автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Автоматизированные методы расчета и проектирования средств защиты городской застройки от транспортного шума

На правах рукописи

003058410

ШЬЛКОВНИКОВ ДМ И 1 РИЙ ЮРЬЕВИЧ

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ МЕТОДЫ РАСЧЕТА И ПРОЕКТИРОВАНИЯ СРЕДСТВ ЗАЩИТЫ ГОРОДСКОЙ ЗАСТРОЙКИ ОТ ТРАНСПОРТНОГО ШУМА

05 23 01 - Строительные конструкции, здания и сооружения

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2007 г

003058410

Работа выполнена в Тамбовском государственном техническом университете и Научно - исследовательском институте строительной

физики РААСН

Научный руководитель - советник РААСН, кандидат технических наук

ИЛ Шубин

Официальные оппоненты

доктор технических наук,

ведущий научный сотрудник В П Гусев

кандидат технических наук В И Снетков

Ведущая организация Московский институт комму-

Защита состоится «&» « аа^ » 2007 года в Ч часов на заседании диссертационного совета Д 007 001 01 при Научно-исследовательском институте строительной физики по адресу

127238, Москва, Локомотивный проезд, 21, светотехнический корпус института Тел 482-40-76, факс 482-40-60

С диссертацией можно ознакомиться в научно-методическом фонде института

Автореферат разослан « » 2007 года

нального хозяйства и строительства (МИКХиС)

Ученый секретарь диссертационного совета, д т н , член-корреспондент РААСН

В К Савин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время в городской среде происходит интенсивное увеличение уровней транспортного шума Транспортный шум становится одним из основных негативных факторов, влияющих на экологию селитебных территорий По имеющимся исследованиям транспортный шум является причиной 80 - 90 % всех основных случаев шумового загрязнения селитебной территории Значения уровней шума, вызванные, транспортом в дневное время в жилой застройке, могут достигать 70 — 80 дБА и превышать допускаемые нормы на территориях и фасадах зданий на 15-25 дБА Для снижения шума городских транспортных магистралей и уменьшения шумового загрязнения прилегающей к ним застройки российскими учеными Осиповым Г Л , Ивановым Н.И , Климухиным А А , Ковригиным СД, Поспеловым ПИ, Прудовым Б Г, СамоГипоком Б А, Шубиным И Л , Юдиным ЕЯ и др в настоящее время разработаны методы расчета и средства снижения шумов на селитебных территориях от транспортных источников Снижение воздействия транспортного шума обеспечивается за счет градостроительных средств и средств снижения шума на путях его распространения в застройку Последнее достигается, как правило, строительно - акустическими методами, среди которых широкое применение находят акустические экраны Для этой цели в последнее время в России в большом объеме и ассортименте производятся и применяются на практике шумозащитные экраны различных конструкций, внешнего вида и назначения Однако, как показывает практика, их применение не всегда обеспечивает требуемую шумозащиту В этой связи в настоящее время значительное внимание начинает уделяться совершенствованию методики проектирования щумозащитных экранов, и в частности, повышению достоверности результатов расчета их акустической эффективности

Существующая в России методика оценки акустической эффективности экранов при ее разработке была ориентирована на традиционные методы ручного расчета В этой связи для уменьшения трудоемкости расчетов в ней допущен целый ряд упрощений В частности, экран рассматривается как конструкция бесконечной длины, не учитываются прохождение части звуковой энергии через конструкцию экрана и формирование отраженного шумового поля в пространстве между экраном и зданиями Допускаемые упрощения являются одной из основных причин существенного расхождения между теоретической и экспериментальной эффективностью экранирования транспортного шума Как правило, фактическая эффективность экранов, установленных в застройке, оказывается более низкой, чем ее величина, определенная на стадии проектирования

Для повышения надежности проектных решений необходимо совершенствование методики

расчетов акустических экранов путем более полного учета факторов, влияющих на их эффективность Совершенствование методики требует более сложных расчетов, использование которых возможно при наличии компьютерных программ, позволяющих производить оценку эффективности экранов с учетом перечисленных выше факторов, и в частности, с учетом формирования отраженного звукового поля между экранами и застройкой В этой связи работа, направленная на уточнение и автоматизацию методов расчета и проектирования средств защиты городской застройки от транспортного шума, является актуальной

Целью диссертационной работы является уточнение методики расчета акустических экранов путем дополнительного учета в ней факторов, влияющих в реальных условиях городской застройки на акустическую эффективность экранирования и автоматизация методов расчета и проектирования средств защиты городской застройки от транспортного шума, более объективно оценивающих процессы формирования шумового поля в пространстве между экраном и застройкой

Для достижения цели в работе поставлены и решены следующие задачи:

- определить и исследовать основные факторы, влияющие на акустическую эффективность шумозащитных экранов,

- разработать метод расчета отраженного шума, формируемого в пространстве между экраном и зданием первого эшелона застройки,

- выполнить оценку влияния на эффективность экранирования параметров экранов и их звукоизолирующих свойств,

- уточнить методику расчета акустической эффективности экранов путем учета геометрических параметров и конструктивных решений экранов и величины отраженного шума, образующегося в пространстве между экраном и застройкой,

- разработать комплекс программ по расчету шумового режима и проектированию шумозащитных мероприятий в городской застройке от транспортного шума с учетом закономерностей прохождения звуковой энергии через экраны и формирования отраженных шумовых полей между экраном и зданиями первого эшелона застройки

Научная новизна работы. Впервые на основе интегрального уравнения, описывающего распределение отраженной звуковой энергии, разработан метод расчета отраженного шума, образующегося между экраном и зданием первого эшелона застройки Метод объективно учитывает влияние закономерностей формирования отраженного звукового поля в экранируемом пространстве на акустическую эффективность экранов Новым является также инженерный метод расчета отраженного шума в пространстве

между экраном и застройкой, основанный на представлениях о диффузном распространении отраженной энергии На основе предложенных методов разработаны алгоритмы, позволяющие более эффективно использовать при проектировании в городской застройке средств защиты от транспортного шума электронную вычислительную технику

Практическая значимость работы. Полученные методы расчета шума, образующегося в пространстве между экраном и зданиями застройки, позволили уточнить методику расчета акустической эффективности экранов путем учета в ней планировочных параметров и звукоизолирующих свойств экранов при наличии в экранируемом пространстве отраженного шумового поля

Для практического применения уточненной методики расчета акустической эффективности экранов разработан специальный комплекс программ Комплекс обеспечивает большую по сравнению с сущес1вующей методикой точность расчетов, и соответственно, повышает надежность проектирования шумозащитных экранов

Разработанные программы кроме оценки эффективности экранов позволяют также выполнять общую оценку шумового режима на селитебных территориях, прилегающих к транспортным магистралям, и производить вариантное проектирование градостроительных и строительно - акустических средств защиты от транспортного шума

Методы исследования п достоверность результатов работы. В работе использованы теоретические и экспериментальные методы исследования Теоретические исследования отраженных полей, образующихся между экраном и зданием, выполнены на основе интегрального и диффузного представлений о формировании отраженной звуковой энергии в частично ограниченных пространствах Анализ влияния различных факторов на эффективность экранирования выполнен на ЭВМ по специально разработанным программам Достоверность полученных теоретических результатов подтверждена на основе сравнительного анализа расчетных данных с экспериментальными результатами, полученными при исследовании экранов в заглушённой камере НИИСФа Экспериментальные исследования выполнены с использованием аппаратуры фирмы «Брюль и Къер» На защиту выносятся.

