基于微觀交通仿真的居住小區(qū)道路交通噪聲研究

蔡 銘，王海波，余 志，丁建立

(1.中山大學(xué) 工學(xué)院廣東省智能交通系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510006;2.中國(guó)民航大學(xué) 中國(guó)民航信息技術(shù)科研基地，天津 300300)

城市道路兩側(cè)一般分布有各式各樣的建筑區(qū)，其中居住小區(qū)占有很大的比例。道路交通對(duì)臨街居住小區(qū)噪聲污染有很大影響，2008年我國(guó)有不低于10%的城市道路交通噪聲大于70 dB［1］。

國(guó)內(nèi)已有一些關(guān)于防治噪聲及改善城市住宅聲環(huán)境的研究［2－4］。國(guó)內(nèi)外在研究居住小區(qū)的噪聲模型方面，大多將交通噪聲在距離、反射、衍射上的衰減分別進(jìn)行研究，然后進(jìn)行疊加分析，通常是得到小區(qū)內(nèi)的噪聲分布情況［5－8］。這些研究重在分析交通噪聲對(duì)已定居住區(qū)聲環(huán)境的影響及當(dāng)前存在的問題，重點(diǎn)探討相應(yīng)的防治方法，并未對(duì)居住小區(qū)新增道路以及不同建筑物布局帶來的交通噪聲變化進(jìn)行研究。

目前，預(yù)測(cè)與分析交通噪聲的方法主要有現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)法、模型計(jì)算法和計(jì)算機(jī)模擬法［9］。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)法具有一定的局限性，不適用于大規(guī)模的交通噪聲研究。模型計(jì)算法中較有代表性有美國(guó)聯(lián)邦高速公路管理局的FHWA的高速公路交通噪聲預(yù)測(cè)模型［10－12］和英國(guó)交通部CRTN模型［13－14］。計(jì)算機(jī)模擬方法將微觀交通仿真、車輛噪聲排放量和傳播衰減模型結(jié)合起來，跟蹤每輛車的噪聲動(dòng)態(tài)模擬結(jié)果，對(duì)交通噪聲隨時(shí)間變化的特性進(jìn)行深入分析。Can等［15－18］討論了交通噪聲動(dòng)態(tài)模擬方法相對(duì)于傳統(tǒng)的靜態(tài)預(yù)測(cè)方法在預(yù)測(cè)噪聲的時(shí)變性和預(yù)測(cè)精度上的優(yōu)越性。國(guó)外用計(jì)算機(jī)對(duì)交通噪聲進(jìn)行研究并取得了一定的成果［19－20］。國(guó)內(nèi)的吳碩賢［21］、王永泉等［22］也對(duì)交通噪聲的動(dòng)態(tài)模擬方法進(jìn)行了研究。然而在應(yīng)用到居住小區(qū)方面的文獻(xiàn)較少，對(duì)小區(qū)噪聲影響因素的分析則更為罕見。

本文研究各種影響因素下居住小區(qū)的動(dòng)態(tài)交通噪聲模擬問題，考慮了點(diǎn)聲源距離衰減、反射聲衰減以及衍射聲衰減的影響，建立了居住小區(qū)交通噪聲動(dòng)態(tài)模擬模型，采用Paramics微觀交通仿真技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)居住小區(qū)在不同路網(wǎng)不同建筑物布局條件下交通噪聲的動(dòng)態(tài)模擬，并驗(yàn)證了考慮建筑物下用微觀交通仿真技術(shù)動(dòng)態(tài)模擬交通噪聲的可行性和精確度。

1 基本原理及方法

1.1 微觀交通仿真基本原理及方法

本文使用微觀交通仿真軟件Paramics的Modeller界面建立道路路網(wǎng)，并根據(jù)模擬的實(shí)際需要來設(shè)置道路屬性(道路車道數(shù)、車道寬度、車道限速等)、車輛屬性(車輛類型，各車型所占比例等)和OD矩陣等。用C++語言編寫噪聲計(jì)算的API(應(yīng)用接口函數(shù))插件程序，實(shí)現(xiàn)微觀交通仿真平臺(tái)下交通噪聲模擬的二次開發(fā)，插件程序會(huì)在運(yùn)行仿真的時(shí)候以動(dòng)態(tài)鏈接庫(DLL)的方式調(diào)用。該程序能夠?qū)煌〝?shù)據(jù)進(jìn)行定時(shí)采樣，得到車輛位置、速度、加速度等信息，根據(jù)這些信息可實(shí)時(shí)計(jì)算每一步長(zhǎng)小區(qū)周邊道路上的所有車輛在接收點(diǎn)的噪聲級(jí)，并考慮噪聲的傳播衰減，獲得接受點(diǎn)每一秒鐘的瞬時(shí)噪聲級(jí)Lp，從而采用能量疊加的方法計(jì)算等效聲級(jí)Leq等。

