高速铁路列车运行辐射噪声测量量和测量点位的选取

何财松，李晏良

（中国铁道科学研究院集团有限公司 节能环保劳卫研究所，北京   100081）

1 概述

高速铁路建设的快速发展，极大地改善了人们的出行方式和旅行品质，也促进了国民经济的发展，但高速铁路产生的噪声问题已经引起沿线居民的高度关注，并成为制约高速铁路规划、建设、提速和发展的关键因素。

国外铁路噪声测量方法标准体系主要有4种：国际标准化组织、欧洲体系、北美体系和日本体系[1-2]。欧洲铁路噪声标准体系与国际标准化组织体系基本一致；日本铁路噪声标准体系受欧洲体系的影响较大，但是日本在测量点位、测量数值、数据处理方法等方面有自己的特色[3-4]；北美铁路噪声公开的测量标准较少。因此，关于国外高速铁路列车运行辐射噪声测量方法的研究，主要基于国际标准化组织制定的ISO 3095Railway applications-Acoustics-Measurement of noise emitted by railbound vehicles开展。

目前，我国通用的铁路列车运行辐射噪声测试标准为GB/T 5111—2011《声学轨道机车车辆发射噪声测量》[5]，该标准等同转化于ISO 3095：2005。GB/T 5111—2011发布以来，对我国高速铁路的型式试验、联调联试及源强识别和降噪等科研工作提供了较好指导，但是高速铁路噪声在声源种类、声源分布等方面与普速铁路有很大区别。并且ISO 3095标准的最新发布版本更新到2013版，应充分研究新旧标准差异的来源、影响，同时研究分析我国高速铁路大量的噪声测试试验数据来确定相关关键指标。

2 我国铁路列车运行辐射噪声测量方法

GB/T 5111—2011规定列车运行辐射噪声测试的测点位置为：传声器应置于轨道轴线两侧7.5 m、距轨顶面以上1.2 m，或距轨道轴线两侧25.0 m、距轨顶面以上3.5 m。测量时，如在被测车辆上部有重要的声源如排气管或受电弓，应在距轨道中心线两侧7.5 m、距轨顶面以上 3.5 m处附加测点。GB/T 5111—2011用于测量匀速列车的侧面传声器位置见图1。

图1 用于测量匀速列车的侧面传声器位置（GB/T 5111—2011）

GB/T 5111—2011规定列车运行辐射噪声测试的测量量为：列车通过等效连续A声级LAeq、AF计权最大声压级LAmax、列车通过暴露声级TEL以及噪声频谱。TEL计量公式为：

式中：T为测量时间段；Tp为列车通过时间；pA为瞬时A声压；p0为基准声压。

通过的A计权声级，时间段T应足够长以包括所有与该事件相关的声能量，即至少要考虑比Tp时间段内开始与结束时LpA值低10 dB时间段内的声能量。测量时间T及列车通过时间Tp见图2。

图2 测量时间T及列车通过时间Tp示意图

3 ISO 3095：2013对噪声测量的相关规定

ISO 3095：2005规定了轨道机车车辆发射噪声的测量方法，其优势是适用性强，使用国家多。ISO 3095：2013主要用于标准有砟轨道条件下的列车型式试验，包括范围、规范性引用文件、术语和定义、仪器与校准、定置试验、匀速运行试验、从静止到加速试验、减速试验、测试质量、试验报告及附录资料等章节。ISO 3095：2013对于高速列车噪声型式试验所要求的环境条件（声环境、气象条件、背景声压级）、轨道状态（一般条件、曲线半径、轨道结构、轨道质量、钢轨声学短波不平顺、轨道动力性能、特殊情况等）、车辆状况（一般、负载和操作条件、车轮踏面状态、列车编组）、测量点位（标准测点、附加测点）、测量量、试验程序（一般规定、通过速度、记录和测量时间间隔）、数据处理（标准处理程序、附加处理程序）等方面做了详细的规定。

ISO 3095：2005对所有状态的列车测试点位做了规定3个点位（同GB/T 5111—2011），但是没有明确匀速行驶状态列车的具体测量点位，也没有明确不同速度运行时的具体测量点位。ISO 3095：2013规定列车运行辐射噪声测试时，根据速度指标给出了具体的测点位置：

（1）标准测点：列车运行速度低于200 km/h，测点位于距轨道中心7.5 m、距轨面高度1.2 m处；列车运行速度高于或等于200 km/h，测点位于距轨道中心25.0 m、距轨面高度 3.5 m 处。

（2）附加测点：假如被测车辆上部有重要的声源（如动力单元），推荐在距轨道中心线7.5 m、轨面以上3.5 m布设测点。

ISO 3095：2013用于测量匀速列车的侧面传声器位置见图3。

在ISO 3095：2005标准中，测量量单独成章。ISO 3095：2013标准中，测量量分别放在了各种测试列车状态章节中，对于不同的测试列车状态，明确了不同的具体的测量量。ISO 3095：2005标准中测量量为TEL或者LpAeq,Tp。ISO 3095：2013核心的变化是测量基本量由TEL改为单一测量量LpAeq,Tp，并同时测试列车速度和通过时间Tp；如果需要，可给出其他的测量量，如频率和音调。

图3 用于测量匀速列车的侧面传声器位置（ISO 3095：2013）

4 关键测量参数的选取建议

4.1 测量量

在我国现行高速铁路列车运行辐射噪声标准体系执行过程中，《CRH 系列动车组噪声等评价指标暂行规定》（铁总科技〔2014〕210号）要求：车外噪声测试方法按照ISO 3095要求进行。这里如果按照ISO 3095：2013最新版标准执行，即测量量为LpAeq,Tp。《时速350公里中国标准动车组暂行技术条件》（铁总科技〔2014〕50号）只规定测点位置，没有明确测量量执行标准，因此通常按照GB/T 5111—2011执行，即测量量为TEL。因此，对高速铁路列车运行辐射噪声测量量的理解亟须统一。

