摘要：随着社会的不断发展，国家经济富裕的同时，使得人们的生活得到了极大的改善，越来越多的人拥有自己的车子，使得道路变得越来越拥挤，为了缓解交通的压力以及改善公路的使用年限，要求公路在设计时，必须遵循相关的原则，必须按照一定的标准来进行声屏障高度的设计，这变得尤为的重要，本文，将论述在公路设计时，对声屏障高度理论与实际的差距，以及其中应该注意的问题。
关键词：公路；声屏障；高度；理论与实际
1.前言
公路声屏障作为一种通过控制交通噪声传播途径来降低公路交通噪声的措施，由于其简单、实用、可行、有效、一次性投资小，近几年来，被广泛应用在国家公路环境保护建设事业中。公路声屏障在建设时，在缓解公路交通噪声污染的同时，也美化了公路两侧景观。但由于我国尚无完整的公路声屏障设计规范、指南，因而所建设的声屏障在声学设计、结构设计、材料设计、景观设计等方面均存在不足之处。接下来，本文将逐步解决问题，首先对公路建设目前的现状进行分析。
以我国沈阳为例子，来对现状进行阐述。从沈阳市交通噪声全年监测数据看，2012 年在监测的48 条干线中，对于监测的干线长度达标率为56.5%。交通噪声全市平均噪声等效声级为69.9dB，尽管符合国家标准（70dB）和城考限值（70dB），但仍有近50% 的干线道路没有达标[1]。如，沈阳南二环在建造声屏障之前昼间和夜间噪声等效级达到79dB。搜集2005 年检测数据分析得，同样的检测干线和监测点位，检测的干线长度达标率为87.4%，全市交通噪声平均等效声级68.4dB。
2.声屏障的设计原理
控制噪声的方法可分为两种：一种为从声源出着手降低噪声；另一种为在传播途径中阻碍噪音的传播。本文采用第二种即声屏障的降噪方式。实际中声屏障是有限长的，声屏障无法完全阻碍声音的传播，声波遇到声屏障会发生反射、绕射和投射现象。
2.1反射
声波遇到声屏障一部分被放射回来，当有双侧声屏障时会出现声波多次反射的情况。一部分反射的声波通过绕射仍旧会到达受声点，即使声屏障的材料有吸声特质，也无法吸收全部的反射波，因此降低声屏障的降噪效果。
2.2绕射
声波会越过声屏障顶端传播并在声屏障后面形成声影区，绕射声的声量级小于直达声的声量级，声量级之差称作声屏障绕射减噪量，并随着绕射角增大而增大。
2.3透射
声波透射后到达受声点的声量小于直达声的声量，两者之差称为透射降低量。穿透声屏障的声能量与声屏障的面密度、入射角及声波的频率等因素有关。传声损失（隔声量）用来评价投射噪声的能力。透射降低量大说明声障有较大的插入损失，有更好的降噪效果。
3.关于现场踏勘、噪声监测
在建设公路时，需要对周围进行检查，看是否存在异物以及不合适的地方。声屏障是通过阻挡声的传播从而形成一个“声影区”，使敏感点在声影区的声级比在相应的自由区声级小，从而达到降低噪声的目的。我国目前高速公路多采用挖方、填方、高架路等形式建造，由于道路表面低于或高于道路周围地面时，从道路上辐射的交通噪声可能被坡顶、路肩或侧墙所遮拦或吸收，使之有一定的衰减，从控制交通噪声传播角度来说，这样的道路结构就相当于在道路沿线架设了声屏障，使道路附近一定区域内形成无直达声的声影区，从而使该区域的噪声大大降低。因此在着手进行声屏障设计前，一定要进行现场踏勘、噪声监测工作。一方面，通过现场踏勘了解声环境敏感点的环境特征、建筑朝向、与高速公路的位置关系、高程等资料，另一方面通过噪声监测，可准确了解交通噪声现状，从而分析出有无建设声屏障的必要，以节省工程投入。
4.声屏障设计高度计算方法
一般判定公路车流量在1000 辆/ 小时以上时，每辆车作为点声音连续分布在公路上，可视为不相干的线声源，并为了方便计算而简化成一条等效车型先线。公路交通噪声为非稳态不连续声源，声波频率范围在63 到8000Hz，交通噪声能量集中在500Hz，因此500Hz 为交通噪声的中心频率值。现设定研究对象为安装无限长声屏障的快速公路，对应的路面的宽度为38m，考虑声屏障建造位置距离路肩越0.5米，所以两侧声屏障距离为39m。对照法规《城市环境噪声标准》（GB3096-2008），受声点在城市快速路两侧可归为4a 类环境功能区，昼间和夜间环境噪声限值分别为70dB 和55dB[3]。图一为声屏障截面图。线d 和线AB 分别为上文提到的噪声透射路径和噪声顶端绕射路径。