在模擬過程中，交通噪聲采用能量疊加的方法進(jìn)行計(jì)算。單輛車在周圍無阻擋的道路上行駛時(shí)可視為半自由聲場(chǎng)中的點(diǎn)聲源，在不考慮空氣及地面吸收的情況下，道路上第i秒鐘第j輛車在接收點(diǎn)R處的噪聲級(jí)為:

式中:L(i，j)為道路上第i秒鐘第j輛車在接收點(diǎn)p處的噪聲級(jí)(dB);LDir為道路上第i秒鐘第j輛車在接收點(diǎn)p處的直射噪聲級(jí)(dB);LRef為道路上第i秒鐘第j輛車在接收點(diǎn)p處的反射噪聲級(jí)(dB);LDiff為道路上第i秒鐘第j輛車在接收點(diǎn)p處的衍射噪聲級(jí)(dB)。

在模擬時(shí)間T秒內(nèi)，接受點(diǎn)R的等效聲級(jí)為:

式中:T為計(jì)算時(shí)間(s)，N為第i秒車輛總數(shù)。

1.2 交通噪聲單車排放和傳播計(jì)算方法

單個(gè)車輛在周圍無阻擋的道路上行駛時(shí)，在距行車線7.5 m(參照點(diǎn))處的平均噪聲級(jí)與車速(V)之間的關(guān)系如下［23］:

(1)小型車

瀝青混凝土路面:

水泥混凝土路面:

(2)中型車

(3)大型車

對(duì)反射聲采用虛聲源法，以建筑物的邊界為鏡面，找出對(duì)應(yīng)的虛聲源，通過距離和反射系數(shù)進(jìn)行衰減計(jì)算，最終得到聲源點(diǎn)對(duì)接收點(diǎn)的噪聲影響。引入聲源在自由聲場(chǎng)下傳播時(shí)的參數(shù)距離r0處的聲壓級(jí)L0，反射聲的聲壓級(jí)LRef可以表示

式中:Qr為建筑物的反射系數(shù);r，為聲源點(diǎn)離鏡像接收點(diǎn)的距離(m)。

對(duì)于衍射聲，道路上第i秒鐘第j輛車在接收點(diǎn)p處的噪聲級(jí)為:

式中:L0為單輛車勻速行駛時(shí)在參考距離處的噪聲排放量(dB);r0為參考點(diǎn)的距離(m);rij為第i秒第j輛車至接收點(diǎn)的距離(m);ΔLb(i，j)為建筑物的衰減量(dB)。

本文對(duì)交通噪聲的直射和衍射在算法上一起考慮，采用了尋找噪聲傳播的最短路徑的方法來簡(jiǎn)化噪聲的傳播模型，計(jì)算前3條最短路徑(直達(dá)路徑已是最短路徑)的噪聲值，通過能量疊加得到聲源點(diǎn)對(duì)接收點(diǎn)的噪聲貢獻(xiàn)。

2 居住小區(qū)交通噪聲動(dòng)態(tài)模擬及結(jié)果分析

2.1 基本參數(shù)設(shè)置

為了簡(jiǎn)化物理模型，假設(shè)研究的居住小區(qū)為1 000 m×1 000 m的區(qū)域。研究分為有無建筑物兩種情況，在兩種情況下又對(duì)居住小區(qū)中間是否新增一條道路進(jìn)行分別研究，無新增道路記為a路網(wǎng)，有新增道路記為b路網(wǎng)。對(duì)于四種情況中兩種有建筑物的研究，建筑物均為兩棟，面積為200 m×600 m，南北向距離路200 m，東西向距離路200 m。路網(wǎng)結(jié)構(gòu)和小區(qū)內(nèi)建筑物的分布如圖1所示，其中虛線道路表示了兩種路網(wǎng)結(jié)構(gòu)有無中間道路的區(qū)別、虛線建筑物表示了有無兩棟建筑物的情況。路網(wǎng)中道路東西為雙向六車道主干路，南北為雙向四車道次干路，車道寬度均為3.75 m。小區(qū)周邊的道路交叉口均采用無信號(hào)控制。仿真時(shí)長(zhǎng)為0.5 h，仿真步長(zhǎng)為 4 s，大、中、小型車的比例分別為5%、15%、80%，車輛通行速度上限為40 km/h。各交通小區(qū)之間的發(fā)生與吸引量均為30輛/h。

圖1 居住小區(qū)路網(wǎng)及建筑物布局示意圖Fig.1 Road network and building layout of housing estate

