改革开放以来，交通设施建设一直在我国经济建设中占有重要地位，2000年以后随着城市化进程的加快，更是进入了各种道路建设的高峰期。城市越来越拥挤，汽车保有量不断上升，居民对生活质量的要求越来越高，交通噪声扰民问题日趋突出。以上海为例，据调查，在全部环境投诉事件中，交通噪声投诉占46%。

      交通噪声是一个复杂的噪声综合体，如公路交通噪声就由汽车发动机噪声、汽车轮胎与路面摩擦噪声、车体与空气摩擦形式的气动噪声、车辆鸣笛声等多种噪声源组成，轨道交通噪声还有轮轨冲击与摩擦声。随着技术的发展，小型汽车的发动机噪声对环境的影响已经很低，轮胎与路面的摩擦噪声、大型汽车的发动机噪声和鸣笛声成为了交通噪声的重要来源。近年来低噪声轮胎、低噪声沥青路面的大量应用，使轮胎与地面的摩擦噪声有所降低，但仍不能从根本上解决问题。

      声屏障作为治理交通噪声的重要手段，在欧洲发达国家已有几十年的历史，上世纪九十年代末期开始在我国出现，尤其是在中国东部沿海城市得到广泛的应用。2005年以后，声屏障随着大规模道路基础设施的建设进入一个井喷的时代。和其他行业一样，中国声屏障行业十几年走过了发达国家几十年的历程，成就与问题并存。

      本文结合声屏障的发展趋势与技术特点，对声屏障的设计进行系统性的探讨。

      1. 声屏障的设计理念

      声屏障通常由吸声构件、隔声构件，或两者按一定比列组合构成，吸声构件应同时具备吸声和隔声性能。声屏障的降噪原理就是阻挡声波向噪声敏感区域传播，或增大声波向敏感区域传播过程中的衰减。具体的声屏障降噪原理，已经有许多类似的文章做过详细论述，本文对此不再阐述。

      当前许多声屏障的设计无效重复建设的现象较为严重，某城市道路沿线都是高楼，却大量设置2-3米高的声屏障，这样的声屏障就是无效的重复建设；一些声屏障的设计盲目追求低造价，忽略了安全性，导致二次事故的频发；一些声屏障设计忽略了美学效果，导致声屏障成为市民口中的高架上的蔬菜大棚，等等。

      声屏障的设计应遵循五个基本的设计理念，让道路声屏障真正成为有益民生的交通附属设置。

      1.1 降噪效果

      在许多声屏障项目建设中，由于设计理念的缺失或是投资的限制，导致声屏障基本没有插入损失，或者降噪效果不理想。如采用隔声量不能满足要求的材料，敏感区域是高层建筑但声屏障高度不足以形成足够高的声影区，仅能保护极少数楼层，声屏障设置的长度与敏感区域平齐，没有进行有效的延长，导致降噪效果被严重削弱等等。

      我们可喜的看到现在许多道路声屏障在设计过程中，部分建设单位和设计单位已经将降噪效果放在首位，切实解决项目环境评价提出的问题与建议。这是一个很大的进步，它从根本上避免了声屏障的无效投资和低水平的重复建设。

      我们的声屏障建设已经走过了解决“有和无的问题”的时代，声屏障设计首先要考虑的是声屏障建设后的声学效果，这是声屏障的基本功能。无声学效果的声屏障建设是对资源的浪费。

      1.2 安全性

      我国早期声屏障设计和建设过程中忽略了声屏障的安全问题，在广州、杭州、上海等城市相继发生多起声屏障安全事故后，声屏障的安全性才引起广泛的关注。城市内的声屏障多数设置在高架桥上，严重的交通事故导致声屏障构件跌落桥下，对高架桥下的行人和车辆构成严重威胁，造成二次事故。

      目前，上海、武汉等部分打城市的声屏障设计中都已经加入防坠落装置，防止次生事故发生，但这种安全理念并没有得到广泛的推广，我们看到一些声屏障依旧采用过时的没有安全保护促使的结构设计，安全性堪忧。

      在高架道路声屏障设计中，隔声构件、吸声构件、易跌落的辅助钢构件，都应设置有余量的不锈钢安全绳，以防止交通事故造成声屏障构件跌路桥下。

      1.3 声景观与文化

      声平整那个多数多设置在城市内快速路或者城市周边，作为城市公共建筑的一部分，声屏障的景观作用和其承载的文化属性常常被忽略，这一点尤其在封闭式声屏障的设计中尤为严重。

      声景观的概念应当贯穿于声屏障设计的始终。声屏障的设计应充分考虑其外观的美观性，使声屏障不仅作为降噪的功能性建筑物，还应当成为城市景观的一部分，融入城市的文化，而避免破坏城市的景观效果。

      苏州、武汉、深圳等城市在声屏障的设计中较为注重景观效果。武汉二环路狮北路封闭式声屏障景观效果出色，充分解决了通透性和混响之间的矛盾，安全性高，通风效果好，行车无隧道效应，是目前国内较为优秀的声屏障设计之一。

      1.4 声屏障的全寿命费用和年均费用

      目前我国的声屏障建设投资仍然是有政府主导，从声屏障的设计阶段开始，就没有给与足够的重视，费用预算不足，导致一些声屏障无效果重复建设和短命声屏障现象。以华东某大城市为例，从2001年到2011年十年间某高架路段的声屏障已经更换三次。建设单位往往盲目追求低造价，而忽略了声屏障包括养护在内的全寿命费用和年均费用。

