宣曉梅

（中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 節(jié)能環(huán)保勞衛(wèi)研究所，北京 100081）

自1996 年歐盟在布魯塞爾發(fā)布《未來(lái)噪聲政策》綠皮書(shū)起，鐵路噪聲就備受關(guān)注[1]，至今依然是世界各國(guó)研究交通可持續(xù)發(fā)展政策的核心問(wèn)題。日本和德國(guó)等國(guó)家對(duì)鐵路行業(yè)的減振降噪工作起步較早[2]，特別是德國(guó)，很早就開(kāi)始進(jìn)行噪聲污染防治立法工作，并不斷修改完善噪聲污染的相關(guān)法律和實(shí)施細(xì)則[3]，其在鐵路噪聲保護(hù)法關(guān)于貨物列車(chē)運(yùn)行的法律中規(guī)定，從2020 年12 月起，德國(guó)鐵路網(wǎng)將完全禁止高噪聲貨物列車(chē)運(yùn)行[4]。為執(zhí)行該項(xiàng)法律規(guī)定，德國(guó)政府提供資金用于支持貨車(chē)更換低噪聲制動(dòng)系統(tǒng)[5]，目的是從源頭降噪[6]。為了監(jiān)測(cè)更換制動(dòng)系統(tǒng)后的實(shí)際降噪效果，德國(guó)于2019年首次大面積上線使用鐵路噪聲在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，記錄以貨物運(yùn)輸為主的鐵路環(huán)境噪聲影響。該噪聲在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不僅能為政府提供數(shù)據(jù)來(lái)驗(yàn)證政府資金的產(chǎn)出效果，同時(shí)也開(kāi)始逐漸積累噪聲原始數(shù)據(jù)，為分析運(yùn)營(yíng)期鐵路噪聲變化規(guī)律提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。目前，監(jiān)測(cè)網(wǎng)覆蓋了德國(guó)全國(guó)2/3的貨運(yùn)網(wǎng)絡(luò)，基本代表了整個(gè)德國(guó)貨運(yùn)鐵路的整體水平，監(jiān)測(cè)站覆蓋區(qū)域的運(yùn)營(yíng)模式基本為客貨混合運(yùn)輸，因此可對(duì)客貨共線鐵路的整體噪聲水平進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析。

1 噪聲自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

1.1 噪聲測(cè)量站設(shè)置原則

德國(guó)在全國(guó)范圍內(nèi)共設(shè)置19 個(gè)在線噪聲測(cè)量站，已全部投入使用。噪聲測(cè)量站設(shè)置的原則包括：①測(cè)量站應(yīng)基本覆蓋貨運(yùn)繁忙的路線，并綜合考慮車(chē)流量、測(cè)點(diǎn)環(huán)境、基礎(chǔ)設(shè)施結(jié)構(gòu)等因素，盡可能反映整個(gè)貨運(yùn)鐵路噪聲水平；②測(cè)量站周?chē)h(huán)境需符合噪聲監(jiān)測(cè)的要求，選址時(shí)應(yīng)避開(kāi)周?chē)h(huán)境反射面的影響和背景噪聲的干擾，這是在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)能夠提取有效數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)保障；③選取典型軌道和軌枕等基礎(chǔ)設(shè)施，同時(shí)選擇未設(shè)置噪聲防治措施的地段，使各測(cè)量站的測(cè)量條件相對(duì)統(tǒng)一，便于測(cè)量結(jié)果間的橫向比較分析。

1.2 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成

噪聲在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中最重要的組件主要包括傳聲器、車(chē)軸計(jì)數(shù)器和控制單元。傳聲器作為噪聲采樣單元，用于測(cè)量列車(chē)通過(guò)時(shí)的噪聲聲壓級(jí)；車(chē)軸計(jì)數(shù)器用于識(shí)別運(yùn)行線路并采集列車(chē)通過(guò)的具體參數(shù)，如列車(chē)行駛方向、駛?cè)霑r(shí)間、通過(guò)時(shí)間、速度及列車(chē)長(zhǎng)度等；控制單元負(fù)責(zé)接收傳聲器和車(chē)軸計(jì)數(shù)器的數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)計(jì)算后傳輸至中央服務(wù)器進(jìn)行存儲(chǔ)。

2 在線監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)鐵路噪聲水平分析

噪聲實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)中使用了快速測(cè)量A 計(jì)權(quán)聲壓級(jí)LAF(t)、AF 計(jì)權(quán)最大聲壓級(jí)LAFmax、通過(guò)暴露聲級(jí)TEL和等效連續(xù)A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)LAeq,Tp等。測(cè)試所得數(shù)據(jù)均為未設(shè)置噪聲防治措施狀況下的噪聲值。依據(jù)ISO噪聲測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)要求[7-8]，測(cè)點(diǎn)位置位于距離軌道中心線7.5 m、軌面以上1.2 m 處。以下分析數(shù)據(jù)均來(lái)源于德國(guó)聯(lián)邦鐵路管理局[9]。

