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都市快轨交通· 第

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（文章标题一般不超过 20 字，作者署名宜在 3 人以内；基金项目请提供名称、编号及证明；摘要和关键词格式另见说明）

直线电机轮轨交通系统的环境影响及对策

招 阳 1 魏庆朝 1 张国保 2

(1.北京交通大学 北京 100044；2.同济大学 上海 200092)

摘 要 直线电机轮轨交通系统对环境的影响与传统轮轨系统相比， 有较大的差别。 从电磁污染、 噪声、 振动、能耗、视觉效果等方面，分析了直线电机轮轨交通系统对环境的影响因素，„„ 提出了降低环 境影响的相关措施,„„ 关键词 直线电机 轨道交通 环境影响„(3~8 条)

Environmental Impact of Linear Motor Propulsion System for Rail Transit and Its Control Measures

Zhao yang 1 Wei Qingchao1 Feng Yawei2

(1．Institu te o f Transpo rta tion and Environ men t, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044； 2．College of Traffic and Transportation Engineering,Tongji University, Shanghai 200092） Abstract: The environmental impact of linear motor propulsion rail transit system is different from that of traditional wheel-track rail transit system. The influential factors of this new system on the environment are analyzed from the aspects of electromagnetic pollution, noise, vibration, energy consumption and visual effects and some control suggestions are proposed.„ Key words: linear motor; rail transit; environmental impact; „

1 发展概况（简要说明研究（或项目）的背景）

直线电机轮轨交通系统的出现为城市轨道交通开 辟了一条新的途径， 它是 21 世纪无人驾驶全自动轮轨 交通系统的发展方向。图 1 是用在加拿大温哥华 SkyTrain 上的直线电机轮轨交通系统，表 1 列出了线 性直线电机在世界轨道交通中的应用情况。

（图表在文章中要有简要叙述，并有相应的序号和标题）

表 1 直线电机轮轨交通在世界轨道交通中的应用情况

线路名称 加拿大温哥华 SkyTrain 加拿大多伦多 Scarborough 线 马来西亚吉隆坡 PUTRA 系统 美国底特律 DPM 系统 美国纽约肯尼迪机场线 日本大阪市营地铁 7 线 日本东京都营地铁 12 号线 日本神户市营地铁海岸线 日本横滨市营地铁 4 号线 日本福冈市营地铁 3 号线 开通时间/年 1986 1985 1998 1987 2003 1990 1991 2002 2000 预计 2006 线路长度/km 51 6.4 29.4 4.8 13 15 38.7 7.9 首期 13 12.7

在我国，已采用和拟采用直线电机轮轨交通系统 的线路有广州地铁 4、5 号线以及规划中的北京机场

图 1 SkyTrain 上的直线电机轮轨交通系统 作者简介：招阳，女，在读硕士研究生，从事新型轨道交 通线路设计理论与技术的研究， [email protected]

魏庆朝，男，教授，博士生导师。

线。广州地铁 4 号线琶洲塔-新造试验段已经于 2004 年底开工建设，5 号线一期滘口-蟹山段将于 2006 年 底开工。 2010 年， 到 这两条采用直线电机牵引的线路

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将竣工投付使用。北京首都机场线也采用直线电机牵 引方式，该线以东直门交通枢纽为起点，终点是首都 机场，全长 22.5 km。 直线电机轮轨交通系统作为城市现代化的交通运 输工具，与其它轨道交通相比，非常适合大中城市大 中等运量交通发展的要求。但由于城市轨道交通的工 程特点，其在诸多方面会对环境产生影响，本文将从 电磁污染、噪声、振动、能耗和视觉影响几个方面分 析直线电机轮轨交通环境影响问题， 并提出相关措施。

