高速公路噪聲預測及聲屏障降噪效果研究

李新洪

（廣東省交通規劃設計研究院集團股份有限公司，廣東 廣州 440111）

在高速公路中，交通的格局正在不斷變化，導致噪聲污染的影響范圍變大，人們在長時間的噪聲污染中生活，就會對聽力產生損傷，甚至會出現耳鳴、頭痛等情況，嚴重的會完全喪失聽力。所以，對高速公路進行降噪處理是刻不容緩的，為了保證人們的健康，噪聲的允許范圍是在55 ～70 分貝，通過聲屏障的方法進行降噪，可以使噪聲穩定控制在這一范圍內，保證了降噪的效率。

1 聲屏障的降噪方法及設計

1.1 聲屏障的降噪方法

聲屏障主要是采用隔聲和吸聲這2 個方法來進行降噪處理，其中隔聲就是當噪聲的聲波達到屏障后，一部分會繞過屏障達到接收點，還有一部分就是直接穿過屏障，剩下的大部分會在屏障的表面產生折射，返回到原來發出噪聲的位置上，從而達到隔聲降噪的方法。在進行反射的時候，聲波通過在道路兩旁設立的隔聲屏障時，會出現多次反射的情況，直至屏障某一點對損壞，喪失了反射的功能，導致聲波透過屏障直達接受噪聲的位置，所以聲屏障在進行建造的時候，要保證屏障的質量，減少損失。吸聲降噪的方法則是在聲屏障的面向噪聲的那一面粘貼相關的吸聲材料或者是安裝吸聲的結構，當噪聲想透過聲屏障的時候，一大部分會被吸聲材料所吸收，還有一部分被折射，剩下的一部分才會繼續傳播，提升了降噪的效率。在采用這一吸聲降噪的方法時，吸聲材料的選擇就尤為的重要，要選擇吸聲效果好的，例如，可以選擇多孔吸聲材料，這一材料對高頻噪聲的吸收效果非常好，因為高頻噪聲是能保證吸聲孔內的空氣迅速流動，消耗比較多的聲能，從而保證了降噪的效果。

1.2 主要設計流程

在對聲屏障進行建造和設計的時候，首先，要確定通過聲屏障進行降噪的主要目標，也就是聲屏障的損失值，這是分析其降噪效果的主要數值。在確定目標的時候，要根據高速公路上的交通噪聲和背景環境噪聲來確定，如果環境噪聲低于交通噪聲，那么，目標值就有交通噪聲來確定，交通噪聲主要包括車的數量、車速、鳴笛的頻率等。其次，就是要利用公路所處的地形特點和地貌特征來進行設計，要對想設置屏障周圍的環境和地形特點進行調查，通過不同的地形來設計出與之相吻合的聲屏障，使得降噪效果大大增強。最后，就是要對聲屏障設置的位置和其自身的尺寸進行確定，通過對公路位置、噪聲危害的對象位置進行調查，并詳細地了解公路旁的建筑、地貌，選擇出最優的聲屏障位置，盡量選擇靠近高速公路的位置，由于高速公路上的噪聲，具有持續性、噪聲強度大、頻率高等特點，所以屏障設置的越近，降低噪聲的效果也就越好，例如，可以設在高速公路的路肩外側位置上。而聲屏障的尺寸設計，由于要基于道路形式安全條例來進行設計，所以就不能把聲屏障設計的過高過長，一般在高速公路上，聲屏障的高度盡量在6m 以下，按照其實際情況來進行調整，長度則與高速公路的長度相同就可以，這樣的設計就會保證其降噪效果更好，也符合了高速公路自身的特點。

2 高速公路中的噪聲預測

2.1 預測數值的確定

為了保證高速公路上的噪聲不會影響遠處居民的生活，就要對其產生的噪聲進行預測，要根據噪聲的數值來進行降噪處理。由于汽車在高速公路行駛的過程中，加速、剎車、鳴笛等一系列的操作都會對人們產生噪聲方面的污染，在預測的時候也會出現一些不穩定的因素，所以就可以將其簡化成模擬汽車沿著公路直線均勻行駛，使得噪聲的預測更加穩定。在進行模擬預測的時候，也要考慮噪聲在傳遞的過程中存在的空氣、地面、聲屏障等方面的影響。在調查的過程中，行駛在高速公路上的汽車大體分為大型車、中型車以及小型車，其中小車在晝間的流量為1950 輛/小時，夜間的數量為391 輛/小時，中型車在晝間為590 輛/小時，夜間為120 輛/小時，大型車的晝間數量為850 輛/小時，夜間為172 輛/小時。在對速度進行測量后發現，小型車晝間的行駛速度最快，達到了100km/h，中型車次之，大型車最慢，為80km/h，在夜間行駛的時候，各類型汽車由于受到視線的影響，速度都會下調20%。

