高速公路城区段噪声来源与影响分布

钱晓彬,吕成林,蔡莉莉吴春颖,张 东

（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）

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50~8 000 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2~4 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1~2 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3~8 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8~11 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0.4~0.7 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]。

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。

图2 不同车型不同运行状态下的噪声图

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60~8 000 Hz，如图3所示，主要频率范围在250~2 000 Hz[5]。

表1 车辆噪声频率分布

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20~40 m和80~120 m范围内衰减速度较快，40~80 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RLS–90模型、《公路建设项目环境影响评价规范》（JTG B03—2006）模型（简称，06规范模型）和《环境影响评价技术导则－声环境》（HJ 2.4—2009）模型（简称，2009年声导则预测模型）[8-10]。

4.1 RLS–90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：

4.2 06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》（JTGB03—2006）中推荐的公路交通噪声预测模型。基本公式如下：

式中，LAeqi——i类车的小时等效A声级[dB(A)]；LAeq交——小时等效A声级[dB(A)]；L0i——i型车在参照点7.5 m处的平均A声级[dB(A)]；Ni——i型车平均小时车流量（辆/h）；T——等效声级计算时间范围（h）；Vi——i型车平均行驶速度（km/h-1）；ΔL距离——距离衰减量，[dB(A)]；ΔL地面——地面吸收衰减量[dB(A)]；ΔL障碍物——障碍物衰减量[dB(A)]；ΔL1——公路弯曲或有限长路段修正量[dB(A)]。

4.3 09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》（HJ2.4—2009）中推荐的公路交通噪声预测模型。基本公式如下：

式中，Leq(hi)——i类车小时等效A声级，[dB(A)]；——i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）；ψ1、ψ2——受声点到有限长路段两端的张角，弧度；ΔL——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250~2 000 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。