杜麒麟，尹 鏹，張宇明，徐志勝，徐 鴻

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司生態(tài)環(huán)境設(shè)計(jì)研究院，成都 610031)

引 言

根據(jù)《城市公共交通分類標(biāo)準(zhǔn)》(CJJ /T 114—2007)[1]，城市軌道交通分為地鐵、輕軌、單軌、有軌電車、磁浮、自動(dòng)導(dǎo)向軌道、市域快速軌道，其中輕軌、中低速磁懸浮、單軌、現(xiàn)代有軌電車、直線電機(jī)輪軌交通等類型屬中低運(yùn)量的新型城市軌道交通系統(tǒng)[2]，云巴也列屬其中。云巴，是一種具有獨(dú)立路權(quán)的小運(yùn)量膠輪有軌電車系統(tǒng)，全程使用電池供電，運(yùn)能水平為0.6～0.8萬人/h，設(shè)計(jì)時(shí)速為80km/h，最大爬坡能力可達(dá)12%，最小曲線半徑僅需12m；運(yùn)行時(shí)速一般為30～35km/h；平均造價(jià)約0.9～1.2億元/km。其優(yōu)點(diǎn)為：相比單軌，云巴車身更短小輕巧，造價(jià)更低；到站充電，全線儲(chǔ)能；爬坡能力強(qiáng)、無人駕駛。其缺點(diǎn)為：運(yùn)量較小，不宜用于遠(yuǎn)期運(yùn)量較大的城市[3]。

國內(nèi)關(guān)于新型城市軌道交通的噪聲影響研究大多集中在有軌電車方面，比如易雨晟[4]、劉偉東[5]等人以沈陽有軌電車建設(shè)項(xiàng)目為例對(duì)現(xiàn)代有軌電車建設(shè)的環(huán)境影響進(jìn)行了分析，張穎[6]對(duì)現(xiàn)代有軌電車環(huán)境影響及其線網(wǎng)規(guī)劃環(huán)境合理性進(jìn)行了分析。鐵五院劉明輝[7]總結(jié)了單軌軌道交通、中低速磁浮、以及現(xiàn)代有軌電車等制式的噪聲、振動(dòng)源強(qiáng)特性。國內(nèi)對(duì)膠輪有軌電車的噪聲特性尚缺乏系統(tǒng)性測(cè)試研究，本文針對(duì)我國南方某城市云巴試驗(yàn)線開展了噪聲實(shí)測(cè)工作，對(duì)該型有軌電車噪聲源強(qiáng)、空間分布規(guī)律進(jìn)行了研究分析，為云巴項(xiàng)目建設(shè)、推廣及其環(huán)境影響評(píng)價(jià)提供必要的技術(shù)支撐。

1 測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)

本文測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)位于我國南方某城市工業(yè)園區(qū)內(nèi)試驗(yàn)線，線路條件為：膠輪有軌電車(云巴)系統(tǒng)制式，線路為雙線，采用鋼制導(dǎo)軌梁；線路最小曲線半徑20m；最大坡度62.7‰。

車輛條件為：列車采用全動(dòng)車2輛編組，列車長度為17.6m，寬度為2.4m，最高行車速度70km/h，載客量為定員140人(6人/m2)，超員200人(9人/m2)，牽引供電采用儲(chǔ)能動(dòng)力電池供電，額定電量為152kw/h。編組示例如圖1所示：

圖1 兩編組列車示意圖

2 測(cè)試方案

2.1 測(cè)試內(nèi)容

測(cè)試內(nèi)容主要為兩部分：

2.1.1 速度階梯測(cè)試

對(duì)不同速度勻速運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行測(cè)試，得到不同速度工況下噪聲源強(qiáng)值，速度取值從30～60km/h，按10km/h遞增。具體見表1。

表1 速度階梯測(cè)試情況表

2.1.2 制動(dòng)和啟動(dòng)測(cè)試

對(duì)車輛以最大牽引力進(jìn)行制動(dòng)和啟動(dòng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行測(cè)試(工況見表2)，得到加、減速工況下噪聲值。由于試驗(yàn)線條件限制，加減速過程中測(cè)試速度約65km/h。

表2 啟動(dòng)制動(dòng)測(cè)試情況表

根據(jù)《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則 城市軌道交通》(HJ 453-2018)《聲學(xué) 鐵路機(jī)車車輛輻射噪聲測(cè)量》(GB/T 5111-2011)[8]相關(guān)要求，軌道交通噪聲源強(qiáng)測(cè)試測(cè)量的量為列車通過時(shí)段的等效連續(xù)A聲級(jí)，并同時(shí)測(cè)量對(duì)應(yīng)列車速度。

