（环境工程专业论文）铁路客运站噪声特性及降噪措施的研究与分析.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 铁路的快速发展，使我们必须面对日益严重的铁路噪声、振动污染问题。 随着生活质量的改善，人们对环境的要求也越来越高。这些都对铁路噪声、振 动的研究提出了更高的要求，然而铁路噪声、振动的研究在我国至今仍是个薄 弱环节，尤其是对客运站噪声的研究更少。 本文首先通过对国内一系列不同布局形式的典型大型客运站铁路噪声进 行实测调查，分析客运站各区域噪声源的组成及其特性，根据噪声特性的复杂 程度，以站台噪声的分析为主，具体分析了噪声时域特性、频域特性、声级时 程特性以及各种噪声所占的时间比例，各种噪声源对总声级的贡献等，为降噪 设计及噪声预测提供较为充实的实测声学资料。 在总结目前有效的降噪措施及其降噪效果的基础上，利用德国的e c o t e c t 建筑分析软件，对铁路客运站建筑的统计声学特性进行初步研究，同时分别对 典型客运站的站台和候车室建立模型，以计算室内声学特性的主要评价指标一 混响时间r t ，分析建筑的吸声面积和吸声材料等因素对混响时间的影响，为 经济合理地进行铁路客运站建筑声学设计提供参考。 关建词：噪声客运站降噪 西南交通大学工程硕士学位论文第1 i 页 a bs t r a c t w i t ht h eh i g hs p e e dd e v e l o p m e n to fr a i l w a y ，w eh a v et ob ec o n f r o n t e dw i t h t h es e r i o u sn o i s ea n dv i b r a t i o no f r a i l w a y ，i nt h es a m et i m e ，p e o p l e sl i f ei sg e t t i n g b e t t e ra n db e t t e r ，s ow ec a nn o tt o l e r a t et h en o i s ea n dv i b r a t i o nl i k eb e f o r e s o ，w e m u s tr e s e a r c ht h en o i s ea n dv i b r a t i o nu l t e r i o r l y b u tt h er e s e a r c ho fn o i s ea n d v i b r a t i o ni no u rc o u n t r yi sf e e b l e ，e s p e c i a l l yo ft h er e s e a r c ho nn o i s eo fr a i l w a y p a s s e n g e rs t a t i o n s f i r s t l y , i nt h i sp a p e r ，t h er a i l w a yn o i s eh a sb e e nt e s t e da n di n v e s t i g a t e di n l a r g ed o m e s t i cr a i l w a ys t a t i o n a n dt h e n ，t h ec o n t e n t sa n dc h a r a c t e r i s t i c so fn o i s e s o u r c e 舶md i f f e r e n tz o n e si nt h er a i l w a ys t s t i o n s t h ea n a l y s i sp r o c e s s e sa r e c o m p o s e d o ft i m e d o m a i n a n a l y s i s ， f r e q u e n c y d o m a i n a n a l y s i s ， o c t a v e c h a r a c t e r i s t i co fs o u n dl e v e l ，t i a m e - d o m a i nc h a r a c t e r i s t i co fs o u n dl e v e l ，t h et i m e p r o p o r t i o no f e a c hc o m p o n e n ta n dt h ec o n t r i b u t i o nt ot o t a ln o i s el e v e lo fe s c hn o i s e s o u r c e i nt h ee n do ft h i sr e s e a r c hp r e s e n t l ye f f e c t i v em e a s u r e sf o rn o i s er e d u c t i o n h a v eb e e nl i s t e d ，a n dp r i m a r yr e s e a r c hi nt h ea c o u s t i cc h a r a c