山東建筑大學(xué)校園周邊交通噪聲影響模擬分析

江朝梅，王亞平，康海朋，金明明

（山東建筑大學(xué)，濟(jì)南 250000）

引言

在我國(guó)的一些大中城市環(huán)境污染投訴中，噪聲污染就占了60%～ 70%，因此噪聲污染已成為比較典型的社會(huì)問(wèn)題[1]。噪聲污染不僅會(huì)干擾到人們的工作、學(xué)習(xí)及生活，還會(huì)損害人們身心健康。近年來(lái)城市道路系統(tǒng)的發(fā)展以及機(jī)動(dòng)車數(shù)量的快速增加，都促使交通噪聲成為城市噪聲污染的主要來(lái)源。高校是集教學(xué)、科研、生活、娛樂(lè)等多種功能于一體的特殊場(chǎng)所，因此對(duì)聲環(huán)境的要求較高[2]。然而，有些緊鄰城市主干道的高校，受到交通噪聲的影響嚴(yán)重，影響部分功能區(qū)域的正常使用。目前對(duì)于高校校園聲環(huán)境質(zhì)量的研究，Bridgetshiel和JulieE.Dockiel等研究室內(nèi)外噪聲源的種類及噪聲對(duì)老師和學(xué)生的影響，在英國(guó)倫敦對(duì)146所學(xué)校調(diào)查了室外噪聲，得出結(jié)論為交通噪聲的影響最為嚴(yán)重[3]。溫小樂(lè)、林征峰等人提出使用模糊矩陣評(píng)價(jià)校園聲環(huán)境質(zhì)量；彭小云從選址、校園規(guī)劃、建筑設(shè)計(jì)及聲景觀建設(shè)幾方面探討了相應(yīng)的聲環(huán)境建設(shè)措施，以確保生態(tài)校園具有良好的聲環(huán)境[4]。本文選擇緊鄰城市主干道的山東建筑大學(xué)作為研究對(duì)象，探討交通噪聲對(duì)大學(xué)校園聲環(huán)境的影響。利用噪聲預(yù)測(cè)仿真軟件Cadna/A以及校園周邊交通噪聲實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，計(jì)算不同時(shí)間段的校園噪聲分布，進(jìn)行校園聲環(huán)境質(zhì)量的評(píng)價(jià)與分析。

1 校園簡(jiǎn)介

山東建筑大學(xué)是一所以工科為主，以土木建筑學(xué)科為特色，工理管文法農(nóng)藝多學(xué)科交叉滲透、協(xié)調(diào)發(fā)展的多學(xué)科綜合性大學(xué)。位于我國(guó)濟(jì)南市東部雪山片區(qū)，占地面積1903畝，地理位置優(yōu)越，北側(cè)緊鄰世紀(jì)大道，南臨經(jīng)十路，東西兩側(cè)為鳳鳴路與鳳歧路，校園局部鳥(niǎo)瞰圖見(jiàn)圖1。2014年6月受聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署Green Campus Toolkit項(xiàng)目組邀請(qǐng)，山東建筑大學(xué)與普林斯頓大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)等高校共同被征集為綠色大學(xué)校園典型案例。校園設(shè)計(jì)以生態(tài)設(shè)計(jì)理念為原則，在保留校園本身自然形態(tài)與景觀要素的前提下進(jìn)行環(huán)境處理，通過(guò)園林造景將校園的人文環(huán)境與自然環(huán)境相結(jié)合使園林環(huán)境產(chǎn)生深厚的文化內(nèi)涵，發(fā)揮環(huán)境育人的目的[5]。校園規(guī)劃和單體設(shè)計(jì)結(jié)合了泉城文化底蘊(yùn)，充分利用地形地貌的特點(diǎn)，體現(xiàn)了“一校山色半園湖，三泉潤(rùn)澤四季秀”的規(guī)劃設(shè)計(jì)立意[6]。

圖1 山東建筑大學(xué)鳥(niǎo)瞰圖

校園內(nèi)打造了“一橫三縱一弧”的景觀軸線?！耙粰M”強(qiáng)調(diào)了校園北部的體育活動(dòng)區(qū)，“三縱”很好地聯(lián)系了運(yùn)動(dòng)休閑場(chǎng)地與生活區(qū)，“一弧”作為校園內(nèi)最主要的景觀軸線，串聯(lián)了校園內(nèi)最重要空間節(jié)點(diǎn)——日泉廣場(chǎng)、星泉廣場(chǎng)。依據(jù)規(guī)劃軸線，校園分區(qū)明確，科學(xué)安排生活區(qū)、體育活動(dòng)區(qū)、濱水活動(dòng)區(qū)、辦公區(qū)、科研教學(xué)區(qū)[7]。

