軌道交通動車組噪聲源強取值研析

辜小安，伍向陽，劉蘭華

(中國鐵道科學(xué)研究院節(jié)能環(huán)保勞衛(wèi)研究所，北京 100081)

軌道交通動車組噪聲源強取值研析

辜小安，伍向陽，劉蘭華

(中國鐵道科學(xué)研究院節(jié)能環(huán)保勞衛(wèi)研究所，北京 100081)

根據(jù)目前我國軌道交通客運系統(tǒng)分類，分析了不同類型軌道交通主要設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)差異，結(jié)合大量現(xiàn)場測試案例及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，分類給出了高速鐵路、城際鐵路、市域鐵路、城市軌道交通動車組運行噪聲源強值，并分析得到：同等動車組運行速度及測點位置處，城際鐵路動車組運行噪聲源強高于高速鐵路3.5 dB(A)；城市軌道交通地鐵系統(tǒng)動車組運行噪聲源強值高于城際鐵路6～7 dB(A)，高于跨座式單軌系統(tǒng)5～7 dB(A)，高于低中速磁浮系統(tǒng)4～11 dB(A)。

軌道交通；噪聲；源強

《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則 聲環(huán)境》(HJ 2.4—2009)中，對聲環(huán)境影響預(yù)測要求[1]：“根據(jù)已獲得的聲源源強的數(shù)據(jù)和各聲源到預(yù)測點的聲波傳播條件資料，計算出聲源傳播到各預(yù)測點的聲衰減量，由此計算出各聲源單獨作用在預(yù)測點時產(chǎn)生的A聲級。”因此聲源源強的準(zhǔn)確確定，對預(yù)測結(jié)果的準(zhǔn)確與否至關(guān)重要。

噪聲源強，即噪聲污染物的強度，反映噪聲源聲輻射強度和特征的指標(biāo)，通常用輻射噪聲的聲功率級或確定環(huán)境條件下、確定距離的聲壓級(均含頻譜)以及指向性等特征來表示[2]。本文所指的軌道交通包括鐵路及城市軌道交通系統(tǒng)。對于軌道交通動車組運行噪聲源強，以列車通過時段駛過參考點時的等效聲級表示[3-5]。目前該類噪聲源強的確定一般采用類比測量、資料調(diào)查或二者相結(jié)合的方法。由于噪聲源強測試與車輛條件、線路條件密切相關(guān)，因此確定動車運行噪聲源強時，應(yīng)綜合考慮擬建工程的線路條件及動車組類型。不同等級的軌道交通，因其工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)不同，對應(yīng)的噪聲源強數(shù)據(jù)也存在較大區(qū)別。本文擬通過分類比較我國不同類型軌道交通工程主要異同點，結(jié)合典型軌道交通噪聲源強測試案例，明確不同類型軌道交通噪聲源強的差異，以期為軌道交通噪聲源強的合理確定提供技術(shù)依據(jù)。

1 各類軌道交通系統(tǒng)主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

目前我國軌道交通客運系統(tǒng)包括高速鐵路、城際鐵路、市域鐵路、城市軌道交通等類型。根據(jù)不同類型軌道交通相應(yīng)的設(shè)計規(guī)范，其定義、適用范圍及對應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不同。其中，高速鐵路為：“新建鐵路旅客列車設(shè)計最高行車速度達(dá)到250 km/h及其以上的鐵路”[6-7]；城際鐵路為：“新建設(shè)計速度為200 km/h及以下，運行動車組列車的標(biāo)準(zhǔn)軌距的城際客運專線鐵路。設(shè)計速度應(yīng)分為200 km/h、160 km/h、120 km/h三級”[8]；市域鐵路為：“新建設(shè)計速度100～160 km/h，采用單向工頻交流25 kV牽引供電制式，僅運行市域鐵路車輛的標(biāo)準(zhǔn)軌距市域客運鐵路。設(shè)計速度分為100 km/h、120 km/h、140 km/h、160 km/h四級”[9]；城市軌道交通為：“采用專用軌道導(dǎo)向運行的城市公共交通運輸系統(tǒng)，包括地鐵系統(tǒng)、輕軌系統(tǒng)、單軌系統(tǒng)、有軌電車、磁浮系統(tǒng)、自動導(dǎo)向軌道系統(tǒng)、市域快速軌道系統(tǒng)”[10]。其中，地鐵系統(tǒng)設(shè)計速度最高為100 km/h[11]，輕軌系統(tǒng)和單軌系統(tǒng)設(shè)計速度最高為80 km/h[12-13]，有軌電車設(shè)計速度最高為60 km/h[13]，中低磁浮系統(tǒng)設(shè)計速度最高為100 km/h[14]，市域快速軌道系統(tǒng)設(shè)計速度最高為160 km/h[15]。由此可見，從速度等級劃分：設(shè)計速度大于等于250 km/h的軌道交通為高速鐵路，設(shè)計速度在100～160 km/h的軌道交通可分別對應(yīng)于城際鐵路、市域鐵路、市域快速軌道系統(tǒng)，除市域快速軌道系統(tǒng)外，其他制式的城市軌道交通系統(tǒng)設(shè)計速度均不高于100 km/h。

