高架復(fù)合道路綜合降噪措施對臨街建筑降噪效果研究

賀玉龍，張書豪，李靜文，蘇 凱，張 群

（1.西南交通大學(xué) 地球科學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，成都611756；2.成都市環(huán)境保護科學(xué)研究院，成都610072；3.中鐵二院工程集團有限責(zé)任公司生態(tài)環(huán)境設(shè)計研究院，成都610031）

為緩解我國城市交通的壓力，滿足道路運輸需求，提高土地資源利用效率，越來越多的城市建設(shè)了高架復(fù)合道路，但隨之而來的環(huán)境污染問題也不斷突顯，其中噪聲污染問題尤為突出。對于高架復(fù)合道路的噪聲分析以及預(yù)測，國內(nèi)已有一定研究[1-2]。為降低高架道路對周邊臨街建筑的交通噪聲污染，根據(jù)《地面交通噪聲污染防治技術(shù)政策》（環(huán)發(fā)[2010]7號），除交通管理措施外，可采用的工程措施主要包括噪聲源控制、傳聲途徑噪聲削減、敏感建筑物噪聲防護3個方面。最常見的措施是在高架橋上加裝聲屏障，目前已有較多關(guān)于聲屏障降噪效果的研究[3-4]。隨著技術(shù)的發(fā)展，更多降噪措施被應(yīng)用到高架復(fù)合道路噪聲污染控制中。在噪聲源控制方面，純電動公交的噪聲低于傳統(tǒng)燃氣型公交[5]，采用具有降噪性能的低噪聲路面，也對噪聲源有一定控制作用[6-7]。同時，也出現(xiàn)了更多類型的聲屏障，如不同高度、不同材料的聲屏障等。當(dāng)噪聲源控制和傳聲途徑噪聲削減的措施效果達不到要求時，還可對敏感建筑物進行噪聲防護，通常采用加裝隔聲窗的方式降低臨街建筑室內(nèi)噪聲，使室內(nèi)聲環(huán)境達標[8]。這些綜合降噪措施對周邊臨街建筑的交通噪聲降噪效果還有待研究。

本文依托成都市二環(huán)高架復(fù)合道路，采用噪聲預(yù)測軟件Cadna/A，建立高架復(fù)合道路模型，并通過實測數(shù)據(jù)驗證模型可靠性。根據(jù)實測和參考文獻得到降噪措施在特定實驗條件下的降噪效果，利用驗證的模型，預(yù)測采用純電動公交、降噪路面以及不同高度聲屏障對臨街高層建筑的降噪效果，為高架復(fù)合道路噪聲治理措施的優(yōu)化提供參考。

1 現(xiàn)場測試和模型建立

1.1 現(xiàn)場測試

本文現(xiàn)場實測采用INV3062 云智慧數(shù)據(jù)采集儀、INV9206 高精度聲壓傳感器。現(xiàn)場測試點位于成都市二環(huán)高架復(fù)合道路旁某24 層高臨街居民住宅，該建筑于2011年建成，層高為3 m，靠近測點處高架路近建筑側(cè)設(shè)置有等效高度為3.5 m 頂部弧形聲屏障，其采用了吸聲板和通透隔聲板結(jié)合的形式，從下至上為1 m 高吸聲板、1 m 高通透隔聲板、等效高度為1.5 m 吸聲板。其中吸聲板吸聲系數(shù)為0.8，通透隔聲板吸聲系數(shù)為0.02。聲屏障長約484 m，測點距聲屏障端部最近距離約為50 m。從1樓起，每2層設(shè)置一高于地板1.2 m、距建筑外墻1 m 的測點。高架復(fù)合道路與臨街建筑整體截面如圖1所示。

圖1 高架復(fù)合道路橫截面(圖中單位為m)

現(xiàn)場測試分3個時段進行，分別在18:00～18:40晚高峰期、21:00～22:00臨近夜間和22:00～23:00夜間這3 個代表性時段進行連續(xù)采樣，同時記錄車流量，3個時段的平均車流量如表1所示。

