74 鄭 國 雄 陳 誠 源 捷 運 噪 音 及 減 噪 相 關 管 制 與 技 術 深 耕 一 前 言 捷 運 系 統 具 備 快 速 便 捷 舒 適 等 優 點, 為 近 代 低 碳 載 具 的 代 表 作 之 一, 惟 其 存 在 的 噪 音 若 未 適 切 妥 處, 一 旦 演 變 成 噪

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1 捷 運 技 術 半 年 刊 第 46 期 73 捷 運 噪 音 及 減 噪 相 關 管 制 與 技 術 深 耕 1 鄭 國 雄 摘 要 2 陳 誠 源 捷 運 系 統 具 備 快 速 便 捷 舒 適 等 優 點, 為 近 代 低 碳 載 具 的 代 表 作 之 一, 惟 其 存 在 的 噪 音 若 未 適 切 妥 處, 一 旦 演 變 成 噪 音 公 害, 將 成 為 沿 線 居 民 揮 之 不 去 的 夢 魘 臺 北 市 政 府 捷 運 工 程 局 形 塑 三 階 段 路 網 圖 中, 目 前 第 二 階 段 執 行 路 線 如 環 狀 線 ( 第 一 階 段 ) 萬 大 - 中 和 - 樹 林 線 ( 第 一 期 工 程 ), 以 及 第 三 階 段 規 劃 中 路 線, 無 可 避 免 需 採 取 50m 以 下 小 轉 彎 半 徑 和 5% 以 上 大 坡 度, 這 些 路 線 若 採 用 了 鋼 軌 鋼 輪 系 統, 未 來 營 運 將 會 面 臨 嚴 厲 考 驗 為 此, 本 局 在 99 年 針 對 日 本 德 國 及 義 大 利 之 車 輪 製 造 商 與 國 外 捷 運 系 統, 採 用 減 振 車 輪 設 計 之 情 形 與 降 低 噪 音 之 成 效, 派 員 出 國 考 察 了 解, 俾 便 現 行 契 約 的 執 行 及 未 來 路 線 相 關 契 約 的 修 訂 本 文 將 從 貫 穿 捷 運 噪 音 與 環 保 法 規, 探 討 各 項 主 動 與 被 動 減 噪 措 施, 在 兼 顧 環 保 與 經 濟 的 原 則 下, 試 圖 提 出 較 佳 減 噪 方 案 關 鍵 詞 : 噪 音 標 準 滾 動 噪 音 尖 銳 噪 音 彈 性 車 輪 阻 尼 車 輪 DORTS Application of Advanced Technology to MRT Noise Control Kuo-Hsiung Cheng 1 Chung-Yuan Chen 2 Abstract Featuring rapidity, convenience, and comfort the MRT system is a typical modern form of low-carbon transportation. However, if the noise generated by passing trains is not managed well, it can easily become environmental pollution, and could be a recurring nightmare for residents living along the routes. On the Taipei MRT network, routes currently under construction such as the Circular line Phase I, Wanda-Zhonghe-Shulin line Phase I, and other planned routes, trains will inevitably need to take sharp curves with a radius of less than 50 m and negotiate steep grades with an incline of more than 5%. Should the steel rail/wheel mode be adopted for the abovementioned routes, serious criticism and complaints against train noise would certainly arise upon the commencement of commercial service. In 2010 DORTS sent a study group to visit wheel manufacturers and MRT systems in Japan, Germany, and Italy with the hope of collecting valuable reference material for the contracts currently being implemented and amending related contracts for future routes. This article aims to propose appropriate noise reduction solutions based on the applicable noise regulations and explore various active and passive noise reduction measures when consideration is given to both environmental protection and economic concerns. Keywords: noise criteria, rolling noise, squeal noise, resilient wheel, damped wheel 1 2 臺 北 市 政 府 捷 運 工 程 局 副 局 長 臺 北 市 政 府 捷 運 工 程 局 土 木 建 築 設 計 處 課 長 [email protected] [email protected]

2 74 鄭 國 雄 陳 誠 源 捷 運 噪 音 及 減 噪 相 關 管 制 與 技 術 深 耕 一 前 言 捷 運 系 統 具 備 快 速 便 捷 舒 適 等 優 點, 為 近 代 低 碳 載 具 的 代 表 作 之 一, 惟 其 存 在 的 噪 音 若 未 適 切 妥 處, 一 旦 演 變 成 噪 音 公 害, 將 成 為 沿 線 居 民 揮 之 不 去 的 夢 魘 民 國 85 捷 運 木 柵 線 86 年 捷 運 淡 水 線 相 繼 通 車, 開 啟 臺 北 都 會 區 交 通 新 紀 元, 同 時 也 考 驗 環 保 與 捷 運 之 間, 相 互 在 對 立 中 各 自 努 力 發 展 與 深 耕 的 年 代, 共 同 期 許 以 縮 短 政 府 與 民 眾 在 噪 音 議 題 上 的 鴻 溝 其 後, 十 多 年 來 陸 續 通 車 的 捷 運 路 線 均 在 地 面 以 下, 前 述 噪 音 問 題 未 再 進 一 步 發 酵, 但 地 下 段 振 動 問 題 則 逐 漸 浮 上 檯 面 雖 然, 環 保 署 迄 今 遲 未 針 對 振 動 或 振 動 衍 生 的 結 構 噪 音 訂 定 管 制 標 準, 但 本 局 在 與 民 眾 長 期 互 動 的 基 礎 下, 經 由 99 年 蘆 洲 線 通 車 驗 證 結 果, 浮 動 式 道 床 軌 道 應 足 以 處 理 捷 運 行 駛 所 產 生 的 振 動 對 鄰 近 建 物 的 影 響 後 續 捷 運 在 噪 音 振 動 領 域 的 發 展 上, 將 專 注 於 電 聯 車 行 駛 之 噪 音 處 理, 可 預 期 所 面 對 的 問 題, 將 更 為 嚴 苛 在 捷 運 規 劃 之 前, 都 市 往 往 早 已 成 型, 為 牽 就 於 現 地 發 展, 首 先 面 臨 到 道 路 寬 度 不 足 與 接 續 道 路 轉 折 過 巨, 為 避 免 拆 除 或 穿 越 鄰 近 建 物, 迫 使 捷 運 路 線 採 取 小 彎 道 急 曲 線 陡 坡 小 號 道 岔 頻 剎 車 等 不 利 條 件 進 行 規 劃 設 計, 所 衍 生 出 的 噪 音 問 題, 亟 需 減 噪 技 術 的 強 化 臺 北 市 政 府 捷 運 工 程 局 ( 以 下 簡 稱 本 局 ) 形 塑 三 階 段 路 網 圖 中, 目 前 第 二 階 段 執 行 路 線 如 環 狀 線 ( 第 一 階 段 ) 萬 大 - 中 和 - 樹 林 線 ( 第 一 期 工 程 ), 以 及 第 三 階 段 規 劃 中 路 線, 無 可 避 免 需 採 取 50m 以 下 小 轉 彎 半 徑 和 5% 以 上 大 坡 度, 這 些 路 線 若 採 用 