各類型軌道交通主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)如表1和表2所示。由表1和表2中可見，不同類型軌道交通系統(tǒng)，其設(shè)計速度目標(biāo)值、車輛類型、線路條件、橋梁結(jié)構(gòu)及軌道類型等影響噪聲源強的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不同，其中高速鐵路設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)最高，其次為城際鐵路、市域鐵路和市域快速軌道交通，城市軌道交通地鐵及輕軌系統(tǒng)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)均低于上述軌道交通系統(tǒng)，因此在確定軌道交通動車組運行噪聲源強值時，需針對不同的軌道交通系統(tǒng)及對應(yīng)的工程條件區(qū)別確定。

表1 不同類型軌道交通主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[7-15]

注：*表示該噪聲指標(biāo)對應(yīng)于高速鐵路無砟軌道路基線路，測點位置為距列車運行線路中心25 m、軌面以上3.5 m處；**表示該噪聲指標(biāo)對應(yīng)測點位置為距列車運行線路中心7.5 m、軌面以上1.2m處；***表示該噪聲指標(biāo)不含中低速磁浮系統(tǒng)及市域快軌系統(tǒng)，測點位置為距列車運行線路中心7.5 m、軌面以上1.2 m處。

表2 不同類型軌道交通橋梁線路主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[7-8,12]

注：L為橋梁跨度，m。

2 各類軌道交通動車組運行噪聲源強測試案例

為了比較不同類型軌道交通噪聲源強差異，以下結(jié)合既有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及測試結(jié)果，給出各類軌道交通動車組代表性運行噪聲源強測試案例。

依據(jù)《聲學(xué)軌道機車車輛發(fā)射噪聲測量》(GB/T 5111—2011)[3]，各類軌道交通動車組運行噪聲源強位置可分別置于距離線路中心線水平距離7.5 m、高于軌頂面以上1.2 m±0.2 m處，及距離線路中心線水平距離25 m、高于軌頂面以上3.5 m處。其中，對于高速鐵路動車組運行噪聲源強，應(yīng)設(shè)置在距離線路中心線水平距離25 m、高于軌頂面以上3.5 m處；對于其他類型軌道交通動車組運行噪聲源強，宜設(shè)置在距離線路中心線水平距離7.5 m、高于軌頂面以上1.2 m±0.2 m處。

2.1高速鐵路動車組運行噪聲源強

截至2016年底，我國高速鐵路通車運營里程已達(dá)2.2萬km以上。高速鐵路噪聲源強影響因素主要包括線路條件、車輛條件及上述因素間的相互耦合關(guān)系。由表1可見，目前我國高速鐵路運營動車組包括CRH1、CRH2、CRH3、CRH5、CRH380A、CRH380B系列動車組及CR中國標(biāo)準(zhǔn)動車組，線路條件包括橋梁及路基線路，大多采用無砟軌道線路，橋梁線路以12 m橋面寬度、箱形梁、帶0.7 m高防護(hù)墻為主。2010年原鐵道部頒布了《鐵路建設(shè)項目環(huán)境影響評價噪聲振動源強取值和治理原則指導(dǎo)意見(2010年修訂稿)》(鐵計[2010]44號)，其中關(guān)于高速鐵路動車組運行噪聲源強的規(guī)定如表3所示[5]。該源強取值主要依據(jù)2009年前投入運營的京津城際、京廣高鐵聯(lián)調(diào)聯(lián)試現(xiàn)場測試結(jié)果給出，但上述2條高速鐵路橋梁線路為13.4 m橋面寬度、箱形梁、帶1 m高防護(hù)墻，與后續(xù)投入運營的高速鐵路橋梁線路邊界條件差別較大。因此在高速鐵路動車組運行噪聲源強取值時，應(yīng)特別注意線路、車輛、運營及環(huán)境等邊界條件的差異，合理確定源強取值，不可生搬硬套。

