《軌道交通振動與控制學(xué)術(shù)前沿》是一部聚焦軌道交通環(huán)境振動問題的學(xué)術(shù)專著，兼具研究生教材功能。全書以振動產(chǎn)生機(jī)理、傳播規(guī)律與控制技術(shù)為核心，構(gòu)建理論測試分析防控一體化研究框架，系統(tǒng)闡釋軌道結(jié)構(gòu)動力學(xué)、振動測試方法、建筑環(huán)境耦合效應(yīng)等關(guān)鍵理論。針對城市軌道交通與高速鐵路兩類典型場景，深入解析軌道土體建筑物耦合振動特征，結(jié)合精密儀器振動控制、歷史建筑保護(hù)等現(xiàn)實(shí)需求，提出多層次減振策略。書中創(chuàng)新性地引入了機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)等智能預(yù)測技術(shù)，展示了學(xué)科交叉研究的前沿方向。作為教學(xué)用書，注重理論模型推導(dǎo)與工程案例分析相結(jié)合，設(shè)置典型振動問題求解范例，配套國內(nèi)外經(jīng)典文獻(xiàn)導(dǎo)讀，幫助研究生建立系統(tǒng)化知識體系，培養(yǎng)科學(xué)問題提煉與創(chuàng)新方法應(yīng)用能力。
本書既可作為交通運(yùn)輸工程、土木工程等專業(yè)研究生核心課程教材，也可為軌道交通振動防治領(lǐng)域科研與實(shí)踐提供理論支撐和技術(shù)參考。
《軌道交通振動與控制學(xué)術(shù)前沿》是一部聚焦軌道交通環(huán)境振動問題的學(xué)術(shù)專著，兼具研究生教材功能。作為教學(xué)用書，注重理論模型推導(dǎo)與工程案例分析相結(jié)合，設(shè)置典型振動問題求解范例，配套國內(nèi)外經(jīng)典文獻(xiàn)導(dǎo)讀，幫助研究生建立系統(tǒng)化知識體系，培養(yǎng)科學(xué)問題提煉與創(chuàng)新方法應(yīng)用能力。
本書既可作為交通運(yùn)輸工程、土木工程等專業(yè)研究生核心課程教材，也可為軌道交通振動防治領(lǐng)域科研與實(shí)踐提供理論支撐和技術(shù)參考。
隨著全球經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和城市化進(jìn)程的加速，軌道交通作為一種現(xiàn)代化、資源節(jié)約型和環(huán)境友好型的交通方式，逐漸成為許多國家和地區(qū)交通系統(tǒng)的核心組成部分。近年來，列車運(yùn)行引起的環(huán)境振動問題備受關(guān)注，軌道交通振動經(jīng)由軌道結(jié)構(gòu)和下部基礎(chǔ)向外傳播，不僅會對沿線建筑物和設(shè)施帶來不良影響，還可能引發(fā)鄰近建筑內(nèi)的二次振動和噪聲，進(jìn)而干擾居民的正常生活和工作，甚至影響科研建筑內(nèi)精密儀器的正常運(yùn)行。鑒于此，深入探究軌道交通振動的產(chǎn)生機(jī)理、響應(yīng)特征、傳播特性以及控制方法，對保障軌道交通系統(tǒng)的安全、高效運(yùn)行具有重要的理論意義和實(shí)踐價(jià)值。
針對上述問題，本書對軌道振動與控制國內(nèi)外最新研究進(jìn)展進(jìn)行了系統(tǒng)性的梳理、歸納與總結(jié)，并融入了作者研究團(tuán)隊(duì)的相關(guān)成果。本書既注重介紹基本概念和基本研究方法，又強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)際的緊密結(jié)合，在部分章節(jié)中還給出了相關(guān)工程案例；同時(shí)，書中的參考文獻(xiàn)可供感興趣的讀者就相關(guān)問題進(jìn)行拓展閱讀，衷心期盼本書的出版能夠?yàn)樽x者帶來諸多益處。
