高速列車車內(nèi)空氣壓力舒適度標(biāo)準(zhǔn)的研究*

何德華

(中國鐵道科學(xué)研究院　機(jī)車車輛研究所， 北京 100081)

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綜合技術(shù)研究

高速列車車內(nèi)空氣壓力舒適度標(biāo)準(zhǔn)的研究*

何德華

(中國鐵道科學(xué)研究院機(jī)車車輛研究所， 北京 100081)

介紹和分析國內(nèi)外高速鐵路以及民航的壓力舒適度標(biāo)準(zhǔn)；對我國各型動(dòng)車組壓力變化試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了匯總，并結(jié)合乘客舒適度調(diào)查試驗(yàn)，對壓力變化與耳感舒適度進(jìn)行了相關(guān)性分析；最后，對我國鐵路壓力舒適度標(biāo)準(zhǔn)的制定提出了建議。

高速鐵路; 壓力舒適度; 空氣動(dòng)力學(xué)

高速列車通過隧道以及在隧道內(nèi)與其他高速列車交會(huì)時(shí)車外產(chǎn)生較大壓力變化。由于列車不是完全密封，車外的空氣壓力波動(dòng)會(huì)通過車體上可能存在的縫隙或空調(diào)系統(tǒng)的進(jìn)、排風(fēng)口傳到車內(nèi)。在人耳的鼓膜和外耳道之間產(chǎn)生一個(gè)壓差，這個(gè)壓差會(huì)導(dǎo)致耳膜震動(dòng)或偏移，刺激旅客的耳鼓膜，引起耳脹耳痛，從而影響乘客的舒適度，超過一定限值時(shí)，會(huì)造成健康傷害[1-13]。一個(gè)合理的壓力舒適度限值，可為高速列車密封性能、動(dòng)車組壓力保護(hù)系統(tǒng)，以及隧道截面積、緩沖結(jié)構(gòu)等的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。在發(fā)展高速鐵路過程中，許多國家開展了壓力波對旅客乘坐舒適度影響研究，根據(jù)實(shí)車或壓力艙試驗(yàn)結(jié)果，并參考海軍和航空航天醫(yī)學(xué)方面的研究成果制定了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[10]。

近年來，乘客對高速鐵路的乘坐舒適度提出了越來越高的要求，經(jīng)常反映高速動(dòng)車組通過隧道時(shí)車內(nèi)壓力變化快，引起不適。我國對高速列車車內(nèi)壓力舒適度也有標(biāo)準(zhǔn)，但《高速動(dòng)車組整車試驗(yàn)規(guī)范》、《聯(lián)調(diào)聯(lián)試動(dòng)態(tài)驗(yàn)收技術(shù)規(guī)范》和《動(dòng)車組招標(biāo)技術(shù)文件》這3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)(文件)的要求不一致，存在過于嚴(yán)格或不夠嚴(yán)密的問題，不能真實(shí)反映乘客的舒適度，因此適用性較差。試驗(yàn)結(jié)果表明，壓力波動(dòng)的舒適度，與一定時(shí)間內(nèi)壓力變化幅度和壓力變化率有關(guān)。本文在梳理國內(nèi)外相關(guān)壓力舒適度標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，對我國既有高速列車的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行匯總，并對乘客舒適度準(zhǔn)則進(jìn)行調(diào)查分析，為制定一個(gè)可靠、合理、能反映乘客壓力舒適度標(biāo)準(zhǔn)提供依據(jù)。

1　國內(nèi)外壓力舒適度標(biāo)準(zhǔn)對比分析

1.1國外壓力舒適度標(biāo)準(zhǔn)

目前，國外高速鐵路采用的各種舒適度準(zhǔn)則大致可以分為兩種，一種以日本和意大利為代表的，采用壓力變化幅度和變化率來表示；另一種以英國、德國、UIC和韓國為代表的，采用一定時(shí)間內(nèi)壓力變化值來表示。這些標(biāo)準(zhǔn)又分為兩類：一類為單一時(shí)間型，即以某一指定時(shí)間內(nèi)的壓力變化量作為指標(biāo)，見表1；另一類為多時(shí)間型，也稱復(fù)合型，即對不同時(shí)間內(nèi)的壓力變化進(jìn)行規(guī)定，同時(shí)滿足各不同時(shí)間間隔內(nèi)的壓力變化量值，見表2。

