摘　要:以武漢(han)市輕軌專(zhuan)線聲(sheng)屏障(zhang)為研究對(dui)象,應用幾(ji)何聲(sheng)學軟(ruan)件Raynoise對(dui)不(bu)同(tong)結(jie)構(gou)形(xing)式的聲(sheng)屏障(zhang)降噪(zao)效果(guo)(guo)進行數值仿真(zhen),并通過文獻(xian)中實驗數據對(dui)比分析得出結(jie)論(lun):同(tong)等(deng)高度Y形(xing)式聲(sheng)屏障(zhang)整體降噪(zao)效果(guo)(guo)最好。

關鍵詞:聲屏障  軌道噪聲　數值仿(fang)真

隨著(zhu)城(cheng)市(shi)交通(tong)(tong)事業的(de)(de)(de)(de)(de)(de)迅(xun)速發(fa)展,道路(lu)交通(tong)(tong)噪(zao)(zao)聲污染的(de)(de)(de)(de)(de)(de)問題日益(yi)嚴重(zhong),以武(wu)漢(han)(han)市(shi)軌(gui)道交通(tong)(tong)一(yi)號線(xian)(xian)一(yi)期工(gong)程為例(li),其線(xian)(xian)路(lu)全(quan)長10余km,采用(yong)全(quan)高架橋梁形式貫穿(chuan)武(wu)漢(han)(han)市(shi)鬧市(shi)區,沿線(xian)(xian)環(huan)境(jing)敏感點眾多(duo)。輕軌(gui)專線(xian)(xian)運營后(hou),不(bu)(bu)可(ke)避免地對沿線(xian)(xian)環(huan)境(jing)造成不(bu)(bu)同程度的(de)(de)(de)(de)(de)(de)影響,沿線(xian)(xian)高層(ceng)建筑的(de)(de)(de)(de)(de)(de)部分樓(lou)層(ceng)噪(zao)(zao)聲超標。目前,設置聲屏(ping)障是道路(lu)交通(tong)(tong)噪(zao)(zao)聲控制中(zhong)最常用(yong)也是比較有(you)(you)效(xiao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)一(yi)種方法,但不(bu)(bu)少(shao)聲屏(ping)障的(de)(de)(de)(de)(de)(de)降(jiang)噪(zao)(zao)效(xiao)果不(bu)(bu)明顯(xian);有(you)(you)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)聲屏(ping)障的(de)(de)(de)(de)(de)(de)建設費(fei)用(yong)很高,但未達到理想的(de)(de)(de)(de)(de)(de)降(jiang)噪(zao)(zao)目標;聲屏(ping)障的(de)(de)(de)(de)(de)(de)設計、制造及降(jiang)噪(zao)(zao)效(xiao)果的(de)(de)(de)(de)(de)(de)預測分析還不(bu)(bu)夠規范等(deng)。

武漢市軌道交通聲(sheng)屏(ping)(ping)(ping)障于2003年(nian)底完成(cheng)并投入運營(ying),全線(xian)設置(zhi)1.7 m高T形(xing)(xing)和(he)倒(dao)L式聲(sheng)屏(ping)(ping)(ping)障及3 m直(zhi)立式聲(sheng)屏(ping)(ping)(ping)障。本文在原有已使(shi)用的屏(ping)(ping)(ping)障形(xing)(xing)式之(zhi)外,再附加一(yi)種目前研(yan)究(jiu)較多且新穎的Y形(xing)(xing)聲(sheng)屏(ping)(ping)(ping)障進行(xing)研(yan)究(jiu),運用仿(fang)真軟件對這幾(ji)種不同結構型式的聲(sheng)屏(ping)(ping)(ping)障降噪效(xiao)果進行(xing)預測。

