四川省高速公路声屏障技术应用与发展

陈智寅

(四川省公路规划勘察设计研究院有限公司，成都 610041)

1 引 言

高速公路作为国家重要的战略资源，对我国打赢脱贫攻坚战役，全面建成小康社会意义重大。近年来高速公路建设在四川省得到了迅速的发展，但同时也对沿线环境造成了一系列的影响，其中交通噪声污染问题尤为突出[1]，声屏障作为一项有效的噪声防控技术在四川省高速公路领域得到了普遍应用[2]，在改善高速公路沿线声环境质量方面起到了重要的作用，但同时也暴露出如设计简单粗放、质量良莠不齐、景观效果差、环境友好性不足等诸多问题，制约了技术和应用的进一步发展。在当前我国实施生态文明建设的战略背景下，民众环保意识日益提高，声屏障必然将在未来公路行业得到更为广泛的应用，巨大的市场机遇和挑战并存。近年来交通运输部出台的《关于实施绿色公路建设的指导意见》和《关于全面加强生态环境保护坚决打好污染防治攻坚战的实施意见》，以及四川省交通运输厅印发的《关于进一步加强公路水运建设领域环境保护及污染防治工作的通知》，都从生态文明建设的高度对公路工程环境保护工作提出了全新的要求。在此背景下，对四川省20年来高速公路声屏障技术应用发展情况及存在的问题进行回顾分析，结合绿色发展的理念，提出未来声屏障技术发展趋势和方向显得尤为重要。

2 声屏障研究与应用情况

2.1 应用发展历程

自1995年四川建成通车第一条成渝高速公路至2019年1月，四川省高速公路通车里程已达7 238km，跃居全国第二，声屏障在高速公路降噪工程中得到了大量广泛的应用。目前四川省高速公路投入运营声屏障里程已逾72km，总投资超2亿元。总结四川省高速公路声屏障应用发展历程，可以大致划分为三个历史阶段。

2.1.1 首次应用

四川省第一处高速公路声屏障由四川省公路设计院于1998年设计完成，并于同年在成绵高速公路建成投入运营，实现了四川高速公路声屏障应用零的突破，对解决高速公路旁的八角中学噪声污染问题起到了良好的作用。声屏障长360m，高3.5m，采用砌体结构，墙体砌筑空心槽，表面粘贴彩色多孔吸声砖形成微孔共振吸声结构，见图1。

图1 四川省高速公路声屏障工程首次应用情况Fig.1 First application of highway noise barrier in Sichuan province

2.1.2 个别尝试阶段

图2 二十一世纪初期四川省高速公路声屏障工程应用情况Fig.2 Application of highway noise barrier in Sichuan province in the early 21st century

随着二十一世纪初期四川省高速公路建设的逐步提速，于成都绕城高速、成南高速、绵广高速、内宜高速、成都城北出口高速等项目进行了个别点位的声屏障推广应用尝试，声屏障总规模上升至约7km。由于技术储备尚不成熟，声屏障方案主要以借鉴省外案例为主，缺乏系统化设计。同时受该时期建设方理念和工程投资的制约，声屏障大量采用中空阳光板、薄PC板和夹胶玻璃等材料，使用至今破损、泛黄老化情况严重，影响了声屏障应有的声学功能和景观效果。此外部分声屏障未经专业设计，存在材料声学性能不佳、总体空间尺寸不足等问题，见图2。

2.1.3 全面铺开阶段

自2011年起，四川省大量已通车高速公路的竣工环境保护验收工作全面开展，声屏障应用也得以全面铺开。以西攀和攀田高速为先例，成仁、映汶、广南广巴、巴南、巴达万、达陕等20余个项目陆续开展了声屏障设计建设，并顺利通过了竣工环保验收，至今声屏障总规模已超过72km。该阶段的声屏障设计应用更为规范与合理，在严格声学材料选用保证降噪功能的基础上开始更加注重通透性景观效果。该时期声屏障总体采用标准轻型钢结构方案，大量运用亚克力板和金属吸声屏，虽结构形式更为美观整齐，但也造成声屏障样式单一的问题，景观效果千篇一律。同时由于普遍工期紧、投资低，工程精细化程度不高，见图3。

图3 2011年至今四川省高速公路声屏障工程应用情况Fig.3 Application of highway noise barrier in Sichuan province since 2011

