文章编号：１００３－１４２１（２０１１）１２－００８５－０５ 中图分类号：Ｕ２３８；Ｕ２７０．１＋６ 文献标识码：Ｂ 国内外铁路 环境噪声预测模式综述 朱雷威，郭建强，孙召进，林君山 （南车青岛四方机车车辆股份有限公司高速列车系统集成国家工程实验室（南方），山东青岛 ２６６１ １ １） 、亡着铁路高速化、轻量化的发展，不仅引起振动问 摘要：随着我国列车速度的提高，铁路 Ｉ ＪＬｊ ，题，而且噪声问题也非常突出。针对高速列车具 噪声问题日益突出。针对国内外铁路噪 有噪声源众多、声压级大、低频声能量集中等特点， 声试验基本采取在列车运营之后进行验 国内外研究人员对高速列车的振动和噪声进行了广泛 而深入的研究，并提出一些有效可行的车辆减振降噪 证和评估试验的情况，为节省试验时间 措施 击】。但在列车噪声预测方面，国内外科研人员进 和经费，在设计初期开展铁路环境噪声 行的噪声试验基本都是在列车运营后进行的验证和评估 仿真和预测研究非常必要。在阐释噪声 试验。为缩短试验时间和节省试验经费，在设计初期开 预测方法和国内外噪声预测模式的基础 展铁路环境噪声仿真和预测技术研究是非常必要的。 上，针对典型的噪声预测模式的分析对 比，提出借鉴并修正国外预测方法，完 １噪声预测方法 善我国铁路噪声预测模式，提高预测的 高速铁路环境噪声预测研究是国际学术界和各国 精度和可靠性。 关心的一项重要课题。美、日、法、德等国家都建 关键词：铁路；环境噪声；预测模式； 立了适合本国情况的高速铁路噪声预测模型，并将模型 修正 应用于既有高速铁路的环境噪声评估和新建铁路设计 中的环境噪声预测，取得了良好的社会经济效益 。”。 第３～籼３ — ｇｌ２ｌ１ｔ￣＿ 国内外铁路环境噪声预测模式综述朱雷威等 在国内，由于动车组上线之前列车速度较低，研究 式中： 为轮轨噪声；三 为牵引噪声； ，为空 人员对噪声预测的研究较少。借鉴国外比较成熟的Ｉ 气动力噪声。三者的计算公式分别为： 铁路噪声预测方法，进行适当的参数修正，可适用 于我国高速铁路环境噪声的预测与评估¨ 。 铁路噪声预测方法的选择应根据工程和噪声 ｓＥＩ＝Ｌｓｍｚ广１ ０ ｌｏｇ（Ｄｉ／１ ５．２）－１ ０ Ｇ（ＤＩ／】２．６） ｓ ＬｓＥ２＝ＬｓｍＥ２—１０ ｌｏｇ（Ｄ２／１５．２）－１０ Ｇ（Ｄ２／８．８）－Ａｓ ＬｓＥ３＝ＬｓＥ３ １０ ｌｏｇ（Ｄ３／１５．２）－Ａｓ 源的特点确定。目前，我国铁路噪声预测主要依据 式中：Ｄ 、Ｊ［） 、Ｄ 分别表示３处声源到受声点之间 铁道部文件 关于印发＜铁路建设项目环境影响评 的距离；Ｇ为大地衰减，其根据噪声有效传播高度 价噪声振动源强取值和治理原则指导意见（２０１０年 的不同而取不同的值，Ｇ一０适用于“硬”地面，其 修订稿）＞的通知 （铁计［２０ １ ０］４４号）中的预测方 余适用于“软”地面； 法，采用类比法、比例法、模式法和模型法。这 障作用后的修正值； 为考虑地面吸收衰减和屏 为列车在规定状态下（如 ４种方法均可用于预测高速列车的噪声，但受到各 速度、编组、轨道磨耗），距轨道中心线１５ ｍ处的 种条件，如参数的选择是否适当，对预测结果 暴露声级，其计算公式为： 的可靠性有直接影响。目前，以采用比例法和模式 三 ，一（三 ，） ＋１ ０ ｌｏｇ（１／ｌ￣） ＋ ×ｌｏｇ（ｖ／ｖ ） 法预测为主，这两种方法有其各自的优点和应用范 式中： 墨，为噪声源在１５ ｍ处参考暴露声级；，为 围。