表1 中，高架上的大車全為行駛在公交專用車道上的公交車。實際記錄時，單輛車的車速不同，但整體達到道路限速水平，高架道路限速為80 km/h，地面道路限速為60 km/h，參考現(xiàn)場記錄可知公交車和大車實際車速約為40 km/h。

表1 平均車流量/（輛/h）

1.2 模型建立及校驗

（1）純電動公交降噪聲預(yù)測模型

由于Cadna/A 軟件未內(nèi)置純電動公交車數(shù)據(jù)，在建立整體模型之前，需先建立公交車車道噪聲預(yù)測模型，以便計算純電動公交車降噪效果。朱妍妍等[5]對電動公交車與傳統(tǒng)公交車車外噪聲進行了測試、比較，在其測試中測點距行駛中心線7.5 m，距地面高1.2 m，位于測量區(qū)域中心，測量區(qū)域長20 m。在該測試條件下，公交車以40 km/h的速度勻速通過測量區(qū)域時，天然氣公交車的最大聲級為77.7 dB(A)，純電動公交車最大聲級為72.3 dB(A)。單輛純電動公交車相對天然氣公交車的降噪效果為5.3 dB(A)。Cadna/A 軟件中需輸入整條公交車道噪聲源強，本文根據(jù)朱妍妍等的測試結(jié)果[5]計算整體公交車道對受聲點的小時等效聲級，計算方式參考《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則聲環(huán)境》（HJ 2.4－2009）中的公路交通噪聲預(yù)測模式：

式中：Leq(h)i為第i類車的小時等效聲級，dB(A)；為第i類車以速度Vi(km/h)行駛時在水平距離為7.5 m 處的能量平均A 聲級，dB(A)；Ni為晝間、夜間通過某個預(yù)測點的第i類車平均小時車流量，輛/h；r為從車道中心線到預(yù)測點的距離，m，適用于r＞7.5 m 時預(yù)測點的噪聲預(yù)測；Vi為第i類車的平均車速，km/h；T為計算等效聲級的時間，h；ψ1、ψ2為預(yù)測點到有限長路段兩端的張角，弧度；DL為由其他因素引起的修正量，dB(A)。

式中：L0,j為同一類車中第j種型號車的參考位置輻射聲級（車輛勻速通過時的最大A聲級，參考位置為距行駛中心線7.5 m）。

在高架復(fù)合道路進行噪聲現(xiàn)場實測時，記錄的純電動公交車和天然氣公交車各占一半，假設(shè)預(yù)測道路為長直道路，則無張角計算項，不考慮其他因素引起的修正量。可通過式(1)、式(2)計算實測情況下和全部采用純電動公交車時距公交車道中心線7.5 m 處的小時等效聲級。單獨公交車道噪聲計算結(jié)果：車流量為41輛/h，一側(cè)純電動公交車占一半時參考位置小時等效聲級為59.9 dB(A)，全部為純電動公交車工況下參考位置小時等效聲級為56.4 dB(A)，車流量為44 輛/h 時一側(cè)結(jié)果分別為60.2 dB(A)和56.7 dB(A)，在該車流量范圍內(nèi)，單獨考慮公交車道噪聲時，采用純電動公交車時參考位置小時等效聲級比采用一半純電動公交車時低3.5 dB(A)。

（2）模型預(yù)測結(jié)果校驗

依據(jù)現(xiàn)場測試點位建立高架復(fù)合道路模型，模型截面與圖1 一致，其中臨街建筑外表面、高架擋墻、高架橋梁底部等構(gòu)筑物吸聲系數(shù)設(shè)置為0.05。車速和車流量根據(jù)實測輸入。高架段雙向的中間車道為公交車專用車道，小車聲源高度設(shè)置為高于地面0.5 m，公交車設(shè)置為高于地面1 m。公交車道源強參考1.2 節(jié)中計算結(jié)果。在單數(shù)樓層設(shè)置一高于地板1.2 m 的受聲點。在高架復(fù)合道路聲源作用下臨街建筑噪聲垂直分布的模型預(yù)測結(jié)果和實測結(jié)果對比如圖2所示。