- метод расчета отраженного шума, формируемого в пространстве между экраном и зданием первого эшелона застройки,

- уточнения методики расчета акустической эффективности экранов, учитывающие планировочные и конструктивные параметры экранов и величины отраженного шума, образующегося в пространстве между экраном и застройкой,

- комплекс программ по расчету шумового режима и проектированию шумозащитных мероприятий в городской застройке от транспортного шума

Внедрение результатов работы. Работа выполнена в рамках договора о научном сотрудничестве между Тамбовским государственным техническим университетом и Научно - исследовательским институтом строительной физики РААСН Результаты работы и расчетная программа используется в НИИСФе при оценке шумового режима и разработке методов и средств снижения шума в городской застройке г Москвы, а так же в Научно - техническом центре по проблемам архитектуры и строительства ТГТУ при исследованиях шума на межмагистральных территориях г Тамбова Программы использованы автором работы при разработке разделов охраны окружающей среды в проектах реконструкции территории г Тамбова, выполняемых по заказу ОАО «Тамбовгражданпроект» Программный комплекс используется в учебном процессе по дисциплинам «Строительная физика» и «Экология городской среды», читаемых для студентов строительных специальностей ТГТУ

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на VI, VIII, IX научных конференциях ТГТУ (Тамбов, 2001, 2003, 2004 г г ), XI, XIII, XV сессиях Российского акустического общества (Москва, 2001, 2003гг, Нижний Новгород, 2004г), на Ninth International Congress on Sound and Vibration (Florida, USA, July,2002), XV международной научной конференции «Математические методы в техники и технологиях» (Тамбов, 2002г), Международной научно-технической конференции «Современные проблемы строительства и реконструкции зданий и сооружений» (Вологда, 2003 г), V международной научно - практической конференции «Устойчивое развитие городов и новации жилищно - коммунального комплекса» (Москва, 2007г)

Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 научных работ, из них 2 статьи в журналах, рекомендованных ВАК

Структура и объем работы Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов и содержит i>o страниц текста, включая 9 таблиц, 132 рисунка и список литературы из 97 наименований

Во введении показана актуальность проблемы борьбы с транспортным шумом в населенных пунктах с использованием акустических экранов и обоснована необходимость совершенствования методики расчета экранов с целью повышения точности результатов расчета эффективности экранирования Определены цель и задачи исследования

В первой главе рассмотрены методы борьбы с транспортными шумами и принципы проектирования шумозащитных мероприятий Анализ показывает, что основным и наиболее эффективным методом является экраниро-

вание транспортных магистралей В главе проанализированы основные принципы расчета и проектирования акустических экранов Установлено, что существующие методики расчета транспортных шумов не в полной мере отвечают современным требованиям автоматизированного проектирования Методики оценки эффективности шумозащитных экранов в основном ориентированы на ручной неавтоматизированный расчет При этом используются упрощенные подходы и не учитываются важные факторы, влияющие на точность расчетов

Показано, что современная вычислительная база позволяет повысить точность и надежность расчетов путем исключения упрощений и учета большего числа факторов, влияющих на процесс формирования звукового поля за экраном и эффективность экранирования Автоматизация обеспечи-вас1 более высокую производшелыюиь н мпотиарианпюиь при проектировании шумозащигы Для обеспечения автоматизации расчетов и проектирования шумозащиты в настоящее время назрела необходимость совершенствования и адаптация методик расчета с учетом возможностей автоматизированных методов проектирования

Во второй главе рассмотрены основные факторы, влияющие на снижение акустической эффективности экранирования транспортных шумов и предложены методики учета этих факторов при проектировании плоских шумозащитных экранов, размещенных в городской застройке Рассмотрены вопросы, связанные с учетом влияния на шумовой режим пространства между экраном и первым эшелоном застройки конечных размеров экранов, образования в пространстве между экраном и первым эшелоном застройки отраженного звукового поля, а так же повышения уровней отраженного шума в этом пространстве за счет низкой звукоизоляции конструкций экранов

Показано, что для учета конечных размеров экрана в расчетной методике необходимо рассматривать транспортную магистраль в виде отдельных точечных источников Данная модель источников достаточно легко реализуется при современном компьютерном обеспечении В работе для учета конечных размеров экранов рассмотрены необходимые формулы и предложена их компьютерная реализация

Отраженное звуковое поле, образующееся в пространстве между экраном и первым эшелоном застройки, формируется при воздействии большого количества факторов Величина уровней отраженного шума зависит от геометрических размеров пространства между экраном и зданиями первого эшелона застройки, а так же от площади и коэффициентов звукопоглощения отражающих звук поверхностей пространства Рассмотрены две возможные модели описания отраженного поля в заэкранном пространстве Первая модель основана на диффузном представлении о распределении отраженной

энергии, вторая модель использует для описания отраженного поля интегральное уравнение Куттруфа

В случае диффузного представления пространство между экраном и зданием принимается условно замкнутым с коэффициентом звукопоглощения «потолка» равным единице (полное звукопоглощение) во всем частотном диапазоне Высота пространства или зоны с диффузным распределением отраженной звуковой энергии в общем случае может быть как выше экрана, так и ниже его, но не более высоты здания В случае бесконечно длинного экрана и линейного источника шума пространство между экраном и зданием можно рассматривать двухмерным (см рис 1 )

3

4

Рис 1 Схема к расчету отраженного шумового поля на основе диффузного метода 1 - источник шума, 2 - акустический экран, 3 -«здание», 4 - возможные границы диффузной зоны

Уровень отраженной звуковой энергии при равномерном и изотропном распространении ее в пространстве определяется как

¿отр=Ю1ё[4Р7Ш1[1-аср)/£осасрв), (1)

где В - периметр ограждений пространства, а1р - средний коэффициент звукопоглощения поверхностей периметра, с - скорость звука, е0- пороговое значение плотности энергии, Р1Ш - линейная мощность дифрагируемой за экран энергии, определяемая как

Р,ш„= ]7(1-а)со5(0йШ/(1-а(/,), (2)

О, - угол между нормалью к элементу ограждения йВ и направлением прихода энергии (см рис 1 ), а - коэффициент звукопоглощения элемента ограждения, / - интенсивность звуковой энергии, падающей от линейного источника на элемент ограждения, определяемая из совместного решения двух выражений общего уравнения для уровня шума за экраном

и выражения для уровня шума за экраном при известном значении интенсивности на элементе ¿В

1 = 1018(/ / £-0с) (4)

то есть 1 = 7 5 Юои,£0с/г 10°'А/ч\ (5)

г - расстояние от источника до расчетной точки, 1А - уровень шума на расстоянии 7 5м от источника, ДЬлр- величина снижения уровня шума экраном по периметру двухмерного пространства

Окончательно с учетом выражений (1), (2) и (5) уровень отраженного поля определяется как

( 30 г(1 - а)соз(0с/В ^

а, „В

г 10

0 1Д/,

(6)

- ч> К

Рассмотренная диффузная модель достаточно идеализирована Распределение отраженной энергии по пространству не равномерно, а существенно изменяется как по высоте пространства, так и на расстояниях от экрана до здания В этом случае более приемлема модель, построенная на основе интегрального уравнения Куттруфа, описывающего распределение энергии при рассеянном отражении звука от поверхностей (см рис 2)

Здание

Вшитом зкрон

Рис 2 Схема к расчету отраженного шумового поля на основе интегрального уравнения

Для трехмерного пространства уравнение имеет вид

1 Г„ ^ „ С03((?|)С05(02)

/(<«) = - [(1-«)/№)-п 1

1—12 И

■¿5 + /;'

(7)

где 1(с15') - интенсивность звуковой энергии, падающей на некоторый участок ограждения с!8', 1Цад - интенсивность прямой дифрагируемой за экран энергии, падающей на участок ей", 1(с18){\ - а) - интенсивность падающей

на участок ¿Б' звуковой энергии, определяемая вкладом отражений от других участков ограждений с1Б, г - радиус - вектор, соединяющий элементы

сБ к dS', Ql и Q2 - углы между вектором г и нормалями к элементам ¿К1 и йК" (см рис 2 )

Так как уравнение (7) не имеет аналитического решения, в работе для его реализации использован численный метод последовательного суммирования отражений звука от ограждений Проанализирована точность расчетов от количества учитываемых актов отражений Установлено, что в случае полуоткрытого пространства между экраном и зданием достаточно учитывать 8-10 актов отражений, и в этой связи при современном быстродействии ЭВМ метод является достаточно эффективным

Шум, прошедший через тело экрана с низкой звукоизоляцией, вносит дополнительный вклад в формирование отраженного звукового поля В уравнении (7) его можно учесть путем введения члена, определяемого из распределения на обратной стороне экрана интенсивности, прошедшей через тело экрана звуковой энергии

1?Р=е%ст/2(2-амр), (8)

где т - коэффициент звукопроницаемости конструкции экрана, а1кр - коэффициент звукопоглощения поверхности экрана со стороны застройки, Еспрр -

плотность звуковой энергии перед экраном со стороны источника шума

Для детального анализа шумового поля, образующегося в пространстве между экраном и зданиями первого эшелона застройки, разработаны компьютерные программы для экранов конечной и бесконечной длины, позволяющие исследовать влияние различных факторов на эффективность экранирования, как по отдельности, так и в различных их сочетаниях Оценка отраженного шума в программах производится диффузным и интегральным методами Применение двух методов, позволило произвести их сравнительный анализ и дать оценку их точности на основе экспериментальных данных, полученных для различных планировочных ситуаций в заглушённой камере НИИСФа Примеры сравнения экспериментальных и расчетных данных приведены на рис 3 и 4 Установлено, что наиболее близкие к эксперименту значения дает интегральный метод Точность диффузного метода более низкая для экранов конечной длины На основании результатов анализа для дальнейших исследований в работе принят интегральный метод расчета отраженного шума

о

Q.

