新型城市軌道交通電磁環境與噪聲測試研究

周 飛

(中鐵磁浮交通投資建設有限公司，武漢 430060)

1 概述

中國城市軌道交通建設進入快速發展階段，并出現了多種新型城市軌道交通制式。新型城市軌道交通目前沒有明確定義，但學者一般公認為軌道結構和車輛外型明顯不同于標準鐵路和常規列車的一類輪軌交通工具，如中低速磁浮.跨座式單軌.空軌.現代有軌電車.智軌.齒軌等都屬于新型城市軌道交通。城市軌道交通建設和運營產生的電磁輻射和噪聲污染等主要環境問題備受公眾關注，特別是噪聲污染對沿線居民.文教.科研院所正常的生活.學習.工作造成很大的影響[1-3]。

城市軌道交通采用磁浮制式時，公眾質疑最多的是電磁輻射的安全性[4-6]，而專業的第三方測試機構GRGT的相關技術專家表示不止是磁懸浮列車，包括各種軌道交通車輛.電子電器等均存在電磁輻射[7]。

城市軌道交通的噪聲污染也是公眾較為關心的主要問題之一，特別是軌道交通大多穿越或位于鬧市區，引起的環境振動與噪聲污染問題日益顯著。國家環保部表示現階段控制城市軌道交通噪聲振動污染已刻不容緩。

為了便于了解和掌握現階段已開通運營新型城市軌道交通項目對周邊環境電磁輻射和噪聲的實際情況，選取新型城市軌道交通中大眾熟知的中低速磁浮.跨座式單軌和現代有軌電車[8-10]3種制式中具有代表性的項目(表1)，開展電磁輻射和噪聲測試，并對測試結果進行對比分析和總結，以獲得一些有價值的結論。

表1 新型軌道交通測試項目統計

2 測試指標和儀器

2.1 測試內容及限值

(1)噪聲

噪聲污染測試指標為聲壓級，單位為分貝，符號為dB。新型城市軌道交通噪聲主要包括車體內噪聲，車站站臺噪聲和區間車輛噪聲。噪聲測試技術要求及限值主要參照現行國家或行業標準[11-13]執行，規定了“新型城市軌道交通的車體內噪聲等效聲級最大容許限值為75 dB，車站站臺的噪聲等效聲級最大容許限值為80 dB”。為便于比較區間車輛噪聲，本次測試選擇在用地邊界位置，目前規范中對用地邊界位置的車輛噪聲限值無明確規定。

(2)電磁輻射

電磁環境測試指標為磁感應強度，磁感應強度也被稱為磁通量密度或磁通密度。在物理學中磁場的強弱使用磁感應強度來表示，磁感應強度越大表示磁感應越強；磁感應強度越小，表示磁感應越弱。國際通用單位為特斯拉，符號為T。

城市軌道交通車體外部空間的磁感應強度限值參照現行國家標準[14]的公眾暴露控制限值要求執行，當電磁頻段為30～2 000 Hz低頻時，公眾暴露控制限值為4.1 μT。常用生活設備的磁感應強度[15-16]見表2，與新型軌道交通列車的磁感應強度限值相當。

表2 常見生活設備低頻交變磁感應強度

2.2 測試儀器

測試儀器采用簡易.便于攜帶的電磁場測試儀.聲級計和測距儀3種設備，測試儀器的型號及技術參數見表3。

表3 測試儀器及其技術參數

3 測試方案

根據車內.站臺和區間3個不同的應用場景，共策劃了3個測試方案：車內測試方案.站臺測試方案和區間測試方案。

3.1 車內測試方案

(1)噪聲測試

選擇1個車站和1個區間為1個測段，共取6個測段，每個測段分別測試車輛行駛工況下噪聲值，車廂內位置隨機選擇，但應避免在同一位置測試。

(2)磁感應強度測試

選擇1個車站和1個區間為1個測段，共取6個測段，每個測段分別測試距離車地板面為0.3m和0.9m的電磁感應強度值，車廂內位置隨機選擇，但應避免在同一位置測試。

3.2 站臺測試方案

(1)噪聲測試

選取測段的6個車站站臺進行測試，測試每個站臺車輛進站或出站時的噪聲值，測試位置為站臺黃線。測試時應遠離人群密集區，避免人聲干擾[17]。

(2)磁感應強度測試

選取測段的6個車站站臺進行測試，測試每個站臺車輛進站或出站時的磁感應強度值，測試位置為站臺黃線，手持設備距離地面1.2 m。測試時應遠離設備房，避免設備房的電磁干擾[18]。

