基于Cadna/A軟件的城市交通十字路口噪聲預(yù)測(cè)研究

謝海濤

(云南省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，昆明 650034)

1 引言

交通噪聲污染已經(jīng)成為當(dāng)前中國各大城市所面臨的嚴(yán)重環(huán)境問題之一，并且有著不斷惡化的趨勢(shì)，其主要原因是城市人口的增加［1］和私家車的增多，在交通繁忙的十字路口，交通噪聲更為嚴(yán)峻，因此必須要對(duì)該段的交通噪聲進(jìn)行全方位的預(yù)測(cè)。交通噪聲的預(yù)測(cè)技術(shù)已經(jīng)有了很大的發(fā)展，例如Pichai Pamanikabud［2］利用3D模型分析了高速公路對(duì)高層建筑周邊環(huán)境的影響，沙學(xué)鋒［3］研究了基于SYSNOISE的環(huán)境敏感點(diǎn)聲屏障設(shè)計(jì)仿真研究。本研究旨在利用噪聲軟件Cadna/A建立可視化噪聲圖，利用可視化噪聲圖用來研究所選十字路口對(duì)周邊環(huán)境的影響。

噪聲模擬軟件Cadna/A已經(jīng)在噪聲預(yù)測(cè)領(lǐng)域得到了發(fā)展，例如，夏平等［4］研究了用Cadna/A軟件預(yù)測(cè)橋梁交噪聲及應(yīng)用分析，劉培杰等［5］利用噪聲模擬軟件Cadna/A對(duì)交通噪聲進(jìn)行了預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)，韓文輝等［6］研究了Cadna/A噪聲預(yù)測(cè)軟件在城市道路中的應(yīng)用分析，孫秀敏等［7］利用模擬軟件對(duì)居住區(qū)交通噪聲污染影響分析及防治對(duì)策的研究。并且均已證實(shí)該軟件預(yù)測(cè)精度可靠，逐漸被環(huán)評(píng)領(lǐng)域所接受，然而很少有關(guān)于噪聲模擬軟件在十字路口中的研究的報(bào)道。本文結(jié)合城市十字路口，通過在軟件中輸入公路的一些參數(shù)，例如道路寬度、車速、車流量、道路類型、重型車所占比重、道路表面的特征等，對(duì)十字路口周邊噪聲場(chǎng)進(jìn)行模擬研究，可以為類似工程提供參考。

2 軟件簡(jiǎn)介

噪聲模擬軟件Cadna/A是基于德國RLS90通用計(jì)算模型，廣泛用于聲環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)，經(jīng)國家環(huán)保總局環(huán)境工程評(píng)估中心認(rèn)證，可以作為我國聲環(huán)境影響評(píng)價(jià)的工具軟件，適用于公路、城市區(qū)域、點(diǎn)聲源等各種形式聲源的噪聲預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià)，以及這些聲源的復(fù)合影響，并且對(duì)車流量、重車比、車速、路面性質(zhì)、道路坡度、聲屏障、地形、建筑物等條件都有考慮［8］。

軟件模式在噪聲傳播過程中考慮了建筑物、植物、距離等的衰減以及地面的吸收和氣候的影響，因此該模式更加符合聲傳播原理，該軟件操作簡(jiǎn)單，所需輸入的參數(shù)容易得到，能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)計(jì)算和繪圖功能。

3 十字路口噪聲預(yù)測(cè)及分析

3.1 模型建立

該模擬場(chǎng)景為某城市十字路口，其中A車道路寬15m，設(shè)計(jì)車速為40km/h，車流量為30000輛/天，晝間大型車(重量 ＞2.8t)占20%，夜間大型車占15%，B車道寬20m，設(shè)計(jì)時(shí)速為50km/h，車流量為32000輛/天，晝間大型車占22%，夜間大型車占16%，兩車道均為混凝土路面。十字路口兩邊是居民小區(qū)，樓房高均是20m，為七層樓房，樓房離道路最近距離是11.5m，所選區(qū)域周邊沒有明顯的噪聲源，根據(jù)《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》GB3096-2008，噪聲敏感區(qū)為城市道路兩側(cè)區(qū)域，要求晝間LAeq≤70dB(A)，夜間LAeq≤55dB(A)。其三維建筑物實(shí)景如圖1所示。