t e r i s t i co ft h eb u i l d i n g o far a i l w a ys t a t i o nh a sb e e nc a r r i e do u t ，u s i n ge c o t e c tw h i c hi sg e r m a nb u i l d i n g a n a l y s i ss o f t - w a r e t h e n ，m o d e l so fp l a t f o r ma n dt h ew a i t i n gr o o mw e r ee s t a b l i s h e d a n dr e v e r b e r a t i o nt i m ef o rs h o r tr tw h i c hi st h em a i ne v a l u a t i o nc r i t e r i o no f i n d o o ra c o u s t i cc h a r a c t e r i s t i cw a sc a l c u l a t e d ；t h e nt h ei n f l u e n c et h a tt h es o u n d a b s o r p t i o na r e ao ft h eb u i l d i n gi n d o o rw a l l sa n dt h es o u n da b s o r b i n gm a t e r i a lo n t h er tw a sa n a l y z e d n o i s ec o n t r o lf o rt h ew a i t i n gr o o ma n dt h et i c k e to f f i c eh a s b e e ns t u d i e dw i t ht h ec o m b i n a t i o no fc u r r e n tt e c h n o l o g y ，s oa st oi m p r o v et h e a c o u s t i ce n v i r o n m e n ti nr a i l w a ys t a t i o n sa n dq u a l i t yo fl i f e k e y w o r d s ：n o i s e ；p a s s e n g e rs t a t i o n ；n o i s er e d u c t i o n 西南交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅 和借阅。本人授权西南交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有 关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学 位论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书； 2 不保密使用本授权书。 学位论文作者 日年 掳彳1 腑乩 己月 彬节 签 瓜 厩 粼 导期指日 7非一 砸 西南交通大学 学位论文创新性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作 所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体， 均已在文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者 日期：函f ! 年 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 1 1 选题依据 第1 章绪论 一个多世纪以来，铁路以其速度快，运量大，能耗低，污染小，占地少和 安全可靠等诸多优点，成为世界交通的重要组成部分。铁路运输是我国国民经 济的大动脉n 吲。2 0 0 5 年，全世界铁路营业总里程约1 2 0 万公里，完成工作量 8 5 万亿换算吨公里，我国铁路营业里程虽然只占全世界的6 ，却完成了全 世界铁路工作总量的近i 4 。我国铁路运输密度为3 5 5 0 万吨公里，是美国的 2 4 4 倍，日本的2 5 8 倍，印度的2 7 5 倍，法国的7 9 2 倍，英国的9 6 5 倍。“。 近十年来，我国铁路既有线已经经历了6 次大提速，为国民经济的发展作出了 突出贡献。与此同时，随着铁路的负荷持续加重加上不断提速，铁路噪声污染也 越来越严重，而人民生活水平的不断提高使得人们更加关注我们赖以生存的环 境，对噪声水平的要求也越来越高h 刊。火车站作为铁路与乘客交互最为频繁的 一个窗口，也是工作人员较多的一个部门，因此火车站噪声也越来越受到人们 的关注7 l 。 铁路环境保护是整个社会环境保护的主要组成部分，早在2 0 世纪6 0 年代， 人们就开始意识到铁路噪声对环境的影响，广义地讲，铁路环境噪声包括铁路 沿线环境噪声和铁路站段环境噪声两部分隅刮。前者由列车运行辐射的稳态噪 声和间歇噪声组成；后者由客运站、货车编组站、机务段、车辆段以及铁路工 厂辐射噪声组成n 。