新型城市轨道交通电磁环境与噪声测试研究

周 飞

(中铁磁浮交通投资建设有限公司，武汉 430060)

1 概述

中国城市轨道交通建设进入快速发展阶段，并出现了多种新型城市轨道交通制式。新型城市轨道交通目前没有明确定义，但学者一般公认为轨道结构和车辆外型明显不同于标准铁路和常规列车的一类轮轨交通工具，如中低速磁浮.跨座式单轨.空轨.现代有轨电车.智轨.齿轨等都属于新型城市轨道交通。城市轨道交通建设和运营产生的电磁辐射和噪声污染等主要环境问题备受公众关注，特别是噪声污染对沿线居民.文教.科研院所正常的生活.学习.工作造成很大的影响[1-3]。

城市轨道交通采用磁浮制式时，公众质疑最多的是电磁辐射的安全性[4-6]，而专业的第三方测试机构GRGT的相关技术专家表示不止是磁悬浮列车，包括各种轨道交通车辆.电子电器等均存在电磁辐射[7]。

城市轨道交通的噪声污染也是公众较为关心的主要问题之一，特别是轨道交通大多穿越或位于闹市区，引起的环境振动与噪声污染问题日益显著。国家环保部表示现阶段控制城市轨道交通噪声振动污染已刻不容缓。

为了便于了解和掌握现阶段已开通运营新型城市轨道交通项目对周边环境电磁辐射和噪声的实际情况，选取新型城市轨道交通中大众熟知的中低速磁浮.跨座式单轨和现代有轨电车[8-10]3种制式中具有代表性的项目(表1)，开展电磁辐射和噪声测试，并对测试结果进行对比分析和总结，以获得一些有价值的结论。

表1 新型轨道交通测试项目统计

2 测试指标和仪器

2.1 测试内容及限值

(1)噪声

噪声污染测试指标为声压级，单位为分贝，符号为dB。新型城市轨道交通噪声主要包括车体内噪声，车站站台噪声和区间车辆噪声。噪声测试技术要求及限值主要参照现行国家或行业标准[11-13]执行，规定了“新型城市轨道交通的车体内噪声等效声级最大容许限值为75 dB，车站站台的噪声等效声级最大容许限值为80 dB”。为便于比较区间车辆噪声，本次测试选择在用地边界位置，目前规范中对用地边界位置的车辆噪声限值无明确规定。

(2)电磁辐射

电磁环境测试指标为磁感应强度，磁感应强度也被称为磁通量密度或磁通密度。在物理学中磁场的强弱使用磁感应强度来表示，磁感应强度越大表示磁感应越强；磁感应强度越小，表示磁感应越弱。国际通用单位为特斯拉，符号为T。

城市轨道交通车体外部空间的磁感应强度限值参照现行国家标准[14]的公众暴露控制限值要求执行，当电磁频段为30～2 000 Hz低频时，公众暴露控制限值为4.1 μT。常用生活设备的磁感应强度[15-16]见表2，与新型轨道交通列车的磁感应强度限值相当。

表2 常见生活设备低频交变磁感应强度

2.2 测试仪器

测试仪器采用简易.便于携带的电磁场测试仪.声级计和测距仪3种设备，测试仪器的型号及技术参数见表3。

表3 测试仪器及其技术参数

3 测试方案

根据车内.站台和区间3个不同的应用场景，共策划了3个测试方案：车内测试方案.站台测试方案和区间测试方案。

3.1 车内测试方案

(1)噪声测试

选择1个车站和1个区间为1个测段，共取6个测段，每个测段分别测试车辆行驶工况下噪声值，车厢内位置随机选择，但应避免在同一位置测试。

(2)磁感应强度测试

选择1个车站和1个区间为1个测段，共取6个测段，每个测段分别测试距离车地板面为0.3m和0.9m的电磁感应强度值，车厢内位置随机选择，但应避免在同一位置测试。

3.2 站台测试方案

(1)噪声测试

选取测段的6个车站站台进行测试，测试每个站台车辆进站或出站时的噪声值，测试位置为站台黄线。测试时应远离人群密集区，避免人声干扰[17]。

(2)磁感应强度测试

选取测段的6个车站站台进行测试，测试每个站台车辆进站或出站时的磁感应强度值，测试位置为站台黄线，手持设备距离地面1.2 m。测试时应远离设备房，避免设备房的电磁干扰[18]。