了 鋼 軌 鋼 輪 系 統, 未 來 營 運 將 會 面 臨 嚴 厲 考 驗 因 此, 捷 運 規 劃 建 設 階 段 須 妥 為 因 應 處 理, 避 免 衍 生 造 成 環 境 公 害, 積 發 民 怨 環 保 署 在 99 年 1 月 21 日 頒 布 陸 上 運 輸 系 統 管 制 標 準, 針 對 捷 運 行 駛 的 噪 音 作 完 整 的 規 範, 彌 補 之 前 環 境 音 量 標 準 的 不 足, 同 時 呼 應 外 界 殷 切 的 要 求, 新 增 最 大 音 量 之 管 制 標 準 惟 民 眾 心 中 衡 量 的 標 準, 即 不 是 環 保 署 所 訂 的 噪 音 管 制 標 準, 亦 非 工 程 界 引 用 的 設 計 準 則, 民 眾 一 旦 能 明 顯 分 辨 出 捷 運 行 駛 的 聲 音, 就 直 覺 認 定 捷 運 噪 音 太 大, 而 提 出 陳 情 或 表 達 不 滿 面 對 此 種 強 烈 主 觀 意 識 的 標 準, 惟 有 在 符 合 環 保 法 規 的 前 提 下, 逐 步 提 升 減 噪 措 施, 讓 民 眾 充 分 感 受 到 系 統 進 步 與 改 善 的 誠 意 民 眾 環 保 意 識 高 漲 的 今 天, 國 內 公 共 工 程 環 評 審 查 日 趨 嚴 謹 國 內 過 去 由 海 洋 大 學 許 榮 均 教 授 針 對 捷 運 台 鐵 和 高 鐵 有 關 軌 道 振 動 與 噪 音 方 面 進 行 相 當 完 整 的 研 究 本 局 在 99 年 針 對 日 本 德 國 及 義 大 利 之 車 輪 製 造 商 與 國 外 捷 運 系 統, 採 用 減 振 車 輪 設 計 之 情 形 與 降 低 噪 音 之 成 效, 派 員 出 國 考 察 了 解, 俾 便 現 行 契 約 的 執 行 及 未 來 路 線 相 關 契 約 的 修 訂 本 文 將 從 貫 穿 捷 運 噪 音 與 環 保 法 規, 探 討 各 項 主 動 與 被 動 減 噪 措 施, 在 兼 顧 環 保 與 經 濟 的 原 則 下, 試 圖 提 出 較 佳 減 噪 方 案 二 捷 運 噪 音 行 銷 是 最 佳 政 策 管 理 的 平 台, 成 功 行 銷 的 思 維 在 於 以 顧 客 導 向 負 面 用 辭 的 捷 運 噪 音, 代 表 著 顧 客 存 有 不 滿 意 度, 問 題 是 顧 客 是 誰? 不 滿 意 是 什 麼? 乘 客 搭 乘 捷 運, 抱 怨 車 廂 噪 音 太 大 ; 沿 線 居 民, 為 捷 運 行 駛 產 生 的 噪 音 感 到 不 滿 ; 駕 駛 員 執 勤 期 間, 無 法 忍 受 駕 駛 室 高 分 貝 的 環 境 不 同 的 顧 客, 關 注 的 捷 運 噪 音 項 目 並 不 相 同, 所 採 取 的 有 效 減 噪 措 施 亦 互 異 在 探 討 減 噪 措 施 之 前, 有 必 要 對 捷 運 噪 音 源 予 以 分 類 說 明 另 外, 後 續 探 討 的 減 噪 措 施, 幾 乎 是 因 應 列 車 行 駛 產 生 的 輪 軌 噪 音 而 發 展, 因 此, 了 解 輪 軌

3 捷 運 技 術 半 年 刊 第 46 期 75 噪 音 產 生 的 機 構, 是 構 思 減 噪 方 案 或 擬 定 減 噪 措 施 所 不 可 或 缺 的 ( 一 ) 捷 運 噪 音 源 1. 車 輛 設 備 電 聯 車 車 載 設 備 在 運 轉 時 均 會 發 生 噪 音, 其 中 較 可 能 構 成 顧 客 抱 怨 的 音 源, 包 括 馬 達 冷 卻 系 統 空 壓 機 等 各 種 設 備 均 為 複 雜 之 電 機 機 構, 查 捷 運 機 電 系 統 廠 商 在 設 計 階 段 進 行 噪 音 分 析 時, 預 估 各 項 設 備 在 近 距 離 的 最 大 噪 音 位 準 節 錄 如 下 : (1) 空 調 和 空 壓 機 為 80dB(A) (2) 電 控 設 備 為 86dB(A) (3) 馬 達 在 低 速 運 行 為 86dB(A) 減 速 齒 輪 為 80dB(A) (4) 馬 達 在 高 速 運 轉 為 103dB(A) 減 速 齒 輪 為 97dB(A) 駕 駛 員 或 乘 客 在 車 廂 內 近 距 離 與 前 述 各 項 設 備 相 處, 駕 駛 員 抱 怨 駕 駛 室 為 高 分 貝 工 作 場 所, 乘 客 抱 怨 車 廂 內 噪 音 太 大, 無 疑 是 反 應 系 統 仍 有 改 善 空 間 2. 輪 軌 噪 音 電 聯 車 行 駛 產 生 的 噪 音 除 其 設 備 的 固 有 音 源 外, 當 列 車 車 速 提 高 時, 該 部 分 音 量 也 會 隨 之 增 加 ; 惟 因 列 車 運 行 衍 生 的 輪 軌 噪 音 位 準 極 速 上 升, 往 往 高 於 設 備 噪 音, 而 使 輪 軌 噪 音 成 為 主 控 音 源 ; 尤 其 是 驅 動 馬 達 靜 音 性 能 的 提 升 及 設 備 噪 音 防 治 的 強 化, 將 使 得 輪 軌 噪 音 成 為 捷 運 噪 音 防 制 的 重 點 ( 圖 1A 1B) Remington, 1979 FTA, 1995 圖 1A 道 碴 道 床 噪 音 位 準 與 車 速 之 關 係 輪 軌 狀 況 良 好 普 通 接 頭 非 靜 音 馬 達 圖 1B 無 道 碴 道 床 噪 音 位 準 與 車 速 之 關 係 輪 軌 狀 況 良 好 CWR 靜 音 馬 達 輪 軌 噪 音 起 因 於 電 聯 車 運 行 在 軌 道 上, 車 輪 與 鋼 軌 彼 此 接 觸 振 動, 引 發 輪 軌 介 面 之 週 期 性 振 動, 造 成 車 輪 鋼 軌 扣 件 及 軌 道 承 托 系 統 產 生 輻 射 噪 音 理 想 情 況, 車 輪 與 鋼 軌 不 接 觸, 就 無 輪 軌 噪 音 ; 務 實 是 期 望 輪 軌 接 觸 面 平 順, 俾 便 將 輪 軌 噪 音 降 至 最 低, 但 往 往 是 輪 軌 接 觸 面 的 不 平 順 鋼 軌 的 不 連 續 或 輪 軌 不 正 常 的 接 觸 行 為 等, 而 使 得 輪 軌 噪 音 成 為 亟 需 改 善 的 音 源 茲 將 輪 軌 噪 音 歸 類 為 四 項, 分 項 說 明 如 下 (1) 滾 動 噪 音 (Rolling noise) 不 考 慮 車 輪 或 鋼 軌 表 面 缺 陷 不 平, 例 如 鋼 軌 接 頭 或 車 輪 扁 疤 (Wheel flat) 等 情 況 下, 列 車 在 直 線 上 行 駛 所 產 生 的 噪 音 稱 為 滾 動 噪 音 Remington, 1988 滾 動 噪 音 主 要 是 由 於 車 輪 或 鋼 軌 表 面 粗 糙 度 所 造 成, 平 直 段 滾 動 噪 音 主 要 頻 率 範 圍 在 250~2000Hz 波 狀 磨 耗 是 指 車 輪 或 鋼 軌 表 面 出 現 相 當 規 律 且 連 續 性 的 明 波 峰 與 暗 波 谷 的 現 象, 此 種 嚴 重 性 的 表 面 不 平 順, 將 使 滾 動 噪 音 位 準 大 幅 增 加 一 旦 鋼 軌 出 現 波 狀 磨 耗, 其 將 成 為 主 控 音 源 另 波 狀 磨 耗 為 不 可 回 復 性, 即 使 利 用 鋼 軌 研 磨 予 以 消

4 76 鄭 國 雄 陳 誠 源 捷 運 噪 音 及 減 噪 相 關 管 制 與 技 術 深 耕 除, 一 段 時 間 後, 波 狀 磨 耗 仍 會 重 覆 發 生 (2) 尖 銳 噪 音 (Squeal noise) 列 車 行 經 彎 道 時, 轉 向 架 前 導 之 內 側 車 輪, 會 在 鋼 軌 踏 頂 產 生 黏 著 與 滑 行 (Stick-slip) 交 替 之 週 期 性 橫 向 振 盪, 並 激 發 車 輪 面 外 運 動 (Out-ofplane motion) 共 振 現 象, 進 而 輻 射 產 生 高 頻 尖 銳 噪 音 尖 銳 噪 音 主 要 頻 率 範 圍 在 1000~5000Hz, 也 是 人 耳 最 敏 感 的 頻 率 範 圍, 其 音 量 甚 至 比 滾 動 噪 音 大 20dB(A) 文 獻 記 載, 經 由 實 際 觀 察 與 記 綠, 尖 銳 噪 音 通 常 發 生 在 半 徑 小 於 100 倍 轉 向 架 固 定 軸 距 的 彎 道 處 Rudd, 1976 惟 以 都 會 區 捷 運 系 統 的 特 性, 此 一 條 件 若 要 滿 足, 勢 必 造 成 路 線 大 量 穿 越 建 物 之 上 方 或 下 方, 因 此, 自 1970 年 代 開 始, 尖 銳 噪 音 機 構 的 建 立 及 其 相 關 減 噪 措 施, 一 直 在 持 續 發 展 中 (3) 輪 緣 摩 擦 噪 音 (Flanging noise) 輪 緣 摩 擦 噪 音 是 當 列 車 行 經 彎 道 時, 彎 道 外 側 車 輪 輪 緣 與 鋼 軌 摩 擦 而 產 生 之 噪 音 輪 緣 摩 擦 噪 音 主 要 頻 率 範 圍 在 5000Hz 以 上 (4) 撞 擊 噪 音 (Impact noise) 衝 擊 噪 音 主 要 是 由 於 鋼 軌 接 頭 軌 距 線 不 連 續 性 ( 如 道 岔 橫 渡 線 ) 或 車 輪 扁 疤 造 成 車 輪 對 鋼 軌 產 生 垂 直 的 衝 擊, 導 致 輪 軌 受 強 制 性 振 動 而 輻 射 噪 音 由 於 衝 擊 近 似 剛 體 運 動 行 為, 主 要 發 生 頻 率 很 低, 約 在 50~250Hz ( 二 ) 輪 軌 噪 音 機 構 理 論 或 數 值 分 析 預 測 輪 軌 噪 音 所 引 用 的 各 種 機 構 模 態 (Models) 如 雙 音 源 模 態 (TWINS) 等, 並 不 在 本 文 探 討 範 圍 這 裡 所 謂 輪 軌 噪 音 機 構, 是 指 輪 軌 接 觸 行 為 時, 車 輪 如 何 運 動? 