PKPM 軟件在醫(yī)院建筑聲環(huán)境模擬中的應(yīng)用

彭佳輝 PENG Jiahui 周建民 ZHOU Jianmin

0 引言

醫(yī)院建筑的特點(diǎn)是服務(wù)對(duì)象與病患的復(fù)雜性和就診高峰的相對(duì)集中性，這必將導(dǎo)致大量的人流和車(chē)流，產(chǎn)生較大的噪聲，而病人對(duì)噪聲是最為敏感的群體。噪聲不僅對(duì)人的聽(tīng)覺(jué)和神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生影響，而且極大地影響著人的心理狀態(tài)。噪聲使人出現(xiàn)煩躁、易怒、多夢(mèng)、失眠等不良的反應(yīng)，對(duì)人們的生活與工作產(chǎn)生很大的影響。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提高，人們對(duì)就醫(yī)環(huán)境的要求也在逐漸提高，創(chuàng)造良好的就醫(yī)環(huán)境顯得更加重要。因此，對(duì)醫(yī)院建筑的聲環(huán)境進(jìn)行模擬分析，并采取措施改善聲環(huán)境，對(duì)構(gòu)建綠色環(huán)保的醫(yī)院建筑有重要意義。

目前，國(guó)內(nèi)外使用較為廣泛的聲環(huán)境模擬軟件有SoundPLAN、Cadna/A 和PKPM-Sound 等，它們均采用聲線法或扇面法對(duì)噪聲和損失等實(shí)際參數(shù)進(jìn)行估算，以此對(duì)噪聲進(jìn)行預(yù)測(cè)評(píng)估。其中，SoundPLAN 與Cadna/A 更多用于工業(yè)建筑領(lǐng)域的聲環(huán)境模擬評(píng)測(cè)；而本文的分析對(duì)象為醫(yī)院建筑，更適合選用PKPM 綠色建筑軟件的“PKPM-Sound”模塊進(jìn)行評(píng)測(cè)。

1 操作步驟

1.1 新建計(jì)算文件

PKPM-Sound 建筑聲環(huán)境模擬分析軟件的工程計(jì)算文件為“*.bdls”。選擇菜單中“文件管理-打開(kāi)工程”命令，打開(kāi)PKPM-Sound 聲模擬軟件的工程文件。

1.2 項(xiàng)目設(shè)置

為工程設(shè)置項(xiàng)目信息，選擇綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[1]。其中，應(yīng)填入的項(xiàng)目信息包括項(xiàng)目名稱(chēng)、工程所在省份和城市、建筑性質(zhì)及建筑朝向等；施工信息輸入應(yīng)包括項(xiàng)目地址、設(shè)計(jì)單位、建設(shè)單位、參與單位、立項(xiàng)時(shí)間、申報(bào)時(shí)間、報(bào)件編號(hào)及自定義的項(xiàng)目簡(jiǎn)介。軟件會(huì)根據(jù)上文所填寫(xiě)的項(xiàng)目所在地自動(dòng)匹配綠色建筑國(guó)家、地方評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。最后，可以選擇建筑的目標(biāo)綠色建筑星級(jí)。

1.3 建立模型

首先選擇“建立區(qū)域模型中/建立模型”菜單中的“區(qū)域”按鈕，設(shè)置總圖比例、指南針、區(qū)域紅線和計(jì)算區(qū)域范圍。

選擇“打開(kāi)總圖”按鈕，導(dǎo)入建筑圖紙，然后手動(dòng)或軟件自動(dòng)提取建筑物輪廓，以建立可用于聲環(huán)境模擬計(jì)算的建筑模型。①如果需要建立水體模型，選擇“水體”按鈕，點(diǎn)擊建筑圖紙中的水體多段線，就可生成水體輪廓線；②選擇“綠化帶”按鈕，點(diǎn)擊綠化帶輪廓線來(lái)提取綠化植株，或者自定義綠化帶植株輪廓線形狀，繪制綠化帶；③選擇“道路”按鈕，填寫(xiě)道路左寬、右寬、標(biāo)高等信息，根據(jù)建筑底圖繪制或選擇道路。

