到過(guò)日本的人都有一個(gè)普遍的感受，就是這個(gè)國(guó)家的軌道交通極其發(fā)達(dá)。
1987年4月，日本國(guó)有鐵道（JNR）將原本國(guó)有的經(jīng)營(yíng)權(quán)移轉(zhuǎn)為民營(yíng)，成立了中日本鐵路公司（JR Central）。這家公司經(jīng)營(yíng)的核心業(yè)務(wù)就是建設(shè)連接?xùn)|京、名古屋和大阪等大都市區(qū)的運(yùn)輸干線——高速東海道新干線。
東海道新干線的大運(yùn)量在日本經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和高標(biāo)準(zhǔn)生活中發(fā)揮了重要的作用，也為全球軌道交通的發(fā)展提供了一個(gè)值得借鑒的典范。
軌道交通：通達(dá)卻不擾民
東海道新干線所連接的是日本人口最稠密的地區(qū)。這條新干線雖然為日本人民帶來(lái)了很大的出行便利，但在其所經(jīng)之地，也為周邊的生活住宅區(qū)、商業(yè)中心、擁有精密儀器的科研單位和醫(yī)院等帶來(lái)振動(dòng)與噪聲困擾。
因此，有效防治鐵路沿線所帶來(lái)的噪聲和振動(dòng)，控制環(huán)境噪聲，開(kāi)始引發(fā)日本越來(lái)越多的重視。
為此，1975年，日本環(huán)境廳制定了“新干線鐵路噪聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)”。標(biāo)準(zhǔn)值根據(jù)住宅使用狀況分為兩類(lèi)：I類(lèi)區(qū)域的標(biāo)準(zhǔn)值是70 dB及以下，II類(lèi)區(qū)域的標(biāo)準(zhǔn)值是75 dB及以下。這些規(guī)定值在新干線商業(yè)運(yùn)營(yíng)時(shí)間內(nèi)適用。
一年后，日本內(nèi)閣通過(guò)了“新干線鐵路噪聲對(duì)策總則”�？倓t提出，為了達(dá)到環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)大力推進(jìn)以下三項(xiàng)措施：噪聲源對(duì)策、賠償損失，以及新干線鐵路沿線土地利用規(guī)劃。
基于該總則，日本國(guó)營(yíng)鐵路和中日本鐵路公司做出了很大努力。為了從源頭減小高速鐵路噪聲，他們對(duì)車(chē)輛進(jìn)行了技術(shù)開(kāi)發(fā)，包括受電弓罩、低噪聲受電弓、車(chē)輛外形最佳化、車(chē)身平滑化等。在軌道方面，他們通過(guò)鋪設(shè)彈性軌枕和道碴墊，以減小軌道和轉(zhuǎn)向架發(fā)出的噪聲。這些措施廣泛已應(yīng)用于東海道新干線的高架路段，對(duì)減小結(jié)構(gòu)噪聲尤其有效。
新干線鐵路沿線還建有聲屏障。日本試驗(yàn)開(kāi)發(fā)了“山形”切口的新型聲屏障，確保減噪的同時(shí)可以讓乘客看到窗外的風(fēng)景。此外，中日本鐵路公司還在新干線鐵路沿線還設(shè)有多個(gè)環(huán)境監(jiān)督站，可隨時(shí)進(jìn)行噪聲和振動(dòng)測(cè)試。
由于采取了這些措施，自1964年新干線開(kāi)通以來(lái)，盡管列車(chē)最高速度提高到270 公里/小時(shí)，但是對(duì)周邊的噪聲和振動(dòng)污染卻明顯下降。在“專(zhuān)屬住宅區(qū)”和“商業(yè)與工業(yè)區(qū)”,新干線即使在夜間仍可滿足公路交通環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)。
由于此前制定的“新干線鐵路噪聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)”并沒(méi)有統(tǒng)一測(cè)試地點(diǎn)的選定和測(cè)量方法等的詳細(xì)要求，因此環(huán)境省組織學(xué)者、專(zhuān)家分別設(shè)置了專(zhuān)門(mén)委員會(huì)，自 2006年開(kāi)始反復(fù)探討，最終在2010年5月制定和公布了“既有線鐵路噪聲測(cè)試指南”和“新干線鐵路噪聲測(cè)量與評(píng)價(jià)指南”。
