市區高架道路沿線既有住宅降噪改造研究

■ 謝 薿 XIE Ni 黃一如 HUANG Yiru

0 引言

隨著現代城市規模的逐漸擴大，城市路網密度增加并趨向于立體化，高架道路穿越城市居民住宅區成為一種常見現象。各種機動車輛行駛過程中會不可避免地產生交通噪聲，對高架道路沿線房屋居民的生活舒適性有較大影響。隨著國家大力推進建設宜居城市，營造健康住宅，高架道路沿線既有住宅的降噪處理和改造需要得到重視。

上海中心城區已有和規劃在建的高架及快速路大約200km，上海中心城區約70%的交通量集中在長度僅占20%比例的主干道和快速路上[1]，2016年，上海晝間道路交通噪聲監測結果顯示，56.7%的道路超標[2]，機場、火車站周圍以及內環、中環、外環等高架路段受到交通噪聲的影響較大。根據相關研究和調查[3]，內環高架兩側環境噪聲平均值約為75～77dB(A)，《聲環境質量標準》（GB3096—2008）規定的4a類聲環境功能區，晝間≤70dB(A)，夜間≤55dB(A)。軌道交通2號線和3號線的噪聲測試結果表明[4]，當列車以60~80km/h的速度行駛在高架線路上時，其噪聲連續等效聲級可達85～90dB(A)（單列車通過），同時還得出高架線路箱梁下的噪聲峰值為80～85dB(A)，高架線路的噪聲峰值一般超標量為10～15dB(A)。

現階段，我國對城市交通噪聲的防治大多側重于噪聲源的控制。但實際應用中，由于受經濟成本和技術發展等方面的限制，僅靠降低室外噪聲的排量很難使住宅室內噪聲符合規范要求，無法保證居民居住舒適性的要求，此時對受影響的目標房屋采取一些被動防護措施，如隔聲門窗等，也是一種很有效的方法。因此，如何科學地評估高架道路交通噪聲對沿線既有住宅的影響，針對受影響建筑的具體情況提出相應的污染防治和處理對策，不僅是城市軌道交通領域和環境聲學領域需要解決的問題[5]，也是建筑學需要關注的課題。本文以上海市中心受交通噪聲影響的高架道路沿線居民住宅為研究對象，分析高架道路交通噪聲的特點及對沿線既有住宅的影響。選取受交通噪聲影響嚴重的南北高架沿線某一建筑為案例工程，通過軟件模擬和實地測試的方法，對其進行了交通噪聲分析和降噪處理，并給出了高架道路沿線既有住宅降噪改造建議。研究可為城市高架道路沿線建筑的隔聲降噪處理等提供參考。

1 上海市高架道路交通噪聲特點及其沿線住宅分析

1.1 高架道路沿線住宅特點

受氣候條件的影響，為滿足采光和通風的要求，上海市住宅樓整體呈現為南低北高的趨勢，在住宅平面布局中，常以南向優先安排臥室和起居室，且多采用大面積開窗。高架沿線住宅類型豐富，目前受交通噪聲影響較為嚴重的既有住宅建筑類型主要為多層單元式、高層塔式住宅和高層單元式。

本文從上海市南北向高架和東西向高架各選擇了一段具有代表性的路段，南北向選取南北高架，東西向選取中山北路內環高架路，其中包括高架路和輕軌線共同經過的復合交通道路。選取距離高架中心線100m范圍內離主干道最近的一個住區作為調研對象。統計了住區住宅單元的形式，包括住宅樓層數、平面布局形式等基本情況，結果如圖1和圖2所示。圖1為南北向區域的情況統計，被調研對象合計23個住區，住宅以多層垂直獨立式居多，有13個小區，約占總數的56%。其余10個小區為高層住宅，約占43%，其中塔樓和垂直板式樓各占50%。圖2為東西向區域的情況統計，被調研對象合計23個住區，其中有8個小區是受高架道路和輕軌共同影響的住區。由圖2可知，東西向區域住宅以多層獨立式和高層塔樓居多，多層獨立式有7個小區，約占30%，高層有16個小區，約占70%。

