機(jī)場(chǎng)周邊既有住宅建筑降噪隔聲改造設(shè)計(jì)及應(yīng)用研究

陸 玨，陳 洋，謝 薿

（上海市房地產(chǎn)科學(xué)研究院，上海 200031）

交通噪聲污染在國(guó)內(nèi)許多大城市都是困擾居民安靜生活的主要原因之一，2016年全國(guó)322個(gè)地級(jí)及以上城市4a類功能區(qū)（即：交通干線兩側(cè)區(qū)域）夜間達(dá)標(biāo)率最低，僅為50.5%，機(jī)場(chǎng)航空噪聲是主要因素之一[1]。我國(guó)航空事業(yè)近年快速發(fā)展，飛機(jī)起降架次數(shù)逐年增長(zhǎng)，同時(shí)機(jī)場(chǎng)大規(guī)模擴(kuò)建，與城市的距離也越來(lái)越近，導(dǎo)致越來(lái)越多的居民受到飛機(jī)噪聲污染的困擾。

飛機(jī)噪聲和一般交通干線兩側(cè)的噪聲不同，飛機(jī)噪聲來(lái)自空中，地面地形、遮擋物等對(duì)其衰減效果不夠明顯[2]。降低飛機(jī)噪聲對(duì)居民日常生活影響的方式可以敏感建筑物的被動(dòng)防護(hù)措施為主，通過(guò)降低既有住宅建筑室內(nèi)噪聲，保障居民日常生活。

然而，在既有住宅建筑隔聲改造方面可供借鑒的研究成果較少，且缺乏實(shí)際案例，部分技術(shù)推廣項(xiàng)目缺乏長(zhǎng)效后評(píng)估，對(duì)實(shí)踐的指導(dǎo)性不強(qiáng)。另外既有住宅建筑隔聲改造難度大，協(xié)調(diào)居民的工作難做，建設(shè)周期長(zhǎng)，改造費(fèi)用高。因此針對(duì)機(jī)場(chǎng)航空噪聲的特點(diǎn)，如何選擇經(jīng)濟(jì)合理的適用技術(shù)有效改善建筑室內(nèi)聲環(huán)境，亟待進(jìn)一步深入研究。

1 機(jī)場(chǎng)周邊既有住宅及聲環(huán)境特征分析

1.1 機(jī)場(chǎng)周邊需重點(diǎn)改造的既有住宅分析

我國(guó)境內(nèi)民用航空（頒證）機(jī)場(chǎng)共有218個(gè)（不含港澳臺(tái)地區(qū)），其中定期航班通航機(jī)場(chǎng)216個(gè)，定期航班通航城市214個(gè)[3]。機(jī)場(chǎng)數(shù)量的增加、規(guī)模的擴(kuò)大給噪聲污染防治工作帶來(lái)巨大壓力。根據(jù)《民用航空運(yùn)輸機(jī)場(chǎng)選址規(guī)定》（CCAR-170CA）[4]，民用機(jī)場(chǎng)選址時(shí)需考慮與城市的距離。然而一方面，隨著城市中心城區(qū)的不斷擴(kuò)大，居民的生活圈不斷向機(jī)場(chǎng)靠近；另一方面，旅客吞吐量的增加，航班量的與日俱增，加上未來(lái)飛機(jī)向大型化發(fā)展，很多現(xiàn)有跑道已滿足不了需求，機(jī)場(chǎng)在新建跑道的同時(shí)還須考慮大型機(jī)的要求，因此運(yùn)行參數(shù)的改變?cè)斐闪诵略鲈肼曃廴?，?dǎo)致以前達(dá)標(biāo)的聲環(huán)境變成超標(biāo)區(qū)。

近年在機(jī)場(chǎng)周邊新建的房屋，在設(shè)計(jì)之初就已注意當(dāng)下噪聲對(duì)既有住宅的影響；而對(duì)于早年建造的房屋，由于在設(shè)計(jì)之初未考慮飛機(jī)噪聲的影響，隔聲降噪措施不足，室內(nèi)聲環(huán)境通常不能達(dá)到規(guī)范要求，是降噪隔聲改造的重點(diǎn)對(duì)象。此類住宅多建于上世紀(jì)80年代至90年代，以磚混結(jié)構(gòu)的多層住宅為主，經(jīng)年累月的使用導(dǎo)致這些建筑日益呈現(xiàn)結(jié)構(gòu)老舊、能耗狀況不佳、隔聲效果差等問(wèn)題。在已摒棄大規(guī)模拆除重建的改造方式的今天，為這些老舊住宅找到一種適宜的改造途徑以期實(shí)現(xiàn)對(duì)其的再利用具有重要的意義。