表3 高速鐵路動車組噪聲源強[5]

注：線路條件方面，高速鐵路為無縫、60 kg/m鋼軌，軌面狀況良好，混凝土軌枕，平直、路堤線路；橋梁線路為13.4 m橋面寬度、箱形梁、帶1 m高防護(hù)墻。參考點位置為距列車運行線路中心25 m、軌面以上3.5 m處。隨著我國高速鐵路系統(tǒng)工程技術(shù)條件的不斷改進(jìn)，今后應(yīng)根據(jù)實際試驗數(shù)據(jù)適時調(diào)整。

2.2城際鐵路動車組運行噪聲源強

城際鐵路是專門服務(wù)于相鄰城市間或城市群，設(shè)計速度在200 km/h及以下的客運專線鐵路。其特點為連接兩大城市，專門或主要服務(wù)于兩大城市和沿途城市；是快速、便捷、高密度的客運專線；列車等級、種類、速度單一。目前，我國珠三角、長三角、長株潭已開通運營城際鐵路。選擇某運營線路的城際鐵路橋梁、路基線路開展噪聲源強現(xiàn)場測試，得到其噪聲源強值，測試結(jié)果如表4所示。即在同樣列車運行速度及測點位置處，路基線路噪聲源強值高于橋梁線路約2 dB(A)。不同動車組在路基線路以160 km/h速度運行條件下，在距線路中心25 m、軌面以上3.5 m處的測點位置，城際鐵路噪聲源強高于高速鐵路噪聲源強3.5 dB(A)。

表4 城際鐵路動車組噪聲源強測試案例

注：線路條件方面，城際鐵路為無縫線路、60 kg/m鋼軌，軌面狀況良好，混凝土軌枕，平直；橋梁線路為11.6 m橋面寬度、箱形梁。測點位置為距列車運行線路中心25 m、軌面以上3.5 m處。

2.3市域鐵路動車組運行噪聲源強

市域鐵路定位為服務(wù)于城市內(nèi)主城區(qū)及其衛(wèi)星城，設(shè)計速度100～160 km/h，連接主城區(qū)及其衛(wèi)星城，采用市域D型、A型及CRH6F動車組。因目前尚無已投入運營的市域鐵路可供動車組運行噪聲源強現(xiàn)場測試，因此噪聲源強取值僅能依據(jù)《市域鐵路設(shè)計規(guī)范》中的相關(guān)規(guī)定確定，即在ISO 3095標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的環(huán)境條件下，路基線路、有砟軌道[16],距列車運行線路中心7.5 m，軌面以上1.2 m處，當(dāng)列車運行速度為100 km/h時，噪聲限值為83 dB(A)，當(dāng)列車運行速度為120 km/h時，噪聲限值為85 dB(A)，當(dāng)列車運行速度為140 km/h時，噪聲限值為87 dB(A)，當(dāng)列車運行速度為160 km/h時，噪聲限值為89 dB(A)。值得注意的是，對于市域鐵路在橋梁線路、無砟軌道運行的動車組噪聲源強取值時，應(yīng)考慮相應(yīng)的修正。