3.3 区间测试方案

(1)噪声测试

在每个测段内选取1个代表性断面，共选取6个测试断面，测试每个断面车辆通过时的噪声值。断面测点布置见图1，测点位于线路用地边界位置，手持设备距离地面不小于1.2 m。测试断面尽量选择低置区间或桥墩高度较低的高架区间，测点与车辆的距离尽量保持一致，同时尽量选择环境安静.且车速较高的区段。

图1 车体外测试方案断面示意

(2)电磁感应强度测试

选取6个断面进行测试，测试每个断面车辆通过时的电磁感应强度。断面测点布置见图1。测试断面尽量选择低置区间或桥墩高度较低的高架区间，同时应远离供电设备.电塔等用电设备，避免电磁干扰。

4 测试结果及分析

4.1 车内测试结果及分析

(1)噪声测试

列车运行时，车内各测点噪声测量值分布见图2。不失一般性，每个项目取各测点噪声均值(以下相同)进行比较，测试结果表明：长沙磁浮车内环境噪声相对较小，各测点噪声测量值均满足车体内限值75 dB的限值要求，各测点噪声均值为67.9 dB；重庆单轨和光谷有轨电车车内环境噪声相对较高，各测点噪声均值分别为77.5 dB和78.3 dB。

图2 车内各测点噪声测量值分布

重庆单轨和光谷有轨电车车内的噪声测点出现超过75 dB限值的情况，主要是因为无法屏蔽环境噪声的影响，因此，本次测试结果仅用于反映实际情况，不代表列车通行时实际产生的噪声不符合相关标准规定。

(2)磁感应强度测试

列车运行时，车内距离地板面0.3 m和0.9 m的测点磁感应强度测量值分布见图3。

图3 车内各测点磁感应强度测量值分布

不失一般性，每个项目取各测点磁感应强度均方根值(以下相同)进行比较，见表4。测试结果表明：3个项目车内的磁感应强度相差不大，距离地板面0.3 m处，最大差值为0.92 μT，距离地板面0.9 m处，最大差值为0.76 μT。各测点的磁感应强度测量值均小于公众暴露控制限值4.1 μT，满足规范要求。

表4 各测点磁感应强度测量值均方根值 μT

4.2 站台测试结果及分析

(1)噪声测试

列车进站或出站时，站台各测点噪声测量值分布见图4。测试结果表明：3个项目站台噪声相差不大，各测点噪声测量值均满足80 dB限值要求；长沙磁浮快线站台环境噪声相对略小，各测点噪声测量值的均值为72.6 dB；重庆单轨3号线和武汉光谷有轨电车L2线站台环境噪声相对略高，各测点噪声测量值的均值分别为77.8 dB和78.6 dB。

图4 站台各测点噪声测量值分布

(2)磁感应强度测试

列车进站或出站时，站台测点磁感应强度测量值分布见图5。测试结果表明：3个项目各测点磁感应强度测量值均小于公众暴露控制限值4.1 μT，满足规范要求；长沙磁浮快线站台磁感应强度测量值相对略高，各测点磁感应强度测量值的均方根值为2.16 μT；重庆单轨3号线和武汉光谷有轨电车L2线站台磁感应强度相对略低，各测点磁感应强度测量值的均方根值分别为0.65 μT和0.46 μT。

图5 站台各测点磁感应强度测量值分布

长沙磁浮快线站台磁感应强度测量值相对略高，主要是由于磁浮列车进站制动和出站加速时，电流大幅增加所致，磁浮列车在站台静浮时，各测点磁感应强度测量值的均方根值仅为0.12 μT。

