綠色建筑評(píng)價(jià)中的聲環(huán)境影響預(yù)測(cè)

李曉東,王亞晨[中海環(huán)境科技（上海）股份有限公司， 上海 200135]

1 概 述

綠色建筑評(píng)價(jià)中的聲環(huán)境影響評(píng)價(jià)主要是關(guān)注室內(nèi)聲環(huán)境可達(dá)到的水平，評(píng)價(jià)中綜合考慮室外噪聲源（如道路噪聲、工業(yè)噪聲、社會(huì)生活噪聲）及室內(nèi)噪聲源（電梯、水泵、空調(diào)等）的綜合影響。對(duì)居住建筑而言，根據(jù)最新的建筑設(shè)計(jì)規(guī)范要求，水泵房不可設(shè)置在居民樓內(nèi)，電梯井不可緊鄰臥室布置。大多情況下，室內(nèi)聲源的噪聲可以得到較好控制。因此，實(shí)際工作中更為關(guān)注的是室外環(huán)境對(duì)室內(nèi)的影響預(yù)測(cè)。

2 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

綠色建筑的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)除國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)外，上海等部分地區(qū)亦頒布了地方標(biāo)準(zhǔn)。地方標(biāo)準(zhǔn)主要是參照 GB 50118—2010《民用建筑隔聲設(shè)計(jì)規(guī)范》，對(duì)室內(nèi)噪聲可達(dá)到的水平及房間空氣隔聲性能及樓板撞擊聲隔聲性能達(dá)到的水平規(guī)定了不同的打分值。在具體的綠色建筑評(píng)價(jià)中，在事前的評(píng)價(jià)中，對(duì)空氣隔聲或樓板撞擊聲隔聲的大小可分別通過(guò)查詢?cè)O(shè)計(jì)、類比分析等判斷上述指標(biāo)可滿足的要求。但由于室內(nèi)噪聲與室外噪聲關(guān)聯(lián)很大，且室外聲環(huán)境情況復(fù)雜，因此需要預(yù)測(cè)室外的噪聲影響。

3 計(jì)算模型

3.1 室外聲環(huán)境

根據(jù)聲源類型，對(duì)室外聲環(huán)境的影響預(yù)測(cè)通常選擇不同的預(yù)測(cè)模型開(kāi)展預(yù)測(cè)，具體如下所示。

3.1.1 交通噪聲

（1）機(jī)場(chǎng)噪聲。如果所評(píng)估區(qū)域?qū)儆跈C(jī)場(chǎng)噪聲影響區(qū)域，由于較難在具體的綠建項(xiàng)目中對(duì)機(jī)場(chǎng)進(jìn)行評(píng)價(jià)（需要調(diào)研了解航跡分布、流量、機(jī)型比例、飛行程序等大量資料，在具體非機(jī)場(chǎng)項(xiàng)目操作中難以實(shí)施），因此應(yīng)以首先引用機(jī)場(chǎng)的環(huán)評(píng)文件為準(zhǔn)，必要時(shí)可開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)的類比監(jiān)測(cè)。對(duì)流量較大的機(jī)場(chǎng)，考慮每天航班差異性不大，監(jiān)測(cè)周期可選擇 3 d，否則應(yīng)以一周為宜。機(jī)場(chǎng)噪聲預(yù)測(cè)普遍采用美國(guó)聯(lián)邦航空管理局發(fā)布的 INM 軟件，軟件內(nèi)置大量機(jī)型實(shí)測(cè)的噪聲數(shù)據(jù)及飛行程序，并集成了直升機(jī)的預(yù)測(cè)方法，從而使得軟件由原有的預(yù)測(cè)固定翼飛機(jī)的影響擴(kuò)展到了固定翼及直升機(jī)均可預(yù)測(cè)。影響軟件預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性的主要因素是航跡建模的準(zhǔn)確性及替代機(jī)型選取的合理性。

