分别对Lva,max,f进行计算，结果如图4和图5所示。

由图4可见，采用峰值保持法时，tse的判断对Lva,max,f计算值的影响较小，8～80 Hz频率范围的Lva,max,f计算值较为稳定。由图5可见，采用线性平均法时，Lva,max,f的计算值受tse判断结果的影响较为显著。因此，分频评价指标Lva,max,f采用峰值保持法进行计算更为合理。

图4 Lva,max,f在各中心频率的分布(峰值保持法)

图5 Lva,max,f在各中心频率的分布(线性平均法)

2.5 环境振动测量点位置

对于环境振动测量点的位置，GB 10071—1988要求其一般位于建筑物室外距墙体0.5 m范围内，必要时设置于建筑物室内地面中央；而JGJ/T 170—2009、GB/T 50355—2018、GB 50868—2013则要求一般设置于建筑物室内楼板或地面。

最终影响沿线居民工作生活的，应该是城市轨道交通传递至建筑物内部的振动。由于振动从室外向室内的传播并没有一致的传递模式，因此采用室外测点的测量结果不能准确评价振动对室内居民的影响。在GB 10071—1988的修编中，建议参考JGJ/T 170—2009、GB/T 50355—2018、GB 50868—2013等标准，将测量点的位置布设于建筑物室内。

3 结语

通过对我国城市轨道交通振动环境影响评价现行相关标准进行梳理和分析，得出的主要结论和建议如下：

1)建议在对GB 10070—1988及GB 10071—1988进行修编时，计权标准采用ISO 2631-1:1997。

2)在城市轨道交通振动环境影响评价相关标准中，建议同时设置单值评价量和分频评价量，并分别研究确定其限值标准。

3)在城市轨道交通振动环境影响评价相关标准中，建议将分析频率范围统一规定为1～80 Hz。

4)列车头车和尾车通过时间的判断受主观影响，且直接影响振动评价指标的计算结果。为消除这一因素的影响，建议单值评价指标设为Lvz,max，分频评价指标设为Lva,max,f并采用峰值保持法计算。

5)在城市轨道交通振动环境影响评价相关标准中，建议将测量点的位置统一规定为建筑物室内。