城市典型高架復(fù)合道路交通噪聲污染模擬及防治對策

彭蔭來,廖宇強(qiáng),梅立永,薛 丹,褚艷玲

(1.深圳市羅湖區(qū)環(huán)境保護(hù)局,廣東 深圳 518019;2.深港產(chǎn)學(xué)研環(huán)境技術(shù)中心,廣東 深圳518057)

·監(jiān)測技術(shù)·

城市典型高架復(fù)合道路交通噪聲污染模擬及防治對策

彭蔭來1,廖宇強(qiáng)1,梅立永2,薛 丹2,褚艷玲2

(1.深圳市羅湖區(qū)環(huán)境保護(hù)局,廣東 深圳 518019;2.深港產(chǎn)學(xué)研環(huán)境技術(shù)中心,廣東 深圳518057)

與一般城市道路相比,城市高架復(fù)合道路通行能力大、行車速度高、車輛行駛狀態(tài)復(fù)雜,交通噪聲污染極為突出。選取深圳市典型的高架復(fù)合道路——春風(fēng)高架和愛國高架進(jìn)行實地監(jiān)測,同時運(yùn)用 SoundPLAN軟件模擬其噪聲污染現(xiàn)狀與安裝聲屏障后的降噪效果。根據(jù)監(jiān)測模擬結(jié)果,從合理進(jìn)行道路規(guī)劃、裝設(shè)聲屏障和鋪設(shè)低噪聲路面等方面提出高架復(fù)合道路噪聲污染控制的對策建議。

高架復(fù)合道路;聲屏障;低噪聲路面;噪聲模擬

建設(shè)地下通道 (地鐵、隧道)或高架橋,發(fā)展多元化、立體化、高效能的綜合交通網(wǎng)絡(luò)是解決大中城市交通擁擠的有效途徑[1]。然而大量監(jiān)測資料表明,高架復(fù)合道路通行能力大、行車速度高、車輛行駛狀態(tài)復(fù)雜,交通噪聲污染極為突出[2～4]。特別是穿越城區(qū)密集建筑群的城市高架快速路,多為在原有道路上加建,距離噪聲敏感目標(biāo)特別近,導(dǎo)致嚴(yán)重的噪聲污染[1,5]。如何科學(xué)地評估高架復(fù)合道路的交通噪聲影響,提出相應(yīng)的污染防治對策,是環(huán)境聲學(xué)領(lǐng)域中廣為關(guān)注的課題[6]。筆者通過對深圳市愛國高架、春風(fēng)高架等高架復(fù)合道路典型路段的調(diào)查監(jiān)測及模擬研究,評估城市高架快速路噪聲污染現(xiàn)狀分布和降噪措施的處理效果,以期提出有針對性的對策及措施。

1 深圳市高架復(fù)合道路概況

經(jīng)過幾十年的城市建設(shè),深圳市道路容量已趨于飽和,每天路面行駛車輛超過 140萬,按現(xiàn)有道路 2 000多 km計算,已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過國際上 270輛 /km的飽和容量標(biāo)準(zhǔn),車輛密集的中心城區(qū)更是嚴(yán)重超負(fù)荷。據(jù) 2001～2007年環(huán)保部門監(jiān)測結(jié)果,全市道路交通噪聲平均值呈顯著上升趨勢,從68.2 dB(A)逐年上升到69.4 dB(A),而達(dá)標(biāo)率則從 2002年的 84.3%下滑到 2007年的 50.3%。

為緩解道路交通壓力,一批立交橋和高架橋應(yīng)運(yùn)而生。由于這些高架橋和立交橋都是在原有道路和道路交匯點上加建的,兩側(cè)多為商業(yè)和居民住宅區(qū),有的建筑和橋體的直線距離還不到 2 m(被形象地稱為“握手橋”),造成嚴(yán)重的噪聲污染。目前特區(qū)內(nèi)已建有春風(fēng)路高架橋、愛國路高架橋架等高架復(fù)合道路,道路等級多為城市快速路,晝夜車流量均大,噪聲擾民現(xiàn)象極為突出。根據(jù)對臨街敏感建筑 24 h連續(xù)監(jiān)測結(jié)果,兩側(cè)敏感點的連續(xù)等效聲級晝間為 66.7～75.2 dB(A),夜間為 62.2～70 dB(A),噪聲超標(biāo)極為嚴(yán)重。

