高架复合道路综合降噪措施对临街建筑降噪效果研究

贺玉龙，张书豪，李静文，苏 凯，张 群

（1.西南交通大学 地球科学与环境工程学院，成都611756；2.成都市环境保护科学研究院，成都610072；3.中铁二院工程集团有限责任公司生态环境设计研究院，成都610031）

为缓解我国城市交通的压力，满足道路运输需求，提高土地资源利用效率，越来越多的城市建设了高架复合道路，但随之而来的环境污染问题也不断突显，其中噪声污染问题尤为突出。对于高架复合道路的噪声分析以及预测，国内已有一定研究[1-2]。为降低高架道路对周边临街建筑的交通噪声污染，根据《地面交通噪声污染防治技术政策》（环发[2010]7号），除交通管理措施外，可采用的工程措施主要包括噪声源控制、传声途径噪声削减、敏感建筑物噪声防护3个方面。最常见的措施是在高架桥上加装声屏障，目前已有较多关于声屏障降噪效果的研究[3-4]。随着技术的发展，更多降噪措施被应用到高架复合道路噪声污染控制中。在噪声源控制方面，纯电动公交的噪声低于传统燃气型公交[5]，采用具有降噪性能的低噪声路面，也对噪声源有一定控制作用[6-7]。同时，也出现了更多类型的声屏障，如不同高度、不同材料的声屏障等。当噪声源控制和传声途径噪声削减的措施效果达不到要求时，还可对敏感建筑物进行噪声防护，通常采用加装隔声窗的方式降低临街建筑室内噪声，使室内声环境达标[8]。这些综合降噪措施对周边临街建筑的交通噪声降噪效果还有待研究。

本文依托成都市二环高架复合道路，采用噪声预测软件Cadna/A，建立高架复合道路模型，并通过实测数据验证模型可靠性。根据实测和参考文献得到降噪措施在特定实验条件下的降噪效果，利用验证的模型，预测采用纯电动公交、降噪路面以及不同高度声屏障对临街高层建筑的降噪效果，为高架复合道路噪声治理措施的优化提供参考。

1 现场测试和模型建立

1.1 现场测试

本文现场实测采用INV3062 云智慧数据采集仪、INV9206 高精度声压传感器。现场测试点位于成都市二环高架复合道路旁某24 层高临街居民住宅，该建筑于2011年建成，层高为3 m，靠近测点处高架路近建筑侧设置有等效高度为3.5 m 顶部弧形声屏障，其采用了吸声板和通透隔声板结合的形式，从下至上为1 m 高吸声板、1 m 高通透隔声板、等效高度为1.5 m 吸声板。其中吸声板吸声系数为0.8，通透隔声板吸声系数为0.02。声屏障长约484 m，测点距声屏障端部最近距离约为50 m。从1楼起，每2层设置一高于地板1.2 m、距建筑外墙1 m 的测点。高架复合道路与临街建筑整体截面如图1所示。

图1 高架复合道路横截面(图中单位为m)

现场测试分3个时段进行，分别在18:00～18:40晚高峰期、21:00～22:00临近夜间和22:00～23:00夜间这3 个代表性时段进行连续采样，同时记录车流量，3个时段的平均车流量如表1所示。

表1 中，高架上的大车全为行驶在公交专用车道上的公交车。实际记录时，单辆车的车速不同，但整体达到道路限速水平，高架道路限速为80 km/h，地面道路限速为60 km/h，参考现场记录可知公交车和大车实际车速约为40 km/h。

表1 平均车流量/（辆/h）

1.2 模型建立及校验

（1）纯电动公交降噪声预测模型

由于Cadna/A 软件未内置纯电动公交车数据，在建立整体模型之前，需先建立公交车车道噪声预测模型，以便计算纯电动公交车降噪效果。朱妍妍等[5]对电动公交车与传统公交车车外噪声进行了测试、比较，在其测试中测点距行驶中心线7.5 m，距地面高1.2 m，位于测量区域中心，测量区域长20 m。在该测试条件下，公交车以40 km/h的速度匀速通过测量区域时，天然气公交车的最大声级为77.7 dB(A)，纯电动公交车最大声级为72.3 dB(A)。单辆纯电动公交车相对天然气公交车的降噪效果为5.3 dB(A)。Cadna/A 软件中需输入整条公交车道噪声源强，本文根据朱妍妍等的测试结果[5]计算整体公交车道对受声点的小时等效声级，计算方式参考《环境影响评价技术导则声环境》（HJ 2.4－2009）中的公路交通噪声预测模式：

