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        交通噪聲聲屏障研究進展綜述

        2022-08-18 03:20:54黃日明
        運輸經(jīng)理世界 2022年15期
        關鍵詞:效果

        黃日明

        (廣西交通職業(yè)技術學院,廣西 南寧 530023)

        0 引言

        大量的研究數(shù)據(jù)證實,機動車所帶來的噪聲污染以重型車、大型車為主。這些車輛在行駛過程中,其產(chǎn)生噪聲量為普通小轎車、非機動車輛的2 倍。交通噪聲污染是城市建設改進的重點方向,作為一種污染公害,周邊居民若長期生活在噪聲環(huán)境下,情緒很容易出現(xiàn)躁動不安、失眠、心慌等問題。而對于健康的影響,包含但不限于聽力衰退、神經(jīng)衰弱等,會顯著降低居民的生活幸福感以及生活質量。隨著我國科學技術的發(fā)展以及工業(yè)水準的提升,聲屏障有效地解決了噪聲污染的問題,滿足城市的發(fā)展需要,達到合理的治理目的。

        1 噪聲污染的相關研究

        噪聲污染泛指發(fā)聲體做無規(guī)則振動時所發(fā)出的聲音,以聲波的形式通過介質進行傳播。噪聲污染通常是人為造成,從生理學角度而言,噪聲污染會嚴重干擾居民的日常休息、工作以及學習。噪聲污染有公害特性以及聲學特性。

        公害特性。由于噪聲與其他有毒有害物質所引起的公害不同。噪聲屬于一種聲源污染,無實際污染體現(xiàn)。噪聲在空氣中傳播,并給周圍環(huán)境帶來干擾因素。噪聲對于環(huán)境的影響不持久,傳播距離有限。且噪聲的聲源分散,一旦相應的聲源停止發(fā)聲,噪聲也便隨之消失。因此,對于噪聲污染的處理不能以常規(guī)污染物處理,必須采用特殊的方法實現(xiàn)控制。

        聲學特性。噪聲具有一切聲學的特性以及規(guī)律,且噪聲對環(huán)境的影響與自身的強度有明顯關聯(lián),噪聲越強,影響越大。

        噪聲污染中交通噪聲所造成的污染以及影響最大。交通噪聲污染對于周圍環(huán)境影響最為顯著的便是居民生活幸福感的下降,交通噪聲污染不僅會干擾居民的聽力,甚至有可能會誘發(fā)多種疾病。因此,防治交通噪聲成為目前備受關注的社會問題之一。

        2 交通噪聲污染防治的關鍵點

        2.1 交通噪聲范圍廣的特點

        交通噪聲影響范圍極廣,通常包含所有車輛,如機動車輛以及非機動車輛。交通噪聲有帶狀特點,隨著道路的不斷延伸,交通噪聲污染也會隨之延伸。隨著交通道路網(wǎng)絡的完善,噪聲污染現(xiàn)象也會加劇,嚴重干擾周邊居民的居住質量。車輛發(fā)出的噪聲有隨機性以及不穩(wěn)定性,機動車在行駛過程中,發(fā)動機出現(xiàn)聲源振動,噪聲也隨各機動車車輛的型號不同而不同。對于車流量較大的路段,此起彼伏的交通噪聲會對周圍環(huán)境產(chǎn)生持續(xù)影響,該影響通常為長期性的。

        2.2 交通噪聲因果性的特點

        交通噪聲還具備因果性的特點,交通噪聲與車速、車況、路況等因素具有明顯關聯(lián)。因此,各環(huán)節(jié)均是導致交通噪聲出現(xiàn)的重要原因。例如,路面結構的空隙率、路面使用壽命、路面是否出現(xiàn)車轍等因素與噪聲的出現(xiàn)有關聯(lián)。此外,還與摩擦系數(shù)以及車輛輪胎花紋不同等有關。而大型載重車以及柴油動力車輛的噪聲污染極大,車輛行駛速度越快噪聲越大。但車輛行駛速度變慢,噪聲時間會延長。對于繁忙的交通道路而言,堵車也是導致噪聲聲級增加的重要因素。

        針對交通噪聲的特點,目前防治交通噪聲的重要措施之一就是在必要的位置設置聲屏障。

        3 有關聲屏障的相關研究

        聲屏障就是在聲源和接收者之間,用于阻擋聲波傳播,減弱接收者所在區(qū)域內(nèi)噪聲影響的設施。對聲屏障的研究在國外開始較早,美國在20世紀70年代開始沿高速公路修建聲屏障,發(fā)展速度非常快,到2000年底美國已經(jīng)建成了約5000km 的高速公路聲屏障。日本聲屏障的建設始于20世紀60年代和70年代,在20世紀70年代中期發(fā)展迅速,到2000年底,已經(jīng)完成了約1600km 的道路聲屏障。