造成的火花放电包含很宽的频谱，对沿线造成宽频带 的射频电磁干扰。上海地铁在不同频率情况下测得场 强为 86.5～108.5 dB(  V/m)之间。 直线电机电磁污染对人体健康的潜在影响目前还 不十分清楚，因此一般设计中是根据惯例，采取一些 保守的办法。根据国际规定，电磁辐射居民暴露界限 值在 0.1～3MHz 频率范围内的电场强度为 40V/m,即 152dB(  V/m);在 3～30 MHz 频率范围内的电场强度 为 60V/m， 152～142 dB(  V/m)； 30～300 MHz 即 在 频率范围内的电场强度为 142 dB(  V/m)。直线电机 轨道交通电磁辐射标准远低于国际值，几乎不会造成 电磁污染，符合《电磁辐射防护》 （GB8702－88）免 于管理的规定。 而对电子通信设备的电磁干扰则情况比较复杂。 对大多数通信技术和有线电视来说，这个磁场基本无 影响；对电视接收，主要决定于被评价地点的电视信 号电磁辐射的强度与该处干扰场强的比值；而平行的 电话线路受这种磁场影响较大。 直线电机的电磁影响实际上可以分成电场和磁 场两方面来看。电场的干扰比较容易处理，比如在电 话线路外部或内部进行屏蔽即可。对于磁场的影响， 由于直线电机的磁通量泄漏主要出现在气隙，因此应 采取有效的措施控制气隙高度，如采用凸轮型支架悬 挂于车体，利用这种支架调整补偿车轮直径的变化。 另外，还可以在沿线设备设置良好的接地，并在穿越 敏感目标区域的路段加大密度设置接地设施。变电站 采用钢筋混凝土结构，窗户玻璃夹衬金属丝网，主变 压器外壳采取良好的接地措施。同时，确保规划红线 控制距离，以此减缓直线电机列车在运营中对轨道两 侧敏感目标的电磁辐射影响。

2 电磁污染

电力驱动的交通系统中，在所有电动设备附近都 会产生电磁场。这种电磁场会对人类健康有一定的潜 在影响，还会对交通线路沿线的

通讯和铁路信号电缆 产生电磁干扰 (electromagnetic interference，EMI)。 直线电机轮轨交通系统采用了短定子直线异步电 机感应技术，它的强磁场存在于车辆直线电机和反力 板之间的间隙处。其对环境的影响包括上面所说的电 磁干扰以及来自于从气隙处泄漏的磁通量。由于气隙 很小（一般为 10mm 左右） ，磁通量的泄漏量也很小， 电磁污染强度非常低。虽然实测磁浮铁路磁场作用于 人体的磁场强度是很小的，但是为满足人们对生活水 平日益提高的要求，电磁污染已经引起广泛的关注。 对于工程设计人员，应充分考虑直线电机轮轨交通系 统在日常运营及特殊紧急情况下的电磁辐射问题。 从辐射源方面来看，直线电机轮轨交通系统的电 磁污染主要来自以下几方面。 1） 牵引供电系统 由交流降压后，整流转换成母线电压，在整流器上完 成交直流转换过程中出现的高次谐振波向外电磁辐 射。在上海地铁牵引变电所整流屏测得电磁辐射的电 磁 噪 声 场 强 ， 与 频 率 成 反 比 ， 其 值 为 31.8 ～ 57dB(  V/m)，而且有车比无车时辐射场强高 4dB。 2） 供电电源系统 地铁专用的高压系统的线路及有关设施，如主变 压器、开关及母线等。由于电压高，电流大，持续向 周围空间辐射电磁能量。广州地铁对主变压器机房进 行测量，测得最大工频场强为 6.3V/m，大部分为 5.8V/m。 3）受电弓与接触网 列车在运行中，受电弓与接触网产生瞬间离线，

3 噪声影响

直线电机铁路噪声主要来源主要有三类。一是站 内加速和制动引起噪声，当列车到达一定速度后这种 噪声将会消失。主要噪声来源是轮轨间接触关系即轮 轨间几何外形决定的轮轨间噪声和车辆在道岔区产生 的噪声。由于驱动系统没有任何旋转部分，其运行噪 声可以维持在很低的水平，此外使用了径向转向架， 在曲线时轮轴始终处于曲线径向位置，因而减少轮轨 的磨损和消除噪声。图 2 为空中列车噪声水平，可见 直线电机列车可使噪音水平降至 70dB 以下， 比普通地 铁降低 10dB 左右。

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运输噪音范围 82 76 85 66 78 74 82 84 92 88 87 105

通系统高架基础采用桩基时，由列车运行引起的地面 振动和位移、速度、加速度均比平基时小许多，且桩 基时地面振动随距线路距离增加而衰减的速度也较平 基时大。桥梁采用了不同基础导致沿线建筑不同楼层 的振动响应也有所不同，采用浅平基础时高楼层的响 应比低层的剧烈，采用桩基时各楼层的差别较小。直 线电机轮轨交通在高架桥上无碴轨道结构是通过扣件 直接把钢轨与混凝土桥面连接起来，桥梁与列车相互 作用可能加大振