2.2 技术研究与发展

四川高速公路声屏障设计和研发技术也随着工程的推广应用得到了跨越式的发展，技术进步的过程具有鲜明的时代特色，大致也可以分为3个阶段(下表)。

2.2.1 摸索尝试阶段

从四川高速公路首次应用的成绵高速八角中学声屏障到二十一世纪初期的成都绕城高速、成南高速、南广高速等声屏障工程，四川公路声屏障技术研究开始起步，以借鉴国内外公路和铁路先进理念和技术为基础进行摸索和尝试。该时期内开展了《公路声屏障设计技术研究》省级课题研究，首次较为全面地提出了四川公路声屏障设计方法和思路，为后续声屏障技术研究与发展做好了铺垫，课题成果在2001年取得了四川省科技进步三等奖。同时期成绵高速八角中学声屏障设计也获得了四川省勘察设计“四优”一等奖，取得了相应实用新型和外观专利。但受制于当时的公路建设发展现状，环保理念不强，行业总体环保投入相对较少，技术成果难以实现持续的良好转化应用，该时期总体声屏障技术仍不成熟。

表 四川省高速公路声屏障技术研究与发展阶段简述Tab. Research and development stage of noise barrier technology in highway of Sichuan

2.2.2 规范化标准化阶段

随着国家“十一五”规划和“十二五”规划的全面实施，四川省高速公路迅速成网，通车里程、在建里程和设计里程均实现了大幅度的提升，与此同时交通噪声带来的环境影响也逐渐引起了广泛的社会关注和重视。在高速公路声屏障工程大规模应用的背景下，声屏障设计和研发技术也得到了长足发展。随着《声环境质量标准》(GB3096-2008)、《公路环境保护设计规范》(JTG B04-2010)和《声屏障声学设计和测量规范》(HJ/T90-2004)等系列标准规范的施行，加之民众环保意识的增强和行政管理的逐步严格，声屏障设计建造技术更加的规范化正规化，带来了良好的环境正效益。但由于该时期内高速公路声屏障需求呈爆发式增长，早期的技术储备和研发成果难以适应快速、高效的声屏障设计应用现状要求，故声屏障设计技术走向了标准化发展方向。以住建部2009年发布的《国家建筑标准设计图集 城市道路声屏障》(09MR603)为基础进行了声屏障标准化设计技术建设，开发了一套适宜于四川高速公路的声屏障标准图集，并在大量声屏障设计中予以应用，取得了良好的效果。其中西攀高速公路声屏障设计了获得四川省优秀工程勘察设计“四优”三等奖。但随着声屏障应用规模的不断增大，千篇一律的外观和材料对高速公路沿线景观造成的影响也逐渐受到关注，这在一些穿越自然风光优美的山区公路上显得尤为明显。

2.2.3 环保景观系统化阶段

生态文明是当代我国社会发展的主题。声屏障作为一项环保工程在起到隔声降噪作用的同时，其自身的生态环境友好性也不容忽视。Jorge P.Arenas[3]在其研究中指出声屏障建成运营后对公路使用者和被保护者会产生不良视觉影响，同时可能增大公路两侧生态隔离作用。G.E.Bowker[4]证明单纯的声屏障存在会增大背后一定范围内的大气污染物浓度。Susan M.Morgan[5]提出声屏障材料生产、使用和废弃过程中会对环境产生一定的污染。张静[6]、叶颖[7]、范锦忠[8]等国内学者也在近年提出了建设的生态型声屏障的理念和景观塑造方法。由此可见，兼具良好声学功能和生态景观友好性的新型声屏障是当前研究前沿和发展主流。四川省公路设计院承担的交通运输部“西部高速公路生态型声屏障技术应用研究”课题从设计、建设、运营和废弃的全生命周期角度开展了高速公路声屏障生态环保性和景观性的系统研究，构建了西部高速公路生态型声屏障评价指标体系、编制了设计和施工技术指南，项目成果达到国内领先水平，并获得了中国公路学会科学技术三等奖和实用新型专利一项。科研成果的推广应用标志着四川省高速公路声屏障技术全面进入了以“降噪为本、结构安全；材料环保、造价适宜；设计科学、施工便捷；造型美观、自然生态”为理念的环保景观系统化阶段，将生态环保理念贯穿声屏障全生命周期，运用先进声学分析、新型环保声屏障材料研发、专项景观塑造等系统性多元化手段，实现工程降噪与自然人文景观和谐相融发展的目的，并建设了一批有代表性的示范工程，见图4。

图4 新理念下四川省高速公路声屏障设计研发和工程应用情况Fig.4 Research,design and application of highway noise barrier in Sichuan province under the new concept

