云巴(胶轮有轨电车)噪声源强测试与分析

杜麒麟，尹 镪，张宇明，徐志胜，徐 鸿

(中铁二院工程集团有限责任公司生态环境设计研究院，成都 610031)

引 言

根据《城市公共交通分类标准》(CJJ /T 114—2007)[1]，城市轨道交通分为地铁、轻轨、单轨、有轨电车、磁浮、自动导向轨道、市域快速轨道，其中轻轨、中低速磁悬浮、单轨、现代有轨电车、直线电机轮轨交通等类型属中低运量的新型城市轨道交通系统[2]，云巴也列属其中。云巴，是一种具有独立路权的小运量胶轮有轨电车系统，全程使用电池供电，运能水平为0.6～0.8万人/h，设计时速为80km/h，最大爬坡能力可达12%，最小曲线半径仅需12m；运行时速一般为30～35km/h；平均造价约0.9～1.2亿元/km。其优点为：相比单轨，云巴车身更短小轻巧，造价更低；到站充电，全线储能；爬坡能力强、无人驾驶。其缺点为：运量较小，不宜用于远期运量较大的城市[3]。

国内关于新型城市轨道交通的噪声影响研究大多集中在有轨电车方面，比如易雨晟[4]、刘伟东[5]等人以沈阳有轨电车建设项目为例对现代有轨电车建设的环境影响进行了分析，张颖[6]对现代有轨电车环境影响及其线网规划环境合理性进行了分析。铁五院刘明辉[7]总结了单轨轨道交通、中低速磁浮、以及现代有轨电车等制式的噪声、振动源强特性。国内对胶轮有轨电车的噪声特性尚缺乏系统性测试研究，本文针对我国南方某城市云巴试验线开展了噪声实测工作，对该型有轨电车噪声源强、空间分布规律进行了研究分析，为云巴项目建设、推广及其环境影响评价提供必要的技术支撑。

1 测试现场

本文测试现场位于我国南方某城市工业园区内试验线，线路条件为：胶轮有轨电车(云巴)系统制式，线路为双线，采用钢制导轨梁；线路最小曲线半径20m；最大坡度62.7‰。

车辆条件为：列车采用全动车2辆编组，列车长度为17.6m，宽度为2.4m，最高行车速度70km/h，载客量为定员140人(6人/m2)，超员200人(9人/m2)，牵引供电采用储能动力电池供电，额定电量为152kw/h。编组示例如图1所示：

图1 两编组列车示意图

2 测试方案

2.1 测试内容

测试内容主要为两部分：

2.1.1 速度阶梯测试

对不同速度匀速运行状态进行测试，得到不同速度工况下噪声源强值，速度取值从30～60km/h，按10km/h递增。具体见表1。

表1 速度阶梯测试情况表

2.1.2 制动和启动测试

对车辆以最大牵引力进行制动和启动的运行状态进行测试(工况见表2)，得到加、减速工况下噪声值。由于试验线条件限制，加减速过程中测试速度约65km/h。

表2 启动制动测试情况表

根据《环境影响评价技术导则 城市轨道交通》(HJ 453-2018)《声学 铁路机车车辆辐射噪声测量》(GB/T 5111-2011)[8]相关要求，轨道交通噪声源强测试测量的量为列车通过时段的等效连续A声级，并同时测量对应列车速度。

2.2 测试点位

测试区段根据实试验线现场实际情况，选择尽可能达到试验线最大速度的平直路段中部位置。测试共布置2个断面，断面垂直于线路运行方向，距离最近一侧轨道梁中心线外垂直距离分别为7.5m和15m处，共设11处测点，其中7.5m处布设5个测点，15m处布设6个测点。各测点布设情况如表3所示。

表3 测点布置情况表

图2 测点位置示意图

根据HJ 453附录B《噪声、振动源强现场实测类比方法》中关于跨座式单轨交通的布点要求，布设两个噪声源强测点：距邻近行车线路中心线水平距离7.5m、距轨顶面以上1.5m以及轨顶面以下1.5m处。因此，本文噪声源强测试点位为H1-4测点以及H1-2测点。测试现场如图3所示。

图3 测试现场照片

2.3 技术要求

2.3.1 测量仪器精度为2型以上的积分平均声级计或环境噪声自动监测仪器，其性能符合GB3785和GB/T17181的规定，并定期校验。

2.3.2 测量前后使用声校准器校准测量仪器的市值偏差不得大于0.5dB，否则测量无效。声校准器满足GB/T15173对1级或2级声校准器的要求。

2.3.3 测量时传声器加防风罩。

2.3.4 测量在无雨雪、无雷电天气，风速5m/s以下时进行。

2.4 测试设备

本次测量选择北京东方振动和噪声技术研究所研发的多通道信号采集仪和声传感器，具体参数如表4所示。

表4 采集仪参数

3 测试结果分析

3.1 数据处理

本次测试过程中，一直受厂区内空压机作业噪声影响，背景噪声较大且较稳定。现场测试结束后，选取任一测点的5趟原始数据进行1/3倍频程分析，结果显示20Hz以下不可听声能量较大，因此对原始数据进行滤波处理，处理结果如图4所示。