1.2 機(jī)場(chǎng)周邊聲環(huán)境特征分析

飛機(jī)噪聲主要指飛機(jī)在起飛、降落、滑行和發(fā)動(dòng)機(jī)試車時(shí)產(chǎn)生的各種噪聲源的聲輻射總和，屬于交通噪聲的范疇，主要噪聲源為航空器。綜合來(lái)說(shuō)，機(jī)場(chǎng)航空噪聲的特點(diǎn)包括：聲壓級(jí)高、低頻（＜250 Hz）、噪聲大、影響范圍廣、噪聲影響具有時(shí)空的間斷性、累加性、噪聲源非穩(wěn)態(tài)運(yùn)動(dòng)等[5]。飛機(jī)噪聲時(shí)間上是間歇的，一般持續(xù)20 s～50 s。以上海虹橋機(jī)場(chǎng)的航空噪聲為例，飛機(jī)起降頻次約3 min～5 min，即機(jī)場(chǎng)周遍地區(qū)每隔3 min～5 min的安靜中會(huì)出現(xiàn)一次20 s～50 s的飛機(jī)噪聲。且盡管一架航空器的噪聲影響轉(zhuǎn)瞬即逝或持續(xù)時(shí)間并不長(zhǎng)，但繁忙機(jī)場(chǎng)的多架次航空器同時(shí)或不間斷或小間隔的運(yùn)行，均會(huì)造成噪聲影響的累積或疊加。

可見(jiàn)，機(jī)場(chǎng)航空噪聲與一般環(huán)境噪聲不同，它包含著逐次突發(fā)的高聲級(jí)事件，期間又被非常安靜的狀態(tài)所隔開。由于人們對(duì)安靜環(huán)境中出現(xiàn)的短時(shí)間持續(xù)噪聲非常不舒適，因此，飛機(jī)噪聲比持續(xù)的交通噪聲更令人煩惱。飛機(jī)在飛過(guò)時(shí)產(chǎn)生的噪聲和一般環(huán)境噪聲也不同，飛機(jī)噪聲來(lái)自空中，地面地形、遮擋物等不能衰減飛機(jī)產(chǎn)生的噪聲。同時(shí)，飛機(jī)噪聲與飛機(jī)類型、飛航距離有關(guān)，起飛與降落時(shí)的噪聲值相差很大。

由于飛機(jī)噪聲的特殊性，它與一般交通噪聲的測(cè)量方式和標(biāo)準(zhǔn)不同。一般交通噪聲采用的是晝夜連續(xù)等效A聲級(jí)，即Leq；而機(jī)場(chǎng)周圍受飛機(jī)噪聲影響區(qū)域的噪聲測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)GB-9660-1988《機(jī)場(chǎng)周圍飛機(jī)噪聲環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)》[6]采用一晝夜24 h的計(jì)權(quán)等效連續(xù)感覺(jué)噪聲級(jí)作為評(píng)價(jià)量，即LWECPN。據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：一類區(qū)域（特殊住宅區(qū)、居住、文教區(qū)）LWECPN≤70 dB，二類區(qū)域（除一類區(qū)域以外的生活區(qū)）LWECPN≤75 dB?！稒C(jī)場(chǎng)周圍飛機(jī)噪聲測(cè)量方法》[7]GB-9661-1988給出計(jì)權(quán)等效連續(xù)感覺(jué)噪聲級(jí)LWECPN用A聲級(jí)近似表示的近似式（1）、式（2）和式（3）

本文選擇上海某機(jī)場(chǎng)附近噪聲敏感建筑布置測(cè)點(diǎn)，進(jìn)行室外的噪聲監(jiān)測(cè)。測(cè)點(diǎn)的位置見(jiàn)表1，測(cè)點(diǎn)布置于頂層朝南房間外，測(cè)量?jī)x器為AWA6228+型多功能聲級(jí)計(jì)，測(cè)量前后用聲級(jí)校準(zhǔn)器進(jìn)行校準(zhǔn)，噪聲小時(shí)頻譜及Ld、Ln監(jiān)測(cè)結(jié)果如表2所示，頻譜圖如圖1所示。

表1 測(cè)試的既有住宅位置/m

圖1 室外噪聲監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)頻譜圖

將該機(jī)場(chǎng)飛機(jī)架次數(shù)N1、N2、N3及機(jī)場(chǎng)周圍檢測(cè)儀器所測(cè)LAMAX、Td值代入式（1）、式（2）和式（3）中計(jì)算，算出LWECPN與環(huán)評(píng)結(jié)果基本一致。

