【TOD系列】地铁上盖项目中的减振降噪
地铁上盖项目中的减振降噪
中国的TOD习惯上采用地铁上盖的模式，这种开发模式有利于给投资者带来丰厚的利润。一方面“站城一体”可以作为偏公益性的轨道交通和地产商投资商合作的桥梁，推进经济互利发展；另一方面地铁上盖可以为居民带来便利性，而人流引导又可以为地段带来经济财富。对于人口密度较大的日本和中国香港来说，地铁上盖无疑有利于空间集约性和土地优化利用。然而对于地铁上盖的建筑来说，地铁不可避免地会带来诸多影响。合理的建筑物理技术采用可以减轻这一影响，而为地铁上盖提供合理的条件。
本章将以清华大学建筑学院建筑物理实验室主任燕翔教授的讲座作为引子，扩展探讨地铁上盖中的减振与降噪。
一、地铁振动噪声的产生、传播、评价
在最先使用轨道交通的发达国家中，交通带来的振动和噪声问题日益凸显。无论是轻轨还是地铁，在他们运行过程中不可避免的会产生大量的噪音和振动，这些对于临近的建筑或人来说都会产生不利影响。
那么地铁主要对人有什么影响呢
地铁运行主要对人们产生影响的，一是其引起的建筑内二次辐射噪声，二是地铁运行过程中引起沿线固体介质往复运动而导致建筑物基础或结构振动。所以，地下轨道线路下穿建筑物的地段，应按照振动噪声敏感点对待；对于地铁振动进行测量，并采用必要的工程预防或治理措施。
《城市区域环境振动标准》GB10070-1988
《JGJT170-2009 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》
振动级和噪声级单位都是dB。而分贝是对数增加，因此相差几个分贝，代价可能极大。
什么是振动？
振动是一种体感效益，人一般对其不敏感，但身体会有特殊反应。低频振动会引起运动病如晕船晕车人体是一个复杂的共振系统，对低频振动耐受力较差。低频振动甚至会让人体器官发生位移。长期处于振动之下，会对人产生不可逆的影响与损伤。
噪音有什么影响？
人体对于噪音的感受，夜晚入睡或早上清醒时，噪音影响最强。有一些调研显示，听觉系统在睡觉的时候不会关闭，会通过神经系统传达到大脑里，影响健康。而影响最大的莫过于睡眠周期的尾部。在这个阶段人的敏感度最强，最容易收到噪声影响。清华大学研究表明，噪音每高一个分贝，深度睡眠时长会降低4%。噪音上升，专注力也会下降，每10个分贝，专注力也会下降10%左右。
而对于地铁来说，早上的噪音影响最大。往往早班列车产生的噪音会让人不知不觉惊醒。这对于居民的深度睡眠有很大影响，长期对于人身体健康会有所不利。因此地铁的减振降噪对于建筑，特别是上盖物业就特别重要了。
二、减振降噪的基本原理
可以采用什么措施减振降噪？
对于振动来说，重要的因素是传递率。传递率是指设备的振动传递给支撑基础的比率，传递率越小隔振效果越好，减振的方法是降低振动的传递率。固有频率降低，振动隔离越好。
对于声音来说。建筑结构，主要是板振动时，将大量向建筑室内辐射声能。对室内辐射噪声的理论模型可以看作是建筑结构界面振动的运动，驱动了界面处空气分子产生受迫振动，形成空气声辐射。辐射声功率与界面运动速度和辐射效率有关。
采用厚重材料可以减少辐射效率，降低声辐射。比如混凝土、重质砌块优于铝制板、纸面石膏板等材料
另一种方式是采用声辐射效率低的砌块分散墙体（连续的刚体墙体的辐射效率最高）利用分散墙体可以相对降低2dB的室内声能辐射。
