交通声屏障应用现状与发展趋势分析

乔小龙

（河北高速公路集团有限公司石安分公司，河北 石家庄 051430）

一、引言

近年来，我国城市轨道交通网、道路网密度逐渐提高，极大地方便了公众出行，但由此引发的交通噪声污染同样备受社会关注，尤其是快速路、高速公路、城市轨道及高铁沿线居民，饱受交通噪声困扰。《2021中国环境噪声污染防治报告》[1]显示，2020年，全国城市功能区声环境质量统计中，4a类功能区（道路交通干线两侧区域）和1类功能区（居住文教区）夜间达标率持续偏低，分别为62.9%和75.3%。

2021年12月24日通过的《中华人民共和国噪声污染防治法》（以下简称“新《噪声法》”）[2]，自2022年6月5日起施行。新《噪声法》围绕强化规划源头防控、明确相关部门监管职责、准确界定防治对象、完善主要噪声源管理措施、强化违法处罚等方面实施了修改，这标志着我国对噪声污染的防治水平上升到了新高度。

与道路交通噪声强弱程度直接相关的因素有很多，从污染防治的角度来讲应该从噪声源、传播途径和接受者三个方面入手。声屏障是通过阻止直达声的传播，隔离透射声，并使衍射声衰减进而降低噪声的影响[3]。相较于其他降噪手段，声屏障具有降噪明显、占地较小、便于维护且维护费用低等优势，在道路交通、轨道交通领域应用广泛，是防治交通噪声污染的重要措施。

二、应用现状

声屏障的研究和应用始于国外，日、美、法等国家在20世纪60年代便开展了声屏障的理论研究和应用。由于城市发展进度较晚和资金问题，我国在声屏障研究应用方面起步较晚，但发展迅速。1992年，首次在贵州省贵黄高速公路上安装了数百米实验性声屏障，至20世纪末，在上海等城市路段已安装有数段道路声屏障。目前，声屏障在我国广泛应用，积累了较为丰富的经验，但在声屏障的修建比例、质量、工艺结构等方面与发达国家相比仍有一定差距，有待进一步加强。

声屏障主要通过测定实际插入损失降噪评价效果，其影响因素有设计结构、应用材料等。本文针对不同交通噪声的特征需要，组合设计声屏障的结构、材料，以达到预期的降噪效果。

（一）声屏障结构设计现状

声屏障按竖向结构分类有直立型、折臂型（倒L型、T型、边缘顶部结构型、Y型、鹿角型）、弧型等，如图1所示。按封闭形式分类可分为开放式、半封闭式和封闭式，其中半封闭式声屏障的顶部或一侧为镂空区。声屏障结构设计的关键在于障板高度、顶部结构、表面和背板结构三个方面。

图1 不同设计结构的声屏障

1.声屏障障板高度

增加声屏障障板高度是提升降噪效果最直接的方法。但过大的障板高度会大幅增加声屏障的应用成本，还会产生空间压抑感，因此，不能为了追求降噪效果无限增大障板高度。据统计，在实际应用中开放式声屏障的高度一般不超过5米。以天津市为例，大部分声屏障的高度为3米左右，少数为4米。对降噪要求较高时，可采用效果更佳的半封闭式或封闭式的声屏障。

2.声屏障顶部结构

为保证降噪效果，通常在竖直障板顶端加一些几何结构来提高声屏障的有效高度，从而增加障板的隔声性能。不同顶部结构的声屏障会产生不同的降噪效果。王金瑞等[4]根据0Hz～5000Hz频域段内直立型、内倾折壁型、Y型和T型四种顶部结构的绕射量变化曲线来选择最佳构型，结果表明，Y形和T形结构绕射声衰减量最多，且几乎相等。隔声型声屏障采用内侧倾斜式结构并尽量减小倾斜角时，降噪效果更好。朱飞[5]研究了不同类型的双侧声屏障、单侧声屏障对不同楼层的降噪效果影响，为声屏障结构形式的选择提供了指导。