本書共分為8章。第1章主要介紹了軌道交通振動發(fā)展、影響與機(jī)理；第2章詳細(xì)描述了軌道交通振動的理論方法和建模過程，為后續(xù)章節(jié)提供理論分析基礎(chǔ)；第 3 章重點(diǎn)介紹了軌道交通振動測試技術(shù)，詳細(xì)描述了軌道交通系統(tǒng)中常用的振動測試設(shè)備與測試方法；第 4 章分析了不同型式的軌道結(jié)構(gòu)下的振動響應(yīng)特征；第 5 章主要介紹了城市軌道交通振動傳播規(guī)律及對上蓋建筑、精密儀器、劇院和古建筑的影響；第 6 章針對高速鐵路系統(tǒng)，分析了高速列車運(yùn)行時(shí)軌道系統(tǒng)與鄰近結(jié)構(gòu)的振動特征；第 7 章研究了高速鐵路大型車站的振動分布特性和控制方法；第 8 章介紹了基于人工智能的軌道交通振動預(yù)測方法，探討了機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)在振動特征分析和預(yù)測中的應(yīng)用。
本書通過系統(tǒng)、全面的內(nèi)容布局，幫助讀者深入了解軌道交通振動及其控制的最新研究進(jìn)展。本書是在作者及團(tuán)隊(duì)多年來研究和探索的基礎(chǔ)上，綜合國內(nèi)外軌道交通振動相關(guān)研究成果完成的。在本書撰寫過程中，團(tuán)隊(duì)高亮、彭華、肖宏、辛濤、侯博文等多位老師提出了寶貴的意見和建議；中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司及相關(guān)高校、設(shè)計(jì)院、鐵路局等單位的領(lǐng)導(dǎo)及專家給予了大力支持和幫助；研究生李金輝、王啟好、王雨琪、湯雪揚(yáng)、張乾、辛源、王一等積極參與了資料整理、文字校對等工作，在此致以衷心的感謝。
本書得到國家自然科學(xué)基金川藏鐵路無縫線路結(jié)構(gòu)體系服役狀態(tài)演變機(jī)理及調(diào)控機(jī)制（U23A20666）項(xiàng)目資助。
限于作者水平及研究局限，書中難免有不當(dāng)及疏誤之處，敬請廣大讀者不吝賜教，以便改正。
作 者
2025年1月
1 緒論 1
1.1 軌道交通的發(fā)展 1
1.1.1 國內(nèi)軌道交通的發(fā)展 1
1.1.2 國外軌道交通的發(fā)展 2
1.2 軌道交通振動的影響 4
1.2.1 軌道交通振動對人體的影響 4
1.2.2 軌道交通振動對古建筑的影響 5
1.2.3 軌道交通振動對精密儀器的影響 5
1.2.4 軌道交通振動對軌道結(jié)構(gòu)的影響 6
1.2.5 軌道交通振動對車輛的影響 6
1.3 軌道交通振動的產(chǎn)生機(jī)理 7
1.3.1 準(zhǔn)靜態(tài)機(jī)理 7
1.3.2 參數(shù)激勵(lì)機(jī)理 7
1.3.3 鋼軌不連續(xù)機(jī)理 8
1.3.4 輪軌粗糙度機(jī)理 8
1.3.5 波速機(jī)理 9
1.4 軌道交通振動的傳播特性 9
1.4.1 振動的傳播機(jī)理 9
1.4.2 波的傳播規(guī)律 10
1.4.3 軌道結(jié)構(gòu)振動傳遞特性 11
1.4.4 振動在土壤中的傳播 13
1.5 軌道交通振動的控制措施 14
1.5.1 振源控制 14
1.5.2 傳播途徑控制 16
1.5.3 受振對象被動隔振控制 21
1.6 本書主要內(nèi)容 22
思考題 22
2 軌道交通振動理論方法和分析模型 23
2.1 軌道交通振動分析基本理論 23
2.1.1 隨機(jī)振動理論 23
2.1.2 車輛軌道耦合系統(tǒng)振動分析理論 24
2.2 車輛軌道耦合系統(tǒng)振動模型 26