2.2 測(cè)試點(diǎn)位

測(cè)試區(qū)段根據(jù)實(shí)試驗(yàn)線現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，選擇盡可能達(dá)到試驗(yàn)線最大速度的平直路段中部位置。測(cè)試共布置2個(gè)斷面，斷面垂直于線路運(yùn)行方向，距離最近一側(cè)軌道梁中心線外垂直距離分別為7.5m和15m處，共設(shè)11處測(cè)點(diǎn)，其中7.5m處布設(shè)5個(gè)測(cè)點(diǎn)，15m處布設(shè)6個(gè)測(cè)點(diǎn)。各測(cè)點(diǎn)布設(shè)情況如表3所示。

表3 測(cè)點(diǎn)布置情況表

圖2 測(cè)點(diǎn)位置示意圖

根據(jù)HJ 453附錄B《噪聲、振動(dòng)源強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)類比方法》中關(guān)于跨座式單軌交通的布點(diǎn)要求，布設(shè)兩個(gè)噪聲源強(qiáng)測(cè)點(diǎn)：距鄰近行車線路中心線水平距離7.5m、距軌頂面以上1.5m以及軌頂面以下1.5m處。因此，本文噪聲源強(qiáng)測(cè)試點(diǎn)位為H1-4測(cè)點(diǎn)以及H1-2測(cè)點(diǎn)。測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)如圖3所示。

圖3 測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)照片

2.3 技術(shù)要求

2.3.1 測(cè)量儀器精度為2型以上的積分平均聲級(jí)計(jì)或環(huán)境噪聲自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器，其性能符合GB3785和GB/T17181的規(guī)定，并定期校驗(yàn)。

2.3.2 測(cè)量前后使用聲校準(zhǔn)器校準(zhǔn)測(cè)量儀器的市值偏差不得大于0.5dB，否則測(cè)量無效。聲校準(zhǔn)器滿足GB/T15173對(duì)1級(jí)或2級(jí)聲校準(zhǔn)器的要求。

2.3.3 測(cè)量時(shí)傳聲器加防風(fēng)罩。

2.3.4 測(cè)量在無雨雪、無雷電天氣，風(fēng)速5m/s以下時(shí)進(jìn)行。

2.4 測(cè)試設(shè)備

本次測(cè)量選擇北京東方振動(dòng)和噪聲技術(shù)研究所研發(fā)的多通道信號(hào)采集儀和聲傳感器，具體參數(shù)如表4所示。

表4 采集儀參數(shù)

3 測(cè)試結(jié)果分析

3.1 數(shù)據(jù)處理

本次測(cè)試過程中，一直受廠區(qū)內(nèi)空壓機(jī)作業(yè)噪聲影響，背景噪聲較大且較穩(wěn)定。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)束后，選取任一測(cè)點(diǎn)的5趟原始數(shù)據(jù)進(jìn)行1/3倍頻程分析，結(jié)果顯示20Hz以下不可聽聲能量較大，因此對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，處理結(jié)果如圖4所示。

圖4 濾波前后列車經(jīng)過時(shí)段聲能量對(duì)比圖

為準(zhǔn)確分析云巴噪聲的實(shí)際影響程度，本文對(duì)測(cè)量時(shí)段內(nèi)的軌道交通列車運(yùn)行噪聲等效連續(xù)A聲級(jí)進(jìn)行背景噪聲修正。將測(cè)點(diǎn)處所受噪聲聲源簡化為軌道交通運(yùn)行噪聲和背景噪聲兩部分，根據(jù)聲學(xué)基本理論，兩個(gè)以上的獨(dú)立聲源作用于某一點(diǎn)，產(chǎn)生噪聲疊加，疊加公式如下：

LP=10lg[10(Lp1/10)+10(Lp2/10)]

(1)

公式(1)中：

LP-評(píng)價(jià)時(shí)段內(nèi)測(cè)點(diǎn)處實(shí)測(cè)的等效連續(xù)A聲級(jí)，dB(A)；

LP1-軌道交通噪聲，dB(A)；

LP2-背景噪聲，dB(A)。

可知：LP1=10lg[10(Lp/10)-10(Lp2/10)]。

3.2 測(cè)試結(jié)果

背景噪聲測(cè)試結(jié)果如表5所示。

表5 背景噪聲測(cè)試結(jié)果

將現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的多趟列車數(shù)據(jù)進(jìn)行截取、濾波、背景值扣除、算術(shù)平均值計(jì)算后，得到各測(cè)點(diǎn)的測(cè)試結(jié)果如表6和表7。

