Методика расчета шума автотранспорта

МЕТОДИКА РАСЧЕТА ШУМА АВТОТРАНСПОРТА CALCULATION METHOD FOR TRAFFIC NOISE

H.H. Минина

N.N. Minina

Научно-исследовательский и проектный институт территориального развития и транспортной инфраструктуры

Предложена новая методика расчета шума автотранспорта, базируется на разработанной классификации автомобильных дорог по шуму. Предложенные поправки к эквивалентному УЗ для спектральной оценки автотранспортного шума. Даны примеры расчетов. Даны формулы для расчетов шума в свободном звуковом поле с поправками. Приведены расчеты шума автотранспорта при наличии искусственных сооружений (эстакады, выемки, насыпи).

A new method of traffic noise calculation is proposed. It is based on classification of roads by their noise levels. Corrections to equivalent sound level for the spectral analysis of roads are obtained. Examples of calculations are presented. Formulas for calculation of noise levels in the open field with the specific corrections are given. Calculations of traffic noise at the presence of artificial structures such as cuts, embankments and overpasses are provided.

1. Введение

Существование современного города невозможно представить без развитой транспортной инфраструктуры. Создавая человеку повышенный комфорт, транспорт, в то же время, негативно воздействует на среду обитания. В последние десятилетия особенное беспокойство жителям городов причиняет повышенный шум. Проблема защиты от шума в городах становится все более острой; по данным московских ученых повышенный шум входит в тройку наиболее острых экологических проблем современных городов.

Повышенный шум приводит к заболеваниям, сокращает жизнь. На заседании Правительства г. Москвы, которое приняло Постановление по борьбе с шумом, главный санитарный врач г. Москвы Николай Филатов заявил: 70% населения города находится в зоне акустического дискомфорта. По данным ученых Санкт-Петербурга до 90% площади основных районов города находятся в зоне сверхнормативного акустического воздействия.

Главным источником акустического загрязнения в городах остаётся автомобильный транспорт, негативное влияние которого на людей постоянно возрастает из-за непрерывного роста числа транспортных средств. Всемирная Организация Здравоохранения (ВОЗ) проанализировала масштабы влияния автодорожного шума на здоровье людей. По данным ВОЗ в ЕС более 60% населения подвержены воздействию дорожного шума с уровнями в дневное время свыше 55 дБ А, а 30% подвергаются действию шума более 55 дБА в ночное время.

2. Выбор расчетных данных

Исходной характеристикой для расчетов шума являются эквивалентные УЗ на расстоянии 7,5 м от оси ближайшей полосы движения автотранспорта на высоте 1,5 м над уровнем проезжей части. Выбор осуществляется в зависимости от класса шумно-сти автомобильной дороги или улицы (табл. 1).

Классификация автомобильных дорог по шуму

_Таблица 1

Класс шумности Наименование класса шумности Показатель шумности УЗ, дБА (7,5 м) Скорость движения (км/ч) Автомобильные дороги и улицы

I малошумные свыше 55до 60 до 40 Проезды, парковые дороги, шумозащи-щенные улицы

II повышенной шумности свыше 60 до 65 до 50 Улицы и дороги местного значения, магистральные улицы районного значения

III шумные свыше 65 до 70 до 60 - 70 Магистральные улицы транспортнопеше-ходные

IV очень шумные свыше 70 до 75 до 80 - 90 Магистральные улицы непрерывного и регулярного движения

V сверхшумные свыше 75 до 80 до 100 - 110 Магистральные дороги, шоссе

VI непереносимо шумные свыше 80 до 85 120 Скоростные дороги

Значение из табл. 1 берется по среднему показателю класса шумности (например, для II класса шумности среднее значение равно £ = 62 дБА (погрешность ±2 дБА). В полученное значение вносятся поправки. Если расчетная скорость движения не соответствует скорости для данного класса шумности, приведенного в табл. 1, то поправка равна ±3 дБА для 10 км/ч разницы. Максимальное значение принимается на 10 дБА выше полученного эквивалентного УЗ.

Для получения соответствующего спектра шума, характерного для полученного УЗ, используются поправки

Значение поправок к эквивалентному УЗ для спектральной оценки автотранспортного шума

_Таблица 2

Классы шумности а/д Поправка, дБ, в октавных полосах со среднегеометрическими частотами, Гц

63 125 250 500 1000 2000 4000 8000

I - II +10 +5 -2 -5 -5 -7 -9 -10

III - IV +5 0 -4 -4 -4 -7 -12 -17

V - VI +5 0 -5 -5 -5 -7 -11 -16

Пример расчета: определить УЗ и УЗД для магистральной улицы непрерывного движения с расчетной скоростью 65 км/ч. Значение УЗ для III класса шумности со-

ставляет 67 дБА (табл. 1), значение расчетного спектра шума полученного с использованием поправок (табл. 2) приведено в табл. 3.