據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果分析：

（1）機(jī)場(chǎng)附近既有住宅室外聲環(huán)境噪聲的頻譜規(guī)律基本相同，主要集中在中低頻段，125 kHz～1 kHz范圍內(nèi)噪聲值大致相同，有緩慢減小趨勢(shì)，2 kHz以后噪聲值急劇減??；

（2）根據(jù)《民用建筑隔聲設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50118-2010）的規(guī)定，臥室允許噪聲級(jí)晝間應(yīng)小于45 dB、夜間應(yīng)小于37 dB，起居室（廳）內(nèi)的噪聲級(jí)晝間、夜間均應(yīng)小于45 dB，因此住宅建筑隔聲量應(yīng)在29 dB至35 dB左右。

表2 噪聲小時(shí)頻譜（10:00－11:00）及Ld、Ln監(jiān)測(cè)結(jié)果：L（eqdB）

2 隔聲改造方案設(shè)計(jì)

對(duì)既有住宅建筑進(jìn)行降噪隔聲改造，應(yīng)根據(jù)室外噪聲的頻譜特性、傳播特性和聲壓級(jí)大小、建筑本體隔聲性能、住宅建筑類型、走廊和陽(yáng)臺(tái)的形式等確定噪聲控制目標(biāo)和策略。改造設(shè)計(jì)時(shí)需重點(diǎn)考慮隔聲門窗改造、陽(yáng)臺(tái)加固改造和小區(qū)環(huán)境綜合治理3個(gè)方面的設(shè)計(jì)。最后利用噪聲預(yù)測(cè)模型或軟件，預(yù)測(cè)按設(shè)計(jì)方案改造后的室內(nèi)噪聲是否符合要求。本文以上海某機(jī)場(chǎng)周邊既有住宅降噪隔聲改造工程為例，介紹既有住宅降噪隔聲改造中門窗、陽(yáng)臺(tái)、小區(qū)整體環(huán)境的設(shè)計(jì)。

2.1 工程概況

該工程擬改造房屋建造于1985至1993年間，總量約60幢，涉及約2 000戶，總建筑面積近14萬(wàn)m2。房屋均為6層磚混結(jié)構(gòu)建筑，平面布置為一梯四戶，有敞開式北走廊，窗戶為單層玻璃鋼窗，部分改成鋁合金窗，房門為夾板滿固門。據(jù)環(huán)評(píng)結(jié)果，改造前該工程室外噪聲晝間約為66 dB至75 dB，夜間約為58 dB至68 dB；據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，室內(nèi)噪聲晝間約32 dB至46 dB，夜間約為27 dB至45 dB。住宅室內(nèi)噪聲不滿足限值要求，因此需要對(duì)住宅建筑進(jìn)行隔聲降噪改造。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及隔聲量分析

各規(guī)范的室內(nèi)允許噪聲級(jí)均采用A聲級(jí)作為評(píng)價(jià)量，且均以關(guān)窗狀態(tài)下晝間和夜間時(shí)段的噪聲級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值作為評(píng)價(jià)依據(jù)?！睹裼媒ㄖ袈曉O(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50118-2010）[6]規(guī)定普通住宅臥室晝間等效聲級(jí)≤45 dB(A)，夜間等效聲級(jí)≤37 dB(A)，起居室（廳）≤45dB(A)。結(jié)合待改造小區(qū)環(huán)評(píng)結(jié)果，室外晝間最高75 dB，夜間最高68 dB，因此隔聲量應(yīng)在31 dB以上。

2.3 隔聲門窗設(shè)計(jì)

隔聲門窗選型設(shè)計(jì)需考慮外部聲源特點(diǎn)及不同房間使用功能對(duì)噪聲聲級(jí)要求的差異。改造應(yīng)滿足隔聲量要求及《建筑外窗空氣隔聲性能分級(jí)及檢測(cè)方法》（GB/T8485-2008）[7]的規(guī)定。

目前的降噪隔聲工程通常在設(shè)計(jì)前，通過(guò)大量樣窗設(shè)計(jì)與測(cè)試進(jìn)行隔聲構(gòu)件選型，存在重復(fù)性和盲目性。本文通過(guò)試驗(yàn)方法，研究了窗扇玻璃形式與規(guī)格、窗框型材、開啟方式與密封形式、雙層窗間距對(duì)單層隔聲窗和雙層隔聲窗隔聲性能的影響，從而系統(tǒng)分析不同設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)隔聲窗隔聲性能的影響規(guī)律，挑選出實(shí)際工程中適用性強(qiáng)、隔聲效果好的單層、雙層隔聲窗[8]，為隔聲改造工程提供技術(shù)參考。

