圍墻在噪聲治理項目中的應用研究

李金保　蔣陳忠　王海玲　喬飛　王俊生

摘要：伴隨著城市化建設的高速發展與軌道交通工程的大力建設，城鎮居民居住密度大幅增加，諸如軌道交通噪聲、施工噪聲、社會生活噪聲等各類噪聲源充斥于居民周邊，極大地影響了居民生活環境。圍墻在城市建設中隨處可見，鑒于此，通過理論研究與數據調研，提出充分發掘圍墻在噪聲治理項目中的地理位置優勢特點，對圍墻進行專項聲學設計，提高圍墻解決環境噪聲污染問題的應用效果，可以為噪聲治理項目提供一定的參考。

關鍵詞：圍墻;噪聲;降噪

中圖分類號：TB53 ? ?文獻標志碼：A ? ?文章編號：1671-0797（2022）02-0076-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.02.021

0 ? ?引言

當前城市化建設高速發展，城鎮居民密度大幅增加，諸如軌道交通噪聲、施工噪聲、社會生活噪聲等各類噪聲源充斥于居民周邊，極大地影響著居民生活環境。與此同時，隨著現代居民生活水平不斷提高，人們的環保意識也在日益增強，對居住環境的環保問題特別是噪聲問題的容忍度持續下降，噪聲問題所引起的投訴和糾紛逐年增多。全國生態環境信訪投訴舉報管理平臺數據[1]顯示，2020年度噪聲擾民問題占全部舉報的41.2%，排各環境污染要素的第二位，僅次于大氣污染。如何在城市建設高效發展的同時，治理和改善噪聲環境，提高聲環境質量，是值得探究的重要課題。

圍墻在城市建設中隨處可見，是一種用來圍合、分割或保護某一特定區域的空間隔斷結構，根據其功能服務對象，圍墻一般會鄰近噪聲源或噪聲敏感點設置，可作為天然的“聲屏障”，但因在設計時很少考慮其噪聲隔離與降噪效果，其構造型式、高度等均未經過聲學設計，故其降噪效果往往不盡如人意。

1 ? ?圍墻簡述

建筑圍墻設置目的主要為安全防護，國標《城市容貌標準》（GB 50449—2008）[2]中規定：“城市道路兩側的用地分界宜采用透景圍墻、綠籬、柵欄等形式，綠籬、柵欄的高度不宜超過1.6 m……城市各類工地應有圍墻、圍欄遮擋，圍墻的外觀宜與環境相協調。臨街建筑施工工地周圍宜設置不低于2 m的遮擋墻，市政設施、道路挖掘施工工地圍墻高度不宜低于1.8 m，圍欄高度不宜低于1.6 m。”從以上要求可以看出，城市建設中的圍墻構造一般較為簡單，高度有限，以城市景觀協調設計為主要設計要點，一般不考慮聲學降噪效果要求。但不可否認的是，部分圍墻的結構構造型式具有優良的隔聲性能，憑借其地理位置優勢，亦能實現一定的降噪效果。根據聲學降噪效果，可將圍墻分為實體圍墻與柵欄式圍墻兩大類。實體圍墻主要有磚墻、預制水泥板墻、鋼板隔離墻等，此類圍墻一般擁有良好的隔聲性能，可在噪聲治理項目中充分利用;柵欄式圍墻主要有各式柵欄圍墻、水泥花磚圍墻等，此類圍墻構造為透聲結構，幾乎沒有任何降噪效果。

2 ? ?圍墻降噪原理

根據噪聲產生與傳播的機理，噪聲控制可從噪聲源控制、噪聲傳遞路徑干擾和敏感點噪聲防護這3個方面采取措施。圍墻在噪聲治理項目中實現降噪的主要原理近似于聲屏障[3]，是通過在近噪聲源位置或噪聲敏感點位置干擾噪聲傳遞路徑，形成聲影區，進而實現降噪的目的。

噪聲源發出的聲波遇到圍墻時，主要有3條傳播路徑（圖1）：（1）繞射路徑，指部分聲波越過圍墻頂部繞射到達接收點的現象;（2）透射路徑，是指部分聲波穿透圍墻直接到達接收點的現象;（3）反射路徑，是指部分聲波在到達圍墻壁面后發生反射的現象。圍墻的插入損失大小主要取決于聲能沿這3條傳播路徑的大小分配情況。

