鐵路交通環(huán)境振動(dòng)及噪音檢測與預(yù)測分析
摘 要：本文擬探討鐵路交通之振動(dòng)與噪音，針對不同列車經(jīng)過所產(chǎn)生之振動(dòng)及噪音進(jìn)行檢測，了解火車經(jīng)過對于環(huán)境的影響程度，并利用檢測所得之?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測分析。首先回顧國內(nèi)外學(xué)者對于鐵路交通環(huán)境振動(dòng)及噪音所作之研究報(bào)告，說明選用之評估指標(biāo)的理論基礎(chǔ)，并敘述檢測方法及其流程步驟。在選定之鐵路路段，利用未有火車經(jīng)過時(shí)先行檢測環(huán)境之背景振動(dòng)及噪音，接著就不同種類之列車經(jīng)過時(shí)各進(jìn)行三次檢測，求得各種列車所產(chǎn)生之平均振動(dòng)與噪音量。將檢測所得之背景振動(dòng)噪音以及各種列車經(jīng)過產(chǎn)生之振動(dòng)噪音量，查詢火車時(shí)刻表各種列車班次時(shí)段，預(yù)測此段鐵路在任一時(shí)段鐵路交通之環(huán)境振動(dòng)及噪音量，并導(dǎo)入相關(guān)管制標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行評估比較。日后則可利用此量測模式，對于不同鐵路路段進(jìn)行環(huán)境振動(dòng)及噪音檢測以及預(yù)測分析。
關(guān)鍵字：鐵路交通之振動(dòng)與噪音、評估指標(biāo)、背景振動(dòng)及噪音、管制標(biāo)準(zhǔn)、量測模式
一、前言
環(huán)境振動(dòng)及噪音乃是由日常生活中各式各樣的振動(dòng)噪音源產(chǎn)生而成，振動(dòng)是指一物體在一參考點(diǎn)上作來回?cái)[動(dòng)的運(yùn)動(dòng)，噪音則是令人不舒服之聲音皆可屬之。而振動(dòng)與噪音幾乎都是伴隨而生的，很少有振動(dòng)或是噪音單獨(dú)產(chǎn)生的情形。環(huán)境振動(dòng)的傳遞媒介為地表，以波的形式傳遞，振動(dòng)強(qiáng)度隨著距離增加而衰減。環(huán)境噪音的傳遞媒介則為空氣，噪音大小也會(huì)隨著距離增加而衰減。環(huán)境振動(dòng)與噪音對於人類來說，人類首先感覺到的是環(huán)境噪音，對于環(huán)境振動(dòng)的感覺則不像對環(huán)境噪音的感覺來得明顯，除非是很大的振動(dòng)才會(huì)有所感應(yīng)。根據(jù)國內(nèi)外的研究顯示，環(huán)境振動(dòng)及噪音會(huì)對人類造成生理與心理不同程度之影響。而環(huán)境振動(dòng)還會(huì)經(jīng)由地表傳遞到人類所居住之房舍等建筑物，使其產(chǎn)生振動(dòng)，輕則造成房屋內(nèi)之家具門窗搖晃作響，影響居住品質(zhì)，嚴(yán)重的話則危害建筑物本體結(jié)構(gòu)，造成房屋墻壁龜裂的情形。環(huán)境振動(dòng)及噪音來源有很多種，像是交通工具(飛機(jī)、火車、汽車、機(jī)車等等)、工廠機(jī)臺(tái)、營建工地工作機(jī)具以及軍事靶場火砲射擊所產(chǎn)生之振動(dòng)噪音等等，都是日常生活中經(jīng)常碰到的振動(dòng)噪音源。
而對於鐵路交通所造成之環(huán)境振動(dòng)及噪音，在國內(nèi)外都有相關(guān)之研究文獻(xiàn)。Morihara et al. [1]是對鐵路與道路交通噪音之間的響應(yīng)關(guān)係作比較，探討距離的減輕作用，結(jié)果顯示靠近鐵路的地區(qū)所受到的打擾比遠(yuǎn)離鐵路的地區(qū)要較為嚴(yán)重。Fitzgerald [2]則是描述城市鐵路噪音控制量測的發(fā)展與成果，分別就倫敦港區(qū)窄軌鐵路的北線以及西線路段作噪音控制檢測的說明。Yano et al. [3]乃是對不同類型的社區(qū)鐵路噪音打擾評估尺度作比較，討論四種藉由社會(huì)民調(diào)得來的鐵路噪音打擾反應(yīng)類型尺度，并且比較在相同尺度下鐵路與道路交通噪音之間的響應(yīng)關(guān)係。郭及盧[4]則是利用測定鐵路每班列車之最大音壓位準(zhǔn)