式中：Leq(h)i为第i类车的小时等效声级，dB(A)；为第i类车以速度Vi(km/h)行驶时在水平距离为7.5 m 处的能量平均A 声级，dB(A)；Ni为昼间、夜间通过某个预测点的第i类车平均小时车流量，辆/h；r为从车道中心线到预测点的距离，m，适用于r＞7.5 m 时预测点的噪声预测；Vi为第i类车的平均车速，km/h；T为计算等效声级的时间，h；ψ1、ψ2为预测点到有限长路段两端的张角，弧度；DL为由其他因素引起的修正量，dB(A)。

式中：L0,j为同一类车中第j种型号车的参考位置辐射声级（车辆匀速通过时的最大A声级，参考位置为距行驶中心线7.5 m）。

在高架复合道路进行噪声现场实测时，记录的纯电动公交车和天然气公交车各占一半，假设预测道路为长直道路，则无张角计算项，不考虑其他因素引起的修正量。可通过式(1)、式(2)计算实测情况下和全部采用纯电动公交车时距公交车道中心线7.5 m 处的小时等效声级。单独公交车道噪声计算结果：车流量为41辆/h，一侧纯电动公交车占一半时参考位置小时等效声级为59.9 dB(A)，全部为纯电动公交车工况下参考位置小时等效声级为56.4 dB(A)，车流量为44 辆/h 时一侧结果分别为60.2 dB(A)和56.7 dB(A)，在该车流量范围内，单独考虑公交车道噪声时，采用纯电动公交车时参考位置小时等效声级比采用一半纯电动公交车时低3.5 dB(A)。

（2）模型预测结果校验

依据现场测试点位建立高架复合道路模型，模型截面与图1 一致，其中临街建筑外表面、高架挡墙、高架桥梁底部等构筑物吸声系数设置为0.05。车速和车流量根据实测输入。高架段双向的中间车道为公交车专用车道，小车声源高度设置为高于地面0.5 m，公交车设置为高于地面1 m。公交车道源强参考1.2 节中计算结果。在单数楼层设置一高于地板1.2 m 的受声点。在高架复合道路声源作用下临街建筑噪声垂直分布的模型预测结果和实测结果对比如图2所示。

实测噪声均值为69.2 dB(A)～74 dB(A)，预测噪声值为68 dB(A)～73.7 dB(A)，在相同楼层，实测均值和预测值的差值为0～1.2 dB(A)，如图2 所示，实测和预测的噪声值在临街建筑的垂向分布规律上基本一致，噪声强度至下而上先增大，后减小。噪声强度最大的高度在25 m～40 m左右（9～14层）。实测结果、模型预测结果与文献相符[9-10]，可用于后续降噪措施效果模拟。

图2 各楼层实测与预测声级对比

2 降噪路面与隔声窗降噪效果实测

由于部分降噪措施降噪效果未内置于Cadna/A软件，因此，需了解在实验条件下降噪措施的理论降噪效果，再通过软件预测在整个模型中的降噪效果。本文在良好的实验条件下测试了降噪路面与隔声窗的降噪效果。

2.1 低噪声路面降噪效果

在成都市某快速路1.5 km试验段铺设了大空隙开级配沥青磨耗层OGFC（open-graded friction course）排水沥青路面，该路面孔隙率大（达18%～25%），具有一定吸声降噪性能。对该铺设了OGFC的路段和普通沥青路段进行对照监测，测点布置于距道路边界0.2 m、高1.2 m处，连续监测20 分钟，监测时两个路段车流量、车速相近，监测所得降噪效果见表2。

表2 OGFC路面降噪效果

由表2可知，在距道路边界0.2 m处，铺设OGFC路面的噪声比普通沥青路面的噪声低3.6 dB(A)～4.7 dB(A)，平均低4.1 dB(A)。低噪声路面和普通沥青路面的噪声频谱如图3所示。

