автореферат диссертации по строительству, 05.23.11, диссертация на тему:Учет требований защиты от шума при проектировании автомобильных стоянок

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ^лЭ» МАДИ

АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ ИНСТИТУТ тт-

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

Не правах рукописи

и&4

ЯКОВЧЕНКО Александр Владимирович

УЧЕТ ТРЕБОВАНИИ ЗЩГГЫ ОТ ШУМА ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ АВТОМОБИЛЬНЫХ СТОЯНОК

(05.23.11 - Строительство автомобильных дорог

и аэродромов)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА 1993

Работа выполнена на кафедре изысканий и проектирования дорог Московского государственного ввтомобильно-дорогного института (технического университета)

Научный руководитель - кандидат технических наук,доцент

П.И.ПОСПЕЛОВ.

Официальные оппоненты - докюр технических наук,профессор

Д. С. САМОЙЛОВ, кандидат технических неук А.С.ПРОХОДА .

Ведущая организация - ЦНИИ! градостроительства г.Москва .

со

ч..

Защита сосюится " « 99 3_ г. в

ауд.-^на заселении специализированного совете Д 053.30.01 ВАК

РФ при Московском государственного автомобильно-дорокного института (техническом университете) по адресу: 125629, ГСП. Москва,

А-319, Ленинградский проспект, 64.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. Телефон для справок: 155-03-28 Автореферат разослан "199 г.

Ученый секретарь специализированного совета Д 053.30.01 ВАК РФ при МАЛИ кандидвт технических наук.доцент Ю.М.Ситников

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность гемы. Развитие современных городов немыслимо без развития, совершенствования транспортной системы. Поскольку транспорт играет огромяув роль в аизнедеятельности современного общества, нельзя оставлять проблемы транспорта без долзного внимания. В настоящее время из всего комплекса проблем, связанных с транспортом, на первый план выходит проблема хранения автомобиля. Как показывают исследования, отсутствие постоянного места хранения автомобиля или его значительная удаленность от мест проживания приводит к тому, чю значительное количество автомобилей во время наиболее интенсивной эксплуатации хранится у подъездов жилых домов, на внутринвартальных(дворовых) проездах. Среди всех источников загрязнения окруяаицей среды автомобиль наиболее агрессивный источник физиологического и биологического загрязнения, а транспортный шум является одним из наиболее гигиенически значимых факторов, воздействующих на население.Оптимизация шумового режима в сложившейся, реконструируемых и вновь проектируемой застройках городов и других населенных пунктов является одной из наиболее часто решаемых задач в градостроительстве.

В связи с этим актуальным является разработка и совершенствование расчетных методов определения шумовых характеристик объектов жилой застройки, а также расчета величины необходимой санитэрно - защитной зоны по условиям допустимого уровня шума на территории жилой застройки.

Цель и задачи работы. Целью диссертационной работы является:

создание расчетного метода определения шумовой характеристики автомобильной стоянки, а также определение величины сани-тарно-защитвой зоны между зданиями и источниками шума (автомобильными стоянками) на территории жилого микрорайона.

Для достижения поставленной цели были поставлены и решены следующие задачи:

создание расчетной модели шумовой характеристики движущегося автомобиля, учитывавшей шумовув характеристику автомобиля,соответствующую техническому состоянии двигателя автомобиля;

разработка расчетного метода определения шумовой характеристики автомобильной стоянки на основе имитационного моделирования

- г -

работы автомобильной стоянки с учетом реального времени* прогрева двигателя автомобиля в зависимости от температуры воздуха.

Методы исследования. В работе использовались как теоретические. так и экспериментальные методы исследования. Теоретические исследования проводились при:

разработке расчетной модели излучения шума одиночным автомобилем;

разработке расчетного метода прогнозирования шумовой характеристики автомобильной стоянки.

Экспериментальные исследования проводились в натурных условиях с использованием прецизионной акустической аппаратуры фирмы "Роботран"(ГДР). Проверка правильности полученных в модели зависимостей выполнена на основании натурных измерений транспортного шума, возникающего при движении и прогреве двигателя одиночного автомобиля и в процессе функционирования автомобильной стоянки.