2.1 線路噪聲實(shí)時(shí)水平

噪聲在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用快速測(cè)量A 計(jì)權(quán)聲壓級(jí)LAF(t)來(lái)記錄聲壓級(jí)隨時(shí)間的變化。某測(cè)量站1 h 內(nèi)列車(chē)通過(guò)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)記錄的噪聲實(shí)時(shí)變化曲線如圖1 所示，某列車(chē)通過(guò)時(shí)的噪聲變化曲線如圖2所示。

從圖1 可知，在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)記錄了每列車(chē)通過(guò)時(shí)的噪聲曲線，在5:50—6:50共有14列車(chē)通過(guò)，其中1道通過(guò)6列，2道通過(guò)8列。沒(méi)有列車(chē)通過(guò)時(shí)，背景噪聲在40.0～55.0 dB(A)浮動(dòng)，列車(chē)通過(guò)時(shí)，噪聲聲壓級(jí)逐漸升高，達(dá)到瞬時(shí)最大值后逐漸回落。從圖2可知，某列車(chē)通過(guò)時(shí)間約38 s，列車(chē)通過(guò)前，噪聲從54.3 dB(A)迅速增至81.4 dB(A)，列車(chē)通過(guò)后，噪聲從84.6 dB(A)迅速降至60.0 dB(A)左右，隨后逐漸降到55.0 dB(A)左右，回歸到背景噪聲范疇。

圖1 測(cè)量站列車(chē)聲壓級(jí)實(shí)時(shí)變化曲線

圖2 列車(chē)通過(guò)時(shí)噪聲變化曲線

2.2 列車(chē)參數(shù)計(jì)量

列車(chē)通過(guò)噪聲自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)后，列車(chē)所在軌道、列車(chē)類(lèi)別、列車(chē)長(zhǎng)度、列車(chē)速度等基本參數(shù)可以被自動(dòng)識(shí)別和記錄，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還可以直接調(diào)取每列車(chē)通過(guò)時(shí)的噪聲測(cè)量初始時(shí)間、通過(guò)時(shí)間、瞬時(shí)聲壓最大值及列車(chē)通過(guò)噪聲暴露聲壓級(jí)等參數(shù)。表1為某噪聲測(cè)量站2022 年某日凌晨30 min內(nèi)通過(guò)列車(chē)的參數(shù)。

從表1可知，該時(shí)段共有6列車(chē)通過(guò)，包含5列貨物列車(chē)、1列旅客列車(chē)。由于列車(chē)長(zhǎng)度短且速度相對(duì)較高，旅客列車(chē)的通過(guò)時(shí)間明顯小于貨物列車(chē)通過(guò)時(shí)間，貨物列車(chē)因列車(chē)長(zhǎng)度和速度不同使得通過(guò)時(shí)間有所差異。在該段時(shí)間內(nèi)，列車(chē)噪聲暴露聲級(jí)最低74.1 dB(A)、最高96.2 dB(A)，列車(chē)瞬時(shí)聲壓最高值可達(dá)91.0 dB(A)，從數(shù)據(jù)變化可以看出，數(shù)據(jù)的隨機(jī)性較大，說(shuō)明列車(chē)噪聲不是單純某一種因素造成，而是與列車(chē)經(jīng)過(guò)時(shí)的速度、列車(chē)類(lèi)型、列車(chē)長(zhǎng)度等因素相關(guān)。

表1 某噪聲測(cè)量站通過(guò)列車(chē)參數(shù)

2.3 鐵路網(wǎng)整體噪聲水平分布

為宏觀反映德國(guó)客貨混線鐵路整體噪聲水平，隨機(jī)抽取某周期(32 d)內(nèi)所有測(cè)量站的24 h 等效連續(xù)A計(jì)權(quán)聲壓值(時(shí)間為24 h(6:00—次日6:00))，將所有數(shù)據(jù)在客貨共線鐵路整體噪聲水平圖(見(jiàn)圖3)羅列，并將數(shù)據(jù)按步長(zhǎng)為1 dB(A)進(jìn)行值域劃分，形成客貨共線鐵路噪聲值分布圖(見(jiàn)圖4)。

圖3 客貨共線鐵路每日整體噪聲水平

圖4 客貨共線鐵路噪聲值分布

從圖3 可知，全線客貨混線鐵路24 hLAeq,Tp平均值在71.3 dB(A)左右。從圖4 值域分布圖可以得出，89.0%的噪聲值在67.1～76.1 dB(A)區(qū)域范圍內(nèi)。其中，64.9%的噪聲數(shù)據(jù)集中在[69.1，74.1]，24.1%的噪聲數(shù)據(jù)位于其兩側(cè)各2 dB(A)的區(qū)域范圍內(nèi)，即10.9%的噪聲數(shù)據(jù)∈(67.1，69.1]，13.2%的噪聲數(shù)據(jù)∈(74.1，76.1]。