2 噪聲模擬分析

2.1 模型建立

市場(chǎng)上推廣應(yīng)用的環(huán)境噪聲評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)軟件有很多，如SoundPLAN、Cadna、Breezenoi等[8]。本文選用Cadna/A軟件進(jìn)行噪聲計(jì)算，同時(shí)該軟件已嵌入了所有重要的預(yù)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，所以能適用于公路、停車場(chǎng)、鐵路及工業(yè)等各種噪聲源預(yù)測(cè)。本文依據(jù)山東建筑大學(xué)的校園平面圖，將區(qū)域內(nèi)的建筑物和附屬設(shè)施運(yùn)用簡(jiǎn)化的方法，在軟件中繪制出相應(yīng)平面圖，再輸入不同高度，建立幾何模型。本文主要分析高校四周的交通噪聲的影響，交通噪聲是和道路的車流量直接相關(guān)的，每條道路各個(gè)時(shí)段的車流基本維持不變，因此在Cadna/A軟件中可以將整條道路簡(jiǎn)化為一條線聲源。再根據(jù)每條道路晝夜不同時(shí)間段分車型的交通流量，輸入對(duì)應(yīng)道路的參數(shù)。

2.2 參數(shù)輸入

學(xué)校外圍有四條城市主干道，其中世紀(jì)大道、鳳岐路及鳳鳴路是雙向六車道，道路寬度約50m，經(jīng)十路具有雙向十四條機(jī)動(dòng)車道，道路總寬達(dá)144m。本文主要是對(duì)山東建筑大學(xué)進(jìn)行校園噪聲分析，因此在噪聲仿真預(yù)測(cè)模型中，噪聲源的參數(shù)即不同時(shí)間段分車型的交通流量是十分重要的。根據(jù)高校師生的作息習(xí)慣，在正常工作日對(duì)學(xué)校緊鄰的主要交通道路世紀(jì)大道、鳳岐路、鳳鳴路及經(jīng)十路，進(jìn)行相同時(shí)間段分車型交通流量的統(tǒng)計(jì)。

選取統(tǒng)計(jì)道路車流信息的具體時(shí)間段為每天早上6:00～7:00、下午17:00～18:00及夜晚22:00～23:00。根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)相同時(shí)間段內(nèi)每條道路車流量以及比例分布都有明顯差異（見(jiàn)下表）。在相同時(shí)間段內(nèi)，經(jīng)十路的車流總量明顯高于其他三條道路，在下午17 :00～18 :00，每條道路的車流量達(dá)到最高值。

山東建筑大學(xué)校園周邊不同時(shí)間段每條道路車型比較表

在Cadna/A軟件中，大型車所占比例是每條道路的重要參數(shù)，對(duì)噪聲模擬計(jì)算結(jié)果也有很大影響。需要計(jì)算出各時(shí)間段每條道路的大車占比，并在每條道路晝間和夜間屬性框中，依次以百分比形式輸入，道路參數(shù)輸入見(jiàn)圖2。另外，預(yù)測(cè)點(diǎn)的布置也是噪聲模擬的關(guān)鍵，預(yù)測(cè)點(diǎn)越密，計(jì)算的精度越高，然而計(jì)算所需的時(shí)間越長(zhǎng)[9]。本文在平面區(qū)域內(nèi)按照5m×5m的網(wǎng)格進(jìn)行噪聲計(jì)算，噪聲預(yù)測(cè)點(diǎn)距離地面1.5m。

圖2 道路參數(shù)輸入示意圖

2.3 結(jié)果分析

提取分布在山東建筑大學(xué)東門(mén)、月泉廣場(chǎng)及圖書(shū)館東西向軸線上的23個(gè)測(cè)點(diǎn)的模擬值與實(shí)測(cè)值，進(jìn)行兩組數(shù)值的比較分析。實(shí)測(cè)時(shí)間為夏季正常工作日的晝間9 :00～10 :00，測(cè)點(diǎn)布置在開(kāi)放性廣場(chǎng)上，減弱周邊建筑及構(gòu)筑物的影響。本文分析山東建筑大學(xué)受周邊交通噪聲影響，軟件模擬時(shí)將校園外圍城市主干道的交通噪聲作為唯一噪聲源。距離城市主干道較遠(yuǎn)的測(cè)點(diǎn)在實(shí)測(cè)時(shí)受校園自然聲尤其蟬鳴聲的影響比較明顯。見(jiàn)圖3，部分測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)值比模擬值高約8dB，差異明顯。但是兩組測(cè)點(diǎn)隨著與鳳鳴路距離的減少，噪聲值都呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，受城市主干道交通噪聲的影響也越明顯。并且臨近城市主干道的測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)與模擬的聲壓級(jí)十分接近，相差小于1dB，因此測(cè)點(diǎn)的模擬聲壓級(jí)是具備客觀性和準(zhǔn)確性的。