通常比例法可应用于既有线改扩建前后测试环 列车长度；，，为参考长度；ｖ为列车速度；ｖ，为参考 境基本相同的项目，对于新建项目和铁路编组场、 速度； 为速度修正系数。 公式（１）表明，当单列列车速度低于２００ ｋｍ／ｈ 机务段、折返段、车辆段等既有站、场、段、所的扩 建项目应采用模式法。同其他技术一样，铁路噪声预 时，列车通过受声点时的暴露声级为轮轨噪声和 测技术随着科学研究的深入在不断改进和完善。 牵引噪声的能量和；当单列列车速度大于２００ ｋｍ／ｈ 时，列车通过受声点时的暴露声级为轮轨噪声、牵 ２国内外噪声预测模式 引噪声和空气动力噪声的能量和。因此，该预测方 迄今为止，许多国家在铁路噪声预测方面做了 法使用方便，适用范围较广。大量的研究工作，尤其以欧洲发达国家、美国、日 ２．２德国Ｓｅｈａｌｌ ０３铁路噪声预测模式 本等最为突出，如美国运输部联邦公共交通管理局 Ｓｃｈａｌｌ ０３是德国铁路噪声预测的标准方法，在 于２００５年颁布了 联邦公共交通工程噪声、振动环 欧盟国家中影响很大¨ 。该方法将铁路线划分为若 境影响评价标准 ，提出了一套轨道交通工程噪声 干小段，每一段简化为点声源，形成有限长的系列 环境影响评价标准，各国在噪声源类别的选择和噪 点声源，分别计算每个点声源对受声点作用的声级 声预测计算式的制定上都有所不同¨ ，但应用的预 后，按能量叠加合成总的Ａ声级。其计算分为以下 ３个步骤 。 测方法基本上都是模式法。 ２．１美国铁路噪声预测模式 美国高速铁路噪声预测方法较为成熟有效， （１）计算每一段的辐射声压级 Ｌ ，： Ｅ一１０ ｌｇ［ＹＡ０ ‘ Ｈ。 十Ｄ ］＋Ｄ ＋ 、 具有很强的科学性和可操作性，在高速铁路噪声预 Ｄ ８ Ｄ ８ｃ Ｄ 测方面具有一定优势，在欧美国家有较大影响 】。 式中的５１为Ｓｃｈａｌｌ ０３方法规定的列车运行噪声基 该方法认为，列车的噪声源包括列车的牵引、轮轨 准值。其中，Ｄ 为列车类型修正量；Ｄ。为列车 和空气动力噪声（３；ＩＪ车速度大于２００ ｋｍ／ｌａ），还将运 制动器类型影响修正量；Ｄ 为轨道类型影响修正 行列车的子声源视为点声源或已知长度、高度、速 量；Ｄ ，为桥梁影响修正量；Ｊ［） 为平交道路影响修 度和具有指向性的不相干声源【１ 。美国联邦运输管 正量；Ｄ 为曲线半径影响修正量；Ｄ卜Ｊ［） 分别为列 理局提出的单列列车通过受声点时的暴露声级计算 车长度和列车速度影响修正量，Ｄ ＝＝＝１０ ｌｇ（０．０１，）， 公式为： Ｌ 一１０ｌｏｇ（１０。 ＋１０。・ ＋１０。－１ＬｓＥ３） （１） Ｄ ＝２０ ｌｇ（０．０１ ｖ），式中：，为１ ｈ内通过第ｉ类列车 的总长度（ｍ），ｖ为第ｉ类列车的运行速度（ｋｒｒｅｈ）。 圈 ２期 国内外铁路环境噪声预测模式综述朱雷威等 （２）计算每一段点声源辐射到受声点的声压级 距离；△ 、△ 、△ 为障碍物引起的声衰减； 该步骤中要计入的修正量有传播途径和铁路噪 △ 为地表面影响的修正值。 声烦扰特性影响修正量，指向性、传播距离、大气 将噪声分成４类进行预测计算，符合高速铁路 吸收和地面吸收影响修正量。 级 ，： 一的噪声构成特点，比按单一声源计算的方法更加合 测，可以对高架路段和非高架路段进行预测，适用 （３）计算全部点声源辐射到受声点的总声压 理和可靠。