宣曉梅

（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）

自1996 年歐盟在布魯塞爾發(fā)布《未來噪聲政策》綠皮書起，鐵路噪聲就備受關注[1]，至今依然是世界各國研究交通可持續(xù)發(fā)展政策的核心問題。日本和德國等國家對鐵路行業(yè)的減振降噪工作起步較早[2]，特別是德國，很早就開始進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法律和實施細則[3]，其在鐵路噪聲保護法關于貨物列車運行的法律中規(guī)定，從2020 年12 月起，德國鐵路網(wǎng)將完全禁止高噪聲貨物列車運行[4]。為執(zhí)行該項法律規(guī)定，德國政府提供資金用于支持貨車更換低噪聲制動系統(tǒng)[5]，目的是從源頭降噪[6]。為了監(jiān)測更換制動系統(tǒng)后的實際降噪效果，德國于2019年首次大面積上線使用鐵路噪聲在線監(jiān)測系統(tǒng)，記錄以貨物運輸為主的鐵路環(huán)境噪聲影響。該噪聲在線監(jiān)測系統(tǒng)不僅能為政府提供數(shù)據(jù)來驗證政府資金的產(chǎn)出效果，同時也開始逐漸積累噪聲原始數(shù)據(jù)，為分析運營期鐵路噪聲變化規(guī)律提供基礎數(shù)據(jù)。目前，監(jiān)測網(wǎng)覆蓋了德國全國2/3的貨運網(wǎng)絡，基本代表了整個德國貨運鐵路的整體水平，監(jiān)測站覆蓋區(qū)域的運營模式基本為客貨混合運輸，因此可對客貨共線鐵路的整體噪聲水平進行監(jiān)測和分析。

1 噪聲自動監(jiān)測系統(tǒng)

1.1 噪聲測量站設置原則

德國在全國范圍內(nèi)共設置19 個在線噪聲測量站，已全部投入使用。噪聲測量站設置的原則包括：①測量站應基本覆蓋貨運繁忙的路線，并綜合考慮車流量、測點環(huán)境、基礎設施結構等因素，盡可能反映整個貨運鐵路噪聲水平；②測量站周圍環(huán)境需符合噪聲監(jiān)測的要求，選址時應避開周圍環(huán)境反射面的影響和背景噪聲的干擾，這是在線自動監(jiān)測能夠提取有效數(shù)據(jù)的基礎保障；③選取典型軌道和軌枕等基礎設施，同時選擇未設置噪聲防治措施的地段，使各測量站的測量條件相對統(tǒng)一，便于測量結果間的橫向比較分析。

1.2 監(jiān)測系統(tǒng)組成

噪聲在線監(jiān)測系統(tǒng)中最重要的組件主要包括傳聲器、車軸計數(shù)器和控制單元。傳聲器作為噪聲采樣單元，用于測量列車通過時的噪聲聲壓級；車軸計數(shù)器用于識別運行線路并采集列車通過的具體參數(shù)，如列車行駛方向、駛?cè)霑r間、通過時間、速度及列車長度等；控制單元負責接收傳聲器和車軸計數(shù)器的數(shù)據(jù)，經(jīng)過計算后傳輸至中央服務器進行存儲。

2 在線監(jiān)測范圍內(nèi)鐵路噪聲水平分析

噪聲實時監(jiān)測中使用了快速測量A 計權聲壓級LAF(t)、AF 計權最大聲壓級LAFmax、通過暴露聲級TEL和等效連續(xù)A計權聲壓級LAeq,Tp等。測試所得數(shù)據(jù)均為未設置噪聲防治措施狀況下的噪聲值。依據(jù)ISO噪聲測量標準要求[7-8]，測點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)均來源于德國聯(lián)邦鐵路管理局[9]。

2.1 線路噪聲實時水平

噪聲在線監(jiān)測系統(tǒng)采用快速測量A 計權聲壓級LAF(t)來記錄聲壓級隨時間的變化。某測量站1 h 內(nèi)列車通過時監(jiān)測系統(tǒng)記錄的噪聲實時變化曲線如圖1 所示，某列車通過時的噪聲變化曲線如圖2所示。

