北京首都機場快軌線降噪方案研究

朱 玲

（北京城市快軌建設管理有限公司，100027，北京∥高級工程師）

北京首都機場快軌工程是連接北京市區與首都機場的快速客運專線，主要服務于航空旅客，兼顧接送機場客流，提供市中心區至首都機場“點對點”的快速運輸服務。該線于2008年7月19日北京奧運會前開通試運營。在2008年的北京奧運會和國慶黃金周期間，日開行列車144對，高峰日客運量達到21 833人次，整體系統設備經受住了大客流考驗。該線為舒解北京市區至首都機場通路運輸能力的緊張狀況起到了重要作用。

北京首都機場快軌線路的車輛采用先進的直線電機系統技術，列車的最高運行速度可達110km／h，具有爬坡能力強、運行平穩舒適等特點；信號系統采用全自動控制系統，可實現自動駕駛。機場快軌線路在東直門站東側最小曲線半徑為160m，在北皋下穿機場高速公路，兩端的最大縱坡為35‰。這樣的線路特點更能體現出直線電機列車的優勢。由于建設工期緊，該線車輛的直線電機關鍵技術設備采用國外進口，整車由國內廠商供貨。但由于車輛自身設備與軌道、信號等專業之間存在諸多接口，且均為首次配合使用，使得直線電機列車運行噪聲低的優勢在機場快軌中未得到充分體現；甚至在驗收時，車輛噪聲值也未達到采購合同規定的要求，致使機場快軌整體系統雖達到了開通試運營條件，但未通過國家環保部的環評驗收。因此，深入研究首都機場快軌線車輛運行噪聲產生的原因，提出科學的、具可操作性的解決方案并盡快實施，已顯得日益重要。

1 機場快軌列車運行噪聲源分析

針對列車運行噪聲問題，本文作者組織車輛供貨商和相關設計、施工單位進行了跟蹤研究，逐項分析研究列車運行的噪聲源。列車運行噪聲主要集中在3個方面：直線電機運轉產生的渦流噪聲，車輪與輪軌的摩擦噪聲，第三軌與列車受流器的摩擦噪聲。

直線電機列車采用“磁力驅動”技術，具有運行時振動小、噪聲低等特點，是技術相對成熟、客運量適應性強的車輛模式。但在機場快軌線列車運行中，發現列車在設備零件配置方面存在一些不足，比較突出的是：作為技術總負責的國外供貨商其所提供滑靴的材質為鑄鐵合成材料，而三軌導流面為不銹鋼材質。根據供貨商提供的資料顯示，鑄鐵滑靴的硬度為277HB，三軌的硬度為165HB。因為三軌的全線長度為28km，遠遠大于和它接觸的受流器滑靴的長度（每列車單側累加長度約為160mm×8＝1.2m）。從等壽命角度分析認為上述數據是合適的，但經過一段時間的試運營發現，在列車運行時，由于三軌與受流器的摩擦力增大，增加了摩擦噪聲，同時還將使三軌的使用壽命大大縮短，致使運營維護成本增加。

2 車輛降噪方案研究

考慮到機場快軌線列車運行仍在磨合期，且受流器摩擦產生的噪聲針對敏感點超標等問題，提出了將列車受流器的材質由鑄鐵材料更換為碳合金材料的改造方案，以降低列車運行時輪軌摩擦所產生的噪聲影響。經充分征求專家意見，于2008年10月30日啟動了車輛受流器國產化研制改造試驗工作。

2.1 受流器滑靴國產化研制及應用試驗

試驗時間為2008年10月30日—2009年2月14日。為了保證滑靴國產化試驗的順利進行，在試驗中采取了“先試制，再小批量，最后大批量”的原則。現場試驗過程已經完成了3個試驗階段：

（1）試制階段——碳金屬滑靴現場試驗觀察階段。碳金屬滑靴的生產廠家根據國產化研制的要求，提供了3種材質共10塊碳金屬滑靴。從2008年10月30日到2008年11月28日，安裝碳金屬滑靴的快軌列車共運行15 140km。根據現場的試驗結果，選取3種材質之中碳磨耗最小且磨耗均勻的碳金屬滑靴作為下一階段的試驗滑靴；同時需要將碳金屬滑靴的邊緣更改為輕緩的坡面，以減少與三軌接觸瞬間的撞擊力。

（2）小批量階段——整列車碳滑靴的正式試驗階段。廠家根據第一階段的試驗結果，一次性提供了16塊碳金屬滑靴（整列車的碳金屬滑靴數量）。從2008年12月18日到2009年2月18日，安裝碳金屬滑靴的快軌列車共運行26 950km，受流靴平均磨耗為10mm，而其最大允許磨耗為15mm。由此推算，車輛每運行約4萬km需要更換一次受流靴。

（3）列車運行噪聲試驗，在機場快軌上行區間的9個測量點測量更換受流器前后的噪聲。受流器更換前后噪聲比較如圖1所示。

圖1 受流器更換前后噪聲比較

2.2 試驗結論

（1）車輛采用碳金屬滑靴后可減少對三軌的磨耗，延長三軌的使用壽命和更換周期，但將增加受流滑靴的更換頻率和更換成本。

（2）車輛采用碳金屬滑靴后減少了車輛運行時滑靴與三軌間的噪聲。從試驗結果看，在更換滑靴后，動態車內平均噪聲值較少約2.5dB（A）左右。

3 技術改造方案和實施效果

在2009年，建設單位、車輛供貨商進行了更換列車受流器材質的多方案比選，最后確定由高質量、低摩擦力的碳合金受流器取代產生較大摩擦力的鑄鐵受流器；2010年5月初受流器全部更換完畢，隨后同驗收單位一起進行了敏感點現場踏勘和噪聲監測。