鋼 軌 如 何 運 動? 由 於 輪 軌 各 自 運 動 的 結 果, 週 遭 空 氣 受 到 擾 動, 因 而 輻 射 噪 音 經 由 了 解 輪 軌 噪 音 機 構, 俾 便 後 續 減 噪 措 施 之 探 討 (1) 車 輪 列 車 在 鋼 軌 上 運 行, 車 輪 輻 射 噪 音 的 行 為 包 括 垂 向 運 動 縱 向 滾 動 縱 向 滑 行 縱 向 蠕 滑 (creepage) 橫 向 滑 行 橫 向 蠕 滑 及 輪 緣 磨 擦 等 車 輪 呈 中 空 圓 形 近 似 平 板 形 狀, 內 圓 與 車 軸 固 鎖, 外 圓 與 鋼 軌 接 觸, 為 降 低 轉 向 架 之 簧 下 質 量, 車 輪 質 量 需 適 當 減 少, 衍 生 輪 腹 (web) 成 為 車 輪 厚 度 最 小 處 A. 垂 向 運 動 縱 向 滾 動 縱 向 滑 行 及 縱 向 蠕 滑 : 車 輛 運 動 行 為 基 本 上 以 面 內 運 動 (In-plane motion) 為 主 由 於 面 內 運 動 的 彎 曲 勁 度 相 當 高, 行 為 近 似 剛 體 運 動, 不 易 造 成 高 幅 射 噪 音 B. 橫 向 滑 行 及 橫 向 蠕 滑 : 車 輛 運 動 行 為 基 本 上 以 面 外 運 動 為 主, 一 般 是 以 節 圓 型 (Nodal circles) 與 節 徑 型 (Nodal diameters) 來 描 述 節 圓 型 是 指 不 動 點 呈 同 心 圓 排 列 的 數 量, 節 徑 型 是 指 不 動 點 呈 徑 向 排 列 的 數 量 一 旦 節 圓 型 與 節 徑 型 的 數 量 和 越 大, 代 表 車 輪 面 扭 曲 越 厲 害, 其 共 振 頻 率 越 高 ; 當 節 圓 型 與 節 徑 型 的 數 量 和 接 近 於 0, 代 表 車 輪 面 近 似 剛 體 運 動, 其 共 振 頻 率 越 低 一 般 橫 向 滑 行 較 易 形 成 節 圓 型, 而 橫 向 蠕 滑 較 易 形 成 節 徑 型 車 輪 面 外 運 動 易 使 車 輪 受 彎 變 形, 擾 動 週 遭 空 氣, 因 而 形 成 高 輻 射 噪 音 臺 北 捷 運 系 統 高 運 量 車 輛 之 車 輪 直 徑 為 850mm, 符 合 UIC 512 之 規 定, 目 前 國 內 已 有 針 對 單 一 車 輪 的 振 動 模 態 分 析 與 量 測 數 據 進 行 比 對 Shyu, etc., 2002 王 栢 村 李 英 傑, 民 93, 國 外 文 獻 亦 有 記 載 不 同 車 輪 直 徑 或 車 輪 組 的 振 動 模 態 分 析 結 果 Thompson, etc.,

5 捷 運 技 術 半 年 刊 第 46 期 Périard, 1998 C. 輪 緣 磨 擦 : 若 兩 接 觸 面 光 滑 ( 磨 擦 係 數 低 ), 不 易 因 磨 擦 而 發 出 聲 音 ; 如 果 接 觸 表 面 粗 糙 度 不 一, 則 可 耳 聞 物 體 磨 擦 產 生 的 尖 銳 聲 音 人 耳 聽 到 物 體 發 出 聲 音, 一 定 是 物 體 擾 動 週 遭 空 氣 所 引 起, 因 此, 輪 緣 磨 擦 之 所 以 發 生 尖 銳 聲 音, 基 本 上 仍 是 接 觸 表 面 粗 糙 度, 而 引 起 車 輪 面 外 運 動 為 主 (2) 鋼 軌 列 車 在 鋼 軌 上 運 行, 鋼 軌 輻 射 噪 音 的 行 為 包 括 垂 向 運 動 橫 向 彎 曲 ( 包 括 對 水 平 軸 橫 向 彎 曲 與 對 垂 直 軸 橫 向 彎 曲 ) 與 磨 擦 振 動 等 A. 垂 向 運 動 : 鋼 軌 視 同 剛 體 運 動, 其 共 振 頻 率 受 鋼 軌 墊 片 或 基 鈑 的 垂 向 勁 度 影 響 當 垂 向 勁 度 高 時, 輪 軌 振 動 傳 至 軌 道 承 託 系 統 的 振 動 量 高, 軌 道 減 振 效 果 不 佳, 相 對 地, 鋼 軌 振 幅 小, 幅 射 噪 音 頻 率 高 ; 反 之, 當 垂 向 勁 度 低 時, 輪 軌 振 動 傳 至 軌 道 承 託 系 統 的 振 動 量 小, 軌 道 減 振 效 果 佳, 相 對 地, 鋼 軌 振 幅 大, 幅 射 噪 音 頻 率 低 臺 北 捷 運 系 統 高 運 量 軌 道 是 使 用 彈 性 基 鈑, 列 車 行 駛 之 鋼 軌 垂 向 共 振 頻 率 介 於 40~50Hz 之 間 B. 橫 向 彎 曲 : 鋼 軌 易 受 彎 變 形, 而 輻 射 噪 音 因 軌 道 垂 向 勁 度 與 扣 件 的 存 在, 會 影 響 該 項 彎 曲 變 形, 而 形 成 所 謂 Pinned-pinned mode 臺 北 捷 運 系 統 高 運 量 軌 道 使 用 UIC 60 鋼 軌, 扣 件 間 距 為 75cm, 鋼 軌 橫 向 彎 曲 對 垂 直 軸 與 對 水 平 軸 的 第 1 振 動 模 態 分 別 為 333Hz 與 731Hz 第 2 振 動 模 態 分 別 為 1107Hz 與 2100Hz Shyu, etc., 2002 由 於 輪 軌 作 用 力 主 要 來 自 垂 向 負 荷, 因 此, 對 水 平 軸 橫 向 彎 曲 的 第 1 2 振 動 模 態 731Hz 2100Hz, 將 是 鋼 軌 輻 射 噪 音 的 主 控 頻 率 C. 磨 擦 振 動 : 如 前 述 輪 緣 磨 擦, 肇 因 於 輪 軌 接 觸 表 面 粗 糙 度, 引 起 鋼 軌 橫 向 彎 曲 振 動 輻 射 噪 音 ( 三 ) 噪 音 與 行 車 速 率 在 擬 定 減 噪 措 施, 需 先 確 定 峰 值 頻 率 及 其 噪 音 來 源, 以 免 事 倍 功 半, 甚 至 出 現 不 具 任 何 成 效 的 窘 境 顧 客 對 捷 運 噪 音 抱 怨 的 主 控 音 源 未 必 相 同, 主 控 音 源 亦 會 隨 行 車 速 率 而 改 變 以 捷 運 最 大 行 車 速 率 80km/hr 為 例, 當 車 速 倍 增 時, 齒 輪 輪 軌 與 馬 達 噪 音 分 別 增 加 3dB(A) 9dB(A) 與 18dB(A), 最 大 音 量 則 增 加 10dB(A), 若 採 靜 音 馬 達, 最 大 音 量 約 增 加 7.5dB(A) Remington, 1979 列 車 低 速 行 駛 時, 齒 輪 噪 音 為 主 控 音 源, 當 速 率 提 高 時, 會 轉 移 至 輪 軌 噪 音 或 馬 達 噪 音, 一 旦 高 速 行 駛 時, 馬 達 噪 音 將 成 為 主 控 音 源 ( 四 ) 音 源 與 受 體 距 離 噪 音 可 視 同 音 源 的 能 量 向 外 傳 播, 聲 音 將 隨 傳 播 距 離 而 衰 減, 當 頻 率 越 高 時, 衰 減 速 率 越 快 ; 頻 率 越 低 時, 衰 減 速 率 越 慢 因 此, 受 體 ( 如 駕 駛 員 乘 客 沿 線 居 民 等 顧 客 ) 與 噪 音 音 源 的 距 離 不 同, 所 顯 現 的 主 控 音 源 未 必 相 同, 此 將 影 響 減 噪 措 施 的 選 用, 及 受 體 主 觀 認 定 減 噪 措 施 的 成 效 運 行 中 的 捷 運 列 車 可 視 為 線 音 源 處 理, 距 離 倍 增, 噪 音 衰 減 3~ 6dB(A), 分 析 時 常 取 中 間 值 4.5dB(A) 估 算 假 設 聲 音 在 空 氣 中 的 傳 播 速 率 是 固 定, 且 聲 波 每 振 動 一 週 期 所 損 耗 的 能 量 比 率 亦 相 同, 則 在 討 論 不 同 頻 率 的 噪 音 隨 距 離 衰 減 的 特 性, 可 將 頻 率 比 照 能 量 處 理, 因 此, 頻 率 倍 增, 在 相 同 傳 播 距 離 下, 高 頻 比 低 頻 將 多 衰 減 3dB(A) 三 捷 運 噪 音 管 制 標 準 捷 運 噪 音 管 制 標 準 包 含 有 四 個 面 向, 分 別 為 環 保 署 所 頒 布 的 陸 上 運 輸 系 統 管 制 標