表1　國外高速鐵路采用的耳膜舒適度準(zhǔn)則(單一型)

表2　國外高速鐵路采用的耳膜舒適度準(zhǔn)則(復(fù)合型)

多時(shí)間型標(biāo)準(zhǔn)通常也包含壓力變化幅度(60 s壓力變化幅值通常能代表)和變化率，如德國和UIC的，從我國高鐵舒適度調(diào)查試驗(yàn)結(jié)果來看多時(shí)間型相對來說更為嚴(yán)密[4，10]。

由表1和表2可知：壓力變化幅值、壓力變化率以及一定時(shí)間內(nèi)壓力變化都會(huì)影響人體的耳感舒適度。參考海軍和航空航天醫(yī)學(xué)方面的研究成果[4]，由醫(yī)學(xué)專家和鐵路研究人員共同提出的標(biāo)準(zhǔn)，以一定時(shí)間內(nèi)壓力變化閾值這一參數(shù)來評判乘坐舒適度，克服了單純用氣壓變化幅值或變化率的局限性，從生理學(xué)角度較科學(xué)地給出了同舒適度相關(guān)聯(lián)的壓力波動(dòng)閾值。但“一定時(shí)間”各國有所不同。我國使用哪些時(shí)間閾值進(jìn)行控制，以及各時(shí)間閾值的具體數(shù)值確定亟需進(jìn)一步研究。

1.2國內(nèi)壓力舒適度標(biāo)準(zhǔn)

我國與高速列車車內(nèi)壓力舒適度相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)有《高速動(dòng)車組整車試驗(yàn)規(guī)范》、《聯(lián)調(diào)聯(lián)試動(dòng)態(tài)驗(yàn)收技術(shù)規(guī)范》和動(dòng)車組招標(biāo)技術(shù)文件。現(xiàn)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或條款存在以下幾個(gè)問題：①各標(biāo)準(zhǔn)要求的指標(biāo)不一致；②現(xiàn)行《高速動(dòng)車組整車試驗(yàn)規(guī)范》中規(guī)定的“壓力變化率需小于200 Pa/s，且壓力變化幅值小于1 000 Pa”條款中壓力變化率要求過于嚴(yán)格，多方反映不經(jīng)濟(jì)合理；③《聯(lián)調(diào)聯(lián)試動(dòng)態(tài)驗(yàn)收技術(shù)規(guī)范》和動(dòng)車組招標(biāo)技術(shù)文件中規(guī)定“壓力變化率小于200 Pa/s為優(yōu)；壓力變化小于800 Pa/3 s為良；壓力變化小于1 250 Pa/3 s為合格”的良和合格條款不夠嚴(yán)密，“良”和“合格”等級未對壓力變化率進(jìn)行限制，存在乘客感受很差卻評定為良或合格的情況，如壓力變化率為700 Pa/s，且壓力變化小于800 Pa/3 s，不能真實(shí)反映乘客的舒適度。另外，通過長大隧道時(shí)，乘客經(jīng)常感覺不太好，是否需要對更長時(shí)間壓力變化幅值進(jìn)行限制也存在爭議，缺乏支撐，有待進(jìn)一步研究。近年來，隨著我國高速鐵路的快速發(fā)展，動(dòng)車組生產(chǎn)廠家對于車內(nèi)壓力舒適度的統(tǒng)一和確定變得異常迫切，亟需一個(gè)權(quán)威的標(biāo)準(zhǔn)。

1.3航空壓力舒適度標(biāo)準(zhǔn)[11，14]

航空方面主要是依據(jù)中耳腔內(nèi)的空氣壓力隨外界大氣壓力變化的平衡能力來制定壓力舒適度標(biāo)準(zhǔn)的。鑒于中耳的解剖結(jié)構(gòu)和通氣的特點(diǎn)，各國均對氣壓變化和波動(dòng)做了相應(yīng)的要求和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定[11]。