2.2 噪聲預測模型

通過上述對高速公路上汽車數量及行駛速度的測量，得到了相關的預測數據，根據這一數據就可以構建出噪聲預測的模型，根據我國規定的聲音環境標準，將交通干線，包括高速公路、一級公路、二級公路、城市快速路、城市主干路、城市次干路、城市軌道交通（地面段）、內河航道等邊界線外一定距離內的區域劃分為4a 類聲環境功能區。距離的確定方法如下：（1）相鄰區域為1 類聲環境功能區，距離為50m±5m；（2）相鄰區域為2 類聲環境功能區，距離為35m±5m；（3）相鄰區域為3 類聲環境功能區，距離為20m±5m。（4）各地劃分時，應按照以上規定的距離范圍確定具體值。當臨街建筑高于三層樓房以上（含三層）時，將臨街建筑面向交通干線一側至交通干線邊界線的區域定為4a 類聲環境功能區。4a 類區晝間噪聲標準低于70 分貝，夜間噪聲小于55 分貝；2 類區晝間噪聲標準需小于60 分貝，夜間噪聲需要小于50 分貝。在噪聲預測的時候，公路兩邊40m 以內的范圍采用的是4a 類的標準，其他的區域則可以根據實際的情況和當地的要求進行選擇。在進行預測的過程中，要根據噪聲的預測公式來進行計算，預測公式主要包括車速、車流量、車道中心到預測點的距離、等效聲級的時間等等內容，通過計算可以了解不同汽車所產生的噪聲級別，由LOE來表示。

式中，VL、VM、VH表示了各個車型的行駛速度，所處的公式就是這一車型造成的噪聲，通過計算就可以了解公路中實際產生的噪聲情況，為后續的降噪提供了數據基礎。

2.3 噪聲預測結果

通過對噪聲的預測發現，越靠近高速公路兩側，噪聲值越大。在距離公路35m 的位置，晝間噪聲達到了76 分貝，夜間噪聲也達到了66 分貝，大大地超過了國家規定的噪聲范圍。而在距離高速公路650m 的位置居住了大量的居民，這部分居民深受噪聲的污染，通過預測發現，這一位置在晝間的噪聲有62 分貝，夜間的噪聲為52 分貝，也高出了國家規定的2 類噪聲限制標準。在距離高速公路950m 的地方，晝間的噪聲仍沒有得到緩解，仍然處于60 分貝以上，嚴重影響了居民的日常生活，具體的噪聲預測如圖1 所示。

圖1 高速公路噪聲預測結果

通過上述的結果可以發現，高速公路一公里范圍內，噪聲的分貝值是非常大的，嚴重地影響了正常的生活。而隨著社會的不斷發展，各個土地資源的利用率逐漸上升，高速公路兩側的土地也要得到充分的運用，但是在運用前，就要先解決噪聲污染嚴重這一問題，只有進行了降噪處理，避免對公路兩側產生影響，才能對此區域進行開發。

3 高速公路聲屏障降噪效果及措施分析

3.1 聲屏障處理的效果

預測了高速公路的噪聲后，發現噪聲是非常大的，而且嚴重影響了社會的發展，那么就要對噪聲進行降低，采用了聲屏障的方法對其降噪處理。主要是在高速公路兩側35m 的距離內設置聲屏障，在設置聲屏障的時候，盡量利用兩側的土坡、障礙物等位置，使其能夠提升自己的高度，從而減少屏障的陰影區域，達到降噪的效果。如果高速公路中出現了通道等結構，需要在聲屏障附近設置防護欄，既保護了人員的安全，也保證了聲屏障不被破壞。如果高速公路路線較長，那么，聲屏障也會適當延長。聲屏障投入使用后，效果顯著，圖2 是加入聲屏障后的噪聲預測結果。

