四川省高速公路聲屏障技術應用與發展

陳智寅

(四川省公路規劃勘察設計研究院有限公司，成都 610041)

1 引 言

高速公路作為國家重要的戰略資源，對我國打贏脫貧攻堅戰役，全面建成小康社會意義重大。近年來高速公路建設在四川省得到了迅速的發展，但同時也對沿線環境造成了一系列的影響，其中交通噪聲污染問題尤為突出[1]，聲屏障作為一項有效的噪聲防控技術在四川省高速公路領域得到了普遍應用[2]，在改善高速公路沿線聲環境質量方面起到了重要的作用，但同時也暴露出如設計簡單粗放、質量良莠不齊、景觀效果差、環境友好性不足等諸多問題，制約了技術和應用的進一步發展。在當前我國實施生態文明建設的戰略背景下，民眾環保意識日益提高，聲屏障必然將在未來公路行業得到更為廣泛的應用，巨大的市場機遇和挑戰并存。近年來交通運輸部出臺的《關于實施綠色公路建設的指導意見》和《關于全面加強生態環境保護堅決打好污染防治攻堅戰的實施意見》，以及四川省交通運輸廳印發的《關于進一步加強公路水運建設領域環境保護及污染防治工作的通知》，都從生態文明建設的高度對公路工程環境保護工作提出了全新的要求。在此背景下，對四川省20年來高速公路聲屏障技術應用發展情況及存在的問題進行回顧分析，結合綠色發展的理念，提出未來聲屏障技術發展趨勢和方向顯得尤為重要。

2 聲屏障研究與應用情況

2.1 應用發展歷程

自1995年四川建成通車第一條成渝高速公路至2019年1月，四川省高速公路通車里程已達7 238km，躍居全國第二，聲屏障在高速公路降噪工程中得到了大量廣泛的應用。目前四川省高速公路投入運營聲屏障里程已逾72km，總投資超2億元。總結四川省高速公路聲屏障應用發展歷程，可以大致劃分為三個歷史階段。

2.1.1 首次應用

四川省第一處高速公路聲屏障由四川省公路設計院于1998年設計完成，并于同年在成綿高速公路建成投入運營，實現了四川高速公路聲屏障應用零的突破，對解決高速公路旁的八角中學噪聲污染問題起到了良好的作用。聲屏障長360m，高3.5m，采用砌體結構，墻體砌筑空心槽，表面粘貼彩色多孔吸聲磚形成微孔共振吸聲結構，見圖1。

圖1 四川省高速公路聲屏障工程首次應用情況Fig.1 First application of highway noise barrier in Sichuan province

2.1.2 個別嘗試階段

圖2 二十一世紀初期四川省高速公路聲屏障工程應用情況Fig.2 Application of highway noise barrier in Sichuan province in the early 21st century

隨著二十一世紀初期四川省高速公路建設的逐步提速，于成都繞城高速、成南高速、綿廣高速、內宜高速、成都城北出口高速等項目進行了個別點位的聲屏障推廣應用嘗試，聲屏障總規模上升至約7km。由于技術儲備尚不成熟，聲屏障方案主要以借鑒省外案例為主，缺乏系統化設計。同時受該時期建設方理念和工程投資的制約，聲屏障大量采用中空陽光板、薄PC板和夾膠玻璃等材料，使用至今破損、泛黃老化情況嚴重，影響了聲屏障應有的聲學功能和景觀效果。此外部分聲屏障未經專業設計，存在材料聲學性能不佳、總體空間尺寸不足等問題，見圖2。

2.1.3 全面鋪開階段

自2011年起，四川省大量已通車高速公路的竣工環境保護驗收工作全面開展，聲屏障應用也得以全面鋪開。以西攀和攀田高速為先例，成仁、映汶、廣南廣巴、巴南、巴達萬、達陜等20余個項目陸續開展了聲屏障設計建設，并順利通過了竣工環保驗收，至今聲屏障總規模已超過72km。該階段的聲屏障設計應用更為規范與合理，在嚴格聲學材料選用保證降噪功能的基礎上開始更加注重通透性景觀效果。該時期聲屏障總體采用標準輕型鋼結構方案，大量運用亞克力板和金屬吸聲屏，雖結構形式更為美觀整齊，但也造成聲屏障樣式單一的問題，景觀效果千篇一律。同時由于普遍工期緊、投資低，工程精細化程度不高，見圖3。

圖3 2011年至今四川省高速公路聲屏障工程應用情況Fig.3 Application of highway noise barrier in Sichuan province since 2011