圖1 十字路口周邊環(huán)境圖Fig.1 Environment around the intersection

3.2 噪聲預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)

在該處十字路口沒有其他噪聲源存在以及沒有屏障的情況下，輸入道路參數(shù)，計(jì)算交通道路噪聲對(duì)所選敏感點(diǎn)的影響。晝間噪聲平面分布圖如圖2所示，夜間噪聲平面分布圖如圖3所示，豎直方向晝間噪聲分布圖如圖4所示，豎直方向夜間噪聲分布圖如圖5所示，晝夜間各層敏感點(diǎn)噪聲超標(biāo)情況如圖6、圖7所示。

圖2 晝間噪聲平面分布圖Fig.2 Horizontal sound field distribution of daytime

圖3 夜間噪聲平面分布圖Fig.3 Horizontal sound field distribution of nighttime

圖4 豎直方向晝間噪聲分布圖Fig.4 Vertical sound field distribution of daytime

圖5 豎直方向夜間噪聲分布圖Fig.5 Vertical sound field distribution of night-time

圖6 晝間敏感點(diǎn)超標(biāo)情況Fig.6 Daytime noise beyond standard at sensitive spot

圖7 夜間敏感點(diǎn)超標(biāo)情況Fig.7 Night-time noise beyond standard at sensitive spot

圖2、圖3為晝夜間噪聲水平方向分布圖，從圖中可以看出，晝間部分敏感點(diǎn)噪聲值超標(biāo)，夜間所有敏感點(diǎn)均超標(biāo)，位于建筑物后面的噪聲值有突然減小的趨勢(shì)，主要是因?yàn)榻ㄖ锲鹆似琳系淖饔茫瑢?duì)噪聲的傳播具有阻擋作用。噪聲等值線之間的代表1dB(A)的差值，可以看出隨著距離道路距離的增大，噪聲逐步衰減，衰減值也逐步減少?？拷缆罚肼暤戎稻€基本與道路平行，隨著距離的增大，噪聲等值線不再平行于道路，主要是因?yàn)榻ㄖ锏钠琳献饔酶淖兞诉@一趨勢(shì)，且基本是凹向建筑物一側(cè)。圖4、圖5某一橫斷面上為豎直方向噪聲分布圖，可以看出，隨著高度的增加噪聲值在減少，但是減少量不大，聲場(chǎng)分布為不規(guī)則的圖形，可能是由于道路的多次不規(guī)則反射，噪聲等值線左右基本對(duì)稱。圖6、圖7為各建筑物敏感點(diǎn)分布，通過晝夜間敏感點(diǎn)顏色可以清楚的看出各敏感點(diǎn)噪聲值是否超標(biāo)。

從上述模擬圖中可以看出，十字路口對(duì)周邊的居民區(qū)產(chǎn)生了較大的噪聲影響，為了評(píng)估影響的大小，因此選擇對(duì)居民區(qū)影響最大的一棟建筑進(jìn)行噪聲具體分析研究，該棟樓房正對(duì)著公路，高20m，距兩條公路的距離分別為11.5m和20.3m。圖8為敏感點(diǎn)分布及超標(biāo)情況分布圖，從圖中可看出，晝間面向道路一側(cè)噪聲值均超標(biāo)，背向道路一側(cè)噪聲均未超標(biāo)，夜間噪聲均超標(biāo)。敏感點(diǎn)分布及超標(biāo)情況如圖8所示，晝夜噪聲值如下表 (自1樓～7樓)所示。

