何財松，李晏良

（中國鐵道科學研究院集團有限公司?節(jié)能環(huán)保勞衛(wèi)研究所，北京???100081）

1 概述

高速鐵路建設的快速發(fā)展，極大地改善了人們的出行方式和旅行品質(zhì)，也促進了國民經(jīng)濟的發(fā)展，但高速鐵路產(chǎn)生的噪聲問題已經(jīng)引起沿線居民的高度關注，并成為制約高速鐵路規(guī)劃、建設、提速和發(fā)展的關鍵因素。

國外鐵路噪聲測量方法標準體系主要有4種：國際標準化組織、歐洲體系、北美體系和日本體系[1-2]。歐洲鐵路噪聲標準體系與國際標準化組織體系基本一致；日本鐵路噪聲標準體系受歐洲體系的影響較大，但是日本在測量點位、測量數(shù)值、數(shù)據(jù)處理方法等方面有自己的特色[3-4]；北美鐵路噪聲公開的測量標準較少。因此，關于國外高速鐵路列車運行輻射噪聲測量方法的研究，主要基于國際標準化組織制定的ISO?3095Railway applications-Acoustics-Measurement of noise emitted by railbound vehicles開展。

目前，我國通用的鐵路列車運行輻射噪聲測試標準為GB/T?5111—2011《聲學軌道機車車輛發(fā)射噪聲測量》[5]，該標準等同轉(zhuǎn)化于ISO?3095：2005。GB/T?5111—2011發(fā)布以來，對我國高速鐵路的型式試驗、聯(lián)調(diào)聯(lián)試及源強識別和降噪等科研工作提供了較好指導，但是高速鐵路噪聲在聲源種類、聲源分布等方面與普速鐵路有很大區(qū)別。并且ISO?3095標準的最新發(fā)布版本更新到2013版，應充分研究新舊標準差異的來源、影響，同時研究分析我國高速鐵路大量的噪聲測試試驗數(shù)據(jù)來確定相關關鍵指標。

2 我國鐵路列車運行輻射噪聲測量方法

GB/T?5111—2011規(guī)定列車運行輻射噪聲測試的測點位置為：傳聲器應置于軌道軸線兩側(cè)7.5?m、距軌頂面以上1.2?m，或距軌道軸線兩側(cè)25.0?m、距軌頂面以上3.5?m。測量時，如在被測車輛上部有重要的聲源如排氣管或受電弓，應在距軌道中心線兩側(cè)7.5?m、距軌頂面以上 3.5?m處附加測點。GB/T?5111—2011用于測量勻速列車的側(cè)面?zhèn)髀暺魑恢靡妶D1。

圖1 用于測量勻速列車的側(cè)面?zhèn)髀暺魑恢茫℅B/T 5111—2011）

GB/T?5111—2011規(guī)定列車運行輻射噪聲測試的測量量為：列車通過等效連續(xù)A聲級LAeq、AF計權最大聲壓級LAmax、列車通過暴露聲級TEL以及噪聲頻譜。TEL計量公式為：

式中：T為測量時間段；Tp為列車通過時間；pA為瞬時A聲壓；p0為基準聲壓。

通過的A計權聲級，時間段T應足夠長以包括所有與該事件相關的聲能量，即至少要考慮比Tp時間段內(nèi)開始與結(jié)束時LpA值低10?dB時間段內(nèi)的聲能量。測量時間T及列車通過時間Tp見圖2。

圖2 測量時間T及列車通過時間Tp示意圖

3 ISO 3095：2013對噪聲測量的相關規(guī)定

ISO?3095：2005規(guī)定了軌道機車車輛發(fā)射噪聲的測量方法，其優(yōu)勢是適用性強，使用國家多。ISO?3095：2013主要用于標準有砟軌道條件下的列車型式試驗，包括范圍、規(guī)范性引用文件、術語和定義、儀器與校準、定置試驗、勻速運行試驗、從靜止到加速試驗、減速試驗、測試質(zhì)量、試驗報告及附錄資料等章節(jié)。ISO?3095：2013對于高速列車噪聲型式試驗所要求的環(huán)境條件（聲環(huán)境、氣象條件、背景聲壓級）、軌道狀態(tài)（一般條件、曲線半徑、軌道結(jié)構(gòu)、軌道質(zhì)量、鋼軌聲學短波不平順、軌道動力性能、特殊情況等）、車輛狀況（一般、負載和操作條件、車輪踏面狀態(tài)、列車編組）、測量點位（標準測點、附加測點）、測量量、試驗程序（一般規(guī)定、通過速度、記錄和測量時間間隔）、數(shù)據(jù)處理（標準處理程序、附加處理程序）等方面做了詳細的規(guī)定。

