北京首都機(jī)場(chǎng)快軌線降噪方案研究

朱 玲

（北京城市快軌建設(shè)管理有限公司，100027，北京∥高級(jí)工程師）

北京首都機(jī)場(chǎng)快軌工程是連接北京市區(qū)與首都機(jī)場(chǎng)的快速客運(yùn)專線，主要服務(wù)于航空旅客，兼顧接送機(jī)場(chǎng)客流，提供市中心區(qū)至首都機(jī)場(chǎng)“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”的快速運(yùn)輸服務(wù)。該線于2008年7月19日北京奧運(yùn)會(huì)前開通試運(yùn)營(yíng)。在2008年的北京奧運(yùn)會(huì)和國(guó)慶黃金周期間，日開行列車144對(duì)，高峰日客運(yùn)量達(dá)到21 833人次，整體系統(tǒng)設(shè)備經(jīng)受住了大客流考驗(yàn)。該線為舒解北京市區(qū)至首都機(jī)場(chǎng)通路運(yùn)輸能力的緊張狀況起到了重要作用。

北京首都機(jī)場(chǎng)快軌線路的車輛采用先進(jìn)的直線電機(jī)系統(tǒng)技術(shù)，列車的最高運(yùn)行速度可達(dá)110km／h，具有爬坡能力強(qiáng)、運(yùn)行平穩(wěn)舒適等特點(diǎn)；信號(hào)系統(tǒng)采用全自動(dòng)控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛。機(jī)場(chǎng)快軌線路在東直門站東側(cè)最小曲線半徑為160m，在北皋下穿機(jī)場(chǎng)高速公路，兩端的最大縱坡為35‰。這樣的線路特點(diǎn)更能體現(xiàn)出直線電機(jī)列車的優(yōu)勢(shì)。由于建設(shè)工期緊，該線車輛的直線電機(jī)關(guān)鍵技術(shù)設(shè)備采用國(guó)外進(jìn)口，整車由國(guó)內(nèi)廠商供貨。但由于車輛自身設(shè)備與軌道、信號(hào)等專業(yè)之間存在諸多接口，且均為首次配合使用，使得直線電機(jī)列車運(yùn)行噪聲低的優(yōu)勢(shì)在機(jī)場(chǎng)快軌中未得到充分體現(xiàn)；甚至在驗(yàn)收時(shí)，車輛噪聲值也未達(dá)到采購(gòu)合同規(guī)定的要求，致使機(jī)場(chǎng)快軌整體系統(tǒng)雖達(dá)到了開通試運(yùn)營(yíng)條件，但未通過國(guó)家環(huán)保部的環(huán)評(píng)驗(yàn)收。因此，深入研究首都機(jī)場(chǎng)快軌線車輛運(yùn)行噪聲產(chǎn)生的原因，提出科學(xué)的、具可操作性的解決方案并盡快實(shí)施，已顯得日益重要。

1 機(jī)場(chǎng)快軌列車運(yùn)行噪聲源分析

針對(duì)列車運(yùn)行噪聲問題，本文作者組織車輛供貨商和相關(guān)設(shè)計(jì)、施工單位進(jìn)行了跟蹤研究，逐項(xiàng)分析研究列車運(yùn)行的噪聲源。列車運(yùn)行噪聲主要集中在3個(gè)方面：直線電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的渦流噪聲，車輪與輪軌的摩擦噪聲，第三軌與列車受流器的摩擦噪聲。

