交通噪聲與路域協(xié)同降噪技術(shù)研究進(jìn)展

鄧 飛

(中交第四公路工程局有限公司，北京 100020)

1 概述

近年來隨著城市人口驟增，生活水平的不斷提高，小汽車的保有量逐年增加，車流量和車流密度逐年上升，促使城市道路交通噪聲污染越來越嚴(yán)重。由于道路交通噪聲具有強(qiáng)度高，覆蓋面廣，影響范圍大的特點(diǎn)，嚴(yán)重影響人們的正常生活、工作以及身心健康。依據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，正常行駛時(shí)汽車噪聲值可達(dá)80 dB(A)～90 dB(A)，汽車在高峰車流下噪聲值高達(dá)100 dB(A)[1]。眾所周知，長期暴露在如此高強(qiáng)度的交通噪聲中，不僅損害人們的健康，也會(huì)產(chǎn)生許多經(jīng)濟(jì)的負(fù)面影響[2]。因此，合理解決城市道路交通噪聲污染，踐行生態(tài)文明理念，采取科學(xué)的解決措施，控制城市道路交通噪聲污染日益迫切。

2 城市交通噪聲研究現(xiàn)狀

2.1 交通噪聲地圖研究現(xiàn)狀

為獲取道路交通噪聲狀況，初期國外學(xué)者在特定區(qū)域進(jìn)行大量研究，但只是通過監(jiān)測，執(zhí)行簡單的指標(biāo)計(jì)算和預(yù)測噪聲值并不能提供直觀而生動(dòng)的圖表。2002年歐洲頒布的“噪聲指令”要求其成員國繪制噪聲圖[3]。因此，學(xué)者們逐步開始向基于數(shù)據(jù)與預(yù)測值的區(qū)域噪聲地圖方向研究。荷蘭研究者Henkde Kluijver等認(rèn)為通過GIS技術(shù)可以繪制精度較高的噪聲地圖，提出利用GIS繪制標(biāo)準(zhǔn)噪聲圖的可能性和必要性[4]；法國聲學(xué)研究者Bruno Vincent參與區(qū)域噪聲地圖繪制項(xiàng)目，從多個(gè)角度評(píng)估聲學(xué)環(huán)境影響因子，如噪聲地圖和社會(huì)影響[5]；2008年，國際聲學(xué)會(huì)議上，W.Probst提出了繪制精準(zhǔn)的噪聲地圖，之后應(yīng)用的緊后一步工作應(yīng)該是噪聲評(píng)分，這將更有幫助提出噪聲的緩解策略；同年，Tsai等對某市345個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的不同時(shí)間段、不同季節(jié)的監(jiān)測噪聲值進(jìn)行繪制地圖，進(jìn)而分析該城市的聲環(huán)境情況。

相比國外，我國噪聲地圖的繪制相對較晚。2002年，根據(jù)徐匯區(qū)噪聲數(shù)據(jù)資源繪制交通噪聲圖，是中國繪制噪聲圖技術(shù)的一個(gè)探索性研究；2008年，洛賽聲學(xué)技術(shù)有限公司在深圳河以北和濱河路南部12 km2的市區(qū)制作了噪聲圖，是中國第一張城市道路交通噪聲圖；2009年，北京勞動(dòng)保護(hù)科學(xué)研究所制定了北京第一張?jiān)肼暤貓D，其面積約12.7 km2。

在我國噪聲地圖研究領(lǐng)域，主要從以下三個(gè)方面進(jìn)行：

1)基于信息系統(tǒng)的噪聲地圖研發(fā)：隨著計(jì)算機(jī)軟件的發(fā)展，噪聲地圖的信息系統(tǒng)主要依托GIS等系統(tǒng)，利用計(jì)算機(jī)編程語言與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，研發(fā)建立噪聲地圖信息系統(tǒng)。李楠、彭萌來、夏丹等建立相關(guān)信息系統(tǒng)的同時(shí)，分別探索性的繪制了北、上、廣等經(jīng)濟(jì)發(fā)展快的城市噪聲地圖[8]。