Расчетный спектр шума улицы

Таблица 3

Расчетные УЗД, дБ, в октавных полосах со среднегеометрическими частотами, Гц

63 125 250 500 1000 2000 4000 8000

72 67 63 63 63 60 55 50

Полученные расчетные значения сведены в табл. 4

Расчетные значения УЗ и УЗД

Таблица 4

Класс Расчетное значение По- УЗД, дБ, в октавных полосах со среднегеометрическими частотами, Гц Максималь-

шумно-сти эквивалентного УЗ, ДБА правка, ДБА 6 3 1 2 5 2 5 0 5 0 0 10 00 20 00 40 00 80 00 ный УЗ, ДБА

II 67 - 7 2 6 7 6 3 6 3 63 60 55 50 77

3. Выбор расчетной схемы

Основой для выполнения расчетов является ситуационный план ( планировочная подоснова) с указанием расположения транспортных магистралей и функциональных зон и защищаемых от шума объектов (зданий), для которых указываются установленные нормативные значения. Выбираются расчетные точки, в которых определяются расчетные эквивалентные УЗ и УЗД.

Рассматриваемая схема включает расположение а/д по отношению к застройке, наличие и расположение искусственных сооружений, значения их высоты, ширины, а также расстояния от ИШ - автотранспортного потока до РТ.

Определяются фоновые эквивалентные УЗ в РТ.

4. Расчет шума в свободном звуковом поле.

Расчет ведется с использованием экспериментальных добавок в виде:

l R

^т = 4 к7,5 +10^arctg(—) - А!пов - 101ё--А!зат - А!зел + Д£, дБА,

Ш го

(1),

где ЬЛ 7?5 - исходные значения эквивалентного УЗ, дБА;

Примечание: при расчетах спектра шума, первый член в формуле (1) заменяется УЗД (4) дБ, полученным по табл. 2.

I - длина транспортного потока, которая принимается равной 2000 м;

Я - расстояние от ИШ до РТ;

Го = 7,5 м;

Л4пов - снижение (или увеличение) УЗ (УЗД) при прохождении звука над поверхностью между ИШ и РТ;

Л4зат - снижение шума из-за затухания звука в атмосфере (молекулярное затухание), дБ, учитывается с Я > 100 м;

АЬзел - дополнительное затухание звука зелеными насаждениями, дБ; АЬзастр - экспериментальная поправка, связанная с отражением звука вблизи защищаемых от шума зданий; принимается АЬзастр = 3 дБА.

Значения 10^ arctg- приведены в таблице 5.

2Я

_Таблица 5

/=15 /=50 /=100 /=200 /=500 /=1000 /=2000

Е=15 -3,3 0,1 1,1 1,5 1,8 1,9 1,9

Е=30 -6,1 -1,6 0,1 1,1 1,6 1,8 1,9

Е=50 -8,3 -3,3 -1,0 0,4 1,4 1,7 1,8

Е=100 -11,3 -6,1 -3,3 -1,0 0,8 1,4 1,7

Е=200 -14,3 -9,1 -6,1 -3,3 -0,5 0,8 1,4

Е=500 -18,2 -13,0 -10,0 -7,0 -3,3 -1,0 0,4

Е=1000 -21,2 -16,0 -13,0 -10,0 -6,1 -3,3 -1,0

Значение АЬгюе принимается в зависимости от расстояния транспортного потока до РТ, а также звукопоглощающих свойств поверхности между источниками шума и застройкой (табл. 6).

Поправка на происхождение звука над поверхностью

_Таблица 6

Расстояние Е Значение звукопоглощения ^•пов Поправка, дБА

свыше 15 - 30 а<0,1 +2

а>0,4 -2

свыше 30 - 60 а<0,1 +3

а>0,4 -4

свыше 60 - 125 а<0,1 +4

а>0,4 -6

свыше 125 - 250 и свыше 250 а<0,1 +5

а>0,4 -8

Для всех расстояний а=0,2 -1

а=0,3 -1,5

а=0,4 -2

Значения АЬзел для обычного озеленения принимаются по данным экспериментов

Снижение УЗ зелеными насаждениями

_Таблица 7

Ширина зеленых насаждений, м Поправка, дБА

10 1

20 4

50 6

100 8

Для специальных шумозащитных зеленых насаждений расчет по данным нормативной литературы [5].

