看到網上轉載的《中國客運專線（高速鐵路建設回顧與思考）》，在“主要建設成就”中(6.7),列舉到“整體預應力混凝土聲屏障”，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生的機理、計算分析方法、技術標準、結構措施等，為工程建設提供了技術依據。
(2)得出了不同列車時速時脈動力響應系數，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、主體結構材料、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)編制完成設計時速350 km客運專線鐵路整體預應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，已經被“插板式聲屏障”蒙上了一層灰塵。而理智告訴我們，“整體預應力混凝土聲屏障”同樣缺少科技支撐。其實，我們已經掌握了具有國際領先的高鐵聲屏障技術，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分析指出：當列車車頭和車尾經過聲屏障結構時，聲屏障各組件產生明顯的脈動響應，不同頻率對應的振動模態（見圖1）。
13 Hz左右 24 Hz左右 大于25 Hz
圖1 京津專線聲屏障動不同頻率對應的振動模態
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。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件。
歐洲的產品具有明顯的防止正弦波沖擊力交互力偶矩的結構措施，如高架橋上的聲屏障圖2，立柱腹板根據試驗和實驗的變形曲線設計，連接管具有抗扭、抵御交互力偶矩和配重等功能，產品精致，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為圖3，而且是普遍現
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施，下面由四個橡膠塊支撐，列車經過時，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，我國預應力混凝土護欄的現狀（圖5），破碎部分已被震飛。這就是日后預應力混凝土聲屏障的結果。
|
|
|
|
圖5 目前預應力混凝土護欄的現狀
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。
歐洲的產品像埃菲爾鐵塔一樣，持久性是項目硬性指標之一，目前法
國正在興建的高速鐵路仍然使用這種身經百戰的老牌產品，能夠中標、步步為營、屢戰屢勝的根本原因跟技術無關（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。
歐洲成功的經驗是使用金屬護欄，猶如一道亮麗的風景線(圖6)，而我國高鐵把違背一般性常識、農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計的專家，實現了我國高速鐵路聲屏障的技術試驗、試制、生產方面的全面創新。
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公司組成咨詢聯合體，對京津、武廣、鄭西高鐵專線進行技術咨詢。對歐洲高鐵線路的聲屏障非常了解，可是當時的腐敗體制卻偏偏將“插板式聲屏障作為引進、提高的產物？”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“質量效應”，說的是：聲屏障質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外連通的微小孔隙和孔洞。當聲波入射到蓬松的纖維結構上時，聲波能順著孔隙進入材料內部，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，聲能將轉化為熱能。聲音是一種能量，能量既不能創造也不能被消滅，只能從一種形式轉化到另一種形式。
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，并穿墻透壁直達人的耳骨，低頻噪音經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，引起人體內臟的“共振”，使人煩躁、耳鳴、惡心，導致心臟及其它內臟劇烈抖動、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，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”技術方案，設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泡鋁或鋁極細絲，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吹得空空，如圖9。而且這兩種結構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的吸音材料被列車的行駛風吹得空空
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，受壓空氣經后壁反射回來，從穿孔中排出，由于缺乏穿孔率、薄板質量（面密度）、結構設計及選材方面的能力，使本應控制的穿孔板沒有被控制，應該是高密度（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，承受大多數聲壓的板材在起吸聲作用，而不是少數的孔在起作用。結果氣流排除不暢，本應剛性的反射壁使用低質量材料的結構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，同時產生“邊緣音”，繼而產生共鳴噪聲。
