2019创新项目推广|边缘抑制型声屏障

针对现代城市中的噪声污染主要为交通噪声污染，目前声屏障由于便捷的施工、低廉的造价、较长的使用寿命等已成为轨道交通高架线路、城市道路噪声最广泛、最成熟的噪声控制措施。声屏障的降噪基本原理是利用屏障结构的隔离使噪声绕射，增加了噪声传播距离，降低了接受点的噪声能量，同时通过声屏障内部吸声材料吸收部分噪声。

图1-1 声屏障的基本降噪原理

传统声屏障受自身吸声材材料性能，以及高架桥桥梁设计荷载、声屏障设计高度、景观性限制等特定情况的影响，以及出于风荷载等安全方面的考虑，无法加高至所需要的高度，因此降噪效果有限。

声屏障类型主要包括直立式(含折板式)、半封闭及全封闭等，其中半封闭及全封闭结构复杂、造价高，仅在特殊需要的地段才会用到，日常应用最多的是直立式。

传统声屏障领域，为尽量提高直立式声屏障的降噪效果，通常有两种方式，一是增加声屏障高度，二是在声屏障顶部加装顶端降噪装置。

现有顶端降噪装置的外形构造多种多样，从原理角度划分，也包括吸声型、干涉型、共振型及混合型等多种类型。

传统顶端降噪装置存在一些共性的不足，主要包括：

◆尺寸较宽，影响景观及限界。
◆结构复杂，且需在直立式声屏障顶部额外加装，施工及维护较困难。

◆承受的风雪荷载较大，增加立柱及桥梁成本，且有安全隐患。

◆降噪频段有限，对宽频带噪声的降噪效果不理想。

图1-2 各种类型的顶端降噪装置

研究发现，噪声在声屏障顶部向外传播过程中，存在一种边缘效应，即声源通过空气粒子振动实现传播时，距离声屏障顶端越近的区域，空气粒子振动速度越快，在声屏障顶部边缘区域，声压差达到最大，导致空气粒子振动进一步突然加速，从而产生声音放大现象，这一现象即为边缘效应。

图1-3声屏障不同区域空气粒子振动速度示意图

图1-4 声屏障顶端空气粒子振动速度放大引起的边缘效应示意图

针对该边缘放大效应，边缘抑制型声屏障的技术原理是将声屏障顶端边缘效应区域(高0.5m左右)的屏体板顶部及内外侧面板均设计为穿孔板结构，内部填充特制的吸声材料，使空气流动阻力渐变，逐步释放空气压力差，避免空气粒子振动加速，从而有效抑制噪声的放大。在实现边缘抑制的同时，还需要考虑屏体板与现有普通屏体板外形尺寸及安装条件的兼容性，即边缘抑制型声屏障的长度、高度及厚度应与普通屏体板完全一致，从而可以实现与普通屏体板一体化安装及更换。

边缘抑制型声屏障的核心技术在于可实现空气粒子振动速度平稳过渡的流动阻力渐变吸声体以及配套的屏体框架及面板构造方案。

图1-5 边缘抑制型声屏障技术原理及效果示意图

图1-6 边缘抑制型声屏障成品安装效果图

边缘抑制型声屏障在环保、节能、创新方面的主要指标是相对于相同高度普通声屏障的附加降噪效果指标，其次是屏体板使用寿命指标。

附加降噪效果指标

由于针对了声屏障顶部的噪声放大边缘效应，边缘抑制型声屏障的附加降噪效果很好，根据仿真计算，与相同高度的普通声屏障相比，边缘抑制型声屏障在声影区范围内的附加降噪效果在5～9dBA之间。

图1-7 边缘抑制型声屏障相对于同样高度普通声屏障的附加降噪效果计算值

边缘抑制型声屏障在国内首次于2015年在上海地铁6号线进行了试验性安装以及在线实测对比，测试表明，边缘抑制型声屏障比同等高度普通声屏障的附加降噪效果最大可达到5.1dBA，需要说明的是，对比测试现场为高架桥，存在桥梁二次结构噪声干扰等不利条件。

