王翰儒，刘谋凯，韩健，肖新标，李映辉

高速列车120 km/h快速过站时站台及候车厅噪声特性预测分析

王翰儒1,2，刘谋凯2，韩健*,3，肖新标2，李映辉1

（1.西南交通大学 力学与工程学院，四川 成都 610031；2.西南交通大学 牵引动力国家重点实验室，四川 成都 610031；3.西南交通大学 机械工程学院，四川 成都 610031）

针对高速列车过站不停的问题，基于几何声线法，建立了某综合交通枢纽声场特性预测模型，分析了高速列车以120 km/h快速通过该综合交通枢纽时站台和候车厅区域的噪声水平及分布规律，并从传播路径的角度提出降噪措施，结合统计能量方法，分析其降噪效果。得出以下结论：站台区域距离列车最近场点的噪声最为显著，其声压级为96.2 dBA，候车厅区域距离列车横向距离最近，且最靠近站台区域和候车厅区域相通的边缘场点噪声最为显著，其声压级为80.4 dBA，在不采取任何措施情况下，噪声最大值超出了现有的参考标准限值。从传播路径的角度采用四周封闭式双层中空玻璃隔声罩进行了降噪分析，采用优化后隔声罩的站台区域噪声最大场点声压级降低了18 dBA；候车厅区域噪声最大场点声压级降低了21.2 dBA。

过站噪声；高速列车；站台噪声；候车厅噪声；几何声线法

随着我国铁路发展进程不断加快，城市人口规模不断扩大，城市轨道交通基础设施加快建设，综合交通枢纽成为城市内外交通衔接的主要节点，是现代化交通的重要组成部分，且在国内外应用越来越多[1]。高速列车为了确保高效性，缩短列车的旅行时间，存在列车以较快速度通过站台的情况，导致站台和候车厅噪声十分显著，严重影响了候车旅客及工作人员。因此研究高速列车快速过站不停情况下站台及候车厅区域的噪声问题具有非常重要的意义。

刘茜等[2]对我国城市轨道交通3座典型高架车站、8座典型地下车站站台进行噪声测试，其结果表明在高架站台列车进、出站噪声影响分别为78 dBA和79 dBA，在地下车站列车进、出站噪声影响分别为69～78 dBA和68～79 dBA；黄旭炜等[3]以某城市轨道交通车站为研究对象进行声场预测分析，结果表明屏蔽门玻璃贴覆吸音膜降噪措施，降噪主要针对1000 Hz以下的低频噪声，在250～1000 Hz频段内，可降低站台测点噪声1.8～2.4 dBA；李杰等[4]测试了北京地铁2号线和5号线的10个岛式站台噪声，发现10个站台噪声最大值均超过80 dBA；罗锟等[5]通过泰国机场连接线项目噪声预测实例，认为将城市轨道交通按线声源来考虑，并将噪声分解为牵引噪声和轮轨噪声等子噪声源来预测城市轨道交通引起噪声的方法是可行的；辜小安等[6]对高速铁路客运车站进行现场噪声测试，试验表明候车厅内的频率特性与站房结构形式有关，对于高架站房及地下站房，其候车厅内在31.5 Hz处均出现峰值，该峰值频率对应于转向架特征频率，主要源于车辆和轨道系统的耦合振动传递到候车厅内的地面、墙体、梁柱等引起的低频噪声特性。

综上可见，通过试验与仿真分析，主要研究了站台的背景、进出站以及低速通过噪声问题，目前还较缺少针对高速列车开展快速过站情况下的站台及候车厅噪声预测分析。

本文针对高速列车快速通过站台情况，计算和分析具有复杂声学几何边界条件的站台及候车厅的声场特性及其分布规律，并从传播路径角度提出相应的降噪控制措施建议。

1 站台及候车厅噪声建模

为了研究高速列车快速过站的噪声问题，需要分别从高速列车声源建模、站台及候车厅声场建模两方面进行介绍。

1.1 列车模型

以复兴号高速列车为例进行建模。车辆为8节编组，根据声源实际分布情况，将列车声源进行区域划分，如图1所示，包括轮轨噪声、牵引电机及齿轮箱噪声、空调噪声、牵引设备噪声等。列车所施加的噪声源频谱均为实测数据，如图2所示。

