不同形式声屏障对高架道路噪声的敏感性分析

虞晓锋 高 颖

(1.中国市政工程西北设计研究院有限公司，江苏南京 210000;2.南京先行交通工程设计有限责任公司，江苏南京 210000)

0 引言

随着城市的飞速发展，为缓解日益严重的城市交通压力和交通拥挤现状，越来越多的城市选择以高架道路的形式来解决城市交通问题。高架道路是采用连续高架形式的快速路，是保证机动车交通快速、连续通行的道路系统，是城市中的汽车专用道，建设城市高架道路已成为国内外城市解决城市交通问题的重要手段之一［1］。

城市高架的快速发展也带来了一些相应的负面问题，城市高架道路两侧居民住宅通常比较密集，且距离高架道路较近，而这种立体式道路结构方便行车的同时使得车速上升、车流量加大，产生的噪声污染日益影响沿线居民。

声屏障是高架段道路噪声污染防治的最主要手段［2］。本文主要利用德国噪声软件SoundPLAN研究不同形式(单侧、双侧、全封闭)声屏障对城市道路高架段(不含地面道路)的减噪效果。

1 模型的建立

城市高架实地情况各不相同，为了研究方便，本文选择简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标准设计，设主车道为双向六车道，路宽25 m，其中每个车道宽3.75 m，双黄线宽0.5 m，路面为一般沥青混凝土路面，防撞墙高0.8 m(可以看成0.8 m高的声屏障)，城市高架道路通常距离地面5 m～10 m［3］，本文设路面高8 m。车速及车流量可以参考城市快速路现状及设计标准，且从南京市交通管理局可知南京纬七路高架在2010年时平均小时交通量已达到8 803 pcu/h。根据HJ/T 90-2004声屏障声学设计和测量规范要求，声屏障的降噪系数NRC应大于0.5，隔声量大于25 dB(A)。本文根据工程已经使用的吸声屏障材料特性选择吸声屏障的计权隔声量取30 dB。

参考以上资料，得到城市高架模型的基本参数见表1。

表1 城市高架基本参数值

由于高架道路不同于普通的地面道路，单纯水平自由声场不能很好地模拟噪声随高度变化分布情况，因此本文噪声预测主要运用声环境垂直声场分布分析。

考虑到城市建筑物主要的两类形式(高层和多层)，设高架旁两处敏感点，建筑物1为高层，建筑物2为多层，每层层高3m，主要分析到高架不同距离、不同声屏障(高度、形状等)情况下，临高架的建筑物断面的每一层的垂直截面噪声。

将上述参数输入SoundPLAN软件中，可得初始模型见图1。三维模型见图2。

2 声屏障隔声原理

在声源与受声点之间，插入一个有足够面密度的密实材料的物体，使声波传播有一个明显的衰减，这样的障碍物称声屏障，声波传播到声屏障时，它将沿着三条路径传播:一部分越过声屏障顶部绕射到达受声点;一部分穿透声屏障到达受声点;还有一部分在声屏障的壁面产生反射，如图3所示。通常可以把声源发出的声音直接到达的区域称声亮区，把声音不能直接到达的区域称声影区，如图4所示。声屏障的作用就是阻挡直达声的传播，隔离投射声，并使绕射声有足够的衰减，声屏障的声衰减大小主要取决声源发出的声波沿这三条路径传播的声能分配［4］。

本文主要研究三种不同声屏障形式:单侧声屏障、双侧声屏障和完全封闭声屏障。

3种道路声屏障的隔声分析示意图见图5。

3 模拟分析

3.1 道路横断面噪声状况

一侧为0.8 m防撞墙，一侧为总高度3m的声屏障的道路截面噪声图(从地面开始总高30 m)，见图6，双侧都为总高度为3m的声屏障的道路截面噪声图，见图7。全封闭道路声屏障是指在路段上安装隧道式的隔声结构，把车辆和道路完全隔离在声屏障内，全封闭声屏障道路噪声截面图见图8。

由图6～图8可以看出，声屏障的存在改变了声音原本传播的方向和大小。对于单侧声屏障，在有声屏障外的一侧和双侧声屏障外的噪声相差不大，没有声屏障的一侧在声影区内的噪声较双侧声屏障的要高。经过对比分析发现，当道路两侧的建筑物都比较密集时，适用双侧声屏障，当道路只有一侧有敏感建筑物时建议适用单侧声屏障，减噪效果和双侧声屏障相差不大，同时节省了不少费用。全封闭声屏障的声音的传播完全不同于单侧或双侧声屏障，它把车辆行驶时产生的噪声及路面反射的噪声都隔离在声屏障内，没有绕射声，声屏障内的噪声较单侧或双侧声屏障较高，但声屏障外的噪声有了明显的降低，尤其是对于距离道路较高处的点。

3.2 对距离高架10 m的建筑物不同楼层噪声的敏感性分析

不同形式声屏障对距离高架10 m的建筑物不同楼层白天噪声和夜间噪声的变化趋势相同，大小相差2.2 dB(A)，而根据我国GB 3096-2008声环境质量标准［5］，夜间噪声的标准值比白天低10 dB～15 dB，可知若夜间噪声达标，则白天噪声肯定达标。本文为了研究方便且避免重复，主要研究噪声污染相对更加严重的夜间噪声值变化。

对距离高架10 m的多层不同楼层夜间噪声的变化见图9，对距离高架10 m的高层不同楼层夜间噪声的变化见图10。

由图9，图10可以看出单侧声屏障有屏障外一侧和双侧声屏障的减噪效果几乎一样。单侧或双侧声屏障在对建筑物衰减作用影响高度内(声影区)的不同楼层的降噪效果为4 dB(A)～9 dB(A)，衰减作用影响高度外的楼层没有减噪作用。而使用全封闭声屏障，最大减噪效果达到14 dB(A)，尤其对于高层的楼层都有减噪效果，夜间虽仍超标，但主要是由于路面交通引起的，居民基本可以接受。

4 结语

本文运用SoundPLAN软件建立城市高架简化模型，分析了单侧、双侧和全封闭三种形式的声屏障的道路横断面和距离高架10 m的建筑物不同楼层的噪声的敏感性，可以看出全封闭声屏障的声音的传播完全不同于单侧或双侧声屏障，对屏障外的区域降噪效果非常明显，它把车辆行驶时产生的噪声及路面反射的噪声都隔离在声屏障内，没有绕射声，声屏障内的噪声较单侧或双侧声屏障较高，但声屏障外的噪声有了明显的降低。对于距离高架10 m的高层建筑物，最大减噪效果达到14 dB(A)，尤其对于高层的几乎所有楼层都有减噪效果。土地资源较为紧缺、建筑物比较密集的城市高架两侧在经济允许的条件下可以考虑采用全封闭声屏障，既符合降噪的要求，也符合景观的需要。

［1］ 吴 霖.城市道路声屏障的研究与设计［D］.合肥:合肥工业大学硕士学位论文，2003.

［2］ 袁卫宁.高速公路声屏障设计方法及其CAD系统软件研究［D］.西安:长安大学博士学位论文，2007.

［3］ 蒋 康.公路声屏障优化设计［D］.西安:长安大学硕士学位论文，2008.

［4］ 马春燕.城市道路交通噪声分布特性及影响研究［D］.西安:长安大学硕士学位论文，2010.

［5］ GB 3096-2008，声环境质量标准［S］.