高速公路噪聲預(yù)測(cè)及聲屏障降噪效果研究

李新洪

（廣東省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院集團(tuán)股份有限公司，廣東 廣州 440111）

在高速公路中，交通的格局正在不斷變化，導(dǎo)致噪聲污染的影響范圍變大，人們?cè)陂L(zhǎng)時(shí)間的噪聲污染中生活，就會(huì)對(duì)聽力產(chǎn)生損傷，甚至?xí)霈F(xiàn)耳鳴、頭痛等情況，嚴(yán)重的會(huì)完全喪失聽力。所以，對(duì)高速公路進(jìn)行降噪處理是刻不容緩的，為了保證人們的健康，噪聲的允許范圍是在55 ～70 分貝，通過聲屏障的方法進(jìn)行降噪，可以使噪聲穩(wěn)定控制在這一范圍內(nèi)，保證了降噪的效率。

1 聲屏障的降噪方法及設(shè)計(jì)

1.1 聲屏障的降噪方法

聲屏障主要是采用隔聲和吸聲這2 個(gè)方法來進(jìn)行降噪處理，其中隔聲就是當(dāng)噪聲的聲波達(dá)到屏障后，一部分會(huì)繞過屏障達(dá)到接收點(diǎn)，還有一部分就是直接穿過屏障，剩下的大部分會(huì)在屏障的表面產(chǎn)生折射，返回到原來發(fā)出噪聲的位置上，從而達(dá)到隔聲降噪的方法。在進(jìn)行反射的時(shí)候，聲波通過在道路兩旁設(shè)立的隔聲屏障時(shí)，會(huì)出現(xiàn)多次反射的情況，直至屏障某一點(diǎn)對(duì)損壞，喪失了反射的功能，導(dǎo)致聲波透過屏障直達(dá)接受噪聲的位置，所以聲屏障在進(jìn)行建造的時(shí)候，要保證屏障的質(zhì)量，減少損失。吸聲降噪的方法則是在聲屏障的面向噪聲的那一面粘貼相關(guān)的吸聲材料或者是安裝吸聲的結(jié)構(gòu)，當(dāng)噪聲想透過聲屏障的時(shí)候，一大部分會(huì)被吸聲材料所吸收，還有一部分被折射，剩下的一部分才會(huì)繼續(xù)傳播，提升了降噪的效率。在采用這一吸聲降噪的方法時(shí)，吸聲材料的選擇就尤為的重要，要選擇吸聲效果好的，例如，可以選擇多孔吸聲材料，這一材料對(duì)高頻噪聲的吸收效果非常好，因?yàn)楦哳l噪聲是能保證吸聲孔內(nèi)的空氣迅速流動(dòng)，消耗比較多的聲能，從而保證了降噪的效果。

1.2 主要設(shè)計(jì)流程

在對(duì)聲屏障進(jìn)行建造和設(shè)計(jì)的時(shí)候，首先，要確定通過聲屏障進(jìn)行降噪的主要目標(biāo)，也就是聲屏障的損失值，這是分析其降噪效果的主要數(shù)值。在確定目標(biāo)的時(shí)候，要根據(jù)高速公路上的交通噪聲和背景環(huán)境噪聲來確定，如果環(huán)境噪聲低于交通噪聲，那么，目標(biāo)值就有交通噪聲來確定，交通噪聲主要包括車的數(shù)量、車速、鳴笛的頻率等。其次，就是要利用公路所處的地形特點(diǎn)和地貌特征來進(jìn)行設(shè)計(jì)，要對(duì)想設(shè)置屏障周圍的環(huán)境和地形特點(diǎn)進(jìn)行調(diào)查，通過不同的地形來設(shè)計(jì)出與之相吻合的聲屏障，使得降噪效果大大增強(qiáng)。最后，就是要對(duì)聲屏障設(shè)置的位置和其自身的尺寸進(jìn)行確定，通過對(duì)公路位置、噪聲危害的對(duì)象位置進(jìn)行調(diào)查，并詳細(xì)地了解公路旁的建筑、地貌，選擇出最優(yōu)的聲屏障位置，盡量選擇靠近高速公路的位置，由于高速公路上的噪聲，具有持續(xù)性、噪聲強(qiáng)度大、頻率高等特點(diǎn)，所以屏障設(shè)置的越近，降低噪聲的效果也就越好，例如，可以設(shè)在高速公路的路肩外側(cè)位置上。而聲屏障的尺寸設(shè)計(jì)，由于要基于道路形式安全條例來進(jìn)行設(shè)計(jì)，所以就不能把聲屏障設(shè)計(jì)的過高過長(zhǎng)，一般在高速公路上，聲屏障的高度盡量在6m 以下，按照其實(shí)際情況來進(jìn)行調(diào)整，長(zhǎng)度則與高速公路的長(zhǎng)度相同就可以，這樣的設(shè)計(jì)就會(huì)保證其降噪效果更好，也符合了高速公路自身的特點(diǎn)。