6 78 鄭 國 雄 陳 誠 源 捷 運 噪 音 及 減 噪 相 關 管 制 與 技 術 深 耕 準 捷 運 車 輛 的 噪 音 標 準 土 建 軌 道 的 減 噪 期 望 值 與 顧 客 需 求 等 其 中, 前 者 為 法 規, 必 須 遵 守 ; 中 間 兩 項 為 工 程 設 計 準 則, 由 系 統 自 行 明 訂 在 設 計 規 範, 提 供 設 計 者 依 循 ; 最 後 一 項 為 顧 客 主 觀 認 定, 欠 缺 衡 量 標 準, 但 經 由 結 合 民 意 代 表 與 輿 論 的 力 量, 往 往 超 越 法 規 成 為 主 控 標 準 ( 一 ) 陸 上 運 輸 系 統 管 制 標 準 係 由 環 保 署 在 99 年 1 月 21 日 頒 布, 針 對 捷 運 行 駛 的 噪 音 作 完 整 的 規 範, 彌 補 之 前 環 境 音 量 標 準 的 不 足, 同 時 呼 應 外 界 殷 切 的 要 求, 新 增 最 大 音 量 之 管 制 標 準 陸 上 運 輸 系 統 管 制 標 準 第 八 條 明 訂 大 眾 捷 運 系 統 噪 音 管 制 標 準 如 表 1 所 示 表 1 大 眾 捷 運 系 統 噪 音 管 制 標 準 時 段 與 音 量 小 時 均 能 音 量 (L eq, 1h ) 平 均 最 大 音 量 管 制 區 早 晚 日 間 夜 間 (L max, mean, 1h ) 第 一 類 第 二 類 第 三 類 第 四 類 相 較 於 85 年 1 月 31 日 頒 行 之 環 境 音 量 標 準, 其 間 差 異 說 明 如 下 : 1. 每 列 車 通 過 測 量 地 點, 視 為 一 噪 音 事 件, 以 噪 音 事 件 明 確 訂 定 小 時 均 能 音 量 與 平 均 最 大 音 量 之 公 式 2. 明 確 定 義 噪 音 事 件 的 起 迄 時 間 或 歷 時 時 間 3. 明 確 定 義 背 景 音 量 4. 採 慢 特 性 量 測 噪 音 5. 排 除 在 室 內 進 行 噪 音 量 測 6. 測 量 時 間 允 許 由 陳 情 人 指 定 時 段 進 行 連 續 量 測, 不 限 定 採 24 小 時 連 續 普 測 ( 二 ) 捷 運 車 輛 的 噪 音 標 準 本 局 規 設 施 作 的 系 統 概 分 為 高 運 量 與 中 運 量, 並 分 別 對 其 車 外 噪 音 車 內 噪 音 駕 駛 室 噪 音 訂 定 不 同 的 噪 音 標 準, 如 表 2A 2B 3A 與 3B 其 中, 車 內 噪 音 與 駕 駛 室 噪 音, 尚 無 法 規 規 範 ; 至 於 車 外 噪 音, 將 引 用 作 為 土 建 軌 道 噪 音 評 估 之 音 源, 經 由 土 建 軌 道 減 噪 措 施 的 投 入, 以 確 保 系 統 營 運 產 生 的 噪 音 符 合 表 1 環 保 法 規 要 求 表 2A 車 外 噪 音 ( 高 運 量 系 統 )-db(a) 條 件 淡 水 線 新 店 南 港 中 和 線 板 橋 線 新 莊 蘆 洲 線 信 義 松 山 線 地 面 段 列 車 停 止 地 面 段 列 車 運 行 表 2B 車 外 噪 音 ( 中 運 量 系 統 )-db(a) 條 件 內 湖 線 環 狀 線 臺 中 捷 運 高 架 段 列 車 停 止 高 架 段 運 行 速 率 16km/hr 高 架 段 運 行 速 率 70km/hr 表 3A 車 內 噪 音 ( 高 運 量 系 統 )-db(a) 條 件 淡 水 線 新 店 南 港 中 和 線 板 橋 線 新 莊 蘆 洲 線 信 義 松 山 線 隧 道 內 列 車 停 止 隧 道 內 運 行 速 率 80km/hr 高 架 段 列 車 停 止

7 捷 運 技 術 半 年 刊 第 46 期 79 條 件 淡 水 線 新 店 南 港 中 和 線 板 橋 線 新 莊 蘆 洲 線 信 義 松 山 線 高 架 段 運 行 速 率 80km/hr 駕 駛 室 (8 小 時 均 能 音 量 ) 表 3B 車 內 噪 音 ( 中 運 量 系 統 )-db(a) 條 件 內 湖 線 環 狀 線 臺 中 捷 運 高 架 段 列 車 停 止 隧 道 段 列 車 停 止 高 架 段 運 行 速 率 16km/hr 隧 道 段 運 行 速 率 16km/hr 高 架 段 運 行 速 率 70km/hr 隧 道 段 運 行 速 率 70km/hr ( 三 ) 土 建 軌 道 的 減 噪 期 望 值 土 建 軌 道 提 供 的 減 噪 措 施, 一 般 均 為 被 動 式, 且 為 系 統 最 後 一 道 的 減 噪 措 施 在 考 量 未 來 營 運 後, 系 統 會 逐 漸 劣 化, 土 建 軌 道 的 減 噪 期 望 值, 總 會 比 法 規 標 準 再 低 3~5 分 貝 設 計, 俾 便 預 留 改 善 之 餘 裕 及 延 長 改 善 週 期 ( 四 ) 顧 客 需 求 沿 線 民 眾 對 噪 音 的 感 受 與 可 接 受 度 因 人 而 異, 絕 大 部 分 民 眾 將 噪 音 法 規 視 為 彼 此 共 同 遵 守 的 圭 臬, 但 仍 有 少 數 對 噪 音 較 為 敏 感 的 民 眾, 一 旦 能 明 顯 分 辨 出 捷 運 行 駛 的 聲 音, 就 直 覺 認 定 噪 音 太 大, 而 要 求 改 善 面 對 類 似 此 種 異 於 法 規 要 求, 在 考 量 工 程 與 經 濟 可 行 性 下, 系 統 仍 會 儘 可 能 滿 足 顧 客 需 求 例 如 : 高 運 量 部 分 地 下 段, 捷 運 公 司 排 定 的 磨 軌 週 期 縮 短 至 3 週, 以 因 應 顧 客 抱 怨 振 動 與 振 動 衍 生 的 二 次 噪 音 對 居 住 品 質 的 影 響 ; 新 蘆 線 為 徹 底 解 決 地 下 穿 越 建 物 路 段 的 噪 音 振 動 問 題, 滿 足 顧 客 無 感 振 動 與 無 感 噪 音 的 特 殊 期 許, 因 而 系 統 引 進 浮 動 式 道 床 軌 道 四 減 噪 措 施 一 般 討 論 減 噪 措 施 都 將 焦 點 放 在 硬 體 改 善, 茲 將 其 歸 納 為 主 動 減 噪 措 施 與 被 動 減 噪 措 施 ( 一 ) 主 動 減 噪 措 施 捷 運 噪 音 可 區 分 成 車 輛 設 備 噪 音 車 輪 輻 射 音 與 鋼 軌 輻 射 音 等 三 大 區 塊 在 經 濟 與 工 程 可 行 的 前 提 下, 降 低 音 源 的 噪 音 位 準, 是 捷 運 減 噪 措 施 中 最 直 接 且 有 效 的 方 案 主 動 減 噪 措 施 主 要 針 對 音 源 進 行 改 善, 茲 將 主 動 減 噪 措 施 彙 整 如 圖 2 其 中 車 輛 設 備 之 減 噪 及 減 噪 車 輪 相 關 減 振 設 計 特 性 安 全 性 及 後 續 營 運 維 修 事 宜, 文 獻 已 有 詳 細 闡 述 鄭 國 雄 等, 民 99 蘇 培 坤, 民 車 輛 設 備 車 輛 設 備.. 渦 靜 卷 音 式 馬 壓 達 縮 機 減 噪 車 輪 彈 性 車 輪 主 動 減 噪 措 施 馬 達 齒 輪 箱 及 電 控 設 備 噪 音 是 車 輛 重 要 的 噪 音 源, 為 降 低 該 部 分 的 噪 音 位 準, 捷 阻 尼 車 輪... 車 板 環 輪 式 式 吸 減 減 振 振 振 器 車 車 輪 輪 減 噪 鋼 軌 彈 性 鋼 軌 阻 尼 鋼 軌 吸 調 振 協 器 式 鋼 軌 圖 2 主 動 減 噪 措 施 輪 軌 界 面 磨 擦 係 數.. 鋼 輪 軌 緣 潤 潤 滑 滑 器 器 其 它..... 營 可 車 車 車 運 動 廂 底 廂 維 式 地 架 氣 修 岔 板 裙 密 心 外 板 性 側 貼 覆 吸 音 材

