交通噪聲與路域協(xié)同降噪技術(shù)研究進(jìn)展

鄧 飛

(中交第四公路工程局有限公司，北京 100020)

1 概述

近年來隨著城市人口驟增，生活水平的不斷提高，小汽車的保有量逐年增加，車流量和車流密度逐年上升，促使城市道路交通噪聲污染越來越嚴(yán)重。由于道路交通噪聲具有強(qiáng)度高，覆蓋面廣，影響范圍大的特點，嚴(yán)重影響人們的正常生活、工作以及身心健康。依據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，正常行駛時汽車噪聲值可達(dá)80 dB(A)～90 dB(A)，汽車在高峰車流下噪聲值高達(dá)100 dB(A)[1]。眾所周知，長期暴露在如此高強(qiáng)度的交通噪聲中，不僅損害人們的健康，也會產(chǎn)生許多經(jīng)濟(jì)的負(fù)面影響[2]。因此，合理解決城市道路交通噪聲污染，踐行生態(tài)文明理念，采取科學(xué)的解決措施，控制城市道路交通噪聲污染日益迫切。

2 城市交通噪聲研究現(xiàn)狀

2.1 交通噪聲地圖研究現(xiàn)狀

為獲取道路交通噪聲狀況，初期國外學(xué)者在特定區(qū)域進(jìn)行大量研究，但只是通過監(jiān)測，執(zhí)行簡單的指標(biāo)計算和預(yù)測噪聲值并不能提供直觀而生動的圖表。2002年歐洲頒布的“噪聲指令”要求其成員國繪制噪聲圖[3]。因此，學(xué)者們逐步開始向基于數(shù)據(jù)與預(yù)測值的區(qū)域噪聲地圖方向研究。荷蘭研究者Henkde Kluijver等認(rèn)為通過GIS技術(shù)可以繪制精度較高的噪聲地圖，提出利用GIS繪制標(biāo)準(zhǔn)噪聲圖的可能性和必要性[4]；法國聲學(xué)研究者Bruno Vincent參與區(qū)域噪聲地圖繪制項目，從多個角度評估聲學(xué)環(huán)境影響因子，如噪聲地圖和社會影響[5]；2008年，國際聲學(xué)會議上，W.Probst提出了繪制精準(zhǔn)的噪聲地圖，之后應(yīng)用的緊后一步工作應(yīng)該是噪聲評分，這將更有幫助提出噪聲的緩解策略；同年，Tsai等對某市345個監(jiān)測點的不同時間段、不同季節(jié)的監(jiān)測噪聲值進(jìn)行繪制地圖，進(jìn)而分析該城市的聲環(huán)境情況。

相比國外，我國噪聲地圖的繪制相對較晚。2002年，根據(jù)徐匯區(qū)噪聲數(shù)據(jù)資源繪制交通噪聲圖，是中國繪制噪聲圖技術(shù)的一個探索性研究；2008年，洛賽聲學(xué)技術(shù)有限公司在深圳河以北和濱河路南部12 km2的市區(qū)制作了噪聲圖，是中國第一張城市道路交通噪聲圖；2009年，北京勞動保護(hù)科學(xué)研究所制定了北京第一張噪聲地圖，其面積約12.7 km2。

在我國噪聲地圖研究領(lǐng)域，主要從以下三個方面進(jìn)行：

1)基于信息系統(tǒng)的噪聲地圖研發(fā)：隨著計算機(jī)軟件的發(fā)展，噪聲地圖的信息系統(tǒng)主要依托GIS等系統(tǒng)，利用計算機(jī)編程語言與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，研發(fā)建立噪聲地圖信息系統(tǒng)。李楠、彭萌來、夏丹等建立相關(guān)信息系統(tǒng)的同時，分別探索性的繪制了北、上、廣等經(jīng)濟(jì)發(fā)展快的城市噪聲地圖[8]。

2)噪聲地圖精確化處理：在繪制大范圍噪聲地圖時，極容易產(chǎn)生較大的偏差，故要得到精確的噪聲地圖還需進(jìn)一步研究探索。聲學(xué)專家們通過反演算法、多維數(shù)據(jù)相互修正等措施，對其進(jìn)行更精確化的處理。研究表明，反演算法的計算修正更容易被研究者們接受[9]。

3)噪聲地圖復(fù)雜化處理：其主要理論依據(jù)是聲傳播、衍射，并考慮城市區(qū)域的地形等因素。繪制市區(qū)三維噪聲圖與二維噪聲圖相比，三維噪聲圖可以預(yù)測不同高度的噪聲分布，更能準(zhǔn)確反映城市高架橋、城市高層住宅噪聲污染狀況，能為進(jìn)一步準(zhǔn)確的噪聲管理和控制提供依據(jù)[10]。

綜上所述，從噪聲地圖的發(fā)展歷程來看，是從信息系統(tǒng)的建立、繪制簡單的噪聲地圖、噪聲地圖精細(xì)化處理以及噪聲地圖空間化一步步發(fā)展完善?？梢钥闯?，國內(nèi)外都在關(guān)注繪制噪聲圖和解決噪聲問題。由于我國起步較晚，對于噪聲地圖的研究還存在許多挑戰(zhàn)，諸如難以獲得數(shù)據(jù)資源和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化之類的問題。

2.2 降噪路面結(jié)構(gòu)與材料研究現(xiàn)狀

靜音路面，即低噪聲路面在國外研究起步較早，20世紀(jì)50年代，歐洲發(fā)達(dá)國家的學(xué)者研發(fā)了一種生態(tài)、環(huán)保的新型路面——透水瀝青路面，又稱多孔瀝青路面，其較大的空隙率，使路面不但具有滲透能力，還可以起到降低噪聲的作用；美國一般稱其為OGFC路面，60年代，美國已經(jīng)將其進(jìn)行鋪設(shè)，采用這種新型結(jié)構(gòu)路面，與普通瀝青路面相比，交通噪聲明顯得到了改善，相繼各國也都開始使用，多孔瀝青路面得到了快速的發(fā)展[11]。

