新型城市軌道交通電磁環(huán)境與噪聲測(cè)試研究

周 飛

(中鐵磁浮交通投資建設(shè)有限公司，武漢 430060)

1 概述

中國城市軌道交通建設(shè)進(jìn)入快速發(fā)展階段，并出現(xiàn)了多種新型城市軌道交通制式。新型城市軌道交通目前沒有明確定義，但學(xué)者一般公認(rèn)為軌道結(jié)構(gòu)和車輛外型明顯不同于標(biāo)準(zhǔn)鐵路和常規(guī)列車的一類輪軌交通工具，如中低速磁浮.跨座式單軌.空軌.現(xiàn)代有軌電車.智軌.齒軌等都屬于新型城市軌道交通。城市軌道交通建設(shè)和運(yùn)營產(chǎn)生的電磁輻射和噪聲污染等主要環(huán)境問題備受公眾關(guān)注，特別是噪聲污染對(duì)沿線居民.文教.科研院所正常的生活.學(xué)習(xí).工作造成很大的影響[1-3]。

城市軌道交通采用磁浮制式時(shí)，公眾質(zhì)疑最多的是電磁輻射的安全性[4-6]，而專業(yè)的第三方測(cè)試機(jī)構(gòu)GRGT的相關(guān)技術(shù)專家表示不止是磁懸浮列車，包括各種軌道交通車輛.電子電器等均存在電磁輻射[7]。

城市軌道交通的噪聲污染也是公眾較為關(guān)心的主要問題之一，特別是軌道交通大多穿越或位于鬧市區(qū)，引起的環(huán)境振動(dòng)與噪聲污染問題日益顯著。國家環(huán)保部表示現(xiàn)階段控制城市軌道交通噪聲振動(dòng)污染已刻不容緩。

為了便于了解和掌握現(xiàn)階段已開通運(yùn)營新型城市軌道交通項(xiàng)目對(duì)周邊環(huán)境電磁輻射和噪聲的實(shí)際情況，選取新型城市軌道交通中大眾熟知的中低速磁浮.跨座式單軌和現(xiàn)代有軌電車[8-10]3種制式中具有代表性的項(xiàng)目(表1)，開展電磁輻射和噪聲測(cè)試，并對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析和總結(jié)，以獲得一些有價(jià)值的結(jié)論。

表1 新型軌道交通測(cè)試項(xiàng)目統(tǒng)計(jì)

2 測(cè)試指標(biāo)和儀器

2.1 測(cè)試內(nèi)容及限值

(1)噪聲

噪聲污染測(cè)試指標(biāo)為聲壓級(jí)，單位為分貝，符號(hào)為dB。新型城市軌道交通噪聲主要包括車體內(nèi)噪聲，車站站臺(tái)噪聲和區(qū)間車輛噪聲。噪聲測(cè)試技術(shù)要求及限值主要參照現(xiàn)行國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[11-13]執(zhí)行，規(guī)定了“新型城市軌道交通的車體內(nèi)噪聲等效聲級(jí)最大容許限值為75 dB，車站站臺(tái)的噪聲等效聲級(jí)最大容許限值為80 dB”。為便于比較區(qū)間車輛噪聲，本次測(cè)試選擇在用地邊界位置，目前規(guī)范中對(duì)用地邊界位置的車輛噪聲限值無明確規(guī)定。

(2)電磁輻射

電磁環(huán)境測(cè)試指標(biāo)為磁感應(yīng)強(qiáng)度，磁感應(yīng)強(qiáng)度也被稱為磁通量密度或磁通密度。在物理學(xué)中磁場(chǎng)的強(qiáng)弱使用磁感應(yīng)強(qiáng)度來表示，磁感應(yīng)強(qiáng)度越大表示磁感應(yīng)越強(qiáng)；磁感應(yīng)強(qiáng)度越小，表示磁感應(yīng)越弱。國際通用單位為特斯拉，符號(hào)為T。

城市軌道交通車體外部空間的磁感應(yīng)強(qiáng)度限值參照現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)[14]的公眾暴露控制限值要求執(zhí)行，當(dāng)電磁頻段為30～2 000 Hz低頻時(shí)，公眾暴露控制限值為4.1 μT。常用生活設(shè)備的磁感應(yīng)強(qiáng)度[15-16]見表2，與新型軌道交通列車的磁感應(yīng)強(qiáng)度限值相當(dāng)。

表2 常見生活設(shè)備低頻交變磁感應(yīng)強(qiáng)度

2.2 測(cè)試儀器

測(cè)試儀器采用簡(jiǎn)易.便于攜帶的電磁場(chǎng)測(cè)試儀.聲級(jí)計(jì)和測(cè)距儀3種設(shè)備，測(cè)試儀器的型號(hào)及技術(shù)參數(shù)見表3。