该方法适用于高中低速列车的噪声预 １０ ｌｇＺ。 （３） 范围较广。但该方法的不足之处是构筑物噪声声源 …，Ｓｃｈａｌｌ ０３方法主要预测公式的正确性通过理论 的简化方法较为简单，以及考虑的声传播影响因 推导进行了检验【９］，但由于该方法没有考虑铁路噪 素较少，需要进一步完善，以提高预测结果的可 声频谱特性、垂向指向性和地面类型等因素的影 靠性。 响，未达到ＧＢ／Ｔ １ ７２４７．２—１ ９９８规定的工程法要 ２．４我国铁路噪声预测模式 求，误差较大，仅适用环境规划类铁路噪声预测， 随着我国轨道交通的快速发展和列车速度的 不适用工程类的精确预测；列车速度影响修正计算 提高，国内研究人员陆续开展了铁路噪声预测方面 方法，适用范围较小，不适用高速铁路的噪声预 的研究，一并取得了一些研究成果 ’” ，可逐步指 测。因此，在引进或采用以该方法为基本预测模式 导工程设计和实施。 的软件时，应对预测模式进行必要的修改。 目前，我国采用的噪声预测方法是由（（环境影 ２．３ 日本北陆高速铁路噪声预测模式 响评价技术导则：声环境 提出的。该方法将列车 在铁路噪声预测研究领域，日本做了许多工 运行时产生的噪声源视为点声源，列车通过受声点 作。具有代表性的是日本在设计、建设北陆新干线 的等效声级计算公式为： 时采用的高速铁路噪声预测方法【】 。该方法根据高 一１０ ｌｇ（１／Ｔ ｔｊｌＯ ， ） （５） 速铁路噪声的特点，将列车噪声源分成：①车辆下 部噪声 ；②构筑物噪声厶；③集电系统噪声 ； 式中：Ｌ ，为受声点列车运行噪声等效声级； 为 ④车辆上部空气动力噪声 。分别计算受声点处接 预测时间；ｍ为 时段内通过的列车数；ｆ，为第，列 受的每一部分噪声声级后，再采用能量和的方法计 车通过时段的等效时间； 为参考点．，列车通过时 算总的噪声声级 。该方法将列车的子声源视为无 段内最大垂向指向性方向上的噪声辐射源强；Ｃ ，为 指向性的有限长线声源，在总的声级计算中包括构 噪声修正项，包括列车速度修正量、线路和轨道结 筑物噪声，其计算公式为： 构修正量、垂向指向性修正量； 为声波传播途径引 Ｌ 一１０ ｌｇ（１０。 ＋１０Ｏ．１Ｌｓ＋１０Ｏ．１Ｌｅ＋１０。・ 厶） （４） 起的衰减量，包括几何发散衰减、空气吸收衰减、地 其中，４种噪声的计算公式为： 面效应引起的衰减、屏障插入引起的衰减等。 Ｌ月一厶 ． －８＋１０ ｌｇ［（２／ｒＲ）ａｒｃｔａｎ（１／２ｒＲ）］－－△三Ｒ＋△ 从公式（５）可以看出，我国铁路噪声预测方法 主要分为参考点等效声级和噪声修正项两部分的计 三 一１０ ｌｇ（１００．１ＬｓＪ＋１０。・。 ） 算，与欧盟等国（德国Ｓｃｈａｌｌ ０３）的噪声预测计算通 ＬＪＤ＝＝＝三 ．Ｐ一１１＋１０ ｌｇ［（１／ｒ２）＋，（ ＋ ）卜△三 ＋Ａ 式相似，但其考虑的声源主要是轮轨噪声，种类比 Ｌ 一 ．月－－８＋１ ０ ｌｇ［（２／ｒＡ）ａｒｃｔａｎ（１／２ｒＡ）］－－Ａ Ｌ ＋Ａ 较单一，会影响预测结果的准确性和可靠性。 式中： 、 、 分别为单位长线声源车辆下 根据我国高速铁路线路和机车牵引等实际情 部噪声、单个集电系噪声和单位长线声源车辆上部 况，对国外的预测方法进行适当修正后，可运用于 空气动力噪声声功率级； 、ｒ 、 分别为受声点 我国的客运专线和高速铁路环境噪声的预测和评 到外侧轨道、正面集电系、车辆上部的直线距离； 价【１ 。