由图3 可知，低噪声路面与普通沥青路面在20 Hz～800 Hz 频带内基本保持一致，在800 Hz～2 000 Hz 内低噪声路面声级比普通沥青路面低，说明低噪声路面的降噪频带为800 Hz～2 000 Hz，与道路交通噪声主要贡献频带相近，说明降噪路面主要降低交通噪声。实测降噪路面路段车流量和车速与二环高架复合道路相近，对交通噪声源强的降噪效果可用于二环高架复合道路的降噪效果模拟。

图3 低噪声路面与普通沥青路面噪声频谱

2.2 隔声窗降噪效果

为探究隔声窗实际隔声效果，选取成都市加装某品牌隔声窗的临路6 层居民楼进行了现场实测。分别在6 楼、4 楼进行测试，在面向公路的窗外1 m、室内卧室或客厅（关窗）布置3 个声压传感器，同步进行测试，降噪效果见表3。

表3 隔声窗降噪效果

由表3 可知，该品牌的隔声窗降噪效果为28.4 dB(A)～30.1 dB(A)，平均达28.9 dB(A)，降噪效果较显著。该测点窗外噪声水平与二环高架复合道路测点相近，降噪效果可作模拟参考。

3 降噪措施对临街建筑降噪效果预测

由于原模型中已有声屏障，对其他降噪措施效果会有一定影响，所以在预测各种降噪工程措施效果时，在模型中去掉原有声屏障，对比无任何降噪措施时新增降噪措施的降噪效果。

3.1 源强降噪效果预测

当完全采用纯电动公交时，输入1.2节中所计算的完全采用纯电动公交车时的源强，模型计算结果与纯电动和天然气公交车各占一半时几乎无区别，对各楼层预测点降噪效果为0～0.1 dB(A)。纯电动公交车车外噪声相对传统天然气公交车有一定降低，但对于成都市二环高架复合道路这种车流量较大的城市主干道，公交车流量较小，噪声贡献比例小，单纯降低公交车噪声对整体道路噪声降低作用很小。只有当公交车、小客车、大货车等各型车辆皆替换为纯电动类型车辆，才能起到较明显的降噪效果。

当采用OGFC路面时，输入声源降低4.1 dB(A)，则各楼层预测点噪声整体降低4.1 dB(A)。因为模型中只有交通噪声，各楼层预测点降噪值都达到了源强降低值，但当在实际情况中采用降噪路面时，因为还受到道路周边生活噪声等其他噪声影响，各楼层的降噪值应小于该预测值。由于降噪路面孔隙率较大，随使用时间增加，孔隙可能会被堵塞，从而导致降噪性能降低，所以如果不采取及时有效的养护措施，降噪路面的降噪效果会有时效性。

3.2 声屏障降噪效果预测

除采用降噪路面外，成都市早期也安装了一些等效高度为1.5 m的透明折臂声屏障，吸声系数约为0.02，后安装了较多与实测点高架段同类型的等效高度为3.5 m 顶部弧形声屏障。本文模拟这两种声屏障的降噪效果，为保证预测点的噪声值不受声屏障长度过短因素干扰，模型中受声点与声屏障两端距离超过100 m。声屏障皆在近受声点一侧高架上安装。根据模型预测的降噪效果见图4。

图4 两种声屏障降噪量模拟值

由图4可知，等效高度为3.5 m顶部弧形声屏障对各楼层预测点降噪值为0～5.2 dB(A)，等效高度为1.5 m 高透明折臂声屏障对各楼层预测点降噪值为0～2.5 dB(A)，等效高度为3.5 m 顶部弧形声屏障对各个楼层的降噪效果都高于等效高度为1.5 m 高透明折臂声屏障。两种声屏障都只对处于声影区的楼层（4层至12层，高度为10.2 m～34.2 m）具有一定降噪效果，对处于声影区的楼层，等效高度为3.5 m顶部弧形声屏障降噪效果为1.1 dB(A)～5.2 dB(A)，等效高度为1.5 m高透明折臂声屏障降噪效果为0.9 dB(A)～2.5 dB(A)，而对处于声影区外的低楼层和高楼层的降噪效果很微弱或无效果。该结果与章生卫等[11]在广州内环路实测声屏障对临街建筑的降噪效果所得规律一致，都呈现出声屏障只对声影区范围内楼层有效，对其它楼层效果不明显的特点，降噪值也相似(广州内环路测试中最大降噪量为4.7 dB(A))。因为低楼层主要受地面交通噪声影响，同时也处于桥梁自身声影区，桥梁自身已屏蔽部分高架道路噪声；而对处于声影区外的更高楼层，声屏障已无法起到屏蔽作用。

