A小區(qū)道路交通噪聲控制方案設(shè)計
摘要:介紹并分析了A小區(qū)的聲環(huán)境狀況、噪聲源特點(diǎn)，在對其的聲學(xué)效果、經(jīng)濟(jì)、安全以及可行性等因素進(jìn)行論證的基礎(chǔ)上，設(shè)計了一種理想的噪聲控制方案。
關(guān)鍵詞:交通噪聲,控制方案,聲環(huán)境
1 項(xiàng)目概述
A小區(qū)位于北京某高新開發(fā)區(qū)內(nèi)，小區(qū)總戶數(shù)596戶。位于小區(qū)旁邊的西環(huán)北路是開發(fā)區(qū)重要的貨運(yùn)通道，根據(jù)2008年3月份交通流量調(diào)查，該路早高峰（8∶00～9∶00）雙向交通流量為3275輛/小時，晚高峰（17∶00～18∶00）為 4095輛/小時，其中貨車占30%。由于A小區(qū)未采取任何降噪措施，道路交通噪聲嚴(yán)重干擾了居民生活。
該小區(qū)位于西環(huán)北路東側(cè)，西北側(cè)路口為一3m高的橋梁，西南側(cè)為路口。西環(huán)北路道路中心線距離小區(qū)的敏感建筑約48.5m，距離小區(qū)圍墻約42.5m。西環(huán)北路在小區(qū)中央位置處往北開始逐漸升高至橋梁高度（約3.5m高）。小區(qū)現(xiàn)狀平面布置圖和實(shí)景圖參見圖1、圖2。
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2 噪聲源分析
機(jī)動車輛噪聲源按與車速、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的相關(guān)性，可分為如下三類聲源：
（1）與車速相關(guān)的排氣噪聲、進(jìn)氣噪聲、風(fēng)扇噪聲、發(fā)動機(jī)表面輻射噪聲以及由發(fā)動機(jī)帶動的發(fā)電機(jī)、空氣壓縮機(jī)噪聲等。
（2）與發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速相關(guān)的傳動系統(tǒng)噪聲、輪胎-路面噪聲、車體振動及氣流噪聲等。
（3）機(jī)動車輛的鳴笛噪聲、剎車噪聲及其它通訊裝置產(chǎn)生的噪聲等。
根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測情況，該小區(qū)西環(huán)北路的噪聲源主要來自機(jī)動車，晝間小區(qū)段車輛以小型車最多，其次是中型車，大型車較少；夜間大型車所占比例明顯上升，小區(qū)北段為橋梁，發(fā)動機(jī)因加速爬坡會產(chǎn)生十分明顯的排氣噪聲。噪聲頻譜以中低頻為主。
3 噪聲監(jiān)測點(diǎn)的選擇及監(jiān)測結(jié)果
3.1 噪聲監(jiān)測點(diǎn)的選擇
根據(jù)小區(qū)實(shí)際情況選定有代表性的位置作為噪聲監(jiān)測點(diǎn)，同時作為噪聲敏感點(diǎn)，所得數(shù)據(jù)為治理方案的設(shè)計依據(jù)。噪聲監(jiān)測共設(shè)置12個點(diǎn)（見表1），因小區(qū)中部為道路和物業(yè)用房，故未在小區(qū)正中部選取監(jiān)測點(diǎn)。同時對小區(qū)同時進(jìn)行了噪聲敏感點(diǎn)垂直監(jiān)測。小區(qū)的噪聲監(jiān)測點(diǎn)①～⑧的位置見圖3、圖4。
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3.2 噪聲監(jiān)測結(jié)果
本次噪聲監(jiān)測，進(jìn)行了噪聲及噪聲衰減監(jiān)測，并同步記錄車流量，結(jié)果見表2。
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4 噪聲監(jiān)測數(shù)據(jù)分析
4.1 敏感點(diǎn)噪聲監(jiān)測數(shù)據(jù)分析
在12個監(jiān)測點(diǎn)中，有10個監(jiān)測點(diǎn)為噪聲敏感點(diǎn)，晝、夜全部超過《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3096－2008）中4A類標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。晝間超標(biāo)量在3.0～11.0dB（A）之間，夜間超標(biāo)量在1.0～9.0dB（A）之間。