2)噪聲地圖精確化處理：在繪制大范圍噪聲地圖時(shí)，極容易產(chǎn)生較大的偏差，故要得到精確的噪聲地圖還需進(jìn)一步研究探索。聲學(xué)專家們通過反演算法、多維數(shù)據(jù)相互修正等措施，對其進(jìn)行更精確化的處理。研究表明，反演算法的計(jì)算修正更容易被研究者們接受[9]。

3)噪聲地圖復(fù)雜化處理：其主要理論依據(jù)是聲傳播、衍射，并考慮城市區(qū)域的地形等因素。繪制市區(qū)三維噪聲圖與二維噪聲圖相比，三維噪聲圖可以預(yù)測不同高度的噪聲分布，更能準(zhǔn)確反映城市高架橋、城市高層住宅噪聲污染狀況，能為進(jìn)一步準(zhǔn)確的噪聲管理和控制提供依據(jù)[10]。

綜上所述，從噪聲地圖的發(fā)展歷程來看，是從信息系統(tǒng)的建立、繪制簡單的噪聲地圖、噪聲地圖精細(xì)化處理以及噪聲地圖空間化一步步發(fā)展完善。可以看出，國內(nèi)外都在關(guān)注繪制噪聲圖和解決噪聲問題。由于我國起步較晚，對于噪聲地圖的研究還存在許多挑戰(zhàn)，諸如難以獲得數(shù)據(jù)資源和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化之類的問題。

2.2 降噪路面結(jié)構(gòu)與材料研究現(xiàn)狀

靜音路面，即低噪聲路面在國外研究起步較早，20世紀(jì)50年代，歐洲發(fā)達(dá)國家的學(xué)者研發(fā)了一種生態(tài)、環(huán)保的新型路面——透水瀝青路面，又稱多孔瀝青路面，其較大的空隙率，使路面不但具有滲透能力，還可以起到降低噪聲的作用；美國一般稱其為OGFC路面，60年代，美國已經(jīng)將其進(jìn)行鋪設(shè)，采用這種新型結(jié)構(gòu)路面，與普通瀝青路面相比，交通噪聲明顯得到了改善，相繼各國也都開始使用，多孔瀝青路面得到了快速的發(fā)展[11]。

法國研究人員研究了多孔瀝青路面的聲學(xué)特性，制作了路面模型，測量了吸聲性能，并通過環(huán)路測試驗(yàn)證了模型，研究表明，與AC瀝青路面相比，厚度為40 mm～50 mm的多孔瀝青路面的噪聲降低約3 dB(A)～6 dB(A)。在1996年后，日本高速公路均采用改進(jìn)后的多孔瀝青路面，目前鋪裝率已經(jīng)達(dá)到80%，并成為世界上使用該路面最多的國家；1993年，加利福尼亞州在城市快速公路上鋪設(shè)了橡膠瀝青路面，經(jīng)過長時(shí)間的使用，橡膠瀝青路面仍然比新筑的傳統(tǒng)AC瀝青路面降噪效果好，可降低大約4 dB(A)[12]。

與國外相比，骨架密實(shí)型的靜音路面起步較晚。周海生等研究表明，當(dāng)從材料的吸聲性能方面考慮，骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)的路面吸聲性能明顯低于骨架空隙結(jié)構(gòu)；考慮減振特性，骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)優(yōu)于懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)、骨架空隙結(jié)構(gòu)；同濟(jì)大學(xué)的曹衛(wèi)東等將1%～3%的廢橡膠顆粒添加到骨架密實(shí)型降噪路面上。在鋪設(shè)試驗(yàn)道路的時(shí)候，研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)車速為40 km/h～80 km/h時(shí)， AC路面噪聲降低約2 dB(A)～4 dB(A)，相當(dāng)于減少了1/3的交通量，另外，其高、低溫路用性能也得到改善。

