铁路编组站噪声测试与分析

屠志平

TU Zhi-ping

（中国铁道科学研究院集团有限公司 通信信号研究所，北京 100081）

(Signal & Communication Research Institute, China Academy of Railway Sciences Corporation Limited, Beijing 100081, China)

铁路编组站是货物列车车辆中转、集结、解体和编组的场所[1-2]，其作业效率高低直接影响我国铁路运输效率，是我国铁路运输的核心环节。铁路编组站的调车作业过程会产生复杂多样的噪声源，影响周边居住环境及职工工作生活环境[3]。为了切实了解铁路编组站对周围环境的噪声影响情况，通过测试和分析铁路编组站噪声，为解决铁路编组站的噪声影响问题提供数据参考和方法借鉴。

1 铁路编组站噪声源分析

驼峰是铁路编组站的主要设备，在溜放调车作业过程中，驼峰会向周边排放噪声。为全面了解驼峰调车场噪声影响问题，相关单位组织对驼峰编组站的噪声源进行走访调查。调查结果显示，国内编组站的主要噪声源有：车辆减速器 (以下简称“减速器”) 在工作过程中产生的制动尖叫摩擦噪声、减速器控制阀箱排空噪声、减速顶区段噪声、轮轨噪声、内燃机车噪声、调车机车鸣笛噪声等[4-5]。根据对噪声的测试分析，在这些噪声中，影响范围最广、危害程度最大、噪声频率和等级最高的当属减速器工作时产生的制动尖叫噪声和控制阀箱间歇性的排气噪声。铁路编组站主要噪声如表1 所示[6-7]。

2 铁路编组站噪声测试内容及依据

2.1 噪声测试依据

编组站生产作业环境比较特殊，产生的噪声具有声源分散、声压级高、影响范围广等特点。通过查阅国内外有关噪声测试评价标准，驼峰调车场噪声评价标准可以参考《声环境质量标准》(GB 3096—2008)[8]、《工业企业厂界环境噪声排放标准》(GB 12348—2008)[9-10]。即如果周边有居民居住时，则应按 2 类声环境功能区进行划分，要求环境噪声等效声压级限值昼间为 60 dB，夜间为50 dB；如果周边没有居民居住时，应按 3 类声环境功能区进行划分，要求环境噪声等效声压级限值昼间为 65 dB，夜间为 55 dB。具体执行哪类声环境功能区由当地环保部门确定。

2.2 编组站噪声测试对象

表1 铁路编组站主要噪声Tab.1 The main noises at train marshalling yards

铁路编组站根据其在整个铁路网或枢纽内所起的作用不同，其设计和布置各不相同，周边的环境也复杂多样。为了研究编组站噪声对周边环境的影响及噪声测试方法，选择典型的某驼峰编组站作为噪声测试对象。

某驼峰编组站是该地区铁路枢纽集中办理列车到达、解体、编组、出发等调车作业的双向三级七场式编组站，上、下行双向调车场布置一致，各设置 3 个部位的调速设备 (减速器)，其中下行驼峰编组站周边有居民区。由于铁路编组站占地面积较大，测试整个编组站的噪声对周边的影响工作量较大。通过对上述编组站的噪声源分析，认为减速器设备所产生的噪声为编组站的主要噪声源。因此，选择编组站下行驼峰调车场主要因减速器设备引起的噪声源作为测试对象。噪声测试布点如图1 所示。

2.3 噪声测试内容及布点情况

某编组站噪声测试包括 2 部分内容，即减速器设备的噪声声场特性和站场及周边居民区的环境噪声监测。其中，减速器设备的噪声声场特性包括减速器设备的噪声声级、噪声频谱特性和噪声传播规律等，需要统计分析测试数据；环境噪声监测包括编组站的厂界噪声监测和周边居民小区不同楼层的窗外噪声监测，采用 24 h 连续定点监测，获取噪声监测数据。

根据图1，选择二部位第 2 线束的减速器设备作为测试对象。通过测试减速器设备作业过程中产生的噪声，分析其辐射噪声的频率特征及传播规律。受现场测试条件限制，噪声测试仅选择了 5个测试点，测点距离地面高度均为 1.2 m。

