綠色建筑評價中的聲環境影響預測

李曉東,王亞晨[中海環境科技（上海）股份有限公司， 上海 200135]

1 概 述

綠色建筑評價中的聲環境影響評價主要是關注室內聲環境可達到的水平，評價中綜合考慮室外噪聲源（如道路噪聲、工業噪聲、社會生活噪聲）及室內噪聲源（電梯、水泵、空調等）的綜合影響。對居住建筑而言，根據最新的建筑設計規范要求，水泵房不可設置在居民樓內，電梯井不可緊鄰臥室布置。大多情況下，室內聲源的噪聲可以得到較好控制。因此，實際工作中更為關注的是室外環境對室內的影響預測。

2 評價標準

綠色建筑的評價標準除國家標準外，上海等部分地區亦頒布了地方標準。地方標準主要是參照 GB 50118—2010《民用建筑隔聲設計規范》，對室內噪聲可達到的水平及房間空氣隔聲性能及樓板撞擊聲隔聲性能達到的水平規定了不同的打分值。在具體的綠色建筑評價中，在事前的評價中，對空氣隔聲或樓板撞擊聲隔聲的大小可分別通過查詢設計、類比分析等判斷上述指標可滿足的要求。但由于室內噪聲與室外噪聲關聯很大，且室外聲環境情況復雜，因此需要預測室外的噪聲影響。

3 計算模型

3.1 室外聲環境

根據聲源類型，對室外聲環境的影響預測通常選擇不同的預測模型開展預測，具體如下所示。

3.1.1 交通噪聲

（1）機場噪聲。如果所評估區域屬于機場噪聲影響區域，由于較難在具體的綠建項目中對機場進行評價（需要調研了解航跡分布、流量、機型比例、飛行程序等大量資料，在具體非機場項目操作中難以實施），因此應以首先引用機場的環評文件為準，必要時可開展現場的類比監測。對流量較大的機場，考慮每天航班差異性不大，監測周期可選擇 3 d，否則應以一周為宜。機場噪聲預測普遍采用美國聯邦航空管理局發布的 INM 軟件，軟件內置大量機型實測的噪聲數據及飛行程序，并集成了直升機的預測方法，從而使得軟件由原有的預測固定翼飛機的影響擴展到了固定翼及直升機均可預測。影響軟件預測準確性的主要因素是航跡建模的準確性及替代機型選取的合理性。

（2）鐵路及軌道交通噪聲。鐵路及軌道交通的噪聲預測可選擇聲環境影響評價導則中的計算公式。對低速鐵路及常見的軌道交通，聲源以輪軌噪聲為主，預測模型中可主要考慮輪軌噪聲的影響。但對高速鐵路，由于空氣動力性噪聲及受電弓噪聲占比都比較大，因此在預測中也需考慮。鐵路或軌道交通實施聲屏障后，由于在車體與屏障間存在明顯的反射聲影響，在預測中也需考慮。對時速為 200 km/h 及以上的高速鐵路，在 2019 年版的聲環境導則征求意見稿中，鐵科院等研究單位根據近年來的研究成果，給出了預測模型。聲源采用多聲源等效模型，并采用聲功率表示聲源大小，將集電系統噪聲視為軌面以上 5.3 m 左右高的運動偶極子聲源，車輛上部空氣動力噪聲視為軌面以上 2.5 m 高無指向性的有限長不相干線聲源，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 有限長不相干偶極子線聲源。模型給出了不同聲源聲功率的計算方法及傳播模型，因此可在具體工作中參考使用，如圖 1 所示。

（3）道路噪聲。道路噪聲可依據聲環境影響評價技術導則中給出的公式進行計算。該公式可由一定數量的、不同類型的車輛沿固定路線行進時，對點聲源沿路線行進方向進行積分求得。道路的預測公式如式（1）所示。

式中：Leq(h)i— 第i類車影響的小時等效聲級，dB(A)；

Ni— 晝間、夜間通過某個預測點的第i類車平均小時車流量；

Vi— 第i類車的平均車速，km/h；

T— 計算等效聲級的時間，1 h；

r— 從車道中心線到預測點的距離，m；適用于r＞7.5 m 預測點的噪聲預測；

Ψ1、Ψ2— 預測點到有限長路段兩端的張角，弧度；

△L— 由其他因素引起的修正量，dB(A)。

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

（4）航道噪聲。對通航航道的船舶噪聲，可采用 JTJ 227—2001 《內河航運建設項目環境影響評價規范》中的噪聲預測公式。該預測公式與道路類似，可以利用一定數量的、不同類型的船舶沿航線航行時，沿行進線路對船舶（點聲源）積分求得，如式（2）所示。

式中：(Lp)i—第i類船舶影響的小時等效聲級，dB(A);

(Lw)i— 種類船舶的平均的輻射聲級，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—預測時間，取 1 h；