ISO?3095：2005對所有狀態(tài)的列車測試點位做了規(guī)定3個點位（同GB/T?5111—2011），但是沒有明確勻速行駛狀態(tài)列車的具體測量點位，也沒有明確不同速度運行時的具體測量點位。ISO?3095：2013規(guī)定列車運行輻射噪聲測試時，根據(jù)速度指標給出了具體的測點位置：

（1）標準測點：列車運行速度低于200?km/h，測點位于距軌道中心7.5?m、距軌面高度1.2?m處；列車運行速度高于或等于200?km/h，測點位于距軌道中心25.0?m、距軌面高度 3.5?m 處。

（2）附加測點：假如被測車輛上部有重要的聲源（如動力單元），推薦在距軌道中心線7.5?m、軌面以上3.5?m布設測點。

ISO?3095：2013用于測量勻速列車的側(cè)面?zhèn)髀暺魑恢靡妶D3。

在ISO?3095：2005標準中，測量量單獨成章。ISO?3095：2013標準中，測量量分別放在了各種測試列車狀態(tài)章節(jié)中，對于不同的測試列車狀態(tài)，明確了不同的具體的測量量。ISO?3095：2005標準中測量量為TEL或者LpAeq,Tp。ISO?3095：2013核心的變化是測量基本量由TEL改為單一測量量LpAeq,Tp，并同時測試列車速度和通過時間Tp；如果需要，可給出其他的測量量，如頻率和音調(diào)。

圖3 用于測量勻速列車的側(cè)面?zhèn)髀暺魑恢茫↖SO 3095：2013）

4 關鍵測量參數(shù)的選取建議

4.1 測量量

在我國現(xiàn)行高速鐵路列車運行輻射噪聲標準體系執(zhí)行過程中，《CRH?系列動車組噪聲等評價指標暫行規(guī)定》（鐵總科技〔2014〕210號）要求：車外噪聲測試方法按照ISO?3095要求進行。這里如果按照ISO?3095：2013最新版標準執(zhí)行，即測量量為LpAeq,Tp?！稌r速350公里中國標準動車組暫行技術條件》（鐵總科技〔2014〕50號）只規(guī)定測點位置，沒有明確測量量執(zhí)行標準，因此通常按照GB/T?5111—2011執(zhí)行，即測量量為TEL。因此，對高速鐵路列車運行輻射噪聲測量量的理解亟須統(tǒng)一。

目前歐洲對高速鐵路列車運行輻射噪聲限值標準中的測量量有明確且統(tǒng)一的規(guī)定。TSI?2008/232/EC《歐盟鐵路互通性技術規(guī)范一跨歐洲高速鐵路系統(tǒng)車輛子系統(tǒng)可互操作性》、UIC?660：2002《確保高速列車技術兼容性的措施》（第2版）等規(guī)定的測量量均為單一量LpAeq,Tp。

因此，建議我國高速鐵路列車運行輻射噪聲測量量應選擇LAeq,Tp，不再使用TEL。

（1）TEL與LpAeq,Tp相比，TEL獲取較為復雜，且易出現(xiàn)人為誤差[5]。由圖2和式（1）可知，兩者的區(qū)別在于積分時間不同，TEL根據(jù)測量記錄時間T內(nèi)的LAeq,T、T和Tp計算而來。在實際工作中，列車通過時間Tp可以通過列車觸發(fā)信號直接得到，而記錄時間T的截取非常復雜，人工處理數(shù)據(jù)時，需要不斷的調(diào)試，才能得到記錄時間T，從而極大地增加了數(shù)據(jù)處理的工作量，同時也增加了人為誤差；機器處理數(shù)據(jù)時，需要多耗費百倍的計算時間得到準確的量值，也不利于高速鐵路噪聲自動化測試的應用。

（2）TEL和LAeq,Tp的差異較小且穩(wěn)定[5]。高速列車通過時列車運行輻射噪聲時程曲線（見圖4）顯示，通常瞬時聲級水平高于本底噪聲30?dB（A）以上，聲級變化率在15?dB（A）/s以上，測量量LAeq,Tp將列車通過時的主要聲能量全部涵蓋。

