基于Cadna/A的鐵路沿線新建住宅降噪設(shè)計(jì)方法研究

周靜娜 （安徽省建筑科學(xué)研究設(shè)計(jì)院，安徽 合肥 230031）

0 前言

近年來，我國高鐵快速發(fā)展，鐵路里程逐年增長，導(dǎo)致的因鐵路噪聲引起的投訴也不斷增多[1]，鐵路沿線的住宅噪聲影響受到廣泛關(guān)注。

本文以合肥市某住宅小區(qū)項(xiàng)目為研究對(duì)象，利用Cadna/A軟件，在考慮未來新增高鐵線路的情況下，針對(duì)隔聲窗、聲屏障等技術(shù)在住宅中的應(yīng)用效果進(jìn)行預(yù)測分析，得出最優(yōu)的降噪方案設(shè)計(jì)，有助于為今后工程設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)，起到一定的指導(dǎo)作用。

1 項(xiàng)目概況

本項(xiàng)目為新建住宅小區(qū)，最近的住宅距離現(xiàn)狀鐵路約85m，如圖1所示。本次研究范圍為臨近鐵路的東地塊最東側(cè)的三列住宅，分別為 19#～21#、23#、25#～28#、32#、33#、35#，共 11 棟樓。其中19#～21#、23#、32#為高層住宅，地上25F～28F不等，剩余為洋房，地上6F～10F不等。

圖1 本項(xiàng)目與現(xiàn)狀鐵路的相對(duì)位置

2 降噪方案設(shè)計(jì)

2.1 項(xiàng)目難點(diǎn)

①目前現(xiàn)狀有兩條鐵路線，其中一條為高鐵線，一條為普通鐵路線，場地目前在建兩條高鐵線，未來項(xiàng)目東側(cè)為四條鐵路線。降噪方案不僅要考慮現(xiàn)狀鐵路的噪聲影響，還要考慮未來新增鐵路的噪聲疊加影響。

②建設(shè)單位提供的隔聲窗類型分別為方案A“內(nèi)置百葉夾膠玻璃中空窗”（6+1.52pvb+6+19A+6）和方案 B“三玻兩腔窗”（5+6A+5+6A+5），需要進(jìn)行方案比選。

③需要細(xì)化隔聲窗的安裝范圍，明確研究范圍內(nèi)具體哪些住宅樓棟和住戶需要安裝隔聲窗。

2.2 解決方案

①先現(xiàn)場檢測項(xiàng)目東地塊邊界晝間、夜間的環(huán)境噪聲值，了解現(xiàn)狀鐵路對(duì)本項(xiàng)目的噪聲影響。再進(jìn)行室外聲環(huán)境模擬，根據(jù)現(xiàn)場噪聲檢測結(jié)果，得出可靠的分析模型。最后在模型基礎(chǔ)上增加新建高鐵線，預(yù)測項(xiàng)目建成后的鐵路噪聲影響。

②依據(jù)室外噪聲模擬結(jié)果，分別計(jì)算方案A和方案B條件下最不利房間的室內(nèi)背景噪聲，進(jìn)而對(duì)比分析降噪效果。

③依據(jù)室外噪聲模擬結(jié)果，分別計(jì)算研究范圍內(nèi)較不利的各樓棟各戶的室內(nèi)背景噪聲，分析出隔聲窗的具體安裝范圍。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)要求

《民用建筑隔聲設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50118-2010）對(duì)住宅的室內(nèi)噪聲級(jí)要求如表1所示。

室內(nèi)允許噪聲級(jí) 表1

3 現(xiàn)場檢測

3.1 檢測設(shè)備

ST-107積分聲級(jí)計(jì)、AWA6021A聲校準(zhǔn)器、AWA6291實(shí)時(shí)信號(hào)分析儀、三腳架、Testo435-4多功能測量儀等。

3.2 檢測點(diǎn)位置

現(xiàn)場檢測點(diǎn)位置設(shè)于用地東南角，如圖2所示。

圖2 現(xiàn)場檢測點(diǎn)位置

3.3 檢測結(jié)果

檢測參數(shù)包括背景噪聲值、火車通過時(shí)噪聲值、火車鳴笛時(shí)噪聲值，檢測結(jié)果如表2所示。

現(xiàn)場噪聲檢測結(jié)果列表 表2

4 室外噪聲模擬

4.1 模擬軟件

Cadna/A軟件是一套基于ISO9613標(biāo)準(zhǔn)方法的噪聲模擬預(yù)測和控制軟件，在2001年獲得原國家環(huán)?？偩汁h(huán)境工程評(píng)估中心的環(huán)境影響評(píng)價(jià)軟件認(rèn)證證書[2]。利用Cadna/A軟件進(jìn)行鐵路環(huán)境噪聲的預(yù)測及降噪方案研究，方法具有合理性[3]。