另外，房间还会产生共振和混响。室内空间受频率激发时，会形成驻波（一种共振现象）。与房间的几何尺寸有关。
空间界面的声反射会产生混响，使室内的声压级增加。因此多采用空腔吸声材料可以对室内噪音进行一定控制。
墙体、楼板、吊顶、外窗等位置都有对应的吸声隔音措施。
三、地铁减振降噪处理
地铁振动和噪音怎么影响建筑？
振动在大地的传播非常复杂，会受到地层、土壤等多方面影响。一般而言，土壤吸振小，不是振动传播衰减的主要因素。但对于特殊项目研究振动依然需要对土壤和基岩进行研究。不同的土质振动还是有一些不同。
振动的主要影响因素是振动发散。距离越远，振动越小。但振动传递到建筑结构后，形成受迫跟随振动和共振，因此并不一定随着距离增加而减少。一旦形成剧烈的共振，距离远处可能不减反增。因此不是买房买得越高就越有利于隔声减振，实际上，往往中间楼层更具优势。
另外，地铁的深度、速度、与建筑的距离也有影响。距离120m以上基本没有太多影响；60m范围内，需要做减震扣件等处理，不做的话，则会有很大影响；30m一定会有影响，还会伴有二次噪音影响，因此这种情况下一般地铁和建筑都需要做减振降噪的防护措施；直接上盖，影响最大，噪声影响大，需要采用多种降噪减振措施。
好了，关键问题来了，地铁上盖物业怎么减振降噪呢？
减振降噪的方法，主要可以从声源、传播途径、接受者三个方面进行。
一是在声源处理，也就是对于地铁进行处理。钢弹簧悬浮板是目前比较适用的方式。
另一种方法则是用减振扣件进行隔振处理。
除了声源处减振，还可以在传播途径进行减振隔离。
可采用的方式有减振沟和隔振排桩，沟内一般进行聚苯板填充。
另外，还可以采用建筑基础的弹性浮柱，但实施的时候，作用力不一定均匀，一定要配合达到一致。另外减振和防水措施也要细致配合
浮柱相当于将建筑浮了起来，不仅仅适用于上盖物业的减振处理，实际上在很多易发地震区域、或对声学有特殊要求的音乐厅会议厅等建筑，也可以采用弹性浮柱进行建筑与地表隔离。
最后，还可以在声源接收处进行降噪。比如房中房。不过工程具有一定复杂性。
四、案例分析
美国费城交响乐团演艺中心采用了建筑浮柱进行减振。音乐厅地基和中心地基之间铺设了225块减振橡胶垫。但需要注意的是，橡胶的抗疲劳，抗老化都需要实验。
Kimmel Center
类似的，Kwai Tsing Theatre也采用了大量的隔振措施，以保证剧院的声学要求。
北京石景山文化中心是也建在地铁之上，对于减振来说刚开始需要确定振动噪音预测。选择类似的地质条件、同速列车进行测量，可以更准确地判断地铁给地表建筑带来的影响。在同类地铁振动测量的基础上再叠合能量距离衰减原理进行数据校正。得出地铁加建筑需要共同隔振量26dB、降噪量13dB
因此在这个项目里，地铁处首先采用了钢弹簧浮置板隔振，降低了15dB的噪音。但二次噪音还需要下降10-12dB。因此则又在建筑基础处（特别是声学敏感功能区域）使用了橡胶垫进行减振。
再者就是对于隔振材料的选用。对于隔振垫进行实验测试；对于隔振量和降噪量进行计算；并对长期性能、静态动态性能等物理性能进行测试。
在工程实施过程中，则要注意应用型号准确定位、与防水措施进行多工种交叉施工控制质量、铺装误差控制、大面积隔振铺装过程的精细管理和验收。
五、扩展阅读
隔振降噪技术方式都太专业，一般的建筑师可以做哪些工作？
实际上，物理技术上的减振降噪应该作为二次手段，对于建筑师来说，首要的还是建筑布局合理来进行声学优化。
A