圖4 高速列車通過時列車運行輻射噪聲時程曲線

通過對聯(lián)調(diào)聯(lián)試和綜合試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析（見表1），結(jié)果顯示，當列車以200～420?km/h運行時，其列車運行輻射噪聲TEL與LAeq,Tp差值非常小且穩(wěn)定，差值范圍為0.3～0.6?dB（A），平均值和中位數(shù)均為0.5?dB（A）。因此，采用LAeq,Tp作為高速鐵路列車運行輻射噪聲測量量，對于歷史數(shù)據(jù)的研究與利用不會造成障礙。

表1 高速鐵路列車運行輻射噪聲TEL與LAeq,Tp差值

（3）ISO和UIC評價高速鐵路列車運行輻射噪聲均采用LAeq,Tp，國際化、統(tǒng)一化的測量量不僅可以消除差異，也有利于我國高速鐵路“走出去”戰(zhàn)略的實施。

4.2 測量點位

在我國鐵路聯(lián)調(diào)聯(lián)試、型式試驗、科學試驗以及環(huán)評中，關于列車運行輻射噪聲測量的測點位置，普速鐵路和高速鐵路采用的相關測點，即距軌道中心線25.0?m、軌面以上3.5?m，貨運鐵路采用的測點為距軌道中心線7.5?m、軌面以上1.2?m。歐盟與國際鐵路聯(lián)盟均來源于同一標準ISO?3095，因此對于速度200?km/h以上的高速鐵路列車運行輻射噪聲具有相同的測點位置，即標準測點（距軌道中心線25.0?m、軌面以上3.5?m）和附近測點（距軌道中心線7.5?m、軌面以上3.5?m）；同時，歐盟在TSI?2014/1304/EU中已經(jīng)明確規(guī)定了在速度大于250?km/h時，在距軌道中心線7.5?m、軌面以上3.5?m處增設測點。

建議我國高速鐵路列車運行輻射噪聲測試中，以距軌道中心25.0?m、距軌面高度3.5?m和距軌道中心7.5?m、距軌面高度3.5?m?兩個測點作為標準測點。

（1）ISO?3095 和 GB/T?5111—2011，都有同一的測量點位，即距軌道中心25.0?m、距軌面高度3.5?m。此測量點位為國際社會和我國長期使用，通用性高，且積累了大量的歷史數(shù)據(jù)，可為后續(xù)鐵路降噪研究與設計提供數(shù)據(jù)支撐。

（2）距軌道中心7.5?m、距軌面高度3.5?m應成為標準測點。從我國開展的高速鐵路噪聲源識別結(jié)果可以得出，高速動車組上部噪聲在高速情況下受電弓噪聲貢獻量較大[6-7]，成為主要聲源之一。我國某型動車組以250?km/h和400?km/h運行時的車外噪聲源識別結(jié)果見圖5（圖中亮度越高代表噪聲值越大）。某型動車組以200～400?km/h運行時，高速列車上、中、下不同區(qū)域的噪聲貢獻量比例見表2。

表2 某型動車組垂向不同區(qū)域聲功率級貢獻量

由圖5和表2可以得出，當列車運行速度超過200?km/h時，動車組上部噪聲，特別是受電弓處噪聲已經(jīng)非常明顯，且隨著速度的提高成增長趨勢。當速度為400?km/h時，受電弓噪聲與動車組頭車一位車輪相當。高速鐵路動車組噪聲源分布與普速鐵路具有顯著性差別，其中部和上部區(qū)域也成為重要的噪聲源位置。因此，距軌道中心7.5?m、距軌面高度3.5?m處的噪聲測點，也應成為我國高速鐵路列車運行輻射噪聲測量方法中的標準測量點位。

圖5 我國某型動車組聲源識別結(jié)果

5 結(jié)束語

分析國內(nèi)外高速鐵路列車運行輻射噪聲測量方法及標準限值等相關標準、試驗數(shù)據(jù)，以及我國測試方法的應用現(xiàn)狀，建議修訂我國高速鐵路列車運行輻射噪聲測量方法時，其基本要求、測量儀器等通用條款可以利用ISO?3095的最新成果，測量量和測量點位兩個關鍵指標需要明確與優(yōu)化。在運用高速鐵路列車運行輻射噪聲標準時，還應進一步對測量點位開展研究，待基礎數(shù)據(jù)豐富后，探索最佳的測點位置，簡化測量點位數(shù)量。