使用寿命指标

边缘抑制型声屏障内部填充的吸声材料包裹透气不透水的防水防尘层，具备防水防尘功能，屏体外框采用铝合金构件并喷涂防腐材料，防腐性能可达20年以上，耐候性及耐久性好，免维护。

边缘抑制型声屏障的主要技术特点如下：

◆降噪效果好，相对于同等高度普通声屏障的附加降噪效果超过5dBA，大大优于传统顶端降噪装置。

◆厚度薄，厚度通常可为90～120mm可与普通屏体的兼容性设计，一体化安装，方便安装及更换；不占额外的限界。

◆外形构造简洁、轻盈美观。

◆在同等降噪效果要求情况下，有效降低声屏障高度，从而减少桥梁风荷载，降低桥梁造价，并有利于提高安全性，视野及景观性也更好。

◆基本免维护，内部填充的吸声材料包裹透气不透水的防水防尘层，屏体外框采用铝合金构件并喷涂防腐材料，防腐性能可达20年以上，耐候性及耐久性好；与普通屏体板共用H型钢立柱安装，安全可靠性好。

◆适用性广，可用于城市轨道交通、铁路、道路、建筑物噪声防护、设备降噪、施工工地噪声隔离等。

边缘抑制型声屏障的创新点主要包括：

◆屏体板顶部及内外侧面板均设计为穿孔板结构，这与传统屏体板内侧为穿孔板、外侧为无孔板完全不同。

◆屏体内部材料采用流动阻力渐变型高分子吸声材料，依据GB/T20247-2006《声学 混响室吸声测量》进行测试，其降噪系数NRC达到1.0。

图1-8 边缘抑制型声屏障在混响室的降噪系数测试结果

边缘抑制型声屏障已被授予以下专利，包括1项实用新型专利及10项外观专利：

◆实用新型专利（《一种吸声体及使用该吸声体的声屏障》ZL 2015 2 0678303.9）

◆外观设计专利（《吸声体》ZL201530333906.0）

◆外观设计专利（《吸声体》ZL201530333909.4）

◆外观设计专利（《吸声体》ZL201530333938.0）

◆外观设计专利（《吸声体》ZL201530333948.4）

◆外观设计专利（《吸声体》ZL201530333949.9）

◆外观设计专利（《吸声体》ZL201530337487.8）

◆外观设计专利（《吸声体》ZL201530337512.2）

◆外观设计专利（《吸声体》ZL201530337562.0）

从2015年开始，边缘抑制型声屏障先后在上海、广州地铁既有线及新建线上得到应用，主要应用项目包括：

◆2015年，上海地铁6号线东靖路～五洲大道区间既有线声屏障改造，解决东旭公寓小区噪声影响问。

◆2016年，上海地铁9号线九亭～泗泾区间既有线声屏障改造，解决西南名苑小区噪声影响问题。

◆2017年，上海地铁3号线龙漕路～石龙路区间既有线声屏障改造，解决馨汇南苑小区噪声影响问题。

◆2017年，上海地铁17号线新线所有声屏障均配置了边缘抑制型声屏障。

◆2017年，广州地铁4号线南延金洲～金隆区间所有声屏障均配置了边缘抑制型声屏障。

上述应用项目中，上海地铁6号线、上海地铁17号线及广州地铁4号线南延都进行了降噪效果实测，实测结果如下：

上海地铁6号线

2016年5月，上海申通地铁在夜间停运时段安排专车在边缘抑制型声屏障铺设段进行测试，具体测试由北京市地铁运营有限公司地铁运营技术研发中心承担，测试设三个对比断面，分别为无声屏障断面、普通声屏障断面及边缘抑制型声屏障断面。

测试结果表明，边缘抑制型声屏障相对于与无屏障的降噪效果为5.7~7.8dBA，相对于高度同为1.2m的普通声屏障的附加降噪效果为3~5.1dBA，需要说明的时，对比测试现场为高架桥，存在桥梁二次结构噪声干扰等不利条件。

图2-1 上海地铁6号线边缘抑制型声屏障安装及对比测试示意图

图2-2 上海地铁6号线降噪效果测点断面示意图

表2-1 上海地铁6号线边缘抑制型声屏障降噪效果测试结果(单位：dBA)