（2）鐵路及軌道交通噪聲。鐵路及軌道交通的噪聲預(yù)測(cè)可選擇聲環(huán)境影響評(píng)價(jià)導(dǎo)則中的計(jì)算公式。對(duì)低速鐵路及常見(jiàn)的軌道交通，聲源以輪軌噪聲為主，預(yù)測(cè)模型中可主要考慮輪軌噪聲的影響。但對(duì)高速鐵路，由于空氣動(dòng)力性噪聲及受電弓噪聲占比都比較大，因此在預(yù)測(cè)中也需考慮。鐵路或軌道交通實(shí)施聲屏障后，由于在車體與屏障間存在明顯的反射聲影響，在預(yù)測(cè)中也需考慮。對(duì)時(shí)速為 200 km/h 及以上的高速鐵路，在 2019 年版的聲環(huán)境導(dǎo)則征求意見(jiàn)稿中，鐵科院等研究單位根據(jù)近年來(lái)的研究成果，給出了預(yù)測(cè)模型。聲源采用多聲源等效模型，并采用聲功率表示聲源大小，將集電系統(tǒng)噪聲視為軌面以上 5.3 m 左右高的運(yùn)動(dòng)偶極子聲源，車輛上部空氣動(dòng)力噪聲視為軌面以上 2.5 m 高無(wú)指向性的有限長(zhǎng)不相干線聲源，將以輪軌噪聲為主的車輛下部噪聲視為軌面以上高 0.5 m 有限長(zhǎng)不相干偶極子線聲源。模型給出了不同聲源聲功率的計(jì)算方法及傳播模型，因此可在具體工作中參考使用，如圖 1 所示。

（3）道路噪聲。道路噪聲可依據(jù)聲環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則中給出的公式進(jìn)行計(jì)算。該公式可由一定數(shù)量的、不同類型的車輛沿固定路線行進(jìn)時(shí)，對(duì)點(diǎn)聲源沿路線行進(jìn)方向進(jìn)行積分求得。道路的預(yù)測(cè)公式如式（1）所示。

式中：Leq(h)i— 第i類車影響的小時(shí)等效聲級(jí)，dB(A)；

Ni— 晝間、夜間通過(guò)某個(gè)預(yù)測(cè)點(diǎn)的第i類車平均小時(shí)車流量；

Vi— 第i類車的平均車速，km/h；

T— 計(jì)算等效聲級(jí)的時(shí)間，1 h；

r— 從車道中心線到預(yù)測(cè)點(diǎn)的距離，m；適用于r＞7.5 m 預(yù)測(cè)點(diǎn)的噪聲預(yù)測(cè)；

Ψ1、Ψ2— 預(yù)測(cè)點(diǎn)到有限長(zhǎng)路段兩端的張角，弧度；

△L— 由其他因素引起的修正量，dB(A)。

需要注意的是，對(duì) CadnaA、Soundplan 等預(yù)測(cè)軟件而言也可以選擇采用 RLS-90 等預(yù)測(cè)模式。因均是將道路聲源作為線聲源處理，同時(shí)將考慮的地面吸聲與空氣衰減計(jì)算方法一致，因此通過(guò)只修正源強(qiáng)的情況下，可以選用 RLS-90預(yù)測(cè)模式進(jìn)行計(jì)算。對(duì)于部分復(fù)雜道路，如上海、廣州、重慶等地大量的高架與地面的雙層復(fù)合式道路，地面道路與高架高度高差較小（通常在 10 m 之內(nèi)時(shí)），且高架寬度較寬（6 車道及以上）時(shí)，如果近距離有敏感建筑，預(yù)測(cè)中應(yīng)考慮高架橋底部的反射聲影響。該反射聲影響未在任何標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范中有所涉及，但在實(shí)際監(jiān)測(cè)中，該部分影響對(duì)近距離敏感建筑（一般是道路 30 m 內(nèi)）有一定影響，如果不予考慮則會(huì)有一定誤差。在使用 CadnaA 模擬預(yù)測(cè)時(shí)，可在Bridge 下沿橋底部生成一個(gè) 3 D-reflector，用其模擬高架底部的反射面。

（4）航道噪聲。對(duì)通航航道的船舶噪聲，可采用 JTJ 227—2001 《內(nèi)河航運(yùn)建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)規(guī)范》中的噪聲預(yù)測(cè)公式。該預(yù)測(cè)公式與道路類似，可以利用一定數(shù)量的、不同類型的船舶沿航線航行時(shí)，沿行進(jìn)線路對(duì)船舶（點(diǎn)聲源）積分求得，如式（2）所示。