飛行中依靠機(jī)械調(diào)節(jié)增壓座艙，可能產(chǎn)生一定范圍的壓力波動(dòng)是允許的，但不應(yīng)超過人體耐受閾限。頻繁的和大幅度的壓力波動(dòng)除可引起中耳損傷外，尚能引起植物神經(jīng)功能紊亂和影響飛行工作能力。座艙內(nèi)發(fā)生短時(shí)間的壓力波動(dòng)不應(yīng)超過2.67 kPa(20 mmHg)，其變化的平均速率不大于0.27 kPa/s(2.0 mmHg/s)。也有人認(rèn)為壓力波動(dòng)率在0.93～1.07 kPa/s(7～8 mmHg/s)，壓力波動(dòng)值達(dá)2.67 kPa(18～20 mmHg)能引起中耳的不適。EW Still提出在水平飛行時(shí)，座艙壓力波動(dòng)應(yīng)保持士1.0 kPa(士7.5 mmHg)以內(nèi),波動(dòng)頻率每分鐘不超過3次為宜。由此可見, 壓力波動(dòng)頻率也會(huì)影響人體的耳感舒適度。

2　試驗(yàn)結(jié)果匯總分析

對比分析國內(nèi)、外以及航空壓力舒適度標(biāo)準(zhǔn)可知，首先，我國現(xiàn)行各壓力舒適度標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)條款沒有統(tǒng)一，存在有的過于嚴(yán)格，有的不夠嚴(yán)密等問題；其次，各國標(biāo)準(zhǔn)差異很大，雖然UIC 660看起來很完善，但是否適合我國國情還有待進(jìn)一步研究。鑒于此，在對比分析國內(nèi)、外以及航空壓力舒適度標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，對我國各型號動(dòng)車組和典型線路的壓力變化情況進(jìn)行匯總分析，并進(jìn)行壓力舒適度調(diào)查，以便為制定符合我國國情的壓力舒適度標(biāo)準(zhǔn)提供參考和建議。

2.1試驗(yàn)結(jié)果

動(dòng)車組的整車型式試驗(yàn)和新修鐵路的聯(lián)調(diào)聯(lián)試試驗(yàn)，均有空氣動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)項(xiàng)目。因此，空氣動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)涵蓋的動(dòng)車組和線路非常豐富。動(dòng)車組包括CRH1、CRH2、CRH3、CRH5等系列十幾個(gè)型號，其頭型、速度級、空氣動(dòng)力學(xué)性能各異；試驗(yàn)線路方面，有武廣、京滬、滬杭、滬寧、甬臺(tái)溫、福廈、鄭西、廣珠、達(dá)成、哈大、京石武、合蚌、寧杭、杭甬、津秦、西寶、廣西沿海、南廣、大西和杭長等線路，這些線路的隧道截面積、隧道結(jié)構(gòu)型式、隧道長度等幾乎涵蓋了我國高速鐵路的所有情況，基本上能反映我國鐵路的特點(diǎn)。

現(xiàn)行整車試驗(yàn)規(guī)范和動(dòng)車組招標(biāo)技術(shù)文件試驗(yàn)工況，包括隧道通過和明線交會(huì)。在運(yùn)營中，隧道通過工況壓力變化明顯比明線交會(huì)工況大，因此，僅對各型動(dòng)車組隧道通過試驗(yàn)工況下的最大值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，不對明線和隧道交會(huì)工況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。我國高速鐵路空氣動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)的主要結(jié)果如表3所示，大部分動(dòng)車組隧道通過試驗(yàn)，車內(nèi)1 s變化最大值均超過200 Pa(變化率嚴(yán)于1 s變化最大值)，有的車內(nèi)3 s變化最大值已經(jīng)超過1 000 Pa。試驗(yàn)結(jié)果雖能滿足《動(dòng)車組招標(biāo)技術(shù)文件》與《聯(lián)調(diào)聯(lián)試動(dòng)態(tài)驗(yàn)收技術(shù)規(guī)范》的相關(guān)指標(biāo)要求。但是存在部分動(dòng)車組1 s變化最大值大于700 Pa的情況，甚至可能會(huì)出現(xiàn)部分動(dòng)車組的3 s變化最大值小于800 Pa，但1 s變化最大值大于700 Pa的情況。這種情況下，評判結(jié)果為良，但試驗(yàn)人員的耳感反映非常不好。

