全影型聲屏障中二次環(huán)境影響問題解決方案

丁 汀， 何金平， 呂 璇， 劉俊宇

(1. 上海船舶運輸科學(xué)研究所， 上海 200135； 2. 中海環(huán)境科技(上海)股份有限公司， 上海 200135)

0 引 言

安裝聲屏障是城市交通主干線噪聲治理工作中常用的一種降噪措施，對于距離道路較近、外形高大的敏感點而言，普通聲屏障的降噪效果往往并不理想。噪聲源發(fā)出的聲波遇到聲屏障之后會沿著3條路徑(見圖1a)傳播，即：越過聲屏障頂端到達(dá)受聲點；穿透聲屏障到達(dá)受聲點；從聲屏障壁面上反射回來。單側(cè)聲屏障不能使聲影區(qū)和繞射區(qū)的聲波顯著衰減(見圖1b)，若采用普通的敞開式聲屏障，由于其只能使高大建筑物的部分結(jié)構(gòu)處于聲影區(qū)，不能整體達(dá)到顯著降低交通噪聲的效果(見圖1c)。采用全影型聲屏障是解決這類問題的一種有效方式。全影型聲屏障能使敏感點大部分置于聲影區(qū)內(nèi)，能取得20 dB的降噪效果，這已在工程實踐中得到證明。

隨著全影型聲屏障的大量應(yīng)用，聲屏障的聲學(xué)功能得到了很大程度的發(fā)展和完善，國內(nèi)外研究人員針對其類型、結(jié)構(gòu)形式和材料等開展了很多研究。全影型聲屏障在降低交通噪聲的同時，會帶來一些環(huán)境問題，如景觀不協(xié)調(diào)、光污染和屏障內(nèi)小氣候等。因此，在設(shè)計和施工階段，除了考慮使聲屏障滿足降噪要求以外，還應(yīng)考慮聲屏障可能帶來的環(huán)境問題，盡量避免或減少聲屏障引起的二次污染。

c) 聲波的反射

本文以某城市高架公路快速化改建項目為例，從景觀性和光污染等方面介紹全影型聲屏障的設(shè)計和施工經(jīng)驗,為后續(xù)類似全影型聲屏障項目的開展提供參考。

1 項目概況

該公路快速化改建項目的主體采用主線雙向6車道高架公路和地面輔路的形式。項目周邊居民小區(qū)密集，與住宅的最近距離僅42 m，對隔聲降噪的要求很高。為保證公路沿線居民免受噪聲的干擾，根據(jù)環(huán)評要求，在部分路段設(shè)置主線全影型聲屏障。同時，該項目周邊有重要商務(wù)區(qū)，因此在實施全影型聲屏障時，需充分考慮其外觀與周邊建筑風(fēng)格的融合度。

2 聲屏障設(shè)計與施工考慮的環(huán)境影響因素

全影型聲屏障除了具有降低噪聲的作用以外，其本身也是一個大型建筑物。該公路快速化改建項目位于城區(qū)主干道，地理位置特殊，周邊商務(wù)樓宇較多，對聲屏障外觀造型的要求比較高。通過現(xiàn)場勘察和走訪沿線居民發(fā)現(xiàn)，對于聲屏障隔聲材料的使用，在滿足道路采光要求的同時，需避免產(chǎn)生眩光擾民。結(jié)合以往的施工經(jīng)驗，在解決相對封閉的道路內(nèi)部小氣候問題時，必須考慮國家建筑規(guī)范的消防要求，同時要考慮改善聲屏障內(nèi)人員的駕/乘車體驗。因此，應(yīng)在設(shè)計和施工階段綜合考慮整體景觀、采光與炫光和道路內(nèi)部小氣候等因素，提前采取應(yīng)對措施。

2.1 景觀因素

對于全影型聲屏障，除了保證其聲學(xué)降噪的基本功能以外，還應(yīng)采取有效措施減緩聲屏障內(nèi)車輛駕駛員的壓抑、緊張和疲勞等不適感，減少對周邊居民的影響，提升與周圍環(huán)境的協(xié)調(diào)性，特別需注重與高架整體工程和城市景觀的結(jié)合。

2.2 采光性與避免眩光

對于全影型聲屏障，除了聲學(xué)功能以外，還需考慮其采光性能，有效采光面積不得小于聲屏障建筑投影面積的10%，白天無需通過燈光照明，可節(jié)約照明成本，同時增強(qiáng)聲屏障的通透性。此外，在使用采光板時，應(yīng)注意在白天強(qiáng)光照射下，采光板定向反射會形成眩光，給車輛駕駛員和周圍居民帶來不適感。