4.2 模擬結(jié)果

考慮到火車鳴笛時(shí)間較短，頻次較低，因此環(huán)境噪聲按火車通過時(shí)的噪聲現(xiàn)場檢測值為準(zhǔn)。經(jīng)模擬計(jì)算，檢測點(diǎn)的噪聲模擬值與現(xiàn)場檢測值一致，晝間均為76.9dB，說明模型可靠，模擬結(jié)果如圖3所示。

圖3 現(xiàn)狀環(huán)境噪聲（兩條鐵路線）

在模型中增加在建的兩條高鐵線，模擬結(jié)果如圖4所示，由于鐵路線之間距離較近，且普通鐵路線噪聲明顯大于高鐵線，因此新增兩條高鐵線對(duì)本項(xiàng)目影響較小。檢測點(diǎn)的噪聲值晝間由76.9dB僅增至77.0dB。

圖4 預(yù)測環(huán)境噪聲（四條鐵路線）

4.4 設(shè)置聲屏障

由于鐵路側(cè)噪聲太大，僅靠采用隔聲窗無法保證住宅的室內(nèi)噪聲級(jí)要求，因此項(xiàng)目應(yīng)在鐵路側(cè)設(shè)置聲屏障。依據(jù)經(jīng)驗(yàn)值，一般聲屏障可實(shí)現(xiàn)10dB的降噪效果。采用聲屏障后的模擬結(jié)果如圖5～圖14所示。

圖5 室外聲環(huán)境分布圖（晝間）

圖6 室外聲環(huán)境分布圖（夜間）

圖7 晝間北立面噪聲分布圖

圖8 晝間東立面噪聲分布圖

圖9 晝間西立面噪聲分布圖

圖10 晝間南立面噪聲分布圖

圖11 19#20#21#立面最大噪聲

圖12 23#25#26#立面最大噪聲

圖13 27#28#立面最大噪聲

圖14 32#33#35#立面最大噪聲

模擬結(jié)果顯示：地塊最東側(cè)的一列住宅噪聲最大，立面最大噪聲為晝間70dB，夜間60dB。噪聲最不利點(diǎn)高層住宅約在10～23層最東側(cè)的房間，洋房在頂層最東側(cè)的房間。

考慮到28#住宅離鐵路最近，取28#最東側(cè)的臥室作為最不利點(diǎn)進(jìn)行室內(nèi)背景噪聲計(jì)算，晝間噪聲為70dB，夜間噪聲為60dB。

考慮到21#住宅戶型向東側(cè)開窗，且開窗面積較大，戶型本身較為不利，因此取21#最東側(cè)的臥室作為最不利點(diǎn)進(jìn)行室內(nèi)背景噪聲計(jì)算，晝間噪聲為69dB，夜間噪聲為59dB。

地塊東側(cè)第二列建筑中室外噪聲最大為20#最東側(cè)房間，晝間噪聲為65dB，夜間噪聲為55dB。其次是25#和33#最東側(cè)房間，晝間噪聲為63dB，夜間噪聲為53dB。

地塊東側(cè)第三列建筑中室外噪聲最大為32#最東側(cè)房間，晝間噪聲為64dB，夜間噪聲為54dB。其次是19#最東側(cè)房間，晝間噪聲為63dB，夜間噪聲為53dB。

5 室內(nèi)背景噪聲計(jì)算

5.1 室內(nèi)背景噪聲計(jì)算方法

①外墻外窗隔聲量

外墻類型（自外至內(nèi)）：聚合物抹面抗裂砂漿（5.0mm）+勻質(zhì)防火保溫板1（30.0mm）+水泥砂漿（20.0mm）+蒸壓加氣混凝土（B06）（200.0mm）+水泥砂漿（20.0mm）。

推薦使用經(jīng)驗(yàn)公式：

式中，R—墻體隔聲量；dB

f—入射波的頻率；Hz

m—面密度；kg/m2

k—常數(shù)；-48

方案A外窗為“內(nèi)置百葉夾膠玻璃中空窗（6+1.52pvb+6+19A+6）”；方案B外窗為“三玻兩腔窗（5+6A+5+6A+5）”，該小區(qū)外窗原方案采用“普通中空玻璃窗（5+12A+5）”。依據(jù)廠家提供的隔聲量參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。