直線電機(jī)列車采用“磁力驅(qū)動(dòng)”技術(shù)，具有運(yùn)行時(shí)振動(dòng)小、噪聲低等特點(diǎn)，是技術(shù)相對(duì)成熟、客運(yùn)量適應(yīng)性強(qiáng)的車輛模式。但在機(jī)場(chǎng)快軌線列車運(yùn)行中，發(fā)現(xiàn)列車在設(shè)備零件配置方面存在一些不足，比較突出的是：作為技術(shù)總負(fù)責(zé)的國(guó)外供貨商其所提供滑靴的材質(zhì)為鑄鐵合成材料，而三軌導(dǎo)流面為不銹鋼材質(zhì)。根據(jù)供貨商提供的資料顯示，鑄鐵滑靴的硬度為277HB，三軌的硬度為165HB。因?yàn)槿壍娜€長(zhǎng)度為28km，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于和它接觸的受流器滑靴的長(zhǎng)度（每列車單側(cè)累加長(zhǎng)度約為160mm×8＝1.2m）。從等壽命角度分析認(rèn)為上述數(shù)據(jù)是合適的，但經(jīng)過一段時(shí)間的試運(yùn)營(yíng)發(fā)現(xiàn)，在列車運(yùn)行時(shí)，由于三軌與受流器的摩擦力增大，增加了摩擦噪聲，同時(shí)還將使三軌的使用壽命大大縮短，致使運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本增加。

2 車輛降噪方案研究

考慮到機(jī)場(chǎng)快軌線列車運(yùn)行仍在磨合期，且受流器摩擦產(chǎn)生的噪聲針對(duì)敏感點(diǎn)超標(biāo)等問題，提出了將列車受流器的材質(zhì)由鑄鐵材料更換為碳合金材料的改造方案，以降低列車運(yùn)行時(shí)輪軌摩擦所產(chǎn)生的噪聲影響。經(jīng)充分征求專家意見，于2008年10月30日啟動(dòng)了車輛受流器國(guó)產(chǎn)化研制改造試驗(yàn)工作。

2.1 受流器滑靴國(guó)產(chǎn)化研制及應(yīng)用試驗(yàn)

試驗(yàn)時(shí)間為2008年10月30日—2009年2月14日。為了保證滑靴國(guó)產(chǎn)化試驗(yàn)的順利進(jìn)行，在試驗(yàn)中采取了“先試制，再小批量，最后大批量”的原則。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)過程已經(jīng)完成了3個(gè)試驗(yàn)階段：

（1）試制階段——碳金屬滑靴現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)觀察階段。碳金屬滑靴的生產(chǎn)廠家根據(jù)國(guó)產(chǎn)化研制的要求，提供了3種材質(zhì)共10塊碳金屬滑靴。從2008年10月30日到2008年11月28日，安裝碳金屬滑靴的快軌列車共運(yùn)行15 140km。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的試驗(yàn)結(jié)果，選取3種材質(zhì)之中碳磨耗最小且磨耗均勻的碳金屬滑靴作為下一階段的試驗(yàn)滑靴；同時(shí)需要將碳金屬滑靴的邊緣更改為輕緩的坡面，以減少與三軌接觸瞬間的撞擊力。

（2）小批量階段——整列車碳滑靴的正式試驗(yàn)階段。廠家根據(jù)第一階段的試驗(yàn)結(jié)果，一次性提供了16塊碳金屬滑靴（整列車的碳金屬滑靴數(shù)量）。從2008年12月18日到2009年2月18日，安裝碳金屬滑靴的快軌列車共運(yùn)行26 950km，受流靴平均磨耗為10mm，而其最大允許磨耗為15mm。由此推算，車輛每運(yùn)行約4萬(wàn)km需要更換一次受流靴。

（3）列車運(yùn)行噪聲試驗(yàn)，在機(jī)場(chǎng)快軌上行區(qū)間的9個(gè)測(cè)量點(diǎn)測(cè)量更換受流器前后的噪聲。受流器更換前后噪聲比較如圖1所示。

圖1 受流器更換前后噪聲比較

2.2 試驗(yàn)結(jié)論

（1）車輛采用碳金屬滑靴后可減少對(duì)三軌的磨耗，延長(zhǎng)三軌的使用壽命和更換周期，但將增加受流滑靴的更換頻率和更換成本。

（2）車輛采用碳金屬滑靴后減少了車輛運(yùn)行時(shí)滑靴與三軌間的噪聲。從試驗(yàn)結(jié)果看，在更換滑靴后，動(dòng)態(tài)車內(nèi)平均噪聲值較少約2.5dB（A）左右。

