城市高架道路交通噪声空间分布规律的实测研究

罗干生，赵静，姜明星，李鑫港，项叶彬，丁勇

（1.宁波市城市基础设施建设发展中心，浙江 宁波 315040；2.宁波大学土木工程系，浙江 宁波 315211）

1 引言

城市高架桥梁作为城市基础设施的重要组成部分，提高了城市中长距离交通效率，方便了居民出行与生活。然而大量监测资料表明，高架复合道路通行能力强、行车速度高、车辆行驶状态复杂，交通噪声污染较为突出[1-3]，在部分高架桥密集的城市，甚至有超过一半的人口暴露在超过环保标准的道路噪声中[4]，这使噪声污染成为包括大气污染、水污染和固废污染在内的4大城市公害之一。噪声污染带来的危害是多方面的、巨大的[5-8]。因此，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[9-10]。

影响高架桥梁噪声污染大小的因素有很多，不同因素的影响大小各不相同。目前，已有不少学者通过对城市高架道路采用实测法，在不同时间段对代表性点位进行测试记录，并同步监测车流量及车型等数据，以研究噪声影响因素[11-13]。但是，对高架道路旁不同位置的噪声分布情况的研究还很少，高架桥两侧交通噪声的空间分布规律尚未掌握。因此，为了对高架线路造成的交通噪声进行针对性的预防和治理，有必要对高架桥噪声的空间分布规律进行相关的实测或理论研究。

本文选取宁波市典型性的高架道路——机场高架和北环高架作为研究对象，通过对代表性位置的噪声污染进行实地测试，研究交通噪声在高架桥旁的分布特征，建立噪声分布的拟合模型，由此确定噪声污染的影响范围与严重程度，为城市高架道路的噪声防治提供科学依据。

2 高架道路噪声测试方法

2.1 测试仪器与方法

根据 《交通干线环境噪声排放标准》（征求意见稿）[14]和GB 3096—2008《声环境质量标准》[15]中推荐的测试方法，采用AWA6228型多功能声级计进行等效连续声级测试，主要是昼间等效连续声压级Ld、夜间等效连续声压级Ln、小时等效连续声级Leq这3种。

根据《交通干线环境噪声排放标准》（征求意见稿），高架线边界控制测点应选在交通干线边界外1 m、高度距地面1.2 m以上、对邻近噪声敏感建筑物可能产生最大影响的位置。但是在实际噪声测试中，交通干线边界有的包括两侧绿化带，有的则不含绿化带。因此，考虑到测试标准的统一性和可操作性，以高架线地面道路的人行道边缘作为边界，该边界以外约1 m处作为基准测点位置，如图1所示，这个点位接近现行道路交通噪声监测点。

图1 声压测点位置

此外，为了研究高架线横桥向、顺桥下、高度方向的噪声分布规律，还需在高架线外的不同方位、不同距离布置声压测点，由此提出了以下的测点布置方案。

2.2 测点布置方案

1）为研究交通噪声与其到高架线垂直距离的关系，在垂直于高架线方向布置多个测点。第1个测点选择为地面道路边界旁约1 m处，地面道路边界则统一定义为人行道边缘。在边界线的垂直方向选取不同距离的4个测点，以研究噪声沿着高架线垂直方向的衰减规律，测点分别距离地面道路边界线1 m、11 m、21 m、31 m，如图2所示。

图2 研究高架线横桥向噪声分布规律的测点方案

2）为研究交通噪声在与高架线平行方向的分布规律，以及高架线一般路段与十字路口的噪声差别，在平行于高架线方向布置多个测点。经过实地考察，选择宁波市环城南路“宁南北路与环城南路交叉口”与“环城西路与环城南路交叉口”之间进行实测，4个测点均布置在“环城南路”人行道边界外1 m处。测点1布置在距离“宁南北路”人行道外侧10 m处；测点2布置在距离“宁南北路”人行道外侧50 m处；测点3布置在距离“宁南北路”人行道外侧100 m处，测点4布置在距离“宁南北路”人行道外侧150 m处，测点布置如图3所示。

图3 研究高架线顺桥向噪声分布规律的测点方案

3）为研究交通噪声在与高架桥两侧高度方向的分布规律，在高架线旁高层建筑的不同楼层布置多个测点。经过实地考察，选择宁波市高架线旁的3处测点进行实测，分别为北环高架旁3个小区A、B、C的高层住宅，测点布置如图4所示。

图4 高架旁住宅小区及测点布置

3 高架道路噪声测试结果与分析

通过在垂直于高架线方向的不同距离设置测点，研究横桥向的噪声分布规律。通过在平行于高架线方向的不同位置设置测点，研究顺桥向的噪声分布规律。通过在不同高度设置测点，研究高度方向的噪声分布规律。结果表明：（1）横桥向的噪声，随着测点与高架桥垂直距离的增大，呈对数曲线递减，虚拟声源在地面道路机动车道外1.5 m处；（2）顺桥向的噪声，随着测点与十字路口垂直距离的增大，呈对数曲线递减，虚拟声源在十字路口边界；（3）高架方向的噪声先随着楼层的升高而增大，10~12层达到最大值，12~20层的声压基本稳定，波动较小。

