铁路沿线新建住宅小区声环境预测与控制方法

饶 永

(合肥工业大学建筑与艺术学院,安徽合肥 230009)

铁路沿线开发住宅小区,给建筑师在进行城市和居住区规划和建筑设计时,带来了必须面对的小区噪声控制问题。铁路噪声对沿线居民的工作、学习和睡眠产生极大的影响,尤其对居民睡眠的干扰最为强烈。国家相关规范中对住宅声环境有明确的要求。因此,在小区规划和设计中如何控制铁路噪声,为居民创造一个良好的声环境,建筑师应与声学工程师配合,参于沿线居住小区声环境的考察和论证。

本文基于拟建的铁路沿线住宅小区声环境的现场调查结果,结合小区规划设计,建立小区噪声预测模型,分析和比较在噪声控制中的优缺点,针对铁路噪声的特点采取行之有效的噪声污染的控制措施,把噪声污染降低到现行标准允许的水平。同时,在相应的降噪措施实施后,跟踪调查建成后的居住小区声环境,以验证所采取的降噪措施的实效性,为今后铁路沿线住宅小区的开发、建设、合理布局及建筑设计提供技术参考。

1 标准及要求

为有效地控制噪声污染的程度和范围,提高声环境质量,保障居民正常生活、学习和工作场所的安静,某地环保局根据文献[1],结合当地情况将某小区划定为居住、商业、工业及少量交通混合区即二类区;按照文献[2],要求昼间等效连续声级为60 dB,夜间为50 dB。现场的测量严格按照文献[3,4]执行。

2 铁路噪声传播特点分析

铁路噪声包括机车运行噪声、机车制动噪声、鸣笛噪声以及轮轨撞击噪声等。铁路噪声影响的因素主要涉及列车的类型、列车总长度、制动器形式、行驶速度及列车通过频率等,以及与传播环境有关的因素,如铁路附近建筑物分布状况、地面形态、声源与受声点的相对位置等。铁路干线共2股铁路,路轨高出场地5.6 m,干线每天车流密度约180列,平均约每8 min一列,列车通过频率并不算高。

根据测试的噪声频谱及统计数据分析,列车辐射噪声的空间分布状态如下:

(1)噪声频率分布较宽(63～8 000 Hz),噪声对于小区的影响在昼间和夜间相对稳定。

(2)噪声的传播在垂直于铁路的水平方向上符合线声源特点。

(3)列车运行产生的噪声对铁路两侧居民楼群的影响程度,在垂直高度上有所不同。在垂直高度上,随着楼层的递增,噪声影响有所增强,每上升一层,声级约提高1～2 dB[5]。

2.1 列车行驶速度的影响

列车运行噪声与速度和列车的流量密切相关,列车行驶时的瞬时辐射噪声按(1)式计算[6]:

其中,Lp(v)为列车通过时瞬时辐射噪声级;L0为参考声级;v0为参考速度;v1为列车实际行驶速度;K为速度修正量。

根据实测噪声数据,当列车以40～50 km/h运行,在距轨30 m处距地1.2 m高的铁路边界噪声为 70.11 dB。测量结果与公式计算结果

71.5 dB基本相符。

2.2 列车噪声的几何发散衰减

列车作为有限长声源,在考虑其噪声对远处敏感点的影响时,声压级可按(2)式计算:

其中,r0、r分别为垂直于铁路的距离[7]。

根据(2)式,如果以距离铁路30 m处的声压级为基准,推算55 m、65 m处的噪声,理论计算结果分别为 66.16 dB、64.10 dB,与实测结果65.43 dB、62.38 dB基本相符(未考虑由地面起伏及植被覆盖等对噪声的吸收影响)。

2.3 屏障墙引起的噪声衰减

屏障墙是位于铁路和住宅之间的声障结构,使声波在传播过程中受到衰减,起到阻止直达声、减少衍射声的作用。屏障墙的降噪效果与下列因素有关:

(1)声波频率。由于声波的衍射作用限制了屏障的降噪量,而且随声波波长λ的变化而不同。

(2)屏障墙的几何尺寸。屏障的实际降噪效果与声屏障的有效高度h及入射波波长λ有关,与h/λ成正比,声源频率越高,降噪效果越好。

屏障墙的绕射声衰减可按(3)式计算[8]:

其中,f为声波频率;δ=A+B-d为声程差;c为声速。

对屏障墙降噪效果起决定作用的是它的有效高度h,而不是它的自然高度。h是指由铁路至住宅接收点连线以上的高度,一般情况下铁路的路基较高,屏障墙的高度也需达到相应的高度。由于铁路和住宅接收点高度有变化,会使它的有效高度h变小,不能达到降噪目的,所以有效高h越大,声屏障降噪效果越好。

(3)住宅与屏障墙及铁路的相对位置。当屏障墙的自然高度和铁路的高度不变,接受点低于屏障时降噪效果好,当接受点升高,降噪量随之下降。

3 降噪措施及实测

降低铁路噪声,应从我国的实际情况出发,吸取国内外先进经验及做法,采取相应的防治措施。根据当地规划局批准的规划设计条件,小区规划道路与铁路之间不允许规划和布置建筑物,如果设置公共建筑配套设施,退让铁路线不应小于25 m。总结我国对铁路噪声的治理做法,概括为2种途径:

(1)通过行政管理措施(法规)进行强制执行;

(2)采取工程技术手段实施噪声治理。

在采取降噪手段措施中除在声源上设法降低噪声外,在声音的传播途径上采取噪声措施是最为广泛应用的一个重要途径。

根据实测数据,距轨道30 m处的铁路边界等效声级与国家规定的铁路边界噪声限值相差无几[9],未达到国家要求铁路强制采取隔声降噪或设置声屏障的要求。同时涉及铁路部门相关利益,设置声屏障的成本也较高,在铁路线两侧设置声屏障实现的可能性较小。

经过实地考察,结合小区规划方案,该地块的铁路噪声控制措施主要从以下几方面进行考虑,并进行了实地测量,验证实际效果。测量选点和测量方法按文献[3,4]的有关规定进行。测点布置在垂直于铁路的直线上,分别距铁路外轨30 m、55 m、65 m处,测点距地面1.2 m高。测点布置如图1所示。

图1 测点布置平面图

小区建设前的测量时间在2008年4月21日21:00-23:00,4月22日9:00-12:00及16:00-17:00 3个时间段,屏障墙建成后的测量时间在2009年5月19日21:30-23:30。

3.1 屏障墙降噪

在规划方案中,小区道路与铁路之间有54 m的距离,可建区域宽度25 m,布置相关公共建筑设施。

在距铁路15 m处设10 m高屏障墙,预测距铁路65 m处的住宅楼噪声级(预测中未考虑种植、绿化及景观对噪声的衰减)。实际建设中,屏障墙高度为9 m,如图2所示。

图2 剖面图

现场实测结果如图3所示。将预测的结果和实测结果进行对比,各楼层的声压级实测值比预测的声压级低,最大可达2.8 dB,降噪效果优于预测结果。

图3 预测的结果与屏障墙建成后实测结果对比

在距离铁路远近不同的位置进行测量,对屏障墙建成前后的实测结果进行比较,结果显示,距轨30、55、65 m 处的降噪量分别为 12.73、10.93、6.69 dB,效果比较显著,如图4所示。

图4 声屏障墙建成前后的测量结果

3.2 规划布局防噪

在规划设计中,从环境噪声控制方面考虑铁路交通道路的特点,新建小区尽可能将对噪声不敏感的建筑物排列在小区外围临近交通干线上,以形成周边式的声屏障。

在平面设计中将噪声源置于一定距离之外,采取缓冲带将铁路噪声与居住建筑隔开,如用绿化地带、小区景观等。同时利用遮挡与屏蔽的方式,全面考虑如何使对噪声较不敏感的建筑屏蔽对噪声敏感的建筑,如商店、体育设施等保护小区住宅免受噪声干扰。在布局上充分利用靠近铁路的一排建筑,使其形成一道声屏障,阻挡噪声向两侧纵深区域侵入,有效地保护其余建筑免受噪声干扰。