日本在城市軌道交通領(lǐng)域的減振降噪方面也進(jìn)行了廣泛的研究并取得許多工程技術(shù)成果，包括降低鋼軌連接處沖擊噪聲的隔音裝置，鋪設(shè)在鋼軌上的減振降噪板，通過(guò)降低輪軌間摩擦實(shí)現(xiàn)減振降噪的摩擦緩和劑以及隔聲車(chē)輪等。
日本也對(duì)彈性車(chē)輪進(jìn)行了較為深入的研究。
日本鐵道綜合研究所（RTRI）為降低輪軌滾動(dòng)噪聲和減少線路維修量，對(duì)不同類(lèi)型的彈性車(chē)輪進(jìn)行了研究。
RTRI首先進(jìn)行了彈性車(chē)輪輪對(duì)落放試驗(yàn)，得出彈性車(chē)輪的動(dòng)載荷大致為剛性車(chē)輪80％的結(jié)論；然后建立了彈性車(chē)輪輪對(duì)軌道動(dòng)力學(xué)模型，研究不同運(yùn)行速度下彈性車(chē)輪和剛性車(chē)輪的軌道動(dòng)態(tài)性能作用情況，提出了彈性車(chē)輪對(duì)于減少軌道損壞方面有一定作用的結(jié)論。
此外，日本還對(duì)通過(guò)采用彈性車(chē)輪來(lái)降低高速轉(zhuǎn)向架噪聲和振動(dòng)這一課題進(jìn)行了試驗(yàn)研究，得出彈性車(chē)輪與普通車(chē)輪相比，無(wú)論對(duì)降低車(chē)內(nèi)、外噪聲還是轉(zhuǎn)向架及地板的振動(dòng)與噪聲都具有較好效果的結(jié)論。
建筑橋梁：增加舒適度
在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，振動(dòng)引起的搖晃，特別是超高層建筑，會(huì)給人以不愉快、 不舒適的感覺(jué)。如何減輕搖晃對(duì)于高層建筑、高聳電視塔、旅游觀光塔等的影響，成為了研究的重點(diǎn)。
世界各國(guó)對(duì)減振問(wèn)題的重視，已經(jīng)從探索研究進(jìn)一步發(fā)展到實(shí)用領(lǐng)域，近年來(lái)取得了不錯(cuò)的效果。
實(shí)用性的減振裝置必須滿足五項(xiàng)要求：高性能、小型化、造價(jià)和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低、故障少、安全性高。
早在20世紀(jì)70年代，日本學(xué)者就提出了高層建筑的主動(dòng)控制方法，即利用液壓或電力使輔助的質(zhì)量動(dòng)作，從而抑制建筑物的振動(dòng)。
1993年，這種主動(dòng)振動(dòng)控制技術(shù)首次得到成功應(yīng)用，兩臺(tái)主動(dòng)調(diào)諧減振裝置（AMD）被安置在橫濱市高73層的“里程碑（Land Mark）”塔樓的第71層塔屋（高282米左右）內(nèi)。結(jié)果顯示，安裝AMD后，塔樓的搖晃程度比未裝置前減輕約一半。
日本三井建設(shè)株式會(huì)社在“本州——四國(guó)連絡(luò)橋”（瀨戶大橋）的四國(guó)一側(cè), 建造有一座金黃色塔樓。該地由于冬春季節(jié)常遭遇頻度較高的強(qiáng)風(fēng)襲擊，因此入館人員常常感受到搖晃不安，塔樓為此曾多次被迫閉館。
依靠增加梁柱和支撐剛度的辦法來(lái)抑制搖晃,其效果是有限的。于是，工程人員決定在塔樓上安置利用水箱法減振的調(diào)諧液動(dòng)阻尼器（TLD）。在使用了TLD方法后，多年來(lái)的觀測(cè)表明，塔樓搖晃強(qiáng)度被減弱了1/2~1/3。之后，塔樓除臺(tái)風(fēng)襲擊時(shí)閉過(guò)館外，平時(shí)均基本正常使用，達(dá)到了明顯的減振效果且提高了人們的舒適感。
調(diào)諧質(zhì)量阻尼器（TMD）又被稱(chēng)為動(dòng)力吸振裝置，在強(qiáng)風(fēng)或地震作用下，這種裝置能降低結(jié)構(gòu)物的振幅和整體變形。
1986年，TMD首次被應(yīng)用在日本千葉縣的港口望塔上。望塔由于塔體細(xì)長(zhǎng)，對(duì)風(fēng)的作用敏感，因此工程人員在頂部塔屋樓上設(shè)置了試驗(yàn)性TMD用以減振。之后，在千葉縣東海岸發(fā)生大地震時(shí)，由于設(shè)置了TMD，該塔塔樓頂部變位振幅明顯減小，從而衰減了地震的影響。
近年來(lái)，TMD的使用愈發(fā)廣泛。日本43號(hào)國(guó)道蘆屋人行天橋就采用了薄型TMD進(jìn)行減振。
