城市快速路噪声影响预测及声屏障降噪效果模拟研究

徐文文，王玉红，郭晓峰，吕相龙，黄 峰，张 玮

(1.华设设计集团股份有限公司，江苏 南京 210014；2.江苏省交通运输环境保护工程技术研究中心，江苏 南京 210014)

0 引言

近年来，城市交通的快速发展在提高城市居民便捷出行以及促进城市发展的同时，其环境影响尤其是噪声影响引起社会的广泛关注[1]。而城市快速路作为城市交通的重要组成部分，其具有交通量大、设计车速高以及噪声影响范围大等特点[2－3]，城市快速路沿线居民的噪声投诉已成为社会的热点问题。因此，研究总结城市快速路的噪声影响特征，从而为降噪措施的实施提供技术支撑。

当前，国内多个省、市开展了城市区域声环境影响研究，在沈阳市2017年城市声功能区划调整的背景下，袁宝成等[4]对沈阳市现有建成区范围内各类声环境功能区声环境质量状况进行实际监测调查并分析评估。于天舒等[5]基于GIS采用地统计学确定性插值的方法对日照东港区和绍兴越城区的城市区域环境噪声污染现状和空间分布特征进行研究，并对两地声环境进行了评价。刘佳[6]针对扬州市江都区声环境现状开展了监测工作并评价。徐江焱[7]根据黄石市近5 a（2013年～2017年）城市声环境质量例行监测数据，从区域环境噪声、交通噪声、功能区噪声3个方面分析城市环境噪声污染现状及变化趋势并提出相关建议。许雪记等[8]针对轨道交通以及城市道路的复合噪声影响开展了噪声源识别研究。目前，针对城市快速路沿线的声环境研究主要集中在声环境现状监测以及声功能区达标情况等方面，上述研究均提出城市区域中城市道路尤其是城市快速路沿线对于城市声环境的影响程度较大，为深入了解城市快速路的噪声影响特征及分析增设声屏障降噪效果，以某市东西向城市快速路为例（该快速路沿线建有较多高层小区以及学校，近年来已有较多的噪声投诉问题），以沿线敏感点噪声现状监测为基础，基于Cadna/A软件对沿线所有敏感点开展噪声预测，分析高架主路以及地面辅道的噪声影响程度，并针对不同形式的声屏障降噪效果进行模拟分析，提出兼顾经济型的城市快速路声屏障增补建议。

1 材料与方法

1.1 噪声仿真模拟模型

预测采用德国Datakustik公司的Cadna/A（2022版）环境噪声预测模拟软件，Cadna/A软件是基于德国RLS90通用计算模型的噪声模拟预测软件，该软件主要计算依据包括HJ 2.4—2021，RLS90，ISO9613等标准，并采用专业领域内认可的方法进行修正，现已通过原环保部环境工程评估中心评审认证。

某市道路主线为城市快速路，设计车速为80 km/h，辅道为城市主干道，设计车速为50 km/h，匝道设计车速为40 km/h，主线双向6车道，辅道双向10车道。通过调取交管部门相关信息获得主线车流量及车型特征，根据现场观测获取辅道和交叉道路车流量及车型特征信息。

1.2 噪声模拟验证

通过噪声现状监测为建立仿真模型提供验证和修正依据，选择昼间（07：00～23：00）和夜间（23：00～7：00）时段，选取快速路沿线20处敏感点开展20 min等效连续A声级监测，昼、夜各1次，连续监测2 d，将噪声监测平均值与该时段的噪声模拟值利用SPSS软件进行T检验，以验证该软件用于城市快速路噪声预测的可靠性。

2 结果与讨论

2.1 模型验证结果

将噪声实测值与模拟值进行对比发现，总体上现状监测值略大于模拟值，推断原因是由于监测过程中受社会噪声等其他噪声源的干扰，昼间偏差绝对值平均为1.3 dB（A），夜间偏差绝对值平均为1.6 dB（A），整体误差较小，低于2 dB（A）。实测值与模拟值的配对样本T检验，当显著性水平为0.05时，昼间、夜间相伴概率Sig=0.000＜0.05，可认为实测值和模型预测值具有明显的相关性。由配对样本T检验果可知，实测值、预测值昼、夜配对样本T检验的相伴概率Sig均大于0.05，即昼、夜的预测值与监测值无显著性差异，因此，采用Cadna/A软件预测城市快速路噪声贡献值是可信的。