3.3 绿化林带降噪

利用绿化林带及堆土置景降低噪声也是本工程降噪的一项措施,虽然绿化林带并不是有效的声屏障,但密集的林带对宽带噪声的附加衰减量是每10 m衰减1～2 dB[10],衰减多少与树种、林带结构和密度等因素有关。

在铁路与屏障墙之间15 m空地,结合小区景观设计,利用小区建设而开挖出来的土壤堆土置景,种植绿化林带,既可节省处理基坑土方量的运输费用,又能达到美化环境、降低噪声的目的。

3.4 住宅门窗的防噪

门窗在建筑的围护结构中,是隔声最为薄弱的部位,对该区域已建住宅外门窗进行隔声测量,结果如图5所示。外窗构造为单层玻璃塑钢窗、面对铁路的阳台门的构造为单层全玻璃落地塑钢门,阳台不封闭,此处的阳台门可视为外窗,经过对测量数据分析发现,室内外的隔声量只有17 dB左右。

根据文献[11]规定,外窗的空气声计权隔声量不应小于30 dB,而且作为强制性规定,因此在进行建筑单体设计时,要提高建筑物围护结构的隔声能力,不能只从经济因素考虑。如采用中空玻璃门窗,普通中空玻璃窗的计权隔声量RW可达到30 dB以上,如果空气层为真空,其计权隔声量RW可达到33～40 dB。如果在沿铁路线一侧增设封闭阳台,利用阳台作为防止噪声直射室内的声屏障,会明显地提高建筑物的隔声能力,创造更为舒适的室内声环境。

图5 已建住宅外门窗实际隔声测量

4 结束语

随着城市化进程的加快,以及住宅建设的需要,城市郊区迅速扩张,原位于远郊的铁路线逐渐成为城市的一部分,位于铁路沿线两侧的住宅深受铁路噪声的影响,如何减少铁路噪声对居民的影响,已引起相关部门的极大重视。

本文结合拟建住宅小区的规划方案,通过对铁路噪声的现场调查,掌握评价范围内的噪声现状,根据国家相关规范和规定,对拟建住宅小区的铁路噪声控制制定相应的技术路线和措施。

(1)根据国家相关标准,确定噪声评价量、评价范围、噪声测量方法等。

(2)通过对铁路噪声的现场调查,掌握评价范围内的噪声现状,分析拟建小区铁路噪声的特点和影响程度。

(3)结合小区的规划方案及小区场地情况,分析建设项目中已有的防治对策和控制措施的适用性和防治效果,合理地制定针对该项目的噪声控制措施。

(4)根据噪声实测结果,利用预测软件建立噪声预测模型,并结合理论分析进行比较,验证控制措施的效果,对规划方案提出可行性的修改意见,通过相应设计和技术处理实施噪声治理措施。

(5)项目建成后的降噪效果评价。铁路噪声对周围环境的影响是多方面的,降低铁路噪声影响,为铁路沿线居民提供一个良好的声环境,需要铁路部门、住宅开发商、设计机构及声学工程师等多个部门的共同关心和支持。

[1] GB/T 15190-94,城市区域环境噪声适用区划分技术规范[S].

[2] GB 3096-93,城市区域环境噪声标准[S].

[3] GB/T 14623-93,城市区域环境噪声测量方法[S].

[4] GB 12525-90,铁路边界噪声限值及其测量方法[S].

[5] 饶 永.铁路沿线住宅小区声环境影响评估及防治对策[J].华中建筑,2009,151(12):71-73.

[6] HJ/T 2.4-1995,环境影响评价技术导则:声环境[S].

[7] 焦大化.车运行噪声的速度特性[J].铁道劳动安全卫生与环保,2005,35(5):197-202.

[8] HJ/T 90-2004,声屏障声学设计和测量规范[S].

[9] Rao Yong.The noise environment prediction and control countermeasures in the residential area construction along the railway[C]//The 37th International Noise Control Engineering Congress and Exposition on Noise Control Engineering,in08-0890,2008:225.

[10] Gu Xiaoan.Railway environmental noise control in China[J].Journal of Sound and Vibration, 2006,293:1078—1085.

[11] GB 50368-2005,住宅建筑规范[S].