2 高速公路中的噪聲預(yù)測(cè)

2.1 預(yù)測(cè)數(shù)值的確定

為了保證高速公路上的噪聲不會(huì)影響遠(yuǎn)處居民的生活，就要對(duì)其產(chǎn)生的噪聲進(jìn)行預(yù)測(cè)，要根據(jù)噪聲的數(shù)值來進(jìn)行降噪處理。由于汽車在高速公路行駛的過程中，加速、剎車、鳴笛等一系列的操作都會(huì)對(duì)人們產(chǎn)生噪聲方面的污染，在預(yù)測(cè)的時(shí)候也會(huì)出現(xiàn)一些不穩(wěn)定的因素，所以就可以將其簡(jiǎn)化成模擬汽車沿著公路直線均勻行駛，使得噪聲的預(yù)測(cè)更加穩(wěn)定。在進(jìn)行模擬預(yù)測(cè)的時(shí)候，也要考慮噪聲在傳遞的過程中存在的空氣、地面、聲屏障等方面的影響。在調(diào)查的過程中，行駛在高速公路上的汽車大體分為大型車、中型車以及小型車，其中小車在晝間的流量為1950 輛/小時(shí)，夜間的數(shù)量為391 輛/小時(shí)，中型車在晝間為590 輛/小時(shí)，夜間為120 輛/小時(shí)，大型車的晝間數(shù)量為850 輛/小時(shí)，夜間為172 輛/小時(shí)。在對(duì)速度進(jìn)行測(cè)量后發(fā)現(xiàn)，小型車晝間的行駛速度最快，達(dá)到了100km/h，中型車次之，大型車最慢，為80km/h，在夜間行駛的時(shí)候，各類型汽車由于受到視線的影響，速度都會(huì)下調(diào)20%。

2.2 噪聲預(yù)測(cè)模型

通過上述對(duì)高速公路上汽車數(shù)量及行駛速度的測(cè)量，得到了相關(guān)的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，根據(jù)這一數(shù)據(jù)就可以構(gòu)建出噪聲預(yù)測(cè)的模型，根據(jù)我國(guó)規(guī)定的聲音環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，將交通干線，包括高速公路、一級(jí)公路、二級(jí)公路、城市快速路、城市主干路、城市次干路、城市軌道交通（地面段）、內(nèi)河航道等邊界線外一定距離內(nèi)的區(qū)域劃分為4a 類聲環(huán)境功能區(qū)。距離的確定方法如下：（1）相鄰區(qū)域?yàn)? 類聲環(huán)境功能區(qū)，距離為50m±5m；（2）相鄰區(qū)域?yàn)? 類聲環(huán)境功能區(qū)，距離為35m±5m；（3）相鄰區(qū)域?yàn)? 類聲環(huán)境功能區(qū)，距離為20m±5m。（4）各地劃分時(shí)，應(yīng)按照以上規(guī)定的距離范圍確定具體值。當(dāng)臨街建筑高于三層樓房以上（含三層）時(shí)，將臨街建筑面向交通干線一側(cè)至交通干線邊界線的區(qū)域定為4a 類聲環(huán)境功能區(qū)。4a 類區(qū)晝間噪聲標(biāo)準(zhǔn)低于70 分貝，夜間噪聲小于55 分貝；2 類區(qū)晝間噪聲標(biāo)準(zhǔn)需小于60 分貝，夜間噪聲需要小于50 分貝。在噪聲預(yù)測(cè)的時(shí)候，公路兩邊40m 以內(nèi)的范圍采用的是4a 類的標(biāo)準(zhǔn)，其他的區(qū)域則可以根據(jù)實(shí)際的情況和當(dāng)?shù)氐囊筮M(jìn)行選擇。在進(jìn)行預(yù)測(cè)的過程中，要根據(jù)噪聲的預(yù)測(cè)公式來進(jìn)行計(jì)算，預(yù)測(cè)公式主要包括車速、車流量、車道中心到預(yù)測(cè)點(diǎn)的距離、等效聲級(jí)的時(shí)間等等內(nèi)容，通過計(jì)算可以了解不同汽車所產(chǎn)生的噪聲級(jí)別，由LOE來表示。

式中，VL、VM、VH表示了各個(gè)車型的行駛速度，所處的公式就是這一車型造成的噪聲，通過計(jì)算就可以了解公路中實(shí)際產(chǎn)生的噪聲情況，為后續(xù)的降噪提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