客运站是铁路与乘客交互最为频繁的一个窗口，也是工作 人员较多的一个部门。因此，客运站噪声越来越受到人们的关注，并引起了铁 路部门的重视n 。经研究轨道交通噪声可分为轮轨噪声、空气动力噪声、集电 系统噪声和桥梁结构物噪声。而这些噪声源中主要以轮轨噪声为主n 引。因此在 理论研究方面，主要针对轮轨噪声，且研究较为深入。从较早的较为简单的轮轨 噪声预测模型如r e m i n g t o n 的轮轨滚动噪声预测模型，经过理论的不断完善促 使模型的不断改进，直到较为完善精确的预测模型如欧洲铁路研究所开发的 t w i n s 模型n 3 刊。但在国内实测研究方面做的还不多，目前对于铁路客运站噪声 的研究很少，基本停留在调查层面，没有深入噪声特性的分析及噪声源成分组 西南交通大学工程硕士学位论文第2 页 成的定量研究，更没有相适应的铁路客运站噪声评价标准。基于以上原因，本 文在声级调查的基础上，对铁路客运站的噪声特性进行分析，并在此基础上提 出铁路客运站降噪措施n 5 1 。 1 2 相关研究的国内外发展现状 1 2 1 国外研究现状 从对铁路噪声的认识来讲，早在1 9 6 3 年，英国人w i l s o n 就在其所提供的 一篇报告中提到了铁路噪声将是影响环境的一个重要的潜在因素n 引。从2 0 世 纪7 0 年代，日本及一些西方国家进行了大量的调查研究工作，发现了很多噪 声源和传播规律，以及人对噪声的主观反映方面的数据n7 1 。在此之后，各国相 继做了大量的研究，对铁路噪声有了深刻的认识。到1 9 7 4 年止，国； i - y u 车所 能达到的最好的噪声水平是8 0 9 5 d b a ( 距轨道中心线2 5 m 距地面3 5 m 高， 列车运行速度为1 6 0 k m h 条件下的声压级) n 引。目前在铁路噪声研究方面以欧 洲的一些国家和日本最为突出。尤其铁路发达国家在此项研究上投入了大量的 人力物力，并取得了相应的成果n9 1 。 在欧美国家，铁路噪声己经受到了各国政府、铁路运输部门、高等院校的 高度重视。政府在发布的环境噪声绿皮书中都对铁路噪声给予了充分的叙述， 并组织召开了有关运输系统噪声国际会议( w o r k s h o po i lr a i l w a ya n dt r a c k e d t r a n s i ts y s t e mn o i s e ，简称为i w r n ) ，欧美各国的噪声研究专家都参加这 个大会昭0 。在这个会议上对噪声问题，以及与噪声有关的问题也进行研究。研 究噪声产生的机理以及如何降低铁路噪声的影响( 声与振动产生机制、工具与 技术、降低噪声与振动的措施、人体反应、经济与对策) ，并发表相关的研究 论文和成果乜卜2 3 1 。1 9 8 8 年欧洲铁路研究所( e u r o p e a nr a i l w a yi n s t i t u t e ，简 称e r r i ) 组织来自英国、美国、法国、德国、荷兰等许多欧洲国家的铁路噪声 研究人员，集体开发了一个预测轮轨噪声水平的力学模型及软件t w i n s ( t r a c k w h e e li n t e r a c t i o nn o i s es o f t w a r e ) 乜卜2 7 】。这个软件现在己经得到 大量现场测试的验证，在欧洲已经成为预测轮轨噪声水平、开发减振降噪产品、 指导铁路新线路设计和旧线路改造的主要理论工具馏8 1 。t w i n s 的工作原理和欧 洲科学家d j t h o m p s o n 于上世纪9 0 年代发表的一系列轮轨噪声研究论文中所 西南交通大学工程硕士学位论文第3 页 应用的原理基本一样啪3 。他们都是先将铁路车轮和钢轨分开，进行分别讨论， 再将分析结果综合。其基本原理见图卜l 。 1 9 9 6 年到1 9 9 9 年期间，荷兰、瑞典、西班牙、法国、英国南安普敦大学 声与振动研究所联合起来进行降低货物列车的噪声研究渺3 2 3 。他们的研究内容 是： 1 、对t w i n s 进行改进，使其能考虑轮轨横向轮廓形状的影响； 2 、对轮对建立新的更为准确的噪声辐射模型，并嵌入到t w i n s 中； 3 、优化轮对形状、在轮对上穿孔、加阻尼和安装阻尼器； 4 、研究隔声裙的作用； 5 、降低车辆上部结构的噪声。 车轮不甲顺 不平顺修正 ( 接触滤波) 轮轨不甲顺 不甲顺修正 ( 接触滤波) 快速傅立叶变换il 快速傅立叶变换 车轮频响函数 茧 轮轨接触点 频响函数 二 轨道频响函数 车轮响应 钢轨响应 l 叫 轨枕响应 车轮辐射钢轨辐射轨枕辐射 车轮噪声钢轨噪声 轨枕噪声 总噪声 图卜1t w i n s 软件基本原理 西南交通大学工程硕士学位论文第4 页 德国、荷兰、法国、瑞典、英国钢铁公司和英国南安普敦大学声与振动研 究所联合，从1 9 9 7 年开始到2 0 0 0 年，花费3 7 4 万欧元，研究轮轨噪声的机制， 以及降低噪声的措施b 3 嗡1 。他们的研究内容是： 1 、钢轨不平顺的产生、增长以及钢轨振动及其辐射机制的理论研究； 2 、有关轨垫、轨枕、扣件、钢轨横断面形状参数的优化；增加钢轨阻尼 和给钢轨安装吸振器对轨道噪声的影响； 3 、研究和开发安装在转向架上的隔声裙、低矮的隔声墙，及隔声裙与隔 声墙的配合使用。 