3.3 综合降噪措施降噪效果预测

（1）声源降噪与传播途径组合降噪效果

本文实测的敏感建筑噪声水平较高，昼间、夜间监测的噪声均值达到69.2 dB(A)～74 dB(A（)根据《声环境质量标准》(GB3096－2008），4a类声功能区噪声限值为昼间70 dB(A)，夜间55 dB(A))，采用综合降噪措施（采用纯电动公交、OGFC 低噪声路面、等效高度为3.5 m 顶部弧形声屏障）后噪声水平见图5。

图5 各楼层降噪前后噪声水平

采用综合降噪措施后，各楼层的噪声预测值为63.9 dB(A)～69.8 dB(A)，与无措施情况下预测和实测的噪声分布规律一致，噪声强度自下而上先增大，后减小。无措施情况下，在15 m～30 m（6～10 层）噪声值最高，采用综合降噪措施后在20 m～40 m（8～13 层）噪声值最高，降噪效果明显，降噪量为3.9 dB(A)～9.3 dB(A)，在声屏障保护范围内（4～12 层，高度为10.2～34.2 m）降噪量最高（降噪量为5.1 dB(A)～9.3 dB(A)）。

（2）隔声窗降噪效果

在对声源和传播途径采用综合降噪措施后，敏感建筑预测噪声水平依然较高，此时可采用隔声窗以保证室内声环境质量。当采用1.3 节中所测试的某品牌隔声窗后，各楼层室内噪声水平预测值为35 dB(A)～40.9 dB(A)，全部楼层室内噪声均达到《民用建筑隔声设计规范》（GB 50118－2010）中的住宅室内昼间允许噪声级45 dB(A)的要求，部分楼层达到夜间允许噪声级37 dB(A)的要求。在敏感建筑上安装隔声窗，可作为高架复合道路噪声治理的最后一道保底措施。

4 结 语

本文基于成都市二环高架复合道路临街建筑噪声垂向测试结果以及实验条件下的工程降噪措施降噪效果，采用Cadna/A软件模拟预测了针对声源（低噪声路面、电动公交车）、传播途径（声屏障）、受声点（隔声窗）综合降噪措施对高架复合道路临街建筑的降噪效果，得到以下结论：

（1）二环高架复合道路临街建筑的噪声水平较高，实测噪声均值为69.2 dB(A)～74 dB(A)，垂向噪声强度至下而上先增大，后减小，噪声强度最大的高度在25 m～40 m左右（9层～14层）。

（2）在复合高架道路中，公交车噪声贡献比例较小，采用纯电动公交车降噪效果不明显，预测降噪效果仅为0～0.1 dB(A)。

（3）OGFC 低噪声路面对噪声源强的实测降低值为4.1 dB(A)，主要降噪频段与交通噪声频段接近，但实际运用环境下，高架复合道路周边会有其他噪声影响，对临街建筑的降噪值应不超过于4.1 dB(A)。

（4）采用等效高度为3.5 m 顶部弧形声屏障时预测降噪效果比采用等效高度为1.5 m 高的透明折臂声屏障时更加显著，降噪效果分别为0～5.2 dB(A)和0～2.5 dB(A)。在高架桥加装声屏障虽对其声影区内的楼层有一定降噪效果，但对临街高层建筑整体而言降噪效果并不理想。（5）采用综合降噪措施后降噪量为3.9 dB(A)～9.3 dB(A)，降噪效果明显，在对声源和传播途径综合降噪措施后，若临街建筑外环境噪声依然较高，可采用隔声窗以保证室内声环境质量。