交通聲屏障應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢分析

喬小龍

（河北高速公路集團有限公司石安分公司，河北 石家莊 051430）

一、引言

近年來，我國城市軌道交通網(wǎng)、道路網(wǎng)密度逐漸提高，極大地方便了公眾出行，但由此引發(fā)的交通噪聲污染同樣備受社會關(guān)注，尤其是快速路、高速公路、城市軌道及高鐵沿線居民，飽受交通噪聲困擾?！?021中國環(huán)境噪聲污染防治報告》[1]顯示，2020年，全國城市功能區(qū)聲環(huán)境質(zhì)量統(tǒng)計中，4a類功能區(qū)（道路交通干線兩側(cè)區(qū)域）和1類功能區(qū)（居住文教區(qū)）夜間達(dá)標(biāo)率持續(xù)偏低，分別為62.9%和75.3%。

2021年12月24日通過的《中華人民共和國噪聲污染防治法》（以下簡稱“新《噪聲法》”）[2]，自2022年6月5日起施行。新《噪聲法》圍繞強化規(guī)劃源頭防控、明確相關(guān)部門監(jiān)管職責(zé)、準(zhǔn)確界定防治對象、完善主要噪聲源管理措施、強化違法處罰等方面實施了修改，這標(biāo)志著我國對噪聲污染的防治水平上升到了新高度。

與道路交通噪聲強弱程度直接相關(guān)的因素有很多，從污染防治的角度來講應(yīng)該從噪聲源、傳播途徑和接受者三個方面入手。聲屏障是通過阻止直達(dá)聲的傳播，隔離透射聲，并使衍射聲衰減進而降低噪聲的影響[3]。相較于其他降噪手段，聲屏障具有降噪明顯、占地較小、便于維護且維護費用低等優(yōu)勢，在道路交通、軌道交通領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，是防治交通噪聲污染的重要措施。

二、應(yīng)用現(xiàn)狀

聲屏障的研究和應(yīng)用始于國外，日、美、法等國家在20世紀(jì)60年代便開展了聲屏障的理論研究和應(yīng)用。由于城市發(fā)展進度較晚和資金問題，我國在聲屏障研究應(yīng)用方面起步較晚，但發(fā)展迅速。1992年，首次在貴州省貴黃高速公路上安裝了數(shù)百米實驗性聲屏障，至20世紀(jì)末，在上海等城市路段已安裝有數(shù)段道路聲屏障。目前，聲屏障在我國廣泛應(yīng)用，積累了較為豐富的經(jīng)驗，但在聲屏障的修建比例、質(zhì)量、工藝結(jié)構(gòu)等方面與發(fā)達(dá)國家相比仍有一定差距，有待進一步加強。

聲屏障主要通過測定實際插入損失降噪評價效果，其影響因素有設(shè)計結(jié)構(gòu)、應(yīng)用材料等。本文針對不同交通噪聲的特征需要，組合設(shè)計聲屏障的結(jié)構(gòu)、材料，以達(dá)到預(yù)期的降噪效果。

（一）聲屏障結(jié)構(gòu)設(shè)計現(xiàn)狀

聲屏障按豎向結(jié)構(gòu)分類有直立型、折臂型（倒L型、T型、邊緣頂部結(jié)構(gòu)型、Y型、鹿角型）、弧型等，如圖1所示。按封閉形式分類可分為開放式、半封閉式和封閉式，其中半封閉式聲屏障的頂部或一側(cè)為鏤空區(qū)。聲屏障結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵在于障板高度、頂部結(jié)構(gòu)、表面和背板結(jié)構(gòu)三個方面。

圖1 不同設(shè)計結(jié)構(gòu)的聲屏障

1.聲屏障障板高度

增加聲屏障障板高度是提升降噪效果最直接的方法。但過大的障板高度會大幅增加聲屏障的應(yīng)用成本，還會產(chǎn)生空間壓抑感，因此，不能為了追求降噪效果無限增大障板高度。據(jù)統(tǒng)計，在實際應(yīng)用中開放式聲屏障的高度一般不超過5米。以天津市為例，大部分聲屏障的高度為3米左右，少數(shù)為4米。對降噪要求較高時，可采用效果更佳的半封閉式或封閉式的聲屏障。

2.聲屏障頂部結(jié)構(gòu)

為保證降噪效果，通常在豎直障板頂端加一些幾何結(jié)構(gòu)來提高聲屏障的有效高度，從而增加障板的隔聲性能。不同頂部結(jié)構(gòu)的聲屏障會產(chǎn)生不同的降噪效果。王金瑞等[4]根據(jù)0Hz～5000Hz頻域段內(nèi)直立型、內(nèi)傾折壁型、Y型和T型四種頂部結(jié)構(gòu)的繞射量變化曲線來選擇最佳構(gòu)型，結(jié)果表明，Y形和T形結(jié)構(gòu)繞射聲衰減量最多，且?guī)缀跸嗟?。隔聲型聲屏障采用?nèi)側(cè)傾斜式結(jié)構(gòu)并盡量減小傾斜角時，降噪效果更好。朱飛[5]研究了不同類型的雙側(cè)聲屏障、單側(cè)聲屏障對不同樓層的降噪效果影響，為聲屏障結(jié)構(gòu)形式的選擇提供了指導(dǎo)。

3.聲屏障表面和背板結(jié)構(gòu)

