高速公路城区段噪声来源与影响分布.pdf

10交通科技与管理智慧交通与应用技术0引言高速公路的交通噪声污染问题是一个全球性的难题，需要采取有效的措施进行治理。在治理过程中，需要充分考虑高速公路与城市道路的差异，采用更加有针对性的控制策略。此外，需要加强对高速公路噪声等级的监测，通过数据进行评估，及时发现问题，制定防控措施，确保高速公路的安全和舒适性。1高速公路城区段噪声来源公路噪声主要是汽车行驶过程中由发动机运行、车辆进排气以及轮胎与路面摩擦所产生的。发动机噪声特性一般为宽频带，各个噪声源辐射出的频率不相同，主要噪声源来自活塞撞击、齿轮、油气燃烧、气孔和皮带，噪声频率范围在 508 000 Hz，且与转速、缸数、叶片数和齿轮数有关。低速行驶发出的噪声主要为发动机噪声和排气噪声。行驶速度超过 50 km/h 时轮胎噪声为主要噪声1，而高速公路车速一般高于 60 km/h，所以轮胎噪声为主要来源。图 1汽车噪声图2高速公路城区段噪声影响因素对于高速公路上的某一段，当车辆在一定的时间里同时经过时，所产生的等效声压级就是交通噪声的等效声压级。在车流量为 0 或有车但所有车都停住的情况下，它的噪声效应可以忽略。2.1车流量和车型比例车流量是公路噪声的重要来源。车辆类型在白天和黑夜之间存在着明显的差别，车流量也在白天和黑夜之间存在着明显的差别。所以，要决定噪声水平与交通流的准确对应是困难的2。目前，在各种流量条件下，只有通过对其进行统计分析，才能得到其统计数值的分布规律。车辆类型与车辆类型之间的配比对车辆的噪声有重要的影响，车辆类型与车辆类型之间的配比对噪声的尖峰有重要的影响。随着货车所占比重的增大，噪声水平也随之增大。当不鸣喇叭时，车辆的数目翻一番，车辆的最大噪声值上升 24 dB(A)。2.2车速汽车在公路上行驶时，由于车速的不同，所产生的噪声也不同。同一型号、不同性能的汽车，由于速度的差异，其噪声的大小也不相同。同一车辆在不同的路面条件下，车速的不同，会产生不同的噪声数值。同一辆汽车在超速车道上的车速大于在行车道上的车速。相关资料显示：汽车在高速运动时，所发出的噪声与车速和道路材质的平整度之间存在一定的关系。随着车辆速度的提高，汽车所受空气阻力变大，车胎与道路凹凸坑之间，进排气效果加强，噪声随之增大。2.3路面状况2.3.1路面材料类型在标准模型中，小客车通过沥青铺装时，其噪声值收稿日期：2023-08-17作者简介：钱晓彬（1970）,男,工学学士,高级工程师,研究方向：公路工程建设管理。基金项目：江苏省交通运输科技项目“高速公路城区段声屏障组合综合降噪系统研究及产业化”（2022Z02）；江苏省碳达峰碳中和科技创新专项资金“城市多源固体废弃物负碳资源化利用技术研究与重大科技示范”（BE2022605）。高速公路城区段噪声来源与影响分布钱晓彬1,吕成林1,蔡莉莉2,3吴春颖2,3,张东4（1.南通绕城高速公路有限公司,江苏 南通 226000;2.南京宁通智能交通技术研究院有限公司,江苏 南京 211135;3.苏交科集团股份有限公司新型道路材料国家工程研究中心,江苏 南京 211112;4.南京工业大学,江苏 南京 211816）摘要高速公路交通噪声污染已成为一个日益严重的问题，对沿线居民的生活造成了一定影响。文章研究了高速公路城区段噪声的来源、影响因素、分布规律以及预测模型。研究结果表明：（1）高速公路噪声以轮胎噪声为主，噪声与车流量、车型比例、车速、路面材料类型、路面平整度、路面粗糙程度以及道路纵坡等因素有关；（2）我国公路交通噪声频率范围主要分布在 2502 000 Hz，交通噪声在垂直方向呈现先增加后衰减的规律，在水平方向呈现对数衰减的形式，在时间分布上存在不确定性；（3）交通噪声预测需要综合考虑多种因素，并采用多种技术和方法。关键词高速公路；噪声来源；声场分布；预测模型中图分类号U416.217文献标识码A文章编号2096-8949（2023）18-0010-032023 年第 4 卷第 18 期11交通科技与管理智慧交通与应用技术略小于水泥混凝土铺装。根据调查结果，同等速度下，小汽车在水泥路面上的噪声较沥青路面高 12 dB(A)。