2.2 技術研究與發展

四川高速公路聲屏障設計和研發技術也隨著工程的推廣應用得到了跨越式的發展，技術進步的過程具有鮮明的時代特色，大致也可以分為3個階段(下表)。

2.2.1 摸索嘗試階段

從四川高速公路首次應用的成綿高速八角中學聲屏障到二十一世紀初期的成都繞城高速、成南高速、南廣高速等聲屏障工程，四川公路聲屏障技術研究開始起步，以借鑒國內外公路和鐵路先進理念和技術為基礎進行摸索和嘗試。該時期內開展了《公路聲屏障設計技術研究》省級課題研究，首次較為全面地提出了四川公路聲屏障設計方法和思路，為后續聲屏障技術研究與發展做好了鋪墊，課題成果在2001年取得了四川省科技進步三等獎。同時期成綿高速八角中學聲屏障設計也獲得了四川省勘察設計“四優”一等獎，取得了相應實用新型和外觀專利。但受制于當時的公路建設發展現狀，環保理念不強，行業總體環保投入相對較少，技術成果難以實現持續的良好轉化應用，該時期總體聲屏障技術仍不成熟。

表 四川省高速公路聲屏障技術研究與發展階段簡述Tab. Research and development stage of noise barrier technology in highway of Sichuan

2.2.2 規范化標準化階段

隨著國家“十一五”規劃和“十二五”規劃的全面實施，四川省高速公路迅速成網，通車里程、在建里程和設計里程均實現了大幅度的提升，與此同時交通噪聲帶來的環境影響也逐漸引起了廣泛的社會關注和重視。在高速公路聲屏障工程大規模應用的背景下，聲屏障設計和研發技術也得到了長足發展。隨著《聲環境質量標準》(GB3096-2008)、《公路環境保護設計規范》(JTG B04-2010)和《聲屏障聲學設計和測量規范》(HJ/T90-2004)等系列標準規范的施行，加之民眾環保意識的增強和行政管理的逐步嚴格，聲屏障設計建造技術更加的規范化正規化，帶來了良好的環境正效益。但由于該時期內高速公路聲屏障需求呈爆發式增長，早期的技術儲備和研發成果難以適應快速、高效的聲屏障設計應用現狀要求，故聲屏障設計技術走向了標準化發展方向。以住建部2009年發布的《國家建筑標準設計圖集 城市道路聲屏障》(09MR603)為基礎進行了聲屏障標準化設計技術建設，開發了一套適宜于四川高速公路的聲屏障標準圖集，并在大量聲屏障設計中予以應用，取得了良好的效果。其中西攀高速公路聲屏障設計了獲得四川省優秀工程勘察設計“四優”三等獎。但隨著聲屏障應用規模的不斷增大，千篇一律的外觀和材料對高速公路沿線景觀造成的影響也逐漸受到關注，這在一些穿越自然風光優美的山區公路上顯得尤為明顯。

2.2.3 環保景觀系統化階段

生態文明是當代我國社會發展的主題。聲屏障作為一項環保工程在起到隔聲降噪作用的同時，其自身的生態環境友好性也不容忽視。Jorge P.Arenas[3]在其研究中指出聲屏障建成運營后對公路使用者和被保護者會產生不良視覺影響，同時可能增大公路兩側生態隔離作用。G.E.Bowker[4]證明單純的聲屏障存在會增大背后一定范圍內的大氣污染物濃度。Susan M.Morgan[5]提出聲屏障材料生產、使用和廢棄過程中會對環境產生一定的污染。張靜[6]、葉穎[7]、范錦忠[8]等國內學者也在近年提出了建設的生態型聲屏障的理念和景觀塑造方法。由此可見，兼具良好聲學功能和生態景觀友好性的新型聲屏障是當前研究前沿和發展主流。四川省公路設計院承擔的交通運輸部“西部高速公路生態型聲屏障技術應用研究”課題從設計、建設、運營和廢棄的全生命周期角度開展了高速公路聲屏障生態環保性和景觀性的系統研究，構建了西部高速公路生態型聲屏障評價指標體系、編制了設計和施工技術指南，項目成果達到國內領先水平，并獲得了中國公路學會科學技術三等獎和實用新型專利一項。科研成果的推廣應用標志著四川省高速公路聲屏障技術全面進入了以“降噪為本、結構安全；材料環保、造價適宜；設計科學、施工便捷；造型美觀、自然生態”為理念的環保景觀系統化階段，將生態環保理念貫穿聲屏障全生命周期，運用先進聲學分析、新型環保聲屏障材料研發、專項景觀塑造等系統性多元化手段，實現工程降噪與自然人文景觀和諧相融發展的目的，并建設了一批有代表性的示范工程，見圖4。

圖4 新理念下四川省高速公路聲屏障設計研發和工程應用情況Fig.4 Research,design and application of highway noise barrier in Sichuan province under the new concept