根據調研統計，兩個區域的住宅受噪聲影響的房屋以高層居多，南北向區域內約有50%的高層住宅，東西向區域內有約56%為高層住宅，其中塔式占70%。研究選取該區域內受高架道路復合交通噪聲影響的某一典型高層塔式住宅樓作為研究對象深入分析。

1.2 高架道路交通噪聲特點

在高架道路兩側，噪聲級隨時間的變化而變化，噪聲的傳播與道路的情況、交通量的大小有密切關系。高架道路交通噪聲能量主要集中在低頻，而地鐵交通噪聲的能量以中高頻為主，屬寬頻帶噪聲。由高架道路、輕軌等組成的高架道路復合道路交通噪聲對低樓層的影響基本呈現線聲源特征，對高層居民的影響有時更為嚴重。以南北高架實驗的數據為例，共和新路路段兩側住宅受到地面交通、高架交通及軌道交通1號線的多重噪聲源影響，圖3所示為共和新路共康路地鐵站附近街道剖面圖。此外，由于道路兩側建筑物的影響，噪聲垂直分布特征復雜，圖4為通過軟件模擬高架道路復合交通噪聲在住宅邊界面發生的衍射情況。

在對高架沿線兩個住宅的調研中發現，高架道路兩側，在敏感區域，如醫院、住區等附近，都設置了聲屏障。在早期高架隔聲屏障設計及噪聲指標檢測時，已經將這些情況考慮在內。如圖5所示，高架道路隔聲屏障的設計，對于6層及以下的住房，噪聲已經被隔聲屏障所阻隔，所以受噪聲影響較為嚴重的是6層以上的住戶。

圖1 南北向住宅平面布局分類

圖2 東西向住宅平面布局分類

圖3 共康路段街道剖面圖

2 既有住宅降噪改造措施分析

圖4 聲音在住宅邊界發生的衍射圖

圖5 高架道路聲屏障設計圖

根據交通噪聲的傳播特點，對噪聲的控制主要分為聲源控制、傳聲途徑控制及敏感建筑物防護三方面。聲源控制通過對路面、車輛、軌道等的技術改善及相關法律措施來控制，傳聲途徑控制是在傳播途徑中加入聲屏障等阻隔來減緩噪聲的影響。對既有住宅最直接有效的措施，是通過敏感建筑物防護的方式，從建筑墻體、門窗、陽臺三個主要受聲點進行改造[6]。結合高架道路周邊住宅特點，提出以下幾點措施。

2.1 建筑關鍵構件及室內改造

采用實木門替代中空木板門，隔聲量會增加5dB左右；將單層玻璃改為夾層玻璃，或是雙層玻璃，其中17（lam）/12/10（laminated夾層玻璃，17mm厚夾層玻璃、12mm厚空氣層和10mm厚玻璃）的夾層玻璃厚度薄且效果最佳，針對復合交通噪聲中的地鐵噪聲比較有用[7]。在條件允許的情況下，還可采用自然通風隔聲窗；地面材質的隔聲效果不同：地毯（30dB）＞實木地板（20dB）＞地磚、花崗巖（5dB），在室內裝修時，采用軟質的材料利于隔聲，可采用實木地板或鋪設地毯。

2.2 外墻面改造

增加墻體厚度和采用面密度大的新型材料，對噪聲的控制比較有效。但墻體改造對住宅原有結構影響大，在既有住宅改造中可行性不高，因此通常對外墻面進行改造。通過對外墻涂抹多孔、顆粒涂料，或者采用立面綠化的形式，雖然實際隔聲效果不大，但可從視覺上降低噪聲的影響。除此之外，在不影響日照的情況下，可在原有立面外側加一層有吸聲材質的立面，或采用穿孔金屬板等。

2.3 陽臺改造

陽臺改造主要是針對非封閉式陽臺。針對多層住宅，有研究表明[8]：陽臺頂部天花板的傾斜角度和降噪成正比。將天花板改成15°傾角且表面帶吸聲材質，一般可降低4～8dB的噪聲。高層住宅不建議對陽臺頂部天花板進行傾斜改造，但也可在表面增加吸聲材料。在欄板上加一層吸聲材質也可降低噪聲。