2.2.1 車輛仿真模型 26
2.2.2 軌道模型 31
2.2.3 車輛軌道相互作用模型 36
2.3 車輛軌道環(huán)境耦合振動模型 38
2.3.1 車輛軌道路基仿真分析模型 38
2.3.2 車輛軌道橋梁仿真分析模型 41
2.3.3 車輛軌道隧道仿真分析模型 42
思考題 44
3 軌道交通振動測試技術(shù) 45
3.1 軌道交通振動測試流程 45
3.1.1 測試前期準(zhǔn)備 45
3.1.2 設(shè)備與儀器準(zhǔn)備 45
3.1.3 測點(diǎn)布設(shè) 49
3.1.4 儀器安裝 53
3.1.5 數(shù)據(jù)采集 54
3.2 軌道交通振動測試信號處理 55
3.2.1 信號特性與分類 55
3.2.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理 57
3.2.3 振動信號的時(shí)域處理方法 57
3.2.4 振動信號的頻域處理方法 59
3.3 軌道交通振動測試案例 61
3.3.1 地鐵振動測試 62
3.3.2 高鐵振動測試 64
3.3.3 車內(nèi)噪聲測試 66
3.4 軌道交通振動長期監(jiān)測 68
3.4.1 常規(guī)振動長期監(jiān)測系統(tǒng) 68
3.4.2 光纖分布式振動監(jiān)測系統(tǒng) 70
思考題 71
4 城市軌道交通軌道結(jié)構(gòu)振動分析 72
4.1 城市軌道交通減振基本原理 72
4.1.1 城市軌道交通的基本特征 72
4.1.2 減振基本原理 73
4.1.3 軌道交通減振降噪等級 73
4.2 城市軌道交通軌道減振措施對比 74
4.2.1 一般減振軌道 74
4.2.2 中等減振軌道 77
4.2.3 特殊減振軌道 79
4.3 一般減振扣件軌道振動特性分析 80
4.3.1 軌道結(jié)構(gòu)動力分析 80
4.3.2 一般扣件減振效果 81
4.3.3 行車舒適性及安全性 82
4.4 彈性長枕減振軌道振動特性分析 84
4.4.1 軌道結(jié)構(gòu)動力分析 84
4.4.2 彈性長枕軌道減振效果 85
4.4.3 行車舒適性及安全性分析 88
4.5 鋼彈簧浮置板軌道振動分析 90
4.5.1 軌道結(jié)構(gòu)動力響應(yīng) 90
4.5.2 鋼彈簧浮置板減振效果 98
4.5.3 行車舒適性及安全性分析 103
思考題 110
5 城市軌道交通鄰近環(huán)境振動特性 111
5.1 城市軌道交通上蓋建筑振動特性 111
5.1.1 振源特性分析 111
5.1.2 傳播途徑分析 111
5.1.3 上蓋建筑的概念 112
5.2 城市軌道交通對精密儀器的影響 113
5.2.1 振動對精密儀器的影響及其特點(diǎn) 113
5.2.2 精密儀器振動評價(jià)標(biāo)準(zhǔn) 113
5.2.3 樓內(nèi)精密儀器振動傳播預(yù)測 114
5.2.4 對振動區(qū)域精密儀器的保護(hù)措施 116
5.3 城市軌道交通對大型劇院振動影響 117
5.3.1 列車振動對大型劇院的影響及危害 117
5.3.2 大型劇場振動傳播預(yù)測 117
5.3.3 大型劇場建筑二次結(jié)構(gòu)噪聲預(yù)測 122
5.3.4 大型劇場噪聲控制措施 124
5.4 城市軌道交通對古建筑的振動影響 124
5.4.1 列車振動對古建筑的影響及特點(diǎn) 124
5.4.2 振動對古建筑的影響機(jī)制 126
5.4.3 對古建筑的減振保護(hù)措施 126
思考題 127
6 高速鐵路軌道下部結(jié)構(gòu)振動分析 128
6.1 高速鐵路振動基本特征 128
6.1.1 高速鐵路振動成因 128
6.1.2 高速鐵路軌道振動影響 131