2 研究方法

采用現(xiàn)場實測和軟件模擬兩種方式,對深圳市復(fù)合高架道路典型路段進(jìn)行噪聲監(jiān)測和計算。

2.1 監(jiān)測方案

噪聲測量嚴(yán)格遵守《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》GB 3096—2008。測量在無雨、無雪,風(fēng)速小于5.0 m/s的氣象條件下進(jìn)行;各測點進(jìn)行多次測量,測量周期為 20 min,采樣時間間隔 0.1 s;晝、夜間分別測量。

2.2 軟件模擬

模型軟件采用德國的 SoundPLAN模型。SoundPLAN軟件 (圖 1)自 1986年由 Braunstein+Berndt GmbH軟件設(shè)計師和咨詢專家頒布以來,迅速成為德國戶外聲學(xué)軟件的標(biāo)準(zhǔn),并逐漸成為世界關(guān)于噪聲預(yù)測、制圖及評估的領(lǐng)先軟件[7]。

圖1 SoundPLAN軟件界面

采用 SoundPLAN軟件可模擬幾何衰減、地面效應(yīng)、表面反射以及障礙物引起的屏蔽等衰減項,同時考慮了空氣吸收衰減、建筑物多次反射等影響因素,它可覆蓋接受點周圍的整個區(qū)域。

SoundPLAN的建模、計算及評估都是基于 ISO和其他標(biāo)準(zhǔn),將實際的生活環(huán)境轉(zhuǎn)化成抽象的數(shù)學(xué)模型,自動進(jìn)行計算,計算的類型根據(jù)用戶需要選擇,包括噪聲圍線圖,色階圖,建筑物表面聲壓級分布,特定點噪聲計算等。

噪聲分布圖是通過對感興趣的區(qū)域劃分網(wǎng)格,計算網(wǎng)格點得到。這里主要介紹單個點響應(yīng)的計算過程。根據(jù)激勵源互不相關(guān)性,對某點的響應(yīng)可以分別計算所有聲源的貢獻(xiàn)加以疊加。

而對某單個聲源的貢獻(xiàn)可由下式計算:

式中Lw為單個聲源的聲功率,C1…Cn為各個不同傳播模式的修正系數(shù),包括直達(dá)聲場、空氣吸收、衍射聲場、地面影響、反射聲場。

SoundPLAN使用扇形模型進(jìn)行聲場計算。從接受點出發(fā),發(fā)射“射線”覆蓋所有要考慮的區(qū)域和實體,包括源、反射體、聲屏障,地面衰減區(qū)等。射線間隔為 1°(缺省值),也可以自行設(shè)定,間隔越小,計算將會越精確,也越慢。

研究顯示,扇形掃描比射線掃描精確很多,它可以覆蓋接受點周圍的整個區(qū)域,而射線掃描則會忽略掉射線間的部分。SoundPLAN在掃描方向發(fā)現(xiàn)一個聲源,它將自動計算包含在該扇面聲源部分。

在噪聲預(yù)測分析軟件 SoundPLAN等的支持下,還可繪制噪聲等值分布圖、噪聲敏感點噪聲分布圖和三維噪聲分布等,可以表現(xiàn)不同高度 (地面,10 m,20 m等)的等值線或某個橫斷面的等值線,還可以以動畫形式進(jìn)行動態(tài)演示。

3 高架復(fù)合道路聲場分布特征

城市高架復(fù)合道路由上層高架道路和下層地面道路組成。上層對于下層相當(dāng)于無限長的聲屏障,一般都設(shè)有護(hù)欄,其作用也相當(dāng)于一聲屏障。高架復(fù)合道路的聲場是高架道路、地面道路交通噪聲的疊加結(jié)果 (圖 2)。

圖2 高架復(fù)合道路聲場分布

高架橋下橋面也會對橋下兩側(cè)行駛車輛產(chǎn)生的噪聲造成反射而使噪聲增強(qiáng)[4](圖 3)。

晞月意欲跟進(jìn)伺候，青櫻身姿一晃，側(cè)身攔住，輕聲道：“這里不能沒有人主持，太后和太妃們都去歇息了，主子娘娘和我進(jìn)去，姐姐就是位分最高的側(cè)福晉?！?/p>

