北京市軌道交通房山線聲屏障設(shè)計的聲學模擬

李建平,何金龍

(上海申華聲學裝備有限公司,上海 200070)

1 概述

城市軌道交通在給市民出行帶來便捷的同時,也給沿線居民帶來了諸多噪聲污染。軌道交通主要噪聲源可分為動力系統(tǒng)和輪軌系統(tǒng)兩大類,動力系統(tǒng)包括牽引裝置、空氣冷卻裝置等,輪軌系統(tǒng)中,除了輪軌之間的摩擦、撞擊產(chǎn)生的噪聲外,還有當列車行駛在高架結(jié)構(gòu)上時激發(fā)的高架結(jié)構(gòu)主、輔梁的振動輻射噪聲[1～2]。聲屏障作為一種簡單經(jīng)濟的降低軌道交通噪聲的設(shè)施,被國內(nèi)許多條軌道交通的建設(shè)者所采用。北京市軌道交通房山線高架線長約21 km,為了確保高架沿線居民較舒適的生活環(huán)境,北京市軌道交通建設(shè)管理有限公司決定在沿線敏感點設(shè)置聲屏障。

2 工程概況

房山線起于長虹路與蘇莊大街相交處,全長24.728 km,其中高架21.43 km,地下線2.978 km,沿線設(shè)11座車站,其中高架車站9座。高架線所經(jīng)路段大部分位于城市建成區(qū)或規(guī)劃建設(shè)區(qū),高架線還穿越市級地下文物埋藏區(qū)即長陽城地下文物埋藏區(qū),沿線經(jīng)過有醫(yī)院、幼兒園和多處居民區(qū)。地鐵的運行勢必給沿線的居民的日常生活、工作學習和休息造成一定的影響,為此需要采取直立式和半封閉式聲屏障進行治理。聲屏障布置如下：軍留莊噪聲敏感點左側(cè)XK10+030～XK11+140設(shè)置高4 m長1 110 m的直立式聲屏障。右側(cè)SK10+030～SK10+330以及SK10+670～SK11+120段設(shè)置總長750 m的半封閉型聲屏障；軍隊住宅噪聲敏感點右側(cè)XK12+600～XK12+920設(shè)置高4 m長320 m的直立式聲屏障；獨義村噪聲敏感點左側(cè)XK15+080～XK15+600設(shè)置高5 m長520 m的半封閉型聲屏障；高佃村噪聲敏感點兩側(cè)XK15+718～XK16+248設(shè)置高4 m長1 060 m的直立式聲屏障；北天堂村噪聲敏感點兩側(cè)XK19+660～XK20+060設(shè)置高4 m長800 m的直立式聲屏障；下柳子村噪聲敏感點兩側(cè)XK20+780～XK21+480設(shè)置高4 m長1 400 m的直立式聲屏障。

3 聲學模擬方法及設(shè)備介紹

在試圖預(yù)測戶外聲傳播時,由于通常涉及的幾何尺度大,相關(guān)的因素多,如：周圍地形地表、建筑物外形及位置、各種聲反射面的吸聲能力等,總體上是一個復(fù)雜的系統(tǒng),單純使用公式或戶外聲傳播的簡單模型,無法計算中間復(fù)雜障礙物的影響,且無法針對面聲源(如車站)、線聲源(如列車運行)進行計算,很難有說服力和指導意義。

對于這樣的復(fù)雜情況,由于邊界條件的復(fù)雜,即使運用成熟的聲學嚴格建模分析方法(如邊界元、有限元等),也不可能完全預(yù)測準確。本次設(shè)計需要重點考慮的是工程精度,因此可采用幾何聲學方法進行計算分析。因為其中的成熟方法,如聲線追蹤法(Ray-tracing method)、虛源法(Image-source method)等,已在建筑聲學中應(yīng)用了幾十年并被驗證為精度可靠,且目前正在逐步有效應(yīng)用于如社區(qū)環(huán)境噪聲(Community and environmental noise)等大尺度的復(fù)雜開放空間中。Cadna3.7是一個結(jié)合聲線追蹤法、虛源法的大型通用計算平臺,目前在國際上應(yīng)用很廣且享有盛譽,且已經(jīng)被國家環(huán)保部認證[3]。本方案采用聲線追蹤法和虛源法來建立預(yù)測模型,計算措施實施前后的敏感點周圍區(qū)域的聲場分布,以預(yù)估各項聲屏障的降噪效果。

4 各敏感點仿真預(yù)測

4.1 軍留莊敏感點噪聲治理前后軟件仿真

軍留莊敏感點左側(cè)設(shè)置直立4 m、高1 110 m長的聲屏障,右側(cè)設(shè)置5 m、高750 m長半封閉聲屏障,設(shè)置聲屏障前的噪聲輻射情況如圖1所示。