6.2 高速鐵路無砟軌道振動傳遞規(guī)律 134
6.3 高速鐵路無砟軌道岔區(qū)振動特性 137
6.3.1 測試內(nèi)容及方法 137
6.3.2 布點(diǎn)原則 139
6.3.3 高速鐵路岔區(qū)振動特性 139
6.4 高鐵振動對鄰近建筑內(nèi)部精密儀器的影響 144
6.4.1 軌道結(jié)構(gòu)振動特性分析 145
6.4.2 減振軌道鐵路線路對精密儀器振動影響分析 146
6.5 高速鐵路斷裂帶地區(qū)軌道結(jié)構(gòu)振動傳遞特性 158
6.5.1 不同軌道結(jié)構(gòu)下系統(tǒng)動力響應(yīng) 158
6.5.2 振動傳遞特性及減振效果分析 167
思考題 169
7 高速鐵路大型車站振動分布與控制 170
7.1 無砟軌道振動測試及源強(qiáng)特征 170
7.1.1 普通及CRTSⅢ型板式無砟軌道振動特征 171
7.1.2 高速鐵路無砟軌道振動譜 175
7.1.3 基于振動譜的高速鐵路無砟軌道振動參考源強(qiáng) 177
7.2 列車軌道高架車站耦合振動分析模型 181
7.2.1 多編組高速列車柔性輪對模型 182
7.2.2 無砟軌道動力優(yōu)化模型 184
7.2.3 多臺多線軌站共構(gòu)高架車站模型 186
7.3 大型高架車站振動傳播特性及空間分布規(guī)律 189
7.3.1 大型高架車站振動傳播特性分析 192
7.3.2 車致振動在大跨度多層車站的空間分布規(guī)律 201
7.4 復(fù)雜運(yùn)營下大型高架車站振動疊加特性 208
7.4.1 雙線同向過車振動疊加分析 208
7.4.2 三線雙向過車振動疊加分析 215
7.4.3 地鐵振動疊加分析 220
思考題 224
8 基于人工智能的振動預(yù)測方法 225
8.1 人工智能模型和理論方法 225
8.1.1 人工智能模型 225
8.1.2 振動評價(jià)指標(biāo) 228
8.1.3 預(yù)測評價(jià)指標(biāo) 229
8.1.4 模型建立常用函數(shù) 229
8.2 數(shù)據(jù)的典型特征和預(yù)處理 231
8.2.1 數(shù)據(jù)的典型特征 231
8.2.2 數(shù)據(jù)的預(yù)處理 231
8.3 基于貝葉斯優(yōu)化的軌道結(jié)構(gòu)振動特性預(yù)測 233
8.3.1 基于貝葉斯優(yōu)化的時(shí)間卷積網(wǎng)絡(luò)模型（BOATCN） 233
8.3.2 振動響應(yīng)預(yù)處理 235
8.3.3 預(yù)測結(jié)果分析 236
8.4 基于混合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的車體動力響應(yīng)預(yù)測 240
8.4.1 GATCNLSTM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的構(gòu)建 240
8.4.2 模型的預(yù)測結(jié)果 243
8.5 基于主動學(xué)習(xí)的高架車站的隨機(jī)響應(yīng)預(yù)測 244
8.5.1 主動學(xué)習(xí)模型的建立 244
8.5.2 預(yù)測結(jié)果 246
8.6 基于高斯過程回歸的道岔區(qū)不平順估計(jì) 246
8.6.1 基于高斯過程回歸的區(qū)間估計(jì)模型（BOBiLSTMGPR） 246
8.6.2 區(qū)間預(yù)測評價(jià)指標(biāo) 248
8.6.3 區(qū)間估計(jì)結(jié)果 249
思考題 251
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