軌道交通工程聲屏障聲學(xué)設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)探討

劉磊

（北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)股份有限公司，北京 100037）

軌道交通作為一種環(huán)保型的交通方式，總體上對(duì)環(huán)境影響較小，運(yùn)營期對(duì)環(huán)境的污染主要體現(xiàn)在列車和機(jī)電設(shè)備對(duì)周邊敏感建筑物的噪聲污染、列車運(yùn)營產(chǎn)生的振動(dòng)污染，其中地上線路以噪聲污染為主。

軌道交通可分為鐵路、城市軌道交通與城際軌道交通三大類。目前，鐵路與城市軌道交通的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系界限比較明確，而城際軌道交通的標(biāo)準(zhǔn)體系與管理、建設(shè)、運(yùn)營等因素有關(guān)，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)并不統(tǒng)一。盡管如此，軌道交通工程地上線路的主要噪聲治理方式均為設(shè)置聲屏障。

現(xiàn)行的鐵路與城市軌道交通設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)體系，對(duì)聲屏障的設(shè)計(jì)要求不盡相同，而標(biāo)準(zhǔn)體系中既包括聲屏障專業(yè)規(guī)范和綜合性規(guī)范，也分為工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)等，因此有必要對(duì)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)體系進(jìn)行梳理。對(duì)于聲屏障實(shí)施后的驗(yàn)收評(píng)價(jià)，也是工程實(shí)踐中的重要環(huán)節(jié)，應(yīng)對(duì)軌道交通行業(yè)建立科學(xué)的聲屏障評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)體系。

1 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

1.1 專業(yè)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

目前聲屏障專業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)范中的國家標(biāo)準(zhǔn)，僅有《聲屏障結(jié)構(gòu)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 51335—2018）適用城市道路、公路、城市軌道交通且側(cè)重結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)?！堵暺琳下晫W(xué)設(shè)計(jì)和測量規(guī)范》（HJ/T 90—2004）是城市軌道交通、鐵路等戶外交通噪聲治理聲屏障工程的基礎(chǔ)規(guī)范，《城市軌道交通環(huán)境振動(dòng)與噪聲控制工程技術(shù)規(guī)范》（HJ 2055—2018）是城市軌道交通的專業(yè)噪聲控制技術(shù)規(guī)范，包含聲屏障的技術(shù)要求。鐵路聲屏障的專業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)范，主要為鐵道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《鐵路聲屏障工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB 10505—2019）、《鐵路聲屏障聲學(xué)構(gòu)件》（TB/T 3122—2019），內(nèi)容包括聲學(xué)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和聲學(xué)構(gòu)件的技術(shù)要求等，相對(duì)比較完善。

1.2 綜合性規(guī)范

（1）城市軌道交通的綜合性規(guī)范

《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50157—2013）、《輕軌交通設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 51263—2017）、《地鐵快線設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（CJJ/T 298—2019）等國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中，均有對(duì)聲屏障的設(shè)計(jì)要求。

（2）鐵路綜合性規(guī)范

《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB 10621—2014）、《城際鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB 10623—2014）、《市域（郊）鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB 10624—2020）、《鐵路工程環(huán)境保護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB 10501—2016）等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中，也有對(duì)聲屏障的設(shè)計(jì)要求。

1.3 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)梳理

聲屏障聲學(xué)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容為確定聲屏障的設(shè)計(jì)目標(biāo)值、插入損失、設(shè)置范圍、結(jié)構(gòu)型式、工藝設(shè)計(jì)，以及聲學(xué)構(gòu)件的性能要求等[1]。

《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50157—2013）中規(guī)定，聲屏障設(shè)計(jì)目標(biāo)值應(yīng)由聲環(huán)境保護(hù)目標(biāo)處的列車運(yùn)行噪聲晝間等效聲級(jí)、夜間運(yùn)營時(shí)段的等效聲級(jí)（不含背景噪聲）與環(huán)境噪聲限值的差值確定?！冻鞘熊壍澜煌ōh(huán)境振動(dòng)與噪聲控制工程技術(shù)規(guī)范》（HJ 2055—2018）中規(guī)定，聲屏障的插入損失不應(yīng)小于城市軌道交通環(huán)境噪聲的超標(biāo)量?？梢钥闯觯瑑蓚€(gè)規(guī)范沒有明確設(shè)計(jì)目標(biāo)值與插入損失之間的關(guān)系，設(shè)計(jì)目標(biāo)值、插入損失由環(huán)境噪聲等效聲級(jí)與限值的差值來確定，未考慮列車通過時(shí)瞬時(shí)噪聲高的特點(diǎn)。