式中：(Lp)i—第i類船舶影響的小時(shí)等效聲級(jí)，dB(A);

(Lw)i— 種類船舶的平均的輻射聲級(jí)，dB(A)；

Ni— 種類船舶晝間或夜間的平均流量，艘/h；

Vi— 種類船舶的平均速度，km/h；

T—預(yù)測(cè)時(shí)間，取 1 h；

D0—測(cè)試船舶輻射聲級(jí)的參考距離，m；

α —地面參數(shù)。

預(yù)測(cè)中應(yīng)注意幾點(diǎn)問(wèn)題。① 預(yù)測(cè)中將航道中線的位置作為線聲源位置。② 上述源強(qiáng)參照點(diǎn)位置距離船舶 15 m處，如采用 7.5 m 處等效源強(qiáng)，式中 －13 應(yīng)為 －16。③ 模型中應(yīng)考慮水面與地面不同吸聲系數(shù)的影響，對(duì)大部分航道中線距離岸邊尚有一定距離的項(xiàng)目，由聲源（航線）傳播到敏感建筑處，傳播路徑會(huì)涉及水面及地面，此時(shí)式（2）的吸聲系數(shù)以取水面與地面的加權(quán)平均值確定，對(duì)水面，吸聲系數(shù)可近似按 0 考慮，對(duì)地面可根據(jù)地面植被覆蓋類型，在0～ 0.5 之間選擇。

3.1.2 其他聲源

除了上述的交通聲源，其他聲源可以用點(diǎn)源、面源、線源等綜合確定。在大部分噪聲預(yù)測(cè)軟件中，常將此類聲源作為工業(yè)噪聲源處理，其室外聲傳播方法采用 ISO 9613，與聲環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則規(guī)定的方法一致。

3.1.3 噪聲預(yù)測(cè)軟件

噪聲預(yù)測(cè)的主要軟件，業(yè)界比較知名的有 CadnaA、Soundplan、Predictor-LimaA 等，均為國(guó)外軟件，國(guó)內(nèi)軟件使用較多的為EIAproN及NoiseSystem。國(guó)外軟件支持的國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)較多，且軟件在地形的處理、算法及計(jì)算速度、結(jié)果展示等方面都具有明顯優(yōu)勢(shì)。

3.2 室內(nèi)聲環(huán)境

3.2.1 室內(nèi)聲源對(duì)室內(nèi)噪聲的影響計(jì)算

當(dāng)室內(nèi)存在噪聲源時(shí)，對(duì)室內(nèi)噪聲的影響計(jì)算公式如式（3）所示。

式中：L'—室內(nèi)噪聲預(yù)測(cè)值，單位dB；

Lw,i— 聲源i的聲功率級(jí)，dB；

Q— 指向性因素；

r— 預(yù)測(cè)點(diǎn)距聲源距離；

Rm— 房間常數(shù)，m2。

室內(nèi)噪聲預(yù)測(cè)通常用類比分析確定。如果采用預(yù)測(cè)，可考慮的聲學(xué)軟件有 CadnaR、Soundplan、Odeon、等。

3.2.2 二次結(jié)構(gòu)噪聲計(jì)算

由于二次結(jié)構(gòu)噪聲來(lái)源于固體傳聲，除了與聲源的振動(dòng)強(qiáng)度有關(guān)外，還與建筑的基礎(chǔ)、結(jié)構(gòu)形式及室內(nèi)混響時(shí)間等聲學(xué)參數(shù)有關(guān)。準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)方法可采用有限元及邊界元等數(shù)值分析技術(shù)手段，但該方法工作量大，且預(yù)測(cè)結(jié)果與建模精度、建模參數(shù)及源強(qiáng)輸入?yún)?shù)等關(guān)聯(lián)很大。因此，大多實(shí)際操作中多采用類比的方法確定。