Научная новизна работы заклвчается в следующем : уточнена математическая модель расчета шума одиночного автомобиля при движении с малыми скоростями движения;

создана математическая модель расчета шума одиночного автомобиля при движении в условиях автомобильной стоянки:

разработана имитационная модель работы автомобильной стоянки с учетом внешних факторов (температура воздуха, дня недели, времени суток);

получены регрессионные зависимости для расчета количества выезжающих автомобилей с территории автомобильной стоянки по часам суток и дням недели;

выявлены зависимости для определения величины среднего эквивалентного уровня пространственного источника{ автомобильной стоянки);

определены величины территориального разрыва между границей автомобильной стоянки и жилыми зданиями.

Практическая ценность диссертационной работы заключается в возможности:

внедрить в практику борьбы с транспортным шумом инженерный метод расчета уровней шума автомобильной стоянки для обеспечения акустического комфорта в жилой застройке;

проводить без 1рудо- и временноемких натурных исследований построения пространственно-временной модели фактического шумового режима в жилой застройке;

производить оптимизации планировочных решений застройки по условиям ¡пумозаяиты.

Апробация работы . Основные положения диссертационной работы прошли апробации на Всесоюзном научно-техническом совещании " Улучшение акустической среды города: архитектурно-планировочные и строительно-технические методы" (г.Севастополь,1991 г.) к 37-й научно-технической конференции Кузбасского политехнического института( г. Кенерово, 1992 г.)

Внедрение результатов работы . Результаты научных исследований, подученных в диссертационной работе, приняты к использованию Госавюинспекцией г.Кемерово и ЦНШП градостроительства.

Публикации . По теме диссертационной работы опубликоваш/ 3 печатные работы.

Структура и объем работы . Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы из 77 наименований (э том числе 13 на иностранных языках). Работа содержит 141 страницы машинописного текста. 41 рисунок, 17 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

_Во введении показана актуальность борьбы с транспортные шуыся в хилой застройке и обоснована необходимость широкого внедрения в практику градостроительства расчетных меюдов определения шумовых характеристик источников шума на территории халой застройки. Определены цели и задачи исследований, дано краткое излохение научного и практического вклада автора в решение проблемы и перечислены основные полозения, выносимые на защигу.

. В первой главе дан анализ современного состояния вопрос? в области проектирования автомобильных стоянок, а гакхе проанализированы факторы, влиявшие на шумообразование плоских источников таких как автомобильная стоянка.

В результате проведенного анализа выявлено: вместимость автомобильной стоянки, располагаемой на территории халой застройки, по условиям рентабельности не должна превышать 200 автомобилей;

временная доступность автомобильной стоянки не должна превышать 15 мин или автомобильная стоянка долзна располагаться не далее 800 м от мест проживания, в районах с неблагоприятные

гидрологическим расположением - не далее 1500 м;

существуйте грзфо - аналитические и расчетные методы для определения шумовых характеристик источников шума достаточно хорошо разработаны для линейных и точечных источников;

расчетные схемы при определении шумовых характеристик неточечных источников (лшзеЯных, плоских) принимались для стационарного (неподвижного) расположения точечных источников шума;

существующие в настоящее время расчетные модели уровней шума автомобиля определяв! шумовую характеристику автомобиля как функцию скорости, что дает некорректные результаты в области малых скоростей двизения при повышенных частотах вращения коленчатого вала двигателя;

Проведенный анализ показал необходимость исследования шумовых характеристик автомобилей при дзазеази зз понигеяных передачах при достаточно высоких скоростях вращения коленчатого вала двигателя, исследования временного распределения въезда/выезда автомобилей с территории автомобильной стоянки, а также количественных характеристик параметров прогрева и двизения автомобиля на автостоянке, создание имитационной модели работы автомобильной стоянка для расчета шумовых характеристик автомобильной стоянки.