圍墻的實際插入損失可通過下式進行計算：

IL=ΔLd-ΔLt-ΔLr-ΔLG

式中：IL為圍墻插入損失;ΔLd為繞射聲衰減;ΔLt為透射聲修正量;ΔLr為反射聲修正量;ΔLG為其他障礙物/地面聲吸收衰減。

2.1 ? ?繞射路徑

在有圍墻時，聲波越過圍墻頂端到達接收點的繞射聲能要比沒有圍墻時直接到達接收點的直達聲能小，二者的聲級之差，稱為“繞射聲衰減”。影響繞射聲能大小的主要影響因素有：聲源類型（點聲源、線聲源等，影響關系如圖2所示）、聲波波長λ、聲源與接收點間的直線距離d、聲源至圍墻頂端的距離A、接收點至圍墻頂端的距離B等。

2.2 ? ?透射路徑

部分聲波可穿透圍墻到達接收點，此部分即聲波的透射，透射聲能會大幅降低圍墻的插入損失。影響圍墻透射聲能的主要因素有：圍墻構造型式（圍墻板面密度、邊縫密封效果等）、聲波入射角以及聲波頻率等。透射聲修正量可以通過下式進行計算：

式中：TL為圍墻的傳聲損失。

由上式可以看出，當TL-ΔLd≥10 dB時，ΔLt≈0。此時，透射聲能相對于繞射聲能其大小可以忽略不計。

2.3 ? ?反射路徑

當圍墻內側有其他建筑物，特別是建筑物外立面與圍墻平行時，聲波經圍墻反射后會經由建筑物表面再反射，即聲波在圍墻與建筑物之間多次反射，然后越過圍墻頂端繞射到達接收點，進而降低圍墻的插入損失。影響反射聲能大小的主要因素有：圍墻與平行建筑物之間的距離、圍墻高度、到達接收點的水平距離、聲源與接收點的高度，以及圍墻近聲源側的吸聲系數等。

3 ? ?降噪圍墻設計要點

通過圍墻降噪原理分析可以看出，若想使建筑圍墻在噪聲治理項目中發揮降噪功用，其主要設計要素有：圍墻隔聲性能、吸聲性能、圍墻位置、高度及頂部構造型式。

3.1 ? ?隔聲性能

為減小圍墻透射聲能，一般要求圍墻具有足夠的隔聲性能。影響圍墻隔聲性能的因素主要有兩個：圍墻板的隔聲性能和邊縫密封設計。圍墻邊縫密封設計是圍墻構造中極易被忽視的設計要點。根據組合構件隔聲量計算原理，縫隙漏聲對于組合構件隔聲性能影響巨大：1%面積縫隙可使30 dB隔聲量的原有墻體隔聲量下降10.4 dB。此時，透射聲能和繞射聲能大小相近，透射聲能對圍墻降噪效果的影響增大，整體降噪效果減少2～3 dB。

參考聲屏障構造隔聲要求，一般要求圍墻的傳聲損失TL=20～30 dB。圍墻的各構件之間，特別是墻板與立柱之間的間距控制，底部基礎與圍墻下部結構之間的縫隙、墻板之間的縫隙是導致圍墻構造漏聲、降低圍墻降噪性能的薄弱環節。因此，需對圍墻構件單元之間的連接節點、邊縫密封等給出詳細設計。

3.2 ? ?吸聲性能

為降低反射聲能，可將圍墻近聲源側做成吸聲結構，其吸聲性能要求以適應噪聲源特性為選擇標準。比如在聲屏障的結構設計中，道路聲屏障一般要求其吸聲結構的降噪系數NRC大于0.5，鐵路聲屏障[4]吸聲結構的降噪系數NRC大于0.6。

3.3 ? ?高度及頂部構造型式

根據圍墻降噪原理，增加圍墻高度是提升繞射聲衰減的重要技術手段，但因到達一定高度后，結構成本會大幅增加，而降噪量提升有限，故需追求最佳性價比。3～6 m高的建筑圍墻或聲屏障板，在聲影區內能實現5～12 dB降噪量。此外，還可以通過在圍墻頂部追加特定型式構造來提高圍墻的“等效高度”。常見圍墻構造頂部型式主要有T型、Y型和箭頭型這三種。在直立墻體頂部安裝一個水平結構就構成了T型構造，Y型與箭頭型結構可以看作是T型結構的變形，即將T型結構的左右臂以不同的角度上下變化，將兩臂以一定的角度向上變化時，就構成了Y型結構，相反，就是箭頭型結構。此外，亦可參考聲屏障的圓形、菱形或聲波干涉型頂部構造型式。一般頂部構造型式帶來的噪聲衰減量附加值為2～3 dB。