1 射線跟蹤法的基本原理

Raynoise軟件(jian)基(ji)礎是幾何聲(sheng)(sheng)學(ceometricalacoustics)[1],而射(she)(she)線(xian)跟蹤法是其算法的(de)(de)核心(xin)之一(yi),基(ji)本原理是把聲(sheng)(sheng)源向四周所發(fa)散的(de)(de)能(neng)量(liang)假想成(cheng)一(yi)些聲(sheng)(sheng)射(she)(she)線(xian),聲(sheng)(sheng)源的(de)(de)能(neng)量(liang)平均分配給這些射(she)(she)線(xian),認為(wei)聲(sheng)(sheng)波的(de)(de)傳播可(ke)以解釋(shi)為(wei)一(yi)條(tiao)條(tiao)的(de)(de)聲(sheng)(sheng)射(she)(she)線(xian)(sound rays),聲(sheng)(sheng)射(she)(she)線(xian)在以聲(sheng)(sheng)速向四周發(fa)散,當與界面或者障礙物發(fa)生作用時也(ye)遵循(xun)直達聲(sheng)(sheng)、反射(she)(she)聲(sheng)(sheng)和衍(yan)射(she)(she)聲(sheng)(sheng)原理。

雖然工程(cheng)中邊界元方法(BEM)的(de)(de)(de)使(shi)用較(jiao)為廣泛,但BEM的(de)(de)(de)精度(du)決(jue)定(ding)于相(xiang)(xiang)(xiang)對于波長的(de)(de)(de)邊界離散(san)程(cheng)度(du),即相(xiang)(xiang)(xiang)對頻率越(yue)高(gao)計算量越(yue)大、結果(guo)精確度(du)越(yue)不穩定(ding);而Raynoise則相(xiang)(xiang)(xiang)反,計算量和(he)頻率無(wu)關,且有(you)相(xiang)(xiang)(xiang)對頻率越(yue)高(gao)越(yue)準確的(de)(de)(de)趨勢。因此Raynoise則更適合于大尺度(du)、復雜(za)邊界(地(di)形)、全頻域的(de)(de)(de)聲(sheng)(sheng)學(xue)問題預測與評估,即建(jian)筑聲(sheng)(sheng)學(xue)、環境聲(sheng)(sheng)學(xue)(如(ru)交(jiao)通噪聲(sheng)(sheng)、社區噪聲(sheng)(sheng)等)領域[2]。

2 模型建立

軌(gui)道(dao)交(jiao)通噪(zao)(zao)聲(sheng)(sheng)(sheng)主要有輪軌(gui)噪(zao)(zao)聲(sheng)(sheng)(sheng)、集電噪(zao)(zao)聲(sheng)(sheng)(sheng)、空氣動力噪(zao)(zao)聲(sheng)(sheng)(sheng)及橋梁振動噪(zao)(zao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(見(jian)圖1)。其中列車在100 km/h以下(xia)輪軌(gui)噪(zao)(zao)聲(sheng)(sheng)(sheng)為主要噪(zao)(zao)聲(sheng)(sheng)(sheng)源[3],因此在數(shu)值仿真過程中只考慮輪軌(gui)噪(zao)(zao)聲(sheng)(sheng)(sheng)。

國內(nei)現有(you)軌道交通運行至距離軌道中心(xin)線7.5 m處(chu)測(ce)得噪(zao)聲源特性結果見表1所列。

根據CJ/T5021-1995《輕軌(gui)(gui)交(jiao)通(tong)車(che)輛(liang)通(tong)用技術條件》中(zhong)的規(gui)定,車(che)輛(liang)以70 km/h速度運(yun)行(xing)時,距軌(gui)(gui)道(dao)(dao)中(zhong)心線7.5 m處(chu),車(che)輛(liang)噪(zao)聲不(bu)得超(chao)過(guo)82 dBA。但從上述資料可以看出,車(che)輛(liang)距離軌(gui)(gui)道(dao)(dao)中(zhong)心線7.5 m處(chu),車(che)輛(liang)噪(zao)聲均超(chao)過(guo)或(huo)接近90dBA,峰值出現(xian)在(zai)500~600 Hz處(chu),63~ 4 000 Hz頻(pin)譜范圍內(nei)聲級(ji)均超(chao)過(guo)75 dBA,所(suo)以武(wu)漢市城(cheng)市軌(gui)(gui)道(dao)(dao)交(jiao)通(tong)噪(zao)聲控制工程的設防值選(xuan)擇為90 dBA。

