市域铁路车辆运行辐射噪声限值研究

何丹炉， 石卫兵， 齐万明

（1.中车青岛四方机车车辆股份有限公司技术中心，山东青岛 266111；2.温州市铁路与轨道交通投资集团有限公司运营分公司，浙江温州 325000）

0 引言

市域铁路穿插于中心城区与周边新城、城镇间，线路设计速度为100～160 km/h［1-2］，其线路条件（如平面曲线半径、道岔、纵断面等）、站间距、隧道净空面积等基于城际铁路进行了优化［3］，轨道减振措施（包括扣件减振和道床减振等）基于既有城市轨道交通进行了适应性研究和差异化设计［4］。市域动车组技术性能介于城际动车组和城轨车辆之间［1-2，5］；市域动车组地板面高度介于1 100～1 280 mm［1-2］，使其可以充分借鉴动车组、城轨车辆转向架及其两系悬挂系统技术。因此市域动车组车外运行辐射噪声与城际动车组、城轨车辆的噪声有着内在关系，市域动车组的运行辐射噪声限值研究应充分借鉴城际动车组、城轨车辆的相关标准及要求。

1 车辆运行辐射噪声源

车辆运行辐射噪声是车辆和轨道共同作用的结果，运行辐射噪声源主要有三大类：（1）牵引噪声，包括低速下的设备噪声；（2）机械噪声（即轮轨噪声），由轨道及车辆结构振动引发，包括滚动噪声、冲击噪声和曲线啸叫［6］3 类，滚动噪声由车轮和轨道间接触面的不平顺造成，与车辆结构和性能参数（如地板高度、悬挂系统、簧下质量等）、轨道设计、轨道状况（特别是车轮和轨面的粗糙度） 及运行速度密切相关；（3）气动噪声。三大类噪声源随速度变化的趋势见图1［7-8］，其中v11、v12为机械噪声的声学转换速度。VDV 154—2011［9］中，v11为30 km/h（也有资料认为是35 km/h）；TSI 1304—2014［10］中，v12为250 km/h。

从图1 和市域动车组100～160 km/h 的最高运行速度可知，市域动车组运行辐射噪声源主要以机械噪声为主，其线路运行噪声治理也应从轮轨方面着手。

图1 噪声源随速度变化的趋势

2 测试条件及计算方法

2.1 车外运行辐射噪声测试条件

不同标准辐射噪声限值不同，为了能客观、可复现、可比较，采用国内外普遍采纳的ISO 3095：2013［11］所规定的测量方法和条件（见表1）。

由表1 可以看出，ISO 3095：2013 全面、准确、清晰地规定了试验线路条件和测试位置等，明确线路应为平直、有砟轨道，钢轨表层应平整、无接头、无表面缺陷，车轮踏面正常等。这些要求旨在确保测试结果不受冲击和曲线啸叫等影响。

2.2 车外运行辐射噪声计算方法

车外运行辐射噪声与列车速度、测试位置的关系：速度不变时，随测试距离增大而衰减；距离不变时，随速度呈对数增长。具体内容如下：

VDV 154—2011中4.1章节规定：根据《德国国家轨道交通噪声计算规定》（Schall 03），在距轨道中心25.0 m、轨面上方3.5 m 处测得的值，较距轨道中心7.5 m、轨面上方1.2 m处小7 dB（A）。该关系也被温州S1线市域动车组的型式试验［12］和研究试验［13］所验证。

VDV 154—2011附录B指出，轮轨滚动噪声与速度级之间存在如下关系（适用于30 km/h以上）：

表1 ISO 3095：2013规定的主要测试条件及方法

式中：LpAeq，TP和LAFmax分别为A 计权下列车通过时间内平均声压级和最大声压级与基准速度v0的限值关系。

TSI 1304—2014中6.2.2.3章节规定：当车辆运行速度vtest处于80～250 km/h 时，将基准速度80 km/h 的限值LpAeq，TP(80 km/h)作为该范围内的辐射噪声评价基准点，车辆通过辐射噪声与基准速度级辐射噪声的关系如下：

综合式（1）—式（3），可得：

可见，当车辆行驶速度为30～250 km/h 时，若知道某一速度下的噪声限值，可换算其他任意速度下的噪声值。

2.3 车外运行辐射噪声计算示例

《CRH6 型城际动车组技术条件》规定：车辆以160 km/h 运行时，距离轨道中心线25.0 m、轨面以上3.5 m 处噪声限值为88 dB（A），此时式（4）中的v0为160 km/h，LpAeq，TP(v0)为88 dB（A）。

按照式（4）可分别计算出100、120、140、160 km/h速度级下噪声分别为82、84、86、88 dB（A）；按照上述换算关系可得：距离轨道中心线7.5 m、轨面上方1.2 m处，100、120、140、160 km/h速度级下噪声分别为89、91、93、95 dB（A）。

3 运行辐射噪声限值研究

3.1 按不同标准计算的噪声限值对比分析

根据ISO 3095：2013 规定，市域动车组运行辐射噪声测试位置应为距离轨道中心线7.5 m、轨面上方1.2 m处。

根据式（4）和在距轨道中心25.0 m、轨面上方3.5 m 处测得的值较距轨道中心7.5 m、轨面上方1.2 m处小7 dB（A）的关系，计算不同基准噪声限值对应的各速度级辐射噪声限值（见表2）。

表2 车外运行辐射噪声限值计算 dB（A）

由表2可以看出，根据不同标准/规定，运行辐射噪声计算结果相差很大，因此应结合市域铁路和市域动车组的运用条件，对运行辐射噪声限值进行深入研究。

3.2 车外运行辐射噪声限值

遵循先进性和适用性原则，在ISO 3095：2013 规定的测试条件下，考虑市域铁路穿越城区，运行辐射噪声限值应高标准、严要求，因此T/CRS C0101—2017《市域铁路设计规范》各速度等级辐射噪声限值取表2中相应的最小值（见表3）。

4 运行辐射噪声限值合理性验证

温州S1 线时速140 km 市域动车组和北京新机场线时速160 km 市域动车组在中国铁道科学研究院集团有限公司环行铁道试验线的车外恒速运行辐射噪声测试情况见表4。

表3 车外运行辐射噪声限值 dB（A）

表4 车外恒速运行辐射噪声值 dB（A）

上述2款市域动车组是基于城际动车组技术平台研发制造的，充分借鉴了动车组的减振降噪措施和轻量化设计、悬挂系统设计策略等，同时兼顾基于A、B 型地铁研制的市域A、市域B 型车，因此T/CRS C0101—2017《市域铁路设计规范》所制定的车外运行辐射噪声限值既严格又适用。

5 结束语

综上所述，T/CRS C0101—2017《市域铁路设计规范》所制定的市域动车组车外运行辐射噪声限值符合或优于国内外相关标准，做到了先进性和适用性的统一，为市域动车组“走出去”提供了标准支撑。

市域铁路噪声整治提升是系统工程，涉及车辆、线路、周围建筑等多方面因素，车辆设计要结合科技发展采用减振降噪新技术，线路、轨道等要做好隔声减振工作，从降低噪声源强、阻隔传播途径和受声点防护等方面进行工程治理或综合防治。