轨道交通噪声评价与控制标准探讨

　　摘要：轨道交通噪声问题日益突出，相关的标准是评价和控制轨道交通噪声的关键。我国当前现行的轨道交通噪声标准缺乏系统性，相互之间不成体系，甚至存在互相矛盾的情况。另外，涉及轨道交通噪声的标准的目的和适用范围有所不同，在理解和应用中仍然存在一些误区。这些都给轨道交通噪声评价和控制的实施带来一定困难。对现行轨道交通噪声标准的分析表明，现行的部分标准等同采用或修改采用已被替代的ISO标准，已不适应当前社会对噪声控制的要求，又由于标准之间存在矛盾，因此需要对现行部分标准进行修订。评价轨道交通车外噪声需同时考虑每列车经过时的噪声水平和车流密度因素，宜采用特定时间间隔内的等效连续A声级作为噪声评价指标。轨道交通噪声测试和评价时的频率范围应根据各声源的特点作明确规定。高速铁路高架车站站房的噪声问题已十分突出，亟需制定相应噪声限值和测量方法标准，改善乘客候车舒适性，避免站内工作人员健康受到噪声危害。

　　关键词：声学;轨道交通;环境噪声;评价;控制;标准

　　截止2020年7月底，我国铁路营业里程达到14.14万公里，其中高铁营业里程突破3.6万公里。同时，我国内地城市轨道交通运营线路已超过7000km。除此之外，我国市域铁路也正处于迅速发展中。伴随我国轨道交通里程的增长和线路密度的增大，对于穿越郊区、城镇的线路，轨道交通产生的噪声问题愈发突出。列车在路基和高架线路上运行，辐射到车外的环境噪声以及地下线路诱发临近建筑物辐射的二次噪声所引起的沿线居民的投诉也越来越多。

　　轨道交通论文：基于轨道交通硬件平台的“自动控制原理”实验教学改革

　　不仅如此，高速运行和曲线行驶的列车车内噪声过大，对车内乘客的舒适性产生严重不利影响。在铁路编组站、货场等场站，列车产生的噪声也较大。轨道交通在促进经济社会发展和节能减排方面发挥了重要作用，但轨道交通产生的噪声问题已成为阻碍其发展的障碍。国内学者通过建立动力分析模型，对轨道交通辐射到外部环境的轮轨噪声[1-2]、气动噪声[3-4]、集电系统噪声[5]和结构噪声[6-7]等进行了预测分析及其传播规律研究。

　　然而，对于防治轨道交通的噪声危害，相关的噪声标准是建设前环境影响评价、运营后噪声投诉治理的重要依据，在噪声防治方面具有重要作用。当前关于轨道交通噪声的规范和标准缺乏系统性，相互之间不成体系，甚至存在互相矛盾的情况;另外，涉及轨道交通噪声的标准的目的和适用范围有所不同，对噪声标准的理解及其应用仍然存在一些误区。这些都给轨道交通噪声评价和控制的实施带来了一定的困难。因此，有必要对现行轨道交通噪声评价与控制标准进行分析，对其在实践中的应用和今后的修订提出建议。

　　1轨道交通环境噪声限值

　　1.1边界噪声

　　为了保障铁路沿线工作和生活人群免受噪声的危害，GB12525-1990[8]规定了铁路边界处机车车辆运行中所产生的噪声限值及其测量方法，其中铁路边界是指距铁路外侧轨道中心线30m处。评价指标为机车车辆运行平均密度某1h的等效连续A声级。由于时间计权快档相比慢档与人耳的听觉更相近，测量时间计权采用快档。铁路边界噪声起初规定昼间和夜间等效连续A声级限值均为70dB(A)。

　　2008年7月30日，国家环保部门将新建铁路夜间噪声限值修改为60dB(A)。背景噪声应比铁路噪声低10dB(A)以上，若两者声级差值小于10dB(A)。若背景噪声与铁路噪声的差值不足3dB(A)，则测试数据无效。TB/T3050-2002[9]增加了关于铁路沿线站、场、段、所作业中产生噪声和敏感建筑物噪声的测量技术规定，将铁路沿线站、场、段、所的边界也作为铁路噪声测量边界。测量的量为不短于1h的等效连续A声级。

