地铁引起的环境振动和结构传播噪声（SBN）在人口密集的城市中已成为主要问题，影响着居民的舒适度和对振动敏感设备的运行性能[[1], [2], [3]]。随着城市轨道交通网络的扩展，建筑物越来越多地建在地下线路附近，因此在设计阶段可靠地预测振动和SBN变得越来越重要，以满足健康和舒适性要求，并指导以缓解为目标的结构设计[[4], [5], [6]]。从物理角度来看，地铁引起的SBN不是一个孤立的声学问题；它是从轮轨激励到轨道和隧道响应、波在土壤中的传播、振动传递到建筑物结构，最终声音辐射到封闭房间这一端到端能量传递过程的最终结果。准确捕捉这一耦合路径具有挑战性，因为它涉及多个相互作用的物理领域。
目前预测建筑物振动的方法大致可以分为经验方法[[7], [8], [9], [10], [11], [12]]、分析/半分析方法[13,14]和数值方法[[15], [16], [17], [18]]。其中，链式经验预测方法已在国际标准和指南中得到广泛采用[19]，例如联邦交通管理局（FTA）模型[20]。虽然这些方法适用于初步评估，但现场测量表明，在实际条件下它们可能会高估振动水平[8,9]，类似基于公式的方法也在中国得到应用[21]。分析和半分析模型，如管中管模型[[22], [23], [24]]，在理论上严谨且计算效率高，但在面对复杂的边界条件、异质的城市土壤-隧道环境和完全三维的建筑配置时，它们往往变得不那么直接。数值方法，包括2.5D FEM、FEM-BEM和FEM-IEM公式[[25], [26], [27]]，在处理真实几何形状、分层介质和复杂结构布局方面具有更大的灵活性，因此在工程预测中越来越常见。与这些主流方法并行的是，基于模态/传递函数的模型已经通过现场测量得到了成功验证，用于估计地铁激励下的楼层振动响应[28]。这些研究在建筑层面高效且物理上可解释，但它们没有明确解决从车辆-轨道激励到室内声学响应的整个传输链，而这正是本研究的关键目标。
对于SBN预测，声压水平通常使用简化的转换关系从振动速度水平间接估计。类似的公式在中国HJ 453-2018标准和FTA指南[20]中也有采用。然而，这种转换可能存在偏差，特别是在小房间条件下，低频模态行为和声场的空间非均匀性变得显著时，可能会导致SBN的高估以及不必要的保守缓解措施和建设成本[29]。数值声学方法，如边界元素方法[[30], [31], [32], [33]]，可以模拟复杂的边界，并可以与结构有限元模型耦合。尽管如此，许多现有研究主要强调结构振动和土-结构相互作用，而室内声场往往被简化或解耦，振动声辐射机制也没有被明确建模[34,35]。最近的研究进一步表明，地铁相邻建筑物中的结构传播噪声可能表现出明显的楼层依赖特性，这表明逐层评估不仅在物理上有意义，而且对工程评估和缓解设计也很重要[36]。这些观察结果进一步强调了需要能够解决逐层响应特性的预测框架，而不仅仅是整个传输路径。
尽管取得了这些进展，当前实践和研究中的三个局限性仍然很明显。(i) 工作流程碎片化：振动和SBN经常在单独的工作流程中预测，这掩盖了端到端的能量传递机制，并在数据传输、接口映射以及假设和边界条件的一致性方面引入了额外的不确定性。(ii) 声学推断简化：SBN通常使用经验转换公式从结构振动中推断出来，而不是使用显式的室内声学模型计算，这对于小房间和低频场景可能是不可靠的。(iii) 联合验证和偏差量化不足：使用定量统计指标同时评估结构振动和室内声压的建筑物级验证仍然有限，因此常用基于指南的估计的偏差尚未得到充分量化。
为了解决这些差距，本研究开发了一个端到端的集成预测框架，该框架结合了车辆-轨道动力学、土-结构相互作用和室内声学，实现了地铁引起的建筑物振动和SBN的统一预测。该框架通过顺序的、单向的振动到声学耦合策略构建：首先解决车辆-轨道-土-结构系统以获得结构振动场，然后将得到的结构法向加速度作为诺伊曼型边界条件映射到室内声学有限元模型中，从而预测室内声辐射和房间声学响应，而无需依赖链式经验声学转换。
本文的其余部分组织如下。第2节介绍了所提出的集成预测框架和耦合策略。第3节描述了现场测量活动和模型验证。第4节提出了关于建筑物高度影响的参数分析，讨论了潜在机制，并评估了相应的缓解策略及其设计意义。第5节总结了研究并概述了未来的工作。