另外，由于西環(huán)北路竣工時間不長，監(jiān)測結(jié)果所記錄的車流量并沒有達(dá)到設(shè)計車流量數(shù)據(jù)（晚高峰時達(dá)到 4095輛/小時），隨著來往車輛的增多，噪聲危害將會進(jìn)一步加重。
4.2 垂直監(jiān)測數(shù)據(jù)分析
從小區(qū)的垂直監(jiān)測數(shù)據(jù)可以看出，隨著高度的增加，噪聲值呈減少趨勢。分析這一趨勢產(chǎn)生的主要原因有：（1）小區(qū)圍墻較矮且為柵欄結(jié)構(gòu)，對馬路噪聲起不不到阻擋作用，對低層的噪聲衰減沒有作用；（2）圍墻與道路之間的區(qū)域所種樹木低矮稀疏，對低層監(jiān)測點(diǎn)，噪聲的衰減作用不明顯；（3）高層敏感點(diǎn)距離馬路較低層遠(yuǎn)，噪聲自然衰減較低層大；谏鲜鋈c(diǎn)原因，可知在類似于小區(qū)的地形地貌的環(huán)境中，樓房的高層噪聲要比低層小。
5 噪聲治理方案聲學(xué)設(shè)計
5.1 方案的選擇
根據(jù)相關(guān)設(shè)計資料及工程案例，本路段噪聲治理可以從以下三方面著手：
（1）從聲源方面入手的措施有：降低發(fā)動機(jī)噪聲、低速行使、設(shè)置減速帶等。
（2）從受聲源方面入手的措施有：搬遷居民。
（3）從傳播途徑入手的措施有：采用隔聲設(shè)備包括隔聲屏、隔聲門、隔聲窗等。
前兩項(xiàng)措施的實(shí)施難度很大，比較難實(shí)現(xiàn)。而且根據(jù)對某路的減速帶引起噪聲值變化測試的結(jié)果顯示，對于大型貨車通行時，設(shè)置減速帶，比不設(shè)置減速帶A聲級會增加10dB（A）以上，因此設(shè)置減速帶會誘發(fā)新的突發(fā)噪聲，且瞬間的沖擊噪聲對居民的休息影響更大。
由于隔聲屏是主要的降噪措施，隔聲門、隔聲窗可以配合隔聲屏共同治理道路交通噪聲。因此，應(yīng)從傳播途徑入手，即采用隔聲屏的治理措施。
5.2 隔聲屏障聲學(xué)設(shè)計
5.2.1 隔聲屏障降噪原理
隔聲屏障的降噪原理主要是在道路聲源和受聲點(diǎn)之間設(shè)置障礙物，主要功能是阻擋聲音的傳播，將一部分聲能反射回去，僅使部分聲能繞射過去，在隔聲屏障背后形成一個聲影區(qū)，從而使噪聲降低。道路聲源輻射的噪聲遇到隔聲屏障時將沿著三條途徑傳播：首先聲波是繞射至隔聲屏障聲影區(qū)；第二條是聲波直接透過隔聲屏障到達(dá)聲影區(qū)；第三條是聲波在隔聲屏障壁面上產(chǎn)生反射。隔聲屏障的降噪效果主要與屏障的高度和長度及聲源與受聲點(diǎn)的距離有關(guān)。其原理見圖5。
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在噪聲傳播的三個途徑中，繞射衰減量是最重要的設(shè)計指標(biāo)，因?yàn)樵诟袈暺琳系穆曈皡^(qū)中所能感受到的噪聲幾乎全部是繞射聲波。在決定隔聲屏障的降噪性能時，一般只對繞射聲波進(jìn)行計算，根據(jù)所需降噪量來確定隔聲屏障的高度、長度、材料以及結(jié)構(gòu)和形狀。在具體設(shè)計時還要同時考慮其它三個途徑的影響，必要時要做一定修正。由于噪聲傳播時存在反射，一般隔聲屏障應(yīng)具有吸聲功能。
在聲源高度的確定方面，因車輛行駛噪聲主要由動力噪聲和輪胎噪聲構(gòu)成，各類車輛的聲源高度不同，小型車為0.2～0.5m；中型車為0.7～1.0m；大型車為 1.5m。為簡化計算，取三種車型的平均高度1m為聲源高度。
該小區(qū)西環(huán)北路為雙向4車道，在確定聲源與受聲點(diǎn)距離時，按等效距離計算，等效距離DE計算公式如下：
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其中：DN—受聲點(diǎn)至最近的車道中心線距離，m； DF—受聲點(diǎn)至最遠(yuǎn)的車道中心線距離，m。
（1）無限長線聲源，無限長隔聲屏障繞射聲衰減
△Ld的計算公式
當(dāng)聲源為一無限長不相干線聲源時，其繞射聲衰減為：
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式中：f—聲波頻率，Hz；δ= A+B-d為聲程差， m；c—聲速，m/s。