8 80 鄭 國 雄 陳 誠 源 捷 運 噪 音 及 減 噪 相 關 管 制 與 技 術 深 耕 運 系 統 有 改 採 馬 達 直 接 驅 動 方 式, 或 採 用 質 輕 的 永 久 磁 鐵 馬 達, 以 減 少 傳 動 軸 和 減 速 齒 輪 箱 產 生 之 噪 音 另 外, 馬 達 的 噪 音 多 來 自 於 本 身 的 冷 卻 系 統, 若 採 全 密 閉 型 馬 達, 將 可 有 效 降 低 馬 達 噪 音 捷 運 車 輛 另 一 噪 音 源 為 壓 縮 機 設 備, 若 由 旋 轉 式 (Rotary type) 壓 縮 機 改 為 渦 卷 式 (Scroll type) 壓 縮 機, 振 動 量 將 降 至 1/10, 頻 率 在 200~500Hz 範 圍 的 噪 音 位 準 約 可 減 少 6~8dB(A) 2. 減 噪 車 輪 減 噪 車 輪 可 概 分 成 彈 性 車 輪 (Resilient wheel) 與 阻 尼 車 輪 (Damped wheel) 兩 種 彈 性 車 輪 是 一 種 組 合 式 車 輪, 主 要 基 本 結 構 為 輪 箍 (Tyre) 橡 膠 彈 性 元 件 及 中 央 輪 腹 板 組 合 而 成 由 於 輪 箍 與 輪 腹 中 間 插 入 橡 膠 彈 性 元 件, 無 疑 是 在 傳 統 車 輪 之 簧 下 質 量 中 再 增 加 一 組 彈 簧, 具 有 直 接 降 低 輪 軌 振 動 值, 改 善 直 線 段 滾 動 噪 音 車 內 噪 音 等 功 能 ; 尤 其 是 列 車 行 經 轉 彎 段 時, 因 車 輪 面 外 運 動 受 橡 膠 彈 性 元 件 的 緩 衝, 車 輪 橫 向 滑 行 及 橫 向 蠕 滑 的 行 為 產 生 的 尖 銳 噪 音 將 大 幅 減 少 從 學 理 角 度 及 減 噪 發 展 過 程, 彈 性 車 輪 無 疑 是 相 當 理 想 的 減 噪 車 輪, 惟 其 價 格 約 為 一 般 車 輪 的 2 倍, 且 橡 膠 材 質 有 受 熱 化 問 題, 尤 其 是 煞 車 引 起 之 車 輪 溫 度 上 升 需 予 以 克 服 不 幸 地 是,1998 年 6 月 3 日 德 國 高 速 鐵 路 ICE-1 型 車 輛 在 Eschede 出 軌 造 成 近 190 人 的 傷 亡, 事 故 調 查 結 果 指 向 彈 性 車 輪 疲 勞 破 壞 所 致 雖 然, 歐 洲 國 家 之 街 車 系 統 仍 普 遍 使 用 彈 性 車 輪, 惟 德 國 高 速 鐵 路 已 完 全 禁 用, 日 本 已 不 再 使 用 彈 性 車 輪, 至 於 新 加 坡 香 港 及 羅 馬 等 新 建 捷 運 系 統 亦 捨 棄 彈 性 車 輪 阻 尼 車 輪 主 要 設 計 原 理 為 增 加 車 輪 之 阻 尼, 利 用 阻 尼 吸 收 車 輪 因 輪 軌 振 動 所 分 配 之 振 動 能 量, 並 將 該 能 量 轉 換 成 熱 能, 藉 以 降 低 車 輪 輻 射 噪 音, 但 其 不 具 有 降 低 輪 軌 振 動 源 的 功 能 依 據 阻 尼 設 計 方 式, 阻 尼 車 輪 可 分 成 環 式 減 振 車 輪 (Wheel with damped ring) 板 式 減 振 車 輪 (Wheel with constrained plate) 與 車 輪 吸 振 器 (Wheel vibration absorber or Wheel damper) 等 三 種 1980 年 代 紐 約 市 運 輸 局 (NYCTA) 曾 就 5 種 阻 尼 車 輪 進 行 為 期 17 個 月 的 量 測 評 估 計 畫, 是 迄 今 文 獻 中 記 載 系 統 營 運 機 構 進 行 之 最 完 整 的 驗 證 計 晝, 表 4 為 其 道 旁 噪 音 量 測 結 果 Nelson, 1987 表 4 阻 尼 車 輪 道 旁 噪 音 量 結 果 車 輪 型 式 新 車 輪 db(a) 運 轉 17 個 月 後 之 車 輪 db(a) 平 均 最 大 音 量 最 大 音 量 範 圍 平 均 最 大 音 量 最 大 音 量 範 圍 一 般 車 輪 ( 直 徑 860mm) 88 80~104-97~100 Soundcoast 環 式 減 振 車 輪 ( 包 覆 像 膠 之 不 鏽 鋼 環 ) 82 79~ ~86 Soundcoast 板 式 減 振 車 輪 82 80~ ~86 Sumitomo 環 式 減 振 車 輪 ( 三 明 治 環 ) 80 77~ ~84 Krupp 車 輪 吸 振 器 81 79~ Generic 環 式 減 振 車 輪 ( 不 鏽 鋼 環 ) 83 82~ 註 : 路 線 最 小 半 徑 75 公 尺, 行 車 速 率 14~19km/hr, 噪 音 量 測 點 距 離 軌 道 中 心 線 7.5 公 尺, 軌 道 兩 側 均 設 置 麥 克 風

9 捷 運 技 術 半 年 刊 第 46 期 81 查 表 4 數 據, 一 般 新 車 輪 行 駛 在 同 一 轉 彎 段 之 最 大 噪 音 範 圍 由 80dB(A) 變 動 至 104dB(A), 此 可 驗 證 尖 銳 噪 音 在 沒 有 特 定 原 因 下 會 突 然 消 失, 惟 一 旦 出 現 尖 銳 噪 音, 最 大 噪 音 將 增 加 達 20dB(A); 不 過 舊 車 輪 (17 個 月 後 ) 行 經 轉 彎 段, 並 無 此 現 象, 尖 銳 噪 音 一 直 存 在 著 由 表 4 數 據 亦 可 驗 證, 阻 尼 車 輪 對 尖 銳 噪 音 具 有 11~22dB(A) 的 減 噪 效 果 依 香 港 地 鐵 使 用 案 例, 環 式 減 振 車 輪 之 減 噪 效 果 如 表 5, 減 振 車 輪 可 降 低 彎 道 噪 音 約 7.4dB(A) 直 線 段 滾 動 噪 音 約 3.3dB(A) 鄭 國 雄 等, 民 100 查 表 4 與 表 5 之 數 據, 兩 者 減 振 車 輪 的 效 果 差 異 不 大, 惟 一 般 車 輪 的 道 旁 噪 音 總 量 則 相 差 近 10dB(A), 可 見 香 港 在 近 20 年 的 發 展 中 已 大 幅 改 善 道 旁 噪 音, 具 體 措 施 包 括 車 底 架 裙 板 車 廂 地 板 與 裙 板 靠 音 源 側 貼 覆 吸 音 材 近 軌 隔 音 牆 道 床 與 走 道 側 牆 貼 覆 吸 音 材 等 項 目 表 5 香 港 地 鐵 使 用 環 式 減 振 車 輪 之 減 噪 效 果 彎 道 段 直 線 段 總 量 3150Hz 頻 帶 總 量 500Hz 頻 帶 行 車 速 率 -km/hr 一 般 車 輪 -db(a) 減 振 車 輪 -db(a) 減 振 效 果 -db(a) 註 : 減 振 車 輪 之 減 振 環 由 Ghh Valdunes 公 司 提 供 比 較 不 同 材 質 之 減 振 環, 其 中 以 三 明 治 環 之 減 振 車 輪 在 降 噪 功 能 上 最 佳, 相 對 成 本 亦 較 高 目 前 三 明 治 環 之 減 振 車 輪 普 遍 使 用 於 日 本 關 西 地 區 捷 運 車 輛, 而 臺 中 捷 運 烏 日 文 心 北 屯 線 預 計 將 使 用 此 類 減 振 車 輪, 以 因 應 契 約 對 噪 音 防 制 的 需 求 3. 減 噪 鋼 軌 為 降 低 車 輪 幅 射 音, 而 有 減 噪 車 輪 的 發 展, 如 彈 性 車 輪 與 阻 尼 車 輪 等 ; 同 樣 地, 為 處 理 鋼 軌 幅 射 噪 音, 亦 有 相 對 應 的 減 噪 鋼 軌, 如 彈 性 鋼 軌 與 阻 尼 鋼 軌 等 所 謂 彈 性 鋼 軌, 就 是 在 鋼 軌 底 下 提 供 適 當 彈 性 支 承, 以 緩 和 輪 軌 接 觸 振 動, 降 低 經 由 結 構 傳 遞 的 二 次 噪 音 ; 但 因 鋼 軌 振 幅 大, 反 而 增 加 鋼 軌 幅 射 噪 音 鋼 軌 腹 部 的 斷 面 較 小, 易 因 振 動 幅 射 聲 音, 阻 尼 鋼 軌 是 在 鋼 軌 腹 部 兩 側 貼 覆 高 阻 尼 材 料, 必 要 時 輔 以 束 制 層 鋼 板, 採 連 續 或 離 散 配 置, 俾 有 效 阻 止 軌 腹 的 振 動, 降 低 鋼 軌 輻 射 噪 音 此 外, 部 分 型 式 之 阻 尼 鋼 軌 會 衍 生 鋼 軌 共 振 頻 率 的 調 高, 亦 可 加 速 距 離 衰 減 及 道 旁 隔 音 牆 的 減 噪 效 果, 其 又 稱 為 調 諧 式 鋼 軌 吸 振 器 (Tuned rail vibration absorber or Tuned rail damper) 道 旁 最 大 音 量 約 可 降 低 5.4dB(A) Thompson, 2006 海 洋 大 學 許 榮 均 教 授 曾 在 2003 年 接 受 臺 北 捷 運 公 司 委 託, 在 捷 運 淡 水 線 新 北 投 支 線 進 行 調 諧 式 鋼 軌 吸 振 器 的 量 測 驗 證, 實 測 鋼 軌 振 動 ( 參 考 值 為 10-5 m/sec 2 ) 至 少 可 減 少 10dB 以 上, 惟 因 調 諧 式 鋼 軌 吸 振 器 不 利 於 鋼 軌 維 修 檢 視, 致 計 畫 未 再 持 續 進 行 4. 輪 軌 界 面 摩 擦 係 數 輪 緣 磨 擦 噪 音 與 尖 銳 噪 音 通 常 發 生 在 彎 道 處, 其 中 尖 銳 噪 音 不 具 規 律 性, 會 在 特 定 彎 道 不 定 時 發 生, 實 驗 證 明 尖 銳 噪 音 與 界 面 粘 滯 係 數 (Adhesion coefficient) 有 強 烈 關 係 Hsu, etc., 2007, 故 在 特 定 彎 道 局 部 降 低 輪 軌 接 觸 面 之 摩 擦 係 數, 應 可 有 效 改 善 尖 銳 噪 音 與 磨 擦 噪 音 之 發 生 常 見 輪 軌 界 面 摩 擦 係 數 調 整 措 施 有 輪 緣 潤 滑 器 與 鋼

