城市軌道交通噪聲影響的效益評價方法

       在城市軌道交通比較發達的一些國家如美國、法國、日本、德國、英國、比利時、瑞士等,軌道交通引起的環境問題已被列為重要的科學研究課題。他們早已開始研究噪聲的產生原因、傳播路徑、控制方法以及對人體的危害等,并把這些研究成果應用于城市軌道交通的規劃與設計中,使噪聲在線路投入使用前就得到有效控制[1-5]。
       針對我國城市軌道交通噪聲的環境影響問題, 國內也已經開展了一系列的工作[6-9]。但是,我國關于城市軌道交通建設項目環境影響的評價工作起步較晚,目前尚無一套統一完整的、可供線路規劃設計階段使用的噪聲影響評價方法和模式;同時,與國外相比較,國內對城市軌道交通噪聲的研究多數僅限于事后的環境影響研究,而很少有把這些研究成果與城市軌道交通規劃結合起來,以優化城市軌道交通的規劃與設計。鑒于此,本文根據已有的研究成果,就不同線路敷設方式的城市軌道交通噪聲影響及其影響程度進行理論分析和計算,在此基礎上提出關于城市軌道交通噪聲影響的效益評價方法。
1、 城市軌道交通噪聲對沿線環境的影響
1. 1 城市軌道交通噪聲的產生與傳播
      從影響對象來看,軌道交通噪聲可以分為車廂內噪聲、車站內噪聲和路邊噪聲。車廂內的噪聲由乘坐該車的人承受,車站內的噪聲由在車站內候車的人承受,而路邊噪聲影響著在軌道交通沿線區域居住或工作的人們。各種類型的噪聲可能來自一個或多個噪聲源,并且沿著各種各樣的途徑進行傳播和擴散。本文主要從城市軌道交通規劃與設計的角度研究軌道交通形成的噪聲對沿線環境的影響,即路邊噪聲對環境的影響。
      路邊噪聲的產生與傳播是通過聲源、傳播路徑及接收點這3個方面進行的(見圖1[10]):軌道交通在運行過程中形成了噪聲源;噪聲源在傳播過程中,由于發生擴散、吸收、屏蔽等作用而減弱;最后,噪聲到達接收點,并結合其他因素影響接收者的活動。
1. 2 城市軌道交通噪聲影響理論計算方法
      為了評價城市軌道交通噪聲的影響,除了進行實際調查外,還需要對未來的噪聲振動影響進行預測,這就必須有一個比較準確簡單的計算模型。多少年來各國的研究者都結合具體交通情況,研究了一整套計算方法,目前還在研究之中。由于本文的工作著眼于城市軌道交通規劃與設計這個大方向, 是從效益角度去評價城市軌道交通的噪聲影響,不是從聲學的角度去研究問題,不是也不可能重新提出一套計算模型。至于在軌道交通環境影響評價中所需要的噪聲計算模型,主要是借鑒目前已有的研究成果,并結合城市軌道交通線路不同敷設方式的特點,對模型進行適當的修正,初步提出一套適用于城市軌道交通線路規劃設計階段的噪聲計算方法,為線路規劃和設計時進行噪聲影響評價提供依據。
1. 2. 1 計算步驟
      本文參照道路EIA(Environment ImpactAnaly-sis)指標體系中聲環境評價指標的評價方法和美國聯邦公共交通管理局于2006年5月頒布的《交通噪聲與環境評價手冊》(以下簡稱《手冊》)[10],并結合線路敷設方式對噪聲影響的特點,采用的城市軌道交通噪聲預測方法如圖2所示。可以利用該方法對不同線路敷設方式的城市軌道交通線路進行噪聲預測和評價,并對結果進行比較。
1. 2. 2 計算方法
1. 2. 2. 1 參考暴露聲級
      參考暴露聲級(Lref)是在特定運行條件下,線路上的某一點通過1列車的聲級。不同的城市軌道交通類型(地鐵、輕軌、通勤鐵路等),噪聲源的Lref有所不同,可按文獻[10]確定Lref。
1. 2. 2. 2 基礎噪聲值
      根據噪聲源在計算點的Lref,參考不同運營條件下的修正公式和線路敷設方式修正值,可以計算噪聲源在參考點(距離軌道中心15 m處)的基礎噪聲值(Lbas)。具體運營特征包括車流量、運行速度。線路敷設方式分為地面線路和高架線路(由于地下線路噪聲對沿線環境的干擾不大,所以不對其影響進行評價)。相關計算模型可以參考文獻[11]。
