軌道交通噪聲評價與控制標準探討

　　摘要：軌道交通噪聲問題日益突出，相關的標準是評價和控制軌道交通噪聲的關鍵。我國當前現(xiàn)行的軌道交通噪聲標準缺乏系統(tǒng)性，相互之間不成體系，甚至存在互相矛盾的情況。另外，涉及軌道交通噪聲的標準的目的和適用范圍有所不同，在理解和應用中仍然存在一些誤區(qū)。這些都給軌道交通噪聲評價和控制的實施帶來一定困難。對現(xiàn)行軌道交通噪聲標準的分析表明，現(xiàn)行的部分標準等同采用或修改采用已被替代的ISO標準，已不適應當前社會對噪聲控制的要求，又由于標準之間存在矛盾，因此需要對現(xiàn)行部分標準進行修訂。評價軌道交通車外噪聲需同時考慮每列車經(jīng)過時的噪聲水平和車流密度因素，宜采用特定時間間隔內(nèi)的等效連續(xù)A聲級作為噪聲評價指標。軌道交通噪聲測試和評價時的頻率范圍應根據(jù)各聲源的特點作明確規(guī)定。高速鐵路高架車站站房的噪聲問題已十分突出，亟需制定相應噪聲限值和測量方法標準，改善乘客候車舒適性，避免站內(nèi)工作人員健康受到噪聲危害。

　　關鍵詞：聲學;軌道交通;環(huán)境噪聲;評價;控制;標準

　　截止2020年7月底，我國鐵路營業(yè)里程達到14.14萬公里，其中高鐵營業(yè)里程突破3.6萬公里。同時，我國內(nèi)地城市軌道交通運營線路已超過7000km。除此之外，我國市域鐵路也正處于迅速發(fā)展中。伴隨我國軌道交通里程的增長和線路密度的增大，對于穿越郊區(qū)、城鎮(zhèn)的線路，軌道交通產(chǎn)生的噪聲問題愈發(fā)突出。列車在路基和高架線路上運行，輻射到車外的環(huán)境噪聲以及地下線路誘發(fā)臨近建筑物輻射的二次噪聲所引起的沿線居民的投訴也越來越多。

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　　不僅如此，高速運行和曲線行駛的列車車內(nèi)噪聲過大，對車內(nèi)乘客的舒適性產(chǎn)生嚴重不利影響。在鐵路編組站、貨場等場站，列車產(chǎn)生的噪聲也較大。軌道交通在促進經(jīng)濟社會發(fā)展和節(jié)能減排方面發(fā)揮了重要作用，但軌道交通產(chǎn)生的噪聲問題已成為阻礙其發(fā)展的障礙。國內(nèi)學者通過建立動力分析模型，對軌道交通輻射到外部環(huán)境的輪軌噪聲[1-2]、氣動噪聲[3-4]、集電系統(tǒng)噪聲[5]和結(jié)構(gòu)噪聲[6-7]等進行了預測分析及其傳播規(guī)律研究。

　　然而，對于防治軌道交通的噪聲危害，相關的噪聲標準是建設前環(huán)境影響評價、運營后噪聲投訴治理的重要依據(jù)，在噪聲防治方面具有重要作用。當前關于軌道交通噪聲的規(guī)范和標準缺乏系統(tǒng)性，相互之間不成體系，甚至存在互相矛盾的情況;另外，涉及軌道交通噪聲的標準的目的和適用范圍有所不同，對噪聲標準的理解及其應用仍然存在一些誤區(qū)。這些都給軌道交通噪聲評價和控制的實施帶來了一定的困難。因此，有必要對現(xiàn)行軌道交通噪聲評價與控制標準進行分析，對其在實踐中的應用和今后的修訂提出建議。

