地铁车内及站台振动噪声测试分析

迟义浩 张智海 王宏阁 肖 宏

（1.北京交通大学轨道工程北京市重点实验室 北京 100044；2.北京交通大学土木工程国家级实验教学示范中心 北京 100044）

1 引言

随着城市规模的不断扩大，以及我国城市化发展不断提速，城市内的交通运输压力正日益增加，成为人们普遍关心的问题。而地铁具有载客量大、快捷准时、舒适安全等诸多优势，已成为很多大中城市最为重要的交通方式。

北京地铁1号线于1971年1月15日正式开通运营，北京成为中国第一个开通地铁的城市。此后，地铁建设快速发展，截至2019年12月，北京市轨道交通路网运营线路达23条，总里程699.3 km，车站405座（包括换乘站62座）；全国共有40个城市开通轨道交通，运营线路208条，线路总长6 736.2 km。

随着人们生活水平的不断提高，乘客对地铁的运行环境及乘坐舒适性提出了更高要求。伴随地铁的运营与发展带来的弊端——振动和噪声污染也给人们的生活环境造成了一定的负面影响。地铁振动噪声已被列为七大环境公害之一，国内上海、北京等地先后出现过因市民投诉地铁振动和噪声较大而在开通运营后进行振动和噪声治理、列车限速的情况。

国内外专家学者利用实测数据分析和仿真建模等方法对地铁振动和噪声进行了大量的研究。刘存真［1］等人采用现场测试的方法，研究了不同轨道结构对地铁车内噪声的影响，为减振降噪提供了参考。王剑明［2］通过研究在地铁车站钻爆开挖中的振动情况，分析了爆破振动效应与振动强度、频率和持续时间的相关性，对类似项目有一定的参考价值。高攀［3］选取海淀黄庄站进行站台噪声仿真预测，从屏蔽门隔声角度提出了对站台层声环境优化的建议。王仁庆、肖飞、解建坤［4］等针对地铁列车车体结构，进行部件隔声测试与优化，并通过车内噪声预测，得出了地铁隔声量的提高对动态车内噪声降低有积极作用的结论。陈俊豪［5］等通过分别测试不同速度下地铁车内噪声，使用等效A声级分析车内噪声特性，得出站高1.5 m处的噪声小于坐高1.2 m处噪声的结论，为得到地铁车内噪声分布规律提供了有力参考。黄兴虎［6］等通过对比不同道床结构对应的车内噪声的差异性，研究了车内噪声与道床类型之间的关系。许孝堂、金学松［7］等人针对地铁车内噪声超标问题，从车辆、轮轨两个方面展开研究，提出车内噪声主要与透射噪声和结构传声这两个因素有关。刘茜［8］等研究了地铁高架和地下站台噪声的规律和特点，明确了站台最大噪声值在列车出站时，位于站台列车车头停止位置。李吉［9］等对大连地铁2号线进行调查与测试分析，找出了引起噪声过高的主要因素，即轮轨的冲击与摩擦都是主要声源，控制声源是降噪的最佳方法。Robyn R.M.Gershon［10］等通过现场试验表明：只要有足够的暴露时间，地铁车站环境中的噪声水平就有可能超过世界卫生组织（WHO）推荐的暴露准则。在可行的情况下，应采用遵循标准控制措施等级的降低风险策略，以减少地铁噪声的暴露。Shah Ravi R［11］等对短暂暴露于地铁噪声中的车站通勤人员进行分析研究，通过对比试验发现，短暂暴露于地铁噪声中，无论是否有噪声保护措施都不会导致听力下降。谭淑英［12］等人考察了乘客流量、车站公共广播等因素对广州地铁一、二号线的车站环境噪声和列车车厢内部噪声的影响，探讨了车站环境噪声的日变化趋势。

但目前我国对地铁振动和噪声的大小、规律的统计，由于地铁沿线住户投诉的原因，主要关注于住户家里及振源的测试研究，对站台不同位置处振动和噪声的变化规律鲜有报道。本文为探究上述问题，采用现场试验的方法，对某地铁站台以及车厢内的振动和噪声水平开展系统监测与分析，揭示车内和站台振动噪声分布情况，为后续地铁线路建设以及振动和噪声控制提供一定参考。

2 工程概况及监测方法

2.1 背景调查

测试地段地铁线路位于地下，站台形式为岛式站台，站台宽度14 m。列车为B型车6节编组，采用第三轨供电，长 ×宽 ×高为（19×2.8×3.8）m。轨道结构为短枕式整体道床结构，线路正线运行速度约为70 km／h，最小发车间隔为2 min。

