圍墻在噪聲治理項(xiàng)目中的應(yīng)用研究

李金?！∈Y陳忠　王海玲　喬飛　王俊生

摘要：伴隨著城市化建設(shè)的高速發(fā)展與軌道交通工程的大力建設(shè)，城鎮(zhèn)居民居住密度大幅增加，諸如軌道交通噪聲、施工噪聲、社會(huì)生活噪聲等各類噪聲源充斥于居民周邊，極大地影響了居民生活環(huán)境。圍墻在城市建設(shè)中隨處可見，鑒于此，通過理論研究與數(shù)據(jù)調(diào)研，提出充分發(fā)掘圍墻在噪聲治理項(xiàng)目中的地理位置優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，對(duì)圍墻進(jìn)行專項(xiàng)聲學(xué)設(shè)計(jì)，提高圍墻解決環(huán)境噪聲污染問題的應(yīng)用效果，可以為噪聲治理項(xiàng)目提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：圍墻;噪聲;降噪

中圖分類號(hào)：TB53 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ?文章編號(hào)：1671-0797（2022）02-0076-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.02.021

0 ? ?引言

當(dāng)前城市化建設(shè)高速發(fā)展，城鎮(zhèn)居民密度大幅增加，諸如軌道交通噪聲、施工噪聲、社會(huì)生活噪聲等各類噪聲源充斥于居民周邊，極大地影響著居民生活環(huán)境。與此同時(shí)，隨著現(xiàn)代居民生活水平不斷提高，人們的環(huán)保意識(shí)也在日益增強(qiáng)，對(duì)居住環(huán)境的環(huán)保問題特別是噪聲問題的容忍度持續(xù)下降，噪聲問題所引起的投訴和糾紛逐年增多。全國(guó)生態(tài)環(huán)境信訪投訴舉報(bào)管理平臺(tái)數(shù)據(jù)[1]顯示，2020年度噪聲擾民問題占全部舉報(bào)的41.2%，排各環(huán)境污染要素的第二位，僅次于大氣污染。如何在城市建設(shè)高效發(fā)展的同時(shí)，治理和改善噪聲環(huán)境，提高聲環(huán)境質(zhì)量，是值得探究的重要課題。

圍墻在城市建設(shè)中隨處可見，是一種用來(lái)圍合、分割或保護(hù)某一特定區(qū)域的空間隔斷結(jié)構(gòu)，根據(jù)其功能服務(wù)對(duì)象，圍墻一般會(huì)鄰近噪聲源或噪聲敏感點(diǎn)設(shè)置，可作為天然的“聲屏障”，但因在設(shè)計(jì)時(shí)很少考慮其噪聲隔離與降噪效果，其構(gòu)造型式、高度等均未經(jīng)過聲學(xué)設(shè)計(jì)，故其降噪效果往往不盡如人意。

1 ? ?圍墻簡(jiǎn)述

建筑圍墻設(shè)置目的主要為安全防護(hù)，國(guó)標(biāo)《城市容貌標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50449—2008）[2]中規(guī)定：“城市道路兩側(cè)的用地分界宜采用透景圍墻、綠籬、柵欄等形式，綠籬、柵欄的高度不宜超過1.6 m……城市各類工地應(yīng)有圍墻、圍欄遮擋，圍墻的外觀宜與環(huán)境相協(xié)調(diào)。臨街建筑施工工地周圍宜設(shè)置不低于2 m的遮擋墻，市政設(shè)施、道路挖掘施工工地圍墻高度不宜低于1.8 m，圍欄高度不宜低于1.6 m?！睆囊陨弦罂梢钥闯觯鞘薪ㄔO(shè)中的圍墻構(gòu)造一般較為簡(jiǎn)單，高度有限，以城市景觀協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)為主要設(shè)計(jì)要點(diǎn)，一般不考慮聲學(xué)降噪效果要求。但不可否認(rèn)的是，部分圍墻的結(jié)構(gòu)構(gòu)造型式具有優(yōu)良的隔聲性能，憑借其地理位置優(yōu)勢(shì)，亦能實(shí)現(xiàn)一定的降噪效果。根據(jù)聲學(xué)降噪效果，可將圍墻分為實(shí)體圍墻與柵欄式圍墻兩大類。實(shí)體圍墻主要有磚墻、預(yù)制水泥板墻、鋼板隔離墻等，此類圍墻一般擁有良好的隔聲性能，可在噪聲治理項(xiàng)目中充分利用;柵欄式圍墻主要有各式柵欄圍墻、水泥花磚圍墻等，此類圍墻構(gòu)造為透聲結(jié)構(gòu)，幾乎沒有任何降噪效果。