為實現軌(gui)道(dao)噪(zao)(zao)聲(sheng)預報(bao)及(ji)聲(sheng)屏障(zhang)降噪(zao)(zao)效果(guo)評估的可靠(kao)性,運用Raynoise軟件(jian)建立實際的軌(gui)道(dao)交通模型(xing)(xing),模型(xing)(xing)長(chang)度100 m,以(yi)2條無限長(chang)線聲(sheng)源模擬(ni)輪軌(gui)噪(zao)(zao)聲(sheng),設置30 m×120 m面聲(sheng)場,建立圖2、3兩種軌(gui)道(dao)交通模型(xing)(xing),比(bi)較無、有聲(sheng)屏障(zhang)前后的效果(guo),并(bing)在此基礎上進一步研究反射型(xing)(xing)屏障(zhang)及(ji)吸聲(sheng)型(xing)(xing)屏障(zhang)的降噪(zao)(zao)效果(guo)差異。

定義材(cai)(cai)(cai)料(liao)屬性:定義高(gao)架路(lu)面(mian)(mian)及地面(mian)(mian)的(de)吸聲率(lv),高(gao)架路(lu)面(mian)(mian)為混凝土材(cai)(cai)(cai)料(liao),地面(mian)(mian)為瀝青材(cai)(cai)(cai)料(liao)。表2是各材(cai)(cai)(cai)料(liao)倍頻程下的(de)吸聲率(lv)[2]。

3 數值仿真結果及分析

3.1 無聲屏障時輕軌專線(xian)噪聲預報

從(cong)圖4中(zhong)觀察仿真(zhen)值與文獻(xian)[5]中(zhong)實測值的(de)噪聲頻譜,2條曲線基本吻合,說明該模型對輪軌噪聲仿真(zhen)基本吻合,通過圖5也可以觀察無聲屏障時30 m×120 m面聲場(chang)的(de)聲壓(ya)級分布情(qing)況。

3.2 有3 m高直(zhi)立(li)型聲(sheng)屏障插入損失預報(bao)

建立反射型無(wu)限長(chang)屏障(zhang)(所謂無(wu)限長(chang)的(de)聲(sheng)(sheng)屏障(zhang)指的(de)是(shi)聲(sheng)(sheng)屏障(zhang)的(de)長(chang)度(du)(du)與高度(du)(du)的(de)比例不小于20)。定(ding)義(yi)其表面(mian)為(wei)剛(gang)性,高度(du)(du)為(wei)3 m,高架路面(mian)及地(di)面(mian)吸聲(sheng)(sheng)率(lv)定(ding)義(yi)都與無(wu)聲(sheng)(sheng)屏障(zhang)模型一致。

圖(tu)6為場(chang)點29的(de)(de)噪聲(sheng)(sheng)頻譜曲(qu)線,可以得到(dao)(dao)插入(ru)損(sun)(sun)失(shi)隨著頻率(lv)的(de)(de)增加(jia)而增加(jia),由(you)曲(qu)線對比(bi)得到(dao)(dao)3 m高直立聲(sheng)(sheng)屏障的(de)(de)插入(ru)損(sun)(sun)失(shi)為1~9.4 dB。與(yu)文獻[3]中的(de)(de)實驗測(ce)量的(de)(de)數值1~8 dB的(de)(de)插入(ru)損(sun)(sun)失(shi)有(you)較好(hao)的(de)(de)吻合,但也(ye)(ye)存在1.4 dB的(de)(de)誤(wu)差,產生(sheng)誤(wu)差的(de)(de)主(zhu)要原因(yin)是:模(mo)型考慮在理想狀態下,聲(sheng)(sheng)波經(jing)過衍(yan)射反射后到(dao)(dao)達測(ce)聲(sheng)(sheng)點,而沒有(you)考慮實際(ji)中的(de)(de)背景噪聲(sheng)(sheng)及空氣動力噪聲(sheng)(sheng)、建筑(zhu)物振動噪聲(sheng)(sheng)對實驗數據的(de)(de)影響。通過圖(tu)7也(ye)(ye)可以觀(guan)察有(you)聲(sheng)(sheng)屏障時的(de)(de)聲(sheng)(sheng)壓級分布情況。

3.3 不同結構形式聲屏障數值(zhi)仿真

運用Raynoise軟件建立高1.7 m的T形(xing)(xing)(xing)、倒L形(xing)(xing)(xing)、Y形(xing)(xing)(xing)聲屏障數(shu)值(zhi)計算模型(xing)并對(dui)其計算仿(fang)真。仿(fang)真值(zhi)與實測插入損失結(jie)果見表3。