3.3 區間測試方案

(1)噪聲測試

在每個測段內選取1個代表性斷面，共選取6個測試斷面，測試每個斷面車輛通過時的噪聲值。斷面測點布置見圖1，測點位于線路用地邊界位置，手持設備距離地面不小于1.2 m。測試斷面盡量選擇低置區間或橋墩高度較低的高架區間，測點與車輛的距離盡量保持一致，同時盡量選擇環境安靜.且車速較高的區段。

圖1 車體外測試方案斷面示意

(2)電磁感應強度測試

選取6個斷面進行測試，測試每個斷面車輛通過時的電磁感應強度。斷面測點布置見圖1。測試斷面盡量選擇低置區間或橋墩高度較低的高架區間，同時應遠離供電設備.電塔等用電設備，避免電磁干擾。

4 測試結果及分析

4.1 車內測試結果及分析

(1)噪聲測試

列車運行時，車內各測點噪聲測量值分布見圖2。不失一般性，每個項目取各測點噪聲均值(以下相同)進行比較，測試結果表明：長沙磁浮車內環境噪聲相對較小，各測點噪聲測量值均滿足車體內限值75 dB的限值要求，各測點噪聲均值為67.9 dB；重慶單軌和光谷有軌電車車內環境噪聲相對較高，各測點噪聲均值分別為77.5 dB和78.3 dB。

圖2 車內各測點噪聲測量值分布

重慶單軌和光谷有軌電車車內的噪聲測點出現超過75 dB限值的情況，主要是因為無法屏蔽環境噪聲的影響，因此，本次測試結果僅用于反映實際情況，不代表列車通行時實際產生的噪聲不符合相關標準規定。

(2)磁感應強度測試

列車運行時，車內距離地板面0.3 m和0.9 m的測點磁感應強度測量值分布見圖3。

圖3 車內各測點磁感應強度測量值分布

不失一般性，每個項目取各測點磁感應強度均方根值(以下相同)進行比較，見表4。測試結果表明：3個項目車內的磁感應強度相差不大，距離地板面0.3 m處，最大差值為0.92 μT，距離地板面0.9 m處，最大差值為0.76 μT。各測點的磁感應強度測量值均小于公眾暴露控制限值4.1 μT，滿足規范要求。

表4 各測點磁感應強度測量值均方根值 μT

4.2 站臺測試結果及分析

(1)噪聲測試

列車進站或出站時，站臺各測點噪聲測量值分布見圖4。測試結果表明：3個項目站臺噪聲相差不大，各測點噪聲測量值均滿足80 dB限值要求；長沙磁浮快線站臺環境噪聲相對略小，各測點噪聲測量值的均值為72.6 dB；重慶單軌3號線和武漢光谷有軌電車L2線站臺環境噪聲相對略高，各測點噪聲測量值的均值分別為77.8 dB和78.6 dB。

圖4 站臺各測點噪聲測量值分布

(2)磁感應強度測試

列車進站或出站時，站臺測點磁感應強度測量值分布見圖5。測試結果表明：3個項目各測點磁感應強度測量值均小于公眾暴露控制限值4.1 μT，滿足規范要求；長沙磁浮快線站臺磁感應強度測量值相對略高，各測點磁感應強度測量值的均方根值為2.16 μT；重慶單軌3號線和武漢光谷有軌電車L2線站臺磁感應強度相對略低，各測點磁感應強度測量值的均方根值分別為0.65 μT和0.46 μT。

圖5 站臺各測點磁感應強度測量值分布

長沙磁浮快線站臺磁感應強度測量值相對略高，主要是由于磁浮列車進站制動和出站加速時，電流大幅增加所致，磁浮列車在站臺靜浮時，各測點磁感應強度測量值的均方根值僅為0.12 μT。