　　1軌道交通環(huán)境噪聲限值

　　1.1邊界噪聲

　　為了保障鐵路沿線工作和生活人群免受噪聲的危害，GB12525-1990[8]規(guī)定了鐵路邊界處機車車輛運行中所產(chǎn)生的噪聲限值及其測量方法，其中鐵路邊界是指距鐵路外側(cè)軌道中心線30m處。評價指標為機車車輛運行平均密度某1h的等效連續(xù)A聲級。由于時間計權快檔相比慢檔與人耳的聽覺更相近，測量時間計權采用快檔。鐵路邊界噪聲起初規(guī)定晝間和夜間等效連續(xù)A聲級限值均為70dB(A)。

　　2008年7月30日，國家環(huán)保部門將新建鐵路夜間噪聲限值修改為60dB(A)。背景噪聲應比鐵路噪聲低10dB(A)以上，若兩者聲級差值小于10dB(A)。若背景噪聲與鐵路噪聲的差值不足3dB(A)，則測試數(shù)據(jù)無效。TB/T3050-2002[9]增加了關于鐵路沿線站、場、段、所作業(yè)中產(chǎn)生噪聲和敏感建筑物噪聲的測量技術規(guī)定，將鐵路沿線站、場、段、所的邊界也作為鐵路噪聲測量邊界。測量的量為不短于1h的等效連續(xù)A聲級。

　　1.2車站站臺噪聲

　　為提高城市軌道交通乘客候車的舒適性，GB/T14227-2006[10]規(guī)定了城市軌道交通系統(tǒng)中地鐵和輕軌車站列車進、出站時站臺的噪聲限值和測量方法。每種列車運行狀態(tài)的測量次數(shù)不應少于10次，每種列車運行狀態(tài)的測量數(shù)據(jù)經(jīng)算術平均后修約到整數(shù)位的數(shù)值作為評定值。進站的測量時間為列車頭部進站到停止的時間，出站的測量時間為列車啟動到列車尾部離站的時間。測量傳聲器應置于車站站臺中部、距地面高度1.6m的位置，傳聲器朝向被測軌道一側(cè)。測量前后應使用聲級校準器校準聲級計，偏差不應大于0.5dB(A)，否則測量無效。

　　測量時避免受到廣播等非列車運行噪聲的干擾，站臺的背景噪聲應低于被測噪聲10dB(A)以上，否則應按表2進行修正。差值小于5dB(A)應重新測量。目前缺少高鐵車站站臺噪聲和高架車站站房噪聲限值的規(guī)范，特別是有列車不停站高速通過的車站站臺和高架車站站房的噪聲已十分突出，亟需制定相應的噪聲限值和測量方法規(guī)范，改善乘客候車的舒適性，避免站內(nèi)工作人員健康受到噪聲危害。

　　1.3室內(nèi)二次結(jié)構(gòu)噪聲

　　城市軌道交通列車運行引起的建筑物振動輻射二次噪聲近年來得到越來越多的關注。二次輻射噪聲的頻率范圍為16Hz～200Hz，評價指標為晝間和夜間的快檔等效連續(xù)A聲級[11]。將城市軌道交通沿線建筑物分為5類。如果二次噪聲超標必須采取相應的減振降噪措施，確保建筑物內(nèi)的二次噪聲滿足限值要求。

　　噪聲測點布置在室內(nèi)，傳聲器朝向房間中央，測量時需關閉門窗。傳聲器距地面1.2m高，距墻壁水平距離應在1.0m以上，測點周圍1.0m范圍內(nèi)不應有反射物。晝間測量應選擇行車高峰時段，夜間測量時間內(nèi)通過列車不少于5列，測量時段不小于1h。行車密度較低的線路，可分段測量列車通過時的聲級。測量前后聲級計應校準，前后相差不得大于0.5dB(A)，否則測量結(jié)果無效。背景噪聲修正方法與表1相同。

　　1.4聲環(huán)境功能區(qū)噪聲

　　GB3096-2008[13]規(guī)定了5類聲功能區(qū)的環(huán)境噪聲測量方法及限值。其中4a類為城市軌道交通(地面段)兩側(cè)區(qū)域，4b類環(huán)境噪聲限值適用于2011年1月1日起通過環(huán)評審批的新建鐵路干線兩側(cè)區(qū)域，與GB12525-1990[8]修改后的鐵路邊界噪聲限值相同。