>1

<U

aS

C3 ~ >>

10,0 9,0 8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0

НЭ1ф= 1 м, Р=8000Гц /Экр=3м, /экр ,д=6м Нрт=0 5м, /зд=3м Н„=15м — -> и 1 —

-г -

жопернмип

2 3 4

Ул,ик IHIL 01 жр.иы M

— — диффузный — -х- - ИШС1 ральиыи

Рис 3 Увеличение уровней шума между экраном конечной длины и «зданием» за счет отраженной энергии

Бесконечный экран

ш 8 5

q- Ч '

« = 7 5

о н й

^ Ра р S о

6,5 5,5 4 5

Ь

5 3 5 2 5

-Нзкр=1м, 1000Гц - -

/экр=3м, /зкр зд=6 Зм

11рг=0 5м, /зл=3м __е:--

Н„=15м - х • " -^ -- . X

, ж - - •

- Ж " - _____—

Ж ' ■ v^ __- '

—к ___-л

tr ~~

0 5

- диффузный

2 5

Удаление от экрана, м •эксперимент - *

3 з

4,5

интегральный

Рис 4 Увеличение уровней шума между экраном бесконечной длины

Учитывая, что диффузный метод дает достаточно приемлемые результаты при экранах бесконечной длины и линейных источниках шума, на его основе разработан инженерный метод, позволяющий производить оперативную оценку уровней отраженного шума за экраном на ранних стадиях проектирования шумозащиты В соответствии с (6) Lomp может определяться как I>omP = La +10 lg((l - «ср )/ ) + ДL (9)

где

30 Г Соз(0)с1В

30 П

в К

. Вг

10

о 1дл„

(10)

добавка, определяемая по номограммам, составленным для стандартных планировочных ситуаций Пример номограммы для расстояния /¿0/мч,=4 75м дан на рис 5 При разработке номограмм во всех случаях высота Нрас двухмерного пространства принималась равной высоте экрана (см рис 1 )

Рис 5 Поправка для определения Ьотр при 1дор.окр = 4,75м

В целом результаты главы показывают, что интегральный метод оценки отраженного поля в пространстве за экраном обладает достаточной точностью и соответствует требованиям автоматизированной системы проектирования Он может быть использован в программном комплексе по расчету транспортного шума на территории застройки

В третьей главе произведена экспериментальная оценка влияния рассмотренных во второй главе факторов на акустическую эффективность экранов в застройке При проведении исследований поставлены и решены две основные задачи

- выполнена оценка влияния отраженного шума на эффективность экранирования,

- установлена степень достоверности оценки влияния отраженного шума на эффективность экранирования предложенными во второй главе методами

Исследования выполнялись в большой заглушённой камере НИИСФ, в условиях, приближенных к условиям свободного открытого пространства Моделировались условия с экранами «конечной» и «бесконечной» длины Схемы установки экранов и «здания» и расположение точек измерения в камере приведены на рис 6

>

° иш NO о

Экран - 1 2 3 О

• • •

4 5 6 О

-4---- ------•— -

7 8 9 О о

• • • чо

10 11 15 CP

•---- —-»-- - •

13 И 15 с

«Злаши.» • • о

4- У -ь

Рис 6 Схемы установки экранов и «здания» в заглушённой камере при экранах (а) «бесконечной» и (б) «конечной длины»

Измерения выполнялись прецизионным шумомером 2238 «Mediator» фирмы «Брюль и Къер» в октавных полосах частот 250-8000 Гц и в dBA Звуковое поле создавалось источником шума HP 1001 Расположение расчетных точек определялось задачами эксперимента из условия возможности получения спадов уровней и представления об общей картине распределения шума в пространстве между экраном и зданием

Выполненный в главе анализ экспериментальных и расчетных данных показал следующее Эффективность экранов при наличии здания оказывается более низкой по сравнению с эффективностью экрана при его отсутствии Связано это с образованием отраженного звукового поля Влияние отраженного поля на увеличение шума в пространстве за экраном неодинаково Наибольшее увеличение уровней шума происходит вблизи поверхностей здания, а наименьшее у экрана В целом увеличения уровней шума, полученные при экспериментальных исследованиях, составляли 2 0-8 0 дБ, и следовательно, принимаемое в расчетных методиках увеличение шума на 3 дБ для многих планировочных ситуаций не соответствует действительности Уровни шума у поверхностей экранируемых фасадов зданий окажутся значительно выше уровней, прогнозируемых без учета реальных условий формирования отраженного шума При использовании поправки в 3 0 дБ эти превышения могут достигать 5 0 дБ

В результате экспериментальных исследований установлено, что влияние отраженного звукового поля зависит от расстояния между экраном и зданием Влияние существенно возрастает при уменьшении расстояния Данные результаты подтверждаются теоретическими расчетами с исполь-

зованием интегрального метода оценки распределения отраженной звуковой энергии

В целом сравнения результатов экспериментальных и теоретических исследований показало, что интегральный метод расчета отраженного шума дает возможность адекватно учесть влияние отраженного поля на уровни шума за экраном На рис 7 в качестве примера приведены экспериментальные и расчетные данные об увеличении уровней шума между экраном и зданием, полученные для конечной и бесконечной моделей экранов (см рис 6)

Использование интегрального метода позволяет повысить точность расчетов акустической эффективности экранов в случаях образования за ними отраженных звуковых полей

а)

АЬ, 5,00 -

4,00 -3,00 -2,00 > 0

б)

АЬ, 8,00 6,50 5,00 3,50 2,00

Рис 7 Увеличение уровней шума в пространстве между экраном и «зданием» в октавной полосе частот с /ф=4000Гц для экрана высотой 1 5м при бесконечной (а) и конечной (б) длинах экрана

,7

2,1 2,8 Удаление от экрана

3,5

4,2

м

эксперимент

• расчет

Удаление от экрана м

эксперимент

• расчет

В четвертой главе выполнены теоретические исследования влияния планировочных и конструктивных решений на акустическую эффективность экранов, размещаемых в городской застройке Исследовано влияние на шумовой режим пространства между экранами и первым эшелоном застройки конечных размеров экрана и их звукоизолирующих свойств, влияние на формирование отраженного поля в пространстве высоты зданий и экранов, расстояний между экраном и дорогой, экранами и зданиями

В результате исследований установлено, что неучет конечных размеров экранов может приводить к существенным погрешностям при оценке эффективности экранов (рис 8)

Рис 8 Снижение эффективности экрана конечных размеров при изменении его длины

Рис 9 Допустимые значения длин условно бесконечных экранов в зависимости от величины /ЭКр.рт

Погрешность зависит не только от длины экрана, но и от его высоты и расположения по отношению к нему расчетной точки Установлено, что в ряде случаев при предварительных расчетах с погрешностью в 2 дБ экраны можно считать бесконечно длинными Пример таких условий приведен на рис 9 В целом же установлено, что при расчетах на ЭВМ необходимо учитывать конечные размеры экрана

При исследовании влияния звукоизоляции экранов на увеличение уровней шума в пространстве между экраном и зданием установлено, что эффективность экранов начинает заметно снижаться при звукоизоляции тела экрана ниже 10 дБ В этой связи при проектировании легких экранов необходимо принимать их конструкцию с поверхностной плотностью не менее 20 кг/м2 Выявлено, что влияние низкой звукоизоляции в основном проявляется в ближней к экрану зоне На дальних от него участках снижение эффективности происходит в основном за счет формирования отраженного поля Установлено, что в этом случае эффективность экранов существенно зависит от высоты экранов и зданий, расстояния от экрана до транспортной магистрали, а также от размеров зоны, в которой образуется отраженное поле Следовательно, при выборе конструкций и мест расположения экранов необходимо производить вариантное проектирование на основе расчетов, учитывающих перечисленные факторы В главе показано, что такие возможности дает интегральный метод оценки отраженного шумового поля

В пятой главе произведена разработка программного комплекса по автоматизации проектирования шумозащитных мероприятий снижения транспортных шумов на территории застройки Комплекс разработан как объединенная система программных средств для решения задач по борьбе с шумом на селитебной территории При этом в нем учтены все полученные в работе результаты исследований

Методика расчета транспортного шума базируется на разработках НИИСФ При разработке комплекса принятые в методике методы расчета адаптированы для применения на ЭВМ В процессе построения программ использовались принципы аналитической геометрии и координатного метода Пространство застройки принято трехмерным Все элементы застройки (здания, экраны, насыпи, дороги и зеленые насаждения) имеют массивы координат характерных точек и наборы идентификаторов Для геометрического представления планов, разрезов, аксонометрии городской застройки, а также для непосредственного расчета уровней шума разработаны соответствующие подпрограммы визуализации

Использование разработанного программного комплекса дает следующие преимущества

- значительно ускоряется и облегчается процесс подготовки исходных данных для расчета, их ввода и корректировки;

- имеется возможность хранения на накопителях информации, и в том числе о ранее введенных и рассчитанных планировках застройки, типовых зданиях и т.п.;

* цифровая модель пространства городской застройки обеспечивает широкие возможности изменения ее параметров и позволяет использовать мпоговариантный автоматизированный подбор и проектирование мероприятий по снижению шума;

- имеется возможность наглядного представления результатов расчета шумозащитных мероприятий r компьютере и на бумажных носителях, а так же возможность сохранения промежуточных расчетных данных для их дальнейшего использования.