（2）無限長線聲源及有限長隔聲屏障
△Ld仍由上述公式計算，然后根據(jù)圖6進(jìn)行修正。修正后的△Ld取決于遮蔽角β/θ。
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5.2.2 小區(qū)隔聲屏障聲學(xué)設(shè)計
根據(jù)相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)， 在現(xiàn)有監(jiān)測數(shù)據(jù)上增加 10dB（A）作為設(shè)計降噪量，其中5～7dB（A）為噪聲增加值，3dB（A）作為設(shè)計余量；另外，根據(jù)與業(yè)主溝通和現(xiàn)場實(shí)際情況，綜合提出如下設(shè)計方案：在小區(qū)現(xiàn)有圍墻處設(shè)置隔聲屏障，長度為367m，拆除現(xiàn)有小區(qū)圍墻。隔聲屏障平面布置圖見圖7，聲學(xué)計算用圖見圖8。
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根據(jù)小區(qū)敏感點(diǎn)所處位置情況，擬使隔聲屏障在北側(cè)拐彎處沿圍墻向東延伸30m，南側(cè)拐彎處沿圍墻向東延伸10m以與臨街建筑外墻相連。采用此布置方案主要是考慮到除西環(huán)北路外，小區(qū)南、北側(cè)外兩條城市次干道交通噪聲也會對敏感點(diǎn)產(chǎn)生較明顯的影響，此布置方案可盡量減少主、次干道對敏感區(qū)域的噪聲影響。
根據(jù)敏感點(diǎn)噪聲監(jiān)測數(shù)據(jù)，若使各噪聲敏感點(diǎn)達(dá)到設(shè)計降噪量的要求，南、中和北側(cè)隔聲屏障的降噪量理論上應(yīng)分別滿足大于等于20.33dB（A）、 18.85dB（A）和18.42dB（A）。
按無限長線聲源、無限長隔聲屏障計算，不同高度隔聲屏障的降噪效果見表3、表4。
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5.3 A小區(qū)隔聲屏障聲學(xué)設(shè)計結(jié)論
根據(jù)以上計算結(jié)果，只有建無限長隔聲屏障，且南、中和北側(cè)隔聲屏障的高度分別滿足大于等于 15m、13m、12m時才能達(dá)到降噪要求。但根據(jù)該地區(qū)目前的交通狀況，建造無限長隔聲屏障是不可行的。另外，根據(jù)計算及工程經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)隔聲屏障達(dá)到一定高度以后，已經(jīng)能大幅降低噪聲值，而再超過這一高度，降噪效果提高則不是很明顯，并且隔聲屏障的造價會隨著高度的增加而出現(xiàn)一個明顯上升的態(tài)勢。
綜合考慮安全、經(jīng)濟(jì)以及現(xiàn)場可行性等因素，經(jīng)與業(yè)主溝通，該小區(qū)噪聲控制目標(biāo)決定采用聲環(huán)境改善標(biāo)準(zhǔn)，并對隔聲屏障的長度及高度予以修正。
按無限長線聲源有限長隔聲屏障進(jìn)行修正，隔聲屏障的降噪效果如表5所示。
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參照《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3096－2008）和《城市區(qū)域環(huán)境噪聲適用區(qū)劃分技術(shù)規(guī)范》（GB／T 15190）的規(guī)定，確定小區(qū)臨街建筑室外設(shè)計目標(biāo)如下：小區(qū)臨街住戶室外朝向西環(huán)北路一側(cè)參照4A類標(biāo)準(zhǔn)，即晝間≤70dB（A），夜間≤55dB（A）。A小區(qū)道路交通噪聲控制方案設(shè)計如下：
（1）圍墻處隔聲屏障；
（2）自小區(qū)中部圍墻大門（平時不開啟）往南 130m及南側(cè)圍墻處設(shè)置屏障高度為7m，自小區(qū)中部大門往北197m及北側(cè)圍墻處設(shè)置屏障高度為8m；
（3）原小區(qū)中部大門改為隔聲門。
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