声屏障设计对住区道路交通噪声影响的效果分析

吴秀琳，吕忠，吴晓林，余晓平，黄雪，石国兵

（1重庆市建筑科学研究院，重庆 400016；2重庆科技学院 建筑工程学院，重庆 401331）

0 引言

2011年3月，世界卫生组织和欧盟合作研究中心公开指出噪声污染已成为仅次于空气污染、影响人体健康的环境因素[1]。城市居住区的噪声源主要有道路交通噪声、建筑施工噪声、工业生产噪声以及社会生活噪声等，其中交通噪声是影响住宅声环境的重要因素[2]。随着城市快速车道、高架路桥和轨道交通等不断增多，交通噪声污染呈现出新的增长趋势，道路交通噪声投诉事件逐年上升[3-4]。

城市轨道交通和公路高架线路的噪声主要是轮轨噪声和桥梁结构二次噪声，其中以低频成分为主。低频噪声是指频率在500Hz以下的声音，其中对人类影响较为明显的主要为30～50Hz的频率范围，具有传播距离远、穿透性强、随距离衰减量小的特点[5]。人体内器官固有频率基本上在低频和超低频范围内，很容易与低频声音产生共振，所以人很容易受到低频噪声影响从而感到烦恼、不适[6]。

居住区声环境是指住宅室内、室外各种噪声源，在住户范围内形成的对居住者在生理、心理造成影响的声音环境[7]。居住区声环境是居住区环境的重要组成部分，也是评价建筑室内声环境质量的重要因素。声屏障是一种降低噪声影响的方式，声屏障的作用是阻止直达声的传播、隔离透射声，并使衍射有足够的衰减。对于道路沿线的住宅建筑来说，应用声屏障能够有效降低交通噪声对居住区的影响。本文以重庆某毗邻道路交通干线的住宅小区为例，测试并分析小区周围交通噪声影响分布，探索通过声屏障设计改善居住区周围交通噪声的治理方法。

1 项目概况分析

图1 A、C小区周边道路平面图

由图1所示，该住区四面被道路所包围，其中A小区占地面积约50000m2，规划住宅为洋房、高层，小区西面临近城市快速主干道和城市轨道交通。城市快速主干道为双向6车道，设计时速80km/h，轨道交通车型为山地B型车，6节车厢，行驶速度大约70km/h，其中快速主干道道路中心线距离小区的敏感建筑约45m，A小区与交通干道存在20m高差，与轨道线存在5m高差。C小区占地面积约40000m2，规划住宅为别墅、洋房，小区周边多条城市主次干道，其中东侧50m为城市快速主干道，高速双向4车道，设计时速120km/h，噪声影响较大。

随着城市版图不断扩张，交通的便利性成为驱动购房者购买的主要因素之一，因此房地产开发都十分重视项目的交通便利性。随着城市轨道交通的发展，越来越多的住宅开发项目建设在轨道交通和城市主干道附近，加之人们对居住环境的关注，交通噪声问题逐渐成为影响房地产开发品质的重要因素。该项目就是目前典型的轻轨站附近住宅开发项目。由于该项目处于两条主干道之间，道路交通噪声影响更加明显，因此选取该项目进行住区道路交通噪声的影响分析。根据项目环评报告数据显示，A、C小区未达到二类住宅区声环境条件要求，需要重新进行声环境优化设计。

2 噪声影响分析

2.1 测量仪器及方法

为了深入掌握交通噪声对住区声环境的影响，进行了现场实测。现场测试采用CESVA SC310型实时频谱分析一级积分声级计，配套使用CESVA CB006型一级声校准器和CESVA Capture Studio软件（CCS）CCS噪音捕捉软件。声级计主要参数如表1所示。

表1 CESVA SC310型实时频谱分析一级积分声级计参数

现场选择能反映该住区声环境质量特征的若干个检测点进行长期定点监测，结合项目环评报告书，根据A小区周边道路情况，重点选择地块西侧临近道路的堡坎上中部位置作为监测点，如图1所示。利用A声级计权模式，测试不同交通工况下的交通噪声状况，利用CCS软件，在电脑上将声级计测量模式设置SLM模式，采用1/1倍频测量分析，并把三个测量指标F1、F2、F3分别设置为LAT、LAF和LApeak， 间隔时间T设置为1min、30min后结束测量。

2.2 噪声的特性分析

利用测量仪器测量无车辆通过时安静的环境噪声、轨道交通单独通过时的噪声值、大型货车单独通过时的噪声以及20min内等效连续A声级的噪声监测，得到不同工况下的监测数据，如表2所示，检测期间噪声分布时变化特征如图2所示。

