交通聲屏障應用現狀與發展趨勢分析

喬小龍

（河北高速公路集團有限公司石安分公司，河北 石家莊 051430）

一、引言

近年來，我國城市軌道交通網、道路網密度逐漸提高，極大地方便了公眾出行，但由此引發的交通噪聲污染同樣備受社會關注，尤其是快速路、高速公路、城市軌道及高鐵沿線居民，飽受交通噪聲困擾。《2021中國環境噪聲污染防治報告》[1]顯示，2020年，全國城市功能區聲環境質量統計中，4a類功能區（道路交通干線兩側區域）和1類功能區（居住文教區）夜間達標率持續偏低，分別為62.9%和75.3%。

2021年12月24日通過的《中華人民共和國噪聲污染防治法》（以下簡稱“新《噪聲法》”）[2]，自2022年6月5日起施行。新《噪聲法》圍繞強化規劃源頭防控、明確相關部門監管職責、準確界定防治對象、完善主要噪聲源管理措施、強化違法處罰等方面實施了修改，這標志著我國對噪聲污染的防治水平上升到了新高度。

與道路交通噪聲強弱程度直接相關的因素有很多，從污染防治的角度來講應該從噪聲源、傳播途徑和接受者三個方面入手。聲屏障是通過阻止直達聲的傳播，隔離透射聲，并使衍射聲衰減進而降低噪聲的影響[3]。相較于其他降噪手段，聲屏障具有降噪明顯、占地較小、便于維護且維護費用低等優勢，在道路交通、軌道交通領域應用廣泛，是防治交通噪聲污染的重要措施。

二、應用現狀

聲屏障的研究和應用始于國外，日、美、法等國家在20世紀60年代便開展了聲屏障的理論研究和應用。由于城市發展進度較晚和資金問題，我國在聲屏障研究應用方面起步較晚，但發展迅速。1992年，首次在貴州省貴黃高速公路上安裝了數百米實驗性聲屏障，至20世紀末，在上海等城市路段已安裝有數段道路聲屏障。目前，聲屏障在我國廣泛應用，積累了較為豐富的經驗，但在聲屏障的修建比例、質量、工藝結構等方面與發達國家相比仍有一定差距，有待進一步加強。

聲屏障主要通過測定實際插入損失降噪評價效果，其影響因素有設計結構、應用材料等。本文針對不同交通噪聲的特征需要，組合設計聲屏障的結構、材料，以達到預期的降噪效果。

（一）聲屏障結構設計現狀

聲屏障按豎向結構分類有直立型、折臂型（倒L型、T型、邊緣頂部結構型、Y型、鹿角型）、弧型等，如圖1所示。按封閉形式分類可分為開放式、半封閉式和封閉式，其中半封閉式聲屏障的頂部或一側為鏤空區。聲屏障結構設計的關鍵在于障板高度、頂部結構、表面和背板結構三個方面。

圖1 不同設計結構的聲屏障

1.聲屏障障板高度

增加聲屏障障板高度是提升降噪效果最直接的方法。但過大的障板高度會大幅增加聲屏障的應用成本，還會產生空間壓抑感，因此，不能為了追求降噪效果無限增大障板高度。據統計，在實際應用中開放式聲屏障的高度一般不超過5米。以天津市為例，大部分聲屏障的高度為3米左右，少數為4米。對降噪要求較高時，可采用效果更佳的半封閉式或封閉式的聲屏障。

2.聲屏障頂部結構

為保證降噪效果，通常在豎直障板頂端加一些幾何結構來提高聲屏障的有效高度，從而增加障板的隔聲性能。不同頂部結構的聲屏障會產生不同的降噪效果。王金瑞等[4]根據0Hz～5000Hz頻域段內直立型、內傾折壁型、Y型和T型四種頂部結構的繞射量變化曲線來選擇最佳構型，結果表明，Y形和T形結構繞射聲衰減量最多，且幾乎相等。隔聲型聲屏障采用內側傾斜式結構并盡量減小傾斜角時，降噪效果更好。朱飛[5]研究了不同類型的雙側聲屏障、單側聲屏障對不同樓層的降噪效果影響，為聲屏障結構形式的選擇提供了指導。