《鐵路聲屏障工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB 10505—2019）中，將設(shè)計(jì)目標(biāo)值、插入損失分別定義，設(shè)計(jì)目標(biāo)值為等效環(huán)境噪聲與限值的差值，插入損失為列車通過時(shí)的插入損失，并給出了設(shè)計(jì)目標(biāo)值與插入損失之間的關(guān)系：

式中，?Leq為聲屏障設(shè)計(jì)目標(biāo)值，dB(A)；ILi為第i類列車通過時(shí)聲屏障的插入損失值，dB(A)；Leq,p,i為第i類列車通過時(shí)的等效聲壓級(jí)，dB(A)；xi為第i類列車通過的等效時(shí)間所占百分比，即；Leq,b為T 時(shí)間內(nèi)的背景噪聲，dB(A)。

從上式可以看出，鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范考慮了列車的瞬時(shí)噪聲特性，這與道路、公路的噪聲特點(diǎn)有明顯的區(qū)別，其通過控制單車經(jīng)過的瞬時(shí)插入損失來達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)值。

城市軌道交通和鐵路的聲屏障插入損失計(jì)算方法均按《聲屏障聲學(xué)設(shè)計(jì)和測量規(guī)范》（HJ/T 90—2004）執(zhí)行，并無不同。

城市軌道交通對(duì)噪聲超標(biāo)的保護(hù)目標(biāo)一般都采取聲屏障措施。而《鐵路工程環(huán)境保護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB 10501—2016）中規(guī)定，“在線路縱向連續(xù)長度100m、距外側(cè)軌道中心線80m 區(qū)域內(nèi)，居民戶數(shù)不小于10 戶”或“在距線路外側(cè)軌道中心線80m 區(qū)域內(nèi)，分布有學(xué)校、醫(yī)院（療養(yǎng)院、敬老院），而且鐵路噪聲排放大于現(xiàn)行《鐵路邊界噪聲限值及其測量方法》（GB 12525—90）中規(guī)定的限值時(shí)，應(yīng)采取聲屏障措施”?？梢钥闯?，鐵路工程一般在保護(hù)目標(biāo)集中或有特殊保護(hù)目標(biāo)時(shí)，才采取聲屏障措施。

城市軌道交通和鐵路聲屏障的設(shè)置范圍均包括聲環(huán)境敏感目標(biāo)及兩端的附加長度，附加長度的計(jì)算公式[2,3]均為：

式中，b為聲屏障附加長度，最小取50m；d為聲源與受聲點(diǎn)之間的直線距離，m；?L為聲屏障的插入損失，dB(A)。

但應(yīng)注意，《鐵路聲屏障工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB 10505—2019）[3]中的插入損失，應(yīng)為單車通過時(shí)間內(nèi)的等效聲級(jí)差值。

城市軌道交通和鐵路聲屏障的高度及結(jié)構(gòu)型式均應(yīng)結(jié)合噪聲控制要求，以及聲屏障、聲環(huán)境敏感目標(biāo)、聲源三者之間的相對(duì)距離和高差等特征，通過計(jì)算確定。

在這里需要指出的是，以上聲屏障的設(shè)置條件、設(shè)置范圍及結(jié)構(gòu)型式，除滿足有關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)外，還應(yīng)符合建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)文件及主管部門的批復(fù)要求，而環(huán)評(píng)中的主要依據(jù)則是《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則 聲環(huán)境》（HJ 2.4—2021）、《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則 城市軌道交通》（HJ 453—2018）等技術(shù)導(dǎo)則。

聲學(xué)構(gòu)件的性能要求也是聲屏障聲學(xué)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《聲屏障結(jié)構(gòu)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 51335—2018）中無明確的聲學(xué)性能指標(biāo)要求。城市軌道交通和鐵路工程的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比見下表。

從表中可以看出，總體上鐵路聲屏障聲學(xué)構(gòu)件的聲學(xué)性能要求嚴(yán)于城市軌道交通工程，除了采用單值評(píng)價(jià)量外，還增加了分頻率的吸聲、隔聲性能要求。但都未對(duì)聲屏障的整體插入損失進(jìn)行要求，也未區(qū)分不同的聲屏障結(jié)構(gòu)型式。

城市軌道交通和鐵路聲屏障聲學(xué)構(gòu)件性能對(duì)比表

1.4 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)改進(jìn)建議

由于列車聲源特點(diǎn)具有相似性，建議城市軌道交通的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)在修訂時(shí)，參照鐵路相關(guān)規(guī)范，區(qū)分聲屏障設(shè)計(jì)目標(biāo)值與插入損失，采用列車通過時(shí)的瞬時(shí)插入損失概念。除了聲屏障聲學(xué)構(gòu)件的聲學(xué)性能要求外，建議增加聲屏障整體插入損失的設(shè)計(jì)要求。