上述研究都大量地使用了t w i n s 工具软件。 在法国，法国国营铁路( s n c f ) 己经使用t w i n s 软件对低噪声的基本概念进 行定义，对于速度达到3 5 0 k m h 的高速运输进行了实验验证，并且以此丌发一 些低噪声零件样品口6 1 。 在欧美、日本，对于铁路噪声的研究都取得了相当大的成果，并根据振动 的传播及声音传播过程：车辆、轨道、结构物、基础、地基、建筑物，以及运 动列车与空气之间的摩擦等综合因素，提出了一系列降低铁路噪声的措施： 1 、采用弹性减振车轮； 2 、在车轮轮辐上加装吸声、吸振装置，吸收车轮的振动，将车轮振动的 能量转化为热能的形势传播出去，以减少车轮的振动； 3 、采用盘型制动代替闸瓦制动。闸瓦制动会使踏面周期性的变得粗糙， 甚至会熔接，使踏面出现所谓的波状磨损。采用盘型制动可以减小制动摩擦产 生的车轮踏面不平顺； 4 、采用重长钢轨，降低钢轨的振动，减少车轮在钢轨接缝处的冲击； 5 、在钢轨上加装吸声、减振材料； 6 、打磨车轮踏面、钢轨表面，提高车轮踏面和钢轨表面的光洁度； 7 、钢轨和轨枕采用双弹簧结构，或在结构中直接加厚防振挚。轨枕应采 用弹性的，轨枕下覆盖聚氨醋类弹性发泡体。这与普通枕木比，可减少振动 1 4 1 3 ； 8 、在铁路两侧建立倒“l ”型隔声墙，可减少3 - 4 分贝的噪音，在隔音 墙内侧贴吸音材料，外侧贴隔音材料，利用声音反射、折射及相互干涉的原理 设计隔音墙。 西南交通大学工程硕士学位论文第5 页 9 、在高速车辆的头部采用流线型。流线型头部的动车与普通型头部的动 车相比，头部阻力损失或冲击波影响都大约有3 0 的降低口7 侧。 法国的t g v 、日本的新干线、德国的i c e 都是在研究铁路噪声的基础上兴 建的高速铁路。它们的设计时速可以达到3 5 0 k m h 以上，运行速度最大可以达 到3 0 0 k m h ，而铁路运行噪声相对于从前的低速运行时反而有所降低。埘1 。 1 2 1 国内研究现状 我国对铁路噪声的相关研究最早开始于2 0 世纪6 0 年代，主要调查铁路噪 声对人体的影响；7 0 年代丌始主要致力于铁路主型机车的噪声振动控制：8 0 年代开始制定铁路边界噪声和铁路环境振动标准；9 0 年代结合铁路建设项目 环境噪声预测评价需要，开展对铁路运行噪声传播规律、铁路噪声预测模式、 机车风笛特性及常速铁路噪声振动控制措施等相关内容的研究h0 。近年来，主 要研究高速铁路噪声振动源特性及相关建议标准n 。本文从噪声源、传播途径 及受声点三方面来给出我国铁路噪声振动控制领域的研究进展。 1 2 1 1 噪声源控制 ( 1 ) 机车风笛噪声控制 关于机车风笛噪声控制，目前铁路部门主要从重点城市城区范围内限制机 车鸣笛，制定机车风笛声学性能标准要求以及采用低噪声风笛或强指向风笛等 方面加以研究h 引。 鉴于目前我国铁路噪声源主要为机车鸣笛，2 0 0 1 年国家环保总局和铁道 部联合发布了关于加强铁路噪声污染防治的通知( 环发 2 0 0 1 1 0 8 号) 的 文件后，北京市城八区、上海市城区、广州市城区等我国重点城市铁路部门。 对列车进入城区范围内的机车鸣笛做了严格的限制规定，以最大限度地监守行 车中及站、段、场作业中的鸣笛噪声影响h3 | 。北京市城八区现场测量结果表明， 采取限鸣措施后，铁路边界( 距离铁路外侧轨道中心线3 0 m ) 处的噪声水平下 降3 - - 一5 d b a 。为配合北京市区限鸣措施的实现，预计北京市区内有2 5 个主要铁 路平交道口改为立交道口，需附加投资2 5 亿元；1 2 4 k m 主要铁路线路两侧增 设防护栏，需附加投资1 7 3 6 万元h 。 同时，为了限制机车风笛对环境噪声的影响，铁道部制定了 t b t 3 0 5 1 - 2 0 0 2 机车风笛声学性能技术要求及测量，在该标准中要求机车风 西南交通大学工程硕士学位论文第6 页 笛所发生的频率可由多个频率组成，但应保持谐和，距离风笛轴向3 0 m 处不低 于1 0 7 d b a ，与轴向夹角4 5 。的3 0 m 处不高于9 8 d b a h 别。 与此同时，铁路相关部门正在研制开发谐和式、强指向行机车风笛，目前 产品基本定型h 6 1 。 ( 2 ) 广播系统高音喇叭噪声控制 目前，我国重点城市中的铁路站、段、场列车作业联络信号大部分已有过 去的广播系统高营喇叭联络该为无线通讯联络，站、段、场边界噪声降低了1 3 d b a ，大部分站、段、场边界噪声可满足铁路边界噪声标准限值的要求h 引。 ( 3 ) 列车噪声控制 我国列车噪声控制措施包括采用流线型机车、低噪声转向架、车裙、盘形 制动、减少受电弓数量等，上述综合控制措施，已使列车通过声级降低4 1 0 d b a 4 8 i 。 ( 4 ) 线路噪声控制措施 目前，我国铁路主要干线的线路均采用重型焊接长钢轨及弹性扣件，该项 措施使得铁路边界处噪声水平降低1 - - 一3 d b a ；此外，有关铁路部门正在研制开 发阻尼钢轨，实验室试验阶段已完成，有待现场实际使用验证效果h9 l 。 