此外，為了減少壓力波的影響，保證旅客的舒適度，高速列車除了采取良好的車體密封，還需要加裝可自動(dòng)調(diào)控的進(jìn)、排氣控制裝置，以便在車外壓力發(fā)生變化時(shí)調(diào)節(jié)進(jìn)排氣口的工作狀態(tài)，防止車內(nèi)壓力變化過大。目前，動(dòng)車組出廠前的氣密性試驗(yàn)結(jié)果顯示各型動(dòng)車組密封性能都很好，遠(yuǎn)優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)限值，而在空調(diào)壓力保護(hù)系統(tǒng)未調(diào)整到位進(jìn)行隧道通過試驗(yàn)時(shí)，車內(nèi)壓力變化卻超標(biāo)，調(diào)控優(yōu)化后壓力變化指標(biāo)顯著下降，見表3中備注欄對比結(jié)果。結(jié)果表明很多動(dòng)車組本身的密封性能并無問題，通過對空調(diào)壓力保護(hù)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)完全能使車內(nèi)壓力變化滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，從而提高乘客乘坐舒適度。

表3　各型動(dòng)車組空氣動(dòng)力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果最大值匯總

圖1～圖5給出了京廣深高鐵武漢至深圳段運(yùn)營情況的某典型動(dòng)車組通過全線隧道車內(nèi)壓力變化分布散點(diǎn)圖。武漢至深圳高鐵包涵300座左右的隧道，隧道長度分布廣泛均勻，從100多米至十幾公里，具有很強(qiáng)的代表性。由圖1～圖5可知：車內(nèi)壓力變化1 s最大值均不大于400 Pa，大多分布在200 Pa之內(nèi)；車內(nèi)壓力變化3 s最大值均不大于800 Pa，大多分布在400 Pa之內(nèi)；車內(nèi)壓力變化4 s最大值大多分布在400 Pa之內(nèi)，只有一個(gè)隧道的大于800 Pa；車內(nèi)壓力變化10 s最大值大多分布在600 Pa之內(nèi)，只有一個(gè)大于1 000 Pa，車內(nèi)壓力變化60 s或以上時(shí)間最大值大多分布在1 500 Pa之內(nèi)，均不大于1 600 Pa，如果按較為嚴(yán)密的UIC 660準(zhǔn)則考核的話，除了一個(gè)隧道的10 s最大值不符合標(biāo)準(zhǔn)外，其余指標(biāo)均滿足要求。

試驗(yàn)過程中列車以最高300 km/h速度運(yùn)營，運(yùn)行范圍為武漢至深圳，并在列車4個(gè)車廂內(nèi)安裝了壓力測試系統(tǒng)。實(shí)車測試系統(tǒng)的組成及原理如圖3所示。檢測系統(tǒng)由氣壓傳感器、GPS、集成測控?cái)?shù)采系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)及相應(yīng)的分析軟件組成。各傳感器將測得的壓力信息經(jīng)集成測控?cái)?shù)采系統(tǒng)放大、AD/DA轉(zhuǎn)換后記錄在計(jì)算機(jī)中，同時(shí)GPS用于確定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，采集的數(shù)據(jù)通過分析軟件進(jìn)行處理，并且分析軟件能夠通過濾波排除一些干擾，消除偶然誤差，修正系統(tǒng)誤差，從而實(shí)現(xiàn)測量結(jié)果的高準(zhǔn)確性和具有對被測信號的高分辨能力。不同系統(tǒng)間可實(shí)現(xiàn)同步連接，保證所有數(shù)采儀的所有通道實(shí)時(shí)同步，同步精度達(dá)到ns級。此外，系統(tǒng)有較好的適應(yīng)高低溫、高濕、強(qiáng)振動(dòng)和沖擊等惡劣環(huán)境的能力。為了使結(jié)果更具代表性，數(shù)據(jù)處理過程中以每3 km出一個(gè)散點(diǎn)統(tǒng)計(jì)，而不是只統(tǒng)計(jì)隧道，而不統(tǒng)計(jì)明線運(yùn)行。