2021 年12 月發(fā)布的《雄安軌道快線設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（DB1331/T 001—2021）適用于雄安新區(qū)新建最高設(shè)計(jì)速度為200km/h 的軌道快線，其中已對(duì)列車通過時(shí)聲屏障設(shè)計(jì)插入損失給出了目標(biāo)值，聲學(xué)構(gòu)件的隔聲性能根據(jù)《建筑隔聲評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50121—2005）增加了交通噪聲頻譜修正量的要求。

2 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

2.1 現(xiàn)行評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)對(duì)軌道交通聲屏障的主要評(píng)價(jià)量為聲屏障插入損失（IL）。聲屏障插入損失值受測點(diǎn)（受聲點(diǎn)）位置、聲源等效性、測量時(shí)間和背景噪聲等因素的影響，影響因素最大的就是測點(diǎn)位置，但現(xiàn)行全國性標(biāo)準(zhǔn)并未給出插入損失的標(biāo)準(zhǔn)測點(diǎn)位置。測點(diǎn)可能是聲環(huán)境保護(hù)目標(biāo)處，也可能是其他的某個(gè)特定位置，這就造成了不同位置測點(diǎn)的插入損失沒有互相比較的價(jià)值。聲源等效性一般通過監(jiān)測安裝聲屏障前后某個(gè)固定參考點(diǎn)的聲壓級(jí)來保證，該參考點(diǎn)的選取原則為來自聲源的聲音受已安裝或計(jì)劃安裝的聲屏障影響最小，相關(guān)規(guī)范[4,5]只給出了直立式聲屏障的參考點(diǎn)位置，對(duì)于全封閉式聲屏障，由于聲反射混響的影響，很難找到對(duì)應(yīng)的參考點(diǎn)，也就無法保證聲源的等效性。另外，軌道交通噪聲屬于起伏較大的非穩(wěn)態(tài)噪聲，現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)[4,5]按不小于30min 的等效連續(xù)A 聲級(jí)進(jìn)行測試，這造成了在受道路、公路等背景噪聲影響較大的情況下，安裝聲屏障后的測量值往往不滿足大于背景噪聲3dB[4]或4dB[5]的要求。

在軌道交通工程中，聲屏障僅能對(duì)輪軌直達(dá)噪聲起到有效的治理，因此不能將聲屏障插入損失作為評(píng)價(jià)軌道交通噪聲治理效果的唯一指標(biāo)。同樣，軌道交通工程聲屏障的插入損失還受其他綜合噪聲治理措施的影響，特別是高架橋的減振措施將影響聲屏障的插入損失結(jié)果。

2.2 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)改進(jìn)建議

應(yīng)當(dāng)對(duì)聲屏障插入損失的測點(diǎn)（受聲點(diǎn)）位置進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，結(jié)合設(shè)計(jì)目標(biāo)值，對(duì)不同結(jié)構(gòu)型式的聲屏障插入損失進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)價(jià)。

修訂相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[4,5]時(shí)，應(yīng)給出全封閉聲屏障的參考點(diǎn)位置或聲反射混響修正量，保證全封閉聲屏障插入損失測量時(shí)的聲源等效性。

軌道交通工程測量聲屏障插入損失時(shí)，采用列車通過的時(shí)段作為基本測量采樣時(shí)間單元，既可以使插入損失真實(shí)反映軌道交通聲屏障的噪聲特性，通過控制單車經(jīng)過的瞬時(shí)插入損失來達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)值，又能保證測量值大于背景噪聲值的規(guī)范要求。

為了與結(jié)構(gòu)噪聲等因素解耦，更好地反映聲屏障對(duì)軌道交通輪軌直達(dá)噪聲的降噪效果，建議在評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中加入人工標(biāo)準(zhǔn)聲源的測試方案。人工標(biāo)準(zhǔn)聲源測試能夠更好地對(duì)聲屏障工程本身的設(shè)計(jì)、產(chǎn)品、施工質(zhì)量進(jìn)行驗(yàn)收，排除了結(jié)構(gòu)減振措施等干擾因素，也能夠更準(zhǔn)確地界定各參建單位間的責(zé)任。

3 結(jié)語

（1）城市軌道交通聲屏障應(yīng)參考鐵路工程相關(guān)規(guī)范，區(qū)分設(shè)計(jì)目標(biāo)值與插入損失，并采用列車通過時(shí)的瞬時(shí)插入損失概念。

（2）應(yīng)建立針對(duì)不同聲屏障結(jié)構(gòu)型式的插入損失標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)價(jià)體系，包括標(biāo)準(zhǔn)測點(diǎn)位置、聲源等效性措施、測量采樣時(shí)間、人工標(biāo)準(zhǔn)聲源方案等。