2.3 全影型聲屏障范圍內(nèi)的小氣候影響

對于全影型聲屏障，由于其內(nèi)部區(qū)域與外界環(huán)境相對隔離，空氣流通不暢，且汽車排放的尾氣和道路揚塵較多，需采取一定的措施保證聲屏障內(nèi)部區(qū)域空氣與外界的流通性。

3 針對二次環(huán)境影響的聲屏障設(shè)計和施工方案

在綜合考慮多種不利環(huán)境影響因素之后，提出以下措施：

1) 在景觀設(shè)計上，通過內(nèi)部結(jié)構(gòu)創(chuàng)新和顏色搭配，以及在外部加裝格柵裝飾，提升聲屏障與周圍環(huán)境的協(xié)調(diào)性；

2) 在透明隔聲材料上，選用單面磨砂PC板解決采光與炫光問題；

3) 通過設(shè)置排煙帶和雨水導(dǎo)流板改善聲屏障內(nèi)部小氣候和人員的駕/乘車體驗。

3.1 景觀設(shè)計

3.1.1 降低聲屏障對車輛駕駛員視覺的影響

從內(nèi)側(cè)行車視角來看，在立面建筑造型上，將每榀鋼架的間距由傳統(tǒng)的2.0 m或2.5 m擴(kuò)大到4.0 m；同時，在主鋼架鋼梁處設(shè)置整排橢圓形造型孔，以營造輕盈、通透的視覺感受。門式鋼架中柱采用非傳統(tǒng)構(gòu)造的V字斜撐造型，中柱本身采用圓柱形式，與屏體內(nèi)的“弧形”和“橢圓孔”等設(shè)計元素相互協(xié)調(diào)。該設(shè)計不僅打破了原有大體量鋼架大面積的縱橫排列節(jié)奏，而且使其本身成為了屏體內(nèi)的一道景觀。

在聲屏障顏色搭配上，聲屏障金屬屏體內(nèi)表面的色彩采用與環(huán)境相協(xié)調(diào)的自然色(RAL6019青綠色)，在屏體表面采用凹凸壓筋工藝，避免聲屏障出現(xiàn)呆滯感，改善車輛駕駛員的視覺感受，降低其疲勞感，提升其駕車體驗。

3.1.2 提升與周圍環(huán)境的協(xié)調(diào)性

在設(shè)計階段，考慮到周邊商務(wù)區(qū)簡潔現(xiàn)代的建筑外裝飾風(fēng)格，以及多玻璃和線條規(guī)律的特點，從整體環(huán)境的協(xié)調(diào)性出發(fā)，提出與周圍環(huán)境相融合的設(shè)計理念，使聲屏障與周圍環(huán)境在秩序和風(fēng)格等方面相協(xié)調(diào)，既能滿足功能要求，又充分展示高架路段的風(fēng)貌。因此，在全影型聲屏障外裝飾方面采用RAL9003灰色亞光金屬鋁合金格柵，勾勒出對稱的橢圓圖案，與周邊建筑裝飾風(fēng)格相互呼應(yīng)。

在實施階段，由于現(xiàn)場的預(yù)埋件設(shè)置和鋼結(jié)構(gòu)安裝都存在一定的誤差，鋁合金裝飾的線型的流暢度會受影響。為盡可能地保證聲屏障整體線型流暢，在安裝鋼結(jié)構(gòu)之前，對所有的預(yù)埋件進(jìn)行三維測量，獲取其三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，采用這些數(shù)據(jù)對預(yù)埋件進(jìn)行統(tǒng)計和分類，同時對柱腳進(jìn)行分類處理；在工廠加工時，對每榀鋼架進(jìn)行單獨設(shè)計、單獨加工、單獨編號，按順序送至現(xiàn)場安裝。同時，為保證聲屏障整體外觀平順，在安裝時從中間向兩側(cè)對稱連續(xù)安裝，不跳躍安裝。圖2為聲屏障內(nèi)部實景圖。在保證鋁合金裝飾線型方面，在制作主體鋼結(jié)構(gòu)時，預(yù)留固定支座，單體制作連接鋼板，待主體鋼結(jié)構(gòu)安裝調(diào)整完成并經(jīng)檢驗合格之后，對連接鋼板和預(yù)留支座進(jìn)行連接固定。連接鋼板采用可調(diào)節(jié)式設(shè)計，鋁合金連接件經(jīng)過測量定位之后與連接鋼板一起安裝；鋁合金格柵與主鋼結(jié)構(gòu)通過在主鋼結(jié)構(gòu)上預(yù)留連接件，采用螺栓連接，從周邊角度看，螺栓均為隱藏式節(jié)點。圖3為鋁合金格柵裝飾實景圖。在充分保證安全可靠的前提下，該設(shè)計不僅造型美觀，而且結(jié)構(gòu)輕巧可拆卸，更換、維修方便。

