看到網(wǎng)上轉(zhuǎn)載的《中國客運專線（高速鐵路建設(shè)回顧與思考）》，在“主要建設(shè)成就”中(6.7),列舉到“整體預(yù)應(yīng)力混凝土聲屏障”，讓人啼笑皆非又心感不祥。文章指出：
(1)基本摸清了列車高速通過聲屏障時障脈動力產(chǎn)生的機理、計算分析方法、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、結(jié)構(gòu)措施等，為工程建設(shè)提供了技術(shù)依據(jù)。
(2)得出了不同列車時速時脈動力響應(yīng)系數(shù)，及其影響的因素，如列車速度、列車車頭形狀、空氣密度、聲屏障距鐵路中心線的距離、聲屏障高度、主體結(jié)構(gòu)材料、吸隔聲板材等，其中主要因素是列車速度、車頭形狀及聲屏障與線路的距離。
(3)編制完成設(shè)計時速350 km客運專線鐵路整體預(yù)應(yīng)力混凝土聲屏障通用圖。
這樣的“成就”如同“皇帝的新衣”的故事令人汗顏。只有皇帝相信自己沒有裸體丟人。中國的高速鐵路的成就，已經(jīng)被“插板式聲屏障”蒙上了一層灰塵。而理智告訴我們，“整體預(yù)應(yīng)力混凝土聲屏障”同樣缺少科技支撐。其實，我們已經(jīng)掌握了具有國際領(lǐng)先的高鐵聲屏障技術(shù)，中國人完全可以贏得理直氣壯、坦坦蕩蕩。
一. 作用機理要清晰
京津城際客運專線聲屏障動力學(xué)分析指出：當(dāng)列車車頭和車尾經(jīng)過聲屏障結(jié)構(gòu)時，聲屏障各組件產(chǎn)生明顯的脈動響應(yīng)，不同頻率對應(yīng)的振動模態(tài)（見圖1）。
13 Hz左右 24 Hz左右 大于25 Hz
圖1 京津?qū)＞€聲屏障動不同頻率對應(yīng)的振動模態(tài)
在這種周期性正弦波沖擊力的作用下，正屏障處于被動挨打狀態(tài)。變被動為主動的唯一選擇是：變剛性體為彈性體。所以不能使用脆性材料的水泥構(gòu)件。
歐洲的產(chǎn)品具有明顯的防止正弦波沖擊力交互力偶矩的結(jié)構(gòu)措施，如高架橋上的聲屏障圖2，立柱腹板根據(jù)試驗和實驗的變形曲線設(shè)計，連接管具有抗扭、抵御交互力偶矩和配重等功能，產(chǎn)品精致，壽命50年。而我國插板式聲屏障聲名狼藉，使用不到半年的狀態(tài)為圖3，而且是普遍現(xiàn)
圖2歐洲的高鐵聲屏障 圖3我國的高鐵聲屏障
象，如圖4，水泥底座上的道道污跡是雨水沖刷纖維棉中的污物和銹水。
圖4我國使用半年就傷痕累累的高鐵聲屏障
圖2和圖11可以看出，歐洲正在使用高鐵聲屏障立柱與承載水泥表面之間墊的是橡膠板（每5年一更換）。
因為運動物體的質(zhì)量越大，速度越大，動能就越大。我國高速鐵路高架橋箱梁自重808噸，上表面托起無渣軌道等幾十噸附屬設(shè)施，下面由四個橡膠塊支撐，列車經(jīng)過時，會以一定速度振動，動能是非常大。此時，沖量把橡膠塊壓縮變形，飛馳列車的動能轉(zhuǎn)化成橡膠塊的彈性勢能，然后橡膠塊的彈性勢能把箱梁以及上面的建筑物一起向上彈起，橡膠塊的彈性勢能轉(zhuǎn)化成箱梁、水泥護欄（或聲屏障）的動能在空中上升，箱梁和水泥護欄（或聲屏障）上升后的動能又成為重力勢能。比如敲鼓時，鼓皮振動的彈性勢能把小砂粒彈飛。如果箱梁的振動速度是V，加速度是a，根據(jù)機械能守恒定律，可算出水泥護欄（或聲屏障）被拋出去的高度h：
其殺傷力跟炮彈一樣。