實測噪聲均值為69.2 dB(A)～74 dB(A)，預(yù)測噪聲值為68 dB(A)～73.7 dB(A)，在相同樓層，實測均值和預(yù)測值的差值為0～1.2 dB(A)，如圖2 所示，實測和預(yù)測的噪聲值在臨街建筑的垂向分布規(guī)律上基本一致，噪聲強度至下而上先增大，后減小。噪聲強度最大的高度在25 m～40 m左右（9～14層）。實測結(jié)果、模型預(yù)測結(jié)果與文獻相符[9-10]，可用于后續(xù)降噪措施效果模擬。

圖2 各樓層實測與預(yù)測聲級對比

2 降噪路面與隔聲窗降噪效果實測

由于部分降噪措施降噪效果未內(nèi)置于Cadna/A軟件，因此，需了解在實驗條件下降噪措施的理論降噪效果，再通過軟件預(yù)測在整個模型中的降噪效果。本文在良好的實驗條件下測試了降噪路面與隔聲窗的降噪效果。

2.1 低噪聲路面降噪效果

在成都市某快速路1.5 km試驗段鋪設(shè)了大空隙開級配瀝青磨耗層OGFC（open-graded friction course）排水瀝青路面，該路面孔隙率大（達18%～25%），具有一定吸聲降噪性能。對該鋪設(shè)了OGFC的路段和普通瀝青路段進行對照監(jiān)測，測點布置于距道路邊界0.2 m、高1.2 m處，連續(xù)監(jiān)測20 分鐘，監(jiān)測時兩個路段車流量、車速相近，監(jiān)測所得降噪效果見表2。

表2 OGFC路面降噪效果

由表2可知，在距道路邊界0.2 m處，鋪設(shè)OGFC路面的噪聲比普通瀝青路面的噪聲低3.6 dB(A)～4.7 dB(A)，平均低4.1 dB(A)。低噪聲路面和普通瀝青路面的噪聲頻譜如圖3所示。

由圖3 可知，低噪聲路面與普通瀝青路面在20 Hz～800 Hz 頻帶內(nèi)基本保持一致，在800 Hz～2 000 Hz 內(nèi)低噪聲路面聲級比普通瀝青路面低，說明低噪聲路面的降噪頻帶為800 Hz～2 000 Hz，與道路交通噪聲主要貢獻頻帶相近，說明降噪路面主要降低交通噪聲。實測降噪路面路段車流量和車速與二環(huán)高架復(fù)合道路相近，對交通噪聲源強的降噪效果可用于二環(huán)高架復(fù)合道路的降噪效果模擬。

圖3 低噪聲路面與普通瀝青路面噪聲頻譜

2.2 隔聲窗降噪效果

為探究隔聲窗實際隔聲效果，選取成都市加裝某品牌隔聲窗的臨路6 層居民樓進行了現(xiàn)場實測。分別在6 樓、4 樓進行測試，在面向公路的窗外1 m、室內(nèi)臥室或客廳（關(guān)窗）布置3 個聲壓傳感器，同步進行測試，降噪效果見表3。

表3 隔聲窗降噪效果

由表3 可知，該品牌的隔聲窗降噪效果為28.4 dB(A)～30.1 dB(A)，平均達28.9 dB(A)，降噪效果較顯著。該測點窗外噪聲水平與二環(huán)高架復(fù)合道路測點相近，降噪效果可作模擬參考。

3 降噪措施對臨街建筑降噪效果預(yù)測

由于原模型中已有聲屏障，對其他降噪措施效果會有一定影響，所以在預(yù)測各種降噪工程措施效果時，在模型中去掉原有聲屏障，對比無任何降噪措施時新增降噪措施的降噪效果。