3 技術(shù)改造方案和實(shí)施效果

在2009年，建設(shè)單位、車輛供貨商進(jìn)行了更換列車受流器材質(zhì)的多方案比選，最后確定由高質(zhì)量、低摩擦力的碳合金受流器取代產(chǎn)生較大摩擦力的鑄鐵受流器；2010年5月初受流器全部更換完畢，隨后同驗(yàn)收單位一起進(jìn)行了敏感點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)踏勘和噪聲監(jiān)測(cè)。

自2008年至今，在機(jī)場(chǎng)快軌沿線共進(jìn)行了3次敏感點(diǎn)的噪聲監(jiān)測(cè)：2008年，在機(jī)場(chǎng)快軌竣工前進(jìn)行了第一次監(jiān)測(cè)；2009年10月，對(duì)2008年重點(diǎn)監(jiān)測(cè)的3處敏感點(diǎn)進(jìn)行了跟蹤現(xiàn)狀監(jiān)測(cè)；列車受流器更換后，在2010年5月20日—24日連續(xù)4天按照監(jiān)測(cè)規(guī)范要求，分別對(duì)列車外、車廂內(nèi)進(jìn)行了聲源監(jiān)測(cè)，對(duì)3處敏感點(diǎn)進(jìn)行了復(fù)測(cè)。

3.1 車內(nèi)噪聲監(jiān)測(cè)

2008年，機(jī)場(chǎng)快軌列車在同一路段的運(yùn)行速度為75～90km／h，車廂內(nèi)的噪聲值為78～82dB（A）。2010年測(cè)得的結(jié)果為：列車通過高架橋路段時(shí)，列車時(shí)速為80～95km／h，在車廂內(nèi)中心線、距離地面高1.5m處監(jiān)測(cè)的噪聲值為78.1～81.5dB（A）。對(duì)比數(shù)據(jù)顯示，更換碳合金受流器后，車廂內(nèi)噪聲降低了0.9～3.9dB（A）。

3.2 車外聲源監(jiān)測(cè)

（1）監(jiān)測(cè)點(diǎn)位。2010年對(duì)列車聲源的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位和縱向距離仍選在2008年竣工環(huán)保驗(yàn)收調(diào)查中選取的位置，位于李天路北側(cè)，樁號(hào)為K17＋750處。該路段機(jī)動(dòng)車車流量很少，測(cè)點(diǎn)場(chǎng)地相對(duì)平坦，點(diǎn)位與地鐵高架橋高差為10m。2個(gè)點(diǎn)位距軌道邊界距離分別7.5m和30m，傳聲器距離地面垂直距離為1.2m。在這樣的檢測(cè)點(diǎn)位所測(cè)得的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與2008年的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)具有可比性。

（2）監(jiān)測(cè)方法。使用積分式聲級(jí)計(jì)，2臺(tái)AWA6270＋AB同步監(jiān)測(cè)，動(dòng)態(tài)范圍是30～110 dB。測(cè)量方法遵循GB／T 14623—1993《城市區(qū)域環(huán)境噪聲測(cè)量方法》及GB 12525—1990《鐵路邊界噪聲限值及其測(cè)量方法》，監(jiān)測(cè)時(shí)間是2010年5月22日10：00。噪聲源監(jiān)測(cè)為4列列車通過時(shí)的累計(jì)值（每列車通過時(shí)間10～13s）。

（3）監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)比。列車噪聲源強(qiáng)監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)比見表1。

表1 列車噪聲源強(qiáng)監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)比表

在2010年的測(cè)值中，當(dāng)列車以85～89km／h行駛時(shí)，距高架軌道邊界7.5m處的噪聲修正值為72.1dB（A），超過GB 12525—1990《鐵路邊界噪聲限值及其測(cè)量方法》晝間70dB（A）、夜間70dB（A）的標(biāo)準(zhǔn)限值2.1dB（A）；距高架軌道邊界30m處的噪聲修正值為65.1dB（A），低于 GB 12525—1990《鐵路邊界噪聲限值及其測(cè)量方法》晝間70dB（A）、夜間70dB（A）的限值。

