城市高架道路交通噪聲空間分布規(guī)律的實(shí)測研究

羅干生，趙靜，姜明星，李鑫港，項(xiàng)葉彬，丁勇

（1.寧波市城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)發(fā)展中心，浙江 寧波 315040；2.寧波大學(xué)土木工程系，浙江 寧波 315211）

1 引言

城市高架橋梁作為城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，提高了城市中長距離交通效率，方便了居民出行與生活。然而大量監(jiān)測資料表明，高架復(fù)合道路通行能力強(qiáng)、行車速度高、車輛行駛狀態(tài)復(fù)雜，交通噪聲污染較為突出[1-3]，在部分高架橋密集的城市，甚至有超過一半的人口暴露在超過環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的道路噪聲中[4]，這使噪聲污染成為包括大氣污染、水污染和固廢污染在內(nèi)的4大城市公害之一。噪聲污染帶來的危害是多方面的、巨大的[5-8]。因此，如何科學(xué)地評估高架復(fù)合道路的交通噪聲影響，提出相應(yīng)的污染防治對策，是環(huán)境聲學(xué)領(lǐng)域中廣為關(guān)注的課題[9-10]。

影響高架橋梁噪聲污染大小的因素有很多，不同因素的影響大小各不相同。目前，已有不少學(xué)者通過對城市高架道路采用實(shí)測法，在不同時(shí)間段對代表性點(diǎn)位進(jìn)行測試記錄，并同步監(jiān)測車流量及車型等數(shù)據(jù)，以研究噪聲影響因素[11-13]。但是，對高架道路旁不同位置的噪聲分布情況的研究還很少，高架橋兩側(cè)交通噪聲的空間分布規(guī)律尚未掌握。因此，為了對高架線路造成的交通噪聲進(jìn)行針對性的預(yù)防和治理，有必要對高架橋噪聲的空間分布規(guī)律進(jìn)行相關(guān)的實(shí)測或理論研究。

本文選取寧波市典型性的高架道路——機(jī)場高架和北環(huán)高架作為研究對象，通過對代表性位置的噪聲污染進(jìn)行實(shí)地測試，研究交通噪聲在高架橋旁的分布特征，建立噪聲分布的擬合模型，由此確定噪聲污染的影響范圍與嚴(yán)重程度，為城市高架道路的噪聲防治提供科學(xué)依據(jù)。

2 高架道路噪聲測試方法

2.1 測試儀器與方法

根據(jù) 《交通干線環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》（征求意見稿）[14]和GB 3096—2008《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[15]中推薦的測試方法，采用AWA6228型多功能聲級計(jì)進(jìn)行等效連續(xù)聲級測試，主要是晝間等效連續(xù)聲壓級Ld、夜間等效連續(xù)聲壓級Ln、小時(shí)等效連續(xù)聲級Leq這3種。

根據(jù)《交通干線環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》（征求意見稿），高架線邊界控制測點(diǎn)應(yīng)選在交通干線邊界外1 m、高度距地面1.2 m以上、對鄰近噪聲敏感建筑物可能產(chǎn)生最大影響的位置。但是在實(shí)際噪聲測試中，交通干線邊界有的包括兩側(cè)綠化帶，有的則不含綠化帶。因此，考慮到測試標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一性和可操作性，以高架線地面道路的人行道邊緣作為邊界，該邊界以外約1 m處作為基準(zhǔn)測點(diǎn)位置，如圖1所示，這個(gè)點(diǎn)位接近現(xiàn)行道路交通噪聲監(jiān)測點(diǎn)。

圖1 聲壓測點(diǎn)位置

此外，為了研究高架線橫橋向、順橋下、高度方向的噪聲分布規(guī)律，還需在高架線外的不同方位、不同距離布置聲壓測點(diǎn)，由此提出了以下的測點(diǎn)布置方案。

2.2 測點(diǎn)布置方案

1）為研究交通噪聲與其到高架線垂直距離的關(guān)系，在垂直于高架線方向布置多個(gè)測點(diǎn)。第1個(gè)測點(diǎn)選擇為地面道路邊界旁約1 m處，地面道路邊界則統(tǒng)一定義為人行道邊緣。在邊界線的垂直方向選取不同距離的4個(gè)測點(diǎn)，以研究噪聲沿著高架線垂直方向的衰減規(guī)律，測點(diǎn)分別距離地面道路邊界線1 m、11 m、21 m、31 m，如圖2所示。