动作用。但直线电机车体较轻、各种 车型轮径在 585～660 mm，有效降低了簧下质量，所 以直线电机铁路较普通轻轨而言，车辆对轨下基础动 力作用应该较轻。针对这样的特点，研究人员已经提 出多种减小振动影响的措施，并已经付诸实际。 总之，直线电机轮轨交通系统是低振动系统，列 车在轨面上正常运行时，车体的横向、纵向和垂向振 动加速度不超过 0.1g ，振动速度频率在 0.1～50Hz。 在 1～40Hz 的 1/3 倍频带范围内测量的加速度总持时 不会超过 1h，符合 ISO2631 标准的舒适感降低界限。

柴油卡车 高速铁路 柴油公交 汽车 calgary 轻轨 1987年空中列车

76 70 1991年空中列车 设置声屏障的 66 70 空中列车 60 65 70 75 80

85

90

95 100 105

以80公里/小时的速度运行时15米处A声级分贝值（DB(A)）

图 2 温哥华空中列车噪声水平

3.1 采用浮置板轨道结构

由于直线电机轮轨系统噪声低、振动小，故一般 地段线路把整体式道床或在钢轨下加弹性垫板直接铺 设在高架桥的梁板上， 均可满足环境噪声水平的要求。 在线路靠近学校、医院等噪声、振动敏感区时，可以 采用浮置板道床结构。浮置板轨道是新建地铁中常用 的轨道结构形式之一，其结构是在轨道板与走行轨之 间设置弹性垫层，通过隔振作用减弱列车运行时带来 的地面及结构物的振动。刚弹簧浮置板道床的减振降 噪效果最为明显，达 25dB～40dB，但造价昂贵、施 工难度大， 可在进行环境评价及工程造价分析后选用。

3.2 采用径向转向架

由于车体使用迫导向转向架，在列车通过曲线时 轮轴处于曲线径向位置，噪声和轮轨磨耗等性能指标 也大大降低。

5 结语

综上所述，直线电机轮轨交通系统作为现代化城 市轨道交通的一种新技术，对环境的影响比传统城市 轨道交通模式要小，是目前较为理想的城市轨道交通 运输方式。 为使这种代表 21 世纪城市轨道交通发展方 向的交通方式具有更广泛的发展前景，工程技术人员 应充分考虑各方面因素， 减小系统对环境的负面影响。 参考文献 （请作者提供5～10个）

[1] 魏庆朝， 孔永健． 磁悬浮铁路[M]．北京： 中国科技出版社， 2003． （专著 [M]）

3.3 采用特殊车轮

降低车轮噪声的措施较多，最新研制了一种“无 噪声”车轮将吸声材料直接加在车轮上或是设在车轮 内部以达到降噪效果。此外还可考虑采用弹性车轮， 列车在直线段运行时，弹性车轮可降低噪声 2dB，当 列车经过曲线段时弹性车轮的降噪效果更为明显。温 哥华 MKⅠ直线电机车辆采用了弹性车轮。

[2] 魏庆朝， 冯雅薇， 施翃． 直线电机交通模式及技术经济特性 [J]． 都市快轨交通， 2004， 17(1)． （

发表在期刊中的文章 [J]） [3] 孙传亮． 青岛地铁一期工程拟采用的行车组织运营方式介绍 [C]//降低地铁造价及工程建设管理等若干问题的研究论 文集． 北京， 2003： 368-37． （发表在论文集中的文章 [C]） [4] GB 50157―2003 地铁设计规范[S]．北京：中国计划出版 社,2003． （技术标准 [S]）

3.4 采用先进的制动方式

踏面制动不可避免地增加车轮接触面的粗糙度， 从而使噪声进一步增加。 直线电机车辆采用再生制动、 液力盘式制动，可使制动方式引起的噪声非常小。

4 振动影响

直线电机车辆对轨道冲击作用产生振动，通过结 构（桥梁墩台、轨道、轨道梁）传递，诱发二次振动。 振动强度的主要影响因素有列车速度、车重、桥 上轨道特性、桥梁形式和基础类型、桥梁的跨度、刚 度、挠度、桥梁支座类型和减振性能、梁缝等。其中 桥梁基础类型对地面振动影响较大，直线电机轮轨交

[5] 铁道第三勘查设计院．南京地铁 1 号线运营管理模式研究 报告[R]．南京，2002． （研究报告[R]）

[6] 南京地下铁道有限责任公司.南京地铁 1 号线一期工程招标 文件[G]．南京，2003． （招标文件 [G]）

[7] Black（姓全称） A（名首字母） ．Urban mass transportationlanning[M]．New York：McGraw-Hill Inc.，1995． （英文专著 [M]）