以美国铁路噪声预测模式为例，需要修正的 ，为列车长度； 三 分别为构筑物直接辐射噪 内容包括参考暴露声级 磊）的修正、衰减距离（Ｄ） 声和地面反射的构筑物噪声；Ｘ为两受电弓之间的 的修正、小半径 ）曲线的修正和高架桥的修正 。 第～躺３３ 一 ：￣．ｇｌ２］ｌＪｌ＿ 国内外铁路环境噪声预测模式综述朱雷威等 （１）修正参考暴露声级。在客货列车主营车型 路噪声进行预测时，都将实际复杂的声源简化处理 和线路维护情况等方面，我国的铁路运输和美国有 成各种典型声源，如点声源和线声源ｌ１引。有关分析 较大差异，因此在引用美国噪声预测方法对我国铁 表明，各国对声源类别的简化是不同的。只有日 路沿线环境噪声进行预测时，必须根据线路和车型 本将列车的子声源视为线声源；美国、中国、澳大 等实际情况，对参考暴露声级等参数进行修正。 利亚及欧盟等国将列车子声源视为点声源；德国 （２）修正衰减距离。 三。 ，的计算公 Ｓｃｈａｌｌ ０３则是采用系列点声源模拟线声源。因此， 式中，Ｄ 、Ｄ 、Ｄ，分别表示３处噪声源到受声点的 德国的预测方法既可预测单一受声点的噪声，也可 距离，取值为噪声源与预测点的水平距离，当需要 预测给定区域的噪声状况。但该方法计算量较大， 对较高高度的预测点（如铁路沿线的高层建筑）进行 需要采用专门的软件进行计算和绘图。在铁路噪声 环境噪声预测时，噪声源与受声点之间的实际衰减 预测时，合理地选择声源类别是噪声预测的基础。 距离远大于其间的水平距离。所以，在实际噪声预 ３．２声衰减特性 测工程中，需将衰减距离修正为声源与受声点的实 声波的传播是一种声波从声源向周围发散，声 际距离Ｄ：、Ｄ 、Ｄ；。 能量逐渐衰减的过程。根据国内外研究可知，噪声 （３）修正小半径轨道噪声预测值。列车在小半 预测模式中的声衰减有几何衰减、空气衰减、大地 径曲线线路上运行时，车轮沿曲线钢轨并非纯滚动 衰减、障碍物衰减、反射衰减和指向性衰减。各国 运行，而是会产生局部的横向滑动，因此导致轮缘 根据各自的噪声预测标准，制定了不同的声衰减模 与钢轨侧面发生摩擦和切削作用，形成了一种高音 式，其考虑的衰减因素也各不相同，如表２所示。 调的啸叫声。美国铁路噪声预测模式中，没有考虑 列车过弯道时产生的啸叫声，需根据小半径曲线的 表２各国铁路噪声预测模式声衰减影响因素 半径对预测结果进行修正，如表１所示 。 预测模式 美国 德国 日本 中国 表１ 小半径轨道噪声预测值的修正 几何衰减 × √ × √ 空气衰减 × √ × √ 轨道半径Ｒ／ｍ 暴露声级修正量／ｄＢ（Ａ） 大地衰减 × √ √ √ Ｒ≤３００ ８ 障碍物衰减 √ √ √ √ ３００＜Ｒ＜５００ ３ 反射衰减 × √ √ × Ｒ≥５００ ０ 指向性衰减（垂向） × × × √ （４）修正桥梁噪声预测值。当列车运行在高架桥 上时，会激发轨道结构振动并通过桥梁各个构件 由表２可知，大地衰减和障碍物衰减是各国普 （承重梁、墩台等），从地面向邻近的建筑物传递， 遍考虑的影响因素；美国噪声预测模式考虑的声衰 引起建筑物的墙壁、地板和天花板的振动而产生一 减因素只有障碍物衰减；日本考虑的因素也较少； 种低频噪声，即结构噪声。通常，桥梁常常产生比 德国和我国考虑的声衰减因素比较全面，我国假设 地面铁路高得多的噪声。当实际预测点位于桥梁 声源为指向性声源，并在噪声预测时考虑了指向性 旁，或者存在桥梁的结构噪声时，均需对最终的噪 衰减因素。 