目前，我國預(yù)應(yīng)力混凝土護欄的現(xiàn)狀（圖5），破碎部分已被震飛。這就是日后預(yù)應(yīng)力混凝土聲屏障的結(jié)果。
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圖5 目前預(yù)應(yīng)力混凝土護欄的現(xiàn)狀
試驗證明，如果聲屏障立柱與承載水泥表面之間剛性連接要產(chǎn)生巨響，而且要將水泥表面和聲屏障損毀。而我國的聲屏障立柱底座和遮板連接面之間卻偏偏要通過預(yù)埋螺栓使用防松墊圈和彈簧墊圈近似彈性連接，還要二次灌漿水泥（如圖3）非要葬送納稅人的錢。
歐洲的產(chǎn)品像埃菲爾鐵塔一樣，持久性是項目硬性指標(biāo)之一，目前法
國正在興建的高速鐵路仍然使用這種身經(jīng)百戰(zhàn)的老牌產(chǎn)品，能夠中標(biāo)、步步為營、屢戰(zhàn)屢勝的根本原因跟技術(shù)無關(guān)（信譽度普遍高），而是整體物流和投資成本控制得好，即整體工程形象好。
歐洲成功的經(jīng)驗是使用金屬護欄，猶如一道亮麗的風(fēng)景線(圖6)，而我國高鐵把違背一般性常識、農(nóng)民工兄弟都極力反對的工程叫成就(圖7)。
圖6 歐洲高鐵使用的金屬護欄
圖7 我國高鐵使用不到半年的水泥護欄
我們正是利用這樣的機會，組織參與歐洲聲屏障設(shè)計的專家，實現(xiàn)了我國高速鐵路聲屏障的技術(shù)試驗、試制、生產(chǎn)方面的全面創(chuàng)新。
我國從2005年至今，與法國SYSTRA公司、德國OPB公司、德國鐵路咨詢公司DE—C公司組成咨詢聯(lián)合體，對京津、武廣、鄭西高鐵專線進行技術(shù)咨詢。對歐洲高鐵線路的聲屏障非常了解，可是當(dāng)時的腐敗體制卻偏偏將“插板式聲屏障作為引進、提高的產(chǎn)物？”如今，對中國什么感情的人才能將“凝土聲屏障”作為主要建設(shè)成就？圖8為歐洲地面高鐵線路上的聲屏障。
圖8 歐洲地面高鐵線路上的聲屏障
二. 材料機理
基本的隔聲原理叫做“質(zhì)量效應(yīng)”，說的是：聲屏障質(zhì)量越大而噪聲的頻率越高時，聲屏障的衰減作用就越大，所以，選擇質(zhì)量大的材料作為聲屏障的面板就是此道理。
而吸聲的原因不是由于表面粗糙，而是因為具有大量的內(nèi)外連通的微小孔隙和孔洞。當(dāng)聲波入射到蓬松的纖維結(jié)構(gòu)上時，聲波能順著孔隙進入材料內(nèi)部，引起空隙中空氣分子的振動；由于空氣的粘滯阻力和空氣分子與孔隙壁的摩擦，聲能將轉(zhuǎn)化為熱能。聲音是一種能量，能量既不能創(chuàng)造也不能被消滅，只能從一種形式轉(zhuǎn)化到另一種形式。
顯然，混凝土聲屏障沒有吸聲作用，它又不是好的隔聲材料，使用它對噪聲能量的存在沒有任何影響。
事實上，125 Hz以下的低頻噪聲對人體危害程度最大，這種噪聲聲波
長，能量遞減緩慢，可輕易穿越障礙物長距離奔襲，并穿墻透壁直達(dá)人的耳骨，低頻噪音經(jīng)多次反射就會形成高能量、大振幅的駐波，以簡正振動方式傳播。低于20Hz的次聲波接近人體自身的振動頻率，引起人體內(nèi)臟的“共振”，使人煩躁、耳鳴、惡心，導(dǎo)致心臟及其它內(nèi)臟劇烈抖動、狂跳，以致血管破裂，最后促使死亡。
頻率越低的聲波穿透力越強，傳播越遠(yuǎn)，破壞力越大。所以，聲屏障
必須具有限制低頻噪聲的功能。
目前，國外的高鐵聲屏障幾乎全部使用“穿孔面板+多孔纖維材料的阻性吸音+高密度金屬隔音背板”技術(shù)方案，設(shè)計中盡量增大開孔的面積，以求吸收更多的噪聲。
