《轨道交通振动与控制学术前沿》是一部聚焦轨道交通环境振动问题的学术专著，兼具研究生教材功能。全书以振动产生机理、传播规律与控制技术为核心，构建理论测试分析防控一体化研究框架，系统阐释轨道结构动力学、振动测试方法、建筑环境耦合效应等关键理论。针对城市轨道交通与高速铁路两类典型场景，深入解析轨道土体建筑物耦合振动特征，结合精密仪器振动控制、历史建筑保护等现实需求，提出多层次减振策略。书中创新性地引入了机器学习、深度学习等智能预测技术，展示了学科交叉研究的前沿方向。作为教学用书，注重理论模型推导与工程案例分析相结合，设置典型振动问题求解范例，配套国内外经典文献导读，帮助研究生建立系统化知识体系，培养科学问题提炼与创新方法应用能力。
本书既可作为交通运输工程、土木工程等专业研究生核心课程教材，也可为轨道交通振动防治领域科研与实践提供理论支撑和技术参考。

《轨道交通振动与控制学术前沿》是一部聚焦轨道交通环境振动问题的学术专著，兼具研究生教材功能。作为教学用书，注重理论模型推导与工程案例分析相结合，设置典型振动问题求解范例，配套国内外经典文献导读，帮助研究生建立系统化知识体系，培养科学问题提炼与创新方法应用能力。
本书既可作为交通运输工程、土木工程等专业研究生核心课程教材，也可为轨道交通振动防治领域科研与实践提供理论支撑和技术参考。

随着全球经济快速发展和城市化进程的加速，轨道交通作为一种现代化、资源节约型和环境友好型的交通方式，逐渐成为许多国家和地区交通系统的核心组成部分。近年来，列车运行引起的环境振动问题备受关注，轨道交通振动经由轨道结构和下部基础向外传播，不仅会对沿线建筑物和设施带来不良影响，还可能引发邻近建筑内的二次振动和噪声，进而干扰居民的正常生活和工作，甚至影响科研建筑内精密仪器的正常运行。鉴于此，深入探究轨道交通振动的产生机理、响应特征、传播特性以及控制方法，对保障轨道交通系统的安全、高效运行具有重要的理论意义和实践价值。
针对上述问题，本书对轨道振动与控制国内外最新研究进展进行了系统性的梳理、归纳与总结，并融入了作者研究团队的相关成果。本书既注重介绍基本概念和基本研究方法，又强调理论与实际的紧密结合，在部分章节中还给出了相关工程案例；同时，书中的参考文献可供感兴趣的读者就相关问题进行拓展阅读，衷心期盼本书的出版能够为读者带来诸多益处。
本书共分为8章。第1章主要介绍了轨道交通振动发展、影响与机理；第2章详细描述了轨道交通振动的理论方法和建模过程，为后续章节提供理论分析基础；第 3 章重点介绍了轨道交通振动测试技术，详细描述了轨道交通系统中常用的振动测试设备与测试方法；第 4 章分析了不同型式的轨道结构下的振动响应特征；第 5 章主要介绍了城市轨道交通振动传播规律及对上盖建筑、精密仪器、剧院和古建筑的影响；第 6 章针对高速铁路系统，分析了高速列车运行时轨道系统与邻近结构的振动特征；第 7 章研究了高速铁路大型车站的振动分布特性和控制方法；第 8 章介绍了基于人工智能的轨道交通振动预测方法，探讨了机器学习和深度学习在振动特征分析和预测中的应用。
本书通过系统、全面的内容布局，帮助读者深入了解轨道交通振动及其控制的最新研究进展。本书是在作者及团队多年来研究和探索的基础上，综合国内外轨道交通振动相关研究成果完成的。在本书撰写过程中，团队高亮、彭华、肖宏、辛涛、侯博文等多位老师提出了宝贵的意见和建议；中国铁道科学研究院集团有限公司及相关高校、设计院、铁路局等单位的领导及专家给予了大力支持和帮助；研究生李金辉、王启好、王雨琪、汤雪扬、张乾、辛源、王一等积极参与了资料整理、文字校对等工作，在此致以衷心的感谢。
本书得到国家自然科学基金川藏铁路无缝线路结构体系服役状态演变机理及调控机制（U23A20666）项目资助。