　　1.2车站站台噪声

　　为提高城市轨道交通乘客候车的舒适性，GB/T14227-2006[10]规定了城市轨道交通系统中地铁和轻轨车站列车进、出站时站台的噪声限值和测量方法。每种列车运行状态的测量次数不应少于10次，每种列车运行状态的测量数据经算术平均后修约到整数位的数值作为评定值。进站的测量时间为列车头部进站到停止的时间，出站的测量时间为列车启动到列车尾部离站的时间。测量传声器应置于车站站台中部、距地面高度1.6m的位置，传声器朝向被测轨道一侧。测量前后应使用声级校准器校准声级计，偏差不应大于0.5dB(A)，否则测量无效。

　　测量时避免受到广播等非列车运行噪声的干扰，站台的背景噪声应低于被测噪声10dB(A)以上，否则应按表2进行修正。差值小于5dB(A)应重新测量。目前缺少高铁车站站台噪声和高架车站站房噪声限值的规范，特别是有列车不停站高速通过的车站站台和高架车站站房的噪声已十分突出，亟需制定相应的噪声限值和测量方法规范，改善乘客候车的舒适性，避免站内工作人员健康受到噪声危害。

　　1.3室内二次结构噪声

　　城市轨道交通列车运行引起的建筑物振动辐射二次噪声近年来得到越来越多的关注。二次辐射噪声的频率范围为16Hz～200Hz，评价指标为昼间和夜间的快档等效连续A声级[11]。将城市轨道交通沿线建筑物分为5类。如果二次噪声超标必须采取相应的减振降噪措施，确保建筑物内的二次噪声满足限值要求。

　　噪声测点布置在室内，传声器朝向房间中央，测量时需关闭门窗。传声器距地面1.2m高，距墙壁水平距离应在1.0m以上，测点周围1.0m范围内不应有反射物。昼间测量应选择行车高峰时段，夜间测量时间内通过列车不少于5列，测量时段不小于1h。行车密度较低的线路，可分段测量列车通过时的声级。测量前后声级计应校准，前后相差不得大于0.5dB(A)，否则测量结果无效。背景噪声修正方法与表1相同。

　　1.4声环境功能区噪声

　　GB3096-2008[13]规定了5类声功能区的环境噪声测量方法及限值。其中4a类为城市轨道交通(地面段)两侧区域，4b类环境噪声限值适用于2011年1月1日起通过环评审批的新建铁路干线两侧区域，与GB12525-1990[8]修改后的铁路边界噪声限值相同。

　　城市轨道交通地面段和铁路干线两侧区域是指城市轨道交通或铁路用地边界线一定距离内的区域，具体规定如下[14]：(a)相邻区域为1类声环境功能区，距离为50±5m;(b)相邻区域为2类声环境功能区，距离为35±5m;(c)相邻区域为3类声环境功能区，距离20±5m。铁路和城市轨道交通场站等具有一定规模的交通服务区域应被划分为4a类或4b类声环境功能区。

　　对于穿越城区的既有铁路干线以及对其进行改扩建的铁路建设项目，铁路干线两侧不通过列车时的环境背景噪声限值取为昼间70dB(A)、夜间55dB (A)。另外还规定各类声环境功能区夜间突发噪声最大声级不得超过其中的环境噪声限值15dB(A)。如果铁路干线或城市轨道交通地面段附近有居民区等声敏感建筑区，应该按照对应声功能区的限值来评价。

　　过于受轨道交通噪声影响的敏感建筑物，取列车正常运行条件下昼、夜不低于平均运行密度1h等效声级作为评价指标，如果城市轨道交通运行车次密集，测量时间可缩短至20min。测点一般设于敏感建筑物户外。当不得不在室内监测时，应将门窗全部打开，并采用其中对应声功能区限值降低10dB(A)的值作为评价依据。测量前后所使用声校准仪器的示值偏差不得大于0.5dB。

　　2轨道交通环境噪声测量

　　GB/T3222.1-2006[15]等同采用ISO1996-1:2003《声学环境噪声的描述、测量与评价第1部分：基本参量与评价方法》，将修正的等效连续A声级(又称评价声级)作为评价长期噪声的指标，但没有规定噪声限值，而是由相关部门来规定噪声限值。

　　3轨道交通噪声环境影响评价

　　轨道交通建设项目报批前需进行声环境影响评价。轨道交通噪声环境影响评价一般包含环境现状调查和评价，施工期环境影响分析与评价，运营期环境影响预测与评价。本文关心的主要是运营期列车运行引起的噪声，当进行轨道交通噪声环境影响评价时，首先要预测运营期昼间、夜间运营时段等效连续A声级。

　　4车内噪声评价标准

　　由于轨道交通沿线居民的投诉，目前对车外噪声的关注较多。而高速列车运行速度提高、城市轨道交通减振扣件和浮置板轨道等的使用加剧了轮轨相互作用，车内的噪声也逐渐受到人们的关注。

