高速公路声屏障优化设计的模拟计算研究(2)

　　噪声模拟软件Cadna/A具有较强的计算模拟功能，可以同时模拟各类声源的复合影响，通过输入高速公路和声屏障参数，可利用噪声模拟软件Cadna/A对声屏障不同长度和高度的组合进行优化设计研究.在图2中可以看出，昼夜间只有第一排某些敏感点噪声值超标，并且由于建筑物的遮蔽作用和距离的衰减会使得位于第一排建筑物之后的敏感点噪声值达标，因此选取高速公路第一排建筑物为优化设计对象.为了得到未设置声屏障时的噪声污染状况，经模拟，第一排建筑物的A计权声压级如表1所示.
　　从表1可以看出，昼间和夜间某些敏感点A计权声压级超过了标准值，在这些点中，昼间最大A计权声压级是72.3dB（A），超出标准值2.3dB（A），夜间最大A计权声压级是64.9dB（A），超出标准值9.9dB（A），该值即为声屏障降噪的最小值.为了保证居民免受噪声的污染，必须设置声屏障，且该声屏障的最小降噪量为9.9dB（A）.为得到最佳长度和高速组合，本研究对6组不同长度和高度的组合进行了优化设计研究.
　　组合1，声屏障刚好覆盖敏感区，因此道路右侧声屏障长为370m，左侧声屏障长为330m.由于未设置声屏障的路段直射及声屏障两端衍射作用，不管设置多高的声屏障均不能使位于敏感区最外两端的敏感点达标.
　　组合2，为减弱声屏障两端的衍射和未设置声屏障路段的直射作用，因此需要在声屏障两端各增加10m，此时道路右侧声屏障长为390m，左侧声屏障长为350m.经模拟，当道路右侧声屏障设置高度为6.5m，道路左侧型声屏障设置高度为9.0m时，敏感区所有敏感点均达标，夜间最高噪声值为55dB（A），面向公路一侧的声屏障面积F=390m×6.5m+350m×9m=5685m2.
　　尽管组合2可以使敏感区所有敏感点达标，但是声屏障的高度设置过高，对驾驶者、周围居民产生视觉和心理压抑，并且居民采光比较困难.为此，本课题对组合3进行模拟研究.当声屏障两端再增加10m时，此时道路右侧声屏障长为410m，左侧声屏障长为370m.经模拟，当道路右侧声屏障设置高度为4.2m，道路左侧声屏障设置高度为5.1m时，敏感区所有敏感点达标，夜间最大噪声值为55dB（A），面向公路一侧的声屏障面积F=410m×4.2m+370m×5.1m=3609m2.较组合2，组合3的声屏障高度有了较大的降低，一定程度上缓解了周围居民产生视觉和心理压抑，而且降低了建造成本.
　　从图4中可以看出组合2到组合3时，建造面积有了较大的减少，随着组合的增加，建造面积在缓慢减少，组合5时建造面积最小，随着组合的增加建造面积增加，因此可以认为组合5的建造面积最小，即建造成本最小.
　　3结果分析
　　声屏障的降噪效果主要取决于声源发出的声波沿反射、透射、衍射三条路径声能分配，声源辐射的声波在声屏障后形成“声影区”.“声影区”的大小和声屏障的有效高度及长度有关，位于“声影区”内的噪声级低于未设置声屏障时的噪声级.一般声屏障“声影区”内降噪效果在5～12dB（A）之间，噪声有了明显衰减.通过以上昼夜间声场分布图，可以得知不同颜色代表的噪声级不同，颜色越深噪声级越大，随着距道路距离的增大，噪声级减小，位于建筑物后面的噪声值小于位于其他地方的噪声值.组合1，由于声屏障设置长度和敏感区的长度相等，未设置声屏障的路段距最外的4个敏感点的距离较近，此时声波的直射作用大于衍射及透射作用之和，直射作用起主导作用，使得某些敏感点位于“声影区”之外，因此无论声屏障设置多高，最外两个敏感点均不能达标.为了减弱声波的直射作用，使最外两个敏感点位于“声影区”之内，需要增加声屏障的长度.通过比较组合2和3的目标函数，发现随着声屏障两端各增加10m，右侧声屏障高度降低了2.3m，左侧声屏障降低了3.9m，建造面积降低了2076m2.这说明声屏障两端各增加10m的长度，声波的直射作用有了较大的削减，逐渐会被声波的衍射及透射作用所取代.比较组合3和4，随着声屏障的长度的增加，建造面积降低了263m2.比较组合4和5，发现建造面积降低了2m2，这两组数值相差很小.比较组合5和6的目标函数，发现随着声屏障长度的增加，声屏障的设置高度将不变化.这说明在组合5中声波对敏感点的直射作用忽略不计，全部敏感点均处在“声影区”，只考虑声波的衍射及透射作用，此时得到的声屏障建造面积最小.所以声屏障不同长度和高度的组合会对降噪效果和经济的最优化产生较大影响.
　　4结论