歐洲的穿孔面板（見圖2）使用的材料比較厚，多孔吸音材料使用發(fā)泡鋁或鋁極細(xì)絲，成本很高。不會像插板式聲屏障那樣用纖維棉，使用不久便被列車的行駛風(fēng)吹得空空，如圖9。而且這兩種結(jié)構(gòu)對低頻聲波幾乎沒有任何作用。它們最大的不同是：
圖9 插板式聲屏障使用半年夾層內(nèi)的吸音材料被列車的行駛風(fēng)吹得空空
插板式聲屏障在工作時，進入穿孔的高速高壓氣流和噪聲壓迫穿孔板背后空氣層到反射壁，受壓空氣經(jīng)后壁反射回來，從穿孔中排出，由于缺乏穿孔率、薄板質(zhì)量（面密度）、結(jié)構(gòu)設(shè)計及選材方面的能力，使本應(yīng)控制的穿孔板沒有被控制，應(yīng)該是高密度（鋼板）剛形體的反射壁卻使用了低密度振動吸聲板（鋁板），在使用中變成了“薄板共振聲屏障”。稍有聲屏障的技術(shù)能力就會知道：穿孔板的吸聲，只有在穿孔率20%以下時，才有實際效果，承受大多數(shù)聲壓的板材在起吸聲作用，而不是少數(shù)的孔在起作用。結(jié)果氣流排除不暢，本應(yīng)剛性的反射壁使用低質(zhì)量材料的結(jié)構(gòu)缺陷為破損提供了最小阻力路線，使用不到半年就被壓力波撕裂，同時產(chǎn)生“邊緣音”，繼而產(chǎn)生共鳴噪聲。
因此，高鐵聲屏障的聲學(xué)技術(shù)必須創(chuàng)新。
三. 聲學(xué)創(chuàng)新途徑
聲音是物體振動激發(fā)周圍彈性媒質(zhì)(空氣.液體.固體)發(fā)生波動的現(xiàn)象，即產(chǎn)生聲波。聲波引起耳鼓的同頻振動，才使我們聽到聲音。通常聲音中包含著各種頻率，其中最低的叫基音，其余的叫泛音，基音與泛音合成為諧音。例如一面鼓只有一個基頻，確定、調(diào)整基頻的過程叫“放音”，只有大師才能完成，而且受濕度的影響振動膜的張緊力要變化、跑調(diào)，所以
一面貌似簡單定音鼓售價幾萬元。
如：二胡的琴弦從固定端與琴碼之間需要加海綿吸音，才能在演奏時消除或減弱膜振動時的不諧泛音；鋼琴的設(shè)計和制造是利用琴弦槌毛氈的
彈性，使其滯留擊弦點、抑制振動來消除或減弱不諧泛音。
高速列車的噪聲是伴隨高速氣流在多普勒效應(yīng)下，以簡正方式傳播，
使聲屏障受高速氣流湍流的影響產(chǎn)生受迫振動，消聲結(jié)構(gòu)上的邊界條件與傳統(tǒng)消音技術(shù)完全不同。
西南交通大學(xué)伍志英、柳葆生在《高速鐵路聲屏障空氣動壓力數(shù)值模擬與分析》中指出：“作為《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》的重要項目,京滬高鐵全線按最高時速350公里設(shè)計。然而，在與速度提升的同時，也將面臨更為嚴(yán)重的噪音污染問題。而現(xiàn)有城市道路的聲屏障技術(shù)不能滿足京滬高鐵的要求。經(jīng)過實驗，時速在200公里時，現(xiàn)有的聲屏障能保持完好，而時速超過250公里，聲屏障震動明顯?！?span>
事實上，聲屏障要允許氣流通過，而截住噪聲，具有消除垂直高速行駛風(fēng)流動方向的湍流噪聲的功能。在受到高速高壓行駛風(fēng)作用時，應(yīng)該具有像汽車獨立懸架一樣，進行彈性變形減震的關(guān)節(jié)，保護車身盡可能少的受到震動。