將吸聲構(gòu)造如百葉窗、微穿孔板、聲子晶體、吸聲尖劈、空腔結(jié)構(gòu)等設(shè)置在聲屏障的表面和背板，能達(dá)到理想的降噪效果，其中以百葉窗配合空腔結(jié)構(gòu)應(yīng)用最為廣泛。徐志強研究得到了內(nèi)側(cè)為微穿孔板式的聲屏障設(shè)計參數(shù)。張琛良[6]設(shè)計研究了表面帶有三角尖劈的聲屏障后，發(fā)現(xiàn)增大三角形寬度和角度可以提高降噪效果。秦曉春等[7]利用立柱回收建立了聲子晶體型聲屏障，實現(xiàn)了綠色循環(huán)與新型降噪理念的結(jié)合，具有針對性好、美觀性高、耐久性強、成本低、降噪效果更優(yōu)的特點，應(yīng)用前景廣闊。

當(dāng)前，我國聲屏障還存在結(jié)構(gòu)簡單，形式單一等問題，多數(shù)聲屏障都根據(jù)固定的圖紙設(shè)計，較少基于路段的實際噪聲構(gòu)成設(shè)計，在聲屏障結(jié)構(gòu)的研究和實際應(yīng)用方面還有很大的提升空間。以天津市為例，現(xiàn)有建成聲屏障以弧型居多，其次是直立型、折臂型，其他形式較少，降噪針對性不強，在實際應(yīng)用中的降噪效果和預(yù)期存在差距。

（二）聲屏障材料應(yīng)用現(xiàn)狀

根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，聲屏障材料分為聲學(xué)材料和結(jié)構(gòu)材料兩類。聲學(xué)材料是用以改變聲場分布的主要因素，根據(jù)聲學(xué)性能分為隔聲材料和吸聲材料。結(jié)構(gòu)材料為形成公路聲屏障的骨架材料，包括金屬型材、混凝土柱等。

聲學(xué)材料中，常見的隔聲材料主要有混凝土類、金屬合金類（彩鋼板等）、玻璃類、有機塑料類（PC板、亞克力板）；常見的吸聲材料主要有纖維類（玻璃棉等）、泡沫金屬聲屏障。近年來，顆粒類新型材料（如砂巖板、聚合物-粉煤灰陶粒等）因優(yōu)異的性能逐漸興起，用砂巖板替代原有的隔板與填充物的組合，不易進水和積水，能夠有效延長使用壽命。王建輝等[10]綜合兩種材料特性研制了吸聲性能良好的聚合物-粉煤灰陶粒聲屏障。目前主要聲屏障聲學(xué)材料優(yōu)缺點及其應(yīng)用狀況如圖2所示。

圖2 聲屏障聲學(xué)材料優(yōu)缺點及其應(yīng)用狀況

一般聲屏障會影響采光、通風(fēng)和景觀美觀，增加駕駛員的疲勞感。因此在設(shè)計聲屏障時，通過采用不同的材質(zhì)組合，增加透明材質(zhì)，能夠在降低噪聲的同時，與環(huán)境保持協(xié)調(diào)一致和美觀。

三、發(fā)展趨勢

“十四五”期間，我國將完成鐵路建設(shè)約1.9萬公里、建成通車公路約30.2萬公里、新增軌道交通運營里程約3400公里，考慮到高鐵、公路和城市軌道交通存量對聲屏障加裝與改造的需求，預(yù)計“十四五”期間我國交通聲屏障的年均新增產(chǎn)值將達(dá)到26億元以上。巨大的市場需求推動了我國聲屏障技術(shù)的快速發(fā)展。經(jīng)過分析，未來聲屏障的發(fā)展趨勢主要包括有針對性的結(jié)構(gòu)設(shè)計、融合環(huán)境的聲屏障景觀設(shè)計，以及多功能復(fù)合聲屏障。

（一）有針對性的結(jié)構(gòu)設(shè)計

各地區(qū)的道路條件、交通結(jié)構(gòu)有所不同，導(dǎo)致等效噪聲頻率有所不同，需要進一步改進設(shè)計聲屏障。山東高速公路的交通構(gòu)成以大貨車為主，交通噪聲趨于中低頻范圍，采用傳統(tǒng)聲屏障效果不足，故利用空腔共振結(jié)構(gòu)吸聲理論結(jié)合地面吸收衰減修正量，優(yōu)化設(shè)計了以315Hz為等效頻率、以大型車為主的高速公路聲屏障，并取得較好的降噪效果。

（二）融合環(huán)境的聲屏障景觀設(shè)計

聲屏障作為一種建筑形式，必然會對周圍的環(huán)境產(chǎn)生影響。一個設(shè)計優(yōu)秀的聲屏障，除了要有明顯的降噪作用，還應(yīng)能與周圍環(huán)境相融合，為環(huán)境增加新的亮點。

（三）多功能復(fù)合聲屏障

積極研發(fā)多功能復(fù)合聲屏障，既滿足當(dāng)前社會發(fā)展綠色低碳的要求，又能產(chǎn)生較好的經(jīng)濟效益。多功能復(fù)合屏障包括光伏太陽能聲屏障、降噪發(fā)電聲屏障、生態(tài)聲屏障等，各種類型的優(yōu)缺點如圖3所示。

圖3 新式多功能聲屏障優(yōu)缺點

四、結(jié)語

現(xiàn)階段聲屏障在我國交通領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，發(fā)展前景廣闊。目前，我國交通聲屏障的應(yīng)用還存在形式結(jié)構(gòu)單一、設(shè)計針對性不強、與環(huán)境協(xié)調(diào)性不高等問題。本文綜合國內(nèi)外情況，提出國內(nèi)交通聲屏障設(shè)計應(yīng)更具針對性、與環(huán)境更加融合、功能更加復(fù)合的發(fā)展趨勢，為未來聲屏障的健康發(fā)展提供有效參考。