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作者： 郝铄综合报道 来源： 发布时间：2016-9-14 15:41:24
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城市轨道交通系统在给人们生产生活带来无尽的便利时，也在逐渐成为新的噪声和振动源。特别是在密集的生活住宅区、商业中心和工业区，轨道交通体系已经造成了令人不可忽视的振动和噪声污染。
随着车速的不断提高，交通密度的持续增加，荷载不断加大，车辆（公路、铁路、地铁等）与结构（桥梁、隧道、房屋等）的相互作用问题日益凸现出来。高速行驶的列车对结构物产生动力的冲击作用，影响其使用寿命；而结构的振动反过来也影响车辆的平稳性和安全性。
特别是随着人们对生活质量要求的日益提高，噪声和振动所造成的困扰越来越引起公众的关注。此外, 科研机构、高科技生产企业、医院等单位日常使用的高精密仪器对周围环境振动的敏感程度也日益增加，这也对新的振动源的设防提出了更高的要求。因此，控制轨道交通的振动和噪声对环境的污染，已经成为环境保护领域亟待研究和解决的重要问题。
德国、法国、英国等国经过多年的研究与实践经验，已经成为轨道交通减振降噪，以及建筑、工业设备中高端振动操纵领域的国际典范。
为了研究轨道交通的振动噪声及治理技术，在过去十年间，欧洲国家开展了多个大型科研项目，包括欧洲钢轨研究院（ERRI）承担的旨在降噪优化货车车轮和轨道的OFWHAT项目，法国开展的降低高速铁路车辆和轨道噪声的MONA、RONA和VONA项目，还有欧盟的“silent Freight silent track”项目等。
例如，欧盟的一项旨在降低城市区域交通噪声的系统性研究项目“silence”，就集合了交通运营、铁路工业和科研机构共计15家单位，共同致力于研发降低交通噪声的基础设施技术与测试方法，并取得了很多研究成果。
德国：于实践中提升
在西欧旅行，当汽车行驶在高速公路上时，最大的感受就是路边绵延无尽的绿色和随处可见的各种形式的噪声防护墙。
逐渐走向统一的欧盟由于经济发展水平的差异和语言、文化背景及风俗习惯的不同，噪声污染防治工作也参差不齐。总体上讲，西欧好于东欧，北欧好于南欧。德国、英国、比利时等国在噪声污染防治方面位于欧盟国家的前列。
经过多年的努力，德国的噪声污染防治工作在工业噪声源的防治方面取得了巨大的成效。从上世纪70年代起，交通噪声污染逐渐取代了工业噪声污染，列噪声影响的首位。而其中，公路交通和飞机噪声列前两位。
与其它高度工业化且人口密集的国家一样，在德国，人们随时随处都能感受到噪声的干扰。目前在德国，约70%的居民认为受到了公路交通噪声的侵害。
为此，德国政府在制定城市和交通规划时，首先顾及的一个重要方面就是振动与噪声问题。他们出台了《联邦噪声污染防治法》等法案，采取了“使用低噪声设备者可以获得优惠”等行政管理手段。同时，在技术措施方面，德国从声源处入手，采用低噪声发动机、改变发动机运行状态、安装发动机隔声箱等措施；在传播路径上采取防噪墙、隔声窗等措施，并对受害人进行听力防护或补偿。
德国柏林的中央车站位于施普雷河河畔，毗邻德国总理府和议会大厦，是柏林的交通枢纽。因其体形巨大，造型轻巧别致，已成为柏林继帝国议会大厦和勃兰登堡门后的第三座地标型建筑。
为了减少振动的影响，车站内线路均采用无砟轨道，钢轨下面铺设缓冲垫，在道床下铺设了弹簧功用的减振层。缓冲垫能减少钢轨对混凝土道床的冲击，同时也能防止钢轨断裂；减振层能有效降低列车运行振动对车站结构的影响。
为降低铁路噪音影响，车站在无砟轨道上方的轨道两侧和中间铺设了一层吸音板，用于吸收列车运行噪音。线路两边都设有隔音墙，可以将列车的轮轨噪音限定在单独的空间内。吸音板一方面可以减轻声波的反射，同时也能吸附列车制动时产生的铁屑。为防止列车在站内发生脱轨翻车，设计人员还在靠近站台的钢轨旁加装了防侧翻钢轨。
在德国，许多线路的轨道上都安装了钢轨阻尼器，用以降低地铁车辆的轮轨振动辐射噪声。德国的ICE高铁列车的车轮上就安装了一种调谐共振阻尼器，能有效地降低车轮振动辐射噪声，降噪效果可达5~8dB。
在德国诸多减振降噪措施中，弹性车轮是其中比较典型的代表。弹性车轮不仅能降低轨道车辆振动与噪声，提升车辆运行品质，延长车辆使用寿命，还可以减小轮轨间的冲击与磨耗，降低轨道损坏与大地振动传递率。
德国曾在第一代ICE1型高速列车上采用过弹性车轮，但1998年，由慕尼黑开往汉堡的ICE发生了脱轨惨剧，造成了重大的人员伤亡。尽管出现了这一特大事故,但研究人员指出，不能因此断言弹性车轮不适用于城市轻轨车辆。相反，应投入更多的精力去研究，使其成为一种安全有效的轨道车辆车轮形式。