Пример расчета: вычислить УЗ и УЗД в РТ у фасада здания расположенного на расстоянии 100 мот а/д при наличии поверхности шириной 50 м (аиое=0,4) и зелеными насаждениями шириной 50 м при исходном значении для III класса шумности LÄ 7?5 = 67 дБА. Сведем данные расчетов в табл. 8.

Данные расчета

Таблица 8

Член в формуле 1 Значения параметров и результатов расчета, дБ, в октавных полосах со среднегеометрическими частотами, Гц Эквивалентный Максимальный

63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 УЗ, дБА УЗ, дБА

LA 7,5 72 67 63 63 63 60 55 50 67 77

10lg arctg ) 2R 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2

l=1000, R=100 м

^Lnoe -4 -4 -4 -4 -4 -4 -4 -4 -4 -4

^L3am 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

^L3acmp +3 +3 +3 +3 +3 +3 +3 +3 +3 +3

AL3en -6 -6 -6 -6 -6 -6 -6 -6 -6 -6

10lg - r0 -11 -11 -11 -11 -11 -11 -11 -11 -11 -11

-э=100, r0=7,5

LPT 56 51 47 47 47 44 39 34 51 61

5. Расчет шума автотранспорта находящегося на эстакаде (насыпи).

а

ва

ГШ E5=E4

1ЛО и СП П  у

,-В&-,

Рис 1 Схема распространения звука от источника на эстакаде: 1 - ИШ, 2 - РТ, 3 - здание, 4 - поверхность, 5 - эстакада

Расчет для транспортного потока на краю эстакады (насыпи) проводится по формуле с некоторыми упрощениями, экспериментальной поправкой и допущением, что высота эстакады (насыпи) более 3 м (для меньших значений высоты расчет по формуле (1)):

1 п

' -)-М3йТ - 10^ - 3, дБ

LPT = La 75 +10 lg arctg (

2 —

где l3 - длина эстакады, м; — - расстояния от эстакады до РТ, м

r

0

Упрощения в предположении, что расстояния R3>> кэ (высота эстакады); это допущение корректно для расстояний R>50 м практически при любой высоте эстакады.

Если транспортный поток располагается на расстоянии от края, то излучаемый шум определяется:

LpT = La 75 + I0lg(l-a д ) - I0lg ^ - I0lg R + l0lgarctg-^ +

A, r0 2b

l , ДБА

+l0lgР;ифр + l0lgarctg-^ + Mpaccm - 5

2R Э

где La 7,5 - УЗ на расстоянии 7,5 м от а/д, дБА; а^ - коэффициент звукопоглощения а/д (для обычного покрытия a^<0,l, поэтому второй член в формуле (3) принимается равным +3 дБА); h3 - высота эстакады (насыпи), м; R3 - расстояние от эстакады до РТ, м;

ftдифр - коэффициент дифракции края эстакады для транспортных потоков, расположенных на расстояний от края (принимается /Зэдифр = — );

п

Ьэ - расстояние до края эстакады, м; 1Э - длина эстакады (насыпи), м;

ALpaccm - добавка, дБА, к полученным значениям, принимается в зависимости от расстояния R3 (табл. l0). Чем больше расстояние, тем эффект экранирования краем эстакады меньше.

Значение 10lg h/1 приведены в таблице 9:

Значение 10lg h/A

Таблица 9

f, Гц/ /к 1 2 3 4 5 6 8 10

63 -7,32 -4,31 -2,55 -l,30 -0,33 0,46 1,71 2,68

125 -4,35 -l,34 0,43 l,67 2,64 3,44 4,69 5,65

250 -l ,34 l,67 3,44 4,69 5,65 6,45 7,70 8,66

500 l,67 4,69 6,45 7,70 8,66 9,46 10,71 11,67

1000 4,69 7,70 9,46 l0,7l 11,67 12,47 13,72 14,69

2000 7,70 l0,7l l2,47 13,72 l4,69 15,48 16,73 17,70

4000 l0,7l l3,72 l5,48 l6,73 l7,70 18,49 19,74 20,71

8000 13,72 16,73 l8,49 19,74 20,71 21,50 22,75 23,72

Добавки к рассчитанным по формуле (3) значениям определяются по табл. l0.