对于站场及周边居民区的环境噪声监测，由于某小区刚好位于编组站下行驼峰三部位减速器作业区域，驼峰调车作业过程中产生的噪声对小区影响较大。在布置环境噪声监测时，充分考虑上述情况。因此，选择的厂界噪声测点位于编组站三部位减速器的边界。测点的布置按照《工业企业厂界环境噪声排放标准》(GB 12348—2008) 要求，将噪声测试仪的探头布置在厂界外 1.0 m、高度 1.2 m 处；至于居民区小区环境噪声测点，测试选择了该小区离三部位减速器最近的 25 号楼和 26 号楼的不同高度楼层。其中，26 号楼距离一、二、三部位减速器中心分别约为 400 m、270 m、200 m，该楼每个楼层高度为 3.0 m，此楼第 3 层与驼峰调车场平面高度基本一致。噪声测试仪探头的测点分别布置在 25 号楼的 6 楼、13 楼和 26 号楼的 3 楼、18 楼窗外 1.0 m 处。

3 噪声测试结果分析及评价

3.1 减速器设备噪声测试结果与分析

通过对减速器设备的噪声测试，获得减速器设备噪声不同测点的噪声声级水平，并且分析其主要频谱特征。通过不同测点的噪声等效连续 A 声级Leq，计算得到减速器设备的噪声传播规律。

3.1.1 减速器设备各测点噪声等级统计

某编组站驼峰二部位共有 6 线束安装减速器设备，考虑到站场的实际情况，第 1 线束已经安装了降噪设备，因而选择第 2 线束减速器设备进行噪声测试，布置相应测控点，记录相应噪声数据。

根据不同距离测试点的噪声等效连续 A 声级Leq统计情况，距离减速器外轨 6.4 m 处，平均等效 A 声级为 118.58 dB；距离减速器设备 10.8 m 处，平均等效 A 声级为 113.69 dB；距离减速器设备 16 m处，平均等效 A 声级为 112.23 dB；距离减速器设备19.2 m 处，平均等效 A 声级为 111.46 dB；距离减速器 28.8 m 处，平均等效 A 声级为 107.02 dB。

图1 噪声测试布点Fig.1 Noise testing points

3.1.2 减速器设备的噪声传播规律分析

由于声压级采用对数表示方式，因而采用对数曲线进行拟合，如公式 ⑴ 所示。根据曲线拟合的最小二乘法原理，根据测点距离和等效 A 声级 Leq数值，拟合等效 A 声级 Leq的传播规律，拟合公式[11]为

式中：A 为衰减系数；B 为等效距离为 1 m 处的 Leq回归值；X 为到减速器的距离。

为了计算方便，对公式 ⑴ 作代换 y = Leq(x)，z = lg (x)，使公式 ⑴ 转化为一次多项式，则有

式中：yi，zi为公式 ⑴ 转换后相应的测试点；i 代表某一次测试数据；m 代表测试数据的总数。

为了使点 (zi，yi) 尽量落在该直线或在其附近，必须使其下式 Q 取得极小值，即

将公式 ⑷ 改写成矩阵形式，得

根据各测试点数据平均值，计算出 A = －18.94，B = 134.53，代入公式 ⑴ 中，得到减速器设备的噪声传播基本规律为

Leq(x) =－18.94 lg (x) + 134.53

减速器设备噪声传播规律如图2 所示。

图2 减速器设备噪声传播规律Fig.2 Transmission patterns of the noises from car retarders

3.1.3 噪声时域信号分析

截取一勾 5 辆车组溜放至二部位减速器设备时，经 2 次制动产生的噪声信号如图3 所示，图3a为噪声声压信号，图3b 为噪声声级信号。从图3b可以看出，减速器设备第 1 次对溜放车组的制动时间较长、声压级较高，第 2 次制动时间较短、声压级较低，2 次制动噪声的最大 A 声级均比没有制动时的 A 声级高出 40 dB 以上。

3.1.4 噪声频谱分析

图3 一勾 5 辆车组经减速器设备产生 2 次制动的噪声信号图Fig.3 The noise signal diagram of a fi ve-car train group braking twice generated by a retarder

一勾 5 辆车组经减速器设备时产生噪声频谱如图4 所示。图中曲线分别表示第 1 次制动时的噪声、第 2 次制动时的噪声、溜放车组经过时的噪声和背景噪声。

图4 一勾 5 辆车组经减速器设备时产生噪声频谱Fig.4 The noise signal diagram of a fi ve-car train group braking generated by a retarder