圖8 敏感點(diǎn)分布及超標(biāo)情況Fig.8 Sensitive point distribution and beyond-standard situation

表 樓房各層預(yù)測(cè)點(diǎn)噪聲值Tab.Predicted noise level of each floor in the building (dB(A))

從上表中可以看出，道路對(duì)該棟樓房的影響:晝間影響不大，最大超標(biāo)量為2.9dB(A)，道路對(duì)樓房的夜間產(chǎn)生的影響比較大，其最大超標(biāo)值為9.5dB(A)，因此要采取必要的降噪措施，但是對(duì)于高層建筑物，采取單純的聲屏障降低噪聲是不切實(shí)際的，因?yàn)楦鶕?jù)聲的傳播原理及聲屏障的設(shè)置高度的限制，聲屏障無法保護(hù)高層建筑，因此必須采取其他的降噪措施。

4 結(jié)論

(1)在選定的十字路口處，交通噪聲產(chǎn)生的晝間最大噪聲值是72.9dB(A)，夜間最大噪聲值是64.5dB(A)，均已經(jīng)超過該區(qū)域允許噪聲值，因此必須采取必要的降噪措施，其降噪措施的最小降噪量應(yīng)為9.5dB(A)。

(2)交叉路口交通噪聲值的大小是由該兩條路交通輻射的噪聲疊加的結(jié)果，在交叉口處的噪聲值是最大的，在沒有經(jīng)過建筑物等屏障衰減的情況下，道路兩側(cè)噪聲等值線是對(duì)稱的。

(3)對(duì)于所選研究對(duì)象，面向道路一側(cè)，一樓噪聲值為72.8dB(A)，七樓噪聲值為 71.1dB(A)，之間只有1.7dB(A)的差距，主要是因?yàn)榈缆肪嘁粯呛推邩堑木嚯x相差較小，對(duì)噪聲的衰減影響不大。

(4)利用噪聲模擬軟件Cadna/A建立noise mapping分析噪聲分布情況，建立水平和豎直方向的噪聲分布圖，可以很直觀的了解噪聲的分布特點(diǎn)以及噪聲污染狀況，對(duì)于交通規(guī)劃、噪聲評(píng)價(jià)都具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

［1］ Kurakula V.A GIS-Based Approach for 3D Noise Modeling Using 3D City Model［Z］.Netherlands:International Institute for Geo-Information Science and Earth Observation，2007.

［2］ Pichai Pamanikabud，Marupong Tansatcha.3D analysis and investigation of traffic noise impact from a new motorway on building and surrounding area［J］.Applied Acoustics，2010，71(2):1185-1193.

［3］ 沙學(xué)鋒，李新春，郭 棟，宋 平，鄭 崢.基于SYSNOISE的環(huán)境敏感點(diǎn)聲屏障設(shè)計(jì)仿真研究［J］.長(zhǎng)春理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2010，2(33):75-78.

［4］ 夏 平，徐碧華，宣 燕.用Cadna/A軟件預(yù)測(cè)橋梁交噪聲及應(yīng)用分析［J］.應(yīng)用聲學(xué)，2007，26(4):208-212.

［5］ 劉培杰，孫海濤，王紅衛(wèi).噪聲模擬軟件Cadn/A在交通噪聲預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用［J］.噪聲控制，2008，7(32):64-67.

［6］ 韓文輝，李進(jìn)峰.Cadna/A噪聲預(yù)測(cè)軟件在城市道路中的應(yīng)用分析［J］.科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2010，18(20):163-165.

［7］ 孫秀敏，徐憶紅，顏 淼，等.居住區(qū)交通噪聲污染影響分析及防治對(duì)策的研究［J］.遼寧師范大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，4(31):21-123.

［8］ Datakustik.Calculation Standards［EB/OL］.http://www.datakustik.com/en/products/cadnaa/modeling-and calculation/calculation-standars/，2010.