　　城市軌道交通地面段和鐵路干線兩側(cè)區(qū)域是指城市軌道交通或鐵路用地邊界線一定距離內(nèi)的區(qū)域，具體規(guī)定如下[14]：(a)相鄰區(qū)域為1類聲環(huán)境功能區(qū)，距離為50±5m;(b)相鄰區(qū)域為2類聲環(huán)境功能區(qū)，距離為35±5m;(c)相鄰區(qū)域為3類聲環(huán)境功能區(qū)，距離20±5m。鐵路和城市軌道交通場站等具有一定規(guī)模的交通服務區(qū)域應被劃分為4a類或4b類聲環(huán)境功能區(qū)。

　　對于穿越城區(qū)的既有鐵路干線以及對其進行改擴建的鐵路建設項目，鐵路干線兩側(cè)不通過列車時的環(huán)境背景噪聲限值取為晝間70dB(A)、夜間55dB (A)。另外還規(guī)定各類聲環(huán)境功能區(qū)夜間突發(fā)噪聲最大聲級不得超過其中的環(huán)境噪聲限值15dB(A)。如果鐵路干線或城市軌道交通地面段附近有居民區(qū)等聲敏感建筑區(qū)，應該按照對應聲功能區(qū)的限值來評價。

　　過于受軌道交通噪聲影響的敏感建筑物，取列車正常運行條件下晝、夜不低于平均運行密度1h等效聲級作為評價指標，如果城市軌道交通運行車次密集，測量時間可縮短至20min。測點一般設于敏感建筑物戶外。當不得不在室內(nèi)監(jiān)測時，應將門窗全部打開，并采用其中對應聲功能區(qū)限值降低10dB(A)的值作為評價依據(jù)。測量前后所使用聲校準儀器的示值偏差不得大于0.5dB。

　　2軌道交通環(huán)境噪聲測量

　　GB/T3222.1-2006[15]等同采用ISO1996-1:2003《聲學環(huán)境噪聲的描述、測量與評價第1部分：基本參量與評價方法》，將修正的等效連續(xù)A聲級(又稱評價聲級)作為評價長期噪聲的指標，但沒有規(guī)定噪聲限值，而是由相關部門來規(guī)定噪聲限值。

　　3軌道交通噪聲環(huán)境影響評價

　　軌道交通建設項目報批前需進行聲環(huán)境影響評價。軌道交通噪聲環(huán)境影響評價一般包含環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查和評價，施工期環(huán)境影響分析與評價，運營期環(huán)境影響預測與評價。本文關心的主要是運營期列車運行引起的噪聲，當進行軌道交通噪聲環(huán)境影響評價時，首先要預測運營期晝間、夜間運營時段等效連續(xù)A聲級。

　　4車內(nèi)噪聲評價標準

　　由于軌道交通沿線居民的投訴，目前對車外噪聲的關注較多。而高速列車運行速度提高、城市軌道交通減振扣件和浮置板軌道等的使用加劇了輪軌相互作用，車內(nèi)的噪聲也逐漸受到人們的關注。

　　4.1城軌車輛

　　對于城市軌道交通系統(tǒng)中地鐵和輕軌列車，GB14892-2006[23]同時代替了GB14892-1994和GB/T14893-1994，規(guī)定了車內(nèi)等效連續(xù)A聲級的最大容許限值，其中，每次等效連續(xù)A聲級的測量時間不短于30s。由于隧道的混響作用，地下線路司機室內(nèi)噪聲限值高于地上線路5dB(A)，客室內(nèi)噪聲限值高于地上線路8dB(A)。因為車內(nèi)噪聲是連續(xù)噪聲，因此限值高于車外噪聲。