从图4 可以看出：①在低频率段 (＜500 Hz)，减速器设备制动噪声频谱特征与列车通过但没有制动的噪声基本一致，因而制动噪声在低频段能量较少[12-13]；②在中高频段 (≥500 Hz)，减速器设备随着频率增大制动噪声逐渐变大，减速器设备产生的噪声贡献量逐步增大[12-13]；③ 减速器设备产生的噪声能量主要集中在 2 000～10 000 Hz 频段，其中中心频率在 2 500 Hz 和 5 000 Hz 时出现极大值。

3.2 编组站厂界噪声测试结果与分析

通过对某编组站厂界噪声 24 h 监测，每隔 1 h记录 1 个数据，得到某编组站 24 h 厂界噪声分布如图5 所示。根据《中华人民共和国环境噪声污染防治法》，昼间为 6 ∶ 00 至 22 ∶ 00，夜间为 22 ∶ 00 至次日 6 ∶ 00。由于编组站周边有居民区，假设当地环保部门要求按 2 类声功能区进行考核，即昼间噪声等效 A 声级不超过 60 dB，夜间噪声等效 A 声级不超过 50 dB。

昼间和夜间的等效声级分别如公式 ⑹ 和公式⑺ 所示。

式中：n 为昼间测试次数，每隔 1 h 记录 1 个数据，n = 16；m 为夜间测试次数，每隔 1 h 记录 1 个数据，m = 8；Leq,d为昼间 6 ∶ 00—22 ∶ 00 的等效声压级；Leq,n为夜间 22 ∶ 00—6 ∶ 00 的等效声压级；Leq,i为某 1 h 的等效声压级。

图5 某编组站 24 h 厂界噪声分布Fig.5 Boundary noise distribution of a marshalling yard within 24 hours

通过计算，昼间的等效声压级 Leq,d= 79.2 dB，夜间的等效声压级 Leq,n= 82.5 dB。

从图5 可以看出，某编组站厂界噪声在不同时段等效声级差别较大，这与不同时段驼峰调车作业量不同有关。昼间 6 ∶ 00、10 ∶ 00、17 ∶ 00、夜间 2 ∶ 00—5 ∶ 00 是监测当天作业量较大的时间段，等效连续 A 声级较高。夜间作业密度比昼间大，调车场厂界噪声夜间等效连续 A 声级明显超过昼间等效连续 A 声级。比较测试结果与标准限值可知，某编组站厂界噪声昼间等效连续 A 声级为 79.2 dB，与标准限值 60 dB 相比超标 19.2 dB；夜间等效连续 A 声级为 82.5 dB，与标准限值 50 dB 相比超标 32.5 dB。

图6 等效声压级与楼层间关系Fig.6 The relationship between the equivalent sound pressure level and the number of the fl oors

3.3 周边居民区噪声测试结果与分析

通过每隔 1 h 记录 1 个数据，对某编组站周边小区 25 号楼 6 层和 13 层、26 号楼 3 层和 18 层进行 24 h 噪声监测。通过公式 ⑹ 和公式 ⑺ 计算出不同楼层间的昼间等效声压级和夜间等效声压级，通过曲线拟合的最小二乘法原理，拟合出昼间和夜间等效声压级曲线方程，得到等效声压级与楼层间关系如图6 所示。

根据要求，昼间噪声等效声压级不超过 60 dB，夜间噪声等效声压级不超过 50 dB。从图6 可以看出，某小区不同楼层的昼间、夜间窗外环境噪声均超标，其中 3 楼处测点由于高度低于某驼峰编组站高度，站场内噪声传播至测点时受到楼前沟堑的遮挡，超标量相对于更高楼层小一些。此外，随着楼层增高，超标量呈增大趋势，并且夜间等效连续 A 声级高于昼间等效连续 A 声级。

4 结论

通过对某编组站的设备噪声声场特性测试和厂界及周边小区环境噪声监测，得出以下结论。

（1）编组站产生的噪声与编组站所处的地理位置及其功能、站场布置、驼峰峰高、驼峰调车作业量、测试布点情况等息息相关，站场调车作业量越大，其产生的噪声声压级越高。

（2）噪声评价依据《声环境质量标准》(GB 3096—2008)、《工业企业厂界环境噪声排放标准》(GB 12348—2008) 等标准[10]。

（3）监测某编组站厂界和附近小区环境的昼间、夜间噪声等效声压级发现，随着小区楼层的增高，噪声呈增大趋势。

（4）减速器设备所产生噪声随着测试距离增加，噪声等效声压级呈减弱趋势，噪声频率特征主要为中高频段 (≥500 Hz) 噪声，噪声能量主要集中在 2 000 ～10 000 Hz 频段。

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