2.2 监测内容与方法

（1）车厢内振动噪声测量

根据规范《城市轨道交通列车噪声限值和测量方法》（GB 14892—2006）的要求，分别在车门和转向架位置上的车厢中部设置测点，且位于轴向中心线地面以上1.5 m处，自各站之间列车启动至停止进行连续测量。

（2）站台上振动噪声测量

根据规范《城市轨道交通车站站台声学要求和测量方法》（GB 14227—2006）的要求，在距离车门横向距离50、130、300 cm等位置处设置测点，自列车即将到站至出站进行连续测量，采用等效连续A声级LAeq评价车站列车进、出站过程的站台噪声。监测前用校准器将声级计校准到标准声级。

3 试验研究

3.1 测点布置

根据规范《城市轨道交通列车噪声限值和测量方法》（GB 14892—2006）的要求，在车内车厢中部和转向架位置布置两个振动测点和噪声测点，在车外车门中轴线上距车门横向距离50、130、300 cm，及横向130 cm、纵向100 cm等四个位置处布置四个噪声测点，距离地面高度1.5 m。测点布置见图1、图2，试验现场见图3。

图1 测点布置立面（单位：mm）

图2 测点布置平面（单位：mm）

图3 现场试验

3.2 结果分析

3.2.1 车内振动分析

列车运行过程中所测试的车内振动时域图见图4。

图4 列车运行过程中的时域

共测试20次车辆运行的振动加速度量值，取平均值进行统计，见表1。

表1 车体振动加速度

由表1可知：列车运行过程中，车内振动总量值均大于标准规定限值0.2 g，因此，乘客的舒适性评价属极不舒适状态。根据《北京地铁工务维修规则》，列车处于Ⅳ级状态。通过对比转向架位置和车厢中部位置的测试数据可知，转向架位置普遍高于车厢中部位置。

3.2.2 车内噪声分析

为了解列车运行时车内噪声频谱特性，对其进行1／3倍频程分析，绘制频谱特性曲线见图5。

图5 车内噪声曲线

由图5可看出：车内噪声频带主要集中在1～31.5 Hz、500 ～800 Hz以及1024 Hz处，转向架位置噪声大于车厢中部位置噪声，车内噪声主要以中低频成分为主。对其进行等效A声级分析可知，该区段上行方向车内转向架上方最大噪声为89.76 dB，超出限值6.76 dB，车厢中部客室内最大噪声为88.47 dB，超出限值5.47 dB；该区段下行方向车内转向架上方最大噪声为93.71 dB，超出限值10.71 dB，车厢中部客室内最大噪声为91.95 dB，超出限值8.95 dB。通过对比转向架位置和车厢中部位置的测试数据可知，转向架位置普遍高于车厢中部位置。

3.2.3 站台噪声分析

设计三种不同测试方案。方案一：三个噪声测点均朝向车门，距离车门距离见图6；方案二：1个噪声测点平行车辆运行方向，其余不变；方案三：3个噪声测点均朝向车门，距离有所改变。通过测量列车进出站过程的站台噪声，采用等效A声级指标进行评价，测量结果见图7。

图6 测试方案

图7 列车进出站过程中测得的站台噪声

由图7可知：列车进出站过程中距车门中心横向距离50 cm处，站台噪声平均为75.75 dB，横向距离130 cm处为75.12 dB，横向距离300 cm处为74.85 dB，均小于80 dB，未超出限值。虽未超限，但建议孕妇、幼儿等特殊人群距离车门更远一些。方案一和方案二的“测点1”处噪声相差不大，且未超出限值，说明噪声大小与方向无关。

4 结论

（1）列车运行过程中，车内振动总量值均大于标准规定限值0.2 g，因此，乘客的舒适性评价属于极不舒适状态。根据《北京地铁工务维修规则》，列车处于Ⅳ级状态。通过对比转向架位置和车厢中部位置的测试数据可知，转向架位置普遍高于车厢中部位置。

（2）车内噪声频带主要集中在1～31.5 Hz、500～800 Hz以及1 024 Hz处，转向架位置噪声大于车厢中部位置噪声，车内噪声主要以中低频成分为主。对其进行等效A声级分析可知，该区段上行方向车内转向架上方最大噪声为89.76 dB，超出限值6.76 dB，车厢中部客室内最大噪声为88.47 dB，超出限值5.47 dB；该区段下行方向车内转向架上方最大噪声为93.71 dB，超出限值10.71 dB，车厢中部客室内最大噪声为91.95 dB，超出限值8.95 dB。通过对比转向架位置和车厢中部位置的测试数据可知，转向架位置普遍高于车厢中部位置。

（3）列车进出站过程中距车门中心横向距离50 cm处，站台噪声平均为75.75 dB，横向距离130 cm处为75.12 dB，横向距离300 cm处为74.85 dB，均小于80 dB，未超出限值，且站台噪声大小与测试方向无关。