令歐洲同行刮目相看的是：我們利用東方人的哲學(xué)理念，認(rèn)為噪聲來自一個不同頻率的樂隊，而聲屏障只有還原這個樂隊的所有樂器的震動，才能收回各自不同頻率的聲波。相當(dāng)于將一個樂隊n個基頻的合聲作用在一個鼓面上，即把聲音還原成振動——消耗能量——進而消聲。還要不受溫度、濕度變化的影響保持振動膜張力不變，創(chuàng)造一個幾乎不可能的結(jié)構(gòu)。
制造工藝上，我們與歐洲的合作伙伴配套高度現(xiàn)代化的機器人生產(chǎn)線（圖9），保證產(chǎn)品質(zhì)量的一致性，以及受迫振動的張緊力和基頻基本不變、有效控制頻寬。實現(xiàn)從中國制造向中國創(chuàng)造的跨越。
圖9 配套機器人生產(chǎn)線
四.極端氣候叫板我國高鐵（遭雷劈）
歐洲的相關(guān)技術(shù)人員這樣評價我國高鐵的聲屏障：
問題嚴(yán)重到根本談不上技術(shù)，還不如形同虛設(shè)的水工程，因為它會帶來災(zāi)難。例如混凝土使用缺少常識，鋼筋的數(shù)量和位置不正確，地腳螺栓的直徑和深度設(shè)計不正確，可能都沒有認(rèn)真算過；加上材料質(zhì)量低下，工程浮皮潦草，欺上瞞下，偷工減料，從組織到施工隊盡是混水摸魚；整體作風(fēng)看著就生氣，地基都沒打好的建設(shè)，用了再先進的技術(shù)又有什么用？
事實上，我國高速鐵路聲屏障和護欄的爭議在于沒有技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。那么，在沒有技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的線路上運營，不要說極端天候，就是平常的天氣變化也
將叫板我國高鐵。
雖然列車有通過鐵軌的接地系統(tǒng)，相對較高的接觸網(wǎng)有特殊的避雷措施，但是忽略了相對較低，但是電阻更小的金屬聲屏障。忽略了雷劈石的力量（如圖10）。例如在我國海南省西線公路的東方市附近，有很多高矮不同的雷劈石景觀，說明雷劈的不僅僅與高度有關(guān)，還與電阻有關(guān)。
圖10 雷劈石的力量
圖11為歐洲高鐵聲屏障防雷劈的導(dǎo)電帶，具備完善的設(shè)防措施。
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圖11 歐洲高鐵聲屏障防雷劈的導(dǎo)電帶
而我國的高鐵聲屏障和護欄完全沒有避雷擊措施。插板式聲屏障結(jié)構(gòu)本身限制了接地回路，同時，預(yù)埋的高強都螺栓與遮板、箱梁的鋼筋網(wǎng)聯(lián)通導(dǎo)電，而箱梁又座在絕緣的橡膠塊上減振。一旦遭遇雷電必然通過軌道影響列車、接觸網(wǎng)和信號電源。
其它隱患表現(xiàn)在：
插板式聲屏障在整體安裝使用中，在預(yù)應(yīng)力箱梁的遮板上每隔一定數(shù)量的立柱設(shè)有一個伸縮縫。根本沒有考慮到：立柱已經(jīng)扎根在箱梁上，只能與箱梁一起進行溫度伸縮。立柱不可能相對箱梁移動，單元板只能在兩個立柱之間伸縮。單獨設(shè)置的伸縮縫無疑是畫蛇添足。
其原理與輸電線路相似，電線桿是固定在地面不動的，設(shè)計安裝時根據(jù)使用地區(qū)的最低溫度，使電線在每兩根線桿之間預(yù)留一定的撓度（如圖10），防止電線受冷收縮把電桿拉斷。不可能拉直電線而留一個伸縮段供熱脹冷縮用。單獨設(shè)置的伸縮縫、剛性連接的聲屏障，遇到過冷氣候，難免像2008年春季南方冰雪災(zāi)害那樣，受冷收縮的電線將電線鐵塔拉斷。
圖10 電線在每兩根線桿之間預(yù)留一定的撓度
匪夷所思的是：我國在建高鐵遮板上表面聲屏障立柱底座預(yù)埋件距離
圖12
圖13