同時(shí)探討鐵路交通之環(huán)境振動(dòng)及噪音的研究方面，Ohrstrom [6]對於鐵路交通的振動(dòng)及噪音暴露效應(yīng)作研究，比較有振動(dòng)及無振動(dòng)兩個(gè)地區(qū)之間的差異。Jutulstad [7]則是敘述挪威奧斯陸到新機(jī)場之間新高速鐵路干線發(fā)展之振動(dòng)與噪音的問題。王等人[8]分析比較國外的管制方法，針對高鐵噪音振動(dòng)之物理特性，找出適合國內(nèi)情況的評估指標(biāo)與環(huán)境影響量表，作為訂定管制標(biāo)準(zhǔn)之參考依據(jù)。中華民國振動(dòng)與噪音工程學(xué)會(huì)[9]建立高速鐵路振動(dòng)與噪音的標(biāo)準(zhǔn)量測方法、推估模式以及評估指標(biāo)，擬定高速鐵路之振動(dòng)噪音管制措施、對策及規(guī)范。本文之目的主要是針對鐵路交通所產(chǎn)生之環(huán)境振動(dòng)及噪音進(jìn)行檢測，了解火車經(jīng)過對於環(huán)境的影響程度，并將檢測所得之?dāng)?shù)據(jù)作預(yù)測分析，預(yù)估鐵路交通在任一固定時(shí)間內(nèi)所產(chǎn)生之振動(dòng)噪音量。
二、評估指標(biāo)之選用與理論基礎(chǔ)
進(jìn)行環(huán)境振動(dòng)及噪音檢測工作完畢后，之后便要分析檢測之?dāng)?shù)據(jù)，將檢測所得之原始數(shù)據(jù)換算成環(huán)境振動(dòng)及噪音之評估指標(biāo)，在此所謂的評估指標(biāo)乃是比較評定環(huán)境振動(dòng)及噪音量大小的一種標(biāo)準(zhǔn)，環(huán)境振動(dòng)與環(huán)境噪音所採用之評估指標(biāo)略有不同，配合管制標(biāo)準(zhǔn)來加以控管振動(dòng)噪音源對於環(huán)境的影響。國內(nèi)外對於各種振動(dòng)噪音源所產(chǎn)生之環(huán)境振動(dòng)及噪音，都訂有相關(guān)之評估指標(biāo)與管制標(biāo)準(zhǔn)，隨著國情的不同，所訂立之標(biāo)準(zhǔn)也有所差異。表1為世界各國對於各類型振動(dòng)噪音源所產(chǎn)生之環(huán)境振動(dòng)及噪音所採用之評估指標(biāo)的比較，分為環(huán)境振動(dòng)及環(huán)境噪音兩個(gè)部份，由於我國尚未制定振動(dòng)管制法，唯有在勞工安全衛(wèi)生方面[10]有規(guī)定勞工於振動(dòng)環(huán)境作業(yè)時(shí)之振動(dòng)暴露量限制，以最大加速度為評估指標(biāo)，另外表中所列我國對於環(huán)境振動(dòng)所採用之評估指標(biāo)乃是崔[11]所建立環(huán)境振動(dòng)之量測與管制技術(shù)所使用之指標(biāo)。
噪音的單位為分貝，寫為dB。為模擬人耳對不同頻率的敏感度，必須對不同中心頻率之音壓位準(zhǔn)取加權(quán)函數(shù)，表1所述之噪音評估指標(biāo)皆取A加權(quán)函數(shù)，單位為dBA。振動(dòng)主要有三個(gè)方向，分為垂直(z軸)方向以及水平(x、y軸)方向，以垂直(z軸)方向之振動(dòng)對於人體的影響較大。振動(dòng)的單位同噪音一樣為分貝，寫作dB，并且需要作加權(quán)。
對於不同類型之振動(dòng)噪音源，所需之評估指標(biāo)也有所不同。根據(jù)表1所列之評估指標(biāo)，配合環(huán)境振動(dòng)及噪音的種類與實(shí)驗(yàn)室所擁有之檢測儀器的功能，選擇適合并可利用分析工具運(yùn)算獲得之評估指標(biāo)，作為本文對於環(huán)境振動(dòng)及噪音評估所用。以下主要對所選用之環(huán)境振動(dòng)及噪音評估指標(biāo)的公式原理以及定義作一敘述，并且說明各評估指標(biāo)所代表之符號。
(一)環(huán)境噪音
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