地铁高架线噪声源及噪声传递计算的细化和改进

侯建鑫 谭 文 曹明华 曾向荣 俞泉瑜

（1.安境迩（上海）科技有限公司，200030，上海；2.广州地铁集团有限公司，510030，广州//第一作者，工程师）

地铁高架线噪声源及噪声传递计算的细化和改进

侯建鑫1谭 文2曹明华2曾向荣1俞泉瑜1

（1.安境迩（上海）科技有限公司，200030，上海；2.广州地铁集团有限公司，510030，广州//第一作者，工程师）

根据地铁高架线噪声主要组成及频谱特性，分析了现有单噪声源及传递计算方法的不足，提出了更符合实际工况的双噪声源及传递计算方法。在此基础上利用CadnaA软件将双声源噪声传递计算方法进一步细化为多源分频噪声源及传递仿真计算模型，为地铁高架线噪声分析及控制提供了新思路。

地铁；高架线；噪声源；噪声传递计算

1 地铁高架线噪声的主要组成及特性

轨道交通在高架线运行时产生的噪声包含了轮轨噪声、车辆动力噪声、集电系统噪声、空气动力噪声及桥梁二次结构噪声等。对速度不超过120 km/h的地铁高架线来说，主要为轮轨噪声和桥梁二次结构噪声。

轮轨噪声产生于梁面以上，主频率约为400～1 000 Hz，遇到障碍物时衰减相对较快。桥梁二次结构噪声沿梁面以上及梁面以下两个方向向外辐射，其中，梁面以上噪声包含轨道结构噪声及梁面二次结构噪声，梁面以下噪声包含梁面、腹板及底板二次结构噪声。桥梁二次结构噪声的主频约为40～200 Hz，衰减相对较慢。地铁高架线噪声典型频谱特性如图1所示。

图1 地铁高架线噪声典型频谱特性示意图

2 现有噪声源强及其传递分析方法的不足

HJ 453—2008《环境影响评价技术导则——轨道交通》将高架线噪声按1个源强考虑，给出了单一列车通过预测点时等效声级LP，A的预测公式：

式中：

LP0——列车最大垂向指向性方向辐射噪声源强，即列车通过时段参考点(距线路中心线7.5 m、轨面以上1.5 m)的等效声级；

C——修正项，包括速度修正、线路和轨道结构的修正、几何发散衰减、空气吸收衰减、地面效应引起的衰减、屏障插入损失、垂向指向性修正、频率计权修正等。

这一方法在具体项目敏感点的噪声传递及控制措施详细分析中主要存在以下问题：

（1）噪声源简化方面：将地铁高架线噪声源强过于简化为单一源强，忽略了不同噪声源的发生部位、量值大小和频谱特性，故计算结果可能与实际噪声传递及分布情况相差较大。

（2）降噪措施效果误差方面：根据式（1），声屏障插入损失完全计入对噪声源的修正。但声屏障实际上主要对梁面以上噪声有效，而对梁面以下（梁板下部、底板、腹板及侧板）噪声无效。此外，梁面以上二次结构噪声频率较低、衍射效应较强，故声屏障对其控制效果有所减弱。

（3）障碍物影响方面：式（1）无法考虑障碍物的影响，环境评估中往往采用经验法进行折减或采用软件进行模拟。但在假定为一个噪声源的情况下，针对千差万别的障碍物，即使采用软件模拟，也会存在较大的偏差。

可见，式（1）可满足项目可研阶段噪声控制投资规模估算的需要，但难以满足项目实施阶段针对具体的敏感点进行噪声预测并采取保护措施的需要。

3 噪声源划分及相应的传递分析公式法

3.1 噪声源的划分

根据上文，高架桥主要噪声源分为梁面以上和梁面以下。声屏障措施主要对梁面以上噪声有效，而轨道减振措施对梁面以上二次结构噪声及梁面以下二次结构噪声均有效。

通过在多个地铁高架线进行实测和拆分，近似得到噪声源强如表1所示。各线路整体道床噪声频谱如图2～5所示。

表1 部分线路的噪声源强

根据测试数据统计，对于混凝土桥梁，一般情况下梁面以上噪声量值均大于梁面以下噪声，但梁面以下噪声主要为低频桥梁二次结构噪声。

梁面以上噪声与梁面以下噪声的大小比例与诸多因素（如线路条件、行车速度、车辆构造、轮轨状态、轨道结构、桥梁类型等）。需积累更多不同工况条件下的实测数据，才能使不同工点的噪声源强赋值更准确。