3 发展趋势与展望

3.1 发展趋势

推进绿色发展是我国生态文明建设战略的重要内容，也是工程建设领域未来的发展方向和必然趋势。在对四川省高速公路声屏障技术和应用历程进行回顾总结的基础上，分析未来行业发展趋势具有重要的意义。

3.1.1 全方位着手，系统化设计

设计是工程的核心，全方位系统化设计是创造优质工程的前提。公路声屏障设计是一种多目标多约束的工程技术问题，既涉及对外环境的影响也涉及对自身及依托工程的作用，设计时需要综合考虑权衡各方面因素。声屏障作为降噪工程，设计的首要目标是科学精准的声学分析，通过准确建立还原空间三维模型，运用专业声学软件进行高精度计算，模拟声屏障降噪效果并进行优化选型是未来声屏障设计的必然趋势；安全的结构方案和良好的景观效果是设计的另一项重要任务，要强化结构创新，在保障安全的基础上增加有效声学高度，提升降噪效果。同时应结合声屏障所在地自然和人文环境特征，因地制宜进行专项景观设计，实现良好视觉效果；协调声屏障的生态环保与经济效益是实现行业绿色发展的关键环节，目前国内外声屏障研究发展的总体趋势是强化绿化措施，提升声屏障与周围自然环境的生态融合度，运用乡土材料降低工程投资，合理利用和改造地形、地物，实现声屏障“隐形”，在有条件的区域引入自然白噪声对不利噪声进行声学覆盖，营造“声景观”。

3.1.2 实施创新驱动，着力环保材料

传统的公路声屏障材料以金属、玻璃棉以及高分子材料等为主，同时涉及染色剂、涂料以及橡胶等辅料。这些材料在生产制备、使用以及废弃过程中均会产生较为严重的环境污染，这不符合未来声屏障发展的理念和趋势。公路建设过程中会产生大量弃土弃石和拆迁建筑垃圾，通过技术攻关将其在声屏障建设中进行合理利用不仅可以消纳一部分弃方，减少弃渣场占地规模，还能大幅度降低工程造价，实现环保和经济效益共赢。此外作为线性工程，公路沿线往往分布有工业厂矿和村落，对工业固废和农村秸秆废弃物等进行技术改性后也可用于声屏障建设材料，还能带动沿线地区废弃物资源化利用，实现生态环保效益的扩大化。

3.1.3 着眼全生命周期，实行全过程服务

声屏障从设计、施工、运营维护到最终废弃的各个环节均属于专业化程度较高、涉及专业面较广的系统性工作，任何一项出现问题都会直接影响工程应用效果。但在目前工程建设管理制度下，上述环节大多各自独立，缺乏专业的过程管控，设计者的意图和理念往往不能真正得以实现，这也对生态景观型声屏障的良性发展构成了制约。在生态环保要求日趋严格和民众环保意识逐渐提高的当下，声屏障作为一项环保工程具有巨大的市场发展潜力。随着国家基础设施建设投资主体的逐步转变，相关声屏障领域从业者可以探寻统筹管理的总承包模式，贯彻从规划、设计、施工到运营养护和废弃的全生命周期理念，执行标准化设计、施工和管理制度，提供全方面、全过程噪声治理服务和优质的声屏障工程，不仅能创造商业价值，更能促进声屏障技术应用的良性发展，更好地服务于环保工作中。

3.2 展望

四川省通过多年来的高速公路声屏障技术研究、设计和工程建设，掌握了成熟的技术，积累了丰富的经验，创造了先进的理念，但相较沿海发达地区及国外的总体发展和应用水平仍较为滞后。总结国内外先进的声屏障发展经验，今后应重点着力制定声屏障交通行业地方标准和团体标准，发布四川高速公路声屏障技术指南，明确技术要求和管理制度，进一步规范四川省公路声屏障的设计和建设，推创优质示范工程。

4 结 语

随着四川省20年来高速公路建设的快速发展，声屏障在交通噪声污染防治领域得到了广泛的应用，相应的设计研发技术得到了跨越式的发展，但同时也暴露出了许多问题与不足。在实施生态文明建设战略的当下，声屏障作为一项环保工程，其技术与应用的发展更应当充分贯彻绿色发展理念和交通运输部建设绿色公路指导意见，从工程全生命周期的环境友好性角度出发开展系统的研究和实践，推动地方标准和行业规范制定，建立健全建设运行管理制度，促进行业可持续发展。