圖1　運(yùn)營動(dòng)車組通過武深高鐵全線隧道車內(nèi)1 s壓力變化分布散點(diǎn)圖

圖2　運(yùn)營動(dòng)車組通過武深高鐵全線隧道車內(nèi)3 s壓力變化分布散點(diǎn)圖

圖3　運(yùn)營動(dòng)車組通過武深高鐵全線隧道車內(nèi)4 s壓力變化分布散點(diǎn)圖

圖4　運(yùn)營動(dòng)車組通過武深高鐵全線隧道車內(nèi)10 s壓力變化分布散點(diǎn)圖

圖5　運(yùn)營動(dòng)車組通過武深高鐵全線隧道車內(nèi)60 s壓力變化分布散點(diǎn)圖

2.2舒適度調(diào)查試驗(yàn)及數(shù)據(jù)分析

為研究壓力變化與乘客舒適度的關(guān)系，在高鐵武漢至深圳段進(jìn)行了乘坐舒適度調(diào)查試驗(yàn)，試驗(yàn)列車為運(yùn)營的CRH380AL、CRH3C和CRH2C型動(dòng)車組，試驗(yàn)測試車內(nèi)壓力變化的同時(shí)，記錄了乘客壓力舒適感覺，在調(diào)查中將旅客不適度分為無感覺、略有不適、相當(dāng)不適、難以忍受等5級。為使調(diào)查結(jié)果更具代表性，選取了每個(gè)型號運(yùn)營列車上的5個(gè)車廂的乘客作為調(diào)查對象，包括頭車、中間車和尾車等車廂內(nèi)的所有乘客。試驗(yàn)過程中，使用廣播通知調(diào)查乘客進(jìn)、出試驗(yàn)隧道，以方便乘客填寫調(diào)查表格。

“一定時(shí)間”壓力變化幅值指標(biāo)是制定車內(nèi)舒適度標(biāo)準(zhǔn)的重要指標(biāo)，試驗(yàn)中采用何種“一定時(shí)間”指標(biāo)進(jìn)行測試是需要解決的關(guān)鍵問題，文中主要參照生理學(xué)知識。“一定時(shí)間”主要是根據(jù)完成一次生理調(diào)節(jié)功能的需求來確定，常用的有3,4,10 s等，耳膜舒適度感受是飛機(jī)和列車壓力波動(dòng)敏感生理指標(biāo)。人的中耳與鼻咽腔通過咽鼓管相連接，自動(dòng)或人工調(diào)節(jié)開啟耳咽管的時(shí)間是 3～4 s，因此選取3,4,10 s的時(shí)間間隔作為舒適度選用的特定時(shí)間。并對其他類似標(biāo)準(zhǔn)中采用的45 s和60 s的時(shí)間間隔壓力變化進(jìn)行了分析。

數(shù)據(jù)分析過程中，依據(jù)能產(chǎn)生最大壓力變化幅值的時(shí)間間隔，對所調(diào)查的隧道長度進(jìn)行了劃分，分為3類，即隧道長度0～1 500 m，1 500～2 800 m和2 800 m以上。當(dāng)通過選定的各個(gè)隧道后，在測試壓力變化的同時(shí)，分布在5個(gè)車廂的10個(gè)試驗(yàn)人員分別記錄了各自車廂內(nèi)乘客的感受。乘客感受參照R.G.Gawthorpe( 1991)按壓力變化閾值提出的適用于各種旅行類型的耳膜舒適度準(zhǔn)則，按7分制將旅客不適度分為無感覺(1分)、略有不適(2分)、相當(dāng)不適(3分)、非常不適(5分)和難以忍受(7分)[13]。通過隧道期間內(nèi)的1,3 s或10 s時(shí)間間隔內(nèi)壓力變化幅值處理出來之后，根據(jù)調(diào)查所得的各種“不適”感覺人數(shù)比例可以定量得出不適度均值。以不適度均值為縱坐標(biāo)，壓力變化為橫坐標(biāo)，可以得出不適度同一定時(shí)間閾值壓力變化的關(guān)系，然后將統(tǒng)計(jì)的乘客不適度與相應(yīng)時(shí)間間隔內(nèi)的壓力變化幅值進(jìn)行回歸分析，得到其相關(guān)系數(shù)，并以介于略有不適和不適之間的“剛好不適”即2.5分的水平線作為可以接受的界限，該水平線與不適度回歸線的交點(diǎn)作為相應(yīng)時(shí)間間隔的壓力舒適度建議值。數(shù)據(jù)處理過程中，還根據(jù)列車通過隧道時(shí)產(chǎn)生壓力變化峰峰值的時(shí)間間隔對隧道長度進(jìn)行了分類，分為1 500 m以內(nèi)，1 500～2 800 m和2 800 m以上3類隧道。