10 82 鄭 國 雄 陳 誠 源 捷 運 噪 音 及 減 噪 相 關 管 制 與 技 術 深 耕 軌 潤 滑 器, 前 者 用 於 降 低 輪 緣 磨 擦 噪 音, 後 者 用 於 改 善 尖 銳 噪 音 (1) 輪 緣 潤 滑 器 列 車 行 經 彎 道, 車 輪 輪 緣 會 與 外 側 鋼 軌 摩 擦 產 生 噪 音, 倘 利 用 車 載 輪 緣 潤 滑 器 可 調 整 輪 軌 界 面 摩 擦 係 數, 以 降 低 輪 緣 噪 音 惟 輪 緣 潤 滑 器 對 尖 銳 噪 音 並 無 改 善 功 能, 且 可 能 造 成 車 輪 空 轉 煞 車 及 道 床 污 染 等 問 題, 潤 滑 器 啟 動 時 機 應 妥 為 考 量 臺 北 捷 運 公 司 曾 就 車 載 輪 緣 潤 滑 器 進 行 最 佳 化 調 整, 初 期 為 擇 定 數 量 列 車 全 時 段 打 開 輪 緣 潤 滑 器, 其 後 修 正 為 間 歇 性 打 開 輪 緣 潤 滑 器, 最 後 採 用 循 彎 式 輪 緣 潤 滑 器, 以 離 心 力 大 小 控 制 作 動 與 否, 俾 便 有 效 控 制 油 漬 污 染 道 床, 亦 可 降 低 道 旁 噪 音 約 1dB(A) (2) 鋼 軌 潤 滑 器 傳 統 鋼 軌 潤 滑 器 使 用 潤 滑 油 易 污 染 道 床, 因 而 有 改 用 水 基 液 體 物 質 (Waterbased liquid material) 之 潤 滑 液 體 當 列 車 通 過 彎 道 前, 安 裝 於 道 旁 之 鋼 軌 潤 滑 器 自 動 噴 灑 潤 滑 液 體 於 鋼 軌 踏 面, 在 水 分 蒸 發 後, 會 在 鋼 軌 踏 面 將 形 成 一 層 薄 膜, 可 調 整 輪 軌 界 面 之 摩 擦 係 數 由 國 外 使 用 的 案 例, 僅 使 用 輪 緣 潤 滑 器, 無 法 有 效 降 低 彎 道 噪 音, 若 再 加 入 鋼 軌 潤 滑 器 後, 鋼 軌 振 動 ( 參 考 值 為 µin/sec) 約 可 降 低 6.3~22.8dB 惟 臺 北 捷 運 公 司 曾 擇 一 半 徑 210 公 尺 隧 道 段 試 安 裝 鋼 軌 潤 滑 器, 經 實 測 車 內 噪 音 的 改 善 效 果 並 不 理 想 臺 中 捷 運 烏 日 文 心 北 屯 線 機 電 系 統 廠 商, 預 定 在 平 面 段 及 高 架 段 轉 彎 半 徑 小 於 200m 處, 安 裝 道 旁 灑 水 器 (Sprinkler), 以 降 低 彎 道 噪 音 即 為 類 似 之 設 計 5. 其 它 (1) 車 廂 氣 密 性 影 響 車 內 噪 音 的 重 要 因 素 之 一 為 車 廂 氣 密 性, 由 於 近 音 源 的 噪 音 位 準 超 過 100dB(A), 一 旦 車 廂 氣 密 性 設 計 不 佳, 車 內 音 響 品 質 就 難 改 善 捷 運 車 廂 氣 密 性 的 改 善 不 外 在 車 門 與 車 間 走 道 等 位 置 目 前 臺 北 捷 運 車 廂 所 使 用 的 車 門 均 為 滑 動 式 (Sliding), 當 車 門 關 閉 時, 車 門 與 車 廂 之 間 仍 有 空 隙, 無 法 有 效 隔 離 外 界 聲 音 傳 入 車 內, 甚 至 不 時 有 出 現 車 內 最 大 噪 音 超 過 90dB(A) 之 情 事 最 理 想 之 車 門 設 計 為 滑 動 嵌 入 式 車 門 (Plug doors) 陳 昭 延 莊 元 亨, 民 95, 可 有 效 改 善 車 門 氣 密 性 不 佳 的 問 題 臺 北 捷 運 除 了 文 湖 線 以 外, 其 餘 各 線 列 車 均 有 設 計 車 間 走 道, 以 方 便 乘 客 進 出 車 廂 調 節 車 廂 人 潮 及 緊 急 逃 生 之 用 車 間 走 道 的 存 在 無 疑 是 車 內 噪 音 難 以 克 服 的 盲 點, 或 許 較 可 行 的 方 案 是 在 車 間 走 道 鄰 近 區 域 貼 覆 吸 音 材, 俾 使 入 侵 的 聲 音 不 致 於 再 多 重 反 射, 影 響 車 內 其 餘 位 置 的 音 響 品 質 (2) 車 底 架 裙 板 車 底 架 裙 板 設 計 一 般 用 於 架 空 線 供 電 系 統, 由 於 車 載 設 備 一 般 置 於 車 廂 地 板 以 下, 若 能 將 車 身 鋼 板 往 下 延 伸, 形 成 所 謂 車 底 架 裙 板 或 簡 稱 車 裙, 內 緣 再 貼 覆 吸 音 材, 配 合 道 旁 近 軌 隔 音 牆 的 設 計, 將 可 減 少 設 備 噪 音 及 輪 軌 噪 音 的 多 重 反 射 行 為, 有 利 於 車 內 噪 音 的 降 低, 亦 可 改 善 環 境 噪 音 惟 缺 點 除 前 述 供 電 系 統 適 應 性 問 題 外, 車 裙 亦 會 影 響 車 輛 底 盤 維 修 作 業 及 通 風 散 熱 車 裙 搭 配 近 軌 隔 音 牆 的 設 計, 以 香 港 鐵 路 有 限 公 司 運 用 最 為 落 實 臺 北 捷 運 囿 於 導 電 軌 供 電 系 統, 不 僅 車 輪 位 置 有 集 電 靴 伸 出 無 法 用 車 裙 遮 蔽 影 響 效 果 外,

11 捷 運 技 術 半 年 刊 第 46 期 83 車 裙 與 導 電 軌 在 小 半 徑 曲 線 上 會 有 衝 突 現 象, 故 難 以 納 入 考 量 (3) 車 廂 地 板 外 側 貼 覆 吸 音 材 臺 北 捷 運 高 運 量 車 廂 地 板 是 由 底 層 不 銹 鋼 底 板 厚 5cm 之 玻 璃 纖 維 或 礦 物 羊 毛 防 火 棉 中 間 層 為 2cm 厚 之 金 屬 面 板 最 上 層 為 2~3mm 厚 之 防 滑 橡 膠 披 覆 所 組 成, 地 板 呈 連 續, 無 凹 陷 間 隙 或 不 必 要 之 孔 洞 陳 昭 延 等, 民 95 惟 列 車 行 駛 時, 車 內 仍 可 明 顯 聽 到 由 地 板 傳 入 之 噪 音, 若 車 廂 地 板 外 側 貼 覆 吸 音 材, 將 有 助 於 車 內 噪 音 改 善, 同 時 降 低 多 重 反 射 音 量, 亦 可 略 為 改 善 環 境 噪 音 香 港 地 鐵 與 紐 約 地 鐵 均 有 改 善 案 例 (4) 可 動 式 岔 心 道 岔 或 菱 形 岔 心 存 在 有 軌 距 線 不 連 線 之 有 害 空 間, 當 車 輪 行 經 該 處 時, 會 產 生 衝 擊 噪 音 臺 北 捷 運 從 新 莊 線 開 始 已 有 部 分 道 岔 採 用 浮 動 式 道 床 軌 道, 而 環 狀 線 業 將 可 動 式 岔 心 納 入 設 計 考 量, 俾 主 動 消 除 有 害 空 間 (5) 營 運 維 修 營 運 單 位 定 期 對 車 輛 與 軌 道 進 行 養 護 維 修, 是 確 保 系 統 噪 音 在 可 接 受 範 圍 的 不 二 法 門, 相 關 工 作 包 括 車 輪 車 削 軌 道 檢 測 鋼 軌 研 磨 等 此 外, 在 短 期 無 法 改 善 噪 音 且 又 具 急 迫 性 案 件, 營 運 單 位 往 往 會 考 量 採 行 調 降 營 運 速 率 的 方 案 ( 二 ) 被 動 減 噪 措 施 被 動 減 噪 措 施 主 要 是 針 對 傳 播 路 徑 與 受 體 位 置 之 噪 音 改 善, 常 見 措 施 為 隔 音 牆 及 吸 音 材 等 1. 