城市典型高架复合道路交通噪声污染模拟及防治对策

彭荫来,廖宇强,梅立永,薛 丹,褚艳玲

(1.深圳市罗湖区环境保护局,广东 深圳 518019;2.深港产学研环境技术中心,广东 深圳518057)

·监测技术·

城市典型高架复合道路交通噪声污染模拟及防治对策

彭荫来1,廖宇强1,梅立永2,薛 丹2,褚艳玲2

(1.深圳市罗湖区环境保护局,广东 深圳 518019;2.深港产学研环境技术中心,广东 深圳518057)

与一般城市道路相比,城市高架复合道路通行能力大、行车速度高、车辆行驶状态复杂,交通噪声污染极为突出。选取深圳市典型的高架复合道路——春风高架和爱国高架进行实地监测,同时运用 SoundPLAN软件模拟其噪声污染现状与安装声屏障后的降噪效果。根据监测模拟结果,从合理进行道路规划、装设声屏障和铺设低噪声路面等方面提出高架复合道路噪声污染控制的对策建议。

高架复合道路;声屏障;低噪声路面;噪声模拟

建设地下通道 (地铁、隧道)或高架桥,发展多元化、立体化、高效能的综合交通网络是解决大中城市交通拥挤的有效途径[1]。然而大量监测资料表明,高架复合道路通行能力大、行车速度高、车辆行驶状态复杂,交通噪声污染极为突出[2～4]。特别是穿越城区密集建筑群的城市高架快速路,多为在原有道路上加建,距离噪声敏感目标特别近,导致严重的噪声污染[1,5]。如何科学地评估高架复合道路的交通噪声影响,提出相应的污染防治对策,是环境声学领域中广为关注的课题[6]。笔者通过对深圳市爱国高架、春风高架等高架复合道路典型路段的调查监测及模拟研究,评估城市高架快速路噪声污染现状分布和降噪措施的处理效果,以期提出有针对性的对策及措施。

1 深圳市高架复合道路概况

经过几十年的城市建设,深圳市道路容量已趋于饱和,每天路面行驶车辆超过 140万,按现有道路 2 000多 km计算,已远远超过国际上 270辆 /km的饱和容量标准,车辆密集的中心城区更是严重超负荷。据 2001～2007年环保部门监测结果,全市道路交通噪声平均值呈显著上升趋势,从68.2 dB(A)逐年上升到69.4 dB(A),而达标率则从 2002年的 84.3%下滑到 2007年的 50.3%。

为缓解道路交通压力,一批立交桥和高架桥应运而生。由于这些高架桥和立交桥都是在原有道路和道路交汇点上加建的,两侧多为商业和居民住宅区,有的建筑和桥体的直线距离还不到 2 m(被形象地称为“握手桥”),造成严重的噪声污染。目前特区内已建有春风路高架桥、爱国路高架桥架等高架复合道路,道路等级多为城市快速路,昼夜车流量均大,噪声扰民现象极为突出。根据对临街敏感建筑 24 h连续监测结果,两侧敏感点的连续等效声级昼间为 66.7～75.2 dB(A),夜间为 62.2～70 dB(A),噪声超标极为严重。

2 研究方法

采用现场实测和软件模拟两种方式,对深圳市复合高架道路典型路段进行噪声监测和计算。

2.1 监测方案

噪声测量严格遵守《声环境质量标准》GB 3096—2008。测量在无雨、无雪,风速小于5.0 m/s的气象条件下进行;各测点进行多次测量,测量周期为 20 min,采样时间间隔 0.1 s;昼、夜间分别测量。

2.2 软件模拟

模型软件采用德国的 SoundPLAN模型。SoundPLAN软件 (图 1)自 1986年由 Braunstein+Berndt GmbH软件设计师和咨询专家颁布以来,迅速成为德国户外声学软件的标准,并逐渐成为世界关于噪声预测、制图及评估的领先软件[7]。

图1 SoundPLAN软件界面

采用 SoundPLAN软件可模拟几何衰减、地面效应、表面反射以及障碍物引起的屏蔽等衰减项,同时考虑了空气吸收衰减、建筑物多次反射等影响因素,它可覆盖接受点周围的整个区域。

SoundPLAN的建模、计算及评估都是基于 ISO和其他标准,将实际的生活环境转化成抽象的数学模型,自动进行计算,计算的类型根据用户需要选择,包括噪声围线图,色阶图,建筑物表面声压级分布,特定点噪声计算等。

噪声分布图是通过对感兴趣的区域划分网格,计算网格点得到。这里主要介绍单个点响应的计算过程。根据激励源互不相关性,对某点的响应可以分别计算所有声源的贡献加以叠加。

而对某单个声源的贡献可由下式计算:

式中Lw为单个声源的声功率,C1…Cn为各个不同传播模式的修正系数,包括直达声场、空气吸收、衍射声场、地面影响、反射声场。

SoundPLAN使用扇形模型进行声场计算。从接受点出发,发射“射线”覆盖所有要考虑的区域和实体,包括源、反射体、声屏障,地面衰减区等。射线间隔为 1°(缺省值),也可以自行设定,间隔越小,计算将会越精确,也越慢。

研究显示,扇形扫描比射线扫描精确很多,它可以覆盖接受点周围的整个区域,而射线扫描则会忽略掉射线间的部分。SoundPLAN在扫描方向发现一个声源,它将自动计算包含在该扇面声源部分。

在噪声预测分析软件 SoundPLAN等的支持下,还可绘制噪声等值分布图、噪声敏感点噪声分布图和三维噪声分布等,可以表现不同高度 (地面,10 m,20 m等)的等值线或某个横断面的等值线,还可以以动画形式进行动态演示。

3 高架复合道路声场分布特征

城市高架复合道路由上层高架道路和下层地面道路组成。上层对于下层相当于无限长的声屏障,一般都设有护栏,其作用也相当于一声屏障。高架复合道路的声场是高架道路、地面道路交通噪声的叠加结果 (图 2)。

图2 高架复合道路声场分布

高架桥下桥面也会对桥下两侧行驶车辆产生的噪声造成反射而使噪声增强[4](图 3)。

晞月意欲跟进伺候，青樱身姿一晃，侧身拦住，轻声道：“这里不能没有人主持，太后和太妃们都去歇息了，主子娘娘和我进去，姐姐就是位分最高的侧福晋。”

图3 高架桥的下桥面对声波的反射作用

4 典型路段噪声分析

4.1 春风路高架桥噪声污染模拟

春风路高架桥位于东环干道高架桥人民南路段,每天有无数车辆快速通行,建成后引发了市民大量的交通噪声投诉。尤其是周围的罗湖中学、罗湖小学和罗湖医院住院部等噪声敏感区,更是深受交通噪声之苦。春风路高架桥隔声屏的建设,在一定程度减轻了高架桥噪声对周围居民的影响。案例采用 SoundPLAN软件,对春风路高架桥声屏障的降噪效果进行了模拟分析。

首先对高架和地面道路、声屏障、周围地形、建筑物等进行建模,主要参数见表 1。

表1 春风_高架噪声模拟参数取值

选取罗湖第五医院住院楼为噪声敏感目标,模拟得出现状 (有声屏障)和无声屏障两种情形下的噪声分布如图 4,并选取有代表性的楼层进行监测,监测值和模拟结果见表 2。

表 2_罗湖第五医院住院楼各楼层昼间噪声监测与预测值

模拟误差 3.0 dB(A),属可接受水平范围。

由图 4可以看出加设声屏障前后不同楼层的噪声变化,声屏障仅对第 8层以下楼层有 1～13 dB(A)的降噪效果,而对第 10层以上楼层基本无效果。

图4 罗湖第五医院住院楼各楼层昼间噪声预测

4.2 爱国高架噪声污染现状模拟

爱国高架为典型的高架复合交通道路,主车道为双向 6车道,高架路全长 1 710m,路面为一般沥青路面;昼间车流量约为 6 000辆 /h,夜间约 3 500辆/h,其中大车比例白天约占 20%,夜间有大型货柜车通行,约占 15%;小型车辆平均车速约为70 km/h,大车平均车速约为50 km/h。

图5为采用 SoundPLAN软件模拟的爱国高架及周边地区的现状噪声分布,可以看出高架桥沿线两侧噪声超标极为严重。

图5 爱国路高架桥沿线噪声分布现状模拟

选取临近敏感点—泰宁公寓临路一侧各楼层进行昼夜监测,并对安装 3.5m声屏障后各楼层噪声进行模拟预测,比较结果见图 7。

由现状模拟结果得出,爱国高架周边噪声污染极为严重,模拟预测在安装 3.5m声屏障后周边区域噪声有所下降,但并不显著。临近的敏感建筑物昼间噪声仅可降低 0.1～2.8 dB(A),夜间降低0.1～2.9 dB(A),声屏障的降噪效果随着楼层的增加而降低。

5 城市高架复合道路交通噪声污染防治对策

与原有道路形式相比,高架复合道路车流总量急剧增加,车行速度快,声源位置高,道路的特殊结构决定了它有别于一般城市道路的噪声声场分布;在与道旁建筑物距离过近的复合道路高架路上安装声屏障,会因地面道路的噪声影响及第一排建筑物的反射,而降低其隔声效果,且只对一定高度范围有效。