1.4 噪聲源、隔音與聲功能區(qū)設(shè)置

軟件可以指定3 種噪聲源形式：道路、停車(chē)場(chǎng)和設(shè)備。①可以根據(jù)實(shí)際情況輸入各條道路上由重型車(chē)、中型車(chē)和小型車(chē)按比例組成的晝間車(chē)流量和晝間車(chē)速，以及相應(yīng)的夜間車(chē)流量和夜間車(chē)速；還可以填入道路的估算A 聲級(jí)。②停車(chē)場(chǎng)作為一個(gè)不可忽視的噪聲源，軟件也可以將其作為噪聲源考慮在內(nèi)。通過(guò)設(shè)置限速和晝夜間移動(dòng)的車(chē)輛數(shù)，軟件可以計(jì)算出其對(duì)聲環(huán)境產(chǎn)生的影響。③可以根據(jù)實(shí)際情況添加設(shè)備間，并設(shè)置其噪聲聲級(jí)。

通過(guò)在建筑周邊進(jìn)行隔音設(shè)置，如在噪聲源和受聲點(diǎn)之間建立聲屏障、林帶或路堤等實(shí)體障礙物，引起聲能量的衰減。軟件中供選擇的聲屏障主要有居民區(qū)降噪聲屏障、城市景觀聲屏障、公路聲屏障和鐵路聲屏障，需要手動(dòng)輸入所建立聲屏障的反射系數(shù)。

計(jì)算前，還需要根據(jù)項(xiàng)目的使用功能特點(diǎn)和環(huán)境質(zhì)量要求，手動(dòng)劃分對(duì)應(yīng)的聲功能區(qū)。根據(jù)《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3096—2008），按區(qū)域的使用功能特點(diǎn)和環(huán)境質(zhì)量要求，聲環(huán)境功能區(qū)從0～4 類(lèi)共分為5 種類(lèi)型，其中，4 類(lèi)聲環(huán)境功能區(qū)又分為4a 類(lèi)和4b 類(lèi)兩種類(lèi)型。

1.5 受聲點(diǎn)選取與計(jì)算配置

PKPM-Sound 軟件提供了兩種設(shè)置受聲點(diǎn)的方法：①可以由軟件自動(dòng)沿建筑周?chē)O(shè)置受聲點(diǎn)，軟件默認(rèn)受聲點(diǎn)離建筑墻面1m，距地面高度1.2m；②可以手動(dòng)添加自由受聲點(diǎn)，并設(shè)置其標(biāo)高。

受聲點(diǎn)設(shè)置好后，PKPM-Sound軟件會(huì)提供3 種計(jì)算選項(xiàng)，分別為受聲點(diǎn)計(jì)算、平面噪聲計(jì)算和立面噪聲計(jì)算。在實(shí)際項(xiàng)目計(jì)算時(shí)，可以按需選擇計(jì)算項(xiàng)目。在設(shè)置好網(wǎng)格間距后，軟件會(huì)自動(dòng)進(jìn)行后臺(tái)計(jì)算，進(jìn)度條顯示噪聲計(jì)算的計(jì)算進(jìn)度、所需時(shí)間和剩余計(jì)算時(shí)間。

2 實(shí)例分析和注意事項(xiàng)

2.1 項(xiàng)目概況

本項(xiàng)目位于上海市浦東新區(qū)，南臨浦東南路，北臨南碼頭支路，西臨南碼頭路，建筑用途為醫(yī)院門(mén)診綜合樓，屬二級(jí)綜合性醫(yī)院。項(xiàng)目為框架結(jié)構(gòu)，地上共5 層、地下2 層；總建筑面積為29 553.16m2，其中，地上建筑面積為19 950m2（圖1）。