通過隧道長度小于1 500 m的隧道時(shí)，乘客不適度平均值與1 s時(shí)間間隔內(nèi)壓力變化最大值的關(guān)系圖如圖6所示。由圖可知：乘客不適度與1 s時(shí)間間隔壓力變化幅值的相關(guān)系數(shù)為0.893，說明乘客不適度與1 s壓力變化幅值相關(guān)性較好，關(guān)系密切，其回歸線與2.5分水平線交點(diǎn)顯示可接受的1 s時(shí)間間隔壓力變化最大值為483 Pa，回歸線與2分水平線交點(diǎn)的1 s時(shí)間間隔壓力變化最大值為344 Pa，回歸線與1.5分水平線交點(diǎn)的1 s時(shí)間間隔壓力變化最大值為205 Pa。

圖6　1 s壓力變化幅值與乘客不適度關(guān)系圖

通過隧道長度小于1 500 m的隧道時(shí)，乘客不適度平均值與3 s時(shí)間間隔內(nèi)壓力變化最大值的關(guān)系圖如圖7所示。由圖可知：乘客不適度與3 s時(shí)間間隔壓力變化幅值的相關(guān)系數(shù)為0.902，說明乘客不適度與3 s壓力變化幅值相關(guān)性較好，關(guān)系密切，其回歸線與2.5分水平線交點(diǎn)顯示可接受的3 s時(shí)間間隔壓力變化最大值為733 Pa，回歸線與2分水平線交點(diǎn)的1 s時(shí)間間隔壓力變化最大值為525 Pa，回歸線與1.5分水平線交點(diǎn)的1 s時(shí)間間隔壓力變化最大值為317 Pa。

圖7　3 s壓力變化幅值與乘客不適度關(guān)系圖

通過隧道長度小于1 500 m的隧道時(shí)，乘客不適度平均值與4 s時(shí)間間隔內(nèi)壓力變化最大值的關(guān)系圖如圖8所示。由圖可知：乘客不適度與4 s時(shí)間間隔壓力變化幅值的相關(guān)系數(shù)分別為0.871 1，說明乘客不適度與4 s壓力變化幅值相關(guān)性較好，關(guān)系密切，其回歸線與2.5分水平線交點(diǎn)顯示可接受的4 s時(shí)間間隔壓力變化最大值為795 Pa，回歸線與2分水平線交點(diǎn)的1 s時(shí)間間隔壓力變化最大值為568 Pa，回歸線與1.5分水平線交點(diǎn)的1 s時(shí)間間隔壓力變化最大值為341 Pa。

圖8　4 s壓力變化幅值與乘客不適度關(guān)系圖

通過隧道長度大于1 500 m小于2 800 m的隧道時(shí)，乘客不適度平均值與10 s時(shí)間間隔內(nèi)壓力變化最大值的關(guān)系圖如圖9所示。由圖可知：乘客不適度與10 s時(shí)間間隔壓力變化幅值的相關(guān)系數(shù)為0.314 8，說明乘客不適度與10 s壓力變化幅值相關(guān)性一般，其回歸線與2.5分水平線交點(diǎn)顯示可接受的10 s時(shí)間間隔壓力變化最大值為900 Pa。

圖9　10 s壓力變化幅值與乘客不適度關(guān)系圖

通過隧道長度大于2 800 m的隧道時(shí)，乘客不適度平均值與45 s和60 s時(shí)間間隔內(nèi)壓力變化最大值的關(guān)系圖如圖10～圖11所示。由圖可知：乘客不適度與45 s和60 s時(shí)間間隔壓力變化幅值的相關(guān)系數(shù)分別為0.152 3和0.059 2，說明乘客不適度與45 s和60 s壓力變化幅值基本上沒什么關(guān)系，其回歸線與2.5分水平線交點(diǎn)顯示可接受的45 s和60 s時(shí)間間隔壓力變化最大值相差很大。

圖10　45 s壓力變化幅值與乘客不適度關(guān)系圖

圖11　60 s壓力變化幅值與乘客不適度關(guān)系圖

綜上所述，與乘客舒適度聯(lián)系最緊密的為1,3 s和4 s壓力變化幅值,10 s壓力變化幅值與乘客舒適度相關(guān)性一般，45 s和60 s時(shí)間間隔壓力變化幅值與乘客舒適度相關(guān)性較差。其中，3 s和4 s壓力變化幅值與乘客舒適度緊密度相當(dāng)，而且時(shí)間間隔也相近，因此，取其一即可，從其他國家的研究情況來看，采用3 s的較多。