該天橋由于跨度較大，步行時(shí)振動(dòng)非常大，行人反應(yīng)非常不適。為了抑制這種振動(dòng)，項(xiàng)目組先是想到了提高人行天橋主體的剛性及增加附加質(zhì)量等措施。但是，如果對(duì)上下部結(jié)構(gòu)工程進(jìn)行大改造將會(huì)耗資巨大。最后，項(xiàng)目組考慮到后續(xù)工程的施工性和經(jīng)濟(jì)性，最終采用了在欄桿上設(shè)置薄型TMD的方法進(jìn)行減振。這種設(shè)置類(lèi)型因經(jīng)濟(jì)、作業(yè)簡(jiǎn)單、無(wú)需車(chē)道限制、異常情況下可正常檢修等多項(xiàng)特點(diǎn)而凸顯出巨大的優(yōu)勢(shì)。
防震減災(zāi)：提高安全性
主動(dòng)控制方法由于系統(tǒng)復(fù)雜，且需依賴(lài)功率能源，在實(shí)際應(yīng)用方面受到了很大的限制。相比之下，半主動(dòng)和混合控制技術(shù)由于只需較小的控制能源而備受青睞。
在土建結(jié)構(gòu)中常用的主動(dòng)控制方法是在結(jié)構(gòu)中適當(dāng)?shù)奈恢蒙蠎?yīng)用作動(dòng)器拖動(dòng)附加質(zhì)量塊，或在結(jié)構(gòu)內(nèi)部（例如房屋樓層之間）安裝作動(dòng)器與彈性元件（拉索或桿件）施加控制力。日本鹿島公司建的第一棟主動(dòng)控制房屋用的就是 AMD系統(tǒng)。
半主動(dòng)控制兼有被動(dòng)控制和主動(dòng)控制的優(yōu)點(diǎn)。它具備主動(dòng)控制的效果，又只需很小的電能就能通過(guò)調(diào)節(jié)和改變結(jié)構(gòu)的性能以減小地震反應(yīng)，因此比較適合于改善工程結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防。
在日本，半主動(dòng)控制的液壓變阻尼系統(tǒng)已設(shè)被置于一座5層隔震房屋的隔震層中，通過(guò)智能化方法提高其在強(qiáng)地震中的安全性。此外，日本鹿島公司在他們的大型振動(dòng)臺(tái)控制樓上采用了變剛度半主動(dòng)控制系統(tǒng)（AVS），以減小控制樓在中震和大震中的反應(yīng)。
摩擦阻尼器本身雖只具有理想彈塑性的特點(diǎn)，但可以通過(guò)與主體結(jié)構(gòu)串、并聯(lián)使用，獲得具有接近雙線性滯回特性的阻尼耗能效果。如日本Sawa Terri公司開(kāi)發(fā)的鋼絲繩張拉阻尼器和筒式滑塊鎖緊阻尼器就是應(yīng)用這一原理的代表性產(chǎn)品。
TMD和TLD利用二次系統(tǒng)吸引主體結(jié)構(gòu)的振動(dòng)能量而使主體結(jié)構(gòu)減振。在建筑防震上，這方面的研究和分析工作已做得較多，但試驗(yàn)研究和工程應(yīng)用還不是很多。
日本在上世紀(jì)90年代初已研究開(kāi)發(fā)了應(yīng)用于高層建筑的集成式TMD，這種阻尼器在強(qiáng)震作用下具備一定的制動(dòng)和保護(hù)能力。日本同時(shí)開(kāi)發(fā)了可用于高塔和高樓的分層式TLD，已用于高106米的橫濱海運(yùn)塔和直徑38.2米、高149.4米的圓筒形旅館。為了拓寬可能調(diào)諧的頻率范圍，采用質(zhì)量和剛度稍有不同的組合TMD或MT-MD的方案和設(shè)計(jì)方法也已被提出。
將主動(dòng)控制與被動(dòng)控制結(jié)合起來(lái)應(yīng)用，或采用其它復(fù)合控制方式通常稱(chēng)為混合控制，其最常用的形式是用作動(dòng)器拖動(dòng)調(diào)諧質(zhì)量阻尼器。日本已建成的 20多棟主動(dòng)控制房屋絕大多數(shù)都采用混合控制方式。
總體而言，研究人員曾提出，主動(dòng)控制、半主動(dòng)控制和混合控制由于都需要實(shí)時(shí)觀測(cè)結(jié)構(gòu)反應(yīng)并進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和反饋控制，系統(tǒng)極為復(fù)雜，在推廣應(yīng)用方面受制于經(jīng)濟(jì)和技術(shù)條件。相比之下，以增加結(jié)構(gòu)阻尼、避免共振的被動(dòng)控制技術(shù)則更適合在眾多實(shí)際工程中應(yīng)用�！