2.2 模型建立

PKPM-Sound 軟件支持從已有的AutoCAD 平面圖中提取標(biāo)準(zhǔn)層，而后進(jìn)行組裝。PKPMCFD 模塊是基于日本scSTREAM 平臺(tái)，結(jié)合我國(guó)綠色建筑相關(guān)規(guī)范要求，在AutoCAD 制圖軟件頁(yè)面上的操作功能在PKPM 里面幾乎都能使用。進(jìn)行室外風(fēng)環(huán)境的建模時(shí)，需導(dǎo)入CAD 圖紙，模型可在圖紙上直接建立，但是建模時(shí)的紅線、建筑平面輪廓、建筑凸起，都需要在閉合多段線的基礎(chǔ)上進(jìn)行，所以在進(jìn)行建模之前，需把所有涉及到的建筑平面輪廓轉(zhuǎn)化為閉合的多段線。實(shí)際操作發(fā)現(xiàn)，對(duì)于形狀簡(jiǎn)單、體型規(guī)則的獨(dú)立建筑物，提取模型法便捷快速且行之有效，但本醫(yī)院建筑體型相對(duì)復(fù)雜，需要通過(guò)拼接形成完整的建筑模型，提取模型法對(duì)其不適用。在建模的過(guò)程中，可以打開(kāi)三維視圖以檢查各部分建筑參數(shù)輸入與實(shí)際情況相符。建模完成效果如圖2 所示。

本研究對(duì)象噪聲源主要為道路噪聲。將環(huán)繞醫(yī)院建筑的3 條道路實(shí)測(cè)所得其晝夜車(chē)流量、平均車(chē)速及道路聲級(jí)輸入軟件（表1）。

圖1 設(shè)計(jì)效果圖

圖2 醫(yī)院三維模型圖

根據(jù)《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3096—2008），本項(xiàng)目建筑聲功能區(qū)應(yīng)定義為1 類(lèi)。對(duì)醫(yī)院建筑進(jìn)行噪聲評(píng)價(jià)時(shí)，選擇醫(yī)院周?chē)鷮?duì)噪聲較為敏感的目標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行噪聲值測(cè)量并顯示；點(diǎn)選建筑后，由軟件自動(dòng)選取并生成10 個(gè)受聲點(diǎn)。軟件自動(dòng)生成受聲點(diǎn)的原則是每處墻面放置一個(gè)受聲點(diǎn)，但本項(xiàng)目建筑外側(cè)墻面尺寸偏大，需要手動(dòng)增加受聲點(diǎn)，但不宜過(guò)密，以免軟件卡頓甚至閃退，同時(shí)，各受聲點(diǎn)之間的計(jì)算噪聲值差距也并不明顯。經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，最終增加了8 個(gè)手動(dòng)添加的受聲點(diǎn)，于西面與北面的兩處外墻均勻分布。選取的共計(jì)18 個(gè)受聲點(diǎn)分布如圖3 所示。

2.3 計(jì)算結(jié)果

背景噪聲計(jì)算方式設(shè)置為衰減法。如果網(wǎng)格間距取值過(guò)小，軟件偶爾會(huì)出現(xiàn)閃退的問(wèn)題。為避免閃退的發(fā)生，取平面網(wǎng)格間距200mm，平面高度1.2m，立面網(wǎng)格間距200mm，距墻距離1m，得到各受聲點(diǎn)晝夜噪聲值（表2）。

圖3 醫(yī)院受聲點(diǎn)示意圖

圖4 醫(yī)院平面聲壓云圖

表1 道路噪聲源實(shí)測(cè)數(shù)值

表2 晝夜噪聲值計(jì)算結(jié)果

軟件可以生成平面聲壓云圖（圖4）和立面聲壓云圖（圖5），以便更直觀地呈現(xiàn)噪聲聲壓的平面及立面分布。顏色越深，表示噪聲分貝越高。從圖表可以更直觀的看出：由于離主要噪聲源——交通支干道南碼頭路距離過(guò)近，項(xiàng)目西南立面晝間噪聲值偏大，最大噪聲值為58.56 dB，超過(guò)了1 類(lèi)聲環(huán)境功能區(qū)晝間55dB 的限值；夜間環(huán)境噪聲情況下，最大噪聲值為48.48dB。

此外，PKPM-Sound 軟件可以計(jì)算并給出計(jì)算范圍內(nèi)超過(guò)1 類(lèi)聲環(huán)境功能區(qū)的部分占比，結(jié)果如表3 所示。

2.4 醫(yī)院建筑聲環(huán)境的影響因素

查閱醫(yī)院建筑噪聲相關(guān)文獻(xiàn)，研究人員對(duì)不同地點(diǎn)、不同環(huán)境下的醫(yī)院建筑進(jìn)行了實(shí)地調(diào)查與測(cè)量[2～4]，并進(jìn)行了大量模擬，得到一個(gè)共同的結(jié)論，即醫(yī)院建筑聲環(huán)境的決定因素為其距離交通干道的距離。本項(xiàng)目中，距離交通干道最近的西側(cè)墻體處受聲點(diǎn)聲壓模擬值最高（圖6）。