圖2 研究高架線橫橋向噪聲分布規(guī)律的測點(diǎn)方案

2）為研究交通噪聲在與高架線平行方向的分布規(guī)律，以及高架線一般路段與十字路口的噪聲差別，在平行于高架線方向布置多個(gè)測點(diǎn)。經(jīng)過實(shí)地考察，選擇寧波市環(huán)城南路“寧南北路與環(huán)城南路交叉口”與“環(huán)城西路與環(huán)城南路交叉口”之間進(jìn)行實(shí)測，4個(gè)測點(diǎn)均布置在“環(huán)城南路”人行道邊界外1 m處。測點(diǎn)1布置在距離“寧南北路”人行道外側(cè)10 m處；測點(diǎn)2布置在距離“寧南北路”人行道外側(cè)50 m處；測點(diǎn)3布置在距離“寧南北路”人行道外側(cè)100 m處，測點(diǎn)4布置在距離“寧南北路”人行道外側(cè)150 m處，測點(diǎn)布置如圖3所示。

圖3 研究高架線順橋向噪聲分布規(guī)律的測點(diǎn)方案

3）為研究交通噪聲在與高架橋兩側(cè)高度方向的分布規(guī)律，在高架線旁高層建筑的不同樓層布置多個(gè)測點(diǎn)。經(jīng)過實(shí)地考察，選擇寧波市高架線旁的3處測點(diǎn)進(jìn)行實(shí)測，分別為北環(huán)高架旁3個(gè)小區(qū)A、B、C的高層住宅，測點(diǎn)布置如圖4所示。

圖4 高架旁住宅小區(qū)及測點(diǎn)布置

3 高架道路噪聲測試結(jié)果與分析

通過在垂直于高架線方向的不同距離設(shè)置測點(diǎn)，研究橫橋向的噪聲分布規(guī)律。通過在平行于高架線方向的不同位置設(shè)置測點(diǎn)，研究順橋向的噪聲分布規(guī)律。通過在不同高度設(shè)置測點(diǎn)，研究高度方向的噪聲分布規(guī)律。結(jié)果表明：（1）橫橋向的噪聲，隨著測點(diǎn)與高架橋垂直距離的增大，呈對數(shù)曲線遞減，虛擬聲源在地面道路機(jī)動(dòng)車道外1.5 m處；（2）順橋向的噪聲，隨著測點(diǎn)與十字路口垂直距離的增大，呈對數(shù)曲線遞減，虛擬聲源在十字路口邊界；（3）高架方向的噪聲先隨著樓層的升高而增大，10~12層達(dá)到最大值，12~20層的聲壓基本穩(wěn)定，波動(dòng)較小。

3.1 高架線橫橋向噪聲分布

在高架線的橫橋向，噪聲分布與測點(diǎn)到高架線的垂直距離有關(guān)。以往的分析往往把高架線視為一個(gè)線聲源，按照聲學(xué)理論，線聲源的聲壓級衰減規(guī)律呈對數(shù)曲線形式，即：

式中，L（r）為距線聲源距離為r處的測點(diǎn)聲壓；Lw為線聲源聲壓；r為測點(diǎn)距聲源的距離。

但是，實(shí)際高架線路具有一定的寬度和高度，簡化為線聲源會(huì)帶來誤差。故對此進(jìn)行了改進(jìn)，仍然假設(shè)道路一側(cè)的噪聲是由線聲源產(chǎn)生的，但是線聲源的位置并不在道路中心線，擬合點(diǎn)如圖5所示，假設(shè)待定的線聲源到測點(diǎn)的距離為r1，用對數(shù)曲線對聲壓測試結(jié)果進(jìn)行曲線擬合，結(jié)果如圖5所示。

圖5 高架線橫橋向聲壓擬合點(diǎn)圖示

根據(jù)圖6的擬合曲線，發(fā)現(xiàn)將機(jī)動(dòng)車道外側(cè)1.5 m處視為線聲源位置時(shí)，測點(diǎn)聲壓級的分布規(guī)律與聲壓級衰減公式最符合，因此，將線聲源聲壓衰減式（1）進(jìn)行修正，得到式（2）所示的高架線橫橋向噪聲分布公式。

式中，r1為聲壓測點(diǎn)到高架橋下機(jī)動(dòng)車道外邊緣的距離，m；Lw1為距高架橋下機(jī)動(dòng)車道邊緣1.5 m處的聲壓級；L（r1）為r1點(diǎn)處的聲壓級，dB。