2.2 路網(wǎng)用戶均衡和非用戶均衡居住小區(qū)交通噪聲的對(duì)比分析

網(wǎng)絡(luò)平衡問題實(shí)質(zhì)上是一個(gè)分配問題，在分配過程中逐步達(dá)到平衡。用戶均衡(UE)問題是一個(gè)低估性交通量分配問題，即道路的使用者能夠精確計(jì)算每條路徑的真實(shí)阻抗并做出完全正確的擇路決策。

用戶均衡條件下，交通阻抗在整體路網(wǎng)上更小、堵塞率更低，車輛的平均車速更高，因而交通噪聲值會(huì)更大。由圖4可知，用戶均衡條件下a路網(wǎng)的交通噪聲值在大部分范圍內(nèi)大于非均衡條件下的噪聲值。平均的噪聲差值為0.47 dB。

在用戶均衡條件下，Paramics中單輛車具有選擇路徑的行為，而在實(shí)際情況下，駕駛者會(huì)根據(jù)已知的交通信息憑借自己的判斷來選擇路徑，這使得交通仿真中用戶均衡條件更符合實(shí)際情況。本文以下研究都在用戶均衡條件下進(jìn)行。

圖2 a路網(wǎng)用戶均衡條件下交通噪聲圖Fig.2 Traffic noise under UE condition of network a

圖3 a路網(wǎng)非用戶均衡條件下交通噪聲圖Fig.3 Traffic noise under unUE condition of network a

圖4 a路網(wǎng)兩種條件下差值圖Fig.4 The difference of traffic noise under two conditions of network a

2.3 新增道路對(duì)小區(qū)交通噪聲的影響及分析

在小區(qū)中新修一條道路能改善局部路網(wǎng)的通達(dá)性，然而新增道路對(duì)小區(qū)交通噪聲有顯著影響。為排除建筑物影響，以無建筑物情況下a和b兩種路網(wǎng)比較作說明。a、b路網(wǎng)的仿真及比較結(jié)果如表1和圖2、圖5～6所示。

圖5 b路網(wǎng)用戶均衡條件下交通噪聲圖Fig.5 Traffic noise under UE condition of network b

表1 新增道路對(duì)交通噪聲影響Tab.1 The impact to traffic noise of new road

圖6 a、b路網(wǎng)用戶均衡條件下交通噪聲差值圖Fig.6 The difference of traffic noise under UE condition between network a and b

b路網(wǎng)由于增加了中間的道路，東西向道路交通得到了分流，這使得上下兩條道路的車輛數(shù)減少，噪聲值隨之減小;東西向車輛在行駛時(shí)可以選擇比上和下兩條道路的出行代價(jià)更小的中間道路，因此在中間道路上的車流量相對(duì)要比上下兩條道路多，故而中間道路周圍噪聲值的變化比上下兩條道路要明顯;增加道路之后，對(duì)于整個(gè)居住小區(qū)而言，車輛可選擇路徑增加，道路整體阻抗減小，整個(gè)道路車輛平均車速上升，區(qū)域噪聲平均水平上升。

2.4 建筑物對(duì)交通噪聲的影響

由于建筑物的遮擋作用，噪聲有可能會(huì)發(fā)生衍射和反射現(xiàn)象，在建筑物遮擋的聲影區(qū)交通噪聲衰減明顯。

將Paramics得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，分別并對(duì)a路網(wǎng)和b路網(wǎng)在有無建筑物情況下進(jìn)行比較。得到路網(wǎng)a和路網(wǎng)b情況下建筑物對(duì)交通小區(qū)噪聲的影響。

表2顯示了a、b兩種路網(wǎng)條件下居住小區(qū)有無建筑物交通噪聲仿真結(jié)果。

表2 a、b路網(wǎng)有無建筑物仿真結(jié)果及比較Tab.2 The difference of traffic noise under network a and b with building distribution or not

a路網(wǎng)條件下有建筑物以及有無建筑物噪聲差值分布如圖7～8所示。

b路網(wǎng)條件下有建筑物以及有無建筑物噪聲差值分布如圖9～10所示。

圖7 a路網(wǎng)有建筑物交通噪聲分布圖Fig.7 Traffic noise under buildingdistribution of network a

圖8 a路網(wǎng)無建筑物和有建筑物交通噪聲差值圖Fig.8 The difference of traffic noise under network a with building distribution or not

圖9 b路網(wǎng)有建筑物交通噪聲分布圖Fig.9 Traffic noise under buildingdistribution of network b

圖10 b路網(wǎng)無建筑物和有建筑物交通噪聲差值圖Fig.10 The difference of traffic noise under network b with building distribution or not

圖11 a路網(wǎng)無建筑物不同車型比率仿真結(jié)果比較Fig.11 The simulation results comparison under network a without buildings of different vehicle type ratios

