虞曉鋒 高 穎

(1.中國市政工程西北設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇南京 210000;2.南京先行交通工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司，江蘇南京 210000)

0 引言

隨著城市的飛速發(fā)展，為緩解日益嚴(yán)重的城市交通壓力和交通擁擠現(xiàn)狀，越來越多的城市選擇以高架道路的形式來解決城市交通問題。高架道路是采用連續(xù)高架形式的快速路，是保證機(jī)動(dòng)車交通快速、連續(xù)通行的道路系統(tǒng)，是城市中的汽車專用道，建設(shè)城市高架道路已成為國內(nèi)外城市解決城市交通問題的重要手段之一［1］。

城市高架的快速發(fā)展也帶來了一些相應(yīng)的負(fù)面問題，城市高架道路兩側(cè)居民住宅通常比較密集，且距離高架道路較近，而這種立體式道路結(jié)構(gòu)方便行車的同時(shí)使得車速上升、車流量加大，產(chǎn)生的噪聲污染日益影響沿線居民。

聲屏障是高架段道路噪聲污染防治的最主要手段［2］。本文主要利用德國噪聲軟件SoundPLAN研究不同形式(單側(cè)、雙側(cè)、全封閉)聲屏障對(duì)城市道路高架段(不含地面道路)的減噪效果。

1 模型的建立

城市高架實(shí)地情況各不相同，為了研究方便，本文選擇簡(jiǎn)化的典型城市高架模型(不含地面道路)，城市高架道路一般按城市快速路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，設(shè)主車道為雙向六車道，路寬25 m，其中每個(gè)車道寬3.75 m，雙黃線寬0.5 m，路面為一般瀝青混凝土路面，防撞墻高0.8 m(可以看成0.8 m高的聲屏障)，城市高架道路通常距離地面5 m～10 m［3］，本文設(shè)路面高8 m。車速及車流量可以參考城市快速路現(xiàn)狀及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，且從南京市交通管理局可知南京緯七路高架在2010年時(shí)平均小時(shí)交通量已達(dá)到8 803 pcu/h。根據(jù)HJ/T 90-2004聲屏障聲學(xué)設(shè)計(jì)和測(cè)量規(guī)范要求，聲屏障的降噪系數(shù)NRC應(yīng)大于0.5，隔聲量大于25 dB(A)。本文根據(jù)工程已經(jīng)使用的吸聲屏障材料特性選擇吸聲屏障的計(jì)權(quán)隔聲量取30 dB。

參考以上資料，得到城市高架模型的基本參數(shù)見表1。

表1 城市高架基本參數(shù)值

由于高架道路不同于普通的地面道路，單純水平自由聲場(chǎng)不能很好地模擬噪聲隨高度變化分布情況，因此本文噪聲預(yù)測(cè)主要運(yùn)用聲環(huán)境垂直聲場(chǎng)分布分析。

考慮到城市建筑物主要的兩類形式(高層和多層)，設(shè)高架旁兩處敏感點(diǎn)，建筑物1為高層，建筑物2為多層，每層層高3m，主要分析到高架不同距離、不同聲屏障(高度、形狀等)情況下，臨高架的建筑物斷面的每一層的垂直截面噪聲。

將上述參數(shù)輸入SoundPLAN軟件中，可得初始模型見圖1。三維模型見圖2。

2 聲屏障隔聲原理

在聲源與受聲點(diǎn)之間，插入一個(gè)有足夠面密度的密實(shí)材料的物體，使聲波傳播有一個(gè)明顯的衰減，這樣的障礙物稱聲屏障，聲波傳播到聲屏障時(shí)，它將沿著三條路徑傳播:一部分越過聲屏障頂部繞射到達(dá)受聲點(diǎn);一部分穿透聲屏障到達(dá)受聲點(diǎn);還有一部分在聲屏障的壁面產(chǎn)生反射，如圖3所示。通?？梢园崖曉窗l(fā)出的聲音直接到達(dá)的區(qū)域稱聲亮區(qū)，把聲音不能直接到達(dá)的區(qū)域稱聲影區(qū)，如圖4所示。聲屏障的作用就是阻擋直達(dá)聲的傳播，隔離投射聲，并使繞射聲有足夠的衰減，聲屏障的聲衰減大小主要取決聲源發(fā)出的聲波沿這三條路徑傳播的聲能分配［4］。

本文主要研究三種不同聲屏障形式:單側(cè)聲屏障、雙側(cè)聲屏障和完全封閉聲屏障。

3種道路聲屏障的隔聲分析示意圖見圖5。

3 模擬分析

3.1 道路橫斷面噪聲狀況

一側(cè)為0.8 m防撞墻，一側(cè)為總高度3m的聲屏障的道路截面噪聲圖(從地面開始總高30 m)，見圖6，雙側(cè)都為總高度為3m的聲屏障的道路截面噪聲圖，見圖7。全封閉道路聲屏障是指在路段上安裝隧道式的隔聲結(jié)構(gòu)，把車輛和道路完全隔離在聲屏障內(nèi)，全封閉聲屏障道路噪聲截面圖見圖8。