3.1 源強降噪效果預(yù)測

當(dāng)完全采用純電動公交時，輸入1.2節(jié)中所計算的完全采用純電動公交車時的源強，模型計算結(jié)果與純電動和天然氣公交車各占一半時幾乎無區(qū)別，對各樓層預(yù)測點降噪效果為0～0.1 dB(A)。純電動公交車車外噪聲相對傳統(tǒng)天然氣公交車有一定降低，但對于成都市二環(huán)高架復(fù)合道路這種車流量較大的城市主干道，公交車流量較小，噪聲貢獻比例小，單純降低公交車噪聲對整體道路噪聲降低作用很小。只有當(dāng)公交車、小客車、大貨車等各型車輛皆替換為純電動類型車輛，才能起到較明顯的降噪效果。

當(dāng)采用OGFC路面時，輸入聲源降低4.1 dB(A)，則各樓層預(yù)測點噪聲整體降低4.1 dB(A)。因為模型中只有交通噪聲，各樓層預(yù)測點降噪值都達到了源強降低值，但當(dāng)在實際情況中采用降噪路面時，因為還受到道路周邊生活噪聲等其他噪聲影響，各樓層的降噪值應(yīng)小于該預(yù)測值。由于降噪路面孔隙率較大，隨使用時間增加，孔隙可能會被堵塞，從而導(dǎo)致降噪性能降低，所以如果不采取及時有效的養(yǎng)護措施，降噪路面的降噪效果會有時效性。

3.2 聲屏障降噪效果預(yù)測

除采用降噪路面外，成都市早期也安裝了一些等效高度為1.5 m的透明折臂聲屏障，吸聲系數(shù)約為0.02，后安裝了較多與實測點高架段同類型的等效高度為3.5 m 頂部弧形聲屏障。本文模擬這兩種聲屏障的降噪效果，為保證預(yù)測點的噪聲值不受聲屏障長度過短因素干擾，模型中受聲點與聲屏障兩端距離超過100 m。聲屏障皆在近受聲點一側(cè)高架上安裝。根據(jù)模型預(yù)測的降噪效果見圖4。

圖4 兩種聲屏障降噪量模擬值

由圖4可知，等效高度為3.5 m頂部弧形聲屏障對各樓層預(yù)測點降噪值為0～5.2 dB(A)，等效高度為1.5 m 高透明折臂聲屏障對各樓層預(yù)測點降噪值為0～2.5 dB(A)，等效高度為3.5 m 頂部弧形聲屏障對各個樓層的降噪效果都高于等效高度為1.5 m 高透明折臂聲屏障。兩種聲屏障都只對處于聲影區(qū)的樓層（4層至12層，高度為10.2 m～34.2 m）具有一定降噪效果，對處于聲影區(qū)的樓層，等效高度為3.5 m頂部弧形聲屏障降噪效果為1.1 dB(A)～5.2 dB(A)，等效高度為1.5 m高透明折臂聲屏障降噪效果為0.9 dB(A)～2.5 dB(A)，而對處于聲影區(qū)外的低樓層和高樓層的降噪效果很微弱或無效果。該結(jié)果與章生衛(wèi)等[11]在廣州內(nèi)環(huán)路實測聲屏障對臨街建筑的降噪效果所得規(guī)律一致，都呈現(xiàn)出聲屏障只對聲影區(qū)范圍內(nèi)樓層有效，對其它樓層效果不明顯的特點，降噪值也相似(廣州內(nèi)環(huán)路測試中最大降噪量為4.7 dB(A))。因為低樓層主要受地面交通噪聲影響，同時也處于橋梁自身聲影區(qū)，橋梁自身已屏蔽部分高架道路噪聲；而對處于聲影區(qū)外的更高樓層，聲屏障已無法起到屏蔽作用。