2.4 整體環境治理

為營造一個好的小區聲環境，不僅要在建筑受聲面提出噪聲的阻隔措施，還應該注重住區內環境的營造。從外部到內部可采用：外部高架綠化，沿街種植高大灌木；小區內部采取喬灌混植，選擇常青或落葉期短的植物綠化等方式，對小區景觀進行改造。利用視覺設計，降低噪聲對環境的影響。

3 既有住宅降噪隔聲改造案例

3.1 案例概況

本文研究的案例位于上海市南北高架旁。南北高架貫穿整個城市，是上海南北向的交通大動脈。其中，在汶水東路以北為高架公路和軌道交通的混合體，地面三層為南北高架路，地面二層為軌道交通1號線北延伸段，地面為交通輔道。南北高架路雙向6車道，寬約20m；地面路幅最寬處約為50m，雙向8車道。調研的住區附近高架設有上下閘口，南北向車道均由3車道變為4車道。

圖6 小區基地平面圖

案例小區建于2003年，總建筑面積為1.8萬m2，總戶數為224戶。該小區不設地下停車，四個出入口中有三個是人車混行，小區北面出入口附近有學校，車流比較多。高架道路及小區的布置平面如圖6所示。小區居民反映，南北高架夜間的車流量大，一直受到交通噪聲的困擾，影響其生活的舒適性和睡眠質量，其中高架沿線的公寓受影響尤其嚴重。經現場調研發現，由于樓房的空間布局，該樓房型兩間臥室都朝南，即朝向高架方向，所以受高架交通噪聲的影響較嚴重。

該公寓共20層，層高為2.65m，建筑總高度約為50m。建筑每層有12戶居民，朝向西南側的有3戶居民，朝向南的有6戶居民，剩下3戶是朝向東南。從房間的布局形式來看，臥室都是朝南布置，廚房、餐廳和通道布置在北側，整體平面布置如圖7所示，圖左為臥室的分布區，圖右為廚房衛生間分布區。

根據實地測繪，此處高架的高度約為20m，住宅距離高架道路中心線約32m。本文選取該樓受噪聲影響反映最為強烈的一戶居民住戶作為研究案例，對其進行噪聲模擬測算和實地噪聲測量。所研究的居民住戶布置及噪聲測點位置如圖8所示。

3.2 聲環境模擬

使用cadna/A軟件模擬該小區的聲環境情況。模擬分析中，首先要對高架和地面南北向交通以及輕軌線的交通流量進行統計分析。由于該路段的交通流量比較復雜，本文采用現場視頻數據采集，以及網絡獲取沿小區主要道路交通擁堵情況，分析得出交通流量。選取測試路段兩側視野開闊的地點，進行30min的現場視頻采集，時間選定在15:00～16:00的交通高峰時段，統計高架南向、北向，地面南向、北向的車輛數目（表1）。

將數據導入到cadna/A軟件中，得出公寓樓白晝聲壓級分布結果（圖9）。可以看出，建筑朝南的房間受噪聲影響最為嚴重，由于裙房起到隔聲屏障的作用，朝西南方向的三戶噪聲值反而相對低，噪聲值最低的是朝東南的三戶住宅，僅為38.8dB。

3.3 交通噪聲測量及分析

噪聲測量儀器主要采用愛華AWA6228型多功能聲級計，分別測量室內和室外的噪聲數據。考慮到環境的因素和儀器的安裝難度，將雙層隔聲窗的隔聲性能測試地點選在西側臥室。測量儀器布置安裝如圖10、11所示。測試時將兩個聲級計，一個通過桿件，在1m處安置探測器；另外一個通過三腳架固定，距地面1.2m、外窗2m、墻面1m處安裝儀器。噪聲測量分為兩次測試：第一測試是在隔聲門窗改造完成之后，室內未裝修之前，主要檢測隔聲窗的效果；第二次測試是在室內裝修完工之后，檢測室內聲環境的變化。