表3 測(cè)試儀器及其技術(shù)參數(shù)

3 測(cè)試方案

根據(jù)車內(nèi).站臺(tái)和區(qū)間3個(gè)不同的應(yīng)用場(chǎng)景，共策劃了3個(gè)測(cè)試方案：車內(nèi)測(cè)試方案.站臺(tái)測(cè)試方案和區(qū)間測(cè)試方案。

3.1 車內(nèi)測(cè)試方案

(1)噪聲測(cè)試

選擇1個(gè)車站和1個(gè)區(qū)間為1個(gè)測(cè)段，共取6個(gè)測(cè)段，每個(gè)測(cè)段分別測(cè)試車輛行駛工況下噪聲值，車廂內(nèi)位置隨機(jī)選擇，但應(yīng)避免在同一位置測(cè)試。

(2)磁感應(yīng)強(qiáng)度測(cè)試

選擇1個(gè)車站和1個(gè)區(qū)間為1個(gè)測(cè)段，共取6個(gè)測(cè)段，每個(gè)測(cè)段分別測(cè)試距離車地板面為0.3m和0.9m的電磁感應(yīng)強(qiáng)度值，車廂內(nèi)位置隨機(jī)選擇，但應(yīng)避免在同一位置測(cè)試。

3.2 站臺(tái)測(cè)試方案

(1)噪聲測(cè)試

選取測(cè)段的6個(gè)車站站臺(tái)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試每個(gè)站臺(tái)車輛進(jìn)站或出站時(shí)的噪聲值，測(cè)試位置為站臺(tái)黃線。測(cè)試時(shí)應(yīng)遠(yuǎn)離人群密集區(qū)，避免人聲干擾[17]。

(2)磁感應(yīng)強(qiáng)度測(cè)試

選取測(cè)段的6個(gè)車站站臺(tái)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試每個(gè)站臺(tái)車輛進(jìn)站或出站時(shí)的磁感應(yīng)強(qiáng)度值，測(cè)試位置為站臺(tái)黃線，手持設(shè)備距離地面1.2 m。測(cè)試時(shí)應(yīng)遠(yuǎn)離設(shè)備房，避免設(shè)備房的電磁干擾[18]。

3.3 區(qū)間測(cè)試方案

(1)噪聲測(cè)試

在每個(gè)測(cè)段內(nèi)選取1個(gè)代表性斷面，共選取6個(gè)測(cè)試斷面，測(cè)試每個(gè)斷面車輛通過時(shí)的噪聲值。斷面測(cè)點(diǎn)布置見圖1，測(cè)點(diǎn)位于線路用地邊界位置，手持設(shè)備距離地面不小于1.2 m。測(cè)試斷面盡量選擇低置區(qū)間或橋墩高度較低的高架區(qū)間，測(cè)點(diǎn)與車輛的距離盡量保持一致，同時(shí)盡量選擇環(huán)境安靜.且車速較高的區(qū)段。

圖1 車體外測(cè)試方案斷面示意

(2)電磁感應(yīng)強(qiáng)度測(cè)試

選取6個(gè)斷面進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試每個(gè)斷面車輛通過時(shí)的電磁感應(yīng)強(qiáng)度。斷面測(cè)點(diǎn)布置見圖1。測(cè)試斷面盡量選擇低置區(qū)間或橋墩高度較低的高架區(qū)間，同時(shí)應(yīng)遠(yuǎn)離供電設(shè)備.電塔等用電設(shè)備，避免電磁干擾。

4 測(cè)試結(jié)果及分析

4.1 車內(nèi)測(cè)試結(jié)果及分析

(1)噪聲測(cè)試

列車運(yùn)行時(shí)，車內(nèi)各測(cè)點(diǎn)噪聲測(cè)量值分布見圖2。不失一般性，每個(gè)項(xiàng)目取各測(cè)點(diǎn)噪聲均值(以下相同)進(jìn)行比較，測(cè)試結(jié)果表明：長沙磁浮車內(nèi)環(huán)境噪聲相對(duì)較小，各測(cè)點(diǎn)噪聲測(cè)量值均滿足車體內(nèi)限值75 dB的限值要求，各測(cè)點(diǎn)噪聲均值為67.9 dB；重慶單軌和光谷有軌電車車內(nèi)環(huán)境噪聲相對(duì)較高，各測(cè)點(diǎn)噪聲均值分別為77.5 dB和78.3 dB。