另外,城市高架复合道路交通噪声污染治理涉及到城市土地利用、功能规划、道路建设、交通管理、环境保护、建筑设计等多领域、多方面的问题,必须采取综合防治的对策。

5.1 合理进行道路规划

对道路进行合理的规划和设计,加快优化市区道路结构,改善道路通行能力,能大大降低交通噪声污染。在声环境敏感区域内建设高架复合道路时,首先要进行交通噪声预测和环境影响评价,并采取相应的降噪措施,对周边建筑进行降噪保护。

5.2 改善道路交通条件

控制道路交通噪声的根本途径,在于切实改善道路交通条件,如装设声屏障、铺设低噪声路面等。

(1)设置声屏障

由案例研究可知,设立声屏障对降低高架复合道路交通噪声具有一定作用。近年来,深圳市已实施多项复合道路声屏障工程 (滨河路春风高架、北环大道南坪立交等),同时将西部通道接驳线改为下沉式全封闭道路,大大降低了交通噪声对沿线民居的影响。但应注意的是,高架复合道路由于形成混响声场,因而其声屏障的降噪效果没有在空阔地带好,声屏障设计需根据实地地形及高架路与敏感目标的相对位置关系等选择合适的形式和材料。

(2)路面改造

随着道路交通畅通工程的实施,车速不断提高,轮胎路面噪声日益突出。当车速大于 50 km/h(小型车),轮胎路面接触噪声将成为主要噪声源。因此,路面设计要选择先进和适用的结构、材料和施工方法,以便在满足车辆抗滑的前提下,降低轮胎和路面摩擦、挤压造成的噪声。近年来,深圳市已在深南路、上步路、皇岗路等不少路段都铺设了改性沥青多孔吸声路面 (S MA路面),相比水泥路面,其降噪量多在 3～5 dB(A),降噪效果较为明显。建议将爱国高架等高架部分的路面改造为 S MA路面,以降低噪声对临街敏感建筑的噪声影响。

[1]张延青.城市高架快速路交通噪声的环境影响及防治对策[J].环境工程,1998(4):53-56.

[2]张九跃,王晓宁.大型立交交通噪声污染特性分析[J].城市道桥与防洪,2008(11):15-20.

[3]盛晔,潘仲麟.高架复合道路噪声声场分布研究[J].环境污染与防治,2002,24(6):368-370.

[4]仝纪龙,袁九毅,郭志亮,等.高架桥-地面复合型道路交通噪声的分析[J].甘肃环境研究与监测,2003,16(4):297-300.

[5]王毅,刘晓滨.北京市高架道、桥交通噪声状况调查与对策研究[J].中国环境监测,1999,15(2):47-50.

[6]宫瑞婷.城市道路交通噪声污染分析与对策研究[J].北京建筑工程学院学报,2004,20(1):84-87.

[7]SoundPLAN user's manual.Version 6.5.Braunstein+Berndt GmbH/SoundPLAN LLC(2008).

Modeling and Countermeasures Study on Traffic-Noise Pollution of Urban Elevated Complex Road

PENG Yin-lai1,LIAO Yu-qiangi1,MEILi-yong2,XUE Dan2,CHU Yan-ling2
(1.Luohu Environmental Protection Department,Shenzhen,Guangdong 518019,China;2 Environmental Technology Center,Shenzhen-Hong Kong Institution of Industry,Shenzhen,Guangdong 518057,China)

In comparison w ith ordinary urban roads,the elevated complex roads are featured w ith greater traffic capacity,higher driving speed and m ore complicated driving condition,therefore the traffic-noise pollution is very prom inent.The study has taken two typical elevated complex roads in Shenzhen,Chunfeng and A iguo roads,as examples to carry out field m onitoring.Base on the field data,SoundPLAN software was applied to model the status of noise pollution,also the noise reduction effect after the installation of sound barriers.According to the results of modeling,suggestions on noise pollution control of the elevated complex roads were made from the aspects of sensible road planning,installation of sound barrier,and laying of low-noise road surface.

elevated complex road;sound barrier;low-noise road surface;noise m odeling

X 839

B

1674-6732(2010)-06-0018-04

10.3969/j.issn.1674-6732.2010.06.006

2010-01-28;

2010-02-04

深圳市罗湖区软科学研究计划项目(2008091)。

彭荫来 (1965—),男,高级工程师,硕士,主要从事环境监测与管理、噪声污染防治等工作。