Комплекс разработан па языке программирования Visual Basic 5 и обеспечивает быстродействие и удобство при работе с программами в диалоговом режиме. Программный комплекс не требует от пользователя специальных знаний в области программирования Работа с программами обеспечивается подробным комментарием, осуществляется контроль ошибочно введенных данных, имеется встроенная справочная система, разработанная в соответствии с правилами компании Microsoft.

В работе приведены некоторые примеры использования комплекса при проектировании шумозащитных мероприятии на некоторых территориях Г, Москвы (рис.10). На основе расчетов для конкретных условий предложены мероприятия по снижению шума.

В настоящее время комплекс программ используется в НИИСФе при решении конкретных задач борьбы с шумом в застройке i. Москвы.

Ti ПвСТрмпма мсонемстуия фасадо* рданий для исмд»К с*|улиин

Рис 10. Распределение шума по фасадам зданий

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1 Для снижения транспортного шума, распространяющегося на селитебной территории в условиях существующей и реконструируемой городской застройки, широко используются плоские акустические экраны Они позволяют решить задачи по снижению транспортных шумов достаточно маневренно, оперативно и доступно Практика использования экранов показывает, что их фактическая акустическая эффективность в реальных условиях застройки оказывается более низкой, чем акустическая эффективность, определяемая на стадии их проектирования по существующим расчетным методикам Расхождения в основном связаны с упрощениями, принятыми при разработке методик, неучетом конструктивных и планировочных особенностей экранов, недостаточным учетом отраженной составляющей шума, образующейся в пространстве между экраном и зданиями первого эшелона застройки

2 Выполнено экспериментальное исследование распространения отраженной звуковой энергии в пространстве между экраном и зданием Результаты экспериментов показали сложный характер формирования звукового поля Установлено, что отраженное звуковое поле во многом зависит от интерференционной картины, которая образуется между экраном и зданиями первого эшелона городской застройки от планировочных параметров пространства между экранами и зданиями, акустических характеристик поверхностей, ограничивающих пространство, конструктивных особенностей экранов Показано, что неучет данных обстоятельств приводит к завышению проектной акустической эффективности экранов по сравнению с их реальной эффективностью в условиях конкретных планировочных ситуаций селитебной территории

3 Для повышения точности существующей методики расчета акустической эффективности экранов в работе предложены формулы по расчету эффективности экранов конечной длины при точечном и линейном источниках шума, обеспечивающие более достоверную оценку шума в пространстве между экраном и первым эшелоном застройки Оценено влияние звуковой энергии, дифрагируемой через боковые грани экранов конечной длины, на величину шумового поля в пространстве за экраном

4 Для оценки отраженной составляющей шума, образующейся в пространстве за экраном, предложены методы расчета, основанные на диффузном подходе к формированию отраженных полей и на использовании интегрального уравнения Куттруфа Методы позволяют учитывать процесс формирования отраженного шумового поля между экраном и зданиями за счет дифракции, отражений звука от поверхности в пространстве между экраном и зданием, прохождения'звука через тело экрана в результате его низкой звукоизоляции Выявлены границы и условия применения разработанных

методов, разработаны алгоритмы и компьютерные программы, обеспечивающие возможность использования методов в реальном проектировании

5 На основе сравнительного анализа теоретических и экспериментальных данных установлено, что метод оценки отраженного шумового поля, основанный на диффузном подходе, может быть использован для ориентировочных предварительных исследований акустической эффективности экранирования шума Метод, использующий интегральное уравнение Куттру-фа, достаточно надежно оценивает реальные условия формирования отраженного поля в заэкранном пространстве и пригоден для применения на всех стадиях проектирования шумозащиты Точность расчетов соответствует точности обычных акустических измерений транспортного шума

6 Разработан инженерный метод расчета уровней шума в пространстве между экраном и первым эшелоном ?астройки Метод основан на представлениях о диффузном распределении отраженной энергии за экраном и позволяет производить предварительные оценки шумового режима на ранних эскизных этапах проектирования шумозащиты

7 На основе метода, использующего интегральное уравнение Куттру-фа, выполнены теоретические исследования влияния планировочных параметров пространства между экраном и первым эшелоном застройки на акустическую эффективность экранирования транспортного шума Оценено влияние размеров экрана и их звукоизоляции, высоты зданий, расстояний между зданиями и экранами, звукопоглощающих характеристик экранов на уровни отраженного шумового поля в пространстве за экраном и, соответственно, на снижение эффективности экранирования Установлено, что звукоизоляция конструкций экранов должна быть не менее 10 дБ А Существенное влияние на уровни отраженного шума за экраном оказывают изменения высоты экрана и здания, конечные размеры экранов по длине, расстояния между экраном и зданием, источником шума и экраном Это влияние при проектировании возможно учесть, используя методику оценки отраженного шумового поля, основанную на интегральном уравнении Куттруфа

8 Разработан программный комплекс по автоматизации проектирования шумозащитных мероприятий в городской застройке, основанный на теоретических разработках НИИСФа, принятых в существующей методике расчета акустической эффективности экранов, с учетом велтины отраженного шумового поля, которое рассчитывается на основе интегрального уравнения Куттруфа Комплекс позволяет повысить точность проектирования мероприятий по защите селитебной территории от транспортного шума Программный комплекс обеспечивает высокое быстродействие и удобство

при работе с программой в диалоговом режиме и является основой для создания автоматизированного рабочего места проектировщика Комплекс передан в НИИ строительной физики РААСН и используется для решения задач по защите селитебной территории от шума транспортных магистралей

Основные положения диссертации изложены в следующих публикациях:

1 Антонов, А И Автоматизация расчета и проектирования средств защиты застройки от транспортного шума / А И Антонов, Д Ю Шелковников, И JI Шубин // Архитектурная акустика Шумы и вибрации сб тр XI сес Росс акуст о-ва / науч - исслед ин-т строит физики Российская акад архитектуры и строит наук - M , 2001 -Т 4 - С 51-54

2 Антонов, А И К методике оценки шумового режима городской застройки / А И Антонов, О Б Демин, Д Ю Шелковников, И JI Шубин//VI научная конференция ТГТУ тез докл/Тамб гос техн унт -Тамбов, 2001 - С 175-176

3 Шелковников Д Ю Проблемы оценки шумового режима при автоматизации построения шумовых карт городской застройки / Д Ю Шелковников, О Б Демин, А И Антонов // Труды ТГТУ сб науч ст молодых ученых и студентов/ Тамб гос техн ун-т - Тамбов, 2001 -Вып 10 - С 27-30

4 Демин, О Б Проблемы автоматизации расчета и проектирования средств защиты застройки от транспортного шума /ОБ Демин, Д Ю Шелковников // Математические методы в технике и технологиях - ММТТ - 15 сб тр XV Междунар науч конф /Тамб гос техн ун-т - Тамбов, 2002 -Т4 - С 155-158

5 Шелковников Д Ю Автоматизированное проектирование окон по условиям защиты помещений от транспортного шума / ДЮ Шелковников // Труды ТГТУ сб науч ст молодых ученых и студен-тов/Тамб гос техн ун-т - Тамбов, 2002 -Вып 12 - С 67-70

6 Shubm, I L Registration of the Sound Reflection While Evaluating the Efficiency of the Acoustic Screens / I L Shubm, A I Antonov, D Y Shelkovnikov, I L Sorokina // The Ninth International Congress on Sound and Vibration University of Central Florida Orlando, Florida, USA, 8-11 July, 2002 - P P 82-83