　　4.1城轨车辆

　　对于城市轨道交通系统中地铁和轻轨列车，GB14892-2006[23]同时代替了GB14892-1994和GB/T14893-1994，规定了车内等效连续A声级的最大容许限值，其中，每次等效连续A声级的测量时间不短于30s。由于隧道的混响作用，地下线路司机室内噪声限值高于地上线路5dB(A)，客室内噪声限值高于地上线路8dB(A)。因为车内噪声是连续噪声，因此限值高于车外噪声。

　　4.2铁道机车车辆

　　GB/T3450-2006[24]中规定了铁道机车、动车组司机室噪声测量方法和限值。评价量仍为等效连续A声级，测量时间应不小于1min，试验速度为最高运行速度，至少测量3次，平均后取整。如果所测数据之差大于3dB(A)，则该组数据无效。机车和动车组司机室内部噪声等效连续A声级的最大容许限值为78dB(A)。传声器应置于司机室地板中部、高于地板表面1.2m的位置。测量时司机室门、窗应关闭，司机室内不超过4人。

　　GB/T12816-2006[25]中参考UICOR567-11978.1.1第4版《国际联运用X型、Y型标准客车及其特性》、UICOR5532004.2.1第6版《客车通风、采暖和空调》规定了我国铁道客车内部噪声限值，分为运行试验和静止试验两类。测量值为等效连续A声级，每测点每次测量时间不少于10s，对每个测点测量3次取算术平均值。如果3次测量结果的差值大于3dB(A)，应重新测量。车辆所有辅助设备停机时所测量的车内背景噪声应比试验条件下车内噪声级低10dB(A)。若背景噪声低于5dB(A)以下，测量结果仅作估算值。背景噪声与列车运行噪声之差在5dB(A)～10dB(A)，测量结果应按表7进行修正。车内噪声测量应不受车外反射物、吸声物的影响。测量时避免车辆通过隧道、桥梁、道岔、车站及会车时读数。

　　5车辆检验

　　轨道车辆在交付时要进行型式试验(TypeTest)，运营中还要进行周期性的监督检验(MonitoringTest)。型式试验是检验厂家交付的车辆是否符合噪声技术指标，监督检验是指从交货的一批车辆中抽取一辆或几辆来检验噪声是否达到规定的限值，或者检查车辆由于初期运营或改装之后噪声是否发生变化。

　　GB/T3449-2011[26]修改时采用ISO3381:2005《轨道应用声学轨道车辆内部噪声测量》，规定了我国轨道车辆内部噪声的测量方法，同时结合我国国情扩大了应用范围，适用于轨道车辆型式试验、周期性监督检验、常规噪声测试。GB/T5111-2011[27]修改时采用ISO3095:2005《轨道应用声学轨道机车车辆发射噪声测量》，规定了列车外部噪声的测量方法，并结合我国国情，也扩大了应用范围，除可用于机车车辆型式试验、周期性监督检验外，增加了常规噪声测试及环境评价测量。

　　车辆运行条件包括匀速、启动、制动和定置等。启动测量时间规定为从静止状态达到30km/h时所需的时间，制动测量时间段为列车从30km/h按常规停车制动到停止所需的时间。定置车辆测量时间段一般要求至少20s。型式试验应做频谱分析，1/3倍频带的频率范围为31.5Hz～8000Hz。进行型式试验时至少应进行3次测量，对于监督试验测量1次即可。测量匀速行驶列车车内噪声时采用等效连续A声级，测量时间一般不短于20s。启动和制动测量指标为快档A计权最大声压级和等效连续A声级，在列车中部和两端设置5～7个测点，坐姿测点高于车厢地板1.2m，站姿测点高于地板1.5m，卧铺车厢应有一个传声器置于枕头之上0.2m。

　　对于匀速行驶列车车外噪声一般采用列车通过时段内的等效连续A声级。对于列车从停止状态加速或制动，测量量为快档A计权最大声压级。定置车辆车外噪声测量指标为等效连续A声级。传声器轴线应始终处于水平位置且垂直指向轨道。传声器应置于轨道轴线两侧7.5m、轨顶面以上1.2±0.2m和距轨道轴线两侧25m、轨顶面以上3.5±0.2m。为了检验新设计、新制造或经大修后出厂的铁道机车，按照GB/T5111中规定的测量方法进行测量，GB/T13669-1992[28]规定电力机车辐射到车外的噪声限值为90dB(A)。轨道车辆车内和车外辐射的噪声受到轨头表面粗糙度的影响。必要时需测量路段的轨道粗糙度，如果1/3倍频带波段的粗糙度级在整个测试路段满足图1的要求，则可认为钢轨适合型式试验的条件。