图4 滤波前后列车经过时段声能量对比图

为准确分析云巴噪声的实际影响程度，本文对测量时段内的轨道交通列车运行噪声等效连续A声级进行背景噪声修正。将测点处所受噪声声源简化为轨道交通运行噪声和背景噪声两部分，根据声学基本理论，两个以上的独立声源作用于某一点，产生噪声叠加，叠加公式如下：

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

(1)

公式(1)中：

LP-评价时段内测点处实测的等效连续A声级，dB(A)；

LP1-轨道交通噪声，dB(A)；

LP2-背景噪声，dB(A)。

可知：LP1=10lg[10(Lp/10)-10(Lp2/10)]。

3.2 测试结果

背景噪声测试结果如表5所示。

表5 背景噪声测试结果

将现场测试的多趟列车数据进行截取、滤波、背景值扣除、算术平均值计算后，得到各测点的测试结果如表6和表7。

表6 速度阶梯测试结果

表7 制动启动测试结果

3.3 数据分析

3.3.1 源强取值

根据导则要求，噪声源强测试时车辆应处于正常运行工作状态，列车参考速度应在预测断面设计速度的75%～125%范围内。考虑在实际运营线路上云巴最高运行速度约为60km/h，则参考速度应在45～75km/h之间。源强取值具体如表8所示。

表8 源强测试结果

图5 噪声源强测试对比图

3.3.2 声场分布

本文将列车以60km/h运行的各测点噪声测试结果进行声场分布作图，具体如图6。

图6 60km/h下声场分布图

由图6可知，列车经过时引起的声场分布大致与传统轨道交通高架段噪声特性一致，呈蝶形分布。

3.3.3 速度修正

采用最小二乘法对测试结果进行拟合，当列车运行速度在30km/h≤v≤60km/h时，单列车经过时段轨面以上1.5m、轨面以下1.5m噪声源强经验公式分别如下：

轨面以上1.5m：LAeq,Tp=21.5+27*lgv；按得出的拟合曲线与实测数据对比如图7所示。

图7 轨面以上1.5m拟合曲线

轨面以下1.5m：LAeq,Tp=22.0+27*lgv。

公式(2)(3)中：LAeq,Tp—单列车通过时段内源强点处等效连续A声级；

v—列车通过源强点的运行速度，km/h。

按公式(3)得出的拟合曲线与实测数据对比如图8。

图8 轨面以下1.5m拟合曲线

使用上述经验公式，计算列车以65km/h时速匀速运行的等效连续A声级，与相同速度下列车以最大牵引力加速或者制动时的等效连续A声级进行对比，结果如表8。

表8 列车匀速与启动制动状态等效连续A声级对比

从列车经过时段等效连续A声级可以看出，列车运行状态从减速-匀速-加速时，声压级有增大的趋势，但相差不大，减速-匀速、匀速-加速最大值增幅均小于1dB(A)。

4 结论与建议

本文通过对云巴试验线开展的系统噪声测试研究工作，对该新型交通噪声源强、空间分布规律进行了研究分析，研究结论可为云巴项目噪声环境影响评价、噪声治理等工作提供技术支撑。研究结论如下：

4.1 在距邻近行车线路中心线水平距离7.5m、距轨顶面以上1.5m以及轨顶面以下1.5m处噪声源强点位，试验线上两辆编组的列车以50km/h运行时噪声源强大小为66～67dB(A)，以60km/h运行时噪声源强大小为69～70dB(A)。

4.2 列车经过时沿线两侧15m内的声场分布图呈蝶形分布。

4.3 当列车运行速度在30km/h≤v≤60km/h时，云巴列车经过时段噪声源强经验公式为：轨面以上1.5m：LAeq,Tp=21.5+27*lgv，轨面以下1.5m：LAeq,Tp=22.0+27*lgv。

4.4 从列车经过时段等效连续A声级来看，列车以最大牵引力加速或制动时时，等效声级减速<匀速<加速，但相差不大，减速-匀速、匀速-加速最大值增幅均小于1dB(A)。

4.5 本次测试对象为两辆编组的列车，且现场条件有限，断面布置仅有7.5m和15m两处，建议在后续工作中针对不同编组的云巴噪声源强和更远距离的声场分布展开研究。