7 Антонов, А И Оценка влияния отраженной звуковой энергии на эффективность экранирования транспортного шума / А И Антонов, Д Ю Шелковников, О Б Демин, Е H Матвеева // Архитектурная акустика Шумы и вибрации сб тр XIII сес Росс акуст о- ва / науч - исслед ин-т строит физики Российская акад архитектуры и строит наук - M , 2003 - Т 5 - С 112-115

8 Антонов, А И Учет влияния отраженной звуковой энергии на шумовые поля примагистральных участков городской застройки / А И Антонов, О Б Демин, Е H Матвеева, Д Ю Шелковников // VIII научная конференция ТГТУ тез докл / Тамб гос техн ун-т - Тамбов, 2003 Ч 1 - С 64 - 65

9 Шелковников, Д Ю Оценка факторов, снижающих эффективность экранирования транспортного шума в городской застройке / Д Ю Шелковников, А И Антонов, И Л Шубин // Сб материалов между-нар науч -техн конф / Вологод гос технич ун-т - Вологда, 2003 -С 290-293

10 Антонов, А И Влияние отраженного шума на эффективность экранирования в городской застройке / А И Антонов, Д Ю Шелковников // Акустика речи Медицинская и биологическая акустика Архитектурная и строительная акустика Шумы и вибрации сб тр XV сес Росс акуст о-ва/ науч - исслед ин-т строит физики Российская акад архитектуры и строит наук -М ,-2004 -Т 2 - С 153 - 157

11 Шелковников, Д Ю Анализ факторов, снижающих акустическую эффективность экранов / Д Ю Шелковников, А И Антонов // IX научная конференция ТГТУ тез докл /Тамб гос техн ун-т - Тамбов, 2004 - С 232

12 Шелковников, ДЮ Оценка факторов, снижающих эффективность экранирования транспортного шума / Д Ю Шелковников, А И Антонов, И JI Шубин // Жилищное строительство - 2004 - №9 - С 15-17

13 Шелковников, Д Ю Сравнение теоретической и экспериментальной эффективности экранов бесконечной длины / Д Ю Шелковников // Труды ТГТУ сб науч ст молодых ученых и студентов / Тамб гос техн ун-т - Тамбов, 2004 -Вып 16 - С 71-75

14 Шубин, ИЛ Оценка эффективности акустических экранов в условиях городской застройки /ИЛ Шубин, Д Ю Шелковников // Устойчивое развитие городов и новации жилищно - коммунального комплекса Пятая Международная науч -практ конференция — M , 2007 -Т2 -С 156-161

15 Шубин ИЛ Отраженный шум как фактор, влияющий в условиях городской застройки на акустическую эффективность экранирования /ИЛ Шубин, Д Ю Шелковников // Academia Архитектура и строительство -2007 — №1 -С 49-51 (находится в печати)

Отпечатано в ФГУ «Тамбовский ЦНТИ» Тираж 100 экземпляров Заказ № 252

Введение.

1. СНИЖЕНИЕ ТРАНСПОРТНОГО ШУМА В ГОРОДСКОЙ ЗАСТРОЙКЕ И СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ИХ ЭФФЕКТИВНОСТИ. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Снижение шума в источнике.

1.2. Градостроительные меры снижения транспортного шума

1.3. Снижение транспортного шума на пути его распространения

1.4. Анализ конструктивных решений и акустическая эффективность экранов - стенок.

1.5. Методика расчета акустической эффективности экранов.

1.6. Анализ факторов, снижающих эффективность акустических экранов.

Выводы по главе 1.

Основные направления исследований работы.

2. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИКИ РАСЧЕТА АКУСТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКРАНОВ.

2.1. Методика учета влияния конечных размеров экранов на их эффективность.

2.2. Методика учета влияния отраженного звукового поля на акустическую эффективность экранов.

2.2.1 Расчет отраженного звукового поля за экраном на основе диффузной модели распределения энергии

2.2.2. Расчет отраженного шумового поля за экраном на основе интегральных представлений.

2.2.3. Расчет влияния звукоизолирующих свойств экрана на его эффективность.

2.3. Инженерный метод расчета отраженного звукового поля между экраном и зданием.

2.4. Выбор метода по расчету отраженного поля между экраном и зданием.

2.5. Программы для исследования факторов, влияющих на эффективность экранирования.

2.5.1. Программа по расчету эффективности снижения шума для бесконечного экрана.

2.5.2. Программа по расчету эффективности снижения шума экраном конечных размеров.

Выводы по главе 2.

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ АКУСТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКРАНОВ В ЗАГЛУШЁННОЙ АКУСТИ- 69 ЧЕСКОЙ КАМЕРЕ.

3.1. Постановка и условия проведения экспериментов.

3.2. Исследования акустической эффективности экранов «бесконечной» длины.

3.2.1. Описание модели.

3.2.2. Эффективность экрана «бесконечной» длины.

3.2.3. Исследование влияния отраженного звукового поля на уровни шума в пространстве между «бесконечным» экраном и «зданием».

3.3. Исследования акустической эффективности экранов конечной длины.

3.3.1. Описание модели.

3.3.2 Эффективность экрана конечной длины.

3.3.3. Исследование влияния отраженного звукового поля на уровни шума в пространстве между экраном конечной длины и «зданием».

3.4. Изменения уровней отраженного шума за экраном при изменении расстояния между экраном и «зданием».

3.5. Исследование влияния экранов на изменение спектра транспортных шумов в пространстве за экраном.

Выводы по главе 3.

4. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЕ ПЛАНИРОВОЧНЫХ И КОНСТРУКТИВНЫХ РЕШЕНИЙ НА АКУСТИЧЕ- 95 СКУЮ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЭКРАНИРОВАНИЯ.

4.1. Влияние конечных размеров экрана на его эффективность

4.2. Влияние звукоизолирующих свойств экрана на его эффективность

4.2.1. Снижение эффективности экрана в зависимости от 97 его звукоизоляции.

4.2.2. Сравнительный анализ вкладов шума в пространстве за экраном за счет отражений звука и звукоизоляции 98 экрана

4.2.3. Снижение эффективности экранирования за счет совместного влияния отраженного звукового поля и звукопроницаемости экрана.

4.3. Исследование влияния планировочных параметров на отраженную составляющую шума за экраном и эффективность 104 экранирования

4.4. Влияние обработки экрана звукопоглощающими материалами на отраженное звуковое поле в пространстве за экраном

Выводы по главе 4.

5. ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ПО РАСЧЕТУ ГОРОДСКИХ ОТ

РАЖЕННЫХ ШУМОВ И ПРОЕКТИРОВАНИЮ МЕРОПРИЯ

ТИЙ ШУМОЗАЩИТЫ.

5.1. Адаптация методики расчета уровней шума в застройке для использования ее на ЭВМ

5.2. Структура программы, ее возможности.

5.3. Интерфейс программы.

5.4. Примеры использования программного комплекса для решения практических задач.

Выводы по главе 5.

Актуальность работы. В настоящее время в городской среде происходит интенсивное увеличение уровней транспортного шума. Транспортный шум становится одним из основных негативных факторов, влияющих на экологию селитебных территорий. По имеющимся исследованиям транспортный шум является причиной 80 - 90 % всех основных случаев шумового загрязнения селитебной территории. Значения уровней шума, вызванные транспортом в дневное время в жилой застройке, могут достигать 70 - 80 дБА и превышать допускаемые нормы на территориях и фасадах зданий на 15 - 25 дБА. Для снижения шума городских транспортных магистралей и уменьшения шумового загрязнения прилегающей к ним застройки российскими учеными Осиповым Г.Л., Ивановым Н.И., Климухиным А.А., Ковригиным С.Д., Поспеловым П.И., Прутковым Б.Г., Самойлюком Б.А., Шубиным И.Л., Юдиным Е.Я. и др. в настоящее время разработаны методы расчета и средства снижения шумов на селитебных территориях от транспортных источников. Снижение воздействия транспортного шума обеспечивается за счет градостроительных средств и средств снижения шума на путях его распространения в застройку. Последнее достигается, как правило, строительно - акустическими методами, среди которых широкое применение находят акустические экраны. Для этой цели в последнее время в России в большом объеме и ассортименте производятся и применяются на практике шумозащитные экраны различных конструкций, внешнего вида и назначения. Однако, как показывает практика, их применение не всегда обеспечивает требуемую шумо-защиту. В этой связи в настоящее время значительное внимание начинает уделяться совершенствованию методики проектирования шумозащитных экранов, и в частности, повышению достоверности результатов расчета их акустической эффективности.