2.4 各監(jiān)測(cè)站噪聲水平分析

經(jīng)過(guò)一段運(yùn)營(yíng)后，各測(cè)量站已趨于穩(wěn)定，測(cè)量數(shù)據(jù)也相對(duì)穩(wěn)定。對(duì)各測(cè)量站噪聲水平進(jìn)行分析有助于了解地區(qū)鐵路噪聲水平并有針對(duì)性提出治理措施。各測(cè)量站月均噪聲水平如圖5所示。

從圖5可知，各測(cè)量站月均噪聲水平在72.2 dB(A)左右，但各站噪聲水平波動(dòng)較大，噪聲值在66.0～76.0 dB(A)范圍內(nèi)波動(dòng)，最高值與最低值相差近10.0 dB(A)左右。根據(jù)車(chē)流量選取測(cè)量站，特別考慮了貨物列車(chē)占比，所以各測(cè)量站噪聲水平差異與車(chē)流量相關(guān)。

圖5 測(cè)量站月均噪聲水平

3 車(chē)流量對(duì)噪聲水平的影響分析

在測(cè)點(diǎn)環(huán)境和基礎(chǔ)設(shè)施結(jié)構(gòu)基本相似的情況下，車(chē)流量是影響噪聲水平的重要因素。利用噪聲在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集的列車(chē)行駛信息數(shù)據(jù)，計(jì)算各測(cè)量站每月列車(chē)總車(chē)流量和貨物列車(chē)車(chē)流量，如圖6所示。

圖6 列車(chē)車(chē)流量

從圖6 可知，各測(cè)量站月均噪聲水平走向與貨物列車(chē)車(chē)流量趨勢(shì)走向基本一致。除第2、11和14號(hào)測(cè)量站外，其他測(cè)量站貨物列車(chē)流量曲線與總車(chē)流量基本保持一致。圖中2 號(hào)測(cè)量站車(chē)流總量最大、月均超過(guò)8 700 列，但其噪聲水平并未升高，觀察其貨物列車(chē)流量曲線可知該測(cè)量站貨物列車(chē)較少，只占全線貨物列車(chē)平均車(chē)流量的1/2 左右。13 號(hào)測(cè)量站平均噪聲水平最低，其測(cè)量站貨物列車(chē)流量最小，為最高貨物列車(chē)車(chē)流量的1/5左右。

選取具有相似車(chē)流總量、不同貨物列車(chē)流量的2號(hào)和5號(hào)測(cè)量站進(jìn)行比較，數(shù)據(jù)如表2所示。

從表2可以看出，2個(gè)測(cè)量站車(chē)流總量大致相同，但噪聲水平相差3.0 dB(A)，原因在于5號(hào)測(cè)量站的貨物列車(chē)數(shù)量約為2號(hào)測(cè)量站的3倍，因而噪聲較高。

表2 測(cè)量站噪聲水平比較

綜上所述，貨物列車(chē)的車(chē)流量相較于車(chē)流總量而言對(duì)噪聲的影響更大，車(chē)流總量相同的情況下，貨物列車(chē)流量越大，噪聲水平越高，說(shuō)明貨物列車(chē)流量是影響鐵路噪聲整體水平的關(guān)鍵因素，下一步將結(jié)合大數(shù)據(jù)，尋找鐵路噪聲與車(chē)流量、列車(chē)類(lèi)型間的量化關(guān)聯(lián)，為基于噪聲水平的車(chē)流量?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ)。

4 結(jié)論

（1）德國(guó)目前開(kāi)通的鐵路噪聲在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)覆蓋了全線2/3 的貨運(yùn)鐵路網(wǎng)絡(luò)，基本代表了整個(gè)鐵路網(wǎng)的貨運(yùn)水平。

（2）噪聲監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以反饋線路噪聲實(shí)時(shí)水平，識(shí)別并記錄通過(guò)列車(chē)的類(lèi)別、長(zhǎng)度、速度等基本參數(shù)。

（3）全線客貨混線鐵路每天晝夜等效聲壓均值在71.3 dB(A)左右。89%∈[67.1，76.1]dB(A)，其中64.9%∈[69.1，74.1]dB(A)，10.9%∈(67.1，69.1]dB(A)，13.2%∈(74.1，76.1]dB(A)；各測(cè)量站月均噪聲在66.0～76.0 dB(A)之間，波動(dòng)較大。

（4）貨物列車(chē)流量是影響鐵路噪聲水平的關(guān)鍵因素。車(chē)流總量相同的情況下，貨物列車(chē)流量越大，噪聲水平越高?；谠肼曀竭M(jìn)行的貨物列車(chē)流量?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)將有助于鐵路噪聲的管理。