衡量城市轨道交通引起的环境振动水平的指标是最大Z振级和分频最大振级。目前，关于评价指标的计算存在诸多混淆，不同规范和标准对评价指标的计算方法和计权曲线的选取存在差异，影响了评价指标的计算，甚至进一步影响线路规划和隔减振措施的效能评估。
针对上述两个指标的计算，存在的问题有相邻加速度子波形重叠系数的取值问题、计算最大Z振级时计权曲线的选取问题、计算分频最大振级时具体计算方法的确定。
GFE针对上述问题，自主开发了环境振动量化指标计算程序，参考相关文献资料确定了重叠系数的合理取值范围，支持不同计权曲线的选取，分频最大振级的计算则采用相对可靠的峰值保持法。
GFE
功能概况
GFE目前已实现对车辆运行产生环境振动的数值模拟功能，在进行后续环境振动量化指标计算时，主要包括以下步骤：
1.在模型中选取节点，输出节点振动加速度时程数据。
2.对加速度时程数据进行傅里叶变换，分析振动频谱特性。
3.对加速度时域波形进行子波形划分，计算最大Z振级和分频最大振级。
GFE
应用案例
1.在GFE后处理模块中选关心节点，输出节点加速度时程数据。
图1
图2
图3
2.对加速度时程数据进行傅里叶变换，分析振动频谱特性 。
图4
3.对加速度波形进行子波形划分，计算最大Z振级和分频最大振级。
计算环境振动评价指标时，每次需要计算1s长度的样本数据。为了使离散数据的计算结果能真实反映连续振动过程，相邻两幅波形需要设置一定的重叠率。研究表明，当重叠率大于3/4时，Z振级计算结果偏于稳定，GFE在进行子波形划分式，重叠率默认取0.9。子波形划分方法见图5。
图5
(a)关于计权曲线的选择
我国现行的《城市区域环境振动标准》采用的是ISO2631-1:1985中规定的Z计权曲线，基于“疲劳-熟练度降低限”曲线，指在一定工作时间下，引起工作者疲劳或熟练度降低的振动值。对象是工业作业人员，无法完整地反映出轨道交通引起的环境振动对于人体的影响。该曲线已于1997年被ISO废止。ISO2631-1:1997针对建筑物内长时间处于坐姿的人员对城市轨道交通引起的环境振动的感受，提出了新的WK计权曲线，我国拟颁布的最新《振动环境质量标准》采用WK计权曲线。
图6 1~80Hz各中心频率的Z计权因子与WK计权因子
1）WK计权曲线降低了1～4 Hz范围内振动的影响权重，提高了5～80 Hz范围内振动的影响权重。1～4 Hz计权值平均降低了1. 35dB，5～80 Hz计权值平均提高了2. 76dB。
2）计权曲线对振级的影响主要取决于振动的能量分布，若振动能量集中在5～80Hz，则WK计权Z振级将大于Z计权Z振级; 若振动能量在1～80 Hz 分布比较均匀，则二者接近。
3）在近场WK计权Z振级要大于Z计权的Z振级，但随距离增大，高频振动迅速衰减，振动逐渐以低频为主，WK计权Z振级与Z计权Z振级的差异逐渐缩小甚至可能出现低于Z计权Z振级的情况。
GFE软件最新的VLZ振级计算程序的计权因子为ISO2631-1:1997规定的WK计权因子。
(b)计算振级
图7 GFE计算振级操作过程
图8 某隧道源强A3加速度时程曲线
图9 某隧道源强Z振级曲线
图10 某环境振动项目在普通/减震轨道下A3加速度对比
图11 某环境振动项目在普通/减震轨道下Z振级对比
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总结
GFE可根据测点的振动加速度时程数据计算Z振级，其采用的 ISO 2631—1:1997 中的频率计权曲线能综合考虑轨道交通引起的环境振动对人体健康、舒适性及工作效率的影响。
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