圖5 醫(yī)院立面聲壓云圖

要使醫(yī)院聲環(huán)境最優(yōu)化，應(yīng)從設(shè)計(jì)階段起就防患于未然。

（1）考慮到道路距建筑的距離對(duì)醫(yī)院建筑聲環(huán)境有不利影響，在滿足其它各項(xiàng)功能指標(biāo)的前提下，使建筑物離道路盡可能遠(yuǎn)些；同時(shí)，將門(mén)診大廳、急診室等對(duì)聲環(huán)境質(zhì)量要求相對(duì)較低的房間設(shè)計(jì)在靠近道路的那側(cè)，將重癥監(jiān)護(hù)室等對(duì)噪聲敏感的科室安排在遠(yuǎn)離道路的那側(cè)，盡量減少噪聲對(duì)醫(yī)生和就診病人的身心健康造成危害。

（2）沿各交通干道一側(cè)建筑應(yīng)對(duì)門(mén)窗進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的隔聲處理，如采用雙層玻璃窗或中空玻璃窗，以及在沿各交通干道一側(cè)墻面附加鋁蜂窩穿孔吸聲板等措施，以減小交通噪聲的影響。

圖6 受聲點(diǎn)聲壓分布圖（紅色為超標(biāo)，綠色為達(dá)標(biāo)）

（3）將建筑周?chē)木G化帶由灌木叢更換為更高的喬木帶，不僅僅在視覺(jué)上觀感更加好，使人心情舒緩，還能有效降低離道路過(guò)近的醫(yī)院建筑西側(cè)的聲壓值。從圖7 可以看到，醫(yī)院建筑西側(cè)綠化帶高度的增加。經(jīng)過(guò)模擬，將綠化帶由1.6m 高的灌木叢更換為9m 高的喬木林帶，可以將58.56dB 的最大噪聲值降低至54.96dB（降低了3.60dB），低于1 類(lèi)聲環(huán)境功能區(qū)晝間55dB 的限值（圖8）。此時(shí)，喬木林帶相當(dāng)于聲屏障，對(duì)聲環(huán)境質(zhì)量的改善有顯著的作用。

3 總結(jié)

（1）相對(duì)于國(guó)際上較為普遍采用的Cadna/A 軟件，PKPM-Sound 軟件對(duì)dwg 格式的CAD 圖兼容更好：Cadna/A 導(dǎo)入功能局限于舊版本的dxf文件，還經(jīng)常出現(xiàn)導(dǎo)入失敗的情況；而PKPM 綠色建筑聲環(huán)境模擬軟件可以導(dǎo)入CAD 進(jìn)行建模，并可以直接從CAD 圖紙中批量提取建筑物、道路、水體等各類(lèi)環(huán)境實(shí)體，使用更方便。

圖7 綠化帶更換前后對(duì)比示意圖

圖8 綠化帶更換前后聲壓折線圖

（2）在對(duì)醫(yī)院建筑建模的過(guò)程中，建議頻繁打開(kāi)三維視角，以便直觀地檢查各部分建筑參數(shù)輸入后的結(jié)果是否與實(shí)際情況相符，發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤及時(shí)修改，避免后期的大量返工。建筑受聲點(diǎn)的設(shè)置不宜過(guò)密，過(guò)多的受聲點(diǎn)有可能導(dǎo)致軟件的卡頓甚至閃退，建議根據(jù)具體工程合理選取受聲點(diǎn)的位置和數(shù)量。

（3）在正確輸入項(xiàng)目信息的前提下，PKPM-Sound 軟件支持國(guó)內(nèi)相關(guān)聲環(huán)境評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，可以直接生成報(bào)告以評(píng)價(jià)其是否符合相應(yīng)的地方和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，為實(shí)際工程的聲環(huán)境質(zhì)量判斷提供了便利。

（4）醫(yī)院建筑聲環(huán)境的決定因素為其距離交通干道的距離。將建筑周?chē)木G化帶由灌木叢更換為更高的喬木帶，對(duì)聲環(huán)境質(zhì)量的改善也能起到一定作用。