Существующая в России методика оценки акустической эффективности экранов при ее разработке была ориентирована на традиционные методы ручного расчета. В этой связи для уменьшения трудоемкости расчетов в ней допущен целый ряд упрощений. В частности, экран рассматривается как конструкция бесконечной длины, не учитываются прохождение части звуковой энергии через конструкцию экрана и формирование отраженного шумового поля в пространстве между экраном и зданиями. Допускаемые упрощения являются одной из основных причин существенного расхождения между теоретической и экспериментальной эффективностью экранирования транспортного шума. Как правило, фактическая эффективность экранов, установленных в застройке, оказывается более низкой, чем ее величина, определенная на стадии проектирования.

Для повышения надежности проектных решений необходимо совершенствование методики расчетов акустических экранов путем более полного учета факторов, влияющих на их эффективность. Совершенствование методики требует более сложных расчетов, использование которых возможно при наличии компьютерных программ, позволяющих производить оценку эффективности экранов с учетом перечисленных выше факторов, и в частности, с учетом формирования отраженного звукового поля между экранами и застройкой. В этой связи работа, направленная на уточнение и автоматизацию методов расчета и проектирования средств защиты городской застройки от транспортного шума, является актуальной.

Целью диссертационной работы является: уточнение методики расчета акустических экранов путем дополнительного учета в ней факторов, влияющих в реальных условиях городской застройки на акустическую эффективность экранирования и автоматизация методов расчета и проектирования средств защиты городской застройки от транспортного шума, более объективно оценивающих процессы формирования шумового поля в пространстве между экраном и застройкой.

Для достижения цели в работе поставлены и решены следующие задачи:

- определить и исследовать основные факторы, влияющие на акустическую эффективность шумозащитных экранов;

- разработать метод расчета отраженного шума, формируемого в пространстве между экраном и зданием первого эшелона застройки;

- выполнить оценку влияния на эффективность экранирования параметров экранов и их звукоизолирующих свойств;

- уточнить методику расчета акустической эффективности экранов путем учета геометрических параметров и конструктивных решений экранов и величины отраженного шума, образующегося в пространстве между экраном и застройкой;

- разработать комплекс программ по расчету шумового режима и проектированию шумозащитных мероприятий в городской застройке от транспортного шума с учетом закономерностей прохождения звуковой энергии через экраны и формирования отраженных шумовых полей между экраном и зданиями первого эшелона застройки.

Научная новизна работы. Впервые на основе интегрального уравнения, описывающего распределение отраженной звуковой энергии, разработан метод расчета отраженного шума, образующегося между экраном и зданием первого эшелона застройки. Метод объективно учитывает влияние закономерностей формирования отраженного звукового поля в экранируемом пространстве на акустическую эффективность экранов. Новым является также инженерный метод расчета отраженного шума в пространстве между экраном и застройкой, основанный на представлениях о диффузном распространении отраженной энергии. На основе предложенных методов разработаны алгоритмы, позволяющие более эффективно использовать при проектировании в городской застройке средств защиты от транспортного шума электронную вычислительную технику.

Практическая значимость работы. Полученные методы расчета шума, образующегося в пространстве между экраном и зданиями застройки, позволили уточнить методику расчета акустической эффективности экранов путем учета в ней планировочных параметров и звукоизолирующих свойств экранов при наличии в экранируемом пространстве отраженного шумового поля.

Для практического применения уточненной методики расчета акустической эффективности экранов разработан специальный комплекс программ. Комплекс обеспечивает большую по сравнению с существующей методикой точность расчетов, и соответственно, повышает надежность проектирования шумозащитных экранов.

Разработанные программы кроме оценки эффективности экранов позволяют также выполнять общую оценку шумового режима на селитебных территориях, прилегающих к транспортным магистралям, и производить вариантное проектирование градостроительных и строительно - акустических средств защиты от транспортного шума.

Методы исследования и достоверность результатов работы. В работе использованы теоретические и экспериментальные методы исследования. Теоретические исследования отраженных полей, образующихся между экраном и зданием, выполнены на основе интегрального и диффузного представлений о формировании отраженной звуковой энергии в частично ограниченных пространствах. Анализ влияния различных факторов на эффективность экранирования выполнен на ЭВМ по специально разработанным программам. Достоверность полученных теоретических результатов подтверждена на основе сравнительного анализа расчетных данных с экспериментальными результатами, полученными при исследовании экранов в заглушённой камере НИИСФа. Экспериментальные исследования выполнены с использованием аппаратуры фирмы «Брюль и Къер».

На защиту выносятся:

- метод расчета отраженного шума, формируемого в пространстве между экраном и зданием первого эшелона застройки;

- уточнения методики расчета акустической эффективности экранов, учитывающие планировочные и конструктивные параметры экранов и величины отраженного шума, образующегося в пространстве между экраном и застройкой;

- комплекс программ по расчету шумового режима и проектированию шумозащитных мероприятий в городской застройке от транспортного шума.

Внедрение результатов работы. Работа выполнена в рамках договора о научном сотрудничестве между Тамбовским государственным техническим университетом и Научно - исследовательским институтом строительной физики РААСН. Результаты работы и расчетная программа используется в НИ-ИСФе при оценке шумового режима и разработке методов и средств снижения шума в городской застройке г. Москвы, а так же в Научно - техническом центре по проблемам архитектуры и строительства ТГТУ при исследованиях шума на межмагистральных территориях г. Тамбова. Программы использованы автором работы при разработке разделов охраны окружающей среды в проектах реконструкции территории г. Тамбова, выполняемых по заказу ОАО «Тамбовгражданпроект». Программный комплекс используется в учебном процессе по дисциплинам «Строительная физика» и «Экология городской среды», читаемых для студентов строительных специальностей ТГТУ.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на VI, VIII, IX научных конференциях ТГТУ (Тамбов, 2001, 2003, 2004 г.г.); XI, XIII, XV сессиях Российского акустического общества (Москва, 2001, 2003гг., Нижний Новгород, 2004г.); на Ninth International Congress on Sound and Vibration (Florida, USA, July,2002); XV международной научной конференции «Математические методы в техники и технологиях» (Тамбов, 2002г.); Международной научно-технической конференции «Современные проблемы строительства и реконструкции зданий и сооружений» (Вологда, 2003 г.), V международной научно - практической конференции «Устойчивое развитие городов и новации жилищно - коммунального комплекса» (Москва, 2007г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 научных работ, из них 2 статьи в журналах, рекомендованных ВАК.

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов и содержит 150 страниц текста, включая 9 таблиц, 132 рисунка и список литературы из 97 наименований.

Выводы по диссертации

1. Для снижения транспортного шума, распространяющегося на селитебной территории в условиях существующей и реконструируемой городской застройки, широко используются плоские акустические экраны. Они позволяют решить задачи по снижению транспортных шумов достаточно ма-невренно, оперативно и доступно. Практика использования экранов показывает, что их фактическая акустическая эффективность в реальных условиях застройки оказывается более низкой, чем акустическая эффективность, определяемая на стадии их проектирования по существующим расчетным методикам. Расхождения в основном связаны с упрощениями, принятыми при разработке методик, неучетом конструктивных и планировочных особенностей экранов, недостаточным учетом отраженной составляющей шума, образующейся в пространстве между экраном и зданиями первого эшелона застройки.

2. Выполнено экспериментальное исследование распространения отраженной звуковой энергии в пространстве между экраном и зданием. Результаты экспериментов показали сложный характер формирования звукового поля. Установлено, что отраженное звуковое поле во многом зависит от интерференционной картины, которая образуется между экраном и зданиями первого эшелона городской застройки от планировочных параметров пространства между экранами и зданиями, акустических характеристик поверхностей, ограничивающих пространство, конструктивных особенностей экранов. Показано, что неучет данных обстоятельств приводит к завышению проектной акустической эффективности экранов по сравнению с их реальной эффективностью в условиях конкретных планировочных ситуаций селитебной территории.

3. Для повышения точности существующей методики расчета акустической эффективности экранов в работе предложены формулы по расчету эффективности экранов конечной длины при точечном и линейном источниках шума, обеспечивающие более достоверную оценку шума в пространстве между экраном и первым эшелоном застройки. Оценено влияние звуковой энергии, дифрагируемой через боковые грани экранов конечной длины, на величину шумового поля в пространстве за экраном.

4. Для оценки отраженной составляющей шума, образующейся в пространстве за экраном, предложены методы расчета, основанные на диффузном подходе к формированию отраженных полей и на использовании интегрального уравнения Куттруфа. Методы позволяют учитывать процесс формирования отраженного шумового поля между экраном и зданиями за счет дифракции, отражений звука от поверхности в пространстве между экраном и зданием, прохождения звука через тело экрана в результате его низкой звукоизоляции. Выявлены границы и условия применения разработанных методов, разработаны алгоритмы и компьютерные программы, обеспечивающие возможность использования методов в реальном проектировании.