圖3 實(shí)測(cè)與模擬噪聲值對(duì)比分析

同時(shí)分析Cadna/A軟件仿真模擬預(yù)測(cè)的不同時(shí)間段的噪聲分布網(wǎng)格圖，可以發(fā)現(xiàn)校園大部分區(qū)域晝間噪聲聲壓級(jí)在50～65dB之間，夜間噪聲聲壓級(jí)在45～55dB之間。并且由于城市主干道的交通噪聲影響范圍較廣，即使設(shè)置了較寬的綠化隔離，靠近道路一側(cè)的功能區(qū)噪聲聲壓級(jí)仍然比較高，如靠近鳳鳴路一側(cè)的逸夫樓、博文樓等教學(xué)辦公區(qū)晝間噪聲聲壓級(jí)約65dB。離城市主干道較遠(yuǎn)的區(qū)域受到的影響則相對(duì)較小，如文苑、雅苑等公共活動(dòng)區(qū)晝間聲壓級(jí)基本在50dB以下。因此除臨近學(xué)校外圍道路的建筑物受交通噪聲的影響較明顯，其他區(qū)域建筑聲環(huán)境質(zhì)量較好。

如圖4、圖5所示，在軟件中選取幾個(gè)具有代表性的功能區(qū)域如生活區(qū)、辦公區(qū)及科研教學(xué)區(qū)等，設(shè)置多個(gè)預(yù)測(cè)點(diǎn)，比較分析相同預(yù)測(cè)點(diǎn)不同時(shí)間段即6:00～7:00、17:00～18:00和22:00～23:00的噪聲聲壓級(jí)變化和不同預(yù)測(cè)點(diǎn)噪聲聲壓級(jí)的差異，做出不同功能區(qū)域的聲環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)分析。

圖4 某大學(xué)晝間噪聲分布圖

圖5 某大學(xué)夜間噪聲分布圖

根據(jù)生活區(qū)預(yù)測(cè)點(diǎn)（1～4），發(fā)現(xiàn)竹園三號(hào)樓在上述三個(gè)時(shí)間段的噪聲聲壓級(jí)分別為54.2dB、56.6dB及53.8dB，松園一號(hào)樓西北側(cè)分別為55.2dB、57.9dB及54.9dB，東南側(cè)分別為53.9dB、56.9dB及53.5dB，梅園三號(hào)樓西南側(cè)分別為48.2dB、50.9dB及47.3dB。同時(shí)可發(fā)現(xiàn)學(xué)校生活區(qū)的相同預(yù)測(cè)點(diǎn)在上述三個(gè)不同時(shí)段的噪聲聲壓級(jí)相差約為3dB，相同時(shí)段內(nèi)，不同預(yù)測(cè)點(diǎn)噪聲聲壓級(jí)相差約為6dB，聲壓級(jí)最高值達(dá)到57.9dB。夜間噪聲聲壓級(jí)約47～55dB，處于易對(duì)師生休息產(chǎn)生干擾的狀態(tài)。在生活區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)上結(jié)合種植綠化，生活區(qū)的聲環(huán)境質(zhì)量就可以得到改善。

根據(jù)設(shè)置在辦公教學(xué)區(qū)的預(yù)測(cè)點(diǎn)（5～8）的噪聲計(jì)算結(jié)果，在上述三個(gè)時(shí)間段，科研教學(xué)區(qū)中逸夫樓在面向鳳鳴路一側(cè)的噪聲聲壓級(jí)分別為60.9dB、64.5dB及59.4dB，背向道路一側(cè)的聲壓級(jí)分別為47.9dB、50.3dB及47.1dB，博文樓面向道路一側(cè)的聲壓級(jí)分別為62.2dB、65.8dB及60.7dB，背向道路一側(cè)的聲壓級(jí)為49.1dB、52.1dB及48.2dB。由于鳳鳴路交通噪聲的影響，教學(xué)樓的兩側(cè)在同一時(shí)間段聲壓級(jí)相差可達(dá)13dB，夜間聲壓級(jí)和晝間聲壓級(jí)最大值相差約為5dB。教學(xué)樓面向道路一側(cè)的晝間聲壓級(jí)約為65dB，夜間聲壓級(jí)約為60dB。因此臨近道路一側(cè)的科研教學(xué)區(qū)的聲環(huán)境質(zhì)量不理想，容易對(duì)建筑室內(nèi)空間的使用產(chǎn)生消極影響，需要特別注重建筑面向道路一側(cè)的隔聲處理，見(jiàn)圖6。

根據(jù)設(shè)置在敏感建筑物：圖書(shū)館兩側(cè)的預(yù)測(cè)點(diǎn)（9～10），發(fā)現(xiàn)該區(qū)域聲環(huán)境質(zhì)量較好，預(yù)測(cè)點(diǎn)晝間和夜間的聲壓級(jí)值都處于40～48dB，再結(jié)合適宜的種植綠化設(shè)計(jì)，可為師生提供較好的閱讀環(huán)境。根據(jù)對(duì)設(shè)置在科研辦公區(qū)的預(yù)測(cè)點(diǎn)（11～13）的噪聲計(jì)算結(jié)果研究后，發(fā)現(xiàn)主要受鳳鳴路交通噪聲影響的測(cè)點(diǎn)11和12的晝間、夜間的聲壓級(jí)值與辦公教學(xué)區(qū)的測(cè)點(diǎn)聲壓級(jí)