1. 2. 2. 3 傳播過程的噪聲修正值
      根據軌道交通類型和運營特征,可以得到列車在線路上行駛時產生的噪聲強度。不僅應關心列車在線路上噪聲的大小,而且要取得離軌道交通線路不同距離和高度地點的噪聲值。這就涉及到噪聲擴散傳播時由于距離、吸收和屏蔽等作用產生的衰減,來對基礎噪聲進行修正。關于這方面的修正方法已基本成熟。本文的幾種修正模型或修正值是結合城市軌道交通地面和高架線路的特點,參考文獻[12-14]的相關研究成果得來的。
1. 2. 2. 4 噪聲強度
      由不同軌道交通類型和運營特征計算得到的Lbas加上由于擴散和傳播產生的修正值Lcor,最終可得在計算點處產生的噪聲強度Leq=Lbas+Lcor。
1. 3 不同線路敷設方式下噪聲對沿線環境的影響
      為了具體研究軌道交通線路不同敷設方式對噪聲的影響程度,利用以上預測方法,對假定的軌道交通線路進行噪聲影響預測和分析。為使研究成果具有一定的普遍性,假定的軌道交通線路在系統制式、運營特點、線路特征等方面與目前普遍采用的城市軌道交通線路一致。
      通過理論分析和計算可知,不同的線路敷設方式對噪聲的影響程度是不同的。一般來說,在其他條件都相同的情況下,高架線路噪聲較地面線路噪聲要高1~6 dB(A),因此高架線路的噪聲影響范圍也要比地面線路大5~40 m。如圖3所示,如果線路設聲屏障,那么高架線路在距離線路中心20~25m處能滿足3類區的噪聲控制要求,而地面線路在15~20 m左右就能滿足3類區的要求;高架線路在65~70 m處能達到2類區噪聲控制要求,而地面線路在30~35 m處就能達到2類區的要求;高架線路在100 m范圍內無法達到1類區的噪聲控制要求,而地面線路在距離線路中心60~65 m處就能達到1類區噪聲控制要求。
2、 城市軌道交通噪聲影響效益評價
      噪聲影響會使周圍的環境惡化,產生的后果有可能會使土地的商業價值下降。要控制噪聲的影響就要采取各種措施,就必然要進行投入,這就帶來了一個以什么樣的標準進行投入才是最合理的問題,或者說要評價帶來最大經濟效益的投入水平。因此,在進行城市軌道交通線路噪聲預測的基礎上,現提出城市軌道交通噪聲的效益評價方法。
2. 1 城市軌道交通噪聲影響效益評價原理
      成本效益分析(Cost-benefitAnalysis)是評價各種公共項目經濟效率性的最基本方法[15]。它把項目實施費用和項目所產生的效益換算成貨幣后進行對比、評價,從而確定該項目實施的可行性。效益是指用貨幣單位表示出的因項目實施而產生的效果。費用是指因項目實施而喪失的財產或福利價值。如果可以把軌道交通產生的噪聲影響換算成貨幣,就可以用成本效益分析方法對其進行效益評價。
      從噪聲構成的環境影響來分析,其經濟成本可以分為直接損失、間接損失和降噪措施成本[16]。直接損失包括房產價格的下降。間接損失包括用于治療相關疾病的費用和個人工作效率的下降。由于噪聲形成的直接和間接損失隨著噪聲的影響程度的提高而增加,所以降噪措施的最終目的還是減少直接損失和間接損失。這就意味著增加對降噪措施的投入,即增加降噪措施成本,以降低噪聲對沿線環境的影響,因而減少其間接和直接損失。因此,就存在一個投入多少的問題。總的原則自然是希望通過一定量的投入獲得最佳的經濟效益。這也正是噪聲效益評價的思想和原理。
2. 1. 1 噪聲影響造成的損失
2. 1. 1. 1 直接損失
      噪聲影響造成的直接損失是降低了居住和工作環境的舒適度和安全性。雖然這種降低程度很難用經濟來直接評價,但是可以通過一些相關的經濟行為來間接估計其損失程度。