图一声屏障截面图
从声屏障声程差示意图中，声屏障高度为h，设定声源与受声点直接距离为l，声源与声屏障距离为l1，声屏障与受声点距离为l-l1，声源到受声点的距离为d，受声点高度为p。使用勾股定理，可得到A 与B 的长度。此处，声屏障和受声点之间的距离是由建筑后退红线距离得到的。（h-p）2+l12=A2（l-l1）2+h2=B2P2+l2=d2（1）
声程差δ=A+B-d=0.34N[5]（当声波频率为500Hz）（2）
（3）声屏障高度的计算公式中声程差是由菲涅尔数决定的，而菲涅尔数可以通过计算衰减量得到。衰减量的计算公式为
L=L0-Klg*l/d* Lc（4）
此式中，L 为衰减量（dB），L0 为源强（A声级）（dB），K 为10（线声源），l 为受声点距离声源的距离（m），d 为声源长度（m），Lc 为受声点预期声级（dB）。算得衰减量后可从图二中得到对应的菲涅尔数N，代入上式，可算得声屏障高度。
图二衰减量与菲涅尔数的关系
5.现有声屏障高度和规划所得声屏障高度结果
5.1现有道路声屏障设置高度分析
南二环沿途建筑与道路的距离从15-100 米不等，声屏障的高度分别为2.8m 和3.5米。一般的声屏障高度为3-6 米[7]，高层且距离公路较近的建筑并不在声屏障的声影区内，且公路两侧的声屏障会对噪声进行反射，高层建筑受到反射后增强噪音的影响。
5.2 规划道路声屏障设置高度分析
以南二环快速路为研究对象，受声点现对于声源的高度为4m，声屏障到受声点的距离即建筑退让道路红线距离为30m，声源到声屏障距离为19.5m，根据上述声屏障参数，p=4m、l=49.5m、l1=30cm。首先计算衰减量L。源强声级为79dB，源强测试距离为1 快速路车流量为2500 辆/ 小时，所以视为线声源，K=10，源强测试距离为40m。受声点预期声级55dB。
5.3 声屏障高度设定结论
根据图二可得，菲涅尔数为30，因此声程差为10.2m。代入式（3），得出声屏障高度为4.89m。尽管此高度不符合实际要求，但根据式（3）得到的调整建筑物退让距离即可改变设计声屏障高度，从而符合实际需求。
6.结论
随着交通环保体制的健全和交通建设项目“三同时” 制度的进一步落实，声屏障作为一种简单、实用、易操作的交通噪声控制措施，正被公路建设单位优先采用，所以我国应加紧《公路声屏障设计规范》的制定，规范声屏障的声学设计、结构设计、材料设计、景观设计，使声屏障设计程序化、规范化、科学化。对声屏障声学设计的重要性要有深入的认识。声学设计是声屏障设计最关键的环节，其设计完善与否，将直接关系到声屏障的减噪效果。采用声屏障控制公路交通噪声是有一定限度的。一般来说，所需衰减量为5dB，采用简单声屏障即可达到目的；所需衰减量为10dB，选用声屏障也是可行的；所需衰减量为15dB，用声屏障就很难达到了；衰减量为20dB，则只用声屏障几乎不可能达到所需控制目标。
参考文献
[1]王相乙.栗敏.公路声屏障高度理论与实际设计初探[J].房地产导刊，2014（6）
[2]赵春来.马心坦.郭志军.公路声屏障的参数分析与优化设计[J].河南科技大学学报（自然科学版），2010，31（04）：23-27+108
[3]魏显威.尚晓东.高速公路声屏障设计中几个问题的探讨[J].公路交通科技，2002（06）：184-186
[4]胡广曼.高速公路声屏障的研究进展[J].中国建材科技，2008（02）：5
论文作者:石煜,易璐璐,陈琳,刘灿
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第24期
论文发表时间:2018/1/19
标签：屏障论文; 噪声论文; 声源论文; 高度论文; 公路论文; 距离论文; 声波论文; 《建筑学研究前沿》2017年第24期论文;