3.聲屏障表面和背板結構

將吸聲構造如百葉窗、微穿孔板、聲子晶體、吸聲尖劈、空腔結構等設置在聲屏障的表面和背板，能達到理想的降噪效果，其中以百葉窗配合空腔結構應用最為廣泛。徐志強研究得到了內側為微穿孔板式的聲屏障設計參數。張琛良[6]設計研究了表面帶有三角尖劈的聲屏障后，發現增大三角形寬度和角度可以提高降噪效果。秦曉春等[7]利用立柱回收建立了聲子晶體型聲屏障，實現了綠色循環與新型降噪理念的結合，具有針對性好、美觀性高、耐久性強、成本低、降噪效果更優的特點，應用前景廣闊。

當前，我國聲屏障還存在結構簡單，形式單一等問題，多數聲屏障都根據固定的圖紙設計，較少基于路段的實際噪聲構成設計，在聲屏障結構的研究和實際應用方面還有很大的提升空間。以天津市為例，現有建成聲屏障以弧型居多，其次是直立型、折臂型，其他形式較少，降噪針對性不強，在實際應用中的降噪效果和預期存在差距。

（二）聲屏障材料應用現狀

根據行業標準，聲屏障材料分為聲學材料和結構材料兩類。聲學材料是用以改變聲場分布的主要因素，根據聲學性能分為隔聲材料和吸聲材料。結構材料為形成公路聲屏障的骨架材料，包括金屬型材、混凝土柱等。

聲學材料中，常見的隔聲材料主要有混凝土類、金屬合金類（彩鋼板等）、玻璃類、有機塑料類（PC板、亞克力板）；常見的吸聲材料主要有纖維類（玻璃棉等）、泡沫金屬聲屏障。近年來，顆粒類新型材料（如砂巖板、聚合物-粉煤灰陶粒等）因優異的性能逐漸興起，用砂巖板替代原有的隔板與填充物的組合，不易進水和積水，能夠有效延長使用壽命。王建輝等[10]綜合兩種材料特性研制了吸聲性能良好的聚合物-粉煤灰陶粒聲屏障。目前主要聲屏障聲學材料優缺點及其應用狀況如圖2所示。

圖2 聲屏障聲學材料優缺點及其應用狀況

一般聲屏障會影響采光、通風和景觀美觀，增加駕駛員的疲勞感。因此在設計聲屏障時，通過采用不同的材質組合，增加透明材質，能夠在降低噪聲的同時，與環境保持協調一致和美觀。

三、發展趨勢

“十四五”期間，我國將完成鐵路建設約1.9萬公里、建成通車公路約30.2萬公里、新增軌道交通運營里程約3400公里，考慮到高鐵、公路和城市軌道交通存量對聲屏障加裝與改造的需求，預計“十四五”期間我國交通聲屏障的年均新增產值將達到26億元以上。巨大的市場需求推動了我國聲屏障技術的快速發展。經過分析，未來聲屏障的發展趨勢主要包括有針對性的結構設計、融合環境的聲屏障景觀設計，以及多功能復合聲屏障。

（一）有針對性的結構設計

各地區的道路條件、交通結構有所不同，導致等效噪聲頻率有所不同，需要進一步改進設計聲屏障。山東高速公路的交通構成以大貨車為主，交通噪聲趨于中低頻范圍，采用傳統聲屏障效果不足，故利用空腔共振結構吸聲理論結合地面吸收衰減修正量，優化設計了以315Hz為等效頻率、以大型車為主的高速公路聲屏障，并取得較好的降噪效果。

（二）融合環境的聲屏障景觀設計

聲屏障作為一種建筑形式，必然會對周圍的環境產生影響。一個設計優秀的聲屏障，除了要有明顯的降噪作用，還應能與周圍環境相融合，為環境增加新的亮點。

（三）多功能復合聲屏障

積極研發多功能復合聲屏障，既滿足當前社會發展綠色低碳的要求，又能產生較好的經濟效益。多功能復合屏障包括光伏太陽能聲屏障、降噪發電聲屏障、生態聲屏障等，各種類型的優缺點如圖3所示。

圖3 新式多功能聲屏障優缺點

四、結語

現階段聲屏障在我國交通領域廣泛應用，發展前景廣闊。目前，我國交通聲屏障的應用還存在形式結構單一、設計針對性不強、與環境協調性不高等問題。本文綜合國內外情況，提出國內交通聲屏障設計應更具針對性、與環境更加融合、功能更加復合的發展趨勢，為未來聲屏障的健康發展提供有效參考。