2 ? ?圍墻降噪原理

根據(jù)噪聲產(chǎn)生與傳播的機(jī)理，噪聲控制可從噪聲源控制、噪聲傳遞路徑干擾和敏感點(diǎn)噪聲防護(hù)這3個(gè)方面采取措施。圍墻在噪聲治理項(xiàng)目中實(shí)現(xiàn)降噪的主要原理近似于聲屏障[3]，是通過在近噪聲源位置或噪聲敏感點(diǎn)位置干擾噪聲傳遞路徑，形成聲影區(qū)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)降噪的目的。

噪聲源發(fā)出的聲波遇到圍墻時(shí)，主要有3條傳播路徑（圖1）：（1）繞射路徑，指部分聲波越過圍墻頂部繞射到達(dá)接收點(diǎn)的現(xiàn)象;（2）透射路徑，是指部分聲波穿透圍墻直接到達(dá)接收點(diǎn)的現(xiàn)象;（3）反射路徑，是指部分聲波在到達(dá)圍墻壁面后發(fā)生反射的現(xiàn)象。圍墻的插入損失大小主要取決于聲能沿這3條傳播路徑的大小分配情況。

圍墻的實(shí)際插入損失可通過下式進(jìn)行計(jì)算：

IL=ΔLd-ΔLt-ΔLr-ΔLG

式中：IL為圍墻插入損失;ΔLd為繞射聲衰減;ΔLt為透射聲修正量;ΔLr為反射聲修正量;ΔLG為其他障礙物/地面聲吸收衰減。

2.1 ? ?繞射路徑

在有圍墻時(shí)，聲波越過圍墻頂端到達(dá)接收點(diǎn)的繞射聲能要比沒有圍墻時(shí)直接到達(dá)接收點(diǎn)的直達(dá)聲能小，二者的聲級(jí)之差，稱為“繞射聲衰減”。影響繞射聲能大小的主要影響因素有：聲源類型（點(diǎn)聲源、線聲源等，影響關(guān)系如圖2所示）、聲波波長(zhǎng)λ、聲源與接收點(diǎn)間的直線距離d、聲源至圍墻頂端的距離A、接收點(diǎn)至圍墻頂端的距離B等。

2.2 ? ?透射路徑

部分聲波可穿透圍墻到達(dá)接收點(diǎn)，此部分即聲波的透射，透射聲能會(huì)大幅降低圍墻的插入損失。影響圍墻透射聲能的主要因素有：圍墻構(gòu)造型式（圍墻板面密度、邊縫密封效果等）、聲波入射角以及聲波頻率等。透射聲修正量可以通過下式進(jìn)行計(jì)算：

式中：TL為圍墻的傳聲損失。

由上式可以看出，當(dāng)TL-ΔLd≥10 dB時(shí)，ΔLt≈0。此時(shí)，透射聲能相對(duì)于繞射聲能其大小可以忽略不計(jì)。

2.3 ? ?反射路徑

當(dāng)圍墻內(nèi)側(cè)有其他建筑物，特別是建筑物外立面與圍墻平行時(shí)，聲波經(jīng)圍墻反射后會(huì)經(jīng)由建筑物表面再反射，即聲波在圍墻與建筑物之間多次反射，然后越過圍墻頂端繞射到達(dá)接收點(diǎn)，進(jìn)而降低圍墻的插入損失。影響反射聲能大小的主要因素有：圍墻與平行建筑物之間的距離、圍墻高度、到達(dá)接收點(diǎn)的水平距離、聲源與接收點(diǎn)的高度，以及圍墻近聲源側(cè)的吸聲系數(shù)等。

3 ? ?降噪圍墻設(shè)計(jì)要點(diǎn)

通過圍墻降噪原理分析可以看出，若想使建筑圍墻在噪聲治理項(xiàng)目中發(fā)揮降噪功用，其主要設(shè)計(jì)要素有：圍墻隔聲性能、吸聲性能、圍墻位置、高度及頂部構(gòu)造型式。