表6 速度階梯測(cè)試結(jié)果

表7 制動(dòng)啟動(dòng)測(cè)試結(jié)果

3.3 數(shù)據(jù)分析

3.3.1 源強(qiáng)取值

根據(jù)導(dǎo)則要求，噪聲源強(qiáng)測(cè)試時(shí)車輛應(yīng)處于正常運(yùn)行工作狀態(tài)，列車參考速度應(yīng)在預(yù)測(cè)斷面設(shè)計(jì)速度的75%～125%范圍內(nèi)?？紤]在實(shí)際運(yùn)營線路上云巴最高運(yùn)行速度約為60km/h，則參考速度應(yīng)在45～75km/h之間。源強(qiáng)取值具體如表8所示。

表8 源強(qiáng)測(cè)試結(jié)果

圖5 噪聲源強(qiáng)測(cè)試對(duì)比圖

3.3.2 聲場(chǎng)分布

本文將列車以60km/h運(yùn)行的各測(cè)點(diǎn)噪聲測(cè)試結(jié)果進(jìn)行聲場(chǎng)分布作圖，具體如圖6。

圖6 60km/h下聲場(chǎng)分布圖

由圖6可知，列車經(jīng)過時(shí)引起的聲場(chǎng)分布大致與傳統(tǒng)軌道交通高架段噪聲特性一致，呈蝶形分布。

3.3.3 速度修正

采用最小二乘法對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行擬合，當(dāng)列車運(yùn)行速度在30km/h≤v≤60km/h時(shí)，單列車經(jīng)過時(shí)段軌面以上1.5m、軌面以下1.5m噪聲源強(qiáng)經(jīng)驗(yàn)公式分別如下：

軌面以上1.5m：LAeq,Tp=21.5+27*lgv；按得出的擬合曲線與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比如圖7所示。

圖7 軌面以上1.5m擬合曲線

軌面以下1.5m：LAeq,Tp=22.0+27*lgv。

公式(2)(3)中：LAeq,Tp—單列車通過時(shí)段內(nèi)源強(qiáng)點(diǎn)處等效連續(xù)A聲級(jí)；

v—列車通過源強(qiáng)點(diǎn)的運(yùn)行速度，km/h。

按公式(3)得出的擬合曲線與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比如圖8。

圖8 軌面以下1.5m擬合曲線

使用上述經(jīng)驗(yàn)公式，計(jì)算列車以65km/h時(shí)速勻速運(yùn)行的等效連續(xù)A聲級(jí)，與相同速度下列車以最大牽引力加速或者制動(dòng)時(shí)的等效連續(xù)A聲級(jí)進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如表8。

表8 列車勻速與啟動(dòng)制動(dòng)狀態(tài)等效連續(xù)A聲級(jí)對(duì)比

從列車經(jīng)過時(shí)段等效連續(xù)A聲級(jí)可以看出，列車運(yùn)行狀態(tài)從減速-勻速-加速時(shí)，聲壓級(jí)有增大的趨勢(shì)，但相差不大，減速-勻速、勻速-加速最大值增幅均小于1dB(A)。

4 結(jié)論與建議

本文通過對(duì)云巴試驗(yàn)線開展的系統(tǒng)噪聲測(cè)試研究工作，對(duì)該新型交通噪聲源強(qiáng)、空間分布規(guī)律進(jìn)行了研究分析，研究結(jié)論可為云巴項(xiàng)目噪聲環(huán)境影響評(píng)價(jià)、噪聲治理等工作提供技術(shù)支撐。研究結(jié)論如下：

4.1 在距鄰近行車線路中心線水平距離7.5m、距軌頂面以上1.5m以及軌頂面以下1.5m處噪聲源強(qiáng)點(diǎn)位，試驗(yàn)線上兩輛編組的列車以50km/h運(yùn)行時(shí)噪聲源強(qiáng)大小為66～67dB(A)，以60km/h運(yùn)行時(shí)噪聲源強(qiáng)大小為69～70dB(A)。

4.2 列車經(jīng)過時(shí)沿線兩側(cè)15m內(nèi)的聲場(chǎng)分布圖呈蝶形分布。

4.3 當(dāng)列車運(yùn)行速度在30km/h≤v≤60km/h時(shí)，云巴列車經(jīng)過時(shí)段噪聲源強(qiáng)經(jīng)驗(yàn)公式為：軌面以上1.5m：LAeq,Tp=21.5+27*lgv，軌面以下1.5m：LAeq,Tp=22.0+27*lgv。

4.4 從列車經(jīng)過時(shí)段等效連續(xù)A聲級(jí)來看，列車以最大牽引力加速或制動(dòng)時(shí)時(shí)，等效聲級(jí)減速<勻速<加速，但相差不大，減速-勻速、勻速-加速最大值增幅均小于1dB(A)。

4.5 本次測(cè)試對(duì)象為兩輛編組的列車，且現(xiàn)場(chǎng)條件有限，斷面布置僅有7.5m和15m兩處，建議在后續(xù)工作中針對(duì)不同編組的云巴噪聲源強(qiáng)和更遠(yuǎn)距離的聲場(chǎng)分布展開研究。