表2 不同工况下A声级噪声检测数据

图2 检测期间的噪声分布时变化曲线

不同交通情况下周边交通噪声中低频噪声瞬时数据如表3所示。

表3 低频噪声数据

由图表可知，噪声主要集中在2500Hz以下频率，呈现中低频噪声特性，低频成分丰富，峰值出现在63Hz频率周围。在中低频段各频率噪声水平线比较平稳，主要为轨道交通噪声、机动车辆噪声等所产生的低频噪声。通过现场诊断，该住区噪声超标主要的噪声源有以下两方面：（1）城市轨道交通，这种声音基本上属于低音而且伴随着振动；（2）城市主干道、城市高速路，道路噪声叠加。道路呈上坡趋势，车辆越多（重型车辆居多）、车速越大其噪音就越强。

3 道路交通噪声的控制

3.1 小区噪声控制目标

利用Soundplan噪声预测评估软件对小区周边的噪声边界情况进行模拟分析，如图3和表4所示。

图3 小区噪声边界模拟

表4 A、C小区噪声边界条件模拟情况（dB（A））

由模拟分析可知，A小区西面存在交通主干道和轻轨线路，噪声情况最严重，昼间噪声值最高为69.8dB（A），而其他三面的噪声值则相对低一些，在61～65dB（A）之间。通过与实测的结果进行对比，实际测量A小区西面昼间在20min时间内等效连续A声级为69.1dB（A），与模拟结果差异较小，说明模拟结果可信。C小区该地块四周为城市次干道，在地块的东面存在一条城市快速通道，因此东面的噪声最严重达到68.7dB（A），而其他三面的噪声值则相对低一些，在57～64dB（A）之间。

考虑小区的实际地形情况，以昼间允许噪声值作为设计降噪目标，结合现场声环境实测数据，可取A小区西侧交通噪声70dB（A），C小区东侧交通噪声65dB（A）。A小区西侧轨道交通噪声峰值高达75 dB（A），该路段轨道噪声在夜间11:00停止运营，对住户夜间休息影响不大，因此，夜间轨道噪声的影响可不作考虑。降噪量设计计算表如表5所示。

表5 降噪量设计计算表

3.2 噪声控制策略

该住区的环境噪声主要包括轨道交通、高速路机动车运行时的噪声、二次辐射噪声及机械噪声等。设置声屏障是降低该住区噪声的有效措施之一，如图4所示。

图4 声屏障的声绕射原理图

在声屏障背部形成一个“声影区”，使位于“声影区”内的噪声级低于未设置声屏障时的噪声级。降噪量的大小主要取决于声源发出的声波沿三条路径传播的声能分配。声屏障的作用就是阻挡直达声的传播，隔离透射声，并使绕射声有足够的衰减。绕射声衰减的大小与声波的绕射角和声波的波长有关，随着绕射角的增大而增大，随着波长的增大而减少。声屏障设计中通常忽略声屏障的透射声影响，只考虑声屏障边缘的绕射作用，一般要求透射声能比绕射声能低得多，至少要求声屏投射声的传声损失比绕射声能大于等于10dB。声屏障隔声效果如图5所示。

图5 A、C小区交通噪声传播分析图

3.3 声屏障设计计算

噪声（线声源）通过声屏障绕射声衰减△Ld是声源、受声点和声屏障三者的几何关系，其计算公式如下：

式中：f为声波频率，Hz；δ为声程差，δ=a+b-d，m；c为声速，m/s。

在A小区靠近轻轨和C小区邻近主干道一侧的建筑外分别选取5个噪声接受处，具体的建筑位置如图3所示，在A小区13#的1.2m、3.7m，14#的3.7m以及18#的1.2m、3.7m， 分别命名接收点1—5；在C小区56#的1.2m、3.7m ，58#3.7m，以及61#的1.2m、3.7m，分别命名接受点6—10。对各个接收点进行隔声降噪量，计算无限长线声源，无限长隔声屏障绕射声衰减△Ld的计算结果如表6所示。

表6 A、C小区围墙处不同高度隔声屏障降噪量理论计算值（dB（A））

由于实际生活中隔声屏以及道路不是无限长的，故需要对表6中的△Ld进行修正计算，根据相关工程经验，对具有地面覆盖物吸声作用的居住区，将敏感点端部的噪声标准降低3dB来确定声屏障长度，则有限长声屏障的降噪量可按下式计算：

式中：a为声屏障对接受点的遮蔽角；△L为声屏障顶部绕射衰减量，dB（A）；x为声屏障侧向延伸长度与接受点至声屏障的垂直距离之比值。

依据《声屏障声学设计和测量规范》中规定将依照下图对△Ld进行修正，修正后的△Ld取决于遮蔽角β/θ，修正后的△Ld如表7所示。

表7 A、C小区围墙处不同高度隔声屏障降噪量修正计算值（dB（A））

3.4 降噪效果分析

在A小区紧临近轨道线一侧设置声屏障，A小区与交通干道存在高差，场地高于交通线路的高度有利于降噪；在C小区靠近高速路一侧设置声屏障。经声传播路径散射计算，降噪效果如表8所示。