圖1 聲屏障設(shè)置前的噪聲輻射云圖

如圖1所示：兩個軌道看做兩個線聲源,高架橋下的噪聲分布情況不予考慮,橋面對橋下聲壓級分布形成一道屏障作用。聲屏障的布置形式如圖2所示。

圖2 軍留莊聲屏障布設(shè)方式

左側(cè)為高4 m直立式聲屏障,右側(cè)為高5 m半封閉型聲屏障。中間為軌道。兩側(cè)設(shè)置聲屏障后的聲壓級空間分布情況如圖3所示。

圖3 聲屏障設(shè)置后的噪聲輻射云圖

聲屏障設(shè)置后兩側(cè)的聲壓級空間分布情況發(fā)生了明顯的變化,半封閉聲屏障一側(cè)相同空間位置的聲壓級要略低于直立聲屏障的一側(cè),頂部的聲壓級變化情況不明顯。

4.2 軍隊住宅敏感點噪聲治理前后軟件仿真

軍隊住宅噪聲敏感點采用軌道右側(cè)設(shè)置4 m高、320 m長的直立式聲屏障,設(shè)置聲屏障前聲壓級分布情況與之前的仿真情況相同,在此不再贅述。聲屏障的布置形式如圖4所示。

圖4 軍隊住宅區(qū)聲屏障布設(shè)方式

設(shè)置聲屏障后的聲壓級空間分布情況如圖5所示。

圖5 聲屏障設(shè)置后的噪聲輻射云圖

設(shè)置聲屏障后,左側(cè)聲壓級分布情況不明顯,右側(cè)的聲屏障聲影區(qū)內(nèi)的聲壓級空間分布情況發(fā)生了明顯變化,平均降低10 dB以上。

4.3 獨義村敏感點噪聲治理前后軟件仿真

獨義村噪聲敏感點采用軌道左側(cè)設(shè)置5 m高、520 m長的半封閉聲屏障,設(shè)置聲屏障前聲壓級分布情況與之前的仿真情況相同,在此不再贅述。

聲屏障的結(jié)構(gòu)形式如圖6所示。

圖6 獨義村聲屏障布設(shè)方式

中間兩條為軌道,左側(cè)樹立的為半封閉型聲屏障。

設(shè)置聲屏障后的聲壓級空間分布情況如圖7所示。

圖7 聲屏障設(shè)置后的噪聲輻射云圖

左側(cè)聲屏障設(shè)置后聲壓級分布發(fā)生明顯變化,聲屏障頂部聲影區(qū)分成明顯的3部分,與理論相符。橋面以下部分聲壓級分布沒有明顯的變化。

4.4 高佃村、北天堂村和下柳子村敏感點噪聲治理前后軟件仿真

由于軌道交通穿越高佃村、北天堂村和下柳子村,因此需要在軌道交通兩側(cè)均設(shè)置高4 m的直立式聲屏障。長度分別為1 060、800 m和1400 m。聲屏障形式如圖8所示。

圖8 高佃村聲屏障布設(shè)方式

設(shè)置聲屏障后聲壓級的分布情況如圖9所示。

圖9 聲屏障設(shè)置后的噪聲輻射云圖

如圖9所示,頂部聲壓級沒有明顯變化,設(shè)置聲屏障后兩側(cè)聲壓級的變化情況趨于一致,聲影區(qū)大致分為3部分,平均降噪量在10 dB以上。橋面以下的聲壓級分布情況不予考慮。

5 結(jié)語

軌道交通噪聲治理是一項很復(fù)雜的工程,聲屏障的設(shè)計安裝應(yīng)從技術(shù)、經(jīng)濟以及未來的發(fā)展趨勢等多方面考慮[4]。房山線聲屏障工程的設(shè)計主要參照北京環(huán)境科學研究院提供的環(huán)評資料,通過對各敏感點安裝不同形式的聲屏障后進行噪聲模擬,能夠達到環(huán)境要求的標準。

參考文獻：

[1]董建昆.城市軌道交通聲屏障設(shè)計探討[J].噪聲與振動控制,2001(6)：33-37.

[2]劉寧寧，等.城市軌道交通噪聲控制中聲屏障設(shè)計的常見問題分析[J].噪聲與振動控制,2009(6)：249-251.

[3]紀雅芳，等.聲學預(yù)測軟件在聲環(huán)境影響評價中的應(yīng)用[J].噪聲與振動控制,2009(6)：484-487.

[4]朱立鵬,馬申易.高架軌道交通聲屏障設(shè)計簡述[J].地下工程與隧道,2005(2)：14-16.