        中國的聲屏障產(chǎn)業(yè)起步較晚,即1992年。在貴州省貴黃高速公路安裝了100m 的試驗聲屏障,成為中國第一條道路聲屏障。迄今為止,我國大中城市已經(jīng)建成了許多不同的聲屏障,以解決噪聲污染問題。建成了近千道鐵路聲屏障,包括不同類型、材料和結構,在各類聲屏障的設計、制造、安裝方面積累了一定的經(jīng)驗?,F(xiàn)階段,高鐵是聲屏障最大的消費市場,高鐵聲屏障在產(chǎn)業(yè)跨越式發(fā)展中作用越來越重要。隨著居民生活水平的提高,市政道路交通噪聲對居民睡眠質量、聽力疲勞、聽力損傷等造成負面影響,聲屏障越來越多地應用于市政道路噪聲控制區(qū)域。從聲屏障行業(yè)的生命周期來看,目前正處于成長階段。

        聲屏障外部應用的種類和特點較多,聲屏障降噪主要是通過幾種物理反應來實現(xiàn),如聲屏障材料的吸收、反射、透射和衍射。根據(jù)形狀、材料和表面特性,聲屏障的類型也各不相同。最初,砌體和鋼筋混凝土砌塊等材料被用于建筑,聲屏障投資少,易于維護。隨著技術的發(fā)展,標準化的金屬結構、玻璃纖維結構和帶有吸音材料的復合結構被廣泛使用。此外,不同的國家也有自己應用聲屏障的特點。例如,德國安裝的聲屏障具有各種形狀,直或折線,高或低。同時,對阻隔顏色的要求由道路的類型和位置決定,聲屏障色彩鮮艷、和諧,與自然和周圍環(huán)境融合,可以減少噪聲,點綴景觀。不同路段使用聲屏障的形狀和材料也不同,如金屬板、金屬板和吸音纖維復合結構、吸音板和能吸收空氣中聲音的新型建材等。美國的道路聲屏障通常簡單樸實、實用,而且由廉價材料制成。

        4 聲屏障對交通噪聲污染整治的原理

        聲屏障對于交通噪聲污染有明顯的整治效果。不同的交通污染防治措施各有特點,聲屏障基于這些噪聲防治特點誕生,具有降噪效果好、造價適中且易于管理的優(yōu)勢。聲屏障在聲源以及接收者之間插入一定密度的板或墻,使聲源能夠由大至小的衰減。且多余的聲波將會被吸收,減弱接收者所在區(qū)域內(nèi)的噪聲影響。聲波在空氣中傳播,一旦遇到相關的聲屏障,便會出現(xiàn)透射、衍射、反射等現(xiàn)象。聲屏障的主要作用便是阻止直達聲的傳播,使直達聲通過隔離、透射以及衍射,聲波將會衰減,實現(xiàn)降噪效果(見表1)。

        表1 不同類型、不同高度、材質的聲屏障對比

        根據(jù)相關數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示,聲屏障能夠有效地降低噪聲,可降低5~20dB。不同材質的聲屏障噪聲損失值大小有一定差別,最大的噪聲值不會超過20dB。聲波在傳播過程中,有部分噪聲會因聲屏障材質等因素繞過聲屏障繼續(xù)傳播,但該類噪聲將對周圍環(huán)境影響不大。從不同類型以及聲屏障高度、材質進行分析,使用全透明的聲屏障或金屬透明的復合型聲屏障,降噪效果極為理想,能夠隔絕交通噪聲對于周邊城區(qū)造成的干擾。選擇聲屏障時,著重選擇密度較大的材質。

        5 聲屏障的相關設計

        5.1 聲屏障的設計思路

        關于聲屏障的設計思路,需要分析聲屏障降噪的原理。根據(jù)交通噪聲的聲屏障設計因素,考慮道路的實際情況。在城市道路周邊可以種植樹木,利用樹葉的密度,吸收多余的噪聲。此外,樹葉還可吸收尾氣,起到一舉多得的作用。著重加寬道路的綠化帶,并在綠化帶兩端設置聲屏障,改善路況。同時,瀝青路面也可以有效地吸收車輛在行駛過程中所出現(xiàn)的車輛輪胎噪聲。針對特殊的時間段,限制道路通行車輛,降低噪聲。此外,根據(jù)建筑物設計聲屏障,如城市建筑密度增大,設置聲屏障的空間較小??紤]到美觀性以及透光性的要求,可以根據(jù)道路周圍建筑特點設置聲屏障。例如,考慮到建筑物的高度、噪聲指數(shù)等級,設置反射區(qū)域,在聲屏障設置棚體,降低噪聲。