從圖1 可知，在線監(jiān)測系統(tǒng)記錄了每列車通過時的噪聲曲線，在5:50—6:50共有14列車通過，其中1道通過6列，2道通過8列。沒有列車通過時，背景噪聲在40.0～55.0 dB(A)浮動，列車通過時，噪聲聲壓級逐漸升高，達到瞬時最大值后逐漸回落。從圖2可知，某列車通過時間約38 s，列車通過前，噪聲從54.3 dB(A)迅速增至81.4 dB(A)，列車通過后，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 測量站列車聲壓級實時變化曲線

圖2 列車通過時噪聲變化曲線

2.2 列車參數(shù)計量

列車通過噪聲自動監(jiān)測系統(tǒng)后，列車所在軌道、列車類別、列車長度、列車速度等基本參數(shù)可以被自動識別和記錄，監(jiān)測系統(tǒng)還可以直接調(diào)取每列車通過時的噪聲測量初始時間、通過時間、瞬時聲壓最大值及列車通過噪聲暴露聲壓級等參數(shù)。表1為某噪聲測量站2022 年某日凌晨30 min內(nèi)通過列車的參數(shù)。

從表1可知，該時段共有6列車通過，包含5列貨物列車、1列旅客列車。由于列車長度短且速度相對較高，旅客列車的通過時間明顯小于貨物列車通過時間，貨物列車因列車長度和速度不同使得通過時間有所差異。在該段時間內(nèi)，列車噪聲暴露聲級最低74.1 dB(A)、最高96.2 dB(A)，列車瞬時聲壓最高值可達91.0 dB(A)，從數(shù)據(jù)變化可以看出，數(shù)據(jù)的隨機性較大，說明列車噪聲不是單純某一種因素造成，而是與列車經(jīng)過時的速度、列車類型、列車長度等因素相關。

表1 某噪聲測量站通過列車參數(shù)

2.3 鐵路網(wǎng)整體噪聲水平分布

為宏觀反映德國客貨混線鐵路整體噪聲水平，隨機抽取某周期(32 d)內(nèi)所有測量站的24 h 等效連續(xù)A計權聲壓值(時間為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(見圖3)羅列，并將數(shù)據(jù)按步長為1 dB(A)進行值域劃分，形成客貨共線鐵路噪聲值分布圖(見圖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)測站噪聲水平分析

經(jīng)過一段運營后，各測量站已趨于穩(wěn)定，測量數(shù)據(jù)也相對穩(wěn)定。對各測量站噪聲水平進行分析有助于了解地區(qū)鐵路噪聲水平并有針對性提出治理措施。各測量站月均噪聲水平如圖5所示。

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

圖5 測量站月均噪聲水平

3 車流量對噪聲水平的影響分析

在測點環(huán)境和基礎設施結構基本相似的情況下，車流量是影響噪聲水平的重要因素。利用噪聲在線監(jiān)測系統(tǒng)采集的列車行駛信息數(shù)據(jù)，計算各測量站每月列車總車流量和貨物列車車流量，如圖6所示。

圖6 列車車流量

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

選取具有相似車流總量、不同貨物列車流量的2號和5號測量站進行比較，數(shù)據(jù)如表2所示。

從表2可以看出，2個測量站車流總量大致相同，但噪聲水平相差3.0 dB(A)，原因在于5號測量站的貨物列車數(shù)量約為2號測量站的3倍，因而噪聲較高。

表2 測量站噪聲水平比較

綜上所述，貨物列車的車流量相較于車流總量而言對噪聲的影響更大，車流總量相同的情況下，貨物列車流量越大，噪聲水平越高，說明貨物列車流量是影響鐵路噪聲整體水平的關鍵因素，下一步將結合大數(shù)據(jù)，尋找鐵路噪聲與車流量、列車類型間的量化關聯(lián)，為基于噪聲水平的車流量優(yōu)化設計提供理論基礎。

4 結論

（1）德國目前開通的鐵路噪聲在線監(jiān)測系統(tǒng)覆蓋了全線2/3 的貨運鐵路網(wǎng)絡，基本代表了整個鐵路網(wǎng)的貨運水平。

（2）噪聲監(jiān)測系統(tǒng)可以反饋線路噪聲實時水平，識別并記錄通過列車的類別、長度、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)；各測量站月均噪聲在66.0～76.0 dB(A)之間，波動較大。

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