高速列车旅行环境舒适度评价模型研究

黄慧隆，施红生，邱永祥，江华洲，梅敏烽

(中国铁道科学研究院节能环保劳卫研究所，北京 100081)

目前，提高乘客旅行的乘坐舒适度已经成为高速动车组设计人性化的重要体现。随着我国高速铁路运营线路不断增加，高速铁路乘客乘坐舒适度问题日益受到人们关注［1－2］，直接影响到人们旅行感受。通过对京沪高速、武广高速CRH系列动车组乘客进行舒适度问卷调查，分析乘客对高速列车环境舒适度的评价及其影响因素，构建舒适度评价模型，为高速动车组旅行舒适度评价提供可行技术手段，从而寻求高速列车设计的方向。

1 内容与方法

分别于2013年1月和2013年8月在京沪高速列车和武广高速列车对6 210名乘客进行环境舒适度问卷调查。以影响旅行环境舒适度的各相关因素(空气品质、物理刺激、微小气候、车厢设施、公用设施和座椅设置等)为基础设计调查问卷，由经过培训的调查员向乘客发放调查问卷，并及时收回。应用Epidata3.1进行数据双录入，应用SPSS18.1对研究对象一般情况及其对环境舒适度的评价进行描述性统计分析，应用因子分析法和层次分析法(AHP)构建环境舒适度评价模型［3］。

各线路车型车次具体情况如表1。

表1 各线路车型车次汇总表

2 结果与分析

2.1 一般情况

调查的6 210名乘客中男性所占比例为54.8%，乘坐二等座的乘客占72.0%，乘客年龄以20～30岁居多(36.7%)，身高以161～175 cm居多(57.3%)，学历以大学/大专居多(54.3%)，就职行业以民营/私营企业居多(27.4%)，乘坐次数4次以下的所占比例最大(35.1%)，其次是5～9次(31.4%)，旅行目的以公务出差所占比例最大(32.2%)，其次是回家往返(20.4%)。

2.2 舒适度调查的结果

乘坐不同车型高速列车的乘客对舒适度的评价结果如表2。

表2 乘客对高速列车环境舒适度评价的汇总表

乘坐不同车型高速列车的乘客对舒适度的评价具有显著性差异，乘客对CRH380BL、CRH380A的环境舒适度总体评价较高，而对 CRH2C、CRH380AL的环境舒适度总体评价较低。

2.3 舒适度评价模型研究

2.3.1 舒适度因子提取

根据调查问卷的问题设置，为各选项赋值，最差评价得分为1，最好评价得分为5，最高分为5分。利用SPSS18.1软件正态标准化方法对原始评价指标数据进行标准化处理(Z-score变换)，得到新的数据表［3］。利用 SPSS18.1软件进行分析，对车厢环境和车厢设施两部分数据进行KMO球形检验，系数分别为0.773、0.834，且具有统计学显著性。

车厢环境方面的问题有10项(温度、湿度、风速、异臭味、空气清新度、清洁度、照明、噪声、振动、耳膜对车内压力变化的感觉)，利用最大方差法对因子进行旋转［3］，得到旋转后的因子负荷矩阵(如表3所示)。将矩阵中的每一列贡献率超过65%的指标归为一类，提出3个公因子。第1个公因子包括异臭味、空气清新度和清洁度;第2个公因子包括噪声、振动和耳膜对车内压力变化的感觉;第3个公因子包括温度、湿度和风速。根据实际情况，将3个公因子命名为空气品质、物理刺激、微小气候，并分别标记为 C1、C2、C3。

表3 经标准化处理后的因子负荷矩阵a

车厢设施方面的问题有10项(座位的脚部空间、座椅的座面高度、座椅的座面深度、座椅的靠背高度、座椅的靠背宽度、走廊是否方便、走廊宽敞度、饮水设施、厕所设施、垃圾箱设置)，利用最大方差法对因子进行旋转，得到旋转后的因子负荷矩阵(如表4所示)，将矩阵中的每一列贡献率超过65%的指标归为一类，提出2个公因子。第1个公因子包括走廊是否方便您的通行、走廊宽敞度、饮水设施、厕所设施、垃圾箱设施的设置;第2个公因子包括座位的脚部空间、座椅的座面高度、座椅的座面深度、座椅的靠背宽度。根据实际情况，将2个公因子命名为公用设施和座椅设置，并分别标记为C4、C5。

表4 经标准化处理后的因子负荷矩阵a

通过以上分析所得的 C1、C2、C3、C4、C5 五项公因子，对20项原始指标进行了降维。

2.3.2 基于AHP的舒适度评价模型

调查问卷的统计分析发现，各因素对于整体乘坐舒适影响存在差异。通过层次分析法(AHP)建立环境舒适度评价模型，可以确定各因素对乘客评价的影响权重，也为舒适度因素排序提供依据。

根据析因分析和因子提取结果，把各个问题分为车厢环境:空气品质、物理刺激、微小气候;车厢设施:公用设施和座椅设置。

在进行决策时，首先需要建立递阶层次结构模型［3］。本文目标层是环境舒适度的总体评价;准则层是车厢环境和车厢设施2个层面描述，指标层为5个具体细化的指标，模型的具体构建如图1。