2.3 噪聲預(yù)測(cè)結(jié)果

通過對(duì)噪聲的預(yù)測(cè)發(fā)現(xiàn)，越靠近高速公路兩側(cè)，噪聲值越大。在距離公路35m 的位置，晝間噪聲達(dá)到了76 分貝，夜間噪聲也達(dá)到了66 分貝，大大地超過了國(guó)家規(guī)定的噪聲范圍。而在距離高速公路650m 的位置居住了大量的居民，這部分居民深受噪聲的污染，通過預(yù)測(cè)發(fā)現(xiàn)，這一位置在晝間的噪聲有62 分貝，夜間的噪聲為52 分貝，也高出了國(guó)家規(guī)定的2 類噪聲限制標(biāo)準(zhǔn)。在距離高速公路950m 的地方，晝間的噪聲仍沒有得到緩解，仍然處于60 分貝以上，嚴(yán)重影響了居民的日常生活，具體的噪聲預(yù)測(cè)如圖1 所示。

圖1 高速公路噪聲預(yù)測(cè)結(jié)果

通過上述的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，高速公路一公里范圍內(nèi)，噪聲的分貝值是非常大的，嚴(yán)重地影響了正常的生活。而隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，各個(gè)土地資源的利用率逐漸上升，高速公路兩側(cè)的土地也要得到充分的運(yùn)用，但是在運(yùn)用前，就要先解決噪聲污染嚴(yán)重這一問題，只有進(jìn)行了降噪處理，避免對(duì)公路兩側(cè)產(chǎn)生影響，才能對(duì)此區(qū)域進(jìn)行開發(fā)。

3 高速公路聲屏障降噪效果及措施分析

3.1 聲屏障處理的效果

預(yù)測(cè)了高速公路的噪聲后，發(fā)現(xiàn)噪聲是非常大的，而且嚴(yán)重影響了社會(huì)的發(fā)展，那么就要對(duì)噪聲進(jìn)行降低，采用了聲屏障的方法對(duì)其降噪處理。主要是在高速公路兩側(cè)35m 的距離內(nèi)設(shè)置聲屏障，在設(shè)置聲屏障的時(shí)候，盡量利用兩側(cè)的土坡、障礙物等位置，使其能夠提升自己的高度，從而減少屏障的陰影區(qū)域，達(dá)到降噪的效果。如果高速公路中出現(xiàn)了通道等結(jié)構(gòu)，需要在聲屏障附近設(shè)置防護(hù)欄，既保護(hù)了人員的安全，也保證了聲屏障不被破壞。如果高速公路路線較長(zhǎng)，那么，聲屏障也會(huì)適當(dāng)延長(zhǎng)。聲屏障投入使用后，效果顯著，圖2 是加入聲屏障后的噪聲預(yù)測(cè)結(jié)果。

圖2 加入聲屏障后的噪聲預(yù)測(cè)結(jié)果

從圖2 中可以發(fā)現(xiàn)加入聲屏障后，靠近高速公路的地方，晝間噪聲已經(jīng)可以控制在65 分貝以下了，夜間的噪聲也低于了55 分貝，符合國(guó)家規(guī)定的噪聲限制。而在距離高速公路650m 的位置，晝間的噪聲在58 分貝左右，夜間的噪聲降低至48 分貝，也滿足了國(guó)家2 類噪聲限制的要求。通過這些數(shù)值就可以發(fā)現(xiàn)，加入聲屏障之后，公路產(chǎn)生的噪聲大大的降低，不僅可以滿足周圍居民對(duì)噪聲的要求，同時(shí)也能豐富高速公路兩側(cè)的使用功能，利于城市可持續(xù)的發(fā)展。雖然目前聲屏障的降噪效果已經(jīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，但是如果想居住的環(huán)境更加舒適，就需要對(duì)聲屏障的結(jié)構(gòu)進(jìn)行完善，盡量減少屏障在建設(shè)后對(duì)周圍地面環(huán)境的影響，提升屏障吸音的效果，盡量把噪聲降至45 分貝以下，這樣才能保障了人們的日常生活，減少噪聲污染的產(chǎn)生。

