不同形式聲屏障對高架道路噪聲的敏感性分析

虞曉鋒 高 穎

(1.中國市政工程西北設計研究院有限公司，江蘇南京 210000;2.南京先行交通工程設計有限責任公司，江蘇南京 210000)

0 引言

隨著城市的飛速發展，為緩解日益嚴重的城市交通壓力和交通擁擠現狀，越來越多的城市選擇以高架道路的形式來解決城市交通問題。高架道路是采用連續高架形式的快速路，是保證機動車交通快速、連續通行的道路系統，是城市中的汽車專用道，建設城市高架道路已成為國內外城市解決城市交通問題的重要手段之一［1］。

城市高架的快速發展也帶來了一些相應的負面問題，城市高架道路兩側居民住宅通常比較密集，且距離高架道路較近，而這種立體式道路結構方便行車的同時使得車速上升、車流量加大，產生的噪聲污染日益影響沿線居民。

聲屏障是高架段道路噪聲污染防治的最主要手段［2］。本文主要利用德國噪聲軟件SoundPLAN研究不同形式(單側、雙側、全封閉)聲屏障對城市道路高架段(不含地面道路)的減噪效果。

1 模型的建立

城市高架實地情況各不相同，為了研究方便，本文選擇簡化的典型城市高架模型(不含地面道路)，城市高架道路一般按城市快速路標準設計，設主車道為雙向六車道，路寬25 m，其中每個車道寬3.75 m，雙黃線寬0.5 m，路面為一般瀝青混凝土路面，防撞墻高0.8 m(可以看成0.8 m高的聲屏障)，城市高架道路通常距離地面5 m～10 m［3］，本文設路面高8 m。車速及車流量可以參考城市快速路現狀及設計標準，且從南京市交通管理局可知南京緯七路高架在2010年時平均小時交通量已達到8 803 pcu/h。根據HJ/T 90-2004聲屏障聲學設計和測量規范要求，聲屏障的降噪系數NRC應大于0.5，隔聲量大于25 dB(A)。本文根據工程已經使用的吸聲屏障材料特性選擇吸聲屏障的計權隔聲量取30 dB。

參考以上資料，得到城市高架模型的基本參數見表1。

表1 城市高架基本參數值

由于高架道路不同于普通的地面道路，單純水平自由聲場不能很好地模擬噪聲隨高度變化分布情況，因此本文噪聲預測主要運用聲環境垂直聲場分布分析。

考慮到城市建筑物主要的兩類形式(高層和多層)，設高架旁兩處敏感點，建筑物1為高層，建筑物2為多層，每層層高3m，主要分析到高架不同距離、不同聲屏障(高度、形狀等)情況下，臨高架的建筑物斷面的每一層的垂直截面噪聲。

將上述參數輸入SoundPLAN軟件中，可得初始模型見圖1。三維模型見圖2。

2 聲屏障隔聲原理

在聲源與受聲點之間，插入一個有足夠面密度的密實材料的物體，使聲波傳播有一個明顯的衰減，這樣的障礙物稱聲屏障，聲波傳播到聲屏障時，它將沿著三條路徑傳播:一部分越過聲屏障頂部繞射到達受聲點;一部分穿透聲屏障到達受聲點;還有一部分在聲屏障的壁面產生反射，如圖3所示。通常可以把聲源發出的聲音直接到達的區域稱聲亮區，把聲音不能直接到達的區域稱聲影區，如圖4所示。聲屏障的作用就是阻擋直達聲的傳播，隔離投射聲，并使繞射聲有足夠的衰減，聲屏障的聲衰減大小主要取決聲源發出的聲波沿這三條路徑傳播的聲能分配［4］。

本文主要研究三種不同聲屏障形式:單側聲屏障、雙側聲屏障和完全封閉聲屏障。

3種道路聲屏障的隔聲分析示意圖見圖5。

3 模擬分析

3.1 道路橫斷面噪聲狀況

一側為0.8 m防撞墻，一側為總高度3m的聲屏障的道路截面噪聲圖(從地面開始總高30 m)，見圖6，雙側都為總高度為3m的聲屏障的道路截面噪聲圖，見圖7。全封閉道路聲屏障是指在路段上安裝隧道式的隔聲結構，把車輛和道路完全隔離在聲屏障內，全封閉聲屏障道路噪聲截面圖見圖8。