本次試驗(yàn)共設(shè)計(jì)了30樘單層隔聲窗和27樘雙層隔聲窗，各選取有代表性的7樘和5樘如表3、表4所示：

試驗(yàn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明：玻璃規(guī)格形式對(duì)計(jì)權(quán)隔聲量影響較小，但低頻共振現(xiàn)象存在顯著差異；單層窗在低頻段隔聲效果基本相近，在200 kHz～2 kHz頻段，真空玻璃、夾膠中空玻璃形式窗隔聲性能相對(duì)最好；塑鋼窗的隔聲性能稍好于斷橋鋁型材窗，均顯著好于普通鋁合金窗，增大窗框型材厚度可有效提升窗體隔聲性能；平開窗隔聲性能顯著優(yōu)于推拉窗，兩者隔聲性能差異主要體現(xiàn)在中高頻段受吻合效應(yīng)影響的嚴(yán)重程度，且采用包覆式密封條對(duì)提升推拉窗隔聲量有一定效果；對(duì)于雙層窗而言，當(dāng)兩層窗之間間距大于90 mm時(shí)，計(jì)權(quán)隔聲量基本相近，隔聲性能優(yōu)于間距為80 mm的雙層窗。最終根據(jù)國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《建筑外窗空氣聲隔聲性能分級(jí)及檢測(cè)方法》GB/T8485-2008將隔聲門窗空氣聲隔聲性能等級(jí)可分為6級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)，為每一級(jí)門窗選定合理的選型參數(shù)，為降噪隔聲工程中隔聲窗設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)支持與參考。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果確定窗戶的改造方案為：

(1)臥室、起居室采用夾膠玻璃雙排消聲通道隔聲窗；

(2)其他部位（廚房、衛(wèi)生間）如直接對(duì)外，采用夾膠玻璃雙排消聲通道隔聲窗；如窗戶開向北走廊，采用單排中空夾膠玻璃塑鋼隔聲窗；

(3)后走廊、樓梯間的開敞部分都采用單排中空夾膠玻璃塑鋼隔聲窗進(jìn)行封閉。

在隔聲門的設(shè)計(jì)方面，考慮門扇重量和厚度、門扇內(nèi)填充物、門扇與門框間密封等，最終門的改造方案為：目前住戶入戶門形式各異，有木門加鐵門形式、防盜門等，但都不符合此次隔聲降噪標(biāo)準(zhǔn)要求。改造措施是改套型門為密封性能較好的鋼質(zhì)防盜門（有門檻）。詳見(jiàn)隔聲門窗匯總表5。

表3 部分單層隔聲窗參數(shù)設(shè)計(jì)及試驗(yàn)結(jié)果/dB

表4 部分雙層隔聲窗設(shè)計(jì)及試驗(yàn)結(jié)果/dB

2.4 陽(yáng)臺(tái)加固設(shè)計(jì)

待改造工程的陽(yáng)臺(tái)形式有內(nèi)陽(yáng)臺(tái)和外陽(yáng)臺(tái)，外陽(yáng)臺(tái)住戶部分已自行封陽(yáng)臺(tái)，封陽(yáng)臺(tái)以塑鋼窗和鋁合金窗為主。陽(yáng)臺(tái)欄板厚度為60 mm～80 mm，陽(yáng)臺(tái)樓板厚度為80 mm～120 mm，不滿足隔聲要求，并且不滿足封陽(yáng)臺(tái)時(shí)雙排窗的承載力。擬采用以下措施：

(1)經(jīng)計(jì)算，有代表性的陽(yáng)臺(tái)結(jié)構(gòu)加固方案詳見(jiàn)表6；

(2)改陽(yáng)臺(tái)欄板為140 mm厚鋼筋混凝土墻，以符合隔聲要求；

(3)對(duì)空調(diào)管道等外墻孔洞，使用柔性材料進(jìn)行封堵。

2.5 小區(qū)整體環(huán)境設(shè)計(jì)