隔 音 牆 隔 音 牆 是 由 隔 音 和 吸 音 材 料 組 成 之 結 構, 用 來 遮 斷 或 延 長 音 源 的 傳 播 路 徑 當 音 源 至 受 體 之 間 由 於 隔 音 牆 的 介 入, 導 致 聲 音 傳 播 路 徑 改 變 愈 大, 插 入 損 失 IL (Insertion loss) 愈 高, 隔 音 牆 之 減 噪 效 果 愈 佳 隔 音 牆 常 為 系 統 必 備 之 減 噪 措 施, 減 噪 效 果 易 於 預 測, 惟 成 本 高, 對 景 觀 視 覺 的 衝 擊 大, 高 架 段 將 防 礙 逃 生 救 援 工 作 捷 運 沿 線 若 為 高 樓 林 立 之 環 境, 隔 音 牆 被 迫 加 高 以 增 加 IL 或 甚 至 使 用 全 罩 式 設 計, 其 成 本 將 大 幅 增 加 以 環 狀 線 為 例, 若 在 特 定 噪 音 敏 感 路 段 ( 如 醫 院 高 樓 住 宅 ), 局 部 採 用 主 動 減 噪 措 施, 應 可 降 低 對 隔 音 牆 的 依 賴 捷 運 淡 水 線 在 民 權 西 路 出 土 段 加 設 全 罩 式 隔 音 牆, 小 時 均 能 音 量 可 大 幅 降 低 達 25dB(A); 其 餘 路 段 設 置 高 度 約 1.6M 之 圓 弧 型 隔 音 牆 內 襯 吸 音 材, 最 大 音 量 亦 可 降 低 8dB(A) 以 上 2. 軌 面 及 牆 面 舖 設 吸 音 材 輪 軌 噪 音 主 要 分 布 在 100Hz~5000Hz, 單 純 阻 抗 形 之 隔 音 牆 對 噪 音 防 治 效 果 不 佳, 尤 其 是 噪 音 會 在 牆 面 道 床 與 車 體 間 來 回 反 射, 不 僅 降 低 減 噪 效 果, 甚 至 出 現 噪 音 加 成 作 用 ; 此 外, 無 道 碴 道 床 軌 道 的 噪 音 亦 會 比 道 碴 道 床 軌 道 高 出 4~5dB(A) 若 採 用 牆 面 噴 佈 吸 音 材 料, 配 合 軌 道 鋪 設 吸 音 材 料, 應 有 一 定 的 減 噪 效 果 惟 軌 道 上 鋪 設 吸 音 材 料, 多 以 多 孔 質 材 料 組 成 之 輕 質 混 凝 土 塊, 或 玻 璃 纖 維 板 組 成, 容 易 積 累 髒 物, 久 而 影 響 效 果, 設 計 時 需 妥 為 考 量 3. 橋 下 噪 音 問 題 與 消 音 箱 橋 梁 振 動 之 輻 射 噪 音 與 橋 梁 底 面 受 其 他 交 通 音 源 反 射 之 噪 音, 對 鄰 近 低 樓 層 有 較 大 影 響 在 橋 梁 底 面 安 裝 吸 音 天 棚 或 懸 掛 空 間 吸 音 箱, 可 取 得 一 定 之 降 噪 效 果 本 局 文 湖 線 西 湖 站 已 有 此 案 例

12 84 鄭 國 雄 陳 誠 源 捷 運 噪 音 及 減 噪 相 關 管 制 與 技 術 深 耕 五 較 佳 減 噪 措 施 噪 音 問 題 就 好 比 是 捷 運 系 統 的 阿 基 里 斯 的 腳 跟 (Achilles heel) Thompson, 2006, 應 予 以 正 視, 而 非 一 味 逃 避 前 述 各 項 減 噪 措 施, 若 單 獨 評 估, 對 特 定 頻 帶 的 效 果 似 乎 相 當 好, 惟 實 測 驗 證 道 旁 總 量 噪 音 時, 往 往 落 差 很 大 原 因 在 於 設 備 車 輪 與 鋼 軌 具 有 不 同 主 控 頻 率 的 音 源, 彼 此 相 互 加 成 且 替 補 取 代 主 控 音 源, 造 成 道 旁 總 量 噪 音 降 低 有 限 因 此, 較 佳 的 減 噪 措 施 是 針 對 數 個 主 要 特 定 尖 峰 頻 帶, 引 用 多 樣 主 動 減 噪 措 施, 再 佐 以 土 建 軌 道 的 主 被 動 減 噪 措 施, 俾 便 有 效 降 低 道 旁 總 量 噪 音 及 車 內 噪 音 ( 一 ) 沿 線 噪 音 臺 北 捷 運 高 運 量 系 統 在 振 動 方 面 的 主 控 頻 率 相 當 明 確, 道 碴 道 床 軌 道 為 63.5Hz 無 道 碴 道 床 軌 道 為 40Hz 與 50Hz 浮 動 式 道 床 軌 道 為 15Hz 但 是 在 噪 音 方 面 則 較 難 掌 控, 大 致 可 區 分 為 兩 大 區 塊,1000Hz 以 下 以 鋼 軌 幅 射 音 為 主,2000Hz 以 上 以 車 輪 幅 射 音 為 主 ( 圖 3A 3B) 如 前 所 述, 鋼 軌 對 水 平 軸 橫 向 彎 曲 的 第 2 振 動 模 態 為 2100Hz, 車 輪 面 外 運 動 主 要 振 動 模 態 為 436Hz 與 1104Hz Shyu, etc., 2002, 因 此, 仍 需 依 據 個 案 之 主 控 頻 率 檢 討 減 噪 對 象, 才 能 有 效 降 低 噪 音 總 量 圖 3A 捷 運 淡 水 線 平 面 段 噪 音 頻 譜 圖 圖 3B 捷 運 淡 水 線 高 架 段 噪 音 頻 譜 圖 捷 運 減 噪 工 作 的 初 級 目 的 是 將 電 聯 車 行 駛 的 噪 音 降 至 環 保 法 規 標 準 以 下, 最 終 目 的 則 是 滿 足 顧 客 對 噪 音 的 要 求, 其 間 涉 及 車 輛 軌 道 與 土 建 等 面 向 的 協 同 作 業, 惟 有 互 信 配 合, 才 能 使 減 噪 工 作 具 有 成 效 表 1 為 法 規 所 訂 之 捷 運 噪 音 管 制 標 準, 其 中 包 括 小 時 均 能 音 量 與 平 均 最 大 音 量, 一 般 係 以 小 時 均 能 音 量 為 主 控 因 素 茲 引 用 Peters 公 式 Nelson,1997, 以 捷 運 淡 水 線 與 環 狀 線 之 系 統 特 性 為 例, 將 法 規 之 小 時 均 能 音 量 (Leq) 轉 換 成 最 大 音 量 (Lmax) 如 表 6, 其 中, 受 體 距 離 軌 道 中 心 線 15 公 尺 處, 環 狀 線 行 車 速 率 為 70km/hr 列 車 長 度 68m 班 距 90sec, 淡 水 線 行 車 速 率 為 80km/hr 列 車 長 度 141m 班 距 120sec 表 6 小 時 均 能 音 量 與 最 大 音 量 之 轉 換 淡 水 線 db(a) 環 狀 線 db(a) Leq 修 正 最 修 正 最 db(a) Lmax 音 源 改 善 值 Lmax 音 源 改 善 值 大 音 量 大 音 量

13 捷 運 技 術 半 年 刊 第 46 期 85 註 1:Lmax 已 考 量 上 下 行 列 車 交 會 增 加 3dB(A) 註 2: 修 正 最 大 音 量 係 指 道 旁 最 大 音 量 同 時 考 量 空 傳 噪 音 與 結 構 噪 音 的 合 成 效 果 而 將 Lmax 減 3dB(A) 註 3: 音 源 已 考 量 輪 軌 磨 耗 餘 裕 增 加 音 源 3dB(A) 註 4: 改 善 值 為 音 源 與 修 正 最 大 音 量 之 差 值 環 狀 線 音 源 的 最 大 音 量 比 起 淡 水 線 減 少 11dB(A), 似 乎 土 建 結 構 在 被 動 減 噪 措 施 的 壓 力 緩 和 不 少, 但 因 環 狀 線 電 聯 車 的 空 調 系 統 採 用 一 體 頂 置 式 設 計 陳 昭 延, 民 99, 對 於 高 樓 層 受 體 將 是 毫 無 遮 蔽 且 未 受 管 制 的 音 源, 另 外 輪 軌 噪 音 的 反 射 音 未 妥 為 處 理, 亦 將 加 劇 高 樓 層 受 體 的 噪 音 位 準 由 於 高 樓 層 受 體 不 易 受 地 面 交 通 或 人 為 噪 音 的 影 響, 背 景 噪 音 較 低, 捷 運 噪 音 若 經 距 離 衰 減 作 用 仍 然 超 過 背 景 噪 音 或 與 背 景 噪 音 相 當 時, 高 樓 層 受 體 將 會 明 顯 感 受 到 捷 運 行 駛 的 噪 音 惟 理 論 預 測 與 實 際 會 有 落 差, 而 且 陸 上 運 輸 系 統 管 制 標 準 已 排 除 在 室 內 進 行 噪 音 量 測, 未 來 高 樓 層 受 體 如 何 進 行 噪 音 量 測, 遇 案 由 環 保 單 位 認 定 ( 二 ) 車 內 噪 音 車 內 噪 音 出 現 問 題, 常 見 於 地 下 段 以 環 狀 線 ( 第 一 階 段 ) 或 臺 中 捷 運 烏 日 文 心 北 屯 線 為 例, 除 小 部 分 為 地 下 段 外, 其 餘 路 線 均 為 高 架 段 或 平 面 段, 由 於 列 車 未 來 是 在 開 放 空 間 行 駛, 車 內 噪 音 對 乘 客 影 響 不 大 反 而 是 臺 北 捷 運 高 運 量 系 統 除 淡 水 線 外, 絕 大 部 分 路 線 均 在 地 下 段, 車 內 噪 音 問 題 一 直 存 在 捷 運 公 司 採 行 的 措 施 包 括 車 輪 切 削 鋼 軌 研 磨 與 降 速 