Добавки к расчетным значениям УЗ в зависимости от высоты эстакады и расстояния от эстакады до РТ

Таблица 10

Значение добавки, дБА, в зависимости от расстояния от эстака-

Высота эстакады,m ды до РТ, м

30 60 120

ев 3-10 6 10 15

ев 10 - 20 4 8 12

Пример расчета: определить эквивалентный УЗ в РТ на расстоянии 60 м. от эстакады длиной 500 м и высотой 10 м при расположении на эстакаде двух транспортных потоков (2х рядное движение) с одинаковым эквивалентным УЗ равным 77 дБА каждый на расстоянии 7,5 м при ширине эстакады 5м. Вначале выполним расчет для транспортного потока расположенного на краю эстакады. Расчеты по формуле (2), результаты расчетов в табл. 11.

Данные расчетов шума с эстакады

Таблица 11

Член в формуле Исходный или рассчитанный эквивалентный УЗ и добавки, дБА

^А 7,5 77

Шяаге^ЛХэ) 4 = 500 м , Яэ = 60 м 1

Д^зат 0

п Г0 Яэ = 60 м, т0=7,5 м -8

Ь'РТ 70

Последовательность расчетов для второй полосы движения сведены в таблицу 12

Данные расчетов шума с эстакады

_таблица 12

Член в формуле (5.3) или добавка Исходный или расчетный эквивалентный УЗ, промежуточные результаты, ДВА

Lл 7,5 77

Добавка на отражение поверхностью дороги +3

-101ё—(для / = 1000Гц) X -12

Ъэ - 5 м

п 101§—— Лэ=60 м Г0 -8

-101ё аШр (—) 4=500 м, вэ=5 м 2Ъэ 2

101§ Рдифр Рдифр = _ п -5

101е аШр—?— 2Я з 1

Числовая добавка в формуле (3) -5

Числовая добавка из табл. 10 10

Ь"РТ 63

чески:

Значения, полученные расчетами по формулам (2) и (3) складываются энергетикою дБА, Ь"РТ =63 дБА, ЬР1=11 дБА. 5. Расчет шума автотранспорта за выемкой Расчет проводится по формуле:

ПРТ = ЬА1. + 10!ё

/

г.

+1018 атег^-^- +1018 атег^^— 1, дБ

2К

'эф

2К

т0

где ЬА75 - эквивалентный УЗ, дБА, автотранспорта;

ав - коэффициент звукопоглощения склона выемки;

И"эф = эффективная высота выемки, м;

Р^дифр - коэффициент дифракции выемки;

К- расстояние от вершины выемки до РТ, м

апое - коэффициент звукопоглощения поверхности между выемкой и РТ.

а ^^  с а а а

а)

-э

А

& 2'

, б) )) 3 А

Рис. 2 Распространение звука за выемкой: 1 - ИШ, 2 - РТ, 3 - здание, 4 - поверхность, на которой расположен защищаемый объект, 5 - выемка; 2', 3' - РТ и здание на одной плоскости с ИШ, 4' - условная поверхность, на которой располагается ИШ; вв - угол дифракции выемки, ф = в - вв, где в - условный угол дифракции. а) - здание расположено за выемкой, б) - здание расположено на одной плоскости с ИШ.

Второй член в формуле принимать равным +3 дБА, если ав<0,1. Пример расчета: определить эквивалентный УЗ в РТ на расстоянии 100 мот выемки высотой 3 м и длиной 500 м при ав<0,1, апое=0,2, исходные значения ЬА75 =82дБА. Расчеты сведены в табл. 13

6 Расчет шума автотранспорта за насыпью Расчет шума в РТ производится по формуле:

И" я Я

ЬРТ = ¿„,5 +1018(1-а „) + 2018Р^ +10^ -101^ -101^ +

+1018 атег^-^1— +1018 атег,g +1018 aтегg -1, дБ

2КФ 2ви к

где ЬА75 - эквивалентный УЗ, дБА, автотранспорта;

в„ - ширина насыпи, м. (рис. 2);

а„ - коэффициент звукопоглощения насыпи;

¡„ - длина насыпи, м;

к"эф - эффективная высота насыпи (рис. 3); Ян - расстояние от насыпи до РТ, м;

1

Рндифр - коэффициент дифракции насыпи (Р1ифр - —).