小區(qū)整體環(huán)境的修繕?lè)桨钢饕ㄊ彝饪傮w整治和建筑單體修繕，總體環(huán)境整治包括道路、附屬設(shè)施和綠化；建筑單體包括外立面、室內(nèi)公共部位和門窗。具體為：總體整治如道路整體新做、小區(qū)外圍墻修繕?lè)鬯?、綠化整理修補(bǔ)、公共設(shè)施修繕、宣傳公告欄修繕、小區(qū)大門修繕等；建筑單體綜合改造如屋面平改坡、外立面設(shè)施整修、外墻新刷涂料、樓道修粉、新漆樓梯欄桿、整理樓道內(nèi)管線、屋頂水箱改造等。

3 隔聲改造效果分析

3.1 改造成效分析

環(huán)評(píng)結(jié)果顯示，改造前小區(qū)聲環(huán)境質(zhì)量較差，住宅室外噪聲級(jí)不滿足規(guī)范限值要求。為對(duì)比改造后的隔聲降噪效果，在改造前后各選取一天（均為飛機(jī)起飛為主的多云天氣），對(duì)表1中1#和2#測(cè)點(diǎn)進(jìn)行24小時(shí)室內(nèi)外噪聲監(jiān)測(cè)，結(jié)果如表7所示。

從隔聲效果來(lái)看，改造后的隔聲量在29.9 dB(A)～37.1 dB(A)之間，比改造前提高了4.7 dB(A)～8.7 dB(A)。從測(cè)試結(jié)果來(lái)看，改造后住宅室內(nèi)聲環(huán)境已經(jīng)達(dá)標(biāo)。

表5 隔聲門窗改造匯總表

改造后建筑外立面、小區(qū)整體環(huán)境均有較大改善，改造前后效果如圖2、圖3所示。

圖2 改造前住宅建筑情況

圖3 改造后住宅建筑效果

3.2 后評(píng)估分析

為進(jìn)一步了解改造工程的隔聲效果、適用性、耐久性、舒適性，本文對(duì)既有住宅建筑降噪隔聲改造項(xiàng)目進(jìn)行系統(tǒng)和科學(xué)的POE使用后評(píng)估。評(píng)估的內(nèi)容包括社區(qū)的整體環(huán)境質(zhì)量、改造后室內(nèi)外聲環(huán)境、居住舒適度、隔聲門窗使用情況、改造后陽(yáng)臺(tái)的使用情況以及居民針對(duì)隔聲改造工程的意見(jiàn)與建議等7個(gè)方面。通過(guò)24小時(shí)噪聲監(jiān)測(cè)、居民問(wèn)卷調(diào)查、入戶訪談以及技術(shù)座談會(huì)等方式，了解到86.5%居民認(rèn)為改造后小區(qū)噪聲情況改善效果明顯；90.5%居民認(rèn)為改造后關(guān)窗時(shí)室內(nèi)噪聲情況改善效果顯著。

綜觀各項(xiàng)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)可知，該住宅隔聲改造工程的綜合效果較好，住宅室內(nèi)聲環(huán)境較改造前有明顯改善，居民的居住舒適度得到了一定程度的提升。

4 結(jié)語(yǔ)

目前飛機(jī)噪聲污染問(wèn)題日益嚴(yán)峻，機(jī)場(chǎng)周邊需重點(diǎn)改造的既有住宅數(shù)量不斷上升，既有住宅改造的工作迫在眉睫。本文結(jié)合機(jī)場(chǎng)周邊需重點(diǎn)改造的既有住宅建筑特點(diǎn)及飛機(jī)噪聲對(duì)既有住宅建筑聲環(huán)境影響的特點(diǎn)，從建筑降噪隔聲改造的噪聲被動(dòng)控制角度出發(fā)，綜合考慮住宅室內(nèi)聲環(huán)境要求及建筑結(jié)構(gòu)安全性，分析了機(jī)場(chǎng)周邊既有住宅建筑降噪隔聲改造的流程及關(guān)鍵技術(shù)，包括門窗隔聲性能試驗(yàn)及選型、陽(yáng)臺(tái)加固、小區(qū)綜合環(huán)境治理等，并將研究成果應(yīng)用于實(shí)際工程中。通過(guò)改造和小區(qū)的綜合治理，室內(nèi)噪聲滿足噪聲質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的要求，小區(qū)綜合品質(zhì)也得到了提升，可見(jiàn)本文所提出的隔聲改造方案具有可行性和適用性，噪聲控制方法可改善居民的居住環(huán)境和舒適度，對(duì)今后既有住宅降噪隔聲改造具有一定參考價(jià)值。

表6 陽(yáng)臺(tái)加固方式示意表

表7 改造前后各測(cè)點(diǎn)晝夜間平均LAeq結(jié)果比較/dB