北京市轨道交通房山线声屏障设计的声学模拟

李建平,何金龙

(上海申华声学装备有限公司,上海 200070)

1 概述

城市轨道交通在给市民出行带来便捷的同时,也给沿线居民带来了诸多噪声污染。轨道交通主要噪声源可分为动力系统和轮轨系统两大类,动力系统包括牵引装置、空气冷却装置等,轮轨系统中,除了轮轨之间的摩擦、撞击产生的噪声外,还有当列车行驶在高架结构上时激发的高架结构主、辅梁的振动辐射噪声[1～2]。声屏障作为一种简单经济的降低轨道交通噪声的设施,被国内许多条轨道交通的建设者所采用。北京市轨道交通房山线高架线长约21 km,为了确保高架沿线居民较舒适的生活环境,北京市轨道交通建设管理有限公司决定在沿线敏感点设置声屏障。

2 工程概况

房山线起于长虹路与苏庄大街相交处,全长24.728 km,其中高架21.43 km,地下线2.978 km,沿线设11座车站,其中高架车站9座。高架线所经路段大部分位于城市建成区或规划建设区,高架线还穿越市级地下文物埋藏区即长阳城地下文物埋藏区,沿线经过有医院、幼儿园和多处居民区。地铁的运行势必给沿线的居民的日常生活、工作学习和休息造成一定的影响,为此需要采取直立式和半封闭式声屏障进行治理。声屏障布置如下：军留庄噪声敏感点左侧XK10+030～XK11+140设置高4 m长1 110 m的直立式声屏障。右侧SK10+030～SK10+330以及SK10+670～SK11+120段设置总长750 m的半封闭型声屏障；军队住宅噪声敏感点右侧XK12+600～XK12+920设置高4 m长320 m的直立式声屏障；独义村噪声敏感点左侧XK15+080～XK15+600设置高5 m长520 m的半封闭型声屏障；高佃村噪声敏感点两侧XK15+718～XK16+248设置高4 m长1 060 m的直立式声屏障；北天堂村噪声敏感点两侧XK19+660～XK20+060设置高4 m长800 m的直立式声屏障；下柳子村噪声敏感点两侧XK20+780～XK21+480设置高4 m长1 400 m的直立式声屏障。

3 声学模拟方法及设备介绍

在试图预测户外声传播时,由于通常涉及的几何尺度大,相关的因素多,如：周围地形地表、建筑物外形及位置、各种声反射面的吸声能力等,总体上是一个复杂的系统,单纯使用公式或户外声传播的简单模型,无法计算中间复杂障碍物的影响,且无法针对面声源(如车站)、线声源(如列车运行)进行计算,很难有说服力和指导意义。

对于这样的复杂情况,由于边界条件的复杂,即使运用成熟的声学严格建模分析方法(如边界元、有限元等),也不可能完全预测准确。本次设计需要重点考虑的是工程精度,因此可采用几何声学方法进行计算分析。因为其中的成熟方法,如声线追踪法(Ray-tracing method)、虚源法(Image-source method)等,已在建筑声学中应用了几十年并被验证为精度可靠,且目前正在逐步有效应用于如社区环境噪声(Community and environmental noise)等大尺度的复杂开放空间中。Cadna3.7是一个结合声线追踪法、虚源法的大型通用计算平台,目前在国际上应用很广且享有盛誉,且已经被国家环保部认证[3]。本方案采用声线追踪法和虚源法来建立预测模型,计算措施实施前后的敏感点周围区域的声场分布,以预估各项声屏障的降噪效果。

4 各敏感点仿真预测

4.1 军留庄敏感点噪声治理前后软件仿真

军留庄敏感点左侧设置直立4 m、高1 110 m长的声屏障,右侧设置5 m、高750 m长半封闭声屏障,设置声屏障前的噪声辐射情况如图1所示。

图1 声屏障设置前的噪声辐射云图

如图1所示：两个轨道看做两个线声源,高架桥下的噪声分布情况不予考虑,桥面对桥下声压级分布形成一道屏障作用。声屏障的布置形式如图2所示。

图2 军留庄声屏障布设方式

左侧为高4 m直立式声屏障,右侧为高5 m半封闭型声屏障。中间为轨道。两侧设置声屏障后的声压级空间分布情况如图3所示。

图3 声屏障设置后的噪声辐射云图

声屏障设置后两侧的声压级空间分布情况发生了明显的变化,半封闭声屏障一侧相同空间位置的声压级要略低于直立声屏障的一侧,顶部的声压级变化情况不明显。

4.2 军队住宅敏感点噪声治理前后软件仿真

军队住宅噪声敏感点采用轨道右侧设置4 m高、320 m长的直立式声屏障,设置声屏障前声压级分布情况与之前的仿真情况相同,在此不再赘述。声屏障的布置形式如图4所示。

图4 军队住宅区声屏障布设方式

设置声屏障后的声压级空间分布情况如图5所示。

图5 声屏障设置后的噪声辐射云图

设置声屏障后,左侧声压级分布情况不明显,右侧的声屏障声影区内的声压级空间分布情况发生了明显变化,平均降低10 dB以上。

4.3 独义村敏感点噪声治理前后软件仿真

独义村噪声敏感点采用轨道左侧设置5 m高、520 m长的半封闭声屏障,设置声屏障前声压级分布情况与之前的仿真情况相同,在此不再赘述。

声屏障的结构形式如图6所示。

图6 独义村声屏障布设方式

中间两条为轨道,左侧树立的为半封闭型声屏障。

设置声屏障后的声压级空间分布情况如图7所示。

图7 声屏障设置后的噪声辐射云图

左侧声屏障设置后声压级分布发生明显变化,声屏障顶部声影区分成明显的3部分,与理论相符。桥面以下部分声压级分布没有明显的变化。

4.4 高佃村、北天堂村和下柳子村敏感点噪声治理前后软件仿真

由于轨道交通穿越高佃村、北天堂村和下柳子村,因此需要在轨道交通两侧均设置高4 m的直立式声屏障。长度分别为1 060、800 m和1400 m。声屏障形式如图8所示。

图8 高佃村声屏障布设方式

设置声屏障后声压级的分布情况如图9所示。

图9 声屏障设置后的噪声辐射云图

如图9所示,顶部声压级没有明显变化,设置声屏障后两侧声压级的变化情况趋于一致,声影区大致分为3部分,平均降噪量在10 dB以上。桥面以下的声压级分布情况不予考虑。

5 结语

轨道交通噪声治理是一项很复杂的工程,声屏障的设计安装应从技术、经济以及未来的发展趋势等多方面考虑[4]。房山线声屏障工程的设计主要参照北京环境科学研究院提供的环评资料,通过对各敏感点安装不同形式的声屏障后进行噪声模拟,能够达到环境要求的标准。

参考文献：

[1]董建昆.城市轨道交通声屏障设计探讨[J].噪声与振动控制,2001(6)：33-37.

[2]刘宁宁，等.城市轨道交通噪声控制中声屏障设计的常见问题分析[J].噪声与振动控制,2009(6)：249-251.

[3]纪雅芳，等.声学预测软件在声环境影响评价中的应用[J].噪声与振动控制,2009(6)：484-487.

[4]朱立鹏,马申易.高架轨道交通声屏障设计简述[J].地下工程与隧道,2005(2)：14-16.