线路噪声控制中的另一项措施为采用有碴道床，因道碴具有较大的质量和 弹簧减振及吸声作用唧1 。我国实测结果表明，桥梁采用碴道床较无碴道床所引 发的铁路边界处噪声低i - - 3 d b a ；此外，铁科院还研制开发了无碴轨道采用的 弹性减振块，具有一定的减振降噪作用嫡。 1 2 1 2 传播途径控制 ( 1 ) 建筑声屏障 我国铁路路两侧设置声屏障的降噪措施始于9 0 年代中期，主要在广深准 高速铁路、京广线郑州铁一中及京山线北京幸福小区做了部分声屏障声学设 计、材料选择等试验性、示范工程；近年来，在内昆线、京秦线、秦沈线、宝 兰线等主要铁路干线开始了较大规模的声屏障建设。目前，我国铁路干线两侧 已建成的声屏障共计约2 0 k m ，声屏障的形式主要为直立式和折角式两大类， 一般高度为2 5 m ，大部分声屏障采用吸声材料，声影区的降噪效果在3 l o d b a 。预计未来几年我国铁路声屏障的建设将有更大的发展2 1 。声屏障的建 西南交通大学工程硕士学位论文第7 页 筑形式除既有的直立式和折角式两大类外，还将增加全封闭、半封闭等多种声 屏障形式嘞1 。 ( 2 ) 绿化林带建设 铁路两侧绿化林带的建设不仅可有效改善城市生态环境，也可吸收列车运 行噪声嘲1 。根据国发 2 0 0 0 3 1 号“国务院关于进一步推广全国绿色通道建设 的通知”及铁道部铁计 2 0 0 1 1 8 号文关于“转发国务院关于进一步推进全国绿 色通道建设的通知 ，近年来，铁路干线两侧已开始逐步实施绿色通道建设， 至2 0 0 5 年，铁道部投资约1 3 亿元，在全国铁路线路两侧建设近3 万k m 长的 绿化林带，该项措施可降低铁路边界处列车运行噪声i 一- - 2 d b a 。 1 2 1 3 受声点控制 当采取了声源和传播途径的噪声控制措施后，受声点处的声级水平仍达不 到有关标准要求时，或通过技术经济比较采用受声点防护措施优于其他噪声控 制措施时，目前我国部分铁路沿线受铁路噪声影响的敏感建筑，如学校、居民 住宅等也通过合理调整建筑物布局及采用隔声窗措施来满足敏感建筑室内声 学环境的要求娜1 。 1 3 课题的主要研究内容及技术路线 1 3 1 主要研究内容 本文的主要内容包括以下三个方面： ( 1 ) 典型客运站噪声级现状调查及评价 通过对国内典型布局形式的多个大型铁路客运站的主要区域噪声进行了 实地测量，为了确保数据的可靠性，采用了人工读数和计算机自动采集两种方 法，通过对大量的采集数据进行处理分析得到相应的调查结果，包括昼夜间的 等效连续a 声级和统计噪声级等，调查国内外现行相关的城市区域环境噪声和 铁路噪声评价标准、指标和相关文献资料，对测试的铁路客运站的主要区域噪 声进行初步评价，结合我国目前铁路客货车运营情况、铁路客运站噪声现状、 降噪技术条件和管理状况，拟定相应的铁路客运站各区域噪声参考限值。 ( 2 ) 典型客运站噪声特性分析 选取典型的客运站各区域包括站台、候车室及售票厅，利用已有的实测声 西南交通大学工程硕士学位论文第8 页 压时域数据，研究客运站各区域噪声源的组成成分，完成各噪声源的时域变化 特性和频域分布特性等分析工作，计算各种噪声源对合成声级的贡献，从而为 客运站噪声预测及噪声控制提供声学资料。 ( 3 ) 降噪措施研究 在对铁路客运站各种噪声源特性分析的基础上，参考国内外相关文献，对 目前各种铁路噪声源的降噪措施进行归纳总结。利用德国建筑分析软件对铁路 客运站建筑统计声学特性进行初步研究，并分别对典型客运站的站台和候车室 建立了模型，计算了室内统计声学特性主要评价指标一混响时间，为经济合理 布置吸声材料，降低噪声提供了参考。 1 3 2 技术路线 图卜2 技术路线图 西南交通大学工程硕士学位论文第9 页 第2 章铁路客运站噪声级现状调查及评价 2 1 噪声基本概念 2 1 1 声压和声压级 声波在传播时，空气质点将离开平衡位置向左右运动，从而使空气密度产 生稀疏不同的变化，引起空气压力波动而出现压强增量，该压强增量称为声压， 用p 来表示，其基本单位为帕斯卡，即牛顿平方米嫡引。 由于声音的强弱变化和人的听觉范围是非常宽广的，在这样宽广的范围 内，用声压的绝对值来衡量声音的强弱是很不方便的，同时在这样宽广的范围 内，实现具有一定精度的度量也是很困难的嘞1 。为将上述宽广的变化压缩为实 用中容易处理的范围，引入一个成倍比关系的对数量作为声音大小的常用单 位，即声压级。相当于声压p 的声压级，用厶表示，其定义式为： l p = 1 0 l g 乓：2 0 1 9 p ( 2 1 ) p qp o 式中：厶一声压级( d b ) ；p 一有效声压( p 。) ； 尼一基准声压，是频率在1 0 0 0 h z 时的听阈声压，噪声测量中常用 的局值为2 1 0 。5p 。 2 1 2 声强和声强级 声强定义为通过垂直于传播方向的单位面积内的能量流率，用，表示阳1 。 对于在自由声场中传播的平面波和球面波，其声强大小为： ，：堡：p u ：p a ( 2 - 2 ) s p c 式中：矿一声功率( w ) ；s 一面积( m 2 ) ： 尸一有效声压( p 。) ：“一声功率( w ) ； c 一面积( m 2 ) ；p 一空气密度( k g m 3 ) 。 