對于舒適度準(zhǔn)則的制定，通常會(huì)劃分等級，如振動(dòng)等。通常以介于略有不適和不適之間的“剛好不適”即2.5分的水平線作為可以接受的界限，該水平線與不適度回歸線的交點(diǎn)作為相應(yīng)時(shí)間間隔的“合格”壓力舒適度建議值；以略有不適即2分的水平線作為“良”的界限，該水平線與不適度回歸線的交點(diǎn)作為相應(yīng)時(shí)間間隔的“良”壓力舒適度建議值；以介于略有不適和無感覺之間的“稍有感覺”即1.5分的水平線作為“優(yōu)”的界限，該水平線與不適度回歸線的交點(diǎn)作為相應(yīng)時(shí)間間隔的“優(yōu)”壓力舒適度值，綜合起來可以得到優(yōu)、良和合格的舒適度回歸值，見表4，由表可知，國人對1,3 s和4 s間隔的壓力變化幅值較為敏感，對于更長時(shí)間跨度的壓力波動(dòng)不太敏感。另外，需要注意的是，上述結(jié)果是在隧道較多的武廣線得到的，因此，建議作為嚴(yán)格版或隧道較多線路的推薦標(biāo)準(zhǔn)限值，數(shù)值取整后，推薦值如下：優(yōu)：200 Pa/1 s 且400 Pa/3 s；良：350 Pa/1 s且600 Pa/3 s；合格：500 Pa/1 s 且800 Pa/3 s。在型式試驗(yàn)等合格評定中建議采用合格等級：500 Pa/1 s且800 Pa/3 s。而優(yōu)和良等級可作為生產(chǎn)廠家高等級列車的參考標(biāo)準(zhǔn)或改進(jìn)目標(biāo)。

表4　壓力舒適度回歸值　Pa

3　結(jié)　論

(1) 國外高速鐵路采用的各種壓力舒適度準(zhǔn)則大致可以分為單一和復(fù)合型兩種。相較于國外壓力舒適度準(zhǔn)則，國內(nèi)的相關(guān)條款存在過于嚴(yán)格或不夠嚴(yán)密的問題。

(2) 各型動(dòng)車組和典型線路實(shí)車試驗(yàn)結(jié)果表明，現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范的壓力舒適度條款已經(jīng)不能滿足于我國的高鐵發(fā)展需求；乘客舒適度調(diào)查試驗(yàn)表明：與乘客舒適度聯(lián)系最緊密的為1、3 s和4 s壓力變化幅值,10 s壓力變化幅值與乘客舒適度相關(guān)性一般，45 s和60 s時(shí)間間隔壓力變化幅值與乘客舒適度相關(guān)性較差。

(3) 我國可參照動(dòng)車組招標(biāo)技術(shù)文件，以乘客舒適度調(diào)查試驗(yàn)結(jié)果為基礎(chǔ)，分等級的方式制定鐵路壓力舒適度標(biāo)準(zhǔn)，建議標(biāo)準(zhǔn)限值同時(shí)包括1 s和3 s或1 s和4 s壓力變化幅值，推薦值如下：優(yōu)：200 Pa/1 s 且400 Pa/3 s；良：350 Pa/1 s 且600 Pa/3 s；合格：500 Pa/1 s 且800 Pa/3 s。

[1]中國鐵道科學(xué)院機(jī)車車輛研究所.京滬綜合試驗(yàn)研究總報(bào)告之空氣動(dòng)力學(xué)分報(bào)告，TY字第3074-1號[R].北京：中國鐵道科學(xué)研究院,2011.

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The Study of Pressure Comfort Criterion for High-speed Train

HEDehua

(Locomotive & Car Research Institute, China Academy of Railway Sciences, Beijing 100081, China)

Domestic, foreign high-speed railway and aviation pressure comfort standards were introduced and analyzed; The test results of pressure changes for all types EMU in China were summarized； combined with passenger comfort survey test, correlation analysis between pressure change and sense of ear comfort were conducted; Finally, some advices about drawing up pressure comfort standards for China Railway were proposed as follows: Excellent: 200Pa/1s and 400Pa/3s; Good: 350Pa / 1s and 600Pa / 3s; Qualified: 500Pa/1s and 800Pa/3s. 500Pa/1s and 800Pa/3s is suggest in type test.

high-speed; pressure comfort; aerodynamic; tunnel.

1008-7842 (2016) 03-0001-06

—)男，助理研究員(

2015-11-20)

U292.91+4

Adoi:10.3969/j.issn.1008-7842.2016.03.01