在两种道路条件下，大中型汽车在同一行驶状态下，其噪声值基本一致。相关研究指出，橡胶颗粒沥青路面对于噪声和振动等有很明显的吸收作用。国内外众多学者对此进行了大量的研究，结果表明：沥青混合料的孔隙度是影响沥青混合料降噪效果的重要因素，且孔隙度越大，对沥青混合料的降噪效果越好。采用含 15%25%空隙率的沥青混合料可以有效地降低道路噪声 38 dB(A)。在山东济荷高速公路，应用 SMA 降噪技术对部分路段的降噪效果达到 811 dB(A)。2.3.2路面平整度道路的平坦度直接影响到车辆的行驶噪声和轮胎噪声。随着道路不平度的增大，行车时的振动更为显著，噪声的强度也相应增大。结果表明：随着车辆速度的提高，道路平坦程度对道路噪声有显著的影响。2.3.3路面粗糙程度道路凹凸不平，对于车辆的辐射声强度会变大，尤其是小客车会更为明显，会引起剧烈的轮胎噪声。在0.40.7 mm 范围内，当路面粗糙度增大或减小 0.3 mm 时，小客车运行时所发出的噪声声级增大或减小约 2 dB(A)。2.4道路纵坡在各种工况下，汽车的噪声是不一样的，平缓路面与上坡路的噪声差别很大。当车辆在坡道上行驶时，由于引擎的转速升高，废气的噪声增大，其噪声的辐射强度也随之增大。所以在平缓路面下刹车，噪声会比坡道上小很多3。图 2不同车型不同运行状态下的噪声图从图 2 监测数据可知，上述几类车辆在特殊的行驶状况下，产生的噪声值都比较高。噪声大小也与载重量有关，小轿车与客货车相比，前者产生噪声较低，后者相对较高。因此，在防控交通噪声时，可以控制重型客货车的数量，降低车辆在特殊行驶下的噪声。3高速公路城区段声场分布特性公路噪声的频谱由交通组成、行驶速度和路面特性三个方面确定，通过分析监测数据可知，城市道路以小汽车为主，而高速公路大、中型车辆占比很大。3 种车辆的噪声频率分布如表1所示。小型车辆噪声以中高频声为主，中大型车辆以中低频声为主4，水泥路面噪声频率高于沥青路面。我国的公路交通噪声频率范围是 608 000 Hz，如图 3 所示，主要频率范围在 2502 000 Hz5。表 1车辆噪声频率分布车型车速/(kmh1)行驶噪声频率/Hz 轮胎噪声频率/Hz沥青路面 水泥路面 沥青路面 水泥路面小型车601205002 000 6302 500 6302 000 8002 500中型车4080808001251 600 1601 000 3151 600大型车4080801 000 2502 000 2501000 3152 000图 3我国高等级公路交通噪声倍频程谱图高速公路城区段路侧噪声分布敏感点，在高速公路城区段的距离、是否有遮挡物存在、与地面相对高度、朝向等因素不同时，噪声分布明显不同。通过实测数据研究城区段高速公路两侧的噪声分布规律，从而得出噪声在空间维度与时间维度上的分布特性，为高速公路城区段噪声的可视化提供依据。从垂直方向，分析敏感点地面不同楼层接收到的交通噪声，交通噪声在 6 层（18 m）以下噪声值随着楼层的增加逐渐增大，在第六层达到最大值6，之后噪声值随着楼层的增加而减少，噪声值在 13 层已趋于稳定值7。从水平方向，分析敏感点地面沿线交通噪声的声场特性，公路交通噪声在水平方向呈现出对数衰减的形式。距离公路的中心线 2040 m 和 80120 m 范围内衰减速度较快，4080 m 范围中衰减相对较缓，随着距离的增加，衰减速度显现出快慢快的趋向。从时间维度上分析，交通噪声具有较强的不确定性，主要由车流量时间变化特性决定。4高速公路城区段噪声预测评价高速公路投入使用后，对公路两侧一定距离范围内会产生噪声污染，为了保护环境和维护居民的日常生活，相关部门应做好声环境影响预测评价工作。目前常用的模型有德国 RLS90 模型、公路建设项目环境影响评价规范（JTG B032006）模型（简称，06规范模型）和 环境影响评价技术导则声环境（HJ 2.42009）模型（简称，2009 年声导则预测模型）8-10。12交通科技与管理智慧交通与应用技术4.1RLS90 模型交通噪声声级 Lm（即预测点声级）由声源辐射声级Lm,E、距离修正 Ds、地面吸收修正 DBM、反射修正 DB相加求得8。