高速公路声屏障优化设计的模拟计算研究

　随着高速公路的快速发展，交通噪声影响了人们的生活质量，已经成为高速公路沿线居民关注的焦点[1].作为一种经济而有效的方法，声屏障成为控制高速公路交通噪声的主要措施.长度、高度和位置是声屏障重要的设置参数，决定了声屏障的降噪效果和建造成本，然而，当前的声屏障设置参数并不合理，造成了声屏障工程在中国难以广泛使用.目前国内对声屏障的研究主要集中在吸声材料和声屏障顶端结构[2]，对声屏障设置参数和工程经济性考虑较少[3].利用噪声模拟软件Cadna/A可以对声屏障的设置参数进行优化设计，该软件预测精度可靠，已经得到了专家学者的认可，徐志胜[4]研究了Cadna/A软件在高速铁路声环境影响评价中的应用，夏平[5]等研究了用Cadna/A软件预测桥梁交通噪声及应用分析，李晓东[6]等研究了Cadna/A软件应用于声屏障插入损失的计算.利用模型对声屏障的优化设计研究多集中在声屏障的结构，例如Min-ChieChiu[7]利用退火法模型对声屏障的结构进行了优化研究，然而鲜有噪声模拟软件Cadna/A在拟建高速公路声屏障设置参数的优化设计研究.
　　本研究以某拟建高速公路为例，建立交通噪声预测模型，提出了一种优化设计方法，对声屏障的设置参数进行了优化设计研究，该方法实现了降噪效果和经济性能的双重目的.
　　2模拟场景构建及模型优化设计
　　2.1模拟场景构建
　　从图2和3中可以看出，不同颜色代表的噪声值的大小不同，交通噪声对周边居民产生了巨大的影响.在水平方向上，随着距离的增加，噪声值随之减小，位于建筑物后面的噪声值小于位于其他地方的噪声值；在垂直方向上，噪声值随着高度的增加而减少.
　　2.2模型优化设计与计算
　　2.2.1模型设计
　　声屏障的设计参数包括声屏障到路基的距离、声屏障的长度和高度.作为一种常用的设计原则，声屏障应该最大程度接近噪声源，越近其降噪效果越好，但是为了保障行车安全，声屏障到路基的距离在1.5～2.0m之间，所以在本研究中取1.5m.长度在声屏障降噪效果和造价上起了重要作用，如果声屏障长度过短，则由于声波的直射和衍射作用导致声屏障的实际降噪效果会比理论降噪效果差.为了降低交通噪声的影响，声屏障的建造长度应大于敏感区的长度.声屏障高度对降噪效果有重要影响，是声屏障设计的主要参数，决定了降噪效果.因此在本研究中选取声屏障的长度和高度作为优化设计对象，在声屏障厚度一定的条件下以间接反应成本的建造面积为目标函数按（3）计算，声屏障的降噪效果为主要的限制条件.
　　2.2.2优化设计与计算
　　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.