3.3 綜合降噪措施降噪效果預(yù)測

（1）聲源降噪與傳播途徑組合降噪效果

本文實測的敏感建筑噪聲水平較高，晝間、夜間監(jiān)測的噪聲均值達到69.2 dB(A)～74 dB(A（)根據(jù)《聲環(huán)境質(zhì)量標準》(GB3096－2008），4a類聲功能區(qū)噪聲限值為晝間70 dB(A)，夜間55 dB(A))，采用綜合降噪措施（采用純電動公交、OGFC 低噪聲路面、等效高度為3.5 m 頂部弧形聲屏障）后噪聲水平見圖5。

圖5 各樓層降噪前后噪聲水平

采用綜合降噪措施后，各樓層的噪聲預(yù)測值為63.9 dB(A)～69.8 dB(A)，與無措施情況下預(yù)測和實測的噪聲分布規(guī)律一致，噪聲強度自下而上先增大，后減小。無措施情況下，在15 m～30 m（6～10 層）噪聲值最高，采用綜合降噪措施后在20 m～40 m（8～13 層）噪聲值最高，降噪效果明顯，降噪量為3.9 dB(A)～9.3 dB(A)，在聲屏障保護范圍內(nèi)（4～12 層，高度為10.2～34.2 m）降噪量最高（降噪量為5.1 dB(A)～9.3 dB(A)）。

（2）隔聲窗降噪效果

在對聲源和傳播途徑采用綜合降噪措施后，敏感建筑預(yù)測噪聲水平依然較高，此時可采用隔聲窗以保證室內(nèi)聲環(huán)境質(zhì)量。當(dāng)采用1.3 節(jié)中所測試的某品牌隔聲窗后，各樓層室內(nèi)噪聲水平預(yù)測值為35 dB(A)～40.9 dB(A)，全部樓層室內(nèi)噪聲均達到《民用建筑隔聲設(shè)計規(guī)范》（GB 50118－2010）中的住宅室內(nèi)晝間允許噪聲級45 dB(A)的要求，部分樓層達到夜間允許噪聲級37 dB(A)的要求。在敏感建筑上安裝隔聲窗，可作為高架復(fù)合道路噪聲治理的最后一道保底措施。

4 結(jié) 語

本文基于成都市二環(huán)高架復(fù)合道路臨街建筑噪聲垂向測試結(jié)果以及實驗條件下的工程降噪措施降噪效果，采用Cadna/A軟件模擬預(yù)測了針對聲源（低噪聲路面、電動公交車）、傳播途徑（聲屏障）、受聲點（隔聲窗）綜合降噪措施對高架復(fù)合道路臨街建筑的降噪效果，得到以下結(jié)論：

（1）二環(huán)高架復(fù)合道路臨街建筑的噪聲水平較高，實測噪聲均值為69.2 dB(A)～74 dB(A)，垂向噪聲強度至下而上先增大，后減小，噪聲強度最大的高度在25 m～40 m左右（9層～14層）。

（2）在復(fù)合高架道路中，公交車噪聲貢獻比例較小，采用純電動公交車降噪效果不明顯，預(yù)測降噪效果僅為0～0.1 dB(A)。

（3）OGFC 低噪聲路面對噪聲源強的實測降低值為4.1 dB(A)，主要降噪頻段與交通噪聲頻段接近，但實際運用環(huán)境下，高架復(fù)合道路周邊會有其他噪聲影響，對臨街建筑的降噪值應(yīng)不超過于4.1 dB(A)。

（4）采用等效高度為3.5 m 頂部弧形聲屏障時預(yù)測降噪效果比采用等效高度為1.5 m 高的透明折臂聲屏障時更加顯著，降噪效果分別為0～5.2 dB(A)和0～2.5 dB(A)。在高架橋加裝聲屏障雖對其聲影區(qū)內(nèi)的樓層有一定降噪效果，但對臨街高層建筑整體而言降噪效果并不理想。（5）采用綜合降噪措施后降噪量為3.9 dB(A)～9.3 dB(A)，降噪效果明顯，在對聲源和傳播途徑綜合降噪措施后，若臨街建筑外環(huán)境噪聲依然較高，可采用隔聲窗以保證室內(nèi)聲環(huán)境質(zhì)量。