　　4.2鐵道機車車輛

　　GB/T3450-2006[24]中規(guī)定了鐵道機車、動車組司機室噪聲測量方法和限值。評價量仍為等效連續(xù)A聲級，測量時間應不小于1min，試驗速度為最高運行速度，至少測量3次，平均后取整。如果所測數(shù)據(jù)之差大于3dB(A)，則該組數(shù)據(jù)無效。機車和動車組司機室內(nèi)部噪聲等效連續(xù)A聲級的最大容許限值為78dB(A)。傳聲器應置于司機室地板中部、高于地板表面1.2m的位置。測量時司機室門、窗應關閉，司機室內(nèi)不超過4人。

　　GB/T12816-2006[25]中參考UICOR567-11978.1.1第4版《國際聯(lián)運用X型、Y型標準客車及其特性》、UICOR5532004.2.1第6版《客車通風、采暖和空調(diào)》規(guī)定了我國鐵道客車內(nèi)部噪聲限值，分為運行試驗和靜止試驗兩類。測量值為等效連續(xù)A聲級，每測點每次測量時間不少于10s，對每個測點測量3次取算術平均值。如果3次測量結(jié)果的差值大于3dB(A)，應重新測量。車輛所有輔助設備停機時所測量的車內(nèi)背景噪聲應比試驗條件下車內(nèi)噪聲級低10dB(A)。若背景噪聲低于5dB(A)以下，測量結(jié)果僅作估算值。背景噪聲與列車運行噪聲之差在5dB(A)～10dB(A)，測量結(jié)果應按表7進行修正。車內(nèi)噪聲測量應不受車外反射物、吸聲物的影響。測量時避免車輛通過隧道、橋梁、道岔、車站及會車時讀數(shù)。

　　5車輛檢驗

　　軌道車輛在交付時要進行型式試驗(TypeTest)，運營中還要進行周期性的監(jiān)督檢驗(MonitoringTest)。型式試驗是檢驗廠家交付的車輛是否符合噪聲技術指標，監(jiān)督檢驗是指從交貨的一批車輛中抽取一輛或幾輛來檢驗噪聲是否達到規(guī)定的限值，或者檢查車輛由于初期運營或改裝之后噪聲是否發(fā)生變化。

　　GB/T3449-2011[26]修改時采用ISO3381:2005《軌道應用聲學軌道車輛內(nèi)部噪聲測量》，規(guī)定了我國軌道車輛內(nèi)部噪聲的測量方法，同時結(jié)合我國國情擴大了應用范圍，適用于軌道車輛型式試驗、周期性監(jiān)督檢驗、常規(guī)噪聲測試。GB/T5111-2011[27]修改時采用ISO3095:2005《軌道應用聲學軌道機車車輛發(fā)射噪聲測量》，規(guī)定了列車外部噪聲的測量方法，并結(jié)合我國國情，也擴大了應用范圍，除可用于機車車輛型式試驗、周期性監(jiān)督檢驗外，增加了常規(guī)噪聲測試及環(huán)境評價測量。

　　車輛運行條件包括勻速、啟動、制動和定置等。啟動測量時間規(guī)定為從靜止狀態(tài)達到30km/h時所需的時間，制動測量時間段為列車從30km/h按常規(guī)停車制動到停止所需的時間。定置車輛測量時間段一般要求至少20s。型式試驗應做頻譜分析，1/3倍頻帶的頻率范圍為31.5Hz～8000Hz。進行型式試驗時至少應進行3次測量，對于監(jiān)督試驗測量1次即可。測量勻速行駛列車車內(nèi)噪聲時采用等效連續(xù)A聲級，測量時間一般不短于20s。啟動和制動測量指標為快檔A計權最大聲壓級和等效連續(xù)A聲級，在列車中部和兩端設置5～7個測點，坐姿測點高于車廂地板1.2m，站姿測點高于地板1.5m，臥鋪車廂應有一個傳聲器置于枕頭之上0.2m。

