北京首都机场快轨线降噪方案研究

朱 玲

（北京城市快轨建设管理有限公司，100027，北京∥高级工程师）

北京首都机场快轨工程是连接北京市区与首都机场的快速客运专线，主要服务于航空旅客，兼顾接送机场客流，提供市中心区至首都机场“点对点”的快速运输服务。该线于2008年7月19日北京奥运会前开通试运营。在2008年的北京奥运会和国庆黄金周期间，日开行列车144对，高峰日客运量达到21 833人次，整体系统设备经受住了大客流考验。该线为舒解北京市区至首都机场通路运输能力的紧张状况起到了重要作用。

北京首都机场快轨线路的车辆采用先进的直线电机系统技术，列车的最高运行速度可达110km／h，具有爬坡能力强、运行平稳舒适等特点；信号系统采用全自动控制系统，可实现自动驾驶。机场快轨线路在东直门站东侧最小曲线半径为160m，在北皋下穿机场高速公路，两端的最大纵坡为35‰。这样的线路特点更能体现出直线电机列车的优势。由于建设工期紧，该线车辆的直线电机关键技术设备采用国外进口，整车由国内厂商供货。但由于车辆自身设备与轨道、信号等专业之间存在诸多接口，且均为首次配合使用，使得直线电机列车运行噪声低的优势在机场快轨中未得到充分体现；甚至在验收时，车辆噪声值也未达到采购合同规定的要求，致使机场快轨整体系统虽达到了开通试运营条件，但未通过国家环保部的环评验收。因此，深入研究首都机场快轨线车辆运行噪声产生的原因，提出科学的、具可操作性的解决方案并尽快实施，已显得日益重要。

1 机场快轨列车运行噪声源分析

针对列车运行噪声问题，本文作者组织车辆供货商和相关设计、施工单位进行了跟踪研究，逐项分析研究列车运行的噪声源。列车运行噪声主要集中在3个方面：直线电机运转产生的涡流噪声，车轮与轮轨的摩擦噪声，第三轨与列车受流器的摩擦噪声。

直线电机列车采用“磁力驱动”技术，具有运行时振动小、噪声低等特点，是技术相对成熟、客运量适应性强的车辆模式。但在机场快轨线列车运行中，发现列车在设备零件配置方面存在一些不足，比较突出的是：作为技术总负责的国外供货商其所提供滑靴的材质为铸铁合成材料，而三轨导流面为不锈钢材质。根据供货商提供的资料显示，铸铁滑靴的硬度为277HB，三轨的硬度为165HB。因为三轨的全线长度为28km，远远大于和它接触的受流器滑靴的长度（每列车单侧累加长度约为160mm×8＝1.2m）。从等寿命角度分析认为上述数据是合适的，但经过一段时间的试运营发现，在列车运行时，由于三轨与受流器的摩擦力增大，增加了摩擦噪声，同时还将使三轨的使用寿命大大缩短，致使运营维护成本增加。

2 车辆降噪方案研究

考虑到机场快轨线列车运行仍在磨合期，且受流器摩擦产生的噪声针对敏感点超标等问题，提出了将列车受流器的材质由铸铁材料更换为碳合金材料的改造方案，以降低列车运行时轮轨摩擦所产生的噪声影响。经充分征求专家意见，于2008年10月30日启动了车辆受流器国产化研制改造试验工作。

2.1 受流器滑靴国产化研制及应用试验

试验时间为2008年10月30日—2009年2月14日。为了保证滑靴国产化试验的顺利进行，在试验中采取了“先试制，再小批量，最后大批量”的原则。现场试验过程已经完成了3个试验阶段：

（1）试制阶段——碳金属滑靴现场试验观察阶段。碳金属滑靴的生产厂家根据国产化研制的要求，提供了3种材质共10块碳金属滑靴。从2008年10月30日到2008年11月28日，安装碳金属滑靴的快轨列车共运行15 140km。根据现场的试验结果，选取3种材质之中碳磨耗最小且磨耗均匀的碳金属滑靴作为下一阶段的试验滑靴；同时需要将碳金属滑靴的边缘更改为轻缓的坡面，以减少与三轨接触瞬间的撞击力。

（2）小批量阶段——整列车碳滑靴的正式试验阶段。厂家根据第一阶段的试验结果，一次性提供了16块碳金属滑靴（整列车的碳金属滑靴数量）。从2008年12月18日到2009年2月18日，安装碳金属滑靴的快轨列车共运行26 950km，受流靴平均磨耗为10mm，而其最大允许磨耗为15mm。由此推算，车辆每运行约4万km需要更换一次受流靴。

（3）列车运行噪声试验，在机场快轨上行区间的9个测量点测量更换受流器前后的噪声。受流器更换前后噪声比较如图1所示。

图1 受流器更换前后噪声比较

2.2 试验结论

（1）车辆采用碳金属滑靴后可减少对三轨的磨耗，延长三轨的使用寿命和更换周期，但将增加受流滑靴的更换频率和更换成本。

（2）车辆采用碳金属滑靴后减少了车辆运行时滑靴与三轨间的噪声。从试验结果看，在更换滑靴后，动态车内平均噪声值较少约2.5dB（A）左右。

3 技术改造方案和实施效果

在2009年，建设单位、车辆供货商进行了更换列车受流器材质的多方案比选，最后确定由高质量、低摩擦力的碳合金受流器取代产生较大摩擦力的铸铁受流器；2010年5月初受流器全部更换完毕，随后同验收单位一起进行了敏感点现场踏勘和噪声监测。