由圖6～圖8可以看出，聲屏障的存在改變了聲音原本傳播的方向和大小。對(duì)于單側(cè)聲屏障，在有聲屏障外的一側(cè)和雙側(cè)聲屏障外的噪聲相差不大，沒有聲屏障的一側(cè)在聲影區(qū)內(nèi)的噪聲較雙側(cè)聲屏障的要高。經(jīng)過對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)缆穬蓚?cè)的建筑物都比較密集時(shí)，適用雙側(cè)聲屏障，當(dāng)?shù)缆分挥幸粋?cè)有敏感建筑物時(shí)建議適用單側(cè)聲屏障，減噪效果和雙側(cè)聲屏障相差不大，同時(shí)節(jié)省了不少費(fèi)用。全封閉聲屏障的聲音的傳播完全不同于單側(cè)或雙側(cè)聲屏障，它把車輛行駛時(shí)產(chǎn)生的噪聲及路面反射的噪聲都隔離在聲屏障內(nèi)，沒有繞射聲，聲屏障內(nèi)的噪聲較單側(cè)或雙側(cè)聲屏障較高，但聲屏障外的噪聲有了明顯的降低，尤其是對(duì)于距離道路較高處的點(diǎn)。

3.2 對(duì)距離高架10 m的建筑物不同樓層噪聲的敏感性分析

不同形式聲屏障對(duì)距離高架10 m的建筑物不同樓層白天噪聲和夜間噪聲的變化趨勢(shì)相同，大小相差2.2 dB(A)，而根據(jù)我國GB 3096-2008聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)［5］，夜間噪聲的標(biāo)準(zhǔn)值比白天低10 dB～15 dB，可知若夜間噪聲達(dá)標(biāo)，則白天噪聲肯定達(dá)標(biāo)。本文為了研究方便且避免重復(fù)，主要研究噪聲污染相對(duì)更加嚴(yán)重的夜間噪聲值變化。

對(duì)距離高架10 m的多層不同樓層夜間噪聲的變化見圖9，對(duì)距離高架10 m的高層不同樓層夜間噪聲的變化見圖10。

由圖9，圖10可以看出單側(cè)聲屏障有屏障外一側(cè)和雙側(cè)聲屏障的減噪效果幾乎一樣。單側(cè)或雙側(cè)聲屏障在對(duì)建筑物衰減作用影響高度內(nèi)(聲影區(qū))的不同樓層的降噪效果為4 dB(A)～9 dB(A)，衰減作用影響高度外的樓層沒有減噪作用。而使用全封閉聲屏障，最大減噪效果達(dá)到14 dB(A)，尤其對(duì)于高層的樓層都有減噪效果，夜間雖仍超標(biāo)，但主要是由于路面交通引起的，居民基本可以接受。

4 結(jié)語

本文運(yùn)用SoundPLAN軟件建立城市高架簡(jiǎn)化模型，分析了單側(cè)、雙側(cè)和全封閉三種形式的聲屏障的道路橫斷面和距離高架10 m的建筑物不同樓層的噪聲的敏感性，可以看出全封閉聲屏障的聲音的傳播完全不同于單側(cè)或雙側(cè)聲屏障，對(duì)屏障外的區(qū)域降噪效果非常明顯，它把車輛行駛時(shí)產(chǎn)生的噪聲及路面反射的噪聲都隔離在聲屏障內(nèi)，沒有繞射聲，聲屏障內(nèi)的噪聲較單側(cè)或雙側(cè)聲屏障較高，但聲屏障外的噪聲有了明顯的降低。對(duì)于距離高架10 m的高層建筑物，最大減噪效果達(dá)到14 dB(A)，尤其對(duì)于高層的幾乎所有樓層都有減噪效果。土地資源較為緊缺、建筑物比較密集的城市高架兩側(cè)在經(jīng)濟(jì)允許的條件下可以考慮采用全封閉聲屏障，既符合降噪的要求，也符合景觀的需要。

［1］ 吳 霖.城市道路聲屏障的研究與設(shè)計(jì)［D］.合肥:合肥工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文，2003.

［2］ 袁衛(wèi)寧.高速公路聲屏障設(shè)計(jì)方法及其CAD系統(tǒng)軟件研究［D］.西安:長(zhǎng)安大學(xué)博士學(xué)位論文，2007.

［3］ 蔣 康.公路聲屏障優(yōu)化設(shè)計(jì)［D］.西安:長(zhǎng)安大學(xué)碩士學(xué)位論文，2008.

［4］ 馬春燕.城市道路交通噪聲分布特性及影響研究［D］.西安:長(zhǎng)安大學(xué)碩士學(xué)位論文，2010.

［5］ GB 3096-2008，聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)［S］.