图1 列车声源区域划分

1.2 站台及候车区声场模型

该综合交通枢纽共分为三层，B1层为最顶层的商业区，B2层为中间层候车区，B3层为最底层站台区，本文重点分析B2和B3层的声场特性。其中站台层一共7个站台、13个车道，车道和站台长450 m，站台层横截面如图3（a）所示。候车层位于站台层上方，划分为候车厅区域以及镂空区域，镂空区域与站台层相通用框标出，候车厅横截面如图3（b）所示。根据对应结构和材料性质，建立了综合交通枢纽的声学几何边界，如图4所示。

图2 120 km/h列车声源频谱图

图3 站台及候车厅横断面

基于几何声线法对列车快速过站的站台及候车厅区域声场进行预测，通过移动车辆固定场点的方法，获取列车通过站台任意时刻的站台及候车区声场分布规律及其频谱特性。计算模型中，声线数量为4000，声线的最大反射阶数为20次，计算频率范围为100～4000 Hz。

2 列车快速过站声场特性分析

2.1 站台区域声场响应

图5给出了当列车以120 km/h快速通过过站不停车道时B3层整个站台区域的声场云图。

图4 某综合交通枢纽声学几何边界模型图

图5 B3层站台区域噪声响应特性

由图5（a）可知，距离列车过站不停车道越近的站台，其声压级越大，因此选取距离列车所在车道最近的站台进行分析，图5（b）给出了距离列车最近站台，沿着列车纵向前进方向的声场分布规律。在距离过站不停车道最近的站台上，声压级最大为96.2 dBA，在第8个场点后所有的声压级均有下降趋势，其主要原因为从第9个场点开始上空没有吊顶，为镂空区域，列车产生的噪声在该区域直接传至上空与之相通的B2层候车厅区域。

根据GB 50157－2013《地铁设计规范》[7]，地铁过站不停时，其站台噪声限值为80 dBA，尽管目前没有适用于高速列车通过综合交通枢纽过站不停的限值，但可以将已有地铁过站不停的标准作为参考，该站台多数场点声压级均超过参考噪声限值。

为分析图5（b）中站台区域噪声显著的原因，图6给出噪声最大场点的声压级频谱特性，并与列车最显著的噪声源轮轨噪声进行对比。

图6 站台场点频谱图

由图6可知，站台噪声最显著的频段为中心频率为630 Hz的频带，其声压级大小为86.0 dBA，将该最大值下降10 dBA，作为噪声显著的频率区段，主要集中在400～1600 Hz，且由图6中轮轨噪声频谱可知，该频段内站台噪声主要受轮轨噪声影响，由此可见，有效控制轮轨噪声及其传播可有效控制站台噪声

2.2 候车厅区域声场响应

图7给出了当列车以120 km/h速度快速通过过站不停车道时B2层整个候车厅区域的声场云图。由图7（a）可知，在候车厅内与列车过站不停车道横向距离越近，其声压级越大，并且在候车厅内沿列车方向的声压级相比，与镂空区域距离越近，其声压级越大。因此选取距离列车所在车道横向距离最近的候车厅场点进行分析，图7（b）给出了距离列车最近候车厅，沿着列车纵向前进方向的声场分布规律。候车厅区域声压级距离镂空区域越近噪声越大，最大声压级为80.4 dBA；当远离B3层相通的区域，该场点的声压级越小，噪声最小场点声压级为68.8 dBA，原因为当列车在B3层产生噪声时，噪声通过上空与B2层镂空部分传到候车厅区域，使在B2层候车厅区域最接近镂空部分接收到的噪声最大，越往靠近里面区域传播噪声越小。

