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)
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
3.1.1 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
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。
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。
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。
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。