2.4城市軌道交通動車組運行噪聲源強

根據(jù)《城市軌道交通技術(shù)規(guī)范》[10]中的定義，城市軌道交通包括地鐵系統(tǒng)、輕軌系統(tǒng)、單軌系統(tǒng)、有軌電車、磁浮系統(tǒng)、自動導(dǎo)向軌道系統(tǒng)、市域快速軌道系統(tǒng)，對應(yīng)車型包括A型車、B型車、C型車、直線電機、跨座式單軌、有軌電車、中低速磁浮、市域快軌車輛等。表5給出了城市軌道交通不同系統(tǒng)制式動車組運行噪聲源強測試案例。其中，市域快軌動車組運行噪聲源強可依據(jù)《市域快速軌道交通(120～160 km/h)技術(shù)規(guī)范》[15]中的相關(guān)規(guī)定，確定即在ISO 3095標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的環(huán)境條件下，路基線路，有砟軌道,距列車運行線路中心7.5 m，軌面以上1.2 m處，當(dāng)列車運行速度為120 km/h時，噪聲限值為82 dB(A)，當(dāng)列車運行速度為140 km/h時，噪聲限值為85 dB(A)，當(dāng)列車運行速度為160 km/h時，噪聲限值為87 dB(A)。值得注意的是，對于市域快軌在橋梁線路、無砟軌道運行的動車組噪聲源強取值時，應(yīng)考慮相應(yīng)的修正。

表5 城市軌道交通不同系統(tǒng)制式動車組運行噪聲源強測試案例

注：測點位置為距列車運行線路中心7.5 m、軌面以上1.2～5 m處。

由表5噪聲源強測試結(jié)果可知，在已投入運營的城市軌道交通各種系統(tǒng)制式中，在同等運行速度及測點位置條件下，地鐵系統(tǒng)動車組運行輻射噪聲最大，其次為輕軌及跨座式單軌系統(tǒng)，中低速磁浮運行輻射噪聲影響最低。其中，地鐵列車運行噪聲源強值高于跨座式單軌列車5～7 dB(A)，高于低中速磁浮列車4～11 dB(A)。

同時，比較城際鐵路和城市軌道交通動車組在路基線路無砟軌道以70 km/h速度運行條件下的噪聲源強，城市軌道交通地鐵系統(tǒng)動車組在該條件下的運行噪聲源強值高于城際鐵路6～7 dB(A)。《市域鐵路設(shè)計規(guī)范》中規(guī)定的動車組運行噪聲源強值較《市域快速軌道交通(120～160 km/h)技術(shù)規(guī)范》中的相應(yīng)規(guī)定寬松2～3 dB(A)。

3 結(jié)論

目前，我國軌道交通客運系統(tǒng)包括高速鐵路、城際鐵路、市域鐵路、城市軌道交通等多種類型。由于不同類型軌道交通的設(shè)計速度目標(biāo)值、車輛類型、線路條件等主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不同，因此在確定軌道交通動車運行噪聲源強值時，需針對不同軌道交通系統(tǒng)和對應(yīng)的工程條件區(qū)別確定，不可生搬硬套。

(1)對不同類型軌道交通開展的大量現(xiàn)場測試結(jié)果表明：同等動車組運行速度及測點位置處，高速鐵路動車組運行噪聲源強最低，城際鐵路居中，城市軌道交通最高。其中，高速鐵路和城際鐵路動車組在路基線路無砟軌道以160 km/h速度運行條件下，城際鐵路噪聲源強高于高速鐵路噪聲源強3.5 dB(A)；城際鐵路和城市軌道交通動車組在路基線路無砟軌道以70 km/h速度運行條件下，城市軌道交通地鐵系統(tǒng)噪聲源強值高于城際鐵路噪聲源強6～7 dB(A)。因此，提高軌道交通線路條件及動車組設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，是降低動車組運行噪聲源強的最有效措施。

(2)城市軌道交通不同系統(tǒng)制式中，同等動車組運行速度及測點位置處，地鐵系統(tǒng)噪聲源強值最大，其次為輕軌及跨座式單軌，中低速磁浮噪聲源強值最低。在橋梁線路以70 km/h速度運行條件下，地鐵列車運行噪聲源強值高于跨座式單軌列車5～7 dB(A)，高于低中速磁浮列車4～11 dB(A)。

致謝：感謝鐵路總公司，環(huán)境保護(hù)部環(huán)境工程評估中心，北京、上海、廣州、長沙等地鐵公司對本研究所涉及的相關(guān)內(nèi)容提供的各種幫助，感謝中國鐵道科學(xué)研究院節(jié)能環(huán)保勞衛(wèi)研究所同仁們在大量現(xiàn)場測試及數(shù)據(jù)處理過程中的辛苦付出。

[1] 環(huán)境保護(hù)部. 環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則聲環(huán)境：HJ 2.4—2009[S]. 北京: 中國環(huán)境科學(xué)出版社, 2009.