        5.2 聲屏障的設計方案

        分析道路與敏感點、空間關系,提升聲屏障的降噪效果。設置相應模型,以對比不同情況下聲屏障的降噪特點。如“F”表示聲波頻率、“S”表示聲程差,“C”表示聲速。在該模型中,通過計算地面路段以及高架路段的距離,設置不同的敏感點,分析不同高度的降噪效果,從而得出聲屏障的有效性以及適用范圍。其主要包含以下兩點。

        其一,當路基高度為0 時,第1 層樓的聲屏障降噪效果理想。而隨著樓層的增加,效果逐漸衰減。因此,在路基高度為0 的路段設置聲屏障,對于道路兩邊高樓層建筑加蓋棚頂設施。

        其二,高架或高鐵路段路基與相近樓層距離較近,聲屏障降噪效果極佳。而對于距離較遠的敏感點,也有一定的降噪效果。伴隨著樓層增加,降噪效果呈現(xiàn)衰減的趨勢。因此,在高架或路堤較高的路段敏感點,應設置與道路高度相近的聲屏障,能夠起到極佳的降噪效果,對于高層建筑物考慮輔助設施。

        5.3 聲屏障的補充設計方案

        在補充設計方案中,發(fā)揮道路的自建功能。合理種植綠化林帶,如改善路面性能,設計抗噪聲路面,使用疏水瀝青混凝土路面。該路面具有極佳的降噪效果,通過小孔的多孔吸聲材料,有效地吸收車輛輪胎在行駛過程中出現(xiàn)的噪聲。進行道路通行設計時,對于聲環(huán)境敏感的區(qū)域以及路段,避免使用陡坡、爬坡車道等,這類路況會增加噪聲污染。需要將路面設置成平、縱等指標,確保提升車輛的通行速度,縮短車輛的通行時間,以降低車輛噪聲對于周圍環(huán)境的不良影響。合理的布置綠化林帶,選擇喬灌木搭配密植。通過研究數(shù)據(jù)表明,當綠化林帶寬度為10m 時,噪聲可降低1~3dB,當寬度達30m 時,噪聲可降低3~5dB。需要根據(jù)所在區(qū)域的實際情況,合理地設置綠化林帶的寬度。

        6 聲屏障的發(fā)展趨勢

        根據(jù)聲屏障的發(fā)展趨勢,我國目前著重推廣纖維性吸聲材料。礦物性纖維吸聲效果極佳,但其對于周圍環(huán)境有一定的影響,因此已被棄用。近年來,多孔性吸聲材料在聲屏障的應用中逐漸被無纖維吸聲材料所取代。聲屏障通常在露天環(huán)境下使用,因此材料必須具有堅固性、抗腐蝕性、抗老化性、防潮等性能。研究高性能的吸聲材料,有效降低聲屏障所帶來的損失,是我國未來主要的發(fā)展方向?,F(xiàn)有的聲屏障多為板式結構,因此形狀較為單一,耐久性較差,降噪效果欠佳。而對于中低、頻聲源吸收性能較差,且會受到交通噪聲頻率范圍的影響,通常維持在0.5~5kHz,單純的阻性吸聲材料或抗聲材料無法在該頻率內(nèi)達到滿意的吸聲效果。因此,研究復合型吸聲屏障,以拓寬吸聲頻帶,提高降噪效果,減少厚度等尺寸參數(shù),減輕重量,降低成本,有效地提高使用壽命。在實際應用中,針對軌道兩側的聲屏障,考慮到司機視線以及乘客對于沿線風景的觀賞,在軌道之間聲屏障高度通常降至車窗以下,既能保障降噪效果,又不影響車內(nèi)的視線。且軌道聲屏障的主要噪聲源來自軌道系統(tǒng)在運行過程中的噪聲,因此設置聲屏障有雙面吸收的優(yōu)勢,解決目前在設計過程中出現(xiàn)的各項不足。

        7 結語

        綜上所述,交通噪聲已成為城市噪聲的主要構成因素之一。如何有效地控制城市交通噪聲,是我國目前亟待解決的一個重點問題。國內(nèi)外的研究經(jīng)驗表明,聲屏障可以作為一種有效的降噪措施,控制交通噪聲。聲屏障在未來應面向無纖維化、結構多樣化的方向發(fā)展,發(fā)揮自身的獨特優(yōu)勢。

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