圖2 加入聲屏障后的噪聲預測結果

從圖2 中可以發現加入聲屏障后，靠近高速公路的地方，晝間噪聲已經可以控制在65 分貝以下了，夜間的噪聲也低于了55 分貝，符合國家規定的噪聲限制。而在距離高速公路650m 的位置，晝間的噪聲在58 分貝左右，夜間的噪聲降低至48 分貝，也滿足了國家2 類噪聲限制的要求。通過這些數值就可以發現，加入聲屏障之后，公路產生的噪聲大大的降低，不僅可以滿足周圍居民對噪聲的要求，同時也能豐富高速公路兩側的使用功能，利于城市可持續的發展。雖然目前聲屏障的降噪效果已經符合國家標準，但是如果想居住的環境更加舒適，就需要對聲屏障的結構進行完善，盡量減少屏障在建設后對周圍地面環境的影響，提升屏障吸音的效果，盡量把噪聲降至45 分貝以下，這樣才能保障了人們的日常生活，減少噪聲污染的產生。

3.2 聲屏障結構優化

采用聲屏障的方法進行降噪處理，雖然可以有效降低噪聲的產生，但是還可以進一步進行優化。通過調查發現，目前，在高速公路的設置中，隔聲屏障的方式使用的比較多，但是這種降噪方法需要比較多的建筑空間，而且容易對行駛汽車的司機產生影響，所以盡量采用吸聲屏障的方式來進行降噪。可以采用空腔共振的結構，進行吸聲降噪，要確定共振的頻率，同時，根據聲屏障的材料，來確定空腔的深度，然后就要確定穿孔的長度，如果空腔內不填充相關的吸聲材料時，那么頻帶的寬度需要在一個合適的范圍內進行，一般不超過共振頻率的2 倍范圍。選擇吸聲材料的時候，要選擇吸聲系數比較高的材料，這樣在空腔內進行填充時，就能更好地控制聲音的傳播，實現降噪效果。在對吸聲材料進行填充后，會使得共振的頻率逐漸降低，降低的幅度和材料的吸聲系數有一定的關系。在選擇穿孔板結構的時候，不僅要選擇吸聲系數高的，而且頻帶寬度也比較大，這樣才能更好地控制聲音阻止的頻率，頻率的數值一般是在1.5～2.0 的范圍內。綜上來看，進行聲屏障優化的時候，要優化穿孔板本身的聲阻功能，在穿孔板的背后采用具有阻擋聲音的材料，同時在空腔內填充吸聲效果好的材料，從多方面來對聲屏障的結構進行優化，從而使得其降噪效果得到大幅提升。

3.3 降噪的主要措施

噪聲傳播的過程大體分為3 個部分，分別是聲源、傳播途徑以及接收點，所以在進行降噪的時候，選擇的材料盡量是低噪聲的，同時，進行交通管制這一輔助措施，從材料、人員等多方面進行降噪處理，既保證了高速公路的造價成本，也降低了噪聲的產生。但是，由于交通管制會影響一部分高速公路的正常運行，造成堵車的情況，所以在進行輔助使用的時候，也要根據實際情況來選擇，盡量避免節假日等車流量較多的時間。降噪處理的時候，要確定噪聲處理的負責人，一旦高速公路的噪聲超過了國家規定的范圍，那么就要對這部分人員進行追責，從而使人員在進行降噪處理的時候更加負責，從根本上提升了降噪的效果。在噪聲傳播的過程中，使用聲屏障是可以大大地減少噪聲的傳播，既不影響公路兩側的環境，不占用過多的土地資源，也能使降噪效果明顯，只要投入使用就會穩定地降低噪聲傳播，抗干擾的能力比較強，尤其是在聲屏障的結構優化后，降噪的效果會更好。從接收點的角度來看，進行降噪的主要措施就是可以安裝隔聲窗，盡量把臥室的位置調整到背向噪聲區域的地方，減少噪聲的污染，可以滿足高速公路周圍居民的聲音需求，但這一措施可能影響空氣流通，不利于長久使用。此外，聲屏障的建造并不是一勞永逸的，所以在后續開發高速公路周圍土地的時候，還應該對四周的區域進行合理布局，盡量減少車流量的增多，可以在聲屏障的外側再種植一些綠植，盡量起到輔助降噪的作用。沿線區域在建造的時候，可以選擇建設體育館、運動場等對噪聲標準沒有那么高的建筑設施。

4 結語

綜上所述，對高速公路上的噪聲進行預測，并通過聲屏障等方法來進行降噪處理，可以保障噪聲穩定在允許的范圍內，減少了噪聲的危害。在對噪聲預測的時候，發現，距離高速公路600m 的位置仍然存在噪聲，導致大片的區域不能得到多功能使用，可能造成資源的浪費。所以在進行聲屏障降噪后，縮短了噪聲的影響距離，豐富了高速公路兩側的使用功能，利于城市的可持續發展。