圖2 車內(nèi)各測(cè)點(diǎn)噪聲測(cè)量值分布

重慶單軌和光谷有軌電車車內(nèi)的噪聲測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)超過75 dB限值的情況，主要是因?yàn)闊o法屏蔽環(huán)境噪聲的影響，因此，本次測(cè)試結(jié)果僅用于反映實(shí)際情況，不代表列車通行時(shí)實(shí)際產(chǎn)生的噪聲不符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

(2)磁感應(yīng)強(qiáng)度測(cè)試

列車運(yùn)行時(shí)，車內(nèi)距離地板面0.3 m和0.9 m的測(cè)點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度測(cè)量值分布見圖3。

圖3 車內(nèi)各測(cè)點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度測(cè)量值分布

不失一般性，每個(gè)項(xiàng)目取各測(cè)點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度均方根值(以下相同)進(jìn)行比較，見表4。測(cè)試結(jié)果表明：3個(gè)項(xiàng)目車內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度相差不大，距離地板面0.3 m處，最大差值為0.92 μT，距離地板面0.9 m處，最大差值為0.76 μT。各測(cè)點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度測(cè)量值均小于公眾暴露控制限值4.1 μT，滿足規(guī)范要求。

表4 各測(cè)點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度測(cè)量值均方根值 μT

4.2 站臺(tái)測(cè)試結(jié)果及分析

(1)噪聲測(cè)試

列車進(jìn)站或出站時(shí)，站臺(tái)各測(cè)點(diǎn)噪聲測(cè)量值分布見圖4。測(cè)試結(jié)果表明：3個(gè)項(xiàng)目站臺(tái)噪聲相差不大，各測(cè)點(diǎn)噪聲測(cè)量值均滿足80 dB限值要求；長沙磁浮快線站臺(tái)環(huán)境噪聲相對(duì)略小，各測(cè)點(diǎn)噪聲測(cè)量值的均值為72.6 dB；重慶單軌3號(hào)線和武漢光谷有軌電車L2線站臺(tái)環(huán)境噪聲相對(duì)略高，各測(cè)點(diǎn)噪聲測(cè)量值的均值分別為77.8 dB和78.6 dB。

圖4 站臺(tái)各測(cè)點(diǎn)噪聲測(cè)量值分布

(2)磁感應(yīng)強(qiáng)度測(cè)試

列車進(jìn)站或出站時(shí)，站臺(tái)測(cè)點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度測(cè)量值分布見圖5。測(cè)試結(jié)果表明：3個(gè)項(xiàng)目各測(cè)點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度測(cè)量值均小于公眾暴露控制限值4.1 μT，滿足規(guī)范要求；長沙磁浮快線站臺(tái)磁感應(yīng)強(qiáng)度測(cè)量值相對(duì)略高，各測(cè)點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度測(cè)量值的均方根值為2.16 μT；重慶單軌3號(hào)線和武漢光谷有軌電車L2線站臺(tái)磁感應(yīng)強(qiáng)度相對(duì)略低，各測(cè)點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度測(cè)量值的均方根值分別為0.65 μT和0.46 μT。

圖5 站臺(tái)各測(cè)點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度測(cè)量值分布

長沙磁浮快線站臺(tái)磁感應(yīng)強(qiáng)度測(cè)量值相對(duì)略高，主要是由于磁浮列車進(jìn)站制動(dòng)和出站加速時(shí)，電流大幅增加所致，磁浮列車在站臺(tái)靜浮時(shí)，各測(cè)點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度測(cè)量值的均方根值僅為0.12 μT。

4.3 區(qū)間測(cè)試結(jié)果及分析

(1)噪聲測(cè)試

列車通過時(shí)，3個(gè)項(xiàng)目在區(qū)間用地紅線位置的各測(cè)點(diǎn)噪聲測(cè)量值分布見圖6。測(cè)試結(jié)果表明：3個(gè)項(xiàng)目區(qū)間噪聲相差不大；長沙磁浮快線站臺(tái)噪聲相對(duì)略小，各測(cè)點(diǎn)噪聲測(cè)量值的均值為78.2 dB；重慶單軌3號(hào)線和武漢光谷有軌電車L2線站臺(tái)環(huán)境噪聲相對(duì)略高，各測(cè)點(diǎn)噪聲均值分別為79.5 dB和78.8 dB。

圖6 區(qū)間各測(cè)點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度測(cè)量值分布

(2)磁感應(yīng)強(qiáng)度測(cè)試

列車通過時(shí)，3個(gè)項(xiàng)目在區(qū)間用地紅線位置的各測(cè)點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度測(cè)量值分布見圖7。測(cè)試結(jié)果表明：3個(gè)項(xiàng)目區(qū)間紅線位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度相差不大，均小于公眾暴露控制限值4.1 μT，滿足規(guī)范要求；長沙磁浮快線和重慶單軌3號(hào)線在區(qū)間紅線位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度測(cè)量值均方根值分別為0.41 μT和0.45 μT；武漢光谷有軌電車L2線在區(qū)間紅線位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度測(cè)量值均方根值為0.12 μT。