對長期使用多孔瀝青混合料的靜音路面的研究發(fā)現(xiàn)，它不僅受到行車荷載的影響，而且常年暴露在自然環(huán)境中，由于其空隙率較大，增大了外部環(huán)境與多孔瀝青混合料靜音路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部之間的接觸，致使路面極易發(fā)生病害。北京公路交通研究所就此問題提出同時(shí)具備較好的降噪性能和耐久性能的路面材料，粘結(jié)劑為高黏度橡膠瀝青，骨架結(jié)構(gòu)為粗集料斷級(jí)配小粒徑密實(shí)型的靜音路面，該新型靜音路面在我國得以推廣，如：北京四環(huán)路、機(jī)場南線、八達(dá)嶺高速公路等地區(qū)已經(jīng)鋪設(shè)，并形成了一套完善的靜音路面設(shè)計(jì)與施工技術(shù)。

縱觀國內(nèi)外靜音路面研究現(xiàn)狀，可以發(fā)現(xiàn)，研究者都依據(jù)瀝青基混合料進(jìn)行研究，并從兩個(gè)方面進(jìn)行研究：路面材料和路面結(jié)構(gòu)。路面材料，通過加入橡膠進(jìn)行改性制備高黏度橡膠瀝青，第一，橡膠具有阻尼減震作用，降低噪聲，第二，改善其路用特性；路面結(jié)構(gòu)，大多數(shù)學(xué)者通過增大空隙率的方法，進(jìn)行降低噪聲。我國鮮有學(xué)者采用非瀝青基材料進(jìn)行路面設(shè)計(jì)，進(jìn)而對其降噪性能和路用性能分析研究，如若選擇更適合的新材料，靜音路面將會(huì)有很大的突破。

2.3 聲屏障降噪研究現(xiàn)狀

國外研究發(fā)現(xiàn)，聲屏障越高，聲源類型的影響越大，聲屏障平均插入損失最大能夠提高7.5 dB(A)。奧地利AL-Richtlinie模型直接建立采用比例為15/85的單極子/偶極子聲源模型，研究高速鐵路噪聲；日本作為較早使用聲屏障的國家，對聲屏障頂部設(shè)計(jì)進(jìn)行了大量研究，通過研究發(fā)現(xiàn)：相對于2.0 m直立型聲屏障，在聲屏障頂部加高或者改變形狀能夠增加2 dB(A)左右的附加降噪效果。

國內(nèi)，有學(xué)者研究采用二維邊界元法建立高架橋鐵路聲屏障噪聲預(yù)測模型，分析不同因素對降噪性能的影響，基于試驗(yàn)結(jié)果，對有、無聲屏障時(shí)的聲場分布、場點(diǎn)聲壓時(shí)間歷程及頻譜特性、插入損失特性及其與速度的線性擬合關(guān)系進(jìn)行探討，分別考慮以上因素對聲場分布、場點(diǎn)聲壓級(jí)及頻率特性變化規(guī)律的影響。研究結(jié)果表明：聲屏障采用鼻型結(jié)構(gòu)、外傾30°時(shí)的降噪效果最好。

3 結(jié)語

在解決城市道路交通噪聲污染問題上，首先要監(jiān)測城市典型路段的道路交通噪聲，基于人的主觀感受評(píng)價(jià)噪聲污染程度及傳播規(guī)律；其次，基于軟件依據(jù)實(shí)測值進(jìn)行噪聲模擬計(jì)算，建立城市典型路段的三維噪聲地圖；再次，依據(jù)城市道路交通噪聲污染情況、噪聲對人文、經(jīng)濟(jì)的影響及城市道路交通噪聲產(chǎn)生機(jī)理，開展安靜道路鋪面結(jié)構(gòu)和材料研究，形成城市交通降噪技術(shù)體系和噪聲解決方案，有效地降低公路沿線噪聲污染，提高人居環(huán)境水平，實(shí)現(xiàn)綠色公路的建設(shè)理念。