自2008年至今，在機場快軌沿線共進行了3次敏感點的噪聲監測：2008年，在機場快軌竣工前進行了第一次監測；2009年10月，對2008年重點監測的3處敏感點進行了跟蹤現狀監測；列車受流器更換后，在2010年5月20日—24日連續4天按照監測規范要求，分別對列車外、車廂內進行了聲源監測，對3處敏感點進行了復測。

3.1 車內噪聲監測

2008年，機場快軌列車在同一路段的運行速度為75～90km／h，車廂內的噪聲值為78～82dB（A）。2010年測得的結果為：列車通過高架橋路段時，列車時速為80～95km／h，在車廂內中心線、距離地面高1.5m處監測的噪聲值為78.1～81.5dB（A）。對比數據顯示，更換碳合金受流器后，車廂內噪聲降低了0.9～3.9dB（A）。

3.2 車外聲源監測

（1）監測點位。2010年對列車聲源的監測點位和縱向距離仍選在2008年竣工環保驗收調查中選取的位置，位于李天路北側，樁號為K17＋750處。該路段機動車車流量很少，測點場地相對平坦，點位與地鐵高架橋高差為10m。2個點位距軌道邊界距離分別7.5m和30m，傳聲器距離地面垂直距離為1.2m。在這樣的檢測點位所測得的監測數據與2008年的監測數據具有可比性。

（2）監測方法。使用積分式聲級計，2臺AWA6270＋AB同步監測，動態范圍是30～110 dB。測量方法遵循GB／T 14623—1993《城市區域環境噪聲測量方法》及GB 12525—1990《鐵路邊界噪聲限值及其測量方法》，監測時間是2010年5月22日10：00。噪聲源監測為4列列車通過時的累計值（每列車通過時間10～13s）。

（3）監測結果對比。列車噪聲源強監測結果對比見表1。

表1 列車噪聲源強監測結果對比表

在2010年的測值中，當列車以85～89km／h行駛時，距高架軌道邊界7.5m處的噪聲修正值為72.1dB（A），超過GB 12525—1990《鐵路邊界噪聲限值及其測量方法》晝間70dB（A）、夜間70dB（A）的標準限值2.1dB（A）；距高架軌道邊界30m處的噪聲修正值為65.1dB（A），低于 GB 12525—1990《鐵路邊界噪聲限值及其測量方法》晝間70dB（A）、夜間70dB（A）的限值。

對比2008年的監測結果：碳合金受流器更換后，距軌道邊界7.5m處的降噪效果為6.3dB（A），距軌道邊界30m處的降噪效果為4.0dB（A），說明碳合金材質受流器比更換前使用的鑄鐵受流器產生的摩擦噪聲小，能夠相對改善列車噪聲的影響。

3.3 公眾意見補充調查

列車受流器更換后，調查組于2010年6月6日對噪聲影響相對大的敏感地區居民進行了公眾意見回訪調查，采取逐戶發放問卷的形式。去除家中無人和拒絕接受回訪的人員外，實際共發放問卷30份，回收問卷29份，問卷有效率為97%。

（1）在本次調查的29戶居民中，有89.6%的居民認為受地鐵噪聲影響最大，58.6%的居民認為受汽車噪聲影響大，27.5%的居民認為受飛機噪聲影響大，其余選擇了社會噪聲一項。

（2）20.6%的居民認為白天受噪聲影響最大，34.4%的居民認為22：00到次日6：00受噪聲影響最突出，44.8%的居民認為全天受噪聲影響都很嚴重。

（3）6.9%的居民對機場快軌線的環保工作表示滿意，41.3%的居民表示基本滿意，51.8%的居民表示不滿意。

通過以上分析得出，該地區小時等效聲級雖仍然超標，但其超標因素主要由公路機動車噪聲及快軌線運行噪聲等外界多種聲源影響所造成的，從列車運行噪聲和小時等效聲級對背景的增量以及快軌線聲源對比分析可以看出，列車受流器的更換對沿線特別是敏感地區的噪聲起到了一定的作用。

4 結語

至2010年5月，北京首都機場快軌線上運營的9列列車全部完成了列車車門和受流器滑靴的國產化改造。2011年8月，北京首都機場快軌線通過了國家環保部環評驗收。建議相關部門對機場快軌沿線敏感點地區加強監測，跟蹤了解列車運行噪聲情況，為今后的車輛技術改造和增設環保設施提供依據。

［1］ 朱玲.北京機場快軌建設運營方案研究［J］.世界軌道交通，2008（12）：53.

［2］ 朱玲.首都機場快軌航空服務樓功能定位和實施方案研究［J］.空運商務，2009（17）：11.

［3］ 北京東直門機場快速軌道有限公司，中國科學院電工所，長春軌道客車股份有限公司，等.新型非粘著節電型直線電機軌道系統關鍵技術研究［R］.北京：北京東直門機場快速軌道有限公司，2009.

［4］ 北京東直門機場快速軌道有限公司，北京嘉和綠洲環保技術投資有限公司.北京市軌道交通首都機場線工程竣工環境保護驗收調查報告［R］.北京：北京東直門機場快速軌道有限公司，2010.

［5］ 北京東直門機場快速軌道有限公司，長春軌道客車股份有限公司.北京機場快軌直線電機車輛國產化技術方案［R］.北京：北京東直門機場快速軌道有限公司，2011.