Во второй главе представлены модели расчета времени прогрева двигателя автомобиля, расчета уровней шума одиночного автомобиля при двизевзи на пониженных передачах, расчета интенсивности выезда автомобилей по дням недели и времени суток, а такзе результаты натурных исследований.

Анализ источников шума автомобиля (двигатель, трансмиссия, шиш,система выпуска отработавших газов) показал, что при движении на потаенных передачах и при подготовке автомобиля к движении двигатель является основным источником пума. Следовательно, шумовуш характеристику двигателя автомобиля необходимо использовать для построения модели расчета уровней шума автомобиля при движении на пониженных передачах.

Методика проведе&ия измерений акустических характеристик автомобилей базировалась на указаниях ГОСТ 27436-87 с тем отличием, что автомобиль проходил измерительный участок при постоянной скорости движения на низших передачах. Для неподвижного автомобиля уровень шума фиксировался в точках на расстоянии 1 и и 7.5 м. Для каждого автомобиля фиксировалась: модель автомобиля.

время прохождения измерительного участка (секундомер).скорость входа на измерительный участок (спидометр автомобиля), уровень звука (точными импульсными шумомерами 0001Т ИРГ,ГДР). Для каждой модели автомобиля экспериментальные данные подвергали статистической обработке и затем были получены регрессионные зависимости для расчета шумовых характеристик одиночного автомобиля. Значения коэффициентов по маркам автомобилей приведены в табл. 1.

N6

ъа = ъ + к, ш а. ) + ю (-^2» ) + с ( 1 )

тах

где Ые.Ке^ - мощность двигателя при частоте вращения коленчатого вала двигателя, соответствутацей текущему значении скорости движения автомобиля на к - той передаче и при максимальной частоте вращения коленчатого вала двигателя. кВт:

п. птох- часта вращения коленчатого вала двигателя при движения автомобиля на к - той передаче и максимальная частота вращения коленчатого вала двигателя, мин"1.

\ - уровень звука двигателя перед автомобилем в 1 м от декоративной решетки радиатора при режиме работы двигателя устанавливаемом ГОСТ 27436-87 "Неподвижный автомобиль". дБА.

Таблица 1

Марка автомобиля \ С

ВАЗ - 2106 4,5 5,38

ВАЗ - 2108

09 4,5 4,88

АЗЛК - 2141

(с да .2106) 4,5 5,35

ГАЗ - 24-10 3.02 1.5

"Волга"

Движение автомобиля по автомобильной стоянке связано с прохождением звука между многочисленными экранирующими сооружениями сравнимыми с самим автомобилем. В связи с этим возникает задача приведения звукового поля автомобиля в услопиях автомо-

Сильной стоянки к звуковому полю автомобиля в условиях-свободного звукового поля. Для решения данной задачи были проведены экспериментальные исследования, которые позволили определить "коэффициенты приведения" звукового поля автомобиля в условиях автомобильной стоянки к условиям свободного звукового поля (Табл.2)

*

ь

где Ьа, Ьа- уровень звука в соответствующих точках измерения для экранированного и неак-ранированного автомобилей, дба:

Таблица 2

Угол от оси автомобиля," 0 45 90 135 180 215 270 315

Коэффициент приведения 0,954 0,993 0,90 0.969 0,948 0,969 0,90 0,993

Коэффициенты, приведенные в табл. 2 соответствуют наиболее распространенному варианту экранирования автомобиля на автомобильной стоянке, а именно когда автомобиль со всех сторон окружен однотипными автомобилями. При отсутствии автомобилей впереди по ходу автомобиля (<* = О*) и сзади (« = 180") коэффициенты принимают значения больше 1, а именно 1,004 и 1,013 соответственно. Таким образом, для определения шумовой характеристики автомобиля воспользуемся следующей формулой

V К* К < 3 >

Л г> а

где кп - коэффициент направленности излучения при экранировании автомобиля однотипным автомобилем ; - уровень звука автомобиля в условиях свободного звукового поля, дБа. .