。同声压级相似，相当于声强i 的声强级为： 西南交通大学工程硕士学位论文第10 页 厶= 1 0 l g ( 2 3 ) 0 式中：厶一基准声强，是频率在1 0 0 0 h z 时的听阈声强，其值为1 0 叫2 w m 2 。 2 1 3 声功率和声功率级 所谓声功率就是声源在单位时间内辐射出来的总声能量，用来表示，其 基本单位为瓦【删。如果围绕声源的传播面积为s ，则其定义式为： w=iids(2-4) 同样有声功率级： 小1 0 l g 熹 ( 2 5 ) 式中：膨一基准声功率，其值为1 0 q 2 w 。 2 1 4 计权声级 人耳对于高频声音，特别是对于1 0 0 0 - - 5 0 0 0 h z 的声音比较敏感，而对低 频声音，特别是对l o o h z 以下的可听声不敏感，且频率越低越不敏感，即声压 相同的声音由于频率不同所产生的主观感觉不一样陋。 为了使声音的客观量度和人耳听觉主观感受近似取得一致，在一般测量声 压级的仪器中除能直接测量总声级( 线性档) 外，通常还有a 、b 、c 三档，分 别模拟人耳对4 0 方、7 0 方、1 0 0 方纯音的响应特性设置计权网络，使测量时 接受到的声信号经网络滤波后，按频率获得不同程度的衰减哺刳。 2 2 典型客运站噪声级现状调查 目前对于铁路客运站噪声比较全面地调查研究很少，某些卫生防疫部门对 个别车站所作的工作仅停留在健康性调查层面，也没有相适应的铁路客运站噪 声评价标准出台。本章对国内典型布局形式的多个大型客运站主要区域噪声进 行了测量和评价，典型客运站分别是线侧式布局的南京火车站、成都火车北站， 线上式布局的上海铁路新客站、北京西客站、沈阳北站、郑州火车站，尽头式 布局的重庆火车站旧1 。 西南交通大学工程硕士学位论文第11 页 2 2 1 客运站的选择 我国大型客运站采用的布局形式以线侧式和线上式为主，少量采用尽头 式。线侧式布局是我国大型客站采用的最普遍的的种布局形式。这类布局的 特点是站房及站前广场位于站场轨线的一侧3 1 。它有一条或两条通向中间各站 台的天桥( 或地道) ，作为旅客到中间各站台上车的联系通道以及一条出站地 道。南京客运站、成都火车北站采用的是这种布局方式旧1 。上海铁路新客站是 我国第一个采用线上式布局的大型客站，它总体的布局特点可以概括为：南北 开口，高架候车，上进下出，分散布局阳引。采用这种布局，是根据上海旅客流 量大，行包托运量大，交通车辆多、增长快的状况，在站屋的南北两面，各设 广场和进出口，将大部分候车室( 占候车室总面积的8 2 ) 架设在站场、站 台之上，使各候车室最大限度地靠近相关站台。站屋主楼主要作为候车空间m 6 。 客站其他部分：东、西、北出口厅，东、西行包房，联合售票楼均与主楼分开， 单独设置。北京西站的特点：横跨9 个站台的高架候车大厅，作为旅客进出的 通道，两侧是候车室，下面是站台，站台底下是出站的地下大厅，再下面是预 留的地铁车站，是目前亚洲规模最大的铁路客运车站旧 。郑州客运站则拥有我 国最大的跨线候车室旧1 。由于受到地理条件限制等原因，重庆客运站采用尽头 式站台，铁轨如同射线，一端是截止的，停的都是终到的列车。 由于客运站采用不同的布局形式时，其噪声状况会有不同的特点，因此分 别对线侧式( 南京火车站、成都火车北站) 、线上式( 上海铁路新客站、北京西 客站、沈阳北站、郑州火车站) 和尽头式( 重庆火车站) 布局形式的客运站进行 了噪声级现状调查。 南京站和成都北站虽然同为线侧式布局，但两站的站台雨棚结构完全不 同，成都北站站台上为立柱少，视野开阔，外形简洁美观的雨廊；而南京站采 用的是无立柱雨棚，这种雨棚采用了新的站场设计理念，考虑以人为本，将支 撑车站雨棚的立柱设立在轨道间，在站台上不设立柱。沈阳北站和郑州火车站 也采用的是无立柱雨棚。考虑到两种雨棚具有不同的声学特性，因而对不同的 车站都进行了噪声实地监测。 2 2 2 测试及数据处理 为确保数据的可靠性，采用了人工读数和计算机自动采集两种方法。 西南交通大学工程硕士学位论文第1 2 页 图2 - 1 两种数据读取方法的结果对比 圈2 一l 是以南京站某站台一段时间的测量值为例对两种采集方法得到的 数据演算结果进行对比，其中人工读数为5 秒钟读取一个数据。这段时间的等 效连续a 声级：人工读数结果l e q = 7 6 7 0 d b h ，计算机采集结果l e q = 7 7 1 9 d b a ， 相差小于0 5 0 d b a ，数据显示两种方法基本可以相互验证。当评价噪声对人体 的影响时，不但要考虑该噪声的大小，而且要考虑作用时间。在对非稳态噪声 的大规模调查中，已经证明等效连续a 声级l e q ，与人的主观反应有很好的相 关性。大多数国家的噪声评价标准中，都规定了用该量作为评价指标，因此本 次测量也采用等效连续d 声级作为主要评价指标。 等效连续声级的定义是：某时段内的不稳态噪声的a 声级，用能量平均 的方法，以一个连续不变的a 声级来表示该时段内噪声的声波。用公式表示为： 1，0il l e , q = l o l g 【1 0 d t( 2 6 ) ” 式中：l e q 一等效连续a 声级，d b a ； ，一噪声暴露时间，h 或m i n ； 变化声级的瞬时值，d b a 。 