圖12 a路網(wǎng)無建筑物不同車速仿真結(jié)果比較Fig.12 The simulation results comparison under network a without buildings of different speeds

當(dāng)?shù)缆穬蓚?cè)沒有建筑物時(shí)，交通小區(qū)內(nèi)噪聲污染隨遠(yuǎn)離道路而衰減，當(dāng)?shù)缆穬蓚?cè)有建筑物時(shí)，交通噪聲在傳播過程中被視為障礙物的建筑所阻擋，發(fā)生繞射增加了傳播距離而使得噪聲有所衰減。噪聲衰減的量在聲影區(qū)較為明顯，這符合噪聲的傳播規(guī)律;對(duì)于非聲影區(qū)，噪聲的衰減很小，甚至因其他建筑物的反射而增大。以a路網(wǎng)為例，對(duì)于小區(qū)中心點(diǎn)向東西各300 m、向南北各100 m的聲影區(qū)內(nèi)，設(shè)置建筑物前后的噪聲平均值為61.8 dB和59.1 dB，建筑物給聲影區(qū)帶來了平均2.7 dB的噪聲衰減。由此可見，建筑物顯著降低了居住小區(qū)內(nèi)聲影區(qū)的噪聲。

2.5 道路特性對(duì)交通噪聲的影響

從車輛類型和車速兩方面研究道路特性對(duì)交通噪聲的影響，選取用戶均衡條件下a路網(wǎng)無建筑物情況進(jìn)行研究。

研究車輛類型對(duì)交通噪聲的影響。除大、中、小型車的比例分別為35%、25%、40%外，小區(qū)道路結(jié)構(gòu)及其他仿真參數(shù)與2.1相同。

將Paramics得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，分別對(duì)a路網(wǎng)無建筑物不同車型比例情況下進(jìn)行比較。得到a路網(wǎng)無建筑物情況不同車輛類型比例對(duì)交通小區(qū)噪聲的影響。

表3顯示了a路網(wǎng)無建筑物條件居住小區(qū)不同車型比例情況下交通噪聲仿真結(jié)果。

表3 a路網(wǎng)無建筑物不同車型比例仿真結(jié)果及比較Tab.3 The simulation results and comparison under network a without buildings of different vehicle type ratios

圖11顯示了a路網(wǎng)無建筑物條件居住小區(qū)不同車型比例情況下交通噪聲仿真結(jié)果比較。

研究車速對(duì)交通噪聲的影響。除車輛限速為60 km/h外，小區(qū)道路結(jié)構(gòu)及其他仿真參數(shù)與2.1相同。

將Paramics得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，分別對(duì)a路網(wǎng)無建筑物不同車速情況下進(jìn)行比較。得到a路網(wǎng)無建筑物情況不同車速對(duì)交通小區(qū)噪聲的影響。

表4顯示了a路網(wǎng)無建筑物條件居住小區(qū)不同車速情況下交通噪聲仿真結(jié)果。

圖12顯示了a路網(wǎng)無建筑物條件居住小區(qū)不同車速情況下交通噪聲仿真結(jié)果比較。

當(dāng)路網(wǎng)的車型比例(大:中:小)從5%:15%:80%變?yōu)?5%:25%:40%后，大型車和中型車的比例升高，小型車比例降低，采用的噪聲排放模型的比率也會(huì)發(fā)生變化。數(shù)據(jù)表明，第二種車型比例下居住小區(qū)的噪聲平均水平比第一種車型比例的大1.84 dB。大型車和中型車比率的增加明顯增大了居住小區(qū)的噪聲。

表4 a路網(wǎng)無建筑物不同車速仿真結(jié)果及比較Tab.4 The simulation results and comparison under network a without buildings of different speeds

在其他條件不變的情況下，路網(wǎng)的限制車速由40 km/h提高到60 km/h后，噪聲排放模型中的lgV項(xiàng)增大，各種車型產(chǎn)生的噪聲均增大。數(shù)據(jù)顯示在模擬路網(wǎng)中，限制車速為60 km/h時(shí)居住校區(qū)的交通噪聲污染平均水平比限速為40 km/h時(shí)大1.37 dB。居住小區(qū)的交通噪聲隨著路網(wǎng)中車速的增加而增大。