现阶段药品批发企业的上游来货尚未全部做到发票随货同行，对于上游发票未到的药品，批发企业暂时无法向公立医疗机构销售，有可能会影响部分药品适时到货，特别是临床短缺药品的使用。

图7 B2层候车厅区域噪声响应特性

仍然参考GB 50157－2013《地铁设计规范》对候车厅噪声限值的规定，候车厅区域多数场点声压级超过了参考噪声限值。

同理，为分析图7（b）中候车厅区域噪声显著的原因，图8进一步给出了噪声最大场点的声压级频谱特性，并与站台区噪声进行对比。

由图8可知，站台区频谱特性与候车厅频谱特性基本一致，主要体现在幅值差异上，可见候车厅区域声场大小主要由站台区噪声通过镂空区域传播所导致，控制候车厅区域噪声应该优先从控制源头着手。

图8 站台与候车厅最大响应场点对比

3 降噪措施

综合第2节站台及候车区噪声大小及其分布规律可知，对轮轨噪声和列车所在区域噪声控制，是一种有效的降噪手段。本文从控制传播路径的角度出发，采用在车道两旁修建隔声罩的方式对列车噪声进行隔离控制，列车隔声罩采用四周封闭式，顶板材料为120 mm混凝土外加3 mm不锈钢板，两侧材料为双层中空玻璃，玻璃厚度为5 mm，空气层厚度为2 mm，并且一个隔声罩覆盖两条车道。

由于基于几何声线法的声线无法穿过隔声罩进行外部的声场预测，因此需基于统计能量法首先进行隔声罩插入损失特性预测[8]，进而代入原模型进一步预测声场。首先在隔声罩内表面进行面积划分，隔声罩两侧以1 m×3 m、顶部以2 m×3 m为单元面积；其次通过几何声线法求得列车产生的噪声传播至隔声罩内单元面积上的声功率，运用统计能量法求得顶板与侧板的插入损失，由于隔声罩为封闭状态，因此隔声罩外侧接收点声功率等于内表面声功率与隔声罩插入损失相减[9-10]，如图9所示。

图9 隔声罩引起声功率改变示意图

得出的隔声罩外表面声功率作为声源，同理，列车每移动10 m建立静态模型进行分析，从而得到列车在整个运行过程中对综合交通枢纽的噪声影响水平。安装隔声罩后站台区域声压级云图如图10所示。

图10 隔声罩对站台区域噪声影响

由图10（a）可知，采用隔声罩后，对于站台区域降噪效果明显，但整体声场分布规律与无隔声罩规律相近。选取距离列车所在车道横向最近的站台场点进行分析，图10（b）给出了该站台沿列车前进方向场点分布，站台区域噪声有明显下降，其中离过站不停车道最近的站台噪声声压级最大为78.2 dBA，比无隔声罩工况下噪声降低了18 dBA。满足站台参考噪声限值的要求，通过施加优化后的隔声罩，该区域最大声压级比参考噪声限值小1.8 dBA，满足参考限值的要求，也没有造成经济浪费。

采用隔声罩后，B2层候车厅区域声压级云图如图11所示。

图11 隔声罩对候车厅区域噪声影响

由图11（a）可知，采用隔声罩后，对于候车厅区域降噪效果明显，但整体声场分布规律与无隔声罩规律相近。选取候车厅区域与列车所在车道横向距离最近的场点进行分析，根据候车厅区域沿列车前进方向场点分布，得出候车厅区域声压级，如图11（b）所示。B2层候车厅区域噪声最大值在B3层与B2层相通的边缘处，该声压级为59.2 dBA，比无隔声罩噪声最大值降低了21.2 dBA，增加隔声罩之后，候车厅区域所有场点噪声均满足噪声限值要求。

4 结语

本文通过几何声线法对某综合交通枢纽的站台区域和候车厅区域进行声场预测，当列车以120 km/h快速通过站台区域时，最大声压级位置为最靠近过站不停车道的场点，其大小为96.2 dBA，在上空为镂空没有吊顶的区域，站台区噪声相对较小；候车厅区域最大声压级位置为B3层与B2层相通的边缘位置，其大小为80.4 dBA。站台区域和候车厅区域大部分场点声压级超过规定的限值。

从传播路径的角度提出列车隔声罩作为降噪措施，当列车以120 km/h快速通过站台区域时，最大声压级降低了18 dBA；候车厅区域最大声压级降低了21.2 dBA。

[1]国家发展计划委员会. 国民经济和社会发展第十个五年计划综合交通体系发展重点专项规划[J]. 交通运输系统工程与信息，2001（4）：276-287，315.