图2 北京地铁13号线高架线整体道床噪声频谱

图3 北京地铁房山线高架线整体道床噪声频谱

图4 上海轨道交通11号线高架线整体道床噪声频谱

图5 广州地铁4号线高架线整体道床噪声频谱

3.2 二声源噪声传递分析公式

根据梁面以上及梁面以下噪声源的划分，建议对式（1）稍加修改，将原来的1个噪声源改为2个噪声源，并针对具体的敏感点分别进行修正计算后再叠加。修正后的噪声预测计算式为：

则叠加后的噪声源为

利用上述二声源噪声传递计算公式，将各自的修正项区分开来。如C梁面以下中不含声屏障插入损失，而轨道减振措施降噪插入损失在C梁面以上中的量值会低于在C梁面以下中的量值。

表2为二声源与单声源公式计算传递至距离30 m处的噪声值。在采用直立声屏障（假设其降噪插入损失8 dB（A））的情况下，二声源计算得到的叠加噪声为70.2 dB（A）比单声源大2.1 dB（A）。可见单声源公式存在较大的偏差。

表2 二声源与单声源噪声传递计算结果对比 dB（A）

3.3 多源分频组合声源噪声传递仿真计算模型

二声源公式法仍不能很好地体现梁面以上/梁面以下噪声源的位置、分布及发散特性，也无法对复杂桥梁结构、地形或建筑物条件下的噪声绕射、折射等进行计算。所以，为尽量准确地模拟不同地段噪声发生及影响范围内的传递情况，有必要借助软件进行更为仿真的模拟。

借助噪声领域最常用的Cadna/A（Computer Aided Noise Abatement）软件可建立多源分频组合声源噪声传递仿真分析模型见图6。该模型对车辆、轨道、桥梁、建筑、障碍物、地表及噪声控制措施的空间轮廓均进行了仿真模拟，并将轮轨噪声及桥梁二次结构噪声按相应实际发生的部位，并根据实测、计算或类比得到的量值及频谱进行输入。模型中，轮轨噪声分为左右两个线声源，车辆对梁面以上声场的干扰和影响也得到充分体现，桥梁及轨道结构二次结构噪声则按梁面以上和以下表面进行全覆盖模拟。得到的单声源模型及多源分频声源模型仿真计算结果见图7。

由图7可看出，多源分频组合声源模型计算得到的噪声传递情况更符合实际情况。

图6 多源分频组合声源噪声传递仿真计算模型

图7 单声源模型及多源分频声源模型计算结果对比

图8 某高架线断面噪声传递计算值与实测值的对比

图8 为采用多源分频组合声源模型仿真针对某地铁高架断面不同距离及高度的噪声计算值与实测值的对比。由图8可见，测量值与实测值的差异范围仅为0.1～2.8 dB（A），从距离30 m、60 m处的频谱曲线也可看出二者的差异较小。即便差异可能含有测试偶然因素的影响，多源分频组合声源仿真计算模型的计算结果与实测结果的吻合度也仍较高。

4 结语

国内地铁高架线噪声传递预测方法导则的实施时间不长。这几年不断出现一些高架线噪声扰民投诉。可见现有噪声传递计算方法方面存在不足。

在尚无法对地铁高架线各种工况的噪声源进行准确识别的情况下，本文提出的高架线二声源噪声划分及利用利用Cadna/A软件建立的多源分频组合声源噪声传递仿真计算模型，可较好地服务于工程实施阶段绝大部分工况条件下噪声敏感点的噪声影响评估及降噪措施方案的优化选择。当然，这一方法和模型的应用还需要借助更多的噪声测试数据积累作为支撑。

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Refinement and Improvement of Noise Transfer Calculation for Metro Elevated Line

HOU Jianxin，TAN Wen，CAO Minghua，ZENG Xiangrong，YU Quanyu

According to the main composition and spectral characteristics of metro elevated line noise，the shortcomings of current calculation method for single noise source and noise transferare analyzed，a dualnoise source and transfer calculation method is presented which is more realistic for practical engineering.On this basis，the calculation method of dual noise source and noise transfer is further refined into multi-source frequency noise source and transfer simulation model by using the software CadnaA，to provide new ideas of noise analysis and control for metro elevated line.

metro； elevated line； noise source； noise transfer calculation

First-author′s address ANGEL （Shanghai） Technology Co.，Ltd.，200030，Shanghai，China

TB533.2+∶U233

10.16037/j.1007-869x.2017.12.015

2016-03-31）