對(duì)比2008年的監(jiān)測(cè)結(jié)果：碳合金受流器更換后，距軌道邊界7.5m處的降噪效果為6.3dB（A），距軌道邊界30m處的降噪效果為4.0dB（A），說明碳合金材質(zhì)受流器比更換前使用的鑄鐵受流器產(chǎn)生的摩擦噪聲小，能夠相對(duì)改善列車噪聲的影響。

3.3 公眾意見補(bǔ)充調(diào)查

列車受流器更換后，調(diào)查組于2010年6月6日對(duì)噪聲影響相對(duì)大的敏感地區(qū)居民進(jìn)行了公眾意見回訪調(diào)查，采取逐戶發(fā)放問卷的形式。去除家中無人和拒絕接受回訪的人員外，實(shí)際共發(fā)放問卷30份，回收問卷29份，問卷有效率為97%。

（1）在本次調(diào)查的29戶居民中，有89.6%的居民認(rèn)為受地鐵噪聲影響最大，58.6%的居民認(rèn)為受汽車噪聲影響大，27.5%的居民認(rèn)為受飛機(jī)噪聲影響大，其余選擇了社會(huì)噪聲一項(xiàng)。

（2）20.6%的居民認(rèn)為白天受噪聲影響最大，34.4%的居民認(rèn)為22：00到次日6：00受噪聲影響最突出，44.8%的居民認(rèn)為全天受噪聲影響都很嚴(yán)重。

（3）6.9%的居民對(duì)機(jī)場(chǎng)快軌線的環(huán)保工作表示滿意，41.3%的居民表示基本滿意，51.8%的居民表示不滿意。

通過以上分析得出，該地區(qū)小時(shí)等效聲級(jí)雖仍然超標(biāo)，但其超標(biāo)因素主要由公路機(jī)動(dòng)車噪聲及快軌線運(yùn)行噪聲等外界多種聲源影響所造成的，從列車運(yùn)行噪聲和小時(shí)等效聲級(jí)對(duì)背景的增量以及快軌線聲源對(duì)比分析可以看出，列車受流器的更換對(duì)沿線特別是敏感地區(qū)的噪聲起到了一定的作用。

4 結(jié)語(yǔ)

至2010年5月，北京首都機(jī)場(chǎng)快軌線上運(yùn)營(yíng)的9列列車全部完成了列車車門和受流器滑靴的國(guó)產(chǎn)化改造。2011年8月，北京首都機(jī)場(chǎng)快軌線通過了國(guó)家環(huán)保部環(huán)評(píng)驗(yàn)收。建議相關(guān)部門對(duì)機(jī)場(chǎng)快軌沿線敏感點(diǎn)地區(qū)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，跟蹤了解列車運(yùn)行噪聲情況，為今后的車輛技術(shù)改造和增設(shè)環(huán)保設(shè)施提供依據(jù)。

［1］ 朱玲.北京機(jī)場(chǎng)快軌建設(shè)運(yùn)營(yíng)方案研究［J］.世界軌道交通，2008（12）：53.

［2］ 朱玲.首都機(jī)場(chǎng)快軌航空服務(wù)樓功能定位和實(shí)施方案研究［J］.空運(yùn)商務(wù)，2009（17）：11.

［3］ 北京東直門機(jī)場(chǎng)快速軌道有限公司，中國(guó)科學(xué)院電工所，長(zhǎng)春軌道客車股份有限公司，等.新型非粘著節(jié)電型直線電機(jī)軌道系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究［R］.北京：北京東直門機(jī)場(chǎng)快速軌道有限公司，2009.

［4］ 北京東直門機(jī)場(chǎng)快速軌道有限公司，北京嘉和綠洲環(huán)保技術(shù)投資有限公司.北京市軌道交通首都機(jī)場(chǎng)線工程竣工環(huán)境保護(hù)驗(yàn)收調(diào)查報(bào)告［R］.北京：北京東直門機(jī)場(chǎng)快速軌道有限公司，2010.

［5］ 北京東直門機(jī)場(chǎng)快速軌道有限公司，長(zhǎng)春軌道客車股份有限公司.北京機(jī)場(chǎng)快軌直線電機(jī)車輛國(guó)產(chǎn)化技術(shù)方案［R］.北京：北京東直門機(jī)場(chǎng)快速軌道有限公司，2011.