　　對于勻速行駛列車車外噪聲一般采用列車通過時段內(nèi)的等效連續(xù)A聲級。對于列車從停止狀態(tài)加速或制動，測量量為快檔A計權最大聲壓級。定置車輛車外噪聲測量指標為等效連續(xù)A聲級。傳聲器軸線應始終處于水平位置且垂直指向軌道。傳聲器應置于軌道軸線兩側(cè)7.5m、軌頂面以上1.2±0.2m和距軌道軸線兩側(cè)25m、軌頂面以上3.5±0.2m。為了檢驗新設計、新制造或經(jīng)大修后出廠的鐵道機車，按照GB/T5111中規(guī)定的測量方法進行測量，GB/T13669-1992[28]規(guī)定電力機車輻射到車外的噪聲限值為90dB(A)。軌道車輛車內(nèi)和車外輻射的噪聲受到軌頭表面粗糙度的影響。必要時需測量路段的軌道粗糙度，如果1/3倍頻帶波段的粗糙度級在整個測試路段滿足圖1的要求，則可認為鋼軌適合型式試驗的條件。

　　6聲屏障評價標準

　　隨著我國軌道和道路交通的發(fā)展，聲屏障在控制交通噪聲中應用越來越廣泛。為確保聲屏障的降噪效果，檢驗聲學構(gòu)件的聲學性能(包括吸聲性能、隔聲性能)和聲屏障的降噪效果就顯得格外重要。

　　7結(jié)語

　　軌道交通噪聲問題日益突出，相關的規(guī)范和標準是評價和控制軌道交通噪聲的關鍵。當前關于軌道交通噪聲的規(guī)范和標準缺乏系統(tǒng)性，相互之間不成體系，甚至存在互相矛盾的情況。另外，涉及軌道交通噪聲的標準目的和適用范圍有所不同，在理解和應用中仍然存在一些誤區(qū)。這些都給軌道交通噪聲評價和控制的實施帶來了一定的困難。本文通過對現(xiàn)行軌道交通噪聲標準的分析得出以下結(jié)論和建議：

　　(1)部分標準需要修訂。部分國內(nèi)標準等同采用或修改采用了ISO標準，相關的ISO標準已經(jīng)修訂的，建議對相應的國內(nèi)標準也進行修訂。另外還需注意基于ISO標準的國內(nèi)標準與國內(nèi)其他現(xiàn)行標準的連貫性。

　　(2)軌道交通環(huán)境噪聲評價指標問題。GB/T3222.1-2006和GB/T3222.2-2009采用單一聲事件的暴露聲級及相應事件次數(shù)來計算評價指標，而我國鐵路邊界噪聲規(guī)范GB12525-1990和聲環(huán)境質(zhì)量標準GB3096-2008采用的評價指標為某個特定時間間隔內(nèi)的等效連續(xù)A聲級。后者同時考慮了每列列車經(jīng)過時的噪聲水平和車流密度因素。因此，本文認為環(huán)境噪聲統(tǒng)一采用某個特定時間間隔內(nèi)的等效連續(xù)A聲級進行評價更合理。(3)沒有明確規(guī)定測試的噪聲頻率范圍。測試和評價的噪聲級包含的頻率范圍不同，包含的能量就不同，使得總聲級會有較大差異，建議根據(jù)各聲源的特點明確噪聲評價的頻率范圍。

　　(4)背景噪聲處理方式不同。關于背景噪聲，有的要求要低于測試噪聲3dB(A)，有的規(guī)定要低于5dB(A)。如果上述差值小于5dB(A)，則測量結(jié)果不可能達到工程級(2級，準確度±2dB(A))。建議規(guī)定背景噪聲要低于測試噪聲5dB(A)以上，并按GB/T3222.2規(guī)定的方法進行修正。(5)缺少高鐵車站站臺噪聲和高架車站站房噪聲限值的標準。列車不停站高速通過的車站站臺和高架車站站房的噪聲問題已十分突出，亟需制定相應的噪聲限值和測量方法標準，改善乘客候車的舒適性，避免站內(nèi)工作人員健康受到噪聲危害。

　　參考文獻：

　　[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，楊得旺，鄭凈，等.軌道交通橋梁減振降噪研究進展[J].中國公路學報，2018，31(7)：55-75.

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

　　作者：劉全民，徐培培，宋立忠，秦佳良，左志遠

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