高速鐵路的發展為社會帶來了巨大的出行便利。而高鐵運行時的噪聲會對環境產生重要負面影響，噪聲控制已然成為高速鐵路環境治理面臨的首要問題。高速鐵路噪聲由輪軌區噪聲、車體空氣動力噪聲、集電系統噪聲等組成，其中輪軌區是最主要的噪聲來源。聲屏障能有效抑制輪軌區域的噪聲傳播，從而降低總體噪聲輻射水平，因此得到廣泛應用。實際工程中，中國高速鐵路大多采用2米或3米直立式聲屏障，此高度來源于長期工程經驗的總結和出于結構安全性等方面的考慮。

近年來，工程師試圖尋找更合理的聲屏障高度或更佳的幾何形式，從而實現更高的降噪量和更為經濟的建造成本，因此迫切需要一種精確有效的數值模擬方法指導聲屏障設計改良。

行業挑戰

 中國鐵路設計集團有限公司（簡稱中國鐵設，原鐵道第三勘察設計院集團有限公司）減振降噪實驗室主要任務是減振降噪工程技術研發（測試技術與仿真技術研發應用），減振降噪產品開發及推動工程化應用，振動、噪聲測試技術服務。

 在高鐵聲屏障設計過程中，采用半解析公式計算聲屏障降噪量（插入損失），由于不能充分描述聲源和邊界條件信息，導致預測結果偏差較大，因此需要能夠模擬高速鐵路聲源特性、反映聲屏障吸聲系數、復雜幾何形式和聲學邊界條件的預測方法。

 減振降噪實驗室的胡文林博士表示：“在沒有使用Actran之前，我們很難將聲學研發融入到聲屏障設計中。在設計過程中用半解析公式計算只能驗證一個點聲源或線生源的插入損失，不能計算復雜的幾何形狀和吸聲邊界，研究的產品也只限于直立式非吸聲屏障。”

注：插入損失指保持噪聲源、地形、地貌、地面和氣象條件不變情況下安裝聲屏障前后在某特定位置上的聲壓級之差，是描述聲屏障降噪量的指標。

解決方案

 在聲屏障降噪設計過程中仿真對象主要是高速鐵路輻射噪聲，需要建立大尺度、外場、寬頻域的模型。Actran 的無限元技術，二維模型分析技術，阻抗邊界定義，多聲源輸入，近場遠場分布云圖，模擬復雜幾何形狀和阻抗邊界等功能可以滿足這些需求。胡文林補充道：“除了無限元技術外，能夠模擬聲屏障復雜的形狀、吸聲邊界和頂部端頭的形式（彎折、帶有頂部干涉器）是我們選擇這款產品的主要原因。Actran能夠滿足產品研發和預測降噪的需求。”

仿真結果噪聲分布云圖

 由于高鐵聲源的復雜性，在仿真模型中需要定義數量非常多的線聲源用來模擬分布在列車兩側和橋梁腹板外側的噪聲源。使用Actran的API語言可以方便的通過命令行或者腳本文件快速定義多聲源。

采用Actran API腳本語言快速生成線聲源，采用Loadcases命令，避免聲源干涉效應，實現聲源不相干疊加。

結果

  Actran不僅仿真結果與測試結果對比良好，還能夠模擬復雜的幾何形式和吸聲邊界條件，具有高效可行的建模方式，提供了研發更為復雜產品的工具。目前已在高速鐵路聲屏障研發、設計中應用，也將有望應用于普通鐵路和城市軌道交通工程減振降噪設計與新措施研發中。

Actran仿真結果與測試對比

關于中國鐵設

 中國鐵路設計集團有限公司（簡稱中國鐵設，原鐵道第三勘察設計院集團有限公司），是中國鐵路總公司下屬唯一勘察設計企業，成立于1953年，是以鐵路、城市軌道交通、公路等工程總承包、勘察、設計、咨詢、監理、項目管理業務為主的大型企業集團。在高速鐵路、重載鐵路、綜合交通樞紐、城市軌道交通、新型軌道交通、磁浮交通等領域具有突出優勢，部分技術達到國際先進水平。