Анализ литературы показывает, что наиболее приемлема для

размещения в жилой застройке автомобильная стоянка вместимостью не более 200 автомобилей. Это продиктовано как затратами на сооружение и эксплуатацию автомобильной стоянки, так и наличием свободных площадей на территории хилой застройки. Экспериментальные исследования, проведенные на ряде автомобильных стоянок Ленинградского и Тушинского районов г.Москвы, позволили более точно определить диапазон вместимости автомобильных стоянок, для которых временные зависимости вьезда/выезда автомобилей практически одинаковы. Этот диапазон составил 50 - 200 автомобилей.

День недели (будние, субботние, воскресные) оказывает влияние не только на величину шумовой характеристики автомобильной стоянки , но и на время наибольшей акустической активности.

Так, например, в будние дни пик шумовой активности автомобильной стоянки приходится на период 6-8 часов утра, в субботние дни пик смещается к 9 - 10 часам, в воскресные дни пик приходится на 11 - 12 часов.

Социологические исследования показывают, что наибольшее количество людей в местах проживания находится в утренние и вечерние часы. Это, в свои очередь, говорит о том, что в качестве расчетного периода в дневное время необходимо использовать временной промежуток с б часов yipa до 14 часов дня в будние дни и с 8 до 16 часов дня - в субботние и воскресные дни.

Натурные исследования на автомобильных стоянках позволили, при помощи пркета статистической обработки данных Statgraí, получить математические регрессионные модели для расчета интенсивности выезда автомобилей с территории автомобильной стоянки в расчетный промежуток времени в зависимости от дня недели, времени суток (Табл.3.).

Таблица 3

Дан ь недели Интервал времен и Коэф—ты уравнения Вид зависимости

а Ь с Г

i 2 3 4 5 6 7

будни 7-12 -0,001 -0,002 0,181 0,82 у = ах*+ Ъх + с

суббота 7-10 0,009 -0,144 0,666 0,86 у = ах*+ Ъх + с

- а -

Продолжение таблицы 3

1 2 3 4 5 6 7

суббота 10-20 0,003 4824,3 - 0,8 у = а +• Ъ ехр(-х)

воскресенье 7-10 0,0135 -0,074 - 0,93 у = аг + Ь

10 - 15 -0,001 2290,7 - 0,95 у = а + Ь ехр(-х)

В третьей главе представлено формализованное описание и алгоритм имитационной модели работы автомобильной стоянки, а также результаты имитационного моделирования.

Исследования сложных систем таких, как транспортные потоки, автомобильные стоянки, проводимые при помощи имитационного моделирования позволят управлять объектом, т.е. проводить управляемый эксперимент, который невозможен при натурных исследованиях. Изменяя различные параметры .описывавдие функционирование объекта исследования (интенсивность движения, вместимость автостоянки, ее форму, расположение автомобилей на территории) можно определить как поведет себя в данной ситуации объект исследования .

Для определения величины шумовой характеристики автомобильных стоянок в зависимости от различных параметров (вместимость, геометрические размеры, и т.д.) была разработана и программно реализована имитационная модель работы автомобильной стоянки. В соответствии с предварительными теоретическими и натурными исследованиями, в модели были использованы математические модели расчета интенсивности выезда автомобилей по времени суток и дни недели, уровня шума одиночного автомобиля при движении на пониженных передачах. Так как в литературе не существует досга-ючно простого способа определения снижения шума в зависимости ог расстояния в диффузном поле и распространения звука над рав-новысокими препятствиями (автомобилями), было принято решение использовать уравнение снижения уровня шума в зависимости от расстояния в условиях свободного звукового поля

После определения пиковых уровней шума в 1-тый момент времени в 3-той точке определяется эквивалентный уровень шума Ь1"-1

т п о I ь!

10 ^ 10 0,1 1 < 4 >

где X - интервал времени между очередными "особыми" состояниями объекта, с;

Ъ - пиковый уровень шума в З-той точке в 1-тый момент времени, дБ1;

I - суммарное время с начала измерения (расчета), с: п - количество автомобилей, работавших на автостоянке в 1-тый момент времени.