限于作者水平及研究局限，书中难免有不当及疏误之处，敬请广大读者不吝赐教，以便改正。

作　者
2025年1月

1 绪论 1
1.1　轨道交通的发展 1
1.1.1　国内轨道交通的发展 1
1.1.2　国外轨道交通的发展 2
1.2　轨道交通振动的影响 4
1.2.1　轨道交通振动对人体的影响 4
1.2.2　轨道交通振动对古建筑的影响 5
1.2.3　轨道交通振动对精密仪器的影响 5
1.2.4　轨道交通振动对轨道结构的影响 6
1.2.5　轨道交通振动对车辆的影响 6
1.3　轨道交通振动的产生机理 7
1.3.1　准静态机理 7
1.3.2　参数激励机理 7
1.3.3　钢轨不连续机理 8
1.3.4　轮轨粗糙度机理 8
1.3.5　波速机理 9
1.4　轨道交通振动的传播特性 9
1.4.1　振动的传播机理 9
1.4.2　波的传播规律 10
1.4.3　轨道结构振动传递特性 11
1.4.4　振动在土壤中的传播 13
1.5　轨道交通振动的控制措施 14
1.5.1　振源控制 14
1.5.2　传播途径控制 16
1.5.3　受振对象被动隔振控制 21
1.6　本书主要内容 22
思考题 22
2 轨道交通振动理论方法和分析模型 23
2.1　轨道交通振动分析基本理论 23
2.1.1　随机振动理论 23
2.1.2　车辆轨道耦合系统振动分析理论 24
2.2　车辆轨道耦合系统振动模型 26
2.2.1　车辆仿真模型 26
2.2.2　轨道模型 31
2.2.3　车辆轨道相互作用模型 36
2.3　车辆轨道环境耦合振动模型 38
2.3.1　车辆轨道路基仿真分析模型 38
2.3.2　车辆轨道桥梁仿真分析模型 41
2.3.3　车辆轨道隧道仿真分析模型 42
思考题 44
3 轨道交通振动测试技术 45
3.1　轨道交通振动测试流程 45
3.1.1　测试前期准备 45
3.1.2　设备与仪器准备 45
3.1.3　测点布设 49
3.1.4　仪器安装 53
3.1.5　数据采集 54
3.2　轨道交通振动测试信号处理 55
3.2.1　信号特性与分类 55
3.2.2　数据预处理 57
3.2.3　振动信号的时域处理方法 57
3.2.4　振动信号的频域处理方法 59
3.3　轨道交通振动测试案例 61
3.3.1　地铁振动测试 62
3.3.2　高铁振动测试 64
3.3.3　车内噪声测试 66
3.4　轨道交通振动长期监测 68
3.4.1　常规振动长期监测系统 68
3.4.2　光纤分布式振动监测系统 70
思考题 71
4 城市轨道交通轨道结构振动分析 72
4.1　城市轨道交通减振基本原理 72
4.1.1　城市轨道交通的基本特征 72
4.1.2　减振基本原理 73
4.1.3　轨道交通减振降噪等级 73
4.2　城市轨道交通轨道减振措施对比 74
4.2.1　一般减振轨道 74
4.2.2　中等减振轨道 77
4.2.3　特殊减振轨道 79
4.3　一般减振扣件轨道振动特性分析 80
4.3.1　轨道结构动力分析 80
4.3.2　一般扣件减振效果 81
4.3.3　行车舒适性及安全性 82
4.4　弹性长枕减振轨道振动特性分析 84
4.4.1　轨道结构动力分析 84
4.4.2　弹性长枕轨道减振效果 85
4.4.3　行车舒适性及安全性分析 88
4.5　钢弹簧浮置板轨道振动分析 90
4.5.1　轨道结构动力响应 90
4.5.2　钢弹簧浮置板减振效果 98
4.5.3　行车舒适性及安全性分析 103
思考题 110
5 城市轨道交通邻近环境振动特性 111
5.1　城市轨道交通上盖建筑振动特性 111
5.1.1　振源特性分析 111
5.1.2　传播途径分析 111
5.1.3　上盖建筑的概念 112