由圖6～圖8可以看出，聲屏障的存在改變了聲音原本傳播的方向和大小。對于單側聲屏障，在有聲屏障外的一側和雙側聲屏障外的噪聲相差不大，沒有聲屏障的一側在聲影區內的噪聲較雙側聲屏障的要高。經過對比分析發現，當道路兩側的建筑物都比較密集時，適用雙側聲屏障，當道路只有一側有敏感建筑物時建議適用單側聲屏障，減噪效果和雙側聲屏障相差不大，同時節省了不少費用。全封閉聲屏障的聲音的傳播完全不同于單側或雙側聲屏障，它把車輛行駛時產生的噪聲及路面反射的噪聲都隔離在聲屏障內，沒有繞射聲，聲屏障內的噪聲較單側或雙側聲屏障較高，但聲屏障外的噪聲有了明顯的降低，尤其是對于距離道路較高處的點。

3.2 對距離高架10 m的建筑物不同樓層噪聲的敏感性分析

不同形式聲屏障對距離高架10 m的建筑物不同樓層白天噪聲和夜間噪聲的變化趨勢相同，大小相差2.2 dB(A)，而根據我國GB 3096-2008聲環境質量標準［5］，夜間噪聲的標準值比白天低10 dB～15 dB，可知若夜間噪聲達標，則白天噪聲肯定達標。本文為了研究方便且避免重復，主要研究噪聲污染相對更加嚴重的夜間噪聲值變化。

對距離高架10 m的多層不同樓層夜間噪聲的變化見圖9，對距離高架10 m的高層不同樓層夜間噪聲的變化見圖10。

由圖9，圖10可以看出單側聲屏障有屏障外一側和雙側聲屏障的減噪效果幾乎一樣。單側或雙側聲屏障在對建筑物衰減作用影響高度內(聲影區)的不同樓層的降噪效果為4 dB(A)～9 dB(A)，衰減作用影響高度外的樓層沒有減噪作用。而使用全封閉聲屏障，最大減噪效果達到14 dB(A)，尤其對于高層的樓層都有減噪效果，夜間雖仍超標，但主要是由于路面交通引起的，居民基本可以接受。

4 結語

本文運用SoundPLAN軟件建立城市高架簡化模型，分析了單側、雙側和全封閉三種形式的聲屏障的道路橫斷面和距離高架10 m的建筑物不同樓層的噪聲的敏感性，可以看出全封閉聲屏障的聲音的傳播完全不同于單側或雙側聲屏障，對屏障外的區域降噪效果非常明顯，它把車輛行駛時產生的噪聲及路面反射的噪聲都隔離在聲屏障內，沒有繞射聲，聲屏障內的噪聲較單側或雙側聲屏障較高，但聲屏障外的噪聲有了明顯的降低。對于距離高架10 m的高層建筑物，最大減噪效果達到14 dB(A)，尤其對于高層的幾乎所有樓層都有減噪效果。土地資源較為緊缺、建筑物比較密集的城市高架兩側在經濟允許的條件下可以考慮采用全封閉聲屏障，既符合降噪的要求，也符合景觀的需要。

［1］ 吳 霖.城市道路聲屏障的研究與設計［D］.合肥:合肥工業大學碩士學位論文，2003.

［2］ 袁衛寧.高速公路聲屏障設計方法及其CAD系統軟件研究［D］.西安:長安大學博士學位論文，2007.

［3］ 蔣 康.公路聲屏障優化設計［D］.西安:長安大學碩士學位論文，2008.

［4］ 馬春燕.城市道路交通噪聲分布特性及影響研究［D］.西安:長安大學碩士學位論文，2010.

［5］ GB 3096-2008，聲環境質量標準［S］.