②房間總吸聲量A的確定

式中，A——房間總吸聲量，m2；

αi——材料的吸聲系數(shù)，在不同聲音頻率下的值不同；

Si——圍護(hù)結(jié)構(gòu)的面積，m2，包括墻、門窗、地板和天花板。

本項(xiàng)目地板的材質(zhì)選定為木地板，內(nèi)墻和天花板人為經(jīng)過粉刷。

③組合墻有效隔聲量計(jì)算

式中，τ——透聲系數(shù)；

TL——構(gòu)件隔聲量，dB。

組合墻體的平均透聲系數(shù)為：

式中，S1——外墻的面積，m2；

S2——外窗的面積，m2；

S——外墻和外窗的總面積，m2；

外墻構(gòu)造 表3

外墻不同頻率下隔聲量 表4

外窗不同頻率下隔聲量 表5

內(nèi)表面各材料的吸聲系數(shù) 表6

τ1——外墻透聲系數(shù)；

τ2——外窗透聲系數(shù)。

在計(jì)算出組合墻體平均隔聲量之后需要對(duì)其進(jìn)行修正。

式中，R實(shí)——組合墻體實(shí)際隔聲量，dB；

A——房間的總吸收聲量，m2。

④室內(nèi)背景噪聲計(jì)算

用室外模擬的環(huán)境噪聲值減去組合墻的有效隔聲量，即為室內(nèi)背景噪聲。再按照聲壓級(jí)疊加規(guī)律把各頻率下的房間噪聲值進(jìn)行疊加，計(jì)算出最終的室內(nèi)背景噪聲。

5.2 計(jì)算結(jié)果分析

按照以上公式計(jì)算得出各房間室內(nèi)背景噪聲如表7所示。

室內(nèi)背景噪聲計(jì)算結(jié)果 表7

由計(jì)算結(jié)果可知：

①無論采用方案A還是方案B均可滿足《民用建筑隔聲設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50118-2010對(duì)住宅室內(nèi)噪聲級(jí)的低限要求。

②“內(nèi)置百葉夾膠玻璃中空窗（6+1.52pvb+6+19A+6）”的隔聲效果優(yōu)于“三玻兩腔窗（5+6A+5+6A+5）”。

③考慮到方案A和方案B造價(jià)不同，“內(nèi)置百葉夾膠玻璃中空窗（6+1.52pvb+6+19A+6）”價(jià)格高于“三玻兩腔窗（5+6A+5+6A+5）”，從成本角度考慮，建議南向和東西向外窗采用“內(nèi)置百葉夾膠玻璃中空窗（6+1.52pvb+6+19A+6）”，在起到隔聲作用的同時(shí)也兼顧了遮陽的要求，北向外窗采用“三玻兩腔窗（5+6A+5+6A+5）”。

④地塊東側(cè)第二列住宅中只有20#若采用普通中空玻璃窗（5+12A+5），室內(nèi)背景噪聲大于規(guī)范的低限要求，其他住宅均滿足規(guī)范要求，因此地塊東側(cè)第二列住宅中20#住宅應(yīng)采用隔聲窗，可采用“三玻兩腔窗（5+6A+5+6A+5）”。

⑤地塊東側(cè)第三列建筑只有32#若采用普通中空玻璃窗（5+12A+5），室內(nèi)背景噪聲大于規(guī)范的低限要求，其他住宅均滿足規(guī)范要求，因此地塊東側(cè)第三列住宅中32#住宅應(yīng)采用隔聲窗，可采用“三玻兩腔窗（5+6A+5+6A+5）”。

6 結(jié)論

該項(xiàng)目采用噪聲現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用Cadna/A軟件進(jìn)行噪聲預(yù)測模擬，進(jìn)而根據(jù)模擬結(jié)果進(jìn)行室內(nèi)背景噪聲計(jì)算，對(duì)降噪效果進(jìn)行比較分析，最終得出沿鐵路側(cè)住宅最優(yōu)的降噪設(shè)計(jì)方案。

①依據(jù)現(xiàn)場檢測結(jié)果，距離普通鐵路線85m的住宅在火車通過時(shí)晝間噪聲可達(dá)到76dB以上，噪聲較大，僅采用隔聲窗難以保證住宅的室內(nèi)噪聲級(jí)要求，需在鐵路側(cè)設(shè)置聲屏障。

②設(shè)置聲屏障后，無論采用“內(nèi)置百葉夾膠玻璃中空窗（6+1.52pvb+6+19A+6）”還是“三玻兩腔窗（5+6A+5+6A+5）”，住宅室內(nèi)均能滿足《民用建筑隔聲設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50118-2010）對(duì)住宅室內(nèi)噪聲級(jí)的低限要求。

③“內(nèi)置百葉夾膠玻璃中空窗（6+1.52pvb+6+19A+6）”的隔聲效果優(yōu)于“三玻兩腔窗（5+6A+5+6A+5）”，但是“內(nèi)置百葉夾膠玻璃中空窗（6+1.52pvb+6+19A+6）”的價(jià)格高于“三玻兩腔窗（5+6A+5+6A+5）”。從成本角度考慮，建議南向和東西向外窗采用“內(nèi)置百葉夾膠玻璃中空窗”（6+1.52pvb+6+19A+6），在起到隔聲作用的同時(shí)也兼顧了遮陽的要求，北向外窗采用“三玻兩腔窗”（5+6A+5+6A+5）即可滿足隔聲要求。

④除了沿鐵路最近一列的住宅需要安裝隔聲窗，第二列和第三列的住宅也需通過室內(nèi)背景噪聲計(jì)算結(jié)果判定隔聲窗的具體安裝范圍。