3.2 聲屏障結(jié)構(gòu)優(yōu)化

采用聲屏障的方法進(jìn)行降噪處理，雖然可以有效降低噪聲的產(chǎn)生，但是還可以進(jìn)一步進(jìn)行優(yōu)化。通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前，在高速公路的設(shè)置中，隔聲屏障的方式使用的比較多，但是這種降噪方法需要比較多的建筑空間，而且容易對(duì)行駛汽車的司機(jī)產(chǎn)生影響，所以盡量采用吸聲屏障的方式來進(jìn)行降噪?？梢圆捎每涨还舱竦慕Y(jié)構(gòu)，進(jìn)行吸聲降噪，要確定共振的頻率，同時(shí)，根據(jù)聲屏障的材料，來確定空腔的深度，然后就要確定穿孔的長(zhǎng)度，如果空腔內(nèi)不填充相關(guān)的吸聲材料時(shí)，那么頻帶的寬度需要在一個(gè)合適的范圍內(nèi)進(jìn)行，一般不超過共振頻率的2 倍范圍。選擇吸聲材料的時(shí)候，要選擇吸聲系數(shù)比較高的材料，這樣在空腔內(nèi)進(jìn)行填充時(shí)，就能更好地控制聲音的傳播，實(shí)現(xiàn)降噪效果。在對(duì)吸聲材料進(jìn)行填充后，會(huì)使得共振的頻率逐漸降低，降低的幅度和材料的吸聲系數(shù)有一定的關(guān)系。在選擇穿孔板結(jié)構(gòu)的時(shí)候，不僅要選擇吸聲系數(shù)高的，而且頻帶寬度也比較大，這樣才能更好地控制聲音阻止的頻率，頻率的數(shù)值一般是在1.5～2.0 的范圍內(nèi)。綜上來看，進(jìn)行聲屏障優(yōu)化的時(shí)候，要優(yōu)化穿孔板本身的聲阻功能，在穿孔板的背后采用具有阻擋聲音的材料，同時(shí)在空腔內(nèi)填充吸聲效果好的材料，從多方面來對(duì)聲屏障的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，從而使得其降噪效果得到大幅提升。

3.3 降噪的主要措施

噪聲傳播的過程大體分為3 個(gè)部分，分別是聲源、傳播途徑以及接收點(diǎn)，所以在進(jìn)行降噪的時(shí)候，選擇的材料盡量是低噪聲的，同時(shí)，進(jìn)行交通管制這一輔助措施，從材料、人員等多方面進(jìn)行降噪處理，既保證了高速公路的造價(jià)成本，也降低了噪聲的產(chǎn)生。但是，由于交通管制會(huì)影響一部分高速公路的正常運(yùn)行，造成堵車的情況，所以在進(jìn)行輔助使用的時(shí)候，也要根據(jù)實(shí)際情況來選擇，盡量避免節(jié)假日等車流量較多的時(shí)間。降噪處理的時(shí)候，要確定噪聲處理的負(fù)責(zé)人，一旦高速公路的噪聲超過了國(guó)家規(guī)定的范圍，那么就要對(duì)這部分人員進(jìn)行追責(zé)，從而使人員在進(jìn)行降噪處理的時(shí)候更加負(fù)責(zé)，從根本上提升了降噪的效果。在噪聲傳播的過程中，使用聲屏障是可以大大地減少噪聲的傳播，既不影響公路兩側(cè)的環(huán)境，不占用過多的土地資源，也能使降噪效果明顯，只要投入使用就會(huì)穩(wěn)定地降低噪聲傳播，抗干擾的能力比較強(qiáng)，尤其是在聲屏障的結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，降噪的效果會(huì)更好。從接收點(diǎn)的角度來看，進(jìn)行降噪的主要措施就是可以安裝隔聲窗，盡量把臥室的位置調(diào)整到背向噪聲區(qū)域的地方，減少噪聲的污染，可以滿足高速公路周圍居民的聲音需求，但這一措施可能影響空氣流通，不利于長(zhǎng)久使用。此外，聲屏障的建造并不是一勞永逸的，所以在后續(xù)開發(fā)高速公路周圍土地的時(shí)候，還應(yīng)該對(duì)四周的區(qū)域進(jìn)行合理布局，盡量減少車流量的增多，可以在聲屏障的外側(cè)再種植一些綠植，盡量起到輔助降噪的作用。沿線區(qū)域在建造的時(shí)候，可以選擇建設(shè)體育館、運(yùn)動(dòng)場(chǎng)等對(duì)噪聲標(biāo)準(zhǔn)沒有那么高的建筑設(shè)施。

4 結(jié)語

綜上所述，對(duì)高速公路上的噪聲進(jìn)行預(yù)測(cè)，并通過聲屏障等方法來進(jìn)行降噪處理，可以保障噪聲穩(wěn)定在允許的范圍內(nèi)，減少了噪聲的危害。在對(duì)噪聲預(yù)測(cè)的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)，距離高速公路600m 的位置仍然存在噪聲，導(dǎo)致大片的區(qū)域不能得到多功能使用，可能造成資源的浪費(fèi)。所以在進(jìn)行聲屏障降噪后，縮短了噪聲的影響距離，豐富了高速公路兩側(cè)的使用功能，利于城市的可持續(xù)發(fā)展。