建筑规划与分区（将产生噪音的机房房间或地铁路线远离密集人员区域；功能分布；空间选型）
B
非承重墙选型（判断有无声学要求，选择合理墙体材质与厚度）
C
高层电梯门的设置（门斗效应以应对高层建筑的电梯烟囱效应带来的噪音影响）
D
有噪音的管道及末端的合理排布
E
设置过渡层或架空层让建筑与地表减少接触
F
合理布置景观，可以适当增加声景观
G
各种吸声材料的选型与应用
H
表皮的设计，材料与角度，增加声音反射
例如，丽泽SOHO就坐落于地铁换乘站上方，地块被地铁隧道对角线切开。因此建筑有意避开了地铁空间，并以此为设计依据。
所以，在新的地铁上盖物业开发的过程中，应该一开始就把开发方式和规划纳入整体设计中。保证地铁的隔音、减振措施和建筑地基的措施能够满足噪音振动控制的要求。并让主要功能还是尽量远离地铁布置。
另外，地铁也不易出现在高层的正下方，多数都是经过裙房部分，或者上盖物业的中央花园处。
另外就是从源头出发，即和地铁公司配合改进地铁和地铁车站。
除了我们之前提及的浮置板、减振扣件，还可以考虑钢轨无缝化、浮置板轨道（可增设弹性垫）、减少轨道不平顺。
另外，地铁的其他特征如：合理运行速度、车辆定距、固定轴距、车长等等也会产生影响。因此，在建筑处的列车行驶特征也需要进行详细配合。
地铁站的降噪也是建筑师可以积极参与的。比如ARUP给纽约地铁设计的隔音吊顶措施，有效地减轻了噪音。
另外，对于建筑物来说，除了我们之前提到的房中房、基座处隔振、特殊浮置地板、建筑物内浮筏弹簧、连续防振墙等等措施外，国外还有研究表明可以在建筑和基础之间设置隔振垫、增设砂浆层、替换地基土等方式减少建筑物振动
有时候地铁也会变成轻轨一样走在地面上。那这时候应该怎么减噪呢。
对，就是这样的轻轨，在很多城市都存在
TOD项目实际上也存在着大量的公共交通换乘，因此除了地铁之外，轻轨、有轨电车等等也是常常出现在TOD项目中的公共交通元素。地面公共交通的噪音也是需要进行处理的。
对于轻轨或城市干线来说，它们对于周边建筑也会产生负面影响，这些影响有通过铁轨经土壤固体传导进屋内的，也有直接的噪音影响。
对于前者，可以采用我们之前提到的铁轨减振措施，而对于后者，则可以采用不同的办法。如果可以利用地形，就尽量采用地形来进行隔音
如果实在不行，也要注意建筑物的退距，再配以隔音板、屏障等措施进行隔音。
对于隔声屏障来说，有布置在建筑附近的，也有包裹列车轨道的。
但如果遇到近距离的轻轨，建筑物的合理功能排布也就非常重要了。一种方式是靠近轻轨或铁路的楼层作为非居民功能，如停车场等等。
另外，建筑物的阳台也是噪音反射的利器，因此大阳台最好不要布置在吵闹的一面。
最好的方法是将隔音玻璃面或者封闭阳台面对着有列车通过的位置。百叶合适的角度也可以起到一定的降噪作用。
TOD上盖物业很多项目倾向于在上盖层先做屋顶花园。一方面可以给居住和办公提供自然环境和舒适感。另一方面，这些景观、树林本身具有降噪的作用
同时，适宜的声景观、不同的层高分布也可以有效地降低噪音影响。比如水景本身的声音可以减轻噪音对人的影响。
在TOD项目遍地开花的今天，为了真正保证上盖物业居住品质和环境，合理规划和特殊技术手段必不可少。要保障站成一体的建成环境，需要轨道交通、建筑、规划部门的共同努力。
本期的参考文献，公众号回复03即可获得。
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