2.2 道路噪声预测以及特征分析

2.2.1 主线快速路噪声贡献预测及特征

对主线高架的噪声贡献值进行预测分析，4a类区域昼间均达标，夜间超标范围为0.1～8.7 dB（A），敏感点超标率为100%；2类区昼间超标范围为0.2～3.4 dB（A），敏感点超标率为44.4%，夜间超标范围为0.3～9.3 dB（A），敏感点超标率为100%；1类区昼间超标范围为0.1～6.6 dB（A），敏感点超标率为87.5%，夜间超标范围为2.6～12.5 dB（A），敏感点超标率为100%。

对噪声预测值特征分析结果如下：

（1）对于平行于道路分布的敏感点，在不考虑其余互通高架影响的情况下，首排对于第2排的噪声遮挡效果稳定在7 dB（A）左右，甚至可达到10 dB（A）。

（2）由于声影区的存在，主线高架对于低楼层（≤3层）的噪声贡献值较低。

（3）首排噪声垂直分布峰值并非出现在与道路水平的楼层，峰值往往出现在相对较高的楼层，其具体高度与首排距离道路边界线距离呈正相关，高架段临街首排噪声峰值出现在12层左右。

（4）临路首排随着楼层升高达到一定高度，噪声值在1～2 dB（A）波动趋于稳定，没有明显衰减。由于噪声绕射现象，第2和第3排噪声垂直分布，峰值均出现在顶层。

2.2.2 地面辅道噪声贡献预测及特征

Paraffin-embedded tumor sections were stained with PCNA antibody (1 : 400). Detection was carried out by using GTVisinTM immunohistochemical analysis KIT (Gene Tech Co., Ltd., Shanghai, China). The images were observed under a microscope (IX73; Olympus, Japan).

对辅道的噪声贡献值进行预测分析，4a类区域昼间均达标，夜间超标范围为0.6～1.2 dB（A），敏感点超标率为23.1%；2类区域昼、夜均达标；1类区域昼间均达标，夜间超标范围为0.3～3.6 dB（A），超标率为62.5%。整体上，地面道路对于敏感点的噪声贡献值较小，超标的敏感点均位于交叉路口处，沿线交叉地面道路对于敏感点具有一定的噪声贡献。

对噪声预测值特征分析结果如下：

（1）整体上，地面道路对于敏感点的噪声贡献值低于高架贡献值5～10 dB（A）。

（2）地面段临街首排噪声峰值出现在5～7层。

（3）地面道路一般不存在声影区，低楼层（≤3层）的噪声贡献值也未出现明显降低。

2.3 不同形式声屏障降噪效果模拟与分析

预测不同声屏障高度、声屏障延伸长度、桥梁高度、敏感点距离以及特殊形式声屏障等情形下的声屏障措施降噪效果，具体预测情景见表1。

表1 声屏障降噪效果预测情景

2.3.1 不同高度及类型声屏障

不同高度声屏障降噪效果对比见图1。由图1可以看出，3 m高声屏障对8层及以下楼层降噪效果较好，对8层以上楼层降噪效果较差；4 m高声屏障对9层及以下楼层降噪效果较好，对9层以上楼层降噪效果较差；5 m高声屏障对10层及以下楼层降噪效果较好，对10层以上楼层降噪效果较差。有降噪效果的楼层降噪量可达4～7 dB（A），3层及以下楼层声屏障降噪效果较低，这是由于该处敏感点受高架声影区噪声衰减的影响，噪声预测值偏小，设置声屏障后影响不大。对比“5 m侧分带+4 m中分带”与仅5 m侧分带的降噪效果发现，增设中分带声屏障后，对于10层以下敏感点的降噪效果并无显著提升，但有效降噪楼层数从10层增至15层；对比5 m侧分带和全封闭声屏障的降噪效果发现，全封闭声屏障相比普通声屏障的有效降噪楼层增加较多，基本可覆盖全部楼层，降噪效果最低可至4 dB（A）以上，对于快速路沿线敏感点具有较好的降噪效果。

图1 不同高度声屏障降噪效果对比

2.3.2 不同延伸长度的声屏障

不同延伸长度声屏障降噪效果见图2。由图2可以看出，①声屏障对于敏感点降噪效果随着延伸距离的增加而增大，但对声屏障的有效降噪楼层数并未显著改善；②降噪效果的增大效应随着距离增加逐步降低（如从30 m增至70 m，同一楼层降噪效果可增加3 dB（A），但从70 m增至110 m，同一楼层降噪效果则增加1.5～2 dB（A））。