圖11和圖12數(shù)據(jù)顯示，車型比例和車速帶來的噪聲變化隨著距離道路變遠(yuǎn)而減小。

2.6 交通噪聲實(shí)時(shí)變化

采用Paramics對(duì)交通噪聲進(jìn)行仿真可以得到動(dòng)態(tài)的交通噪聲數(shù)據(jù)。以a路網(wǎng)無建筑物均衡條件下點(diǎn)A(275，775)為例，仿真30 min可得到7 200個(gè)實(shí)時(shí)噪聲數(shù)據(jù)。每秒鐘4個(gè)數(shù)據(jù)能有效的反映出噪聲的動(dòng)態(tài)變化情況。對(duì)于這些數(shù)據(jù)，可以得到任意時(shí)間噪聲值以及任意時(shí)間段的交通噪聲統(tǒng)計(jì)聲級(jí)。30 min內(nèi)A點(diǎn)的一些交通噪聲指標(biāo)為:

Leq=61.24 dB，L50=61.16 dB，L10=51.27 dB，L90=70.06 dB。其中Leq為30 min內(nèi)A點(diǎn)的等效聲級(jí)，L50、L10、L90為統(tǒng)計(jì)聲級(jí)，分別表示A點(diǎn)在30 min內(nèi)有50%、10%、90%時(shí)間的聲級(jí)超過該值。

3 建筑物布局對(duì)居住小區(qū)交通噪聲影響分析

3.1 基本參數(shù)設(shè)置

假設(shè)的居住小區(qū)路網(wǎng)結(jié)構(gòu)及參數(shù)等與2.1 a路網(wǎng)相同。本節(jié)模擬了三種建筑物布局情況下的交通噪聲分布，三種建筑物布局中建筑物的總面積相等，均為2 ×105m2。

布局一有建筑物兩棟，均為200 m×500 m長(zhǎng)方形，建筑物邊界點(diǎn)南北向距離路200 m，東西向距離路250 m。布局二有建筑物1棟，呈倒“L”型，關(guān)于小區(qū)一條對(duì)角線軸向?qū)ΨQ。布局三有建筑物兩棟，將布局二建筑物一分為二，略加移動(dòng)。

3.2 三種建筑物布局噪聲結(jié)果及分析

在居住小區(qū)內(nèi)有建筑物的情況下，單輛車對(duì)接收點(diǎn)交通噪聲的貢獻(xiàn)有直達(dá)聲、反射聲和衍射聲。對(duì)三種布局下路網(wǎng)進(jìn)行微觀交通仿真30 min而得居住小區(qū)的交通噪聲分布如表5所示。

表5 三種建筑物布局交通噪聲仿真結(jié)果Tab.5 The traffic noise simulation results of three kinds of building layouts

三種布局下居住小區(qū)的交通噪聲分布如圖13～15所示。

結(jié)果分析如下:

(1)三種建筑物布局情況下居住小區(qū)交通噪聲的污染水平基本相同，等效連續(xù)聲級(jí)分別為65.25 dB、65.22 dB和65.24 dB。這是因?yàn)榫幼⌒^(qū)周邊道路產(chǎn)生相同的噪聲能量，而建筑物面積相同，考慮到進(jìn)入居住小區(qū)再傳出的能量很少，可以認(rèn)為噪聲能量分布在了相同面積的區(qū)域，故此三種建筑物布局情況下交通噪聲的整體水平相同。

圖13 布局一下交通噪聲分布圖Fig.13 Traffic noise under building layout one

圖14 布局二下交通噪聲分布圖Fig.14 Traffic noise under building layout two

圖15 布局三下交通噪聲分布圖Fig.15 Traffic noise under building layout three

(2)建筑物布局一、二、三的區(qū)域噪聲等效連續(xù)聲級(jí)的最小值分別為 61.2 dB、58.1 dB 和 59.4 dB，最小值都出現(xiàn)在小區(qū)中心附近。對(duì)于布局一，中心點(diǎn)受交通噪聲直射的路段最長(zhǎng)，且對(duì)于非直射路段，噪聲只需經(jīng)過一次或兩次衍射就可以到達(dá)，傳播路徑最短，噪聲的總體衰減最小;對(duì)于布局二，中心點(diǎn)面對(duì)的直射路段為東、南兩條的部分路段，在三種建筑物布局下直達(dá)聲對(duì)應(yīng)路段最短，其他路段的噪聲到達(dá)中心最小噪聲點(diǎn)要經(jīng)過一次甚至多次反射和衍射，傳播路徑最長(zhǎng)，這使得噪聲的總體衰減最大;對(duì)于布局三，最小噪聲點(diǎn)位于中心點(diǎn)偏南的位置，這除了噪聲的距離衰減之外還有中心點(diǎn)直達(dá)聲較多的原因，該點(diǎn)直達(dá)聲所對(duì)應(yīng)的道路段與布局二相似，但西和北兩條道路到達(dá)該點(diǎn)時(shí)反射與衍射線路可以穿過兩棟建筑物之間的區(qū)域，這使得其路徑大大變短，因此使得交通噪聲衰減比布局二要小。