等, 未 來 寄 望 公 司 在 系 統 重 置 時, 能 強 化 車 內 噪 音 的 改 善, 俾 便 貼 近 顧 客 需 求 六 結 論 與 建 議 ( 一 ) 捷 運 噪 音 及 減 噪 技 術 的 研 究, 在 車 輛 方 面 宜 在 車 載 設 備 之 減 音 車 廂 之 防 音 轉 向 架 及 車 輪 等 各 子 系 統 之 振 動 分 析, 以 及 適 切 之 減 噪 降 振 措 施 等 方 面 著 手 ( 二 ) 輪 軌 噪 音 起 因 於 輪 軌 接 觸 振 動, 進 而 產 生 輻 射 噪 音 然 而 輪 軌 噪 音 中, 究 竟 是 車 輪 或 鋼 軌 是 主 控 音 源, 會 隨 採 行 的 減 噪 措 施 而 改 變, 實 很 難 明 顯 區 分 因 此, 在 捷 運 噪 音 的 防 治 上, 任 何 減 噪 措 施 的 投 入, 應 掌 控 該 措 施 處 理 的 特 定 頻 帶, 監 測 系 統 噪 音 頻 譜 中 主 控 頻 率 的 改 變 以 及 總 量 噪 音 的 影 響 等, 方 能 更 有 效 改 善 捷 運 噪 音 ( 三 ) 軌 道 運 輸 之 減 噪 研 究 涵 蓋 車 輛 軌 道 及 土 建 結 構 等 三 大 領 域, 惟 國 內 在 系 統 性 整 合 之 研 究 較 少, 宜 參 考 國 外 相 關 研 究 作 為 借 鏡, 以 提 升 國 內 軌 道 運 輸 減 噪 技 術 及 研 發 腳 步, 並 整 合 產 官 學 之 能 量, 結 合 系 統 營 運 單 位 的 資 源, 就 減 噪 材 料 及 複 合 材 料 之 材 質 壽 年 強 度 抗 環 境 腐 蝕 / 溫 度 形 狀 及 結 構 減 噪 能 力 等, 建 立 完 整 的 資 料 庫, 以 落 實 技 術 本 土 化 ( 四 ) 在 捷 運 噪 音 處 理 面 向 上, 設 計 準 則 環 保 法 規 與 顧 客 需 求 等, 彼 此 欠 缺 有 效 連 結 鍵, 尤 其 是 當 設 計 準 則 與 顧 客 需 求 對 立 時, 環 保 法 規 常 失 去 應 有 的 調 和 作 用 是 環 保 法 規 的 條 文 太 寬 鬆? 是 顧 客 要 求 的 標 準 太 嚴 苛? 環 保 法 規 為 下 限 值, 顧 客 需 求 無 止 境, 其 代 表 者 設 計 準 則 將 無 限 上 綱 捷 運 系 統 一 旦 營 運, 相 對 也 壓 縮 其 後 續 改 善 提 昇 的 空 間, 任 何 非 系 統 新 建 之 初 已 投 入 的 減 噪 措 施, 都 將 衝 擊 系 統 營 運 與 成 本 支 付 環 保 法 規 訂 定 是 如 此, 捷 運 音 源 標 準 的 訂 定 何 嘗 不 是 如 此

14 86 鄭 國 雄 陳 誠 源 捷 運 噪 音 及 減 噪 相 關 管 制 與 技 術 深 耕 參 考 文 獻 1. 王 栢 村 李 英 傑 ( 民 93) 軌 道 車 輪 聲 音 輻 射 與 振 動 特 性 之 關 連 性 探 討, 中 華 民 國 音 響 學 會 第 十 七 屆 學 述 研 討 會 論 文 集, 高 苑 技 術 學 院, 陳 昭 延 莊 元 亨 ( 民 95) 電 聯 車 造 型 與 內 裝 設 計, 捷 運 技 術 半 年 刊, 第 35 期,49-58, 臺 北 市 政 府 捷 運 工 程 局 3. 陳 昭 延 ( 民 99) 捷 運 環 狀 線 電 聯 車 概 念 設 計 架 構 簡 介, 捷 運 技 術 半 年 刊, 第 43 期, 9-22, 臺 北 市 政 府 捷 運 工 程 局 4. 鄭 國 雄 劉 秋 樑 蘇 培 坤 蕭 錫 唐 鄭 香 孟 ( 民 99) 運 用 於 捷 運 系 統 車 輛 與 軌 道 所 涉 及 之 輪 軌 互 制 減 噪 及 相 關 技 術 考 察 之 考 察 報 告, 臺 北 市 政 府 捷 運 工 程 局 5. 蘇 培 坤 ( 民 99) 捷 運 鋼 軌 鋼 輪 系 統 車 輛 之 減 噪 車 輪 及 相 關 技 術 介 紹, 捷 運 技 術 半 年 刊, 第 43 期,69-96, 臺 北 市 政 府 捷 運 工 程 局 6. 鄭 國 雄 蘇 培 坤 ( 民 100) 捷 運 噪 音 及 減 噪 相 關 技 術 介 紹, 台 灣 軌 道 工 程 學 會 100 年 年 會 手 冊,70-103, 台 灣 軌 道 工 程 學 會 7. Federal Railroad Administration (FRA) (1998), High-Speed Ground Transportation Noise and Vibration Impact Assessment, U.S. Department of Transportation, Final Report. 8. Federal Transit Administration (FTA) (1995), Transit Noise and Vibration Impact Assessment, U.S. Department of Transportation, Final Report. 9. Hsu, S.S., Huang, Z., Iwnicki, S.D., Thompson, D.J., Jones, C.J.C., Xie, G. and Allen, P.D. (2007), Experimental and theoretical investigation of railway wheel squeal, Proceedings of the Institution of Mechancial Engineers, Part F Journal of Rail and Rapid Transit, 221F, (1), Nelson, Paul (1987), Transportation Noise Reference Book, Butterworths. 11. Nelson, James T. (1997), Wheel/Rail Noise Control Manual, Transit Cooperative Research Program, TCRP REPORT Périard, F. (1998), Wheel-Rail Noise Generation: Curve Squealing by Trams, Technische Universitiet Delft. 13. Remington, P. J. and Wittig, L. E. (1979), Retrofit Noise Control and Rapid Transit Cars, Journal of Sound and Vibration, 66(3), Remington, P. J. (1988), Wheel/Rail Noise: What do we know? What don t we know? Where do we go from here?, Journal of Sound and Vibration, 120(2), Rudd, M. J. (1976), Wheel/Rail Noise Part II: Wheel Squeal, Journal of Sound and Vibration, 46(3), Shyu, Rong-Juin, Wang, Wei-Huei and Cheng, Chieh-Yuan (2002), The Comparison Between Predicted and Measured Noise Emitted by Wheel-Rail Interaction from Taipei Railway Transit System, 2002 年 臺 北 國 際 捷 運 研 討 會, 臺 北 市 政 府 捷 運 工 程 局 17. Thompson, D. J. and Jones, C. J. C. (2000), A Review of The Modelling of Wheel/Rail Noise Generation, Journal of Sound and Vibration, 231(3), Thompson, D. J. and Gautier, P. E. (2006), A Review of Research into Wheel/Rail Rolling Noise Reduction, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part F: Journal of Rail and Rapid Transit, 220(4),