公式如下：,mm EsBMBLLDDD=+（1）4.206 规范模型06 规范模型是我国交通部公路建设项目的环境影响评价规范（JTGB032006）中推荐的公路交通噪声预测模型。基本公式如下：（2）（3）式中，LAeqii 类车的小时等效 A 声级 dB(A)；LAeq 交 小时等效 A 声级 dB(A)；L0ii 型车在参照点 7.5 m 处的平均 A 声级 dB(A)；Nii 型车平均小时车流量（辆/h）；T 等效声级计算时间范围（h）；Vii 型车平均行驶速度（km/h1）；L距离 距离衰减量，dB(A)；L地面 地面吸收衰减量 dB(A)；L障碍物 障碍物衰减量 dB(A)；L1 公路弯曲或有限长路段修正量 dB(A)。4.309 导则预测模型09 导则预测模型为我国环保部环境影响评价技术导则一声环境（HJ2.42009）中推荐的公路交通噪声预测模型。基本公式如下：()()1207.510lg10lg10lg16ieqiEiiNLhLLVTr+=+1207.510lg10lg10lg16ieqiEiiNLhLLVTr+=+（4）式中，Leq(hi)i 类车小时等效 A 声级，dB(A)；()0EiLi 类 车 在 7.5 m 处 的 平 均 A 声 级 dB(A)；Ni 通过预测点的 i 类车的车流量（辆/h）；r 车道中心线至受声点的垂直距离（m）；T 计算等效 A声级的时间跨度（h）；1、2 受声点到有限长路段两端的张角，弧度；L 坡度、路面等因子产生的修正值，dB(A)。4.4对比分析该文通过监测公路噪声值、记录车流量和车速等数据，用以验证预测模型准确性以及参数的选取8-11。根据实测数据的对比分析，可以得出以下结论：（1）06 规范模型和 09 导则模型虽然在形式上不同，但是这两种方法陈述的实质相同，均为噪声声源、校正项、衰减值 3 者的总和，且都借鉴了国外的噪声预测模型的相关经验。（2）车辆类型的分类对于路面交通噪声的预判有着十分重要的作用，各种模型没有统一的标准，且分类方式不同。（3）06 规范模型适用于车速高、车流量不是很大的情况，否则会造成预测结果偏大。09导则模型在使用时，应考虑道路周围的环境指标，适用于温湿度大、高差大的路段噪声的预测。5结论（1）公路噪声主要是汽车行驶过程中由发动机运行、车辆进排气以及轮胎与路面摩擦所产生的。当车辆行驶速度超过 50 km/h 时，轮胎噪声为主要噪声。（2）高速公路城区段噪声与车流量、车型比例、车速、路面材料类型、路面平整度、路面粗糙程度以及道路纵坡等因素有关。（3）我国的公路交通噪声频率范围主要分布在2502 000 Hz。从垂直方向，交通噪声在 6 层（18 m）以下噪声值随着楼层的增加逐渐增大，在第六层达到最大值。从水平方向，公路交通噪声在水平方向呈现出对数衰减的形式。从时间维度上分析，交通噪声主要由车流量的时间变化特性决定。（4）高速公路城区段噪声预测需要综合考虑多种因素，并采用多种方法和技术进行预测。参考文献1 丁真真.公路交通噪声频率特性与预测模式研究 D.西安：长安大学,2016.2 朱晓敏.公路噪声环境影响评价及预测方法研究 J.化工设计通讯,2022(1):184-186.3 许聪,徐文文.基于 Cadna/A 的高速公路互通区噪声预测研究 J.环境与发展,2020(10):244-245.4 蒋康.公路声屏障优化研究 D.西安：长安大学,2009.5 刘阳.交通噪声软件预测与实际监测结果在平阿高速公路的验证研究 J.环境与发展,2019(6):132-133.6刘涛.城市道路交通噪声影响因素与传播规律分析D.西安：长安大学,2010.7 马甲亮.城市交通噪声传播机理与控制技术研究 D.重庆：重庆交通大学,2016.8 曹丽娜.以大型车辆为主的高速公路噪声预测模型修正及声屏障优化研究 D.西安：长安大学,2016.9 肖沙沙.高速公路交通噪声预测方法对比研究与工程应用 D.西安：长安大学,2015.10 周银芳.FHWA 公路交通噪声预测模型在广清高速公路花都段的应用研究 J.山西交通科技,2018(3):101-104.11 刘东.公路噪声预测方法分析与评价 D.天津：天津大学,2017.