圖3 高架橋的下橋面對聲波的反射作用

4 典型路段噪聲分析

4.1 春風(fēng)路高架橋噪聲污染模擬

春風(fēng)路高架橋位于東環(huán)干道高架橋人民南路段,每天有無數(shù)車輛快速通行,建成后引發(fā)了市民大量的交通噪聲投訴。尤其是周圍的羅湖中學(xué)、羅湖小學(xué)和羅湖醫(yī)院住院部等噪聲敏感區(qū),更是深受交通噪聲之苦。春風(fēng)路高架橋隔聲屏的建設(shè),在一定程度減輕了高架橋噪聲對周圍居民的影響。案例采用 SoundPLAN軟件,對春風(fēng)路高架橋聲屏障的降噪效果進(jìn)行了模擬分析。

首先對高架和地面道路、聲屏障、周圍地形、建筑物等進(jìn)行建模,主要參數(shù)見表 1。

表1 春風(fēng)_高架噪聲模擬參數(shù)取值

選取羅湖第五醫(yī)院住院樓為噪聲敏感目標(biāo),模擬得出現(xiàn)狀 (有聲屏障)和無聲屏障兩種情形下的噪聲分布如圖 4,并選取有代表性的樓層進(jìn)行監(jiān)測,監(jiān)測值和模擬結(jié)果見表 2。

表 2_羅湖第五醫(yī)院住院樓各樓層晝間噪聲監(jiān)測與預(yù)測值

模擬誤差 3.0 dB(A),屬可接受水平范圍。

由圖 4可以看出加設(shè)聲屏障前后不同樓層的噪聲變化,聲屏障僅對第 8層以下樓層有 1～13 dB(A)的降噪效果,而對第 10層以上樓層基本無效果。

圖4 羅湖第五醫(yī)院住院樓各樓層晝間噪聲預(yù)測

4.2 愛國高架噪聲污染現(xiàn)狀模擬

愛國高架為典型的高架復(fù)合交通道路,主車道為雙向 6車道,高架路全長 1 710m,路面為一般瀝青路面;晝間車流量約為 6 000輛 /h,夜間約 3 500輛/h,其中大車比例白天約占 20%,夜間有大型貨柜車通行,約占 15%;小型車輛平均車速約為70 km/h,大車平均車速約為50 km/h。

圖5為采用 SoundPLAN軟件模擬的愛國高架及周邊地區(qū)的現(xiàn)狀噪聲分布,可以看出高架橋沿線兩側(cè)噪聲超標(biāo)極為嚴(yán)重。

圖5 愛國路高架橋沿線噪聲分布現(xiàn)狀模擬

選取臨近敏感點—泰寧公寓臨路一側(cè)各樓層進(jìn)行晝夜監(jiān)測,并對安裝 3.5m聲屏障后各樓層噪聲進(jìn)行模擬預(yù)測,比較結(jié)果見圖 7。

由現(xiàn)狀模擬結(jié)果得出,愛國高架周邊噪聲污染極為嚴(yán)重,模擬預(yù)測在安裝 3.5m聲屏障后周邊區(qū)域噪聲有所下降,但并不顯著。臨近的敏感建筑物晝間噪聲僅可降低 0.1～2.8 dB(A),夜間降低0.1～2.9 dB(A),聲屏障的降噪效果隨著樓層的增加而降低。

5 城市高架復(fù)合道路交通噪聲污染防治對策

與原有道路形式相比,高架復(fù)合道路車流總量急劇增加,車行速度快,聲源位置高,道路的特殊結(jié)構(gòu)決定了它有別于一般城市道路的噪聲聲場分布;在與道旁建筑物距離過近的復(fù)合道路高架路上安裝聲屏障,會因地面道路的噪聲影響及第一排建筑物的反射,而降低其隔聲效果,且只對一定高度范圍有效。

另外,城市高架復(fù)合道路交通噪聲污染治理涉及到城市土地利用、功能規(guī)劃、道路建設(shè)、交通管理、環(huán)境保護(hù)、建筑設(shè)計等多領(lǐng)域、多方面的問題,必須采取綜合防治的對策。

5.1 合理進(jìn)行道路規(guī)劃

對道路進(jìn)行合理的規(guī)劃和設(shè)計,加快優(yōu)化市區(qū)道路結(jié)構(gòu),改善道路通行能力,能大大降低交通噪聲污染。在聲環(huán)境敏感區(qū)域內(nèi)建設(shè)高架復(fù)合道路時,首先要進(jìn)行交通噪聲預(yù)測和環(huán)境影響評價,并采取相應(yīng)的降噪措施,對周邊建筑進(jìn)行降噪保護(hù)。