與(yu)參(can)考文獻[3]中(zhong)(zhong)的實測結(jie)果比較,仿真(zhen)值較為(wei)(wei)接近實測值,說明該(gai)模型能較好地對(dui)武(wu)漢市輕軌聲屏障(zhang)的降噪(zao)效(xiao)(xiao)果作出預測,可(ke)滿足實際工程(cheng)應用要(yao)求。從(cong)表(biao)3可(ke)以(yi)看出,Y形(xing)聲屏障(zhang)對(dui)中(zhong)(zhong)低頻的降噪(zao)效(xiao)(xiao)果較為(wei)(wei)明顯,這與(yu)文獻[4]中(zhong)(zhong)的結(jie)論一致(zhi),從(cong)仿真(zhen)結(jie)果來(lai)看,Y形(xing)分別(bie)比目(mu)前常使用的T型和倒L形(xing)聲屏障(zhang)低頻降噪(zao)效(xiao)(xiao)果高(gao)出1.4、1.6dB,具有良好的整體降噪(zao)效(xiao)(xiao)果。

3.4 吸聲型聲屏障(zhang)數值仿真

在工程應(ying)用中,吸(xi)(xi)聲(sheng)(sheng)材(cai)料也(ye)是提(ti)高降噪效果的(de)(de)重要(yao)手段,在聲(sheng)(sheng)屏障的(de)(de)建(jian)造(zao)中使用吸(xi)(xi)聲(sheng)(sheng)材(cai)料是十分廣泛的(de)(de),本(ben)文選用一種常用的(de)(de)PB吸(xi)(xi)聲(sheng)(sheng)板為研究(jiu)對象,該材(cai)料的(de)(de)吸(xi)(xi)聲(sheng)(sheng)率見表4。

選用PB吸聲(sheng)(sheng)板作(zuo)為材(cai)料的各(ge)種(zhong)形式聲(sheng)(sheng)屏(ping)障(zhang)插入損失(shi)見(jian)表(biao)5。由(you)表(biao)5可以看出,采用PB吸聲(sheng)(sheng)板作(zuo)為材(cai)料的吸聲(sheng)(sheng)型(xing)聲(sheng)(sheng)屏(ping)障(zhang)的整體降噪(zao)效果有(you)所提高,但在低頻域內表(biao)現(xian)不明顯。

4 結論

(1)本(ben)文運用(yong)Raynoise軟件(jian)對武漢(han)市軌(gui)道交(jiao)(jiao)通聲(sheng)(sheng)屏障降噪(zao)效(xiao)果(guo)進行數值仿(fang)真,采(cai)用(yong)幾何聲(sheng)(sheng)學原理,解決了大型聲(sheng)(sheng)場(chang)預測問題,模(mo)擬較為(wei)真實的(de)軌(gui)道交(jiao)(jiao)通環境,并可計算得到軌(gui)道噪(zao)聲(sheng)(sheng)場(chang)中低高頻(pin)域內的(de)主要聲(sheng)(sheng)學量頻(pin)域結果(guo)。

(2)由數值仿真表明,在(zai)(zai)(zai)現(xian)(xian)已投入(ru)使用(yong)的(de)(de)聲(sheng)屏(ping)(ping)障(zhang)中(zhong),Y形聲(sheng)屏(ping)(ping)障(zhang)模型對于中(zhong)低(di)頻(pin)的(de)(de)降噪效(xiao)果比較理想,在(zai)(zai)(zai)低(di)頻(pin)域內比T形、倒L形屏(ping)(ping)障(zhang)降噪效(xiao)果高(gao)出1.4~1.6 dB。在(zai)(zai)(zai)使用(yong)PB吸聲(sheng)板后(hou)各不同形式的(de)(de)屏(ping)(ping)障(zhang)的(de)(de)插入(ru)損(sun)失(shi)提高(gao)1~5 dB,并且主(zhu)要表現(xian)(xian)在(zai)(zai)(zai)500~2 000 Hz頻(pin)域內,但(dan)在(zai)(zai)(zai)低(di)頻(pin)域降噪效(xiao)果不明顯(xian)。

 
參考文獻
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文章來源： 《交(jiao)通科技》原(yuan)作者(zhe)：趙　焜　吳衛國

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