对于等时间间隔取样，若时间划分的段为m 则式( 2 - 6 ) 可写为： l e q = l o l g 拉l o ( z 7 ) 西南交通大学工程硕士学位论文第13 页 由于客运站的铁路环境噪声如街道、住宅区的噪声一样，呈现不规则且大 幅度变动的情况，因此在处理数据时还采用了统计方法。用不同的噪声级出现 的累积概率来表示，即：统计声级如它表示某一月声级，且大于此声级的出 现概率为，本次调查中计算了价k 和厶三个统计量，其中厶。相当于 峰值噪声级，如相当于中值噪声级，厶相当于本底噪声级。对选取的各车站 采集的数据按公式( 2 - 6 ) 进行计算得到l e q 值，同时经过统计计算整理后得到 各车站各测点噪声昼间和夜间的其他各项指标：彳声级背景值( 0 、最大值 ( 厶。) 及统计声级价k 值。 4 月份测试结果详见表2 - 1 至表2 - 4 。 7 月份测试结果详见表2 - 5 至表2 - 8 。 表2 - 1 上海火车站的测试结果 昼问( d b a )夜问( d b a ) 测试地点 l o ol 。 l 。 l i ol s ol g o l 。 l 。l l ( 】l 劬 第五候车室 6 97 7 77 3 1 7 6 7 26 58 1 17 2 7 7 6 7 1 售票厅6 98 2 57 9 18 5 7 l 6 77 4 17 0 67 37 0 6 、7 站台间7 07 9 27 3 97 57 3 1 2 、1 3 站台间问 6 58 8 77 5 47 86 55 58 7 97 4 77 65 5 广场正中 6 47 4 36 9 97 36 76 47 4 56 7 3 7 26 6 表2 2 南京火车站的测试结果 昼问( d b a )夜问( d b a ) 测试地点 l 9 0 l 。l 。l l o l s o l 鲫l 髓xl 。l l i ll f ；0 第4 ，5 站台6 7 98 8 27 7 28 1 17 3 6 候车室 7 1 - l8 0 57 5 o7 7 77 4 36 8 47 8 17 2 27 5 7 7 0 4 售票厅 7 2 28 4 77 9 78 3 67 4 97 2 o7 4 6 7 2 37 3 77 2 3 距站台2 5 米6 9 2 8 9 77 7 2 8 0 27 3 26 6 78 7 67 7 58 2 17 2 o 站台值班室 ( 关门) 6 6 48 1 67 4 57 8 57 2 o 站台值班室 6 9 68 2 77 5 57 8 77 4 o ( 开门) 站下广场6 9 57 4 77 1 47 2 87 1 17 0 47 7 o 7 2 4 7 4 37 2 o 西南交通大学工程硕士学位论文第14 页 表2 - 3 成都火车站的测试结果 昼间( d b a )夜间( d b a ) 测试地点 l k l e q l l ol s ol g o l 。k l 1 1 )l 砷 第一候车室 6 89 07 6 08 07 26 79 28 0 58 77 1 售票厅 7 38 57 5 67 77 56 98 07 4 17 77 3 出站口3 0 米6 28 07 0 17 46 76 38 07 1 97 56 7 进站u 前6 58 06 8 97 26 76 8 58 07 3 o7 57 2 5 广场正中6 0 59 26 9 67 56 2 56 4 46 7 56 5 76 76 5 5 第三站台6 59 07 4 77 97 l5 89 07 2 37 66 7 表2 - 4 重庆火车站的测试结果 昼间( d b a ) 夜间( d b a ) 测试地点 l 9 0 l 。l 即l l o l o l l 。kl l ol 神 火车站广场 5 97 06 1 9 6 5 6 1 5 6 56 65 8 26 4 85 8 1 火车二厅7 07 06 0 97 57 25 6 17 06 1 96 7 26 0 9 售票厅 6 37 76 8 57 16 76 07 16 4 16 7 6 3 总站候车厅7 08 0 7 2 7 7 57 2 3 、4 站台间 6 58 76 8 27 16 55 97 06 1 9 6 5 6 1 表2 - 5 北京西站的测试结果 昼问( d b a ) 夜问( d b a ) 测试地点 l kl 糟 l l l 帅l 。l 洲l l ol 5 0 软席候车室 6 5 8 8 3 17 0 57 0 66 7 56 4 2f 6 66 7 56 9 86 6 4 售票厅 7 2 98 3 67 5 77 9 07 4 36 8 o 7 6 57 0 67 2 57 0 3 西站广场 6 9 97 7 0 67 1 87 3 57 1 36 2 6 6 7 26 3 96 5 26 3 6 1 站台6 9 18 4 47 4 27 6 47 3 3 5 站台7 2 48 6 37 6 77 8 67 5 97 8 78 5 7 8 1 28 2 5 8 1 5 西南交通大学工程硕士学位论文第15 页 表2 - 6 南京火车站的测试结果 昼问( d b a )夜间( d b a ) 测试地点 l 帅l 。