(3)三種建筑物布局情況下區(qū)域噪聲等效連續(xù)聲級(jí)最大值分別為 71.8 dB、71.9 dB 和72.4 dB。交通噪聲最大值出現(xiàn)的點(diǎn)位出現(xiàn)在道路的附近，由于交通小區(qū)吸引與發(fā)生的交通量決定其點(diǎn)位在南和北兩條道路的中間部分附近。交通噪聲在遇到建筑物反射時(shí)，聲能量會(huì)在反射區(qū)進(jìn)行疊加，因此距離建筑物越近的道路其反射聲的貢獻(xiàn)就越大。對(duì)于布局一和布局二，道路離建筑物的最短距離是200 m，對(duì)于布局三，道路離建筑物最短距離為100 m，故最大點(diǎn)的交通噪聲值比布局一和布局二偏大，約為0.5 dB。

3.3 布局二和布局三居住小區(qū)內(nèi)交通噪聲比較分析

布局二和布局三有相似的建筑物布局，因此對(duì)研究建筑物布局對(duì)交通噪聲影響而言是很好的實(shí)例。圖16反映了布局三與布局二交通噪聲分布的差值。其中，差值的平均值為0.21 dB;最大值出現(xiàn)在建筑物內(nèi)凹角點(diǎn)，值為2.4 dB;最小值為 －0.9 dB，較分散。

布局二和布局三噪聲差值大于1 dB的情況主要集中在居住小區(qū)中心區(qū)域。對(duì)于布局二，中心點(diǎn)面對(duì)的直射路段為東、南兩條的部分路段，直達(dá)聲對(duì)應(yīng)路段比布局三短，其他路段的噪聲到達(dá)中心最小噪聲點(diǎn)要經(jīng)過一次甚至多次反射和衍射，這使得噪聲的總體衰減最大;對(duì)于布局三，中心區(qū)域直達(dá)聲所對(duì)路段還有西側(cè)道路的一部分，在反射聲和衍射聲方面北側(cè)和西側(cè)道路上交通噪聲可以通過建筑物之間的區(qū)域進(jìn)行傳播，這使得其路徑大大變短，在居住小區(qū)中間區(qū)域的交通噪聲衰減比較小，也是兩種建筑物布局噪聲偏差最大的區(qū)域。

4 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

4.1 實(shí)驗(yàn)區(qū)域基本參數(shù)

實(shí)驗(yàn)區(qū)域包括廣州市大學(xué)城中山大學(xué)北門附近的外環(huán)路、信科院、藥學(xué)院以及周邊區(qū)域。在實(shí)驗(yàn)區(qū)域內(nèi)有兩棟建筑物，建筑物尺寸均為90 m×70 m。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)定外環(huán)路上車輛的平均時(shí)速為50 km/h，道路為雙向六車道，道路寬度11.5 m。交通量為300輛每小時(shí)，由此設(shè)定兩個(gè)交通小區(qū)的交通發(fā)生于吸引量均為300輛每小時(shí)。仿真時(shí)長(zhǎng)為0.5 h，仿真步長(zhǎng)為4 s，大、中、小型車的比例分別為5%、15%、80%。

4.2 仿真與實(shí)測(cè)結(jié)果及對(duì)比分析

仿真30 min得到該區(qū)域的噪聲分布規(guī)律如圖18所示。

為了驗(yàn)證仿真結(jié)果，在該區(qū)域設(shè)置了5個(gè)實(shí)際噪聲觀測(cè)點(diǎn)，從微觀交通仿真的噪聲結(jié)果中選取對(duì)應(yīng)的5個(gè)點(diǎn)位，對(duì)仿真結(jié)果和實(shí)際測(cè)量結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，如表6所示。

圖16 a、b路網(wǎng)用戶均衡條件下交通噪聲差值圖Fig.16 The difference of traffic noise between building layout two and three

圖17 實(shí)驗(yàn)區(qū)域路網(wǎng)及建筑物布局示意圖Fig.17 Road network and building layout of experimental area

圖18 實(shí)驗(yàn)區(qū)域交通噪聲分布示意圖Fig.18 Traffic noise distribution of experimental area

表6 5個(gè)點(diǎn)位仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較Tab.6 The difference of five points in between simulation and experimental results

對(duì)兩種方法下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可以得出以下結(jié)論:

(1)Paramics對(duì)中大北門附近建筑物的交通仿真噪聲規(guī)律符合道路噪聲在建筑物影響下的基本規(guī)律。

在靠近道路的1號(hào)點(diǎn)和2號(hào)點(diǎn)，仿真模擬的交通噪聲值與實(shí)驗(yàn)實(shí)測(cè)的噪聲值均大于其他點(diǎn)位的噪聲值，表明仿真模擬在距離衰減上符合噪聲傳播規(guī)律;對(duì)于受建筑物影響比較大的3、4、5號(hào)點(diǎn)，交通仿真模擬的交通噪聲值與實(shí)際觀察的結(jié)果存在一定偏差，但整體規(guī)律相同，交通噪聲微觀交通仿真模擬可以反映出有建筑物情況下交通噪聲的衰減規(guī)律。

(2)從交通仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相比較的結(jié)果可以看出，交通仿真模擬結(jié)果總體偏大。仿真噪聲總體偏大原因主要由以下幾個(gè)方面:

在交通交通仿真過程中設(shè)定的道路交通量，車速等是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，但允許出現(xiàn)一定的誤差，實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生一定偏差;

現(xiàn)實(shí)情況下，中大北門區(qū)域存在植被及其他障礙物，這些障礙物等產(chǎn)生的衰減沒有被考慮在交通仿真模擬中;

在現(xiàn)實(shí)中的建筑物，出于建筑學(xué)或美學(xué)的角度，其邊角點(diǎn)多是各具特色的不規(guī)則狀，而在仿真中對(duì)建筑物邊角點(diǎn)進(jìn)行了規(guī)則性處理以使模型得以簡(jiǎn)化，這使得噪聲傳播路徑變短，反射或衍射次數(shù)減少，相應(yīng)的衰減也隨之變小。

離路越遠(yuǎn)則產(chǎn)生的偏差越大，這種規(guī)律符合噪聲在實(shí)際情況下有其他障礙衰減規(guī)律。

(3)從精確度角度考慮，微觀交通仿真的模擬結(jié)果與實(shí)際實(shí)驗(yàn)測(cè)試誤差最大值為2.6 dB，平均為1.66 dB，滿足微觀交通仿真方法在交通噪聲模擬的精度要求，具備可行性。

5 結(jié)論

(1)采用微觀交通仿真對(duì)居住小區(qū)的道路交通噪聲進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬方法精確可行，平均誤差為1.66 dB。

(2)建筑物顯著降低了居住小區(qū)內(nèi)聲影區(qū)的聲場(chǎng)，本文的算例聲影區(qū)聲壓級(jí)平均降低了2.7 dB，新增道路增加了小區(qū)噪聲的總體水平，本文的算例中居住小區(qū)交通噪聲值平均增加了1.4 dB。

(3)居住小區(qū)的交通噪聲受道路特性的影響，大中型車比例增大和車速提高都會(huì)使小區(qū)噪聲變大，且車型比例和車速帶來的噪聲變化隨著距離道路變遠(yuǎn)而減小。

(4)不同建筑物布局對(duì)居住小區(qū)內(nèi)的交通噪聲有很大影響，模擬的小區(qū)噪聲分布圖可作為建筑物布局和門窗開設(shè)位置的參考依據(jù)。

(5)由于居住小區(qū)交通噪聲的污染實(shí)際問題的復(fù)雜性，在交通噪聲在三維傳播、建筑物布局復(fù)雜化、交通噪聲對(duì)室內(nèi)聲環(huán)境影響等方面的后續(xù)研究有很大空間。

［1］張開冉，李國(guó)芳.城市道路交通噪聲影響模糊評(píng)價(jià)［J］.中國(guó)公路學(xué)報(bào)，2003，16(4):91 －93.ZHANG Kai-ran，LI Guo-fang.Assessment of urban road traffic cnoise based on multi-level fuzzy［J］.China Journal of Highway and Transport，2003，16(4):91 －93.

［2］陳 凌，李玉明，袁志華.居住區(qū)受區(qū)外交通噪聲污染影響分析及防治對(duì)策研究—以天津“第六城”居住區(qū)為例［J］.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2007，26(增刊):734－737.CHEN Ling，LI Yu-ming，YUAN Zhi-hua.The traffic noisy pollution effect and counter measure for residential area-the sixth city residential area in tianjin as an example［J］.Journal of Agro-Environment Science，2007，26(s):734－737.

［3］周兆駒，孫明霞，蓋 磊，等.村莊布局及院落形式對(duì)交通噪聲衰減的影響［J］.山東建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，21(3):222－225.ZHOU Zhao-ju，SUN Ming-xia，GAI Lei，et al.The influence of village layout and courtyard space form on weakening traffic noise［J］.Journal of Shangdong University of Architecture and Engneering，2006，21(3):222 －225.

［4］謝 浩.設(shè)置高架路聲屏障降低城區(qū)交通噪聲［J］.噪聲與振動(dòng)控制，2002，22(2):43 －44，33.XIE Hao.Establish over-head highway noise barrier to lower city traffic noise［J］.Noise and Vibration Control，2002，22(2):43 －44，33.