上海地铁17号线

上海地铁17号线边缘抑制型声屏障相对于同高度普通声屏障的附加降噪效果约为4.9dBA，与设计预期相符。

表2-2 上海地铁17号线边缘抑制型声屏障降噪效果测试及分析结果(单位：dBA)

边缘抑制型声屏障除在上海地铁应用并得到认可之外，在广州也已开展了试验性铺设于应用，具体见下表：截止至2019年5月，边缘抑制型声屏障已完成3个既有线项目以及3个地铁新建线项目的施工安装，且都已开通运营，其中上海地铁17号线全线声屏障均配置了边缘抑制型声屏障，而且开通运营后根据实际需要，又追加了2.2km。

表2-2 边缘抑制型声屏障项目信息汇总

目前，尚有呼和浩特地铁1号线高架段对边缘抑制型声屏障的应用进行了多次论证，上海市中环快速路针对中星雅苑小区地段的降噪方案也采用了边缘抑制型声屏障方案。与全封闭方案相比，降噪效果相近，但建设及运营成本大为降低，技术经济性好。

未来，一方面国家及社会对环境噪声的要求越来越高，另一方面地铁建设及运营线路越来越多，有着降噪需求的既有线及新建线越来越多，而普通声屏障及传统顶端降噪装置的应用受荷载、景观、造价、运营安全等多种因素的制约，边缘抑制型声屏障以其优异的附加降噪效果、与普通屏体板兼容的外形尺寸及安装条件，使其应用对既有线及新建线均非常适用，应用前景巨大。

传统声屏障提高降噪效果的方式主要有两种，一是加高声屏障，二是增加顶端降噪装置(吸声型、干涉型、共振型及混合型)，与这两种方式相比，边缘抑制型声屏障的竞争优势较为明显，主要表现在以下几个方面：

在保证相同降噪效果的前提下，可大幅降低传统直立式声屏障的高度，从而减少桥梁荷载，增加景观效果，降低综合造价。

从下表计算结果看，h=5m普通声屏障的降噪效果略低于h=3m边缘抑制型声屏障，若考虑桥梁二次结构噪声的影响，可认为h=3m边缘抑制型声屏障的降噪效果不低于h=5m普通声屏障。

边缘抑制型声屏障的屏体板造价约为普通屏体板的2倍，但从其将声屏障总高度由5m降低到3m的角度来综合分析，采边缘抑制型声屏障的屏体板总造价可降低30%。

表3-1  h=5m普通声屏障不同距离及高度的降噪效果计算值(dBA)

表3-2  h=3m边缘抑制型声屏障不同距离及高度的降噪效果计算值(dBA)

与传统的顶端降噪装置相比，边缘抑制型声屏障构造简洁，与普通屏体板共立柱一体化安装，无需额外固定装置，施工更简单高效，使用更安全可靠，降噪频段及效果也更好，不仅适用于新建线

图3-1  传统的顶端降噪装置安装效果

图3-2  边缘抑制型声屏障安装效果

适用性广，可用于城市轨道交通、铁路、道路、建筑物噪声防护、设备降噪、施工工地噪声隔离等，具有广阔的应用前景。

边缘抑制型声屏障每平米采购成本2200元 ，实际工程中只需将普通声屏障顶端0.5m部分更换为边缘抑制型声屏障即可达到普通声屏障（每平米约1100元）再加高2m的降噪效果，实际成本比同等效果普通声屏障方案性价比更优，视野更好。

边缘抑制型声屏障安装后无运行成本，使用年限超过20年，无需维护。

采用边缘抑制型声屏障，可提高降噪效果，降低声屏障高度，提高声屏障使用的安全可靠性，改善景观效果，而且还可降低工程造价，从另一个角度拓宽了高架线的应用范围和社会认可度，具有良好的社会效益。

附件：

1、实用新型专利（《一种吸声体及使用该吸声体的声屏障》ZL 2015 2 0678303.9）

2、上海地铁6号线边缘抑制型声屏障降噪效果实测报告

3、上海地铁17号线边缘抑制型声屏障随机抽检吸声性能测试报告

4、上海地铁17号线边缘抑制型声屏障降噪效果测试及分析

5、广州地铁4号线南延段边缘抑制型声屏障敏感点噪声测试报告