3.1 高架线横桥向噪声分布

在高架线的横桥向，噪声分布与测点到高架线的垂直距离有关。以往的分析往往把高架线视为一个线声源，按照声学理论，线声源的声压级衰减规律呈对数曲线形式，即：

式中，L（r）为距线声源距离为r处的测点声压；Lw为线声源声压；r为测点距声源的距离。

但是，实际高架线路具有一定的宽度和高度，简化为线声源会带来误差。故对此进行了改进，仍然假设道路一侧的噪声是由线声源产生的，但是线声源的位置并不在道路中心线，拟合点如图5所示，假设待定的线声源到测点的距离为r1，用对数曲线对声压测试结果进行曲线拟合，结果如图5所示。

图5 高架线横桥向声压拟合点图示

根据图6的拟合曲线，发现将机动车道外侧1.5 m处视为线声源位置时，测点声压级的分布规律与声压级衰减公式最符合，因此，将线声源声压衰减式（1）进行修正，得到式（2）所示的高架线横桥向噪声分布公式。

式中，r1为声压测点到高架桥下机动车道外边缘的距离，m；Lw1为距高架桥下机动车道边缘1.5 m处的声压级；L（r1）为r1点处的声压级，dB。

由图6还可以知道，横桥向测点的昼间声压值为63.6~70.4 dB，夜间声压值为57.9~65.4 dB，昼间和夜间的声压变化规律一致。随着到高架线距离的增大，声压基本按照对数曲线规律衰减。

图6 高架线横桥向噪声分布规律的曲线拟合

3.2 高架线顺桥向噪声分布

在高架线的顺桥向，声压的变化与高架线与普通道路（或其他高架线）的交叉口有关，因此，可以假设高架线旁的声压由高架线噪声和与之相交的普通道路噪声叠加而成。高架线噪声可以用式（2）表示，与之相交的普通道路也可以类似假设为按照对数曲线形式衰减，但是到交叉口的距离远到一定程度时（如100 m），可以认为声压基本保持不变。与高架线相交的普通道路造成的声压计算见图7。因此，普通道路造成的声压变化公式为：

式中，r2为声压测点到与高架线相交的普通道路车道边缘的距离，m；Lw2为距普通道路机动车道边缘1.5 m处的声压级；L（r2）为r2处的声压级，dB。

图7 与高架线相交的普通道路造成的声压计算图示

测点总声压是普通道路与高架线造成的声压的叠加，叠加图示如图8所示，声压级的叠加公式为式（4）。

式中，r1为测点到高架桥下机动车道边缘的距离，m；r2是测点到与高架线相交的普通道路机动车道边缘的距离，m；Lw1为高架桥下距机动车道边缘1.5 m处的声压级，dB；Lw2为普通道路边距机动车道边缘1.5 m处的声压级，dB；L为叠加后测点处的声压级，dB。

图8 高架线旁测点的总声压计算图示

实测声压与拟合曲线[由公式（4）得到]的关系见图9。

图9 高架线顺桥向噪声分布规律的曲线拟合

由图9可知，高架线顺桥向测点的昼间噪声值为70.8~72 dB，夜间噪声值为66.4~68.2 dB，昼间与夜间的噪声变化规律一致，离十字路口越远，声压逐渐衰减。

3.3 高架线高度方向噪声分布

为获得高架线高度方向的噪声分布，在高架线旁高层建筑的不同楼层测试噪声，以北环高架旁的A、B、C小区高层住宅为例，小时声级的测试结果随楼层的变化如图10所示。

图10 北环高架旁各小区高层住宅的小时声级随楼层变化

检测结果表明，高架方向的噪声先随着楼层的升高而增大，1~3层的交通噪声相对较低，4~5层往往是高度方向噪声的第一个较大值，10~12层达到最大值，12~20层的声压基本稳定，波动较小。

4 结论

通过实测宁波市典型高架道路的交通噪声、并进行曲线拟合，获得了城市高架道路交通噪声的空间分布规律，得到以下结论，从而为高架道路噪声的预防与治理提供参考。

1）高架线旁横桥向的噪声，随着测点与高架桥垂直距离的增大，呈对数曲线递减，虚拟声源在地面道路机动车道外1.5 m处。

2）高架线旁顺桥向的噪声，随着测点与十字路口垂直距离的增大，呈对数曲线递减，虚拟声源在十字路口边界。

3）高架线旁高度方向的噪声先随着楼层的升高而增大，10~12层达到最大值，12~20层的声压基本稳定。