3.声屏障表面和背板结构

将吸声构造如百叶窗、微穿孔板、声子晶体、吸声尖劈、空腔结构等设置在声屏障的表面和背板，能达到理想的降噪效果，其中以百叶窗配合空腔结构应用最为广泛。徐志强研究得到了内侧为微穿孔板式的声屏障设计参数。张琛良[6]设计研究了表面带有三角尖劈的声屏障后，发现增大三角形宽度和角度可以提高降噪效果。秦晓春等[7]利用立柱回收建立了声子晶体型声屏障，实现了绿色循环与新型降噪理念的结合，具有针对性好、美观性高、耐久性强、成本低、降噪效果更优的特点，应用前景广阔。

当前，我国声屏障还存在结构简单，形式单一等问题，多数声屏障都根据固定的图纸设计，较少基于路段的实际噪声构成设计，在声屏障结构的研究和实际应用方面还有很大的提升空间。以天津市为例，现有建成声屏障以弧型居多，其次是直立型、折臂型，其他形式较少，降噪针对性不强，在实际应用中的降噪效果和预期存在差距。

（二）声屏障材料应用现状

根据行业标准，声屏障材料分为声学材料和结构材料两类。声学材料是用以改变声场分布的主要因素，根据声学性能分为隔声材料和吸声材料。结构材料为形成公路声屏障的骨架材料，包括金属型材、混凝土柱等。

声学材料中，常见的隔声材料主要有混凝土类、金属合金类（彩钢板等）、玻璃类、有机塑料类（PC板、亚克力板）；常见的吸声材料主要有纤维类（玻璃棉等）、泡沫金属声屏障。近年来，颗粒类新型材料（如砂岩板、聚合物-粉煤灰陶粒等）因优异的性能逐渐兴起，用砂岩板替代原有的隔板与填充物的组合，不易进水和积水，能够有效延长使用寿命。王建辉等[10]综合两种材料特性研制了吸声性能良好的聚合物-粉煤灰陶粒声屏障。目前主要声屏障声学材料优缺点及其应用状况如图2所示。

图2 声屏障声学材料优缺点及其应用状况

一般声屏障会影响采光、通风和景观美观，增加驾驶员的疲劳感。因此在设计声屏障时，通过采用不同的材质组合，增加透明材质，能够在降低噪声的同时，与环境保持协调一致和美观。

三、发展趋势

“十四五”期间，我国将完成铁路建设约1.9万公里、建成通车公路约30.2万公里、新增轨道交通运营里程约3400公里，考虑到高铁、公路和城市轨道交通存量对声屏障加装与改造的需求，预计“十四五”期间我国交通声屏障的年均新增产值将达到26亿元以上。巨大的市场需求推动了我国声屏障技术的快速发展。经过分析，未来声屏障的发展趋势主要包括有针对性的结构设计、融合环境的声屏障景观设计，以及多功能复合声屏障。

（一）有针对性的结构设计

各地区的道路条件、交通结构有所不同，导致等效噪声频率有所不同，需要进一步改进设计声屏障。山东高速公路的交通构成以大货车为主，交通噪声趋于中低频范围，采用传统声屏障效果不足，故利用空腔共振结构吸声理论结合地面吸收衰减修正量，优化设计了以315Hz为等效频率、以大型车为主的高速公路声屏障，并取得较好的降噪效果。

（二）融合环境的声屏障景观设计

声屏障作为一种建筑形式，必然会对周围的环境产生影响。一个设计优秀的声屏障，除了要有明显的降噪作用，还应能与周围环境相融合，为环境增加新的亮点。

（三）多功能复合声屏障

积极研发多功能复合声屏障，既满足当前社会发展绿色低碳的要求，又能产生较好的经济效益。多功能复合屏障包括光伏太阳能声屏障、降噪发电声屏障、生态声屏障等，各种类型的优缺点如图3所示。

图3 新式多功能声屏障优缺点

四、结语

现阶段声屏障在我国交通领域广泛应用，发展前景广阔。目前，我国交通声屏障的应用还存在形式结构单一、设计针对性不强、与环境协调性不高等问题。本文综合国内外情况，提出国内交通声屏障设计应更具针对性、与环境更加融合、功能更加复合的发展趋势，为未来声屏障的健康发展提供有效参考。