公路聲屏障高度理論與實際設計初探

摘要：本文通過分析現(xiàn)有聲屏障的設計高度是否符合降噪的要求，進一步探究規(guī)劃中提出的建筑對道路退讓的距離是否利于聲屏障設計，并提出聲屏障高度優(yōu)化設計的建議。

關鍵詞：交通噪聲；聲屏障高度；建筑退讓距離

Abstract： in this article， through analysis of the existing design of the noise barrier height whether accord with the requirement of noise reduction， further to explore the planning of buildings in a retreat on the road distance is conducive to the sound barrier design， and noise barrier highly optimized design proposal.

Key words： traffic noise； Sound barrier height； Building concession

引言

隨著車流量的增加，公路交通噪聲污染對沿線居民正常生活、工作、學習、休息環(huán)境的干擾程度和范圍也隨之加劇和擴大。為有效控制交通噪聲、加大公路環(huán)境保護力度，聲屏障因其實用性和有效性在公路噪聲防治方面得到了廣泛的應用。本文在已有道路條件下，根據(jù)環(huán)境噪聲本底值和該地環(huán)境標準值，確定噪聲設計目標和聲屏障設計高度，在滿足降噪要求的前提下，節(jié)約投資成本。

1.現(xiàn)狀分析

從沈陽市交通噪聲全年監(jiān)測數(shù)據(jù)看，2012年在監(jiān)測的48條干線中，對于監(jiān)測的干線長度達標率為56.5%。交通噪聲全市平均噪聲等效聲級為69.9dB，盡管符合國家標準（70dB）和城考限值（70dB），但仍有近50%的干線道路沒有達標[1]。如，沈陽南二環(huán)在建造聲屏障之前晝間和夜間噪聲等效級達到79dB。搜集2005年檢測數(shù)據(jù)分析得，同樣的檢測干線和監(jiān)測點位，檢測的干線長度達標率為87.4%，全市交通噪聲平均等效聲級僅為68.4dB[2]。

2.聲屏障的設計原理

控制噪聲的方法可分為兩種：一種為從聲源出著手降低噪聲；另一種為在傳播途徑中阻礙噪音的傳播。本文采用第二種即聲屏障的降噪方式。實際中聲屏障是有限長的，聲屏障無法完全阻礙聲音的傳播，聲波遇到聲屏障會發(fā)生反射、繞射和投射現(xiàn)象。

2.1 反射

聲波遇到聲屏障一部分被放射回來，當有雙側聲屏障時會出現(xiàn)聲波多次反射的情況。一部分反射的聲波通過繞射仍舊會到達受聲點，即使聲屏障的材料有吸聲特質，也無法吸收全部的反射波，因此降低聲屏障的降噪效果。

2.2 繞射

聲波會越過聲屏障頂端傳播并在聲屏障后面形成聲影區(qū)，繞射聲的聲量級小于直達聲的聲量級，聲量級之差稱作聲屏障繞射減噪量，并隨著繞射角增大而增大。

2.3 透射

聲波透射后到達受聲點的聲量小于直達聲的聲量，兩者之差稱為透射降低量。穿透聲屏障的聲能量與聲屏障的面密度、入射角及聲波的頻率等因素有關。傳聲損失（隔聲量）用來評價投射噪聲的能力。透射降低量大說明聲障有較大的插入損失，有更好的降噪效果。

3. 聲屏障設計高度計算方法

一般判定公路車流量在1000輛/小時以上時，每輛車作為點聲音連續(xù)分布在公路上，可視為不相干的線聲源，并為了方便計算而簡化成一條等效車型先線。公路交通噪聲為非穩(wěn)態(tài)不連續(xù)聲源，聲波頻率范圍在63到8000Hz，交通噪聲能量集中在500Hz，因此500Hz為交通噪聲的中心頻率值。現(xiàn)設定研究對象為安裝無限長聲屏障的快速公路，對應的路面的寬度為38m，考慮聲屏障建造位置距離路肩越0.5米，所以兩側聲屏障距離為39m。對照法規(guī)《城市環(huán)境噪聲標準》（GB3096-2008），受聲點在城市快速路兩側可歸為4a類環(huán)境功能區(qū)，晝間和夜間環(huán)境噪聲限值分別為70dB和55dB[3]。圖一為聲屏障截面圖。線d和線AB分別為上文提到的噪聲透射路徑和噪聲頂端繞射路徑。

圖一 聲屏障截面圖（聲程差示意圖）

從聲屏障聲程差示意圖中，聲屏障高度為h，設定聲源與受聲點直接距離為l，聲源與聲屏障距離為l1， 聲屏障與受聲點距離為l-l1，聲源到受聲點的距離為d，受聲點高度為p。使用勾股定理，可得到A與B的長度。此處，聲屏障和受聲點之間的距離是由建筑后退紅線距離得到的。

（1）

聲程差 [5] （當聲波頻率為500Hz）（2）

[5]（3）

聲屏障高度的計算公式中聲程差是由菲涅爾數(shù)決定的，而菲涅爾數(shù)可以通過計算衰減量得到。衰減量的計算公式為

[6]（4）

此式中，L為衰減量（dB），L0為源強（A聲級）（dB）， K為10（線聲源），l為受聲點距離聲源的距離（m），d為聲源長度（m），Lc為受聲點預期聲級（dB）。

算得衰減量后可從圖二中得到對應的菲涅爾數(shù)N，代入上式，可算得聲屏障高度。

圖二 衰減量與菲涅爾數(shù)的關系

4. 現(xiàn)有聲屏障高度和規(guī)劃所得聲屏障高度結果

4.1現(xiàn)有道路聲屏障設置高度分析

南二環(huán)沿途建筑與道路的距離從15-100米不等，聲屏障的高度分別為2.8m和3.5米。一般的聲屏障高度為3-6米[7]，高層且距離公路較近的建筑并不在聲屏障的聲影區(qū)內，且公路兩側的聲屏障會對噪聲進行反射，高層建筑受到反射后增強噪音的影響。

4.2 規(guī)劃道路聲屏障設置高度分析

以南二環(huán)快速路為研究對象，受聲點現(xiàn)對于聲源的高度為4m，聲屏障到受聲點的距離即建筑退讓道路紅線距離為30m，聲源到聲屏障距離為19.5m，根據(jù)上述聲屏障參數(shù)，p=4m、l=49.5m、l1=30cm。首先計算衰減量L。源強聲級為79dB，源強測試距離為1快速路車流量為2500輛/小時，所以視為線聲源，K=10，源強測試距離為40m。受聲點預期聲級55dB。

4.3 聲屏障高度設定結論

根據(jù)圖二可得，菲涅爾數(shù)為30，因此聲程差為10.2m。代入式（3），得出聲屏障高度為4.89m。盡管此高度不符合實際要求，但根據(jù)式（3）得到的調整建筑物退讓距離即可改變設計聲屏障高度，從而符合實際需求。

參考文獻：

[1]2012年度沈陽市道路交通噪聲監(jiān)測數(shù)據(jù)，沈陽市環(huán)境保護局http：//www.syepb.gov.cn/data/2013_01_08/201318141721.html，2013

[2]湛美，高峰，馮曉宇，沈陽市環(huán)境噪聲狀況及防治措施.環(huán)境保護科學，2007，6：129-131

[3]HJ/T90-2004聲屏障聲學設計和測量規(guī)范.北京：國家環(huán)境保護總局，2004