圖7 區(qū)間各測(cè)點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度測(cè)量值分布

4.4 存在問題說明

本次測(cè)試設(shè)備存在一定的局限性，測(cè)試過程中無法屏蔽外部環(huán)境中電磁場(chǎng)和噪聲的影響。特別是區(qū)域內(nèi)無線基站.供電設(shè)備等電磁場(chǎng)的影響，城市公路交通.客流.施工等噪聲的影響。此外，測(cè)試數(shù)據(jù)的取舍也存在一定的人為因素，且列車運(yùn)營狀態(tài)，如車速.加速.減速等對(duì)測(cè)試結(jié)果也產(chǎn)生影響[10]。

雖然測(cè)試點(diǎn)的選擇均位于上述外部環(huán)境影響較小的區(qū)域，但外部環(huán)境仍存在干擾。測(cè)試3種制式的外部條件，如測(cè)試人員.測(cè)試設(shè)備.測(cè)點(diǎn)選取等基本一致，因此，不同項(xiàng)目間的測(cè)試結(jié)果具有一定的可比性，測(cè)試結(jié)果仍具有一定的參考價(jià)值。

本次測(cè)試僅以低頻電磁場(chǎng)作為研究對(duì)象，主要用于測(cè)試直線電機(jī).供電等低頻設(shè)備的電磁場(chǎng)[19]，未對(duì)通信.信號(hào)等高頻電磁場(chǎng)進(jìn)行測(cè)試[20]，這是由于不同制式的通信.信號(hào)設(shè)備基本相同，其電磁場(chǎng)也基本相當(dāng)。

5 結(jié)論

通過選取新型城市軌道交通中的長沙磁浮快線.重慶單軌3號(hào)線，以及武漢光谷有軌電車L2線3個(gè)項(xiàng)目，進(jìn)行電磁輻射和噪聲進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和對(duì)比分析研究，測(cè)試結(jié)果及結(jié)論如下。

(1)各測(cè)點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度測(cè)量值均小于限值4.1 μT，測(cè)量值均方根值最大為2.26 μT(測(cè)點(diǎn)位置為光谷電車車內(nèi)距地板面0.3 m處)，這與家庭使用的電器設(shè)備磁感應(yīng)強(qiáng)度相當(dāng)。

(2)站臺(tái)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，長沙磁浮快線相對(duì)略高，均方根值為2.16 μT，重慶單軌3號(hào)線和武漢光谷有軌電車L2線站臺(tái)相對(duì)略低，均方根值分別為0.65 μT和0.46 μT。

(3)3個(gè)項(xiàng)目車內(nèi)和區(qū)間的磁感應(yīng)強(qiáng)度相差不大。車內(nèi)均方根值為1.34～2.26 μT(距地板面0.3 m)和0.94～1.72 μT(距地板面0.9 m)，區(qū)間均方根值為0.12～0.45 μT。

(4)長沙磁浮快線車內(nèi)噪聲相對(duì)較小，噪聲均值為67.9 dB，乘坐體驗(yàn)較好；重慶單軌3號(hào)線和光谷有軌電車L2線噪聲相對(duì)較高，噪聲均值分別為77.5 dB和78.3 dB，乘坐體驗(yàn)略差。

(5)3個(gè)項(xiàng)目站臺(tái)和區(qū)間噪聲相差不大。站臺(tái)噪聲均值為72.6～78.6 dB，區(qū)間噪聲均值78.2～79.5 dB。其中長沙磁浮噪聲略低，考慮其車速最快，說明其控噪性能表現(xiàn)更為優(yōu)異。

綜上所述，中低速磁浮交通，跨座式單軌.現(xiàn)代有軌電車均存在電磁輻射現(xiàn)象，但輻射強(qiáng)度相差不大，與家庭使用的電器設(shè)備電磁輻射強(qiáng)度相當(dāng)，均滿足規(guī)范對(duì)公眾暴露控制限值要求。因此，大眾無需擔(dān)心或質(zhì)疑電磁輻射的安全性。列車對(duì)環(huán)境噪聲的影響，中低速磁浮交通與跨座式單軌和現(xiàn)代有軌電車相比，表現(xiàn)更為優(yōu)異，乘坐體驗(yàn)較好，對(duì)周邊環(huán)境噪聲影響相對(duì)較小。