3.1 ? ?隔聲性能

為減小圍墻透射聲能，一般要求圍墻具有足夠的隔聲性能。影響圍墻隔聲性能的因素主要有兩個(gè)：圍墻板的隔聲性能和邊縫密封設(shè)計(jì)。圍墻邊縫密封設(shè)計(jì)是圍墻構(gòu)造中極易被忽視的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。根據(jù)組合構(gòu)件隔聲量計(jì)算原理，縫隙漏聲對(duì)于組合構(gòu)件隔聲性能影響巨大：1%面積縫隙可使30 dB隔聲量的原有墻體隔聲量下降10.4 dB。此時(shí)，透射聲能和繞射聲能大小相近，透射聲能對(duì)圍墻降噪效果的影響增大，整體降噪效果減少2～3 dB。

參考聲屏障構(gòu)造隔聲要求，一般要求圍墻的傳聲損失TL=20～30 dB。圍墻的各構(gòu)件之間，特別是墻板與立柱之間的間距控制，底部基礎(chǔ)與圍墻下部結(jié)構(gòu)之間的縫隙、墻板之間的縫隙是導(dǎo)致圍墻構(gòu)造漏聲、降低圍墻降噪性能的薄弱環(huán)節(jié)。因此，需對(duì)圍墻構(gòu)件單元之間的連接節(jié)點(diǎn)、邊縫密封等給出詳細(xì)設(shè)計(jì)。

3.2 ? ?吸聲性能

為降低反射聲能，可將圍墻近聲源側(cè)做成吸聲結(jié)構(gòu)，其吸聲性能要求以適應(yīng)噪聲源特性為選擇標(biāo)準(zhǔn)。比如在聲屏障的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，道路聲屏障一般要求其吸聲結(jié)構(gòu)的降噪系數(shù)NRC大于0.5，鐵路聲屏障[4]吸聲結(jié)構(gòu)的降噪系數(shù)NRC大于0.6。

3.3 ? ?高度及頂部構(gòu)造型式

根據(jù)圍墻降噪原理，增加圍墻高度是提升繞射聲衰減的重要技術(shù)手段，但因到達(dá)一定高度后，結(jié)構(gòu)成本會(huì)大幅增加，而降噪量提升有限，故需追求最佳性價(jià)比。3～6 m高的建筑圍墻或聲屏障板，在聲影區(qū)內(nèi)能實(shí)現(xiàn)5～12 dB降噪量。此外，還可以通過在圍墻頂部追加特定型式構(gòu)造來(lái)提高圍墻的“等效高度”。常見圍墻構(gòu)造頂部型式主要有T型、Y型和箭頭型這三種。在直立墻體頂部安裝一個(gè)水平結(jié)構(gòu)就構(gòu)成了T型構(gòu)造，Y型與箭頭型結(jié)構(gòu)可以看作是T型結(jié)構(gòu)的變形，即將T型結(jié)構(gòu)的左右臂以不同的角度上下變化，將兩臂以一定的角度向上變化時(shí)，就構(gòu)成了Y型結(jié)構(gòu)，相反，就是箭頭型結(jié)構(gòu)。此外，亦可參考聲屏障的圓形、菱形或聲波干涉型頂部構(gòu)造型式。一般頂部構(gòu)造型式帶來(lái)的噪聲衰減量附加值為2～3 dB。

4 ? ?應(yīng)用案例

4.1 ? ?廠界噪聲控制

工業(yè)廠界噪聲和施工廠界噪聲一直是居民噪聲投訴的重點(diǎn)，而圍墻作為廠界的重要組成部分，其合理設(shè)置對(duì)于廠界噪聲控制具有重大意義。

以建筑施工廠界為例，將施工噪聲等效為一四面體聲源（聲源高度2 m），施工廠界（距離建筑面聲源10 m位置處）設(shè)置2 m高鋼板隔離墻，利用室外噪聲級(jí)預(yù)測(cè)軟件CadnaA對(duì)隔離墻安裝前后施工廠界噪聲進(jìn)行仿真預(yù)測(cè)，結(jié)果如圖3、圖4所示。

通過圖3和圖4可以看出，在2 m高度面聲源四周距離10 m位置處設(shè)置2 m高圍墻條件下，圍墻對(duì)于廠界噪聲抑制效果明顯，對(duì)比廠界1 m遠(yuǎn)位置、1.5 m高度位置處噪聲級(jí)，在有無(wú)圍墻條件下，噪聲級(jí)差為6 dB（A）。