5.2 改善道路交通條件

控制道路交通噪聲的根本途徑,在于切實改善道路交通條件,如裝設(shè)聲屏障、鋪設(shè)低噪聲路面等。

(1)設(shè)置聲屏障

由案例研究可知,設(shè)立聲屏障對降低高架復(fù)合道路交通噪聲具有一定作用。近年來,深圳市已實施多項復(fù)合道路聲屏障工程 (濱河路春風(fēng)高架、北環(huán)大道南坪立交等),同時將西部通道接駁線改為下沉式全封閉道路,大大降低了交通噪聲對沿線民居的影響。但應(yīng)注意的是,高架復(fù)合道路由于形成混響聲場,因而其聲屏障的降噪效果沒有在空闊地帶好,聲屏障設(shè)計需根據(jù)實地地形及高架路與敏感目標(biāo)的相對位置關(guān)系等選擇合適的形式和材料。

(2)路面改造

隨著道路交通暢通工程的實施,車速不斷提高,輪胎路面噪聲日益突出。當(dāng)車速大于 50 km/h(小型車),輪胎路面接觸噪聲將成為主要噪聲源。因此,路面設(shè)計要選擇先進(jìn)和適用的結(jié)構(gòu)、材料和施工方法,以便在滿足車輛抗滑的前提下,降低輪胎和路面摩擦、擠壓造成的噪聲。近年來,深圳市已在深南路、上步路、皇崗路等不少路段都鋪設(shè)了改性瀝青多孔吸聲路面 (S MA路面),相比水泥路面,其降噪量多在 3～5 dB(A),降噪效果較為明顯。建議將愛國高架等高架部分的路面改造為 S MA路面,以降低噪聲對臨街敏感建筑的噪聲影響。

[1]張延青.城市高架快速路交通噪聲的環(huán)境影響及防治對策[J].環(huán)境工程,1998(4):53-56.

[2]張九躍,王曉寧.大型立交交通噪聲污染特性分析[J].城市道橋與防洪,2008(11):15-20.

[3]盛曄,潘仲麟.高架復(fù)合道路噪聲聲場分布研究[J].環(huán)境污染與防治,2002,24(6):368-370.

[4]仝紀(jì)龍,袁九毅,郭志亮,等.高架橋-地面復(fù)合型道路交通噪聲的分析[J].甘肅環(huán)境研究與監(jiān)測,2003,16(4):297-300.

[5]王毅,劉曉濱.北京市高架道、橋交通噪聲狀況調(diào)查與對策研究[J].中國環(huán)境監(jiān)測,1999,15(2):47-50.

[6]宮瑞婷.城市道路交通噪聲污染分析與對策研究[J].北京建筑工程學(xué)院學(xué)報,2004,20(1):84-87.

[7]SoundPLAN user's manual.Version 6.5.Braunstein+Berndt GmbH/SoundPLAN LLC(2008).

Modeling and Countermeasures Study on Traffic-Noise Pollution of Urban Elevated Complex Road

PENG Yin-lai1,LIAO Yu-qiangi1,MEILi-yong2,XUE Dan2,CHU Yan-ling2
(1.Luohu Environmental Protection Department,Shenzhen,Guangdong 518019,China;2 Environmental Technology Center,Shenzhen-Hong Kong Institution of Industry,Shenzhen,Guangdong 518057,China)

In comparison w ith ordinary urban roads,the elevated complex roads are featured w ith greater traffic capacity,higher driving speed and m ore complicated driving condition,therefore the traffic-noise pollution is very prom inent.The study has taken two typical elevated complex roads in Shenzhen,Chunfeng and A iguo roads,as examples to carry out field m onitoring.Base on the field data,SoundPLAN software was applied to model the status of noise pollution,also the noise reduction effect after the installation of sound barriers.According to the results of modeling,suggestions on noise pollution control of the elevated complex roads were made from the aspects of sensible road planning,installation of sound barrier,and laying of low-noise road surface.

elevated complex road;sound barrier;low-noise road surface;noise m odeling

X 839

B

1674-6732(2010)-06-0018-04

10.3969/j.issn.1674-6732.2010.06.006

2010-01-28;

2010-02-04

深圳市羅湖區(qū)軟科學(xué)研究計劃項目(2008091)。

彭蔭來 (1965—),男,高級工程師,碩士,主要從事環(huán)境監(jiān)測與管理、噪聲污染防治等工作。