Л

Данные расчета шума за выемкой

Таблица 13

Член в формуле (4) или добавка Эквивалентный УЗ, дБА, или рассчитанные значения

ЬЛ 7,5 82

Добавка на отражение звука склоном выемки +3

10^(1 ~апов) апов=0,2 (табл.5.6) -1

10^-^ (¿=1000Гц) Ьвэф = 2м -8

п 101§—— Лв=100 м т0 -11

Числовая добавка в формуле (4) -7

101ё ашр ' 2КФ 2

101е аШр-1— 2Яе 1

ь РТ 61

а

] 1~" г"Ч

пап

Рис. 3 Схема распространения звука за насыпь: 1 - ИШ, 2 - насыпь, 3 - здание, 4 - РТ, 5 - поверхность; 9Н - угол дифракции насыпи, фн - угол между поверхностью и лучом от РТ до ближней вершины насыпи, Ьнэф - перпендикуляр мот пересечения лучей от ИШ до вершины насыпи и от РТ до др. вершины насыпи на основание насыпи.

Пример расчета: определить эквивалентный УЗ в РТ за насыпью длиной 500 м, шириной 3 м, высотой 2,5 м на расстоянии 100 м, коэффициент звукопоглощения насыпи а„=0,2, исходные значения Ьл75=82 дБА. Расчеты сведены в таблицу 14.

Данные расчета шума за насыпью

_Таблица 14

Член в формуле (5) или добавка Эквивалентный УЗ, дБА, или рассчитанные значения

ЬА 7,5 82

1018(1 -а„ ) ан =0,2 -1

2°!§ Рдифр Рдифр ~ п -10

-1018 — (¿=/000Гц) Ь"ф = 3м -10

-1018 ^ вИ=3 «а -5

1018 — —я=100 м Г0 -11

1018 аг" 2КФ 2

1018 аг 2«„ 2

1018 агоге— — 1

Числовая добавка -7

г" ь РТ 43

Заключение

Разработана методика расчета шума автотранспорта на основании предложенной классификации автомобильных дорог по шуму. В методике учтено наличие инженерных сооружений (эстакады, выемки, насыпи).

Литература

1. Буторина М.В., Иванов Н. И., Минина Н. Н. Проблема снижения шума, воздействующего на население. «Защита населения от повышенного шумового воздействия», сборник докладов, 1719 марта 2008 г., СПб, т.1, стр. 9-35.

2. Осипов Г.Л. Защита от шума и акустическое благоустройство. Материалы научно-технического семинара «Актуальные проблемы защиты от шума зданий и территорий застройки». Севастополь, 2007г, стр.8-10.

3. Минина Н.Н. Снижение шума в строительстве. Сборник докладов научно-практической конференции с международным участием «Защита населения от повышенного шумового воздействия», СПб.:2006,стр 225-234.

4. Минина Н.Н., Иванов Н.И., Тюрина Н.В. Проблема снижения акустического загрязнения при строительстве магистральных дорог в Санкт-Петербурге. Сборник трудов Ш-ей международной научно-практической конференции «Экологическая безопасность автотранспортного комплекса: передовой опыт России и стран Европейского Союза», под ред. В.Н. Денисова, Санкт-Петербург, 21-22 сентября 2005, с. 80-81.

5. Защита от шума в градостроительстве // Справочник проектировщика, Г.Л. Осипов, В.Е. Коробков, A.A. Климухин и др.; Под ред. Г.Л. Осипова. - М. Стройиздат, 1993.

References

1. Butorina M.V., Ivanov N.I., Minina N.N. A problem of reduction of noise influencing population, Proceedings of the conference "Protection of population from increased noise influence", March 17-19 2008, Saint-Petersburg, V. 1, p. 9-35.

2. Osipov G.L. Noise protection and acoustical improvement. Proceedings of scientific-technical seminar "Actual problems of noise protection of buildings and dwelling sites", Sevastopol, 2007. p. 810.

3. Minina N.N. Noise reduction in construction. Proceedings of the conference "Protection of population from increased noise influence", 2006, Saint-Petersburg, p. 225-234.

4. Minina N.N., Ivanov N.I., Tyurina N.V. Problem of acoustical pollution at construction of highways in Saint-Petersburg. Proceedings of the Third International scientific and practical conference "Environmental safety of transport complex: advanced experience of Russia and European countries", edited by V.N. Denisov, Saint-Petersburg, September 21-22 2005, p. 80-81.

5. Noise protection in urban development // Designer handbook, G.L. Osipov, V.E. Korobkov, A.A. Klimukhin et al., edited by G.L. Osipov. - M.: Stroyizdat, 1993.

Ключевые слова: шум автотранспорта, автомобильные дороги, классификация, расчеты шума, искусственные сооружения.

Key words: traffic noise, roads, classification, noise calculation, artificial structures

e-mail автора niif@ipc.ru