表8 小区最不利区域降噪效果

根据以上数据分析，若在A小区紧邻轨道线一侧及小区围墙均设置高度为6m的隔声屏障，其昼间可满足《声环境质量标准》GB 3096-20082类区声环境标准。若在C小区靠城市快速路一侧及小区围墙一圈均设置高度为5m的隔声屏障，其昼间、夜间的降噪效果均能满足 《声环境质量标准》GB 3096-20082类区声环境标准。

4 声环境改善综合策略

4.1 隔声屏障设计

声屏障的形状设计。主声屏障的形状要包括直立型、折板型、弯弧型、顶部圆柱吸声型、半封闭型及全封闭型等，如图6所示。因小区的敏感点区域只从道路的单侧上考虑降噪措施，故不存在完全封闭状态。声屏障的形状选择主要依据声屏障的插入损失及现场条件决定。在一定高度的范围内，声屏障的插入损失与等效高度成正比关系。直立型声屏障的等效高速与声屏障本身高度等同，而折板型和弯弧形声屏障的有等效高度从理论分析要高于本身高度。综合生产安装难度、成本、视觉效果和降噪效果等，该住区隔声屏障采用产生渐变过程的弯弧型吸隔声屏障比较合理。

图6 不同类型隔声屏障等效高度对比

隔声屏障的材料选取。金属声屏障的减噪效果与噪声的频率成分关系很大，对大于2000Hz的高频声比800～1000Hz左右的中频声的减噪效果要好，但对于25Hz左右的低频声，则由于声波波长比较长而很容易从屏障上方绕射过去，所以效果就差。由于交通噪声中低频噪声对居住区声环境影响较大，在材料选取时要综合进行考虑，应加入吸收低频噪声的材料。低频噪声的吸声更多的是采用共振吸声结构，当入射声波的频率与共振吸声结构的固有频率一致时，共振吸声结构就会发生共振现象，由于低频声波比高频声波容易激发共振，因此共振吸声结构的主要吸声频带在低频[8]。采用铝合金板作为声屏障制作原材料，隔声性能在30～35dB（A），为增加声屏障板对交通噪声中低频的吸声系数，可选择容重高的多孔吸声材料。在满足隔声要求的基础上，也可在金属声屏障中部加透明屏体，选择高透光率、便维护、寿命长、安全系数高的PMMA板（亚克力板）。

4.2 声景观设计

声屏障设在小区边界处，属于小区景观设计的一部分，在设计时，应从视觉以及生态两个方面对声屏障进行景观设计。在视觉上，窗外的视野是否被遮蔽将极大地影响住户的用户体验，声屏障的设置选用透明材料为佳。由于住区交通噪声污染较为严重，将会做较长的声屏障，这样势必会使景观环境产生单调以及不和谐的感觉，若将声屏障与景观绿植墙相结合，可与小区环境融合，减少压抑感。隔声屏障的长度则应使列车噪声在隔声屏障端部侧向绕射影响尽量减少，同时也应满足建筑限界和其它设施位置的需要，尽可能与周围建筑物协调一致。

如图7所示，结合景观墙体+绿化种植+透明隔声屏障（绿化隔声屏障声学效果：RW＞18dB，NRC＞0.5），三重隔声措施相结合，最大程度地对住区声环境起到隔声降噪的效果，既能提升项目品质，又可提高住户居住舒适度。

图7 景观声屏障剖面示意图

此外，隔声屏障位置的设置还应满足轨道线路安全距离、建筑限界和其它设施位置的需要，同时还应尽可能与周围建筑物协调一致。设置隔声景观后，住区昼间交通噪声影响基本满足一类居住区昼间不大于55 dB（A）的要求、夜间不大于45 dB（A）的要求。

5 结语

道路交通噪声污染对住区声环境影响较大，噪声源不稳定，噪声成分复杂，主要为低频噪声，难以治理。针对交通噪声影响的控制，既要分析噪声源特点，又要结合因地制宜的思想，采取阻隔、吸收等措施减小噪声对居住环境的影响。

隔声屏障是改善交通噪声的一个重要方法，应用在交通噪声的传播过程控制中，通过分析噪声的传播途径和噪声特点，利用声屏障加以控制和减弱。隔声屏障的设计要根据实际的交通噪声特点、影响范围加以分析计算，在满足住区声环境质量要求的基础上，从住区整体环境入手，利用景观隔声墙、绿化种植等技术，满足人们的审美和采光等需求，实现功能和环境的结合。