声预测值进行修正。根据我国实际情况，混凝土桥 梁（８ ｍ）的噪声预测值修正量为７ｄＢ（Ａ）～１ ０ｄＢ（Ａ）。 ４分析结论 （１）在对铁路噪声源划分方面，美国和日本的 ３国内外铁路噪声预测模式对 匕分析 预测模式对声源的划分比较详细，且对辐射声级的 ３．１ 声源类别 要求比较严格，德国Ｓｃｈａｌｌ ０３和我国现阶段的噪声 国内外的铁路噪声预测模式遵循一个共同的思 预测模式对声源的划分相对比较单一，通常只对单 路，即声源一声波传播一受声点，世界各国在对铁 一声源进行预测，这将会导致预测的精度降低，影 一 ２期 国内外铁路环境噪声预测模式综述朱雷威等 响预测的可靠度。 【１０】Ｐ．Ｎａｓｓｉｒｉ，Ｍ．Ａｂｂａｓｐｏｕｒ，Ｍ．Ｍａｈｍｏｄｉ，ｅｔｃ．Ａ ｒａｉｌ ｎｏｉｓｅ （２）在声衰减规律研究方面，美国和日本对影 ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｔｅｈｒａｎ—Ｋａｒａｊ ｃｏｍｍｕｔｅｒ ｔｒａｉｎ［Ｊ】．Ａｐ— 响噪声传播的因素考虑较少，有关研究较欠缺，我 ｐｌｉｅｄ Ａｃｏｕｓｔｉｃｓ，２００７（６８）：３２６－３３３． 国和德国的预测模式对声衰减规律的研究较多，考 【１１］Ｏ．Ｇ．Ｂｅｗｅｓ，Ｄ．Ｊ．Ｔｈｏｍｐｓｏｎ，Ｃ．Ｊ．Ｃ．Ｊｏｎｅｓ，ｅｔｃ．Ｃａｌｃｕｌａ— 虑较全面。 ｔｉｏｎ ｏｆ ｎｏｉｓｅ ｆｒｏｍ ｒａｉｌｗａｙ ｂｒｉｄｇｅｓ ａｎｄ ｖｉａｄｕｃｔｓ：Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ （３）在是否考虑声源指向性方面，国内外的研 ｖａｌｉｄａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｒａｐｉｄ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｏｕｎｄ 究都比较少。考虑声源指向性将会给噪声预测计算 ａｎｄ Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ，２００６（２９３）：９３３－９４３． 带来难度，因此多数国家的铁路噪声预测模式都假 ［１２］焦大化．日本高速铁路噪声预测方法［Ｊ］．铁道劳动安全卫 设声源为无指向性声源。我国和德国在预测计算时 生与环保，２００７，３４（１）：３５—３８． 考虑了指向性影响修正量。德国未考虑噪声的垂向 ［１３］龚凯，刘林芽．国内外铁路噪声预测模式对比分析［Ｊ］． 指向性影响，理论研究还较少。 城市轨道交通研究，２０１ １（３）：３２－３６． ［１４］焦大化．德国Ｓｃｈａｌｌ ０３铁路噪声预测方法分析［Ｊ］．铁道劳 在设计初期对高速铁路噪声进行预测仿真，可 动安全卫生与环保，２００７，３４（５）：２１３—２１８． 节省大量的实验时间和经费。随着我国高速铁路的 ［１５】肖友刚，田红旗，张洪．高速列车司机室内气动噪声预 迅速发展，对铁路噪声划分的细化和声衰减特性进 测［Ｊ】＿交通运输工程学报，２００８，８（３）：１０—１４． 行深入研究，同时借鉴国外铁路噪声预测模式的优 ［１６］肖友刚，康志成．高速列车乘客室内轮轨激励噪声的贡献 点，完善我国铁路噪声预测模式，提高铁路噪声预 度分析［Ｊ】．