3.3.1 裝修改造前測量及分析

圖7 公寓樓層平面圖

圖8 調研住戶位置及測點位置圖

表1 南北高架及共和新路路面交通流量統計表

對西側房間室內外進行聲壓級測量及頻譜分析，得到的不同頻率等效計權聲壓級如圖12所示。對裝修前室內外的測量結果進行倍頻程頻率分析，結果統計見表2。從表2中可知，在安裝隔聲窗之后，平均等效聲壓級LeqT降低了23.9dB(A)。對比室內外不同聲壓級的百分比，由于測量的是外部交通噪聲，為非穩定聲源，頻率波動隨時間起伏較大，低頻部分波動較大，從圖13中可以看出，該隔聲窗對中高頻噪聲有明顯的阻隔作用。

結合前文軟件模擬的結果，對比裝修改造前室外噪聲的實際測量值，即對比表2與圖9中顯示的分貝值，監測點所得到的平均聲壓級LeqT數值為73.9dB，與軟件模擬值74.1dB，相差不到1dB。模擬結果和儀器測量結果基本一致。

3.3.2 降噪改造措施

圖9 公寓晝夜聲壓級分布圖

圖10 室內儀器布置圖

圖11 室外儀器布置圖

圖12 倍頻程頻譜分析圖（裝修前室內外測量）

圖13 倍頻程頻譜分析圖（裝修前后室內測量）

既有住宅進行隔聲改造，要避免對建筑主體結構造成損害，所以，需要在不影響居民正常使用的前提下采用簡單且方便的方式。通過對實際情況分析和前文經驗總結，根據該房間的情況，主要采取門窗更換和室內裝修改造的方式。采用隔聲效果更好的鋼制隔聲門窗代替實木門；窗戶采用隔聲性能等級較高的雙層消聲通風隔聲窗，開窗形式為外平開/內推拉，玻璃形式為外夾層內單片10.76（4+0.76+6）+空腔+8、雙層窗間距100mm；室內裝修采用實木地板代替之前的瓷磚地面。

3.3.3 裝修改造后測量及分析

第二次測試在房間已經完全裝修好的情況下進行。從圖13的頻譜分析結果可知，噪聲降低部分主要集中在中高頻段，隔聲窗對該頻段作用較大。從表3的測試結果可知，室內平均等效聲壓級LeqT從50dB(A)降低為41dB(A)，降低了 9dB(A)。

房屋進行門窗改造和裝修之后，臥室噪聲值都有所減弱，但在裝修之前并未達到標準。分析原因，一方面，是因為在第一階段的聲音測量中，墻體部分施工還未完工，存在縫隙；另一方面，室內的軟裝及家具的布置，對聲音有吸收的能力。但通過改造，臥室聲壓級已達到了《民用建筑隔聲設計規范》的要求：臥室、書房晝間允許噪聲級≤45dB(A)。

4 結語

交通噪聲對城市居民生活的影響正隨著人民生活需求的不斷提高而愈受關注。上海作為國際化大都市，隨著市區高架道路的不斷建設，快速干道出現車輛多、速度快、噪聲分貝值高、影響范圍大的現象，沿線住宅的噪聲控制問題必須得到重視和處理。高架道路沿線的噪聲形式復雜，受影響的既有住宅數量大。本文通過對上海市中心城區高架兩側住區特點的調研，發現東西向和南北向區域都以高層住宅為主，其中東西向區域的塔式住宅占高層住宅的70%。對高架道路噪聲的分析顯示，六層以上的住宅受交通噪聲影響較大。文中以上海市區高架道路沿線的實際房屋為案例，采用軟件模擬和實地噪聲測量的方法，對改造前后的室內外噪聲進行測量對比，試驗結果表明，采用隔聲門窗更換及室內裝修，噪聲得到了有效控制，房間室內噪聲已達標，中高頻段部分噪聲控制效果尤其明顯。

表2 各等效A計權聲壓級參量表（裝修前室內外噪聲測量）

表3 各等效A計權聲壓級參量表（裝修前后室內噪聲測量）

本文采取隔聲門窗更換和室內改造的方式，在不破壞主體結構、不影響居民正常使用的情況下，采取簡單有效的措施，隔聲效果明顯。如果能結合外墻、陽臺以及小區整體環境的統一改造，可以在提升住區整體聲環境舒適度的同時，使居民的居住舒適度也得到改善。