目前欧洲对高速铁路列车运行辐射噪声限值标准中的测量量有明确且统一的规定。TSI 2008/232/EC《欧盟铁路互通性技术规范一跨欧洲高速铁路系统车辆子系统可互操作性》、UIC 660：2002《确保高速列车技术兼容性的措施》（第2版）等规定的测量量均为单一量LpAeq,Tp。

因此，建议我国高速铁路列车运行辐射噪声测量量应选择LAeq,Tp，不再使用TEL。

（1）TEL与LpAeq,Tp相比，TEL获取较为复杂，且易出现人为误差[5]。由图2和式（1）可知，两者的区别在于积分时间不同，TEL根据测量记录时间T内的LAeq,T、T和Tp计算而来。在实际工作中，列车通过时间Tp可以通过列车触发信号直接得到，而记录时间T的截取非常复杂，人工处理数据时，需要不断的调试，才能得到记录时间T，从而极大地增加了数据处理的工作量，同时也增加了人为误差；机器处理数据时，需要多耗费百倍的计算时间得到准确的量值，也不利于高速铁路噪声自动化测试的应用。

（2）TEL和LAeq,Tp的差异较小且稳定[5]。高速列车通过时列车运行辐射噪声时程曲线（见图4）显示，通常瞬时声级水平高于本底噪声30 dB（A）以上，声级变化率在15 dB（A）/s以上，测量量LAeq,Tp将列车通过时的主要声能量全部涵盖。

图4 高速列车通过时列车运行辐射噪声时程曲线

通过对联调联试和综合试验数据进行统计分析（见表1），结果显示，当列车以200～420 km/h运行时，其列车运行辐射噪声TEL与LAeq,Tp差值非常小且稳定，差值范围为0.3～0.6 dB（A），平均值和中位数均为0.5 dB（A）。因此，采用LAeq,Tp作为高速铁路列车运行辐射噪声测量量，对于历史数据的研究与利用不会造成障碍。

表1 高速铁路列车运行辐射噪声TEL与LAeq,Tp差值

（3）ISO和UIC评价高速铁路列车运行辐射噪声均采用LAeq,Tp，国际化、统一化的测量量不仅可以消除差异，也有利于我国高速铁路“走出去”战略的实施。

4.2 测量点位

在我国铁路联调联试、型式试验、科学试验以及环评中，关于列车运行辐射噪声测量的测点位置，普速铁路和高速铁路采用的相关测点，即距轨道中心线25.0 m、轨面以上3.5 m，货运铁路采用的测点为距轨道中心线7.5 m、轨面以上1.2 m。欧盟与国际铁路联盟均来源于同一标准ISO 3095，因此对于速度200 km/h以上的高速铁路列车运行辐射噪声具有相同的测点位置，即标准测点（距轨道中心线25.0 m、轨面以上3.5 m）和附近测点（距轨道中心线7.5 m、轨面以上3.5 m）；同时，欧盟在TSI 2014/1304/EU中已经明确规定了在速度大于250 km/h时，在距轨道中心线7.5 m、轨面以上3.5 m处增设测点。

建议我国高速铁路列车运行辐射噪声测试中，以距轨道中心25.0 m、距轨面高度3.5 m和距轨道中心7.5 m、距轨面高度3.5 m 两个测点作为标准测点。

（1）ISO 3095 和 GB/T 5111—2011，都有同一的测量点位，即距轨道中心25.0 m、距轨面高度3.5 m。此测量点位为国际社会和我国长期使用，通用性高，且积累了大量的历史数据，可为后续铁路降噪研究与设计提供数据支撑。

（2）距轨道中心7.5 m、距轨面高度3.5 m应成为标准测点。从我国开展的高速铁路噪声源识别结果可以得出，高速动车组上部噪声在高速情况下受电弓噪声贡献量较大[6-7]，成为主要声源之一。我国某型动车组以250 km/h和400 km/h运行时的车外噪声源识别结果见图5（图中亮度越高代表噪声值越大）。某型动车组以200～400 km/h运行时，高速列车上、中、下不同区域的噪声贡献量比例见表2。

表2 某型动车组垂向不同区域声功率级贡献量

由图5和表2可以得出，当列车运行速度超过200 km/h时，动车组上部噪声，特别是受电弓处噪声已经非常明显，且随着速度的提高成增长趋势。当速度为400 km/h时，受电弓噪声与动车组头车一位车轮相当。高速铁路动车组噪声源分布与普速铁路具有显著性差别，其中部和上部区域也成为重要的噪声源位置。因此，距轨道中心7.5 m、距轨面高度3.5 m处的噪声测点，也应成为我国高速铁路列车运行辐射噪声测量方法中的标准测量点位。

图5 我国某型动车组声源识别结果

5 结束语

分析国内外高速铁路列车运行辐射噪声测量方法及标准限值等相关标准、试验数据，以及我国测试方法的应用现状，建议修订我国高速铁路列车运行辐射噪声测量方法时，其基本要求、测量仪器等通用条款可以利用ISO 3095的最新成果，测量量和测量点位两个关键指标需要明确与优化。在运用高速铁路列车运行辐射噪声标准时，还应进一步对测量点位开展研究，待基础数据丰富后，探索最佳的测点位置，简化测量点位数量。