      全寿命费用是机械行业的概念，我们将它引入声屏障的设计和建设。具体到声屏障，全寿命费用就是指声屏障从建设开始在整个使用寿命周期内的所有费用总和。

      声屏障全寿命费用=声屏障建设费用+声屏障年养护费用*声屏障使用寿命

      声屏障年费用=声屏障全寿命费用/声屏障使用寿命

      从上述公式分析可以得出结论：建设费用低的声屏障其年费用并不一定比建设费用高的声屏障更经济，因为建设费用高往往意味着更低的养护费用和更长的使用寿命。

      作为声屏障的设计单位，有责任在设计文件中向建设单位分析声屏障的全寿命周期费用和年均费用，以供建设单位作为投资参考。目前我单位倡导的声屏障全寿命费用和年均费用的理念，正逐渐在范围内被建设单位所接受。

      1.5 环境保护

      声屏障主要作用就是降低噪声污染，保护其声影区内的建筑物或人的活动免受噪声的干扰，其本身就是一种环保产品。声屏障的设计应努力避免在降低噪声污染的同时，使声屏障本身成为了另一种污染源。

      材料污染：目前我国声屏障仍然在大量使用玻璃纤维、矿物纤维棉等对环境有严重污染的，也有害于人体健康的材料。虽然有些设计中采用玻璃纤维布或者类似材料将玻璃玻璃纤维包裹在里面，但大量工程应用实践证明，2-3年后包裹玻璃矿物纤维的材料在户外恶劣条件下基本失效，导致玻璃或矿物纤维飘散、外泄、污染环境，同时也使声屏障吸声效果逐渐消失。

      光污染：东部某城市声屏障的涂层采用色彩鲜艳的亮光涂层，颜色鲜艳，但是却造成声屏障对车灯路灯的光线反射强烈，其眩关作用在夜间严重影响行车安全。

      视觉污染：某些声屏障的设计过于简陋和粗糙，与城市的格局和周围建筑风格严重不符，破坏了城市的景观效果，形成视觉污染。

      声屏障的设计应充分考虑环境保护问题，不采用污染环境的材料和结构。

      2 声屏障设计中的材料选择

      声屏障的材料除支撑材料以外，主要就是吸声材料和隔声材料。具体的声屏障设计选材也主要围绕吸声材料的选择和透明隔声材料的选择展开。

      2.1 吸声材料

      吸声材料的种类很多，吸声效果差异很大。在选择吸声材料时，应避免采用矿物纤维、玻璃纤维等不环保的材料，尽量选择可回收、耐用、对环境无污染的吸声材料。

      道路声屏障针对具体的交通性质不同，对吸声材料的选择有所区别。公路声屏障的吸声材料应选择中低频吸收效果好的材料，对于轨道交通，则可以选择偏向中高频的吸声材料；高架道路还需要考虑吸声材料自身的重量不能过大，重量过大会加大桥梁的静载荷和动载，对桥梁设计不经济，安全性也差。

      基于马大猷先生微穿孔吸声理论，目前较为成熟的复合针孔吸声板、微孔泡沫铝等吸声材料，使用年限长、吸声频段宽、吸声效果稳定、自重轻、可回收，对环境无污染，是声屏障吸声材料不错的选择。

      2.2 隔声材料

      声屏障选择隔声材料，主要目的是为采光、视野和景观的需要，因此绝大多数声屏障都选择透明材料作为隔声材料。

      在上世纪90年代最初的声屏障中，很少采用透明材质，少量的透明材质都采用普通玻璃。90年代末期，聚碳酸酯板进入中国，开始大量用于声屏障设计中。随着时间的推移大量工程实践证明，PC板的耐候性是起很大的缺陷，一般3-5年就开始黄变老化，8年左右基本不透明，机械强度降低80%左右，因此2006年后声屏障设计中已逐渐不再使用PC板作为隔声材料。

      玻璃容易破碎的特点很明显，因此，高架道路声屏障如果采用玻璃作为透明隔声材料，应在屏障的外侧设置安全网，防止玻璃碎片跌落桥下。

      压克力板从2006年开始进入声屏障领域，加筋压克力首先在乌鲁木齐外环线和京津城际高铁线得到应用。由于其高透光率、出色的耐候性、安全性和景观效果，很快在苏州、上海、武汉、深圳、北京等城市的声屏障中得到应用认可。

      由于压克力板的隔声量、耐候性、透光率和稳定性都符合先进声屏障的设计要求，因此压克力系列透明隔声板材已逐渐成为声屏障设计中透明隔声材料的首选。

      3 结束语

      声屏障长期被误认为是声学领域较为简单的降噪工具，实际上要设计出优秀的道路声屏障，就需要将声屏障需要作为一个科学的系统来进行设计，尤其是封闭式声屏障。

      声屏障的系统设计包括插入损失计算，隔声量、综合吸声系数计算，屏障结构受力计算，对桥梁的静动载计算，景观设计，材料性能比选，全寿命费用与年均费用计算，经济性比较，对周边环境影响的评价等步骤，封闭式声屏障还需要综合考虑高宽限界、通风、消防、应急逃生、声屏障与路灯照明和交通标志的综合等因素。

      希望所有声屏障的参与者都能科学推动声屏障的系统化设计，使每一处声屏障都成为有效、美观的民生工程。