因此，高鐵聲屏障的聲學技術必須創新。
三. 聲學創新途徑
聲音是物體振動激發周圍彈性媒質(空氣.液體.固體)發生波動的現象，即產生聲波。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，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下，以簡正方式傳播，
使聲屏障受高速氣流湍流的影響產生受迫振動，消聲結構上的邊界條件與傳統消音技術完全不同。
西南交通大學伍志英、柳葆生在《高速鐵路聲屏障空氣動壓力數值模擬與分析》中指出：“作為《中長期鐵路網規劃》的重要項目,京滬高鐵全線按最高時速350公里設計。然而，在與速度提升的同時，也將面臨更為嚴重的噪音污染問題。而現有城市道路的聲屏障技術不能滿足京滬高鐵的要求。經過實驗，時速在200公里時，現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。”
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流動方向的湍流噪聲的功能。在受到高速高壓行駛風作用時，應該具有像汽車獨立懸架一樣，進行彈性變形減震的關節，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理念，認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，創造一個幾乎不可能的結構。
制造工藝上，我們與歐洲的合作伙伴配套高度現代化的機器人生產線（圖9），保證產品質量的一致性，以及受迫振動的張緊力和基頻基本不變、有效控制頻寬。實現從中國制造向中國創造的跨越。
圖9 配套機器人生產線
四.極端氣候叫板我國高鐵（遭雷劈）
歐洲的相關技術人員這樣評價我國高鐵的聲屏障：
問題嚴重到根本談不上技術，還不如形同虛設的水工程，因為它會帶來災難。例如混凝土使用缺少常識，鋼筋的數量和位置不正確，地腳螺栓的直徑和深度設計不正確，可能都沒有認真算過；加上材料質量低下，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；整體作風看著就生氣，地基都沒打好的建設，用了再先進的技術又有什么用？
事實上，我國高速鐵路聲屏障和護欄的爭議在于沒有技術標準。那么，在沒有技術標準的線路上運營，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，相對較高的接觸網有特殊的避雷措施，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，還與電阻有關。
圖10 雷劈石的力量
圖11為歐洲高鐵聲屏障防雷劈的導電帶，具備完善的設防措施。
|
|
圖11 歐洲高鐵聲屏障防雷劈的導電帶
而我國的高鐵聲屏障和護欄完全沒有避雷擊措施。插板式聲屏障結構本身限制了接地回路，同時，預埋的高強都螺栓與遮板、箱梁的鋼筋網聯通導電，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、接觸網和信號電源。
其它隱患表現在：
插板式聲屏障在整體安裝使用中，在預應力箱梁的遮板上每隔一定數量的立柱設有一個伸縮縫。根本沒有考慮到：立柱已經扎根在箱梁上，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，設計安裝時根據使用地區的最低溫度，使電線在每兩根線桿之間預留一定的撓度（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。這需要多少種規格的聲屏障？怎樣實現標準化和系列化？更嚴重的是：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還是世界領先
為了中國的榮譽和信譽，我們掌握的高鐵聲屏障的技術世界領先，其中：歐洲的高鐵聲屏障根據彈性變形、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，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人員，本著瓦解高能的理念，使用的是
自主知識產權的連續圓弧、微穿孔板消音技術，避開發泡鋁等高成本材料，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構轉化成組織有序的彈性體，省去防雷導線帶；保證材料內部的受力在工作表面受壓失去整體穩定之前，讓設計的結構件首先局部屈曲，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構彈性變形，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，實現極大的降低危害程度、易控制的目的，給產品以生機。
目前，將2010年通過技術監督局備案的（第二代）標準已經升級為：
Q/CZY 01-2011《高速鐵路聲（風）屏障、護欄 設計規范》
Q/CZY 02-2011《高速鐵路聲（風）屏障、護欄 生產規程》
Q/CZY 03-2011《高速鐵路聲（風）屏障、護欄 安裝規程》
Q/CZY 04-2011《高速鐵路冷彎鋼聲(風)屏障、護欄機械結構檢測標準》
目前第三代產品的主要技術指標主要體現在：
1. 將聲線的繞射線、亮區與聲影區的分界點改造為高速氣流的緩釋區及繞射線吸音區節流噪聲；利用繞射線吸音區吸收集電系統噪聲，相當于將聲屏障高度增加。
2. 在國內首次引進德國的涂裝生產線技術，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、抗強雷擊設防。
4. 按鐵道行業TB/T 3058-2002鐵路應用機車車輛設備沖擊和振動試驗標準進行振動試驗。
圖12為我第二代產品在地震試驗臺上經受毀滅性的唐山地震波加上美國Taft地震波共同作用。