4.3 區間測試結果及分析

(1)噪聲測試

列車通過時，3個項目在區間用地紅線位置的各測點噪聲測量值分布見圖6。測試結果表明：3個項目區間噪聲相差不大；長沙磁浮快線站臺噪聲相對略小，各測點噪聲測量值的均值為78.2 dB；重慶單軌3號線和武漢光谷有軌電車L2線站臺環境噪聲相對略高，各測點噪聲均值分別為79.5 dB和78.8 dB。

圖6 區間各測點磁感應強度測量值分布

(2)磁感應強度測試

列車通過時，3個項目在區間用地紅線位置的各測點磁感應強度測量值分布見圖7。測試結果表明：3個項目區間紅線位置的磁感應強度相差不大，均小于公眾暴露控制限值4.1 μT，滿足規范要求；長沙磁浮快線和重慶單軌3號線在區間紅線位置的磁感應強度測量值均方根值分別為0.41 μT和0.45 μT；武漢光谷有軌電車L2線在區間紅線位置的磁感應強度測量值均方根值為0.12 μT。

圖7 區間各測點磁感應強度測量值分布

4.4 存在問題說明

本次測試設備存在一定的局限性，測試過程中無法屏蔽外部環境中電磁場和噪聲的影響。特別是區域內無線基站.供電設備等電磁場的影響，城市公路交通.客流.施工等噪聲的影響。此外，測試數據的取舍也存在一定的人為因素，且列車運營狀態，如車速.加速.減速等對測試結果也產生影響[10]。

雖然測試點的選擇均位于上述外部環境影響較小的區域，但外部環境仍存在干擾。測試3種制式的外部條件，如測試人員.測試設備.測點選取等基本一致，因此，不同項目間的測試結果具有一定的可比性，測試結果仍具有一定的參考價值。

本次測試僅以低頻電磁場作為研究對象，主要用于測試直線電機.供電等低頻設備的電磁場[19]，未對通信.信號等高頻電磁場進行測試[20]，這是由于不同制式的通信.信號設備基本相同，其電磁場也基本相當。

5 結論

通過選取新型城市軌道交通中的長沙磁浮快線.重慶單軌3號線，以及武漢光谷有軌電車L2線3個項目，進行電磁輻射和噪聲進行現場測試和對比分析研究，測試結果及結論如下。

(1)各測點的磁感應強度測量值均小于限值4.1 μT，測量值均方根值最大為2.26 μT(測點位置為光谷電車車內距地板面0.3 m處)，這與家庭使用的電器設備磁感應強度相當。

(2)站臺的磁感應強度，長沙磁浮快線相對略高，均方根值為2.16 μT，重慶單軌3號線和武漢光谷有軌電車L2線站臺相對略低，均方根值分別為0.65 μT和0.46 μT。

(3)3個項目車內和區間的磁感應強度相差不大。車內均方根值為1.34～2.26 μT(距地板面0.3 m)和0.94～1.72 μT(距地板面0.9 m)，區間均方根值為0.12～0.45 μT。

(4)長沙磁浮快線車內噪聲相對較小，噪聲均值為67.9 dB，乘坐體驗較好；重慶單軌3號線和光谷有軌電車L2線噪聲相對較高，噪聲均值分別為77.5 dB和78.3 dB，乘坐體驗略差。

(5)3個項目站臺和區間噪聲相差不大。站臺噪聲均值為72.6～78.6 dB，區間噪聲均值78.2～79.5 dB。其中長沙磁浮噪聲略低，考慮其車速最快，說明其控噪性能表現更為優異。

綜上所述，中低速磁浮交通，跨座式單軌.現代有軌電車均存在電磁輻射現象，但輻射強度相差不大，與家庭使用的電器設備電磁輻射強度相當，均滿足規范對公眾暴露控制限值要求。因此，大眾無需擔心或質疑電磁輻射的安全性。列車對環境噪聲的影響，中低速磁浮交通與跨座式單軌和現代有軌電車相比，表現更為優異，乘坐體驗較好，對周邊環境噪聲影響相對較小。