［5］毛東興，陶錦圣，洪宗輝.交通噪聲的衍射作用對(duì)住宅小區(qū)的影響［J］.上海環(huán)境科學(xué)，1999，18(4):179 －181.MAO Dong-xin，TAO Jin-sen，HONG Zong-hui.Effects of traffic noise diffraction on residential quarter［J］.Shanghai Environmental Science，1999，18(4):179 －181.

［6］李本綱，陶 澍.城市居住小區(qū)交通噪聲的空間分布特征［J］.城市環(huán)境與城市生態(tài)，2001，14(6):5 －7.LI Beng-gang，TAO Shu，Spatial distribution of road traffic noise in urban housing estate［J］.Urban Environment and Urban Ecology.，2001，14(6):5 －7.

［7］Heimann D. Three-dimensional linearised Euler model simulations of sound propagation in idealised urban situations with wind effects［J］.Applied Acoustics，2007，68(2):217－237.

［8］ Hornikx M，F(xiàn)orssen J.The 2.5－dimensional equivalent sources method for directly exposed and shielded urban canyons［J］.Journal of the Acoustical Society so America，2007，122(5):2532－2541.

［9］李 峰，劉濟(jì)科，蔡 銘，等.信號(hào)控制對(duì)交通噪聲的影響分析［J］.噪聲與振動(dòng)控制，2010，30(6):109－113.LI Feng，LIU Ji-ki，CAI Ming，et al.Analysis of effects of signal control on traffic noise［J］.Noise and Vibration Control，2010，30(6):109 －113.

［10］Barry T M， Reafan J M.FHWA highway trafficnoise prediction model［R］.Washington DC:U.S.Department of Transportation，1978.

［11］ FHWA traffic noise prediction modelUS［R］.Washington Department of Transportation，F(xiàn)ederal Highway Administration National Technical Information Service，1978.

［12］ Andersib G S，Menge C W，Rossano C F，et al.FHWA traffic noise model，version 1.0:introduction to its capacities and screen components［J］.The Wall Journal，1996，22:14－17.Applied Acoustics，2005(66):175－194.

［13］ Department of Enviroment and Welsh Office UK.Calculation of road traffic noise［R］.London:HMSO，1975.

［14］常玉林，王 煒，王春燕.道路交叉口交通噪聲預(yù)測(cè)模型研究［J］.土木工程學(xué)報(bào)，2003，36(1):75 －79.CHANG Yu-lin，WANG Wei，WANG Chun-yan.Research of the equivalent traffic noise at road intersection［J］.China Civil Engineering Journal，2003，36(1):75 －79.

［15］ Can A，Leclercq L，Botteldooren D.Traffic noise spectrum analysis:Dynamic modeling vs.experimental observations［J］.Applied Acoustics，2010，71(8):764 －770.

［16］ Can A，chevalier E，Nadji M，et al.Dynamic traffic modeling for noise impact assessment of traffic strategies［J］.Acta Acustica United With Acustica，2010，96(3):482－493.

［17］ Can A，Leclercq L，Lelong J，et al.Capturing urban traffic noise dynamics through relevant descriptors［J］.Applied Acoustics，2008，69(12):1270 －1280.

［18］ Can A，Leclercq L，Lelong J.Dynamic estimation of urban traffic noise:Influence of traffic and noise source representations［J］.Applied Acoustics，2008，69(10):858－867.

［19］ Zhang B J，Guo C Y. Computer simulation model of underground garage noise in urban residential areas［J］.Noise Control Engineering Journal，2004，52(1):13 －19.

［20］ Can A，Leclercq L，Lelong O，et al.Accounting for traffic dynamics improves noise assessment:Experimental evidence［J］.Applied Acoustics，2009，70(6):821 －829.

［21］吳碩賢.部分車輛組成的多車道混合車流噪聲都計(jì)算機(jī)模擬［J］.聲學(xué)學(xué)報(bào)，1985，10(1):30－40.WU Shuo-xian.A computer simulation model for predicting noise levels from a complex vehicle stream on a multi-lane street with some vehicle bunches［J］.Acat Acustica，1985，10(1):30－40.

［22］王永泉，陳花玲.城市道路交通噪聲預(yù)估都計(jì)算機(jī)模擬方法研究［J］.噪聲與振動(dòng)控制，2003，23(1):15 －19.WANG Yong-quan，CHEN Hua-ling.An investigation on the method of computer simulation for prediction urban traffic noise［J］.Noise and Vibration Control，2003，23(1):15－19.

［23］張玉芬.道路交通環(huán)境工程［M］.北京:人民交通出版社，2001:44－45.