华南理工大学学报，２００９，３７（２）：９８—１０１． 测的精度和可靠性，是我国有关研究机构亟待开展 ［１ ７】焦大化．铁路噪声预测计算方法［Ｊ］．铁道劳动安全卫生与 的工作。 环保，２００５，３２（３）：１０１－１０７． ［１８］罗锟，雷晓燕，仲志武．城市轨道交通噪声预测方法［Ｊ］． 参考文献： 城市轨道交通研究，２ｏｏ７（１ １）：２９—３２． 【１］张瑞亭，赵云生．高速列车的减振降噪技术［Ｊ］．国外铁道 车辆，２００５，４２（２）：１０－１６． 收稿日期：２０１１－１０－２４ ［２】刘岩，陈海．铁道车辆车内噪声的产生及解决方法［Ｊ】．国 修订日期：２０１１－１１－１０ 外铁道车辆，２０００，３７（３）：２２ ２４． 责任编辑：林欣 ［３】谢素明，李涛，李晓峰，等．高速列车结构振动噪声预 、 测与降噪技术研究［Ｊ］．中国铁道科学，２００９，３０（６）：７７—８３． ｉ ［４］王光芦，刘达德．降低高速铁路噪声措施的探讨［Ｊ］．噪声与 道部枝。 ２ ０ １ １ 度 振动控制，１９９９，６（３）：１９—２２． 第 镰尊 铁路建设债券 ［５】杨 弘．高速列车减振降噪技术研究［Ｊ］．铁道机车车辆， ２０Ｈ年１１月８日’铁道部在银行间市场公开Ｉ ２００６，４４（２）：９－１４． 招标发行２０１１年度第三期中国铁路建设债券。 ［６】王昌林．高速铁路噪声与振动因素的分析及其对策的探讨 。 本期债券发行规模为３００亿元，其中，７年期１ ［Ｊ】．铁道标准设计，２０００，２０（１２）：６１—６２． 品种为１５ｏ亿元， 招标乖Ｕ率区间为４．６３％一５．６３％，．Ｉ ［７］Ｑｕａｒｔｉｅｒｉ Ｊ．，Ｔｒｏｉｓｉ。Ａ．，Ｇｕａｒｎａｃｃｉａ Ｃ．，ｅｔｃ．Ａｎ Ｉｔａｌ— ｊ最终中标利 靼为 ４：６３％’共有２ｎ家机构参与１ ｉａｎ Ｈｉｇｈ Ｓｐｅｅｄ Ｔｒａｉｎ Ｎｏｉｓｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｉｎ ａｎ Ｏｐｅｎ Ｃｏｕｎｔｒｙ 。投标’有效投标总量为２０４ｌ８亿元，认购倍数１ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ［Ｃ］．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ １ ０ ＷＳＥＡＳ Ｉｎｔｅｒｎａ— 为１３ ６５倍，２ｏ年期品种为１５０亿元，招标利率： ｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ ＡＣＯＵＳＴＩＣＳ＆ＭＵＳＩＣ：Ｔｈｅｏｒｙ＆ 区间为 移３％＿ ∞ 最终手标矛 毋５ ２２％，ｆ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，２００９，９２－９９． 共有１ ９家机构参与投标＇有效投标总量为３０６．６： ［８］雷晓燕，罗锟．高速铁路噪声预测方法研究［Ｊ］．铁道劳动 安全卫生与环保，，２００８，１０（５）：１３２—１３７． 亿元，｜ 玖媾憎 为２ｔ 詹。 【９】刘岩，张艳．高速铁路沿线噪声的预测方法［Ｊ］．中国铁 ｜｜｜ 募集的资金燎 于呛 嘻湮赉赉 茗运专 道科学，２００２，２３（５）：１３１—１３４． 线等３２个铁路建设项目。（摘自＿ 人民铁道 报）Ｉ 第卷第第３３ １２期ｌ 圈