　　6声屏障评价标准

　　随着我国轨道和道路交通的发展，声屏障在控制交通噪声中应用越来越广泛。为确保声屏障的降噪效果，检验声学构件的声学性能(包括吸声性能、隔声性能)和声屏障的降噪效果就显得格外重要。

　　7结语

　　轨道交通噪声问题日益突出，相关的规范和标准是评价和控制轨道交通噪声的关键。当前关于轨道交通噪声的规范和标准缺乏系统性，相互之间不成体系，甚至存在互相矛盾的情况。另外，涉及轨道交通噪声的标准目的和适用范围有所不同，在理解和应用中仍然存在一些误区。这些都给轨道交通噪声评价和控制的实施带来了一定的困难。本文通过对现行轨道交通噪声标准的分析得出以下结论和建议：

　　(1)部分标准需要修订。部分国内标准等同采用或修改采用了ISO标准，相关的ISO标准已经修订的，建议对相应的国内标准也进行修订。另外还需注意基于ISO标准的国内标准与国内其他现行标准的连贯性。

　　(2)轨道交通环境噪声评价指标问题。GB/T3222.1-2006和GB/T3222.2-2009采用单一声事件的暴露声级及相应事件次数来计算评价指标，而我国铁路边界噪声规范GB12525-1990和声环境质量标准GB3096-2008采用的评价指标为某个特定时间间隔内的等效连续A声级。后者同时考虑了每列列车经过时的噪声水平和车流密度因素。因此，本文认为环境噪声统一采用某个特定时间间隔内的等效连续A声级进行评价更合理。(3)没有明确规定测试的噪声频率范围。测试和评价的噪声级包含的频率范围不同，包含的能量就不同，使得总声级会有较大差异，建议根据各声源的特点明确噪声评价的频率范围。

　　(4)背景噪声处理方式不同。关于背景噪声，有的要求要低于测试噪声3dB(A)，有的规定要低于5dB(A)。如果上述差值小于5dB(A)，则测量结果不可能达到工程级(2级，准确度±2dB(A))。建议规定背景噪声要低于测试噪声5dB(A)以上，并按GB/T3222.2规定的方法进行修正。(5)缺少高铁车站站台噪声和高架车站站房噪声限值的标准。列车不停站高速通过的车站站台和高架车站站房的噪声问题已十分突出，亟需制定相应的噪声限值和测量方法标准，改善乘客候车的舒适性，避免站内工作人员健康受到噪声危害。

　　参考文献：

　　[1]THOMPSONDJ,GAUTIERP.Reviewofresearchintowheel/railrollingnoisereduction[C]//ProceedingsoftheInstitutionofMechanicalEngineers,PartF:JournalofRailandRapidTransit,2006,220(4):385-408.

　　[2]LIH,THOMPSONDJ,SQUICCIARINIG,etal.Usinga2.5Dboundaryelementmodeltopredictthesounddistributionontrainexternalsurfacesduetorollingnoise[J].JournalofSoundandVibration,2020,486:115599.

　　[3]NAGAKURAK.LocalizationofaerodynamicnoisesourcesofShinkansentrains[J].JournalofSoundandVibration,2006,293(3-5):547-556.

　　[4]SUNZX,SONGJJ,ANYR.Numericalsimulationofaerodynamicnoisegeneratedbyhighspeedtrains[J].EngineeringApplicationsofComputationalFluidMechanics,2012,6(2):173-185.

　　[5]LATORREIGLESIASE,THOMPSONDJ,SMITHMG.Component-basedmodeltopredictaerodynamicnoisefromhigh-speedtrainpantographs[J].JournalofSoundandVibration,2017,394:280-305.

　　[6]李小珍，杨得旺，郑净，等.轨道交通桥梁减振降噪研究进展[J].中国公路学报，2018，31(7)：55-75.

　　[7]LIUQ,THOMPSONDJ,XUP,etal.Investigationoftrain-inducedvibrationandnoisefromasteel-concretecompositerailwaybridgeusingahybridfiniteelementstatisticalenergyanalysismethod[J].JournalofSoundandVibration,2020,471:115197.

　　作者：刘全民，徐培培，宋立忠，秦佳良，左志远

转载请注明来自发表学术论文网：http://www.fbxslw.com/jjlw/29076.html