竟然不同，如圖10中A、B、C的距離尺寸，圖13中A、B、C、D、E的距離尺寸。這需要多少種規(guī)格的聲屏障？怎樣實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化和系列化？更嚴(yán)重的是：箱梁和遮板是連成一體的，可是遮板的伸縮縫（圖12、圖13中的）H2竟然小于箱梁的伸縮縫H1，如果箱梁受熱伸長時，必然將遮板頂碎。
五.中國高鐵聲屏障技術(shù)還是世界領(lǐng)先
為了中國的榮譽和信譽，我們掌握的高鐵聲屏障的技術(shù)世界領(lǐng)先，其中：歐洲的高鐵聲屏障根據(jù)彈性變形、線性變形、避免噪聲與車體的來回反射、控制湍流等試驗指標(biāo)，確定的聲屏障外形是弧面的（如圖2和圖8）。
而我們與情系祖國的華裔技術(shù)人員，本著瓦解高能的理念，使用的是
自主知識產(chǎn)權(quán)的連續(xù)圓弧、微穿孔板消音技術(shù)，避開發(fā)泡鋁等高成本材料，完全不用纖維材料，更加有效地消除湍流，同時引導(dǎo)反射波疊加干涉消音，避免噪聲與車體的來回反射；將剛性的金屬材料通過機械結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化成組織有序的彈性體，省去防雷導(dǎo)線帶；保證材料內(nèi)部的受力在工作表面受壓失去整體穩(wěn)定之前，讓設(shè)計的結(jié)構(gòu)件首先局部屈曲，作為彈性變形的突破點；同時從另一條路線，確保帶動整個工作表面結(jié)構(gòu)彈性變形，防止硬性抗擊的自我損傷；使聲屏障像大樹一樣，靠根脈牢牢抓住底面，避免應(yīng)力集中，將剛性的金屬材料變成像樹干、樹枝、樹杈、葉片都能各自獨立彈性變形，將受到連續(xù)彎矩和力偶矩的沖擊波正弦曲線（見圖1）變成梯形曲線，實現(xiàn)極大的降低危害程度、易控制的目的，給產(chǎn)品以生機。
目前，將2010年通過技術(shù)監(jiān)督局備案的（第二代）標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)升級為：
Q/CZY 01-2011《高速鐵路聲（風(fēng)）屏障、護欄 設(shè)計規(guī)范》
Q/CZY 02-2011《高速鐵路聲（風(fēng)）屏障、護欄 生產(chǎn)規(guī)程》
Q/CZY 03-2011《高速鐵路聲（風(fēng)）屏障、護欄 安裝規(guī)程》
Q/CZY 04-2011《高速鐵路冷彎鋼聲(風(fēng))屏障、護欄機械結(jié)構(gòu)檢測標(biāo)準(zhǔn)》
目前第三代產(chǎn)品的主要技術(shù)指標(biāo)主要體現(xiàn)在：
1. 將聲線的繞射線、亮區(qū)與聲影區(qū)的分界點改造為高速氣流的緩釋區(qū)及繞射線吸音區(qū)節(jié)流噪聲；利用繞射線吸音區(qū)吸收集電系統(tǒng)噪聲，相當(dāng)于將聲屏障高度增加。
2. 在國內(nèi)首次引進德國的涂裝生產(chǎn)線技術(shù)，提高防腐性能，將腐鹽霧試驗提高到500小時以上。
3. 按抵御9度地震、16級超強臺風(fēng)、抗強雷擊設(shè)防。
4. 按鐵道行業(yè)TB/T 3058-2002鐵路應(yīng)用機車車輛設(shè)備沖擊和振動試驗標(biāo)準(zhǔn)進行振動試驗。
圖12為我第二代產(chǎn)品在地震試驗臺上經(jīng)受毀滅性的唐山地震波加上美國Taft地震波共同作用。