通過以上分析可以看出，部分廠界圍墻的設(shè)置，雖以安全隔離和視覺遮擋為初衷，但在廠界噪聲處理上亦達(dá)到了一定效果。不過，一般圍墻的設(shè)置，由于其高度有限，再加上板材構(gòu)造選擇及施工過程中不注意邊縫設(shè)計(jì)等因素，導(dǎo)致聲波透射嚴(yán)重，整體降噪效果大幅下降。

基于圍墻可實(shí)現(xiàn)廠界噪聲治理的降噪原理，在以往很多噪聲治理項(xiàng)目[5-6]中衍生出一種通過附加“圍墻”來(lái)實(shí)現(xiàn)廠界噪聲控制的方法：通過在建筑圍墻內(nèi)側(cè)或建筑圍墻基礎(chǔ)上增做聲屏障的形式，提高圍墻高度與吸隔聲性能，進(jìn)而達(dá)到控制廠界噪聲的目的，建成效果如圖5所示。為實(shí)現(xiàn)較好的降噪效果，一般將圍墻/聲屏障高度增加至5 m甚至更高，一般5～7 m高的吸隔聲圍墻，在聲影區(qū)內(nèi)可實(shí)現(xiàn)8～15 dB（A）的降噪量。

4.2 ? ?噪聲敏感點(diǎn)保護(hù)

除廠界噪聲控制外，亦可利用圍墻靠近噪聲敏感點(diǎn)位置的地理位置優(yōu)勢(shì)，對(duì)敏感點(diǎn)噪聲進(jìn)行有效控制。何金平等人[7]在解決城市道路對(duì)某別墅小區(qū)噪聲干擾問題的項(xiàng)目中，在別墅區(qū)邊界設(shè)置了圍墻聲屏障（圖6），即采用3 m高圍墻+3.5 m高聲屏障的結(jié)構(gòu)型式，降噪量近10 dB，效果顯著。

5 ? ?結(jié)語(yǔ)

距離高噪聲源較近的工業(yè)/施工廠界位置，以及噪聲敏感區(qū)域（如居民區(qū)）的鄰近位置，一般都會(huì)設(shè)置建筑圍墻，此類位置都是噪聲治理的有利位置區(qū)域。但因以往項(xiàng)目圍墻設(shè)計(jì)過程中，一般很少考慮其隔聲降噪作用，而以視覺因素、隔離效果為主要設(shè)計(jì)要點(diǎn)，未考慮圍墻高度、板材選擇與設(shè)計(jì)，故其隔聲降噪效果有限?；诖?，利用圍墻所處的地理位置優(yōu)勢(shì)，做吸隔聲構(gòu)造降噪圍墻，在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)其構(gòu)造型式、高度以及密封設(shè)計(jì)等方面加以重視與考慮，在發(fā)揮安全防護(hù)作用的同時(shí)兼顧降噪效果，在噪聲治理項(xiàng)目中具有重大的應(yīng)用意義。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 中華人民共和國(guó)生態(tài)環(huán)境部.2021年中國(guó)環(huán)境噪聲污染防治報(bào)告[R]，2021.

[2] 城市容貌標(biāo)準(zhǔn)：GB 50449—2008[S].

[3] 聲屏障聲學(xué)設(shè)計(jì)和測(cè)量規(guī)范：HJ/T 90—2004[S].

[4] 鐵路聲屏障聲學(xué)構(gòu)件技術(shù)要求和測(cè)試方法：TB/T 3122—2005[S].

[5] 韋立.聲屏障在工業(yè)企業(yè)噪聲污染控制上的應(yīng)用[J].廣東化工，2017，44（9）：220.

[6] 呂玉恒.噪聲與振動(dòng)控制技術(shù)手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2019.

[7] 何金平，戴曉波，殷俊，等.別墅圍墻型式聲屏障設(shè)計(jì)[J].上海船舶運(yùn)輸科學(xué)研究所學(xué)報(bào)，2014，37（1）：60-64.

收稿日期：2021-09-26

作者簡(jiǎn)介：李金保（1987—），男，湖北隨州人，碩士研究生，高級(jí)工程師，研究方向：電力工程建設(shè)管理。