自2008年至今，在机场快轨沿线共进行了3次敏感点的噪声监测：2008年，在机场快轨竣工前进行了第一次监测；2009年10月，对2008年重点监测的3处敏感点进行了跟踪现状监测；列车受流器更换后，在2010年5月20日—24日连续4天按照监测规范要求，分别对列车外、车厢内进行了声源监测，对3处敏感点进行了复测。

3.1 车内噪声监测

2008年，机场快轨列车在同一路段的运行速度为75～90km／h，车厢内的噪声值为78～82dB（A）。2010年测得的结果为：列车通过高架桥路段时，列车时速为80～95km／h，在车厢内中心线、距离地面高1.5m处监测的噪声值为78.1～81.5dB（A）。对比数据显示，更换碳合金受流器后，车厢内噪声降低了0.9～3.9dB（A）。

3.2 车外声源监测

（1）监测点位。2010年对列车声源的监测点位和纵向距离仍选在2008年竣工环保验收调查中选取的位置，位于李天路北侧，桩号为K17＋750处。该路段机动车车流量很少，测点场地相对平坦，点位与地铁高架桥高差为10m。2个点位距轨道边界距离分别7.5m和30m，传声器距离地面垂直距离为1.2m。在这样的检测点位所测得的监测数据与2008年的监测数据具有可比性。

（2）监测方法。使用积分式声级计，2台AWA6270＋AB同步监测，动态范围是30～110 dB。测量方法遵循GB／T 14623—1993《城市区域环境噪声测量方法》及GB 12525—1990《铁路边界噪声限值及其测量方法》，监测时间是2010年5月22日10：00。噪声源监测为4列列车通过时的累计值（每列车通过时间10～13s）。

（3）监测结果对比。列车噪声源强监测结果对比见表1。

表1 列车噪声源强监测结果对比表

在2010年的测值中，当列车以85～89km／h行驶时，距高架轨道边界7.5m处的噪声修正值为72.1dB（A），超过GB 12525—1990《铁路边界噪声限值及其测量方法》昼间70dB（A）、夜间70dB（A）的标准限值2.1dB（A）；距高架轨道边界30m处的噪声修正值为65.1dB（A），低于 GB 12525—1990《铁路边界噪声限值及其测量方法》昼间70dB（A）、夜间70dB（A）的限值。

对比2008年的监测结果：碳合金受流器更换后，距轨道边界7.5m处的降噪效果为6.3dB（A），距轨道边界30m处的降噪效果为4.0dB（A），说明碳合金材质受流器比更换前使用的铸铁受流器产生的摩擦噪声小，能够相对改善列车噪声的影响。

3.3 公众意见补充调查

列车受流器更换后，调查组于2010年6月6日对噪声影响相对大的敏感地区居民进行了公众意见回访调查，采取逐户发放问卷的形式。去除家中无人和拒绝接受回访的人员外，实际共发放问卷30份，回收问卷29份，问卷有效率为97%。

（1）在本次调查的29户居民中，有89.6%的居民认为受地铁噪声影响最大，58.6%的居民认为受汽车噪声影响大，27.5%的居民认为受飞机噪声影响大，其余选择了社会噪声一项。

（2）20.6%的居民认为白天受噪声影响最大，34.4%的居民认为22：00到次日6：00受噪声影响最突出，44.8%的居民认为全天受噪声影响都很严重。

（3）6.9%的居民对机场快轨线的环保工作表示满意，41.3%的居民表示基本满意，51.8%的居民表示不满意。

通过以上分析得出，该地区小时等效声级虽仍然超标，但其超标因素主要由公路机动车噪声及快轨线运行噪声等外界多种声源影响所造成的，从列车运行噪声和小时等效声级对背景的增量以及快轨线声源对比分析可以看出，列车受流器的更换对沿线特别是敏感地区的噪声起到了一定的作用。

4 结语

至2010年5月，北京首都机场快轨线上运营的9列列车全部完成了列车车门和受流器滑靴的国产化改造。2011年8月，北京首都机场快轨线通过了国家环保部环评验收。建议相关部门对机场快轨沿线敏感点地区加强监测，跟踪了解列车运行噪声情况，为今后的车辆技术改造和增设环保设施提供依据。

［1］ 朱玲.北京机场快轨建设运营方案研究［J］.世界轨道交通，2008（12）：53.

［2］ 朱玲.首都机场快轨航空服务楼功能定位和实施方案研究［J］.空运商务，2009（17）：11.

［3］ 北京东直门机场快速轨道有限公司，中国科学院电工所，长春轨道客车股份有限公司，等.新型非粘着节电型直线电机轨道系统关键技术研究［R］.北京：北京东直门机场快速轨道有限公司，2009.

［4］ 北京东直门机场快速轨道有限公司，北京嘉和绿洲环保技术投资有限公司.北京市轨道交通首都机场线工程竣工环境保护验收调查报告［R］.北京：北京东直门机场快速轨道有限公司，2010.

［5］ 北京东直门机场快速轨道有限公司，长春轨道客车股份有限公司.北京机场快轨直线电机车辆国产化技术方案［R］.北京：北京东直门机场快速轨道有限公司，2011.