法國研究人員研究了多孔瀝青路面的聲學(xué)特性，制作了路面模型，測量了吸聲性能，并通過環(huán)路測試驗證了模型，研究表明，與AC瀝青路面相比，厚度為40 mm～50 mm的多孔瀝青路面的噪聲降低約3 dB(A)～6 dB(A)。在1996年后，日本高速公路均采用改進(jìn)后的多孔瀝青路面，目前鋪裝率已經(jīng)達(dá)到80%，并成為世界上使用該路面最多的國家；1993年，加利福尼亞州在城市快速公路上鋪設(shè)了橡膠瀝青路面，經(jīng)過長時間的使用，橡膠瀝青路面仍然比新筑的傳統(tǒng)AC瀝青路面降噪效果好，可降低大約4 dB(A)[12]。

與國外相比，骨架密實型的靜音路面起步較晚。周海生等研究表明，當(dāng)從材料的吸聲性能方面考慮，骨架密實結(jié)構(gòu)的路面吸聲性能明顯低于骨架空隙結(jié)構(gòu)；考慮減振特性，骨架密實結(jié)構(gòu)優(yōu)于懸浮密實結(jié)構(gòu)、骨架空隙結(jié)構(gòu)；同濟(jì)大學(xué)的曹衛(wèi)東等將1%～3%的廢橡膠顆粒添加到骨架密實型降噪路面上。在鋪設(shè)試驗道路的時候，研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)車速為40 km/h～80 km/h時， AC路面噪聲降低約2 dB(A)～4 dB(A)，相當(dāng)于減少了1/3的交通量，另外，其高、低溫路用性能也得到改善。

對長期使用多孔瀝青混合料的靜音路面的研究發(fā)現(xiàn)，它不僅受到行車荷載的影響，而且常年暴露在自然環(huán)境中，由于其空隙率較大，增大了外部環(huán)境與多孔瀝青混合料靜音路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部之間的接觸，致使路面極易發(fā)生病害。北京公路交通研究所就此問題提出同時具備較好的降噪性能和耐久性能的路面材料，粘結(jié)劑為高黏度橡膠瀝青，骨架結(jié)構(gòu)為粗集料斷級配小粒徑密實型的靜音路面，該新型靜音路面在我國得以推廣，如：北京四環(huán)路、機(jī)場南線、八達(dá)嶺高速公路等地區(qū)已經(jīng)鋪設(shè)，并形成了一套完善的靜音路面設(shè)計與施工技術(shù)。

縱觀國內(nèi)外靜音路面研究現(xiàn)狀，可以發(fā)現(xiàn)，研究者都依據(jù)瀝青基混合料進(jìn)行研究，并從兩個方面進(jìn)行研究：路面材料和路面結(jié)構(gòu)。路面材料，通過加入橡膠進(jìn)行改性制備高黏度橡膠瀝青，第一，橡膠具有阻尼減震作用，降低噪聲，第二，改善其路用特性；路面結(jié)構(gòu)，大多數(shù)學(xué)者通過增大空隙率的方法，進(jìn)行降低噪聲。我國鮮有學(xué)者采用非瀝青基材料進(jìn)行路面設(shè)計，進(jìn)而對其降噪性能和路用性能分析研究，如若選擇更適合的新材料，靜音路面將會有很大的突破。

2.3 聲屏障降噪研究現(xiàn)狀

國外研究發(fā)現(xiàn)，聲屏障越高，聲源類型的影響越大，聲屏障平均插入損失最大能夠提高7.5 dB(A)。奧地利AL-Richtlinie模型直接建立采用比例為15/85的單極子/偶極子聲源模型，研究高速鐵路噪聲；日本作為較早使用聲屏障的國家，對聲屏障頂部設(shè)計進(jìn)行了大量研究，通過研究發(fā)現(xiàn)：相對于2.0 m直立型聲屏障，在聲屏障頂部加高或者改變形狀能夠增加2 dB(A)左右的附加降噪效果。

國內(nèi)，有學(xué)者研究采用二維邊界元法建立高架橋鐵路聲屏障噪聲預(yù)測模型，分析不同因素對降噪性能的影響，基于試驗結(jié)果，對有、無聲屏障時的聲場分布、場點聲壓時間歷程及頻譜特性、插入損失特性及其與速度的線性擬合關(guān)系進(jìn)行探討，分別考慮以上因素對聲場分布、場點聲壓級及頻率特性變化規(guī)律的影響。研究結(jié)果表明：聲屏障采用鼻型結(jié)構(gòu)、外傾30°時的降噪效果最好。

3 結(jié)語

在解決城市道路交通噪聲污染問題上，首先要監(jiān)測城市典型路段的道路交通噪聲，基于人的主觀感受評價噪聲污染程度及傳播規(guī)律；其次，基于軟件依據(jù)實測值進(jìn)行噪聲模擬計算，建立城市典型路段的三維噪聲地圖；再次，依據(jù)城市道路交通噪聲污染情況、噪聲對人文、經(jīng)濟(jì)的影響及城市道路交通噪聲產(chǎn)生機(jī)理，開展安靜道路鋪面結(jié)構(gòu)和材料研究，形成城市交通降噪技術(shù)體系和噪聲解決方案，有效地降低公路沿線噪聲污染，提高人居環(huán)境水平，實現(xiàn)綠色公路的建設(shè)理念。