3 發展趨勢與展望

3.1 發展趨勢

推進綠色發展是我國生態文明建設戰略的重要內容，也是工程建設領域未來的發展方向和必然趨勢。在對四川省高速公路聲屏障技術和應用歷程進行回顧總結的基礎上，分析未來行業發展趨勢具有重要的意義。

3.1.1 全方位著手，系統化設計

設計是工程的核心，全方位系統化設計是創造優質工程的前提。公路聲屏障設計是一種多目標多約束的工程技術問題，既涉及對外環境的影響也涉及對自身及依托工程的作用，設計時需要綜合考慮權衡各方面因素。聲屏障作為降噪工程，設計的首要目標是科學精準的聲學分析，通過準確建立還原空間三維模型，運用專業聲學軟件進行高精度計算，模擬聲屏障降噪效果并進行優化選型是未來聲屏障設計的必然趨勢；安全的結構方案和良好的景觀效果是設計的另一項重要任務，要強化結構創新，在保障安全的基礎上增加有效聲學高度，提升降噪效果。同時應結合聲屏障所在地自然和人文環境特征，因地制宜進行專項景觀設計，實現良好視覺效果；協調聲屏障的生態環保與經濟效益是實現行業綠色發展的關鍵環節，目前國內外聲屏障研究發展的總體趨勢是強化綠化措施，提升聲屏障與周圍自然環境的生態融合度，運用鄉土材料降低工程投資，合理利用和改造地形、地物，實現聲屏障“隱形”，在有條件的區域引入自然白噪聲對不利噪聲進行聲學覆蓋，營造“聲景觀”。

3.1.2 實施創新驅動，著力環保材料

傳統的公路聲屏障材料以金屬、玻璃棉以及高分子材料等為主，同時涉及染色劑、涂料以及橡膠等輔料。這些材料在生產制備、使用以及廢棄過程中均會產生較為嚴重的環境污染，這不符合未來聲屏障發展的理念和趨勢。公路建設過程中會產生大量棄土棄石和拆遷建筑垃圾，通過技術攻關將其在聲屏障建設中進行合理利用不僅可以消納一部分棄方，減少棄渣場占地規模，還能大幅度降低工程造價，實現環保和經濟效益共贏。此外作為線性工程，公路沿線往往分布有工業廠礦和村落，對工業固廢和農村秸稈廢棄物等進行技術改性后也可用于聲屏障建設材料，還能帶動沿線地區廢棄物資源化利用，實現生態環保效益的擴大化。

3.1.3 著眼全生命周期，實行全過程服務

聲屏障從設計、施工、運營維護到最終廢棄的各個環節均屬于專業化程度較高、涉及專業面較廣的系統性工作，任何一項出現問題都會直接影響工程應用效果。但在目前工程建設管理制度下，上述環節大多各自獨立，缺乏專業的過程管控，設計者的意圖和理念往往不能真正得以實現，這也對生態景觀型聲屏障的良性發展構成了制約。在生態環保要求日趨嚴格和民眾環保意識逐漸提高的當下，聲屏障作為一項環保工程具有巨大的市場發展潛力。隨著國家基礎設施建設投資主體的逐步轉變，相關聲屏障領域從業者可以探尋統籌管理的總承包模式，貫徹從規劃、設計、施工到運營養護和廢棄的全生命周期理念，執行標準化設計、施工和管理制度，提供全方面、全過程噪聲治理服務和優質的聲屏障工程，不僅能創造商業價值，更能促進聲屏障技術應用的良性發展，更好地服務于環保工作中。

3.2 展望

四川省通過多年來的高速公路聲屏障技術研究、設計和工程建設，掌握了成熟的技術，積累了豐富的經驗，創造了先進的理念，但相較沿海發達地區及國外的總體發展和應用水平仍較為滯后。總結國內外先進的聲屏障發展經驗，今后應重點著力制定聲屏障交通行業地方標準和團體標準，發布四川高速公路聲屏障技術指南，明確技術要求和管理制度，進一步規范四川省公路聲屏障的設計和建設，推創優質示范工程。

4 結 語

隨著四川省20年來高速公路建設的快速發展，聲屏障在交通噪聲污染防治領域得到了廣泛的應用，相應的設計研發技術得到了跨越式的發展，但同時也暴露出了許多問題與不足。在實施生態文明建設戰略的當下，聲屏障作為一項環保工程，其技術與應用的發展更應當充分貫徹綠色發展理念和交通運輸部建設綠色公路指導意見，從工程全生命周期的環境友好性角度出發開展系統的研究和實踐，推動地方標準和行業規范制定，建立健全建設運行管理制度，促進行業可持續發展。