[2] 環(huán)境保護(hù)部. 環(huán)境噪聲與振動控制工程技術(shù)導(dǎo)則：HJ 2034—2013[S]. 北京: 中國環(huán)境科學(xué)出版社, 2013.

[3] 國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局, 國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會. 聲學(xué) 軌道機車車輛發(fā)射噪聲測量：GB/T 5111—2011[S]. 北京: 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2011.

[4] 環(huán)境保護(hù)部. 環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則 城市軌道交通：HJ 453—2008[S]. 北京: 中國環(huán)境科學(xué)出版社, 2008.

[5] 鐵道部. 關(guān)于印發(fā)《鐵路建設(shè)項目環(huán)境影響評價噪聲振動源強取值和治理原則指導(dǎo)意見(2010年修訂稿)》的通知[A]. 2010.

[6] 鐵道部. 鐵路主要技術(shù)政策[A]. 2013.

[7] 國家鐵路局. 高速鐵路設(shè)計規(guī)范：TB 10621—2014[S]. 北京: 中國鐵道出版社, 2014.

[8] 國家鐵路局. 城際鐵路設(shè)計規(guī)范：TB 10623—2014[S]. 北京: 中國鐵道出版社, 2014.

[9] 中國鐵道學(xué)會. 市域鐵路設(shè)計規(guī)范：T/CRSC 0101—2017[S]. 北京: 中國鐵道出版社, 2017.

[10] 住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部, 國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局. 城市軌道交通技術(shù)規(guī)范：GB 50490—2009[S]. 北京: 中國建筑工業(yè)出版社, 2009.

[11] 住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部. 地鐵設(shè)計規(guī)范：GB 50157—2013[S]. 北京: 中國建筑工業(yè)出版社, 2013.

[12] 住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部. 輕軌設(shè)計規(guī)范(送審稿)[A]. 2016.

[13] 住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部, 國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局. 跨座式單軌交通設(shè)計規(guī)范：GB 50458—2008[S]. 北京: 中國建筑工業(yè)出版社, 2008.

[14] 住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部. 中低速磁浮交通車輛通用技術(shù)條件：CJ/T 375—2011[S]. 北京: 中國建筑工業(yè)出版社, 2011.

[15] 住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部. 市域快速軌道交通(120～160 km/h)技術(shù)規(guī)范：T/CCES 2—2017[S]. 2017.

[16] International Organization for Standardization. ISO 3095: 2013 Acoustics—Railway applications—Measurement of noise emitted by railbound vehicles[S]. 2013

Research on Source Intensity of Rail Transit Electrical Multiple Units

GU Xiao-an, WU Xiang-yang, LIU Lan-hua

(China Academy of Railway Sciences, Energy Saving & Environmental Protection & Occupational Safety and Health Research, Beijing 100081, China)

Based on the current classification of passenger transport system of rail transit in China, this paper analyzes the differences between major design standards of rail transit of different types, and combined with a large number of field test cases and relevant standards, identifies the source intensity of the electrical multiple units (EMUs) of high-speed railways, interurban railways, city region railways and urban rail transits as follows: at the same operation speed and measuring position, the source intensity of interurban railway EMUs is 3.5 dB(A) higher than high-speed railways, and the source intensity of metro system EMUs is 6-7 dB(A) higher than interurban railways. Moreover, the source intensity of metro system EMUs is 5-7 dB(A) higher than cross-saddle single-tracks, and 4-11 dB(A) higher than medium and low speed maglev systems.

rail transit; noise; source intensity

10.14068/j.ceia.2017.05.009

X827

： A

： 2095-6444(2017)05-0039-04

2017-04-19

國家自然科學(xué)基金項目(51375252)

辜小安(1963—)，女，江蘇江陰人，研究員，工學(xué)博士，主要研究方向為環(huán)境噪聲與振動控制，E-mail：13910859951@qq.com