圖2 聲屏障內(nèi)部實景圖

3.2 采光與減少光反射污染的平衡處理

在該項目中，為使聲屏障整體具有通透輕盈的造型，其頂部采用通透設(shè)計，透明材料采用PC透明板，有效通透面積約為75%。晴天時聲屏障內(nèi)部的采光性能良好，陰雨天時聲屏障內(nèi)部的采光性能同樣能滿足正常行車需求，因此白天聲屏障內(nèi)一般無需人工照明，能減少能源消耗。

該項目所用聲屏障的彎弧段和頂部大面積采用PC透明板，白天在強(qiáng)光照射下可能會發(fā)生定向反光，造成炫光，因此在選擇PC透明板時需兼顧通透性和減少反光的要求。該項目中的PC透明板采用中度磨砂板，透光度為81%，不僅能有效降低其給居民區(qū)帶來的反射光污染，而且能保證車道上光線的透射率，使反射光與透射光達(dá)到相對平衡。

3.3 改善屏障內(nèi)氣體流通和排煙設(shè)計

全影型聲屏障性能研究關(guān)注內(nèi)部熱環(huán)境和排煙效果。對于無開口的全封閉式聲屏障，當(dāng)其長度超過100 m時，會有明顯的溫度超標(biāo)現(xiàn)象；聲屏障頂部開口之后，其內(nèi)部溫度能得到明顯改善；隨著開口寬度的增加，聲屏障內(nèi)的溫度逐漸下降，當(dāng)開口超過2 m之后，溫度下降的幅度不明顯。對于頂部無開口的全封閉式聲屏障，高溫?zé)煔獾暮穸让黠@增加?？紤]該項目周邊環(huán)境的敏感程度等因素，以及聲屏障內(nèi)的溫度和排煙要求，在全封閉式聲屏障的頂部設(shè)置寬度為1.2 m的通長排煙帶；同時，設(shè)置頂部PC透明板的防火等級為B1級，發(fā)生火災(zāi)時易熔斷，從而有利于排煙。

通過設(shè)計排煙帶，不僅能滿足消防排煙要求，保證空氣流通，改善聲屏障內(nèi)的熱環(huán)境，而且能減少車輛尾氣和揚塵在聲屏障內(nèi)的堆積。

3.4 雨水導(dǎo)流

該項目安裝的全影型聲屏障長度為290 m，覆蓋面積約為7 000 m，雨水較多時會使雨水匯集至高架下方行車道路和交叉路口，對下方道路的正常通行造成一定的影響。目前，大部分全影型聲屏障項目都無完善的排水系統(tǒng)設(shè)計，有的全封閉式聲屏障項目通過在立面段設(shè)置雨水天溝集中收集雨水，通過雨水落水管排水，同樣存在與整體景觀不協(xié)調(diào)的問題，且增加雨水落水管之后，易產(chǎn)生掉落的風(fēng)險。

該項目在聲屏障側(cè)面屏體下方增加雨水導(dǎo)流板，雨天時承接頂部PC透明板匯聚的水流并沿防撞墻將其引入高架道路內(nèi)側(cè)，匯入集水井之后，通過高架排水系統(tǒng)排至地面，避免雨水傾瀉，影響高架下方車輛的正常行駛。安裝雨水導(dǎo)流板能避免在聲屏障立面上設(shè)置雨水落水管，保證聲屏障立面的景觀效果。

4 結(jié) 語

近年來，隨著城市快速路的不斷發(fā)展，全影型聲屏障已成為道路降噪工程領(lǐng)域中的研究熱點，但在聲屏障的設(shè)計與施工中，在考慮降噪效果的同時，還要考慮聲屏障帶來的二次環(huán)境影響問題。本文以某高架項目為例，針對其全封閉式聲屏障易產(chǎn)生二次污染的問題，在綜合考慮聲學(xué)功能、施工工藝、工程所在區(qū)域的整體環(huán)境、聲屏障內(nèi)部環(huán)境、排煙和通透性要求及光污染的同時，從駕乘者和周邊居民的角度進(jìn)行聲屏障設(shè)計，在施工階段采用精準(zhǔn)定位和二次深化設(shè)計等手段保證聲屏障的線型滿足要求，避免產(chǎn)生二次環(huán)境影響問題，取得了很好的社會效益，整體效果得到了各方的認(rèn)可。