5. На основе сравнительного анализа теоретических и экспериментальных данных установлено, что метод оценки отраженного шумового поля, основанный на диффузном подходе, может быть использован для ориентировочных предварительных исследований акустической эффективности экранирования шума. Метод, использующий интегральное уравнение Куттруфа, достаточно надежно оценивает реальные условия формирования отраженного поля в заэкранном пространстве и пригоден для применения на всех стадиях проектирования шумозащиты. Точность расчетов соответствует точности обычных акустических измерений транспортного шума.

6. Разработан инженерный метод расчета уровней шума в пространстве между экраном и первым эшелоном застройки. Метод основан на представлениях о диффузном распределении отраженной энергии за экраном и позволяет производить предварительные оценки шумового режима на ранних эскизных этапах проектирования шумозащиты.

7. На основе метода, использующего интегральное уравнение Куттруфа, выполнены теоретические исследования влияния планировочных параметров пространства между экраном и первым эшелоном застройки на акустическую эффективность экранирования транспортного шума. Оценено влияние размеров экрана и их звукоизоляции, высоты зданий, расстояний между зданиями и экранами, звукопоглощающих характеристик экранов на уровни отраженного шумового поля в пространстве за экраном и, соответственно, на снижение эффективности экранирования. Установлено, что звукоизоляция конструкций экранов должна быть не менее 10 дБА. Существенное влияние на уровни отраженного шума за экраном оказывают изменения высоты экрана и здания, конечные размеры экранов по длине, расстояния между экраном и зданием, источником шума и экраном. Это влияние при проектировании возможно учесть, используя методику оценки отраженного шумового поля, основанную на интегральном уравнении Куттруфа.

8. Разработан программный комплекс по автоматизации проектирования шумозащитных мероприятий в городской застройке, основанный на теоретических разработках НИИСФа, принятых в существующей методике расчета акустической эффективности экранов, с учетом величины отраженного шумового поля, которое рассчитывается на основе интегрального уравнения Куттруфа. Комплекс позволяет повысить точность проектирования мероприятий по защите селитебной территории от транспортного шума. Программный комплекс обеспечивает высокое быстродействие и удобство при работе с программой в диалоговом режиме и является основой для создания автоматизированного рабочего места проектировщика. Комплекс передан в НИИ строительной физики РААСН и используется для решения задач по защите селитебной территории от шума транспортных магистралей.

1. Авилов, Г.М. Цифровые карты шума для геоинформационных систем / Г.М. Авилов // Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности: междунар. эколог, конгр.: тез. докл./ Балт. гос. технич. ун-т. СПб., 2000.-Т.2.-С.250-255.

2. Аксенов, И.Я. Транспорт и охрана окружающей среды / И.Я. Аксенов -М. Транспорт, 1986. 125с.

3. Антонов, А.И. К методике оценки шумового режима городской застройки / А.И. Антонов, О.Б. Демин, Д.Ю. Шелковников, И.Л. Шубин // VI научная конференция ТГТУ: тез. докл./ Тамб. гос. техн. ун-т. -Тамбов, 2001.- С. 175-176.

4. Балакин, В.В. Защита жилой застройки от шума автомобильного транспорта на реконструируемых участках магистральных дорог / В.В. Балакин // Экология и безопасность жизнедеятельности: тез. докл. -Волгоград, 1996. 4.2. - С. 18 - 19.

5. Боголепов, И.И. Архитектурная акустика / И.И. Боголепов. СПб: Политехника, 2001. - 158 с.

6. Борьба с шумом в городах / В.Н. Белоусов и др. М.: Стройиздат, 1987.-248 с.

7. Бреховских, JI.M. Волны в слоистых средах / JI.M. Бреховских; Акад. наук СССР. М., 1957. - 502с.

8. Будзе, В.Ш. Использование шумозащитных экранов в практике борьбы с транспортным шумом / В.Ш. Буадзе, М.В. Какабадзе, C.JI. Власов. -ЦНТИ по гражданскому строительству и архитектуре. М., 1985. -125с.

9. Герасименко, О.Г. Закономерность и методика расчета изменения уровня транспортного шума по высоте здания: автореф. дис. канд. техн. наук: 05.23.01 // О.Г. Герасименко; науч. исслед. ин-т строит, физики; науч. рук. Г.Л. Осипов. - М., 1984. - 17с.

10. Голубков, И.Р. Окружающая среда и транспорт / И.Р. Голубков, Ю.В. Новиков. -М.: Транспорт, 1987. 113 с.

11. Демин, О.Б. Определение эффективности акустических экранов в производственных помещениях методами геометрической акустики // Труды Москов. ин-т инженеров ж-д трансп. 1975. - Вып. 478. - С. 96 -101.

12. Иванов, Н.И. Проблемы шума в современной цивилизации / Н.И. Иванов // Строительная физика в XXI веке: материалы науч. техн. конф. / науч. - исслед. ин-т строит, физики Российская акад. архитектуры и строит, наук - М.:, 2006. - С.39 - 43.

13. Иванов, Н.И. Шум чума XX века: пути и возможности его снижения в XXI столетии в России / Н.И. Иванов; Балт. гос. технич. ун - т. -СПб., 1999. -22с.

14. Карагодина, И.Л. Борьба с шумом в городах / И.Л. Карагодина, Г.Л. Осипов, И.А. Шишкин. М.: Медицина, 1972. - 121с.

15. Корнелл, Г. Программирование в среде Visual Basic 5 / Г. Корнелл. -М.: Попурри, 1998. 563с.

16. Королев, П.П. Оценка акустического режима, формируемого транспортным потоком в городской застройке: автореф. дис. канд. техн. наук: 05.23.10; 18.00.04 // П.П. Королев; ин-т инженеров ж.д. транспорта; науч. рук. С.Д. Ковригин. -М., 1982. -27с.

17. Лейзер, И.Г. Практическая оценка применимости геометрической акустики при отражении звука / И.Г. Лейзер, Т.И. Смирнова // Труды науч. исслед. ин-т строит, физики. - 1971. - Вып. 3. - С. 73 - 77.

18. Лепендин, Л.Ф. Акустика / Л.Ф. Лепендин. М.: Высш. шк., 1978. -448 с.

19. Лопашев, Д.З. Методы измерения и нормирования шумовых характеристик / Д.З. Лопашев, Г.Л. Осипов, Е.Н. Федосеева. М.: Изд-во стандартов, 1983.-232с.

20. Малыгин, Б.В. Шумовые характеристики транспортных пересечений и их учет при решении шумозащиты в городской застройке / Б.В. Малыгин ; МГСУ. М., 1994. - 335с.

21. Минина, Н.Н. Снижение шума при строительстве автомобильных дорог: автореф. дис. канд. техн. наук: 01.04.06 /Н.Н. Минина; Балт. гос. техн. ун-т «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. Устинова; науч. рук. Н.И. Иванов. -СПб., 2006.-24с.

22. Николов, Н.Д. Исследование и • прогнозирование роли городского транспорта в шумовом режиме города: автореф. дис.канд. техн. наук: 05.23.01 // Н.Д. Николов; инженер. строит, ин-т им. В.В. Куйбышева; науч. рук. Г.Л. Осипов. - М., 1970. - 180 с.

23. Осипов, Г.Jl. Градостроительные меры борьбы с шумом / Г.Л. Осипов и др. М.: Стройиздат, 1975. - 215с.

24. Осипов, Г.Л. Защита зданий от шума / Г.Л. Осипов М.: Стройиздат, 1972.-216 с.

25. Осипов, Г.Л. Защита от шума в градостроительтве / Г.Л. Осипов, В.Е. Коробков, А.А. Климухин. М.: Стройиздат, 1993. - 96 с.

26. Осипов, Г.Л. Перспективные методы и средства борьбы с автотранспортным шумом на дорогах / Г.Л. Осипов, И.Л. Шубин // Дорожная экология XXI века: тр.междунар. науч.-практ. симпозиума / под ред. О.В. Скворцова. Воронеж, 2000. - С.215-226.

27. Пейн, Г. Физика колебаний и волн / Г. Пейн М.: Мир, 1979. - 389 с.

28. Поляков, А.А. Организация движения на улицах и дорогах / А.А. Поляков М.: Транспорт, 1965. - 213 с.