图2 不同延伸长度声屏障降噪效果对比

2.3.3 敏感点距道路不同距离

敏感点距道路不同距离时声屏障降噪效果对比见图3。由图3可以看出，随着敏感点距道路不同距离的增加，声屏障对敏感点的降噪效果逐渐降低，但对声屏障的有效降噪楼层数逐渐增加，原因是由于随着敏感点距道路不同距离增加，声屏障声影区范围逐渐变高，但遮蔽角逐渐降低导致的。建议对距离高架中心线距离较远的敏感点，为保证降噪效果，建议两侧延伸长度应随之加长。

图3 不同敏感距离声屏障对于高架噪声遮挡效果对比

2.3.4 不同桥梁高度

不同桥梁高度声屏障降噪效果对比见图4。由图4可以看出，随着桥梁高度的增加，声屏障的有效降噪楼层数逐渐增加（如桥梁高度为20 m时，5 m高声屏障有效降噪楼层可达14层），原因是由于随着桥梁高度增加，声屏障声影区范围逐渐变大。

图4 不同桥梁高度声屏障对高架噪声遮挡效果对比

2.4 建议

根据上述分析结论，综合视觉美观、敏感点诉求以及经济型等因素，对增设城市快速路声屏障提出如下建议：

（1）声屏障高度。建议对快速路沿线多层（楼层≤6层）敏感点护栏上设置高3 m声屏障；对中高层以及高层敏感点设置高4 m或5 m声屏障。增设声屏障时应开展结构强度等可行性分析，同时考虑到行车安全以及美观等因素，设置中分带声屏障应开展充分的可行性论证。

（2）声屏障延伸距离。综合降噪效果以及经济因素，声屏障两侧延伸长度宜在70 m；对距离快速路100 m以外的敏感点，因此处声屏障降噪效果较低，原则上不建议设置声屏障。

（3）为保证声屏障美观及社会影响，对快速路沿线聚集敏感点，建议设置声屏障高度应保持一致。

（4）由于上、下匝道和互通匝道处的交通量及设计车速较低，故噪声影响贡献整体不大，考虑经济因素以及行车感受，建议设置不高于4 m声屏障；同时，为提高降噪效果，匝道处增设声屏障时，建议在其主线上也应设置屏障。

（5）考虑全封闭式声屏障自重大且风、雪载重也大，对高架桥的安全运行和寿命周期且造价昂贵，建议采取全封闭或半封闭声屏障应开展充分的可行性论证。

（6）设置声屏障整体上对沿线高层敏感点可起到一定的降噪效果，但对高楼层无法全覆盖，故无法达到满意的降噪效果，建议结合隔声窗、限速等综合措施以达到最佳降噪效果。

3 结论

（1）通过应用Cadna/A（2022）软件开展城市快速路噪声预测，将预测值与实测值进行统计学分析，可知预测值和监测值无显著性差异，表明采用该软件预测城市快速路噪声具有科学性及可信性。

（2）通过现状模拟发现，整体上地面辅道对于敏感点的噪声贡献值较小，一般低于高架贡献值5～10 dB（A），主线高架对于低楼层（≤3层）的噪声贡献值较低，高架段临街首排噪声峰值出现在12层左右，地面段临街首排噪声峰值出现在5～7层。

（3）普通直立型声屏障对城市高架快速路敏感点的有效降噪楼层一般低于10层；声屏障降噪效果随着声屏障延伸长度的增加而增加，但是增加幅度逐步降低；且随着敏感点距离道路中心线的增加而降低，但声屏障的有效降噪楼层逐渐增加；全封闭声屏障有效降噪楼层以及降噪效果相比于普通直立型声屏障显著增加；“侧分带+中分带”声屏障对于降噪效果的提升有限，但是相比侧分带声屏障可增加3～4层有效降噪楼层。

（4）增设城市快速路声屏障时，建议以降低噪声为前提，综合视觉美观、敏感点诉求以及经济型等因素，进行声屏障增补；此外，对于声屏障无法有效覆盖的高楼层，建议结合隔声窗、限速等综合措施以达到降噪效果。