图1 递阶层次结构模型图

将所有乘客在某一类指标层的得分率(得分率=平均得分/总分值)作为构造比较判断矩阵的依据，如果对某一类因素的认同水平越高(得分率越高)，则说明这一类相关因素的设计越合理，反之，则说明相关因素的设计尚需改进。

利用AHP的判断尺度构造比较判断矩阵，从而将两两比较的结果数量化。

通过分析得到全体被调查人员在车厢环境和车厢设施的得分情况，如表5。

表5 全体被调查人员在车厢环境和车厢设施的得分情况表

按照相对重要性权值的规定原则，并代入表5数据，则由目标层A到准则层B的判断矩阵为:

根据判断尺度可知0.0122接近0，判断尺度为1，由此可得:

同理，分析全体被调查人员在空气品质、物理刺激、微小气候、公用设施和座椅设置的得分情况，如表6。

表6 全体被调查人员在5个小类的得分情况

对于车厢环境层次的指标层C，构造相关系数的矩阵为:

对于车厢设施层次的指标层C，构造相关系数的矩阵为:

层次单排序要计算判断矩阵R的特征值λ和特征向量 W，λmax=max(λ)，即满足 RW=λmaxW，并对特征向量W进行归一化运算，每个向量W的各分量为相应元素的权重。

计算判断矩阵的一致性指标CI和随机一致性指标CR，从而检验其一致性。其中:

上述式中，n为矩阵阶数，RI的取值如表7。

表7 RI的取值

当 CR＜0.1时，判断矩阵具有满意的一致性。

总体评价的判断矩阵 R1:λmax=2，CI=0，CR=0＜0.1，通过一致性检验。

车厢环境的判断矩阵 R2:λmax=2.812 8，CI= －0.093 6，CR= －0.161 4 ＜0.1，通过一致性检验。

车厢设施的判断矩阵 R3:λmax=2，CI=0，CR=0＜0.1，通过一致性检验。

利用同一层次中所有单排序的结果，通过加权，计算层次总排序见表8。

表8 层次总排序计算结果

综合以上分析，高速列车环境舒适度评价模型为C=0.08×C1+0.06×C2+0.36×C3+0.25×C4+0.25×C5。

2.3.3 不同车型的舒适度评价比较

应用构建的评价模型，进行舒适度评价，比较不同车型动车组环境舒适度的差异。将CRH2C、CRH380A、CRH380AL、CRH380BL、CRH3C 五种车型的 C1、C2、C3、C4、C5 的平均分代入评价模型公式，得分依次为 14.975 8、15.473 5、14.746 5、15.704 0、14.890 5，与表 2 所列的评价情况一致。

3 讨论

环境舒适度以人为对象，不确定因素很多，相关列车舒适度调查表明，在诸多因素中，振动和座椅是最具有代表性的影响因素，选择率最高的前四位影响因素依次是振动、座间距、座椅舒适度和座椅尺寸［4～6］。本文问卷调查结果显示，乘客对车厢微小气候、公用设施设置和座椅设置评价较高，而对车厢噪声、振动、异臭味等的满意度较低。应用因子分析和层次分析法构建的高速列车环境舒适度评价模型所得出的各因素影响权重与乘客的评价基本一致。环境舒适度评价模型中微小气候、公用设施和座椅设置的权重依次为0.36、0.25、0.25，证明我国高速列车乘坐环境方面对车厢微小气候(温度、湿度、风速)、走廊和座位空间设计较为合理。物理刺激和空气品质的权重分别为0.06、0.08，乘客对这两方面的满意度较低，在总评价结果中所占的权重也较低，说明噪声、振动和空气品质需要改进，还应综合考虑隧道内瞬变气压与舒适度的关系［7］。

根据乘客的要求进行舒适度评价指标的研究可在既有车辆改进、开发新型车辆和提高舒适度方案选择中具有重要作用。在进一步的研究中应以舒适度评价模型为基础，结合车厢环境测试及设施测量等客观指标，进一步提出各种车型的高速列车环境舒适的具体参数、指标，为客车设计提供理论基础和改进方向。

［1］龙许友，时瑾，王英杰，等．高速铁路线路线形动力仿真及乘坐舒适度评价［J］．铁道科学与工程学报，2012，9(3):26－33．

［2］Peter Borner．The price of comfort［J］．Modern Railways，2011，68(749):50 －59．

［3］赫黎仁，樊元，赫哲欧．SPSS实用统计分析［M］．北京:中国水利水电出版社，2003:304－309．

［4］铃木浩明．列车舒适度的评价［J］．国外铁道车辆，1999(02):28－34．

［5］卢津，赵洪全，许广东．铁路客车舒适度的检测与评价［J］．中国铁路，2004(06):26－29．

［6］冯秦华，杨洪泽，汪斌，等．铁路乘客列车噪声和振动调查分析［J］．中国铁路，2006(12):60－61．

［7］王建宇，万晓燕，吴剑．高速铁路隧道内瞬变气压和乘车舒适度准则［J］．现代隧道技术，45(2):1－5．