4.3 区间测试结果及分析

(1)噪声测试

列车通过时，3个项目在区间用地红线位置的各测点噪声测量值分布见图6。测试结果表明：3个项目区间噪声相差不大；长沙磁浮快线站台噪声相对略小，各测点噪声测量值的均值为78.2 dB；重庆单轨3号线和武汉光谷有轨电车L2线站台环境噪声相对略高，各测点噪声均值分别为79.5 dB和78.8 dB。

图6 区间各测点磁感应强度测量值分布

(2)磁感应强度测试

列车通过时，3个项目在区间用地红线位置的各测点磁感应强度测量值分布见图7。测试结果表明：3个项目区间红线位置的磁感应强度相差不大，均小于公众暴露控制限值4.1 μT，满足规范要求；长沙磁浮快线和重庆单轨3号线在区间红线位置的磁感应强度测量值均方根值分别为0.41 μT和0.45 μT；武汉光谷有轨电车L2线在区间红线位置的磁感应强度测量值均方根值为0.12 μT。

图7 区间各测点磁感应强度测量值分布

4.4 存在问题说明

本次测试设备存在一定的局限性，测试过程中无法屏蔽外部环境中电磁场和噪声的影响。特别是区域内无线基站.供电设备等电磁场的影响，城市公路交通.客流.施工等噪声的影响。此外，测试数据的取舍也存在一定的人为因素，且列车运营状态，如车速.加速.减速等对测试结果也产生影响[10]。

虽然测试点的选择均位于上述外部环境影响较小的区域，但外部环境仍存在干扰。测试3种制式的外部条件，如测试人员.测试设备.测点选取等基本一致，因此，不同项目间的测试结果具有一定的可比性，测试结果仍具有一定的参考价值。

本次测试仅以低频电磁场作为研究对象，主要用于测试直线电机.供电等低频设备的电磁场[19]，未对通信.信号等高频电磁场进行测试[20]，这是由于不同制式的通信.信号设备基本相同，其电磁场也基本相当。

5 结论

通过选取新型城市轨道交通中的长沙磁浮快线.重庆单轨3号线，以及武汉光谷有轨电车L2线3个项目，进行电磁辐射和噪声进行现场测试和对比分析研究，测试结果及结论如下。

(1)各测点的磁感应强度测量值均小于限值4.1 μT，测量值均方根值最大为2.26 μT(测点位置为光谷电车车内距地板面0.3 m处)，这与家庭使用的电器设备磁感应强度相当。

(2)站台的磁感应强度，长沙磁浮快线相对略高，均方根值为2.16 μT，重庆单轨3号线和武汉光谷有轨电车L2线站台相对略低，均方根值分别为0.65 μT和0.46 μT。

(3)3个项目车内和区间的磁感应强度相差不大。车内均方根值为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)，区间均方根值为0.12～0.45 μT。

(4)长沙磁浮快线车内噪声相对较小，噪声均值为67.9 dB，乘坐体验较好；重庆单轨3号线和光谷有轨电车L2线噪声相对较高，噪声均值分别为77.5 dB和78.3 dB，乘坐体验略差。

(5)3个项目站台和区间噪声相差不大。站台噪声均值为72.6～78.6 dB，区间噪声均值78.2～79.5 dB。其中长沙磁浮噪声略低，考虑其车速最快，说明其控噪性能表现更为优异。

综上所述，中低速磁浮交通，跨座式单轨.现代有轨电车均存在电磁辐射现象，但辐射强度相差不大，与家庭使用的电器设备电磁辐射强度相当，均满足规范对公众暴露控制限值要求。因此，大众无需担心或质疑电磁辐射的安全性。列车对环境噪声的影响，中低速磁浮交通与跨座式单轨和现代有轨电车相比，表现更为优异，乘坐体验较好，对周边环境噪声影响相对较小。