5.2　城市轨道交通对精密仪器的影响 113
5.2.1　振动对精密仪器的影响及其特点 113
5.2.2　精密仪器振动评价标准 113
5.2.3　楼内精密仪器振动传播预测 114
5.2.4　对振动区域精密仪器的保护措施 116
5.3　城市轨道交通对大型剧院振动影响 117
5.3.1　列车振动对大型剧院的影响及危害 117
5.3.2　大型剧场振动传播预测 117
5.3.3　大型剧场建筑二次结构噪声预测 122
5.3.4　大型剧场噪声控制措施 124
5.4　城市轨道交通对古建筑的振动影响 124
5.4.1　列车振动对古建筑的影响及特点 124
5.4.2　振动对古建筑的影响机制 126
5.4.3　对古建筑的减振保护措施 126
思考题 127
6 高速铁路轨道下部结构振动分析 128
6.1　高速铁路振动基本特征 128
6.1.1　高速铁路振动成因 128
6.1.2　高速铁路轨道振动影响 131
6.2　高速铁路无砟轨道振动传递规律 134
6.3　高速铁路无砟轨道岔区振动特性 137
6.3.1　测试内容及方法 137
6.3.2　布点原则 139
6.3.3　高速铁路岔区振动特性 139
6.4　高铁振动对邻近建筑内部精密仪器的影响 144
6.4.1　轨道结构振动特性分析 145
6.4.2 减振轨道铁路线路对精密仪器振动影响分析 146
6.5　高速铁路断裂带地区轨道结构振动传递特性 158
6.5.1　不同轨道结构下系统动力响应 158
6.5.2　振动传递特性及减振效果分析 167
思考题 169
7 高速铁路大型车站振动分布与控制 170
7.1　无砟轨道振动测试及源强特征 170
7.1.1　普通及CRTSⅢ型板式无砟轨道振动特征 171
7.1.2　高速铁路无砟轨道振动谱 175
7.1.3　基于振动谱的高速铁路无砟轨道振动参考源强 177
7.2　列车轨道高架车站耦合振动分析模型 181
7.2.1　多编组高速列车柔性轮对模型 182
7.2.2　无砟轨道动力优化模型 184
7.2.3　多台多线轨站共构高架车站模型 186
7.3　大型高架车站振动传播特性及空间分布规律 189
7.3.1　大型高架车站振动传播特性分析 192
7.3.2　车致振动在大跨度多层车站的空间分布规律 201
7.4　复杂运营下大型高架车站振动叠加特性 208
7.4.1　双线同向过车振动叠加分析 208
7.4.2　三线双向过车振动叠加分析 215
7.4.3　地铁振动叠加分析 220
思考题 224
8 基于人工智能的振动预测方法 225
8.1　人工智能模型和理论方法 225
8.1.1　人工智能模型 225
8.1.2　振动评价指标 228
8.1.3　预测评价指标 229
8.1.4　模型建立常用函数 229
8.2　数据的典型特征和预处理 231
8.2.1　数据的典型特征 231
8.2.2　数据的预处理 231
8.3　基于贝叶斯优化的轨道结构振动特性预测 233
8.3.1　基于贝叶斯优化的时间卷积网络模型（BOATCN） 233
8.3.2　振动响应预处理 235
8.3.3　预测结果分析 236
8.4 基于混合神经网络的车体动力响应预测 240
8.4.1　GATCNLSTM神经网络模型的构建 240
8.4.2　模型的预测结果 243
8.5　基于主动学习的高架车站的随机响应预测 244
8.5.1　主动学习模型的建立 244
8.5.2　预测结果 246
8.6　基于高斯过程回归的道岔区不平顺估计 246
8.6.1　基于高斯过程回归的区间估计模型（BOBiLSTMGPR） 246
8.6.2　区间预测评价指标 248
8.6.3　区间估计结果 249
思考题 251