Шумовая характеристика объекта (автомобильной стоянки) определялась как

т.

ь^г ю 100,1 Ь"в) <5)

где N - количество точек измерения (расчета) расположенных по периметру автомобильной стоянки.

В резулыате имитационных экспериментов было определено :

- влияние температуры воздуха на изменение уровней шума автомобильной стоянки;

- влияние вместимости автомобильной стоянки на ее шумовуп характеристику;

- влияние изменения геометрических размеров автостоянки на ее шумовуп характеристику.

Исследования, проведенные при помощи разработанной имитационной модели, позволили установить, что сгема расстановки автомобилей на территории автомобильной стоянки практически не оказывает влияние на шумовув характеристику автостоянки. Основными факторами, .влияниями на шумовуп характеристику автостоянки, являются вместимость и геометрические размеры автомобильной стоянки.

Анализ расположения автомобилей на автомобильной стоянке показал, что для его описания отсутствует параметр, позволяющий единообразно описывать автомобильные стоянки с различными схемами расстановки автомобилей. В качестве параметров описывавдих автомобильную стоянку были выбраны вместимость и соотношение

сторон автомобильной стоянки (Ъ1/ \ ) - сюроны на которой расположен выезд к перпендикулярной сюроне. На данный выбор повлияло то обстоятельство, что схема расстановки автомобилей не оказывает влияния на величину шумовой характеристики автомобильной стоянки. Таким образом, проектировщик для определения шумовой характеристики автомобильной стоянки долвен знать ее вместимость и геометрические размеры.

Опираясь на данные параметры, по результатам имитационного моделирования была получена зависимость для определения шумовой характеристики автомобильной стоянки.(Рис.1)

Рис.! Влияние соотношения геометрических размеров автомобильной стоянки на изменение ее шумовой характеристики

Данный график позволяет без значительных трудозатрат определять шумовую характеристику автомобильной стоянки.

Одной из задач градостроительной акустики является обеспечение нормального шумового режима в килой застройке. Достижение нормального акустического режима в жилой застройке возможно

только за счет планировочных решений микрорайона, за счет "правильного" размещения автомобильной стоянки внутри жилой застройки.

Для решения данной проблемы при помощи разработанной имитационной модели была получена зависимость изменения расчетного уровня шума автомобильной стоянки при увеличении расстояния между границей автомобильной стоянки и точкой определения (расчета). Используя полученную математическую модель, были определены величины требуемой санитарно-защиной зоны. Некоторая часть расчетов представлена в табл.4.

Таблица 4

ВместимостАСоотн. Величина сашггарно-защитноД зоны г,м при

автомобиль сторон допускаемом уровне звука Ьака.дБА

ки.аат стоян к 45 50 55

0,07 37.5 10.5 -

50 0,27 42.6 11.8 —

0,875 47,2 13.2 —

4.35 36.5 10.2 —

0,036 89.3 24.9 |

100 0.42 141.4 39.5 11.0

1.5 235.7 65.7 18,3

8.1 160.7 44.8 12,0 )

0.28 267.8 74.7 20,8 1

1.45 _ 98.9 27,6 !

150 5.8 - 84.8 23.6

11.85 - 74.7 20.8 1, ...1

Одним из применений результатов имитационного моделирования работы автомобильной стоянки является определение шумовой характеристики точки выезда автомобилей с территории автомобильной стоянки.

Натурные наблюдения за рыездами из под-/надземных гаражей (стоянок) позволили установить,чю интервал скоростей движения автомобилей в створе выезда(выхода на поверхность из подземного гаража/стоянки) совпадает с интервалом скоростей на открытой ав-

тобильной стоянке. Это позволяет утверждать, чю данные точки для различных мест хранениягподземного гаража/стоянки и открыюй стоянки по своим внешним условиям (скорости движения авюмобилей, количество проходящих автомобилей) являйся однородными,т.е. результаты расчета для открытой стоянки можно перенести на выезд подземного гаража/стоянки.