D0—測試船舶輻射聲級的參考距離，m；

α —地面參數。

預測中應注意幾點問題。① 預測中將航道中線的位置作為線聲源位置。② 上述源強參照點位置距離船舶 15 m處，如采用 7.5 m 處等效源強，式中 －13 應為 －16。③ 模型中應考慮水面與地面不同吸聲系數的影響，對大部分航道中線距離岸邊尚有一定距離的項目，由聲源（航線）傳播到敏感建筑處，傳播路徑會涉及水面及地面，此時式（2）的吸聲系數以取水面與地面的加權平均值確定，對水面，吸聲系數可近似按 0 考慮，對地面可根據地面植被覆蓋類型，在0～ 0.5 之間選擇。

3.1.2 其他聲源

除了上述的交通聲源，其他聲源可以用點源、面源、線源等綜合確定。在大部分噪聲預測軟件中，常將此類聲源作為工業噪聲源處理，其室外聲傳播方法采用 ISO 9613，與聲環境影響評價技術導則規定的方法一致。

3.1.3 噪聲預測軟件

噪聲預測的主要軟件，業界比較知名的有 CadnaA、Soundplan、Predictor-LimaA 等，均為國外軟件，國內軟件使用較多的為EIAproN及NoiseSystem。國外軟件支持的國外標準較多，且軟件在地形的處理、算法及計算速度、結果展示等方面都具有明顯優勢。

3.2 室內聲環境

3.2.1 室內聲源對室內噪聲的影響計算

當室內存在噪聲源時，對室內噪聲的影響計算公式如式（3）所示。

式中：L'—室內噪聲預測值，單位dB；

Lw,i— 聲源i的聲功率級，dB；

Q— 指向性因素；

r— 預測點距聲源距離；

Rm— 房間常數，m2。

室內噪聲預測通常用類比分析確定。如果采用預測，可考慮的聲學軟件有 CadnaR、Soundplan、Odeon、等。

3.2.2 二次結構噪聲計算

由于二次結構噪聲來源于固體傳聲，除了與聲源的振動強度有關外，還與建筑的基礎、結構形式及室內混響時間等聲學參數有關。準確的預測方法可采用有限元及邊界元等數值分析技術手段，但該方法工作量大，且預測結果與建模精度、建模參數及源強輸入參數等關聯很大。因此，大多實際操作中多采用類比的方法確定。

對軌道交通引起的二次結構噪聲，可采用軌道交通環境影響評價導則給出的方法，即通過類比室內振動速度級，根據振動速度級計算二次結構噪聲值。二次結構噪聲預測公式如式（4）所示。

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

i—第i個 1/3 倍頻程， ；

σ—聲輻射效率，在通常建筑物樓板振動卓越頻率時聲輻射效率σ可近似取 1；

H—房間平均高度，m；

T60—室內混響時間，s。

在預測中，可以利用振動加速度級與振動速度級的轉換關系，在計算的室內振動加速度級及類比特征頻譜的基礎上，計算室內振動速度級，計算公式如式（5）所示。

式中：VLi—振動加速度級；

Lv,i—振動速度級。

二次結構噪聲預測分析的軟件可采用 ABAQUS、ANSYS、MSC、ADINA、COMSO 等。

3.2.3 室外噪聲到室內噪聲的計算

室外聲環境的影響預測通常是敏感建筑窗外 1 m 處的噪聲值，對室內而言，可以認為是維護結構（主要是墻、窗戶等）朝向聲源側處在一定聲音強度的混響場中。預測到室內時，其噪聲大小與室內聲學參數（主要為混響時間）、建筑維護結構的隔聲量及面積等因素有關，經室外傳播進入室內的噪聲可由式（6）計算得出。

式中：L1—室外噪聲，dB；

—面向聲源側維護結構（窗、墻等）組合隔聲量；

S—面向聲源側維護結構的面積，m2；

A—室內房間的吸聲量，m2。

當墻的隔聲量遠大于窗戶時，公式中的S及A可取窗戶的面積及隔聲量。

當不能滿足上述條件時，可采用式（7）計算組合隔聲量。

式中：Si—構件i的面積，m2；

—構件i的隔聲量，dB。

4 結 語

綜上可知，室外聲環境預測模擬是綠色建筑評價中的重要組成部分，計算室外聲環境影響時，應根據室外不同的聲源類型選擇合適的預測模型或軟件。當計算軟件的模型與國內模型不一致時，在確保傳播模型原理相同的情況下，需對源強進行校準。預測室外噪聲后，在通過朝向聲源側的建筑維護結構（窗墻等）的面積、隔聲量及室內聲學參數的基礎上，可預測室外噪聲對室內噪聲的影響。對室內噪聲源的影響，即可通過類比確定，也可通過室內聲學計算而得。