而在弹性车轮的研制中较为著名的则是德国波鸿交通技术有限公司生产的Bochum 54、Bochum 84型弹性车轮和瑞典生产的SAB型弹性车轮。
Bochum 84型弹性车轮依据Bochum 54的设计原理改进而成，由轮毂、轮心、弹性元件及可卸环组成，其中压环与轮心是锥形压装配合。轮心上设有注油孔，用高压油泵注入高压油即可拆卸。
SAB型弹性车轮轮心与轮毅的弹性连接采用许多圆柱状垫块，钢轨对走行部分的作用传递都通过橡胶进而传向车体，因其能降低轮轨通过小曲线时的尖啸声而得到广泛应用。但SAB型弹性车轮在工作过程中曾出现过螺栓松动的情况，因此德国专利提出了一种改进方法，即取消螺栓连接，在轮心和压环之间使用锁紧定位环定位橡胶元件和轮毂。
法英：研产兼顾
轨道交通噪声通常具有宽带特性，频率范围在0.0Hz~60kHz之间，其中对环境影响大的频率在0.1Hz~1.0kHz范围内。因此，不同的国家分别采用不同的技术进行减振降噪。
一些工业发达国家，特别是高速铁路技术先进的国家，如以德国和法国为代表的欧洲国家，经过长时间的实践，均已取得了成功的经验。
法国的轻轨车轮中镶有一层弹性硬橡胶，轨道下设有弹性垫层，因而车辆运行平稳。当列车以70公里/小时的速度行驶时，车厢内噪声只有68dB。
轨道结构主要由钢轨、扣件及轨下基础组成。根据振动理论，轮轨之间的振动噪声与轨道各部件的质量、刚度以及结构阻尼密切相关。
弹性支承块式无碴道床轨道是一种低振动（LV）轨道结构。一些国家采用的支承块式混凝土整体道床，由于只有扣件弹性垫板一个减振环节，其减振效果并不理想。
但如在扣件垫板和支承块下各设置一层橡胶垫，便能大大降低轨道整体支承刚度，显著提高轨道的减振降噪性能。该种结构能使轮轨动力在钢轨上经过分配后传到轨下胶垫得到第一次减振，再经过支承块传到其下的胶垫进行第二次减振。这样，振动的高频成分及其幅值在得到了相当的衰减后才传递给基础。
该技术应用在了法国巴黎的地铁线上。由于这几条地铁线会通过在巴士底狱的新歌剧院，歌剧院方面认为地铁车辆的噪声和振动会对剧场的演出产生影响。为此，巴黎地铁公司进行了研究和试验，并会同歌剧院、巴黎声学研究所共同进行了现场测试。试验证明，在轨枕底部加了一层橡胶垫后，噪声和振动情况得到了明显改善。
1994~1996年间，法国通过实施MONA、RONA和VONA科研项目，针对高速铁路车辆（TGV）和轨道噪声问题研发了多种降噪技术，对TGV高铁车轮形状进行了优化设计，在150公里/小时运行速度下实测降噪3dB。同时还研制了车轮动力吸振器和车轮隔声屏，两种降噪产品组合使用时降噪效果可达10dB，效果非常明显。
在英国，声学与振动实力最强的当属英国南安普顿大学旗下——声和振动研究所（ISVR）。多年来，该研究所结合航空、运输等多方面的发展，专注于声和振动领域的一切研究，在西欧、美国具有很大影响。
自1975年以来，以Richards教授为首的工业机械噪声组开展了机械噪声控制的基本理论及其应用的研究，在机械噪声控制的一般原则、高损耗因子结构的理论和实验、统计能量分析在机械噪声控制中的应用等基础理论研究方面取得了重大突破性成果。这些成果成功解决了实际中的工业机械噪声问题，如冲床噪声、落锤噪声、矿用机械噪声、压缩机噪声和发动机罩噪声等。
在轨道交通噪声治理方面，英国的研究起步很早。早在上世纪80年代，约束阻尼层技术就已经成功用于轨道车辆曲线啸叫噪声的降低，降噪效果可达到3dB。
此外，英国也非常注重有源控制技术的研究。这项技术主要用于控制低频振动噪声，与传统的无源噪声控制方式互补性极强，具有低频范围效果好、体积小、对被控系统物理特性影响小、安装设计方便，能适应未知扰动，以及系统和结构参数不确定性等优点，为控制低频噪声开辟了一个新的发展方向，成为振动噪声控制领域的研究热点。
作为“机敏”级攻击型潜艇的主要设计研发单位，英国BAE系统公司在2008年1月与谢菲尔德大学正式签署为期 5 年的合作协议，成立了主动控制研究中心（CRAC），就提高潜艇的声隐身能力联合开展技术研发。
目前，该研究中心的研究主要集中在选择性阻尼、智能弹簧支座、六自由度主动支座等方面，通过主动阻尼技术、主被动联合控制方式的单自由度隔振装置，和主动隔振技术的创新与改进，促进新型减振降噪技术的研究。■
《科学新闻》 (科学新闻2016年7月刊 前沿视点)
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