Поскольку через данную точку проходят все авюмобили, выез-жалцие с территории автостоянки, то для данной точки уровень шума должен определяться вместимостью хранилища автомобилей ( открытая автостоянка, под-/надземный гараж). Это предположение хорошо подтверждается тем. что планировочное решение места для хранения автомобилей не оказывает влияния на величину уровня шума.

Принимая во внимание все вышесказанное, были проведены имитационные эксперименты с целы определения шумовой характеристики данной точки. В результате расчетов и последующей статистической обработки результатов эксперимента были получены следующие значения, приведенные в табл.5

Таблица 5

Вместимость обьекта для хранения автомобилей Эквивалентный уровень звука. ДВА

50 58.6

75 58,7

100 60,7

120 61,3

150 62,5

200 63,3

Анализ данных расчета показывает, что превышение допустимых уровней шума в дневное время составляет 8.6 .. 13,3 дБА.

Используя математический аппарат корреляционного и регрессионного анализов экспериментальных данных было установлено, что шумовая характеристика точки выезда с территории открытой автомобильной стоянки н подземного гаража/стоянки тесно взаимосвязана с вместимостью места для хранения автомобилей. Коэффициент корреляции составил 0,91. Также была получена математическая

зависимость, позволяющая определять величину шумовой характеристики точки выезда. Данная зависимость имеет вид параболы

Ьа= -0,031 » И1 + 0.085 * N + 54,4 ( 5 )

где Ха- уровень звука на выезде с хранилища автомобилей,дБА:

.В четвертой главе представлена методика проектирования автомобильной стоянки (определение геометрических размеров я шумовой характеристики). Определение геометрических размеров автомобильной стоянки основано на размещении некоторого количества автомобилей на площади прямоугольника со сторонами Ь4 и Ь2 по различным схемам расчета. После определения геометрических размеров автомобильной стоянки проектировщик по полученным параметрам автомобильной стоянки (вместимость и соотношение сторон Ь4'/Ь2) определяет шумовую характеристику автомобильной стоянки. После определения шумовой характеристики автомобильной стоянки вычисляется требуемая зеличина снижения шума до требований Санитарных норм. Используя полученную зависимость снижения шума от расстояния, определяют расстояние от жилого здания до границы автомобильной стоянки.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

Основные результаты а выводы работы состоят в следующем:

1. Решение проблемы защиты от шума жилой застройки определяет социально-экономическую значимость выполненной диссертационной работы, направленной на создание инженерного метода определения уровней шума автомобильной стоянки

2. Проведенные исследования показали, что представленная в данной работе имитационная модель работы автомобильной стоянки,а также разработанные математические модели расчета уровней шума одиночного автомобиля могут служить основой для дальнейших исследований в области определения акустических характеристик пространственных источников внутри жилой застройки.

3. Созданные,' на основе расчетов по имитационной модели, графики для определения уровней шума автомобильной стоянки позволяют значительно снизить трудоемкость, себестоимость работ по

оценке влияния автомобильной стоянки на шумовой режим жилой застройки

4. Алгоритм расчета параметров автомобильной стоянки по допускаемому критерии зашумленности является составным элементом формирования шумового режима жилого района города.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Яковченко A.B. Загрязнение городской среды при прогреве автомобиля на авюстоянке./Тез.докл. Всесоюзного науч.-1ехн. сов."Улучшение акустической среды города: архитектурно-планировочные и строительно-технические методы".- Ы.,1991. - с.46 - 48.

2. Яковченко A.B. Исследование распространения шума вокруг легкового автомобиля на автомобильной стоянке. // Проектирование автомобильных дорог и безопасность движения:Сб.науч.тр./ ЫАДИ. У.,1993. - с.74-80

3. Поспелов П.И. .Яковченко A.B. Метод оценки шума на автомобильных стоянках.// Проектирование автомобильных дорог и безопасность движения :Сб.науч.тр./ МАДИ.М.,1993. - с.81 - 87.

МАДИ 3.534 т.ХСО 27.10.93г.