4 ? ?應用案例

4.1 ? ?廠界噪聲控制

工業廠界噪聲和施工廠界噪聲一直是居民噪聲投訴的重點，而圍墻作為廠界的重要組成部分，其合理設置對于廠界噪聲控制具有重大意義。

以建筑施工廠界為例，將施工噪聲等效為一四面體聲源（聲源高度2 m），施工廠界（距離建筑面聲源10 m位置處）設置2 m高鋼板隔離墻，利用室外噪聲級預測軟件CadnaA對隔離墻安裝前后施工廠界噪聲進行仿真預測，結果如圖3、圖4所示。

通過圖3和圖4可以看出，在2 m高度面聲源四周距離10 m位置處設置2 m高圍墻條件下，圍墻對于廠界噪聲抑制效果明顯，對比廠界1 m遠位置、1.5 m高度位置處噪聲級，在有無圍墻條件下，噪聲級差為6 dB（A）。

通過以上分析可以看出，部分廠界圍墻的設置，雖以安全隔離和視覺遮擋為初衷，但在廠界噪聲處理上亦達到了一定效果。不過，一般圍墻的設置，由于其高度有限，再加上板材構造選擇及施工過程中不注意邊縫設計等因素，導致聲波透射嚴重，整體降噪效果大幅下降。

基于圍墻可實現廠界噪聲治理的降噪原理，在以往很多噪聲治理項目[5-6]中衍生出一種通過附加“圍墻”來實現廠界噪聲控制的方法：通過在建筑圍墻內側或建筑圍墻基礎上增做聲屏障的形式，提高圍墻高度與吸隔聲性能，進而達到控制廠界噪聲的目的，建成效果如圖5所示。為實現較好的降噪效果，一般將圍墻/聲屏障高度增加至5 m甚至更高，一般5～7 m高的吸隔聲圍墻，在聲影區內可實現8～15 dB（A）的降噪量。

4.2 ? ?噪聲敏感點保護

除廠界噪聲控制外，亦可利用圍墻靠近噪聲敏感點位置的地理位置優勢，對敏感點噪聲進行有效控制。何金平等人[7]在解決城市道路對某別墅小區噪聲干擾問題的項目中，在別墅區邊界設置了圍墻聲屏障（圖6），即采用3 m高圍墻+3.5 m高聲屏障的結構型式，降噪量近10 dB，效果顯著。

5 ? ?結語

距離高噪聲源較近的工業/施工廠界位置，以及噪聲敏感區域（如居民區）的鄰近位置，一般都會設置建筑圍墻，此類位置都是噪聲治理的有利位置區域。但因以往項目圍墻設計過程中，一般很少考慮其隔聲降噪作用，而以視覺因素、隔離效果為主要設計要點，未考慮圍墻高度、板材選擇與設計，故其隔聲降噪效果有限。基于此，利用圍墻所處的地理位置優勢，做吸隔聲構造降噪圍墻，在設計時對其構造型式、高度以及密封設計等方面加以重視與考慮，在發揮安全防護作用的同時兼顧降噪效果，在噪聲治理項目中具有重大的應用意義。

[參考文獻]

[1] 中華人民共和國生態環境部.2021年中國環境噪聲污染防治報告[R]，2021.

[2] 城市容貌標準：GB 50449—2008[S].

[3] 聲屏障聲學設計和測量規范：HJ/T 90—2004[S].

[4] 鐵路聲屏障聲學構件技術要求和測試方法：TB/T 3122—2005[S].

[5] 韋立.聲屏障在工業企業噪聲污染控制上的應用[J].廣東化工，2017，44（9）：220.

[6] 呂玉恒.噪聲與振動控制技術手冊[M].北京：化學工業出版社，2019.

[7] 何金平，戴曉波，殷俊，等.別墅圍墻型式聲屏障設計[J].上海船舶運輸科學研究所學報，2014，37（1）：60-64.

收稿日期：2021-09-26

作者簡介：李金保（1987—），男，湖北隨州人，碩士研究生，高級工程師，研究方向：電力工程建設管理。