對(duì)軌道交通引起的二次結(jié)構(gòu)噪聲，可采用軌道交通環(huán)境影響評(píng)價(jià)導(dǎo)則給出的方法，即通過(guò)類比室內(nèi)振動(dòng)速度級(jí)，根據(jù)振動(dòng)速度級(jí)計(jì)算二次結(jié)構(gòu)噪聲值。二次結(jié)構(gòu)噪聲預(yù)測(cè)公式如式（4）所示。

式中：LVmid,i—單列車通過(guò)時(shí)段的建筑物室內(nèi)樓板中央垂向 1/3 倍頻程振動(dòng)速度級(jí)（16～200 Hz），參考振動(dòng)速度基準(zhǔn)值為 1×10-9m/s，dB；

i—第i個(gè) 1/3 倍頻程， ；

σ—聲輻射效率，在通常建筑物樓板振動(dòng)卓越頻率時(shí)聲輻射效率σ可近似取 1；

H—房間平均高度，m；

T60—室內(nèi)混響時(shí)間，s。

在預(yù)測(cè)中，可以利用振動(dòng)加速度級(jí)與振動(dòng)速度級(jí)的轉(zhuǎn)換關(guān)系，在計(jì)算的室內(nèi)振動(dòng)加速度級(jí)及類比特征頻譜的基礎(chǔ)上，計(jì)算室內(nèi)振動(dòng)速度級(jí)，計(jì)算公式如式（5）所示。

式中：VLi—振動(dòng)加速度級(jí)；

Lv,i—振動(dòng)速度級(jí)。

二次結(jié)構(gòu)噪聲預(yù)測(cè)分析的軟件可采用 ABAQUS、ANSYS、MSC、ADINA、COMSO 等。

3.2.3 室外噪聲到室內(nèi)噪聲的計(jì)算

室外聲環(huán)境的影響預(yù)測(cè)通常是敏感建筑窗外 1 m 處的噪聲值，對(duì)室內(nèi)而言，可以認(rèn)為是維護(hù)結(jié)構(gòu)（主要是墻、窗戶等）朝向聲源側(cè)處在一定聲音強(qiáng)度的混響場(chǎng)中。預(yù)測(cè)到室內(nèi)時(shí)，其噪聲大小與室內(nèi)聲學(xué)參數(shù)（主要為混響時(shí)間）、建筑維護(hù)結(jié)構(gòu)的隔聲量及面積等因素有關(guān)，經(jīng)室外傳播進(jìn)入室內(nèi)的噪聲可由式（6）計(jì)算得出。

式中：L1—室外噪聲，dB；

—面向聲源側(cè)維護(hù)結(jié)構(gòu)（窗、墻等）組合隔聲量；

S—面向聲源側(cè)維護(hù)結(jié)構(gòu)的面積，m2；

A—室內(nèi)房間的吸聲量，m2。

當(dāng)墻的隔聲量遠(yuǎn)大于窗戶時(shí)，公式中的S及A可取窗戶的面積及隔聲量。

當(dāng)不能滿足上述條件時(shí)，可采用式（7）計(jì)算組合隔聲量。

式中：Si—構(gòu)件i的面積，m2；

—構(gòu)件i的隔聲量，dB。

4 結(jié) 語(yǔ)

綜上可知，室外聲環(huán)境預(yù)測(cè)模擬是綠色建筑評(píng)價(jià)中的重要組成部分，計(jì)算室外聲環(huán)境影響時(shí)，應(yīng)根據(jù)室外不同的聲源類型選擇合適的預(yù)測(cè)模型或軟件。當(dāng)計(jì)算軟件的模型與國(guó)內(nèi)模型不一致時(shí)，在確保傳播模型原理相同的情況下，需對(duì)源強(qiáng)進(jìn)行校準(zhǔn)。預(yù)測(cè)室外噪聲后，在通過(guò)朝向聲源側(cè)的建筑維護(hù)結(jié)構(gòu)（窗墻等）的面積、隔聲量及室內(nèi)聲學(xué)參數(shù)的基礎(chǔ)上，可預(yù)測(cè)室外噪聲對(duì)室內(nèi)噪聲的影響。對(duì)室內(nèi)噪聲源的影響，即可通過(guò)類比確定，也可通過(guò)室內(nèi)聲學(xué)計(jì)算而得。