29. Поспелов, П.И. Прогнозирование и расчет транспортного шума и средств защиты при проектировании автомобильных дорог): автореф. дис.д-ра техн. наук: 05.23.11 / П.И. Поспелов; Моск. автомоб. дорожный ин-т. - СПб., 2003. - 43с.

30. Проектирование защиты от транспортного шума и вибраций жилых и общественных зданий: пособие МГСН 2.04-97. Введ. 24.08.99. - М.: Изд - во стандартов, 1998. - 43с.

31. Прутков, Б.Г. Методы и пути снижения городского шума / Б.Г. Прутков. М.: ЦНИИП Градостроительства, 1994. - 40с.

32. Райтингер, М. Visual Basic 6: полное руководство: пер. с нем. / М. Рай-тингер, Г. Муч. — Киев.: BHV, 2000. — 720с.

33. Рассеянный звук и реверберация на городских улицах и в туннелях / М.В. Сергеев // Акустический журнал. 1979. - Т. 25, Вып. 3. - С.439 -447.

34. Руководство по расчету и проектированию средств защиты застройки от транспортного шума. М.: Стройиздат, 1982. - 31с.

35. Руководство по расчету и проектированию шумоглушения в промышленных зданиях. М.: Стройиздат, 1982. - 128с.

36. Руководство по учету в проектах планировки и застройки городов требований снижения уровней шума. М.: Стройиздат, 1984. - 55 с.

37. Самойлов, Д.С. Городской транспорт / Д. С. Самойлов. М.: Стройиздат, 1983.-93с.

38. Самойлюк, Е.П. Борьба с шумом в населенных местах / Е.П. Самой-люк, В.И. Денисенко, А.П. Пилипенко. Киев: Будивельник, 1981. -144 с.

39. СН 2.2.4/2.1.8.-562-96. Шумы на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории городской застройки. -Введ.31.10.1996. -М.: Изд-во стандартов, 1996. 8с.

40. Снижение шума в зданиях и жилых районах / Г.Л. Осипов, Е.Я. Юдин и др.; под ред. Осипова Г.Л. М.: Стройиздат, 1987. - 558с.

41. СНиП Н-12-77. Защита от шума. Введ 14.06.1977. - М.: Стройиздат, 1978.-48с.

42. Справочник по защите от шума и вибрации жилых и общественных зданий / В.И. Заборов, М.И. Могилевский, В.Н. Мякшин, Е.П. Самой-люк; под ред. В.И. Заборова. К.: Будивэльнык, 1989. - 160с.

43. Справочник проектировщика. Защита от шума / Е.Я. Юдин; под ред. Е.Я. Юдина. -М.: Стройиздат, 1974. 136с.

44. Тюрина, Н.В. Сравнение методов оценки эффективности акустических экранов / Н.В. Тюрина, Д.А. Никитин // Экологическое планирование кольцевой автодороги и устойчивое развитие транспорта: тр. Между-нар. семинара. СПб., 2001.- С.74- 81.

45. Шелковников, Д.Ю. Автоматизированное проектирование окон по условиям шумозащиты от транспортного шума / Д.Ю. Шелковников // Труды ТГТУ: сб. науч. ст. молодых ученых и студентов/Тамб. гос. техн. ун-т. Тамбов, 2002. - Вып. 12. - С. 67 - 70.

46. Шелковников, Д.Ю. Анализ факторов, снижающих акустическую эффективность экранов / Д.Ю. Шелковников, А.И. Антонов // IX научная конференция ТГТУ: тез.докл./Тамб. гос. техн. ун-т. Тамбов, 2004. - С. 232.

47. Шелковников, Д.Ю. Оценка факторов, снижающих эффективность экранирования транспортного шума / Д.Ю. Шелковников, А.И. Антонов, И.Л. Шубин // Жилищное строительство. 2004. - №9. - С. 15-17.

48. Шелковников, Д.Ю. Сравнение теоретической и экспериментальной эффективности экранов бесконечной длины / Д.Ю. Шелковников // Труды ТГТУ: сб. науч. ст. молодых ученых и студентов / Тамб. гос. техн. ун-т. Тамбов, 2004. - Вып. 16. - С. 71 - 75.

49. Шик, А. Неакустическое влияние транспортного шума / А. Шик // Доклады на семинаре по психоакустике /Балт. гос. технич. ун-т. СПб., 1988.- 11с.

50. Шишкин, И.А. Шумозащитные мероприятия и средства защиты в жилой застройке в местах отдыха от внешнего шума городских источников / И.А. Шишкин, Ю.Р. Левин, М.С. Панков; Москов. инженерно-строит. ин-т. -М., 1988. 113с.

51. Шубин, И.Л. Акустическое благоустройство городов (на примере г. Москвы) // Архитектурная акустика. Шумы и вибрации: сб. тр. X сес. Росс, акуст. о-ва /НИИСФ РААСН. М., 2000. - Т.З. - С.11-17.

52. Шубин, И.Л. Опыт проектирования шумозащитных экранов в г. Москве / И.Л. Шубин // Архитектурная акустика. Шумы и вибрации, сб. тр. XI сес. Росс, акуст. о-ва; НИИСФ РААСН. М., 2001. - Т.4. - С.9-17.

53. Шубин, И.Л. Отраженный шум как фактор, влияющий в условиях городской застройки на акустическую эффективность экранирования / И.Л. Шубин, Д.Ю. Шелковников // Academia. Архитектура и строительство. 2007. - №1. - С. 49-51. (находится в печати).

54. Шум. Общие требования безопасности: ГОСТ 12.1.003-83*.ССБТ-Взамен ГОСТ 12.1.003—76. Введ. 01.01. 98. - М.: Изд-во стандартов, 1983. - 27с. - (Государственный стандарт Российской Федерации).

55. Шум. Транспортные потоки. Методы измерения шумовой характеристики: ГОСТ 20444 85. - Введ. 01.01.86. - М.: Изд - во стандартов, 1986.-31с.

56. Kulowski, A. Error investigation for the ray tracing technique / A. Kulowski // Applied Acoustics. 1982. - V. 15. - P. 263-274.

57. Kurze, U.J. Sound attenuation by barriers / U.J. Kurze, G.S. Anderson. -Applied Acoustics. -1971. -N4. P. 35-53.

58. Kuttruff, H. Nachhall und effektive Absorption in Raumen mit diffuser Wandreflexion / H. Kuttruff// Acoustica. 1976. - V. 35, № 3. - P. 141153.

59. Kuttruff, H. Room acoustics / H. Kuttruff. London: Applied Science, 1973.-298 p.

60. Kuttruff, H. Simulierte Nachhalkurven in Rechteckraumen mit diffusem Schallfeld / H. Kuttruff// Acustica, 1971. V. 25, № 6. - P. 333-342.

61. Kuttruff, H. Stationare Schallausbreitung in Flachraumen / H. Kuttruff // Acustica, 1985. V. 57, № 2. - P. 62-70.

62. Kuttruff, H. Uber Nachhall in Medium mit Unregelmassig verteilten Streuzentren, insbesondere in Hallraumen mit aufgehangten Streuelementen / H. Kuttruff// Acustica. 1967. - V.18, № 3. p. 131-143.

63. Kuttruff, H. Weglangenverteilung in Raumen mit Schallzerstreuenden Ele-menten / H. Kuttruff// Acoustica. -1971. V. 24, № 6. - P. 356-358.

64. Kuttruff, H. Zur Abhangigkeit des Raumnachhalls von der Wanddiffusitat und von Raumform / H. Kuttruff, T. Z. Strassen // Acustica. 1980. - V. 45, №4.-P. 246-255.

65. Maekawa, Z. Environmental and architectural acoustics / Z. Maekawa // UK, London. E&FN spon. 1994. - P. 37 - 40.

66. Maekawa, Z. Noise reduction by screens / Z. Maekawa. Applied Acoustics.-1968.-Nl.-P. 157-173.

67. Maekawa, Z. Recent problems With noise barriers / Z. Maekawa // Proceedings of international conference Noise'93, May 31 June 3, 1993. -Vol.4 -P.125- 131.

68. Pospelov P. Motorway noise barriers / P. Pospelov, D. Strokov // Proceedings of the 5 th International Symposium "Transport Noise and Vibration", St. Petersburg, 6-8 June, 2000. P.4

69. Rettinger, M. Noise level reduction of barriers / M. Rettinger. Noise control. - 1957. - N5. - P.50-52.

70. Научно-Исследовательский Институт Строительной Физики (НИИСФ) Research Institute of Building Physics (NIISF)

71. Российская академия архитектуры и строительных наук (РААСН) Russian Academy of Architecture and Building Science (RAABS)1. Исх. отГ