l 蛐l l ol 5 0l l 。l ，。l l ol 砷 1 站台 7 0 68 8 57 5 97 8 2 7 3 4 第2 、3 站台 7 1 29 0 27 9 o8 2 67 4 7 候车室 5 6 96 9 36 2 16 6 35 9 56 5 28 0 86 9 97 2 86 7 8 售票厅 7 4 68 6 47 9 58 4 77 6 37 4 67 6 77 3 67 5 37 3 3 广场 7 2 38 6 47 6 37 8 17 4 07 2 37 6 96 8 97 1 36 8 o 表2 - 7 沈阳火车站的测试结果 昼间( d b a )夜问( d b a ) 测试地点 l , okl 柚 l i ol l 帅 l 。 l 帅 l i o l ，o 候车室 7 1 37 6 77 3 27 4 77 3 o 售票厅 7 6 58 1 47 9 28 0 47 9 56 3 47 1 26 7 16 9 36 6 7 广场 6 2 47 4 06 5 36 7 66 4 55 7 16 8 75 9 56 1 65 8 8 第4 站台 6 3 88 7 4 7 4 27 8 o6 8 4 6 4 4 8 6 3 6 9 6 7 0 66 6 4 表2 - 8 郑州火车站的测试结果 昼间( d b a ) 夜间( d b a ) 测试地点 k l 。k乙1 0l 的 l g o l 。l 州l l ol ，j 。 火车站广场 6 2 77 4 16 6 16 8 8 6 5 0 5 7 87 4 76 1 6 6 4 85 9 4 候车室 6 4 37 1 96 8 5 7 0 86 8 4 6 5 2 7 9 17 0 57 4 96 7 1 售票厅6 5 57 1 66 8 26 9 96 8 16 6 57 3 66 8 67 0 66 8 4 1 站台6 4 78 4 46 8 87 0 16 6 16 4 78 6 47 5 67 9 07 4 4 2 3 铁路噪声评价及标准 噪声评价是对各种条件下的噪声做出其对接收者影响的评价，并用可测量 计算的评价指标来表示这种影响程度。噪声评价所涉及的因素很多，它与噪声 的强度、频谱、持续时间、随时间的起伏变化和出现时间等有关；也与人们生 西南交通大学工程硕士学位论文第16 页 活和工作的性质内容和环境条件有关：同时与人的听觉特性和人对噪声的生理 和心理反应有关：还与测量条件、方法、标准化和通有性的考虑等因素有关。 噪声评价的目的就是通过客观测量的表征噪声的物理量，寻找到一些与人的主 观反应相一致的评价量。 铁路噪声标准是铁路工程设计、铁路环境影响评价、铁路环境管理的重要 依据。国内外铁路环境噪声调查研究表明，铁路噪声与城市区域道路交通噪声 对人的影响有所不同，铁路噪声声级较高并且污染时间较短，国内外各个国家 都相应的提出了一些适应本地区的特定标准。 2 3 1 我国铁路噪声相关标准 环境噪声标准主要指城市区域内各功能区的室外环境噪声标准，目的是保 证城市居民正常的生活、学习、工作和休息不受到干扰。环境噪声标准可作为 铁路噪声对周围环境影响程度是否能被公众接受的一个尺度，因而铁路噪声预 测评价和噪声控制的目标值都采用这类标准。我国铁路噪声评价执行铁路边 界噪声限值及其测量方法( g b l 2 5 2 5 - 2 0 0 8 ) 、声环境质量标准 ( g b 3 0 9 6 - 2 0 0 8 ) ，见表2 9 ，2 - 1 0 。对于铁路客运站站台的噪声评价可以参照 地下铁道车站站台噪声限值( g b l 4 2 2 7 - 9 3 ) 。 表2 - 9 铁路边界噪声限值 时间噪声值( d b a ) 昼间7 0 夜间 7 0 表2 - 1 0 声环境质量标准 一忑赢卜j 竺 昼间夜间 功能区类别 0 类5 04 0 1 类5 54 5 2 类 6 05 0 3 类 6 5 5 5 4 a 类7 05 5 4 类 4 b 类7 06 0 ( 注：各类标准适用区域： 西南交通大学工程硕士学位论文第17 页 0 类标准适用区域：疗养区、高级宾馆区和别墅区等特别需要安静的区域。 1 类标准适用区域：居民区、文教区、居民集中区以及机关、事业集中的区域。 2 类标准适用区域：居住、商业与工业混合区，规划商业区。 3 类标准适用区域：规划工业区和业已形成的工业集中地带。 4 类标准适用区域：城市道路中交通干线两侧区域、穿越城区的内河航道两侧区域、穿 越城区的铁路主、次干线和轻轨交通道路两侧区域。) 铁路边界根据铁道部关于铁路两侧隔离带管理舰定为3 0 米。一般来讲， 新建干线比较容易测量，但由于历史原因，许多老铁路在穿越城市时，并没有 3 0 米的隔离带，许多房屋建筑距轨道很近。在这种情况下，如果使用表2 一1 0 的标准，则夜间限值很难达到，如果使用表2 9 的标准则达标是可能的，但对 人的影响很大。确定适用何种标准尚待研究，一般趋向于从保护人的健康，不 受噪声干扰出发应采用区域环境噪声标准。 2 3 2 国外铁路噪声相关标准 国外很多国家根据自己的国情制定了相应的铁路环境噪声评价标准，见表 2 - i l 。还可以参