      一個常用的方法是利用特征價格法研究房價受噪聲和振動影響的程度,得到噪聲敏感指數(NoiseDepreciation Sensitivity Index)INDS用以計算房價下降程度。例如,當INDS為0. 4%,噪聲控制標準值為55dB(A),則房產受噪聲影響產生的價格降低百分比為(房產處噪聲值-55)×0. 4%。反過來說,如能將噪聲降低1 dB(A),那么相當于受影響房產的房價升值0. 4%。根據國外的研究成果[17],對于不同的交通方式以及噪聲源的INDS取值范圍在0. 2% ~1.3%之間,其中由于軌道交通產生的INDS平均值為0. 9%。
 
2. 1. 1. 2 間接損失
      間接損失中用于治療相關疾病的費用是指由于噪聲造成的心理和生理疾病的治療費用,還包括因為噪聲導致個人工作效率的降低。由于這些損失根據不同的影響個體其具體情況有很大的不同,根據市場經濟的特點,可認為在直接損失的貨幣計算過程中,已把間接損失計算在內了。即房產價格已反映了由于噪聲造成的個人損失。因此,在評價過程中可以用房產價格的下降代表噪聲影響的損失。
2. 1. 2 噪聲控制成本
      為降低列車運行噪聲對沿線敏感點的影響,可以通過多種方法和途徑來實現。宏觀層面,可以通過合理的線路規劃和城市規劃避開噪聲敏感點,比如采用對外界噪聲影響小的線路敷設方式。而具體措施更是多種多樣,包括:優先選用聲學性能優良的城市軌道車型,采用重型軌,鋪設無縫線路等;對噪聲超標的敏感地段設置吸(隔)聲屏障;在車輛段總體布局上,將噪聲源遠離敏感區域,空壓機等設備采取消音措施等。不同的方法和途徑其成本也各有不同。因而,降噪措施成本與所采用的噪聲控制方法和措施緊密相關。具體計算中,可以根據實際情況選擇合適的降噪方法,統計其費用。
2. 2 城市軌道交通噪聲影響成本效益評價方法
      成本效益分析中,費用和效益不是根據項目實施前后的變化來計算,而是進行有無比較,計算項目實施和不實施情況下的差異。在噪聲超標的情況下,假如不采取降噪措施,將導致房產價格下降;如果采取了降噪措施,房產價格的下降程度將減少或者價格升高。因此,可以把房產價格的減少或者升高作為效益項,把降噪措施成本作為成本項進行評價。評價標準可以采用費用效益比(Cost BenefitRatio)RCB,即用項目實施所產生的效益的總現值和費用的總現值之比來表示項目經濟上的核算性,如果RCB>1,就可以判斷項目的效益比較合理。具體方法如圖4所示。
  首先通過噪聲預測方法得到評價區域的噪聲值Nf,根據區域環境的噪聲控制標準Ns判斷預測值是否超標。如果未超標說明該項目符合環境要求,不需要實施減振降噪控制;如果預測值超標,即Nf>Ns,可以考慮采用各種降噪控制措施來降低噪聲。通過實施控制措施后會得到新的噪聲Nfn。利用噪聲敏感指數INDS、噪聲的降低量、房價(P)和受噪聲影響的房子面積(S),可以得到采取控制措施得到的效益,即房地產的升值,表示為B=INDS×(Nf-Nfo)PS;同時通過研究所采取的不同控制措施的成本Ci(i=1,…, n),可以得到整個項目進行環境控制所花費的成本,即C=∑Ci。最后計算費用效益比RCB=B /C。如果RCB≥1表示所采取的控制措施是合理的,項目可行;如果RCB<1,表示采取的控制措施不合理,應通過調整控制措施最終使RCB≥1。
3、結語
      通過研究分析城市軌道交通噪聲的評價方法, 得到了不同的線路敷設方式噪聲影響的范圍和程度。在此基礎上,借用成本效益理論,提出了城市軌道交通噪聲影響的效益評價方法。在城市軌道交通的規劃與設計過程中,可以利用該方法對線路的噪聲影響進行分析和評價,以優化線路的設計。


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