由圖6還可以知道，橫橋向測點(diǎn)的晝間聲壓值為63.6~70.4 dB，夜間聲壓值為57.9~65.4 dB，晝間和夜間的聲壓變化規(guī)律一致。隨著到高架線距離的增大，聲壓基本按照對數(shù)曲線規(guī)律衰減。

圖6 高架線橫橋向噪聲分布規(guī)律的曲線擬合

3.2 高架線順橋向噪聲分布

在高架線的順橋向，聲壓的變化與高架線與普通道路（或其他高架線）的交叉口有關(guān)，因此，可以假設(shè)高架線旁的聲壓由高架線噪聲和與之相交的普通道路噪聲疊加而成。高架線噪聲可以用式（2）表示，與之相交的普通道路也可以類似假設(shè)為按照對數(shù)曲線形式衰減，但是到交叉口的距離遠(yuǎn)到一定程度時(shí)（如100 m），可以認(rèn)為聲壓基本保持不變。與高架線相交的普通道路造成的聲壓計(jì)算見圖7。因此，普通道路造成的聲壓變化公式為：

式中，r2為聲壓測點(diǎn)到與高架線相交的普通道路車道邊緣的距離，m；Lw2為距普通道路機(jī)動(dòng)車道邊緣1.5 m處的聲壓級；L（r2）為r2處的聲壓級，dB。

圖7 與高架線相交的普通道路造成的聲壓計(jì)算圖示

測點(diǎn)總聲壓是普通道路與高架線造成的聲壓的疊加，疊加圖示如圖8所示，聲壓級的疊加公式為式（4）。

式中，r1為測點(diǎn)到高架橋下機(jī)動(dòng)車道邊緣的距離，m；r2是測點(diǎn)到與高架線相交的普通道路機(jī)動(dòng)車道邊緣的距離，m；Lw1為高架橋下距機(jī)動(dòng)車道邊緣1.5 m處的聲壓級，dB；Lw2為普通道路邊距機(jī)動(dòng)車道邊緣1.5 m處的聲壓級，dB；L為疊加后測點(diǎn)處的聲壓級，dB。

圖8 高架線旁測點(diǎn)的總聲壓計(jì)算圖示

實(shí)測聲壓與擬合曲線[由公式（4）得到]的關(guān)系見圖9。

圖9 高架線順橋向噪聲分布規(guī)律的曲線擬合

由圖9可知，高架線順橋向測點(diǎn)的晝間噪聲值為70.8~72 dB，夜間噪聲值為66.4~68.2 dB，晝間與夜間的噪聲變化規(guī)律一致，離十字路口越遠(yuǎn)，聲壓逐漸衰減。

3.3 高架線高度方向噪聲分布

為獲得高架線高度方向的噪聲分布，在高架線旁高層建筑的不同樓層測試噪聲，以北環(huán)高架旁的A、B、C小區(qū)高層住宅為例，小時(shí)聲級的測試結(jié)果隨樓層的變化如圖10所示。

圖10 北環(huán)高架旁各小區(qū)高層住宅的小時(shí)聲級隨樓層變化

檢測結(jié)果表明，高架方向的噪聲先隨著樓層的升高而增大，1~3層的交通噪聲相對較低，4~5層往往是高度方向噪聲的第一個(gè)較大值，10~12層達(dá)到最大值，12~20層的聲壓基本穩(wěn)定，波動(dòng)較小。

4 結(jié)論

通過實(shí)測寧波市典型高架道路的交通噪聲、并進(jìn)行曲線擬合，獲得了城市高架道路交通噪聲的空間分布規(guī)律，得到以下結(jié)論，從而為高架道路噪聲的預(yù)防與治理提供參考。

1）高架線旁橫橋向的噪聲，隨著測點(diǎn)與高架橋垂直距離的增大，呈對數(shù)曲線遞減，虛擬聲源在地面道路機(jī)動(dòng)車道外1.5 m處。

2）高架線旁順橋向的噪聲，隨著測點(diǎn)與十字路口垂直距離的增大，呈對數(shù)曲線遞減，虛擬聲源在十字路口邊界。

3）高架線旁高度方向的噪聲先隨著樓層的升高而增大，10~12層達(dá)到最大值，12~20層的聲壓基本穩(wěn)定。