[2]刘茜，辜小安，周鹏. 我国城市轨道交通车站站台噪声影响现状[J]. 铁路节能环保与安全卫生，2015，5（6）：247-250.

[3]黄旭炜，周宇，韩延彬，等. 城市轨道交通车站轨行区降噪措施仿真分析[J]. 城市轨道交通研究，2019，22（7）：145-150.

[4]李杰，郭建中，姜亢，等. 北京地铁岛式站台噪声的初步研究[J]. 中国安全生产科学技术，2012，8（8）：153-156.

[5]罗锟，雷晓燕，仲志武. 城市轨道交通噪声预测方法[J]. 城市轨道交通研究，2007（11）：29-32.

[6]辜小安，邵琳，伍向阳，等. 中国高速铁路客运车站内环境噪声影响特性[J]. 铁路节能环保与安全卫生，2017，7（2）：55-58.

[7]GB 50157－2013，地铁设计规范[S].

[8]彭程，徐峰，孙敏，等. 基于整车声传函的声学包评价及应用[J]. 机械，2016，43（6）：42-46.

[9]Wittsten J. Optimization of Train Floors with Acoustic and Structural Constraints[D]. Goteborg：Chalmers University of Technology，2016.

[10]岳译新，林文君，雷挺. 地铁铝合金车体模态和稳定性有限元分析[J]. 机械，2008（4）：20-22.

Forecast Analysis of Noise Characteristics of Platform and Waiting Hall When High-Speed Train Passing Through at 120 km/h

WANG Hanru1,2，LIU Moukai2，HAN Jian3，XIAO Xinbiao2，LI Yinghui1

(1.School of Mechanics and Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China;2.State Key Laboratory of Traction Power, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China;3.School of Mechanical Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China )

Based on the ray tracing method, a comprehensive sound field characteristic prediction model of a transportation hub is established and analyzed while the high-speed train pass through the integrated transportation hub station and waiting hall at 120 km/h, and noise control measures are proposed from the perspective of transmission path. The noise reduction effect is then analyzed based on the statistical energy analysis (SEA) method. The research finds that platform area is the nearest to the trains and the noise is the most significant with sound pressure level 96.2 dBA. The lateral distance between waiting hall and the train is closest, and noise is most significant in interlinked platform sites, with sound pressure level 80.4 dBA. The maximum noise predicted exceeds the reference standard. The noise reduction analysis was carried out with double-layer insulating glass enclosure. After the optimized enclosure was adopted the maximum sound pressure level of noise in the platform area reduced by 18 dBA, and the maximum sound pressure level of noise in the waiting hall area was reduced by 21.2 dBA.

train pass-by noise；high-speed train；platform noise；waiting hall noise；ray tracing method

X827.6；TB533+.2

A

10.3969/j.issn.1006-0316.2020.12.003

1006－0316 (2020) 12－0016－06

2020－05－13

国家自然科学基金（U1934203/U1834201）；中国国家铁路集团有限公司科技研究开发计划项目（N2019G037）；国家重点研发计划战略性国际科技创新合作重点专项（2016YFE0205200）；四川省国际科技创新合作/港澳台科技创新合作项目（2019YFH0131）

王翰儒（1992－），男，北京人，硕士，主要研究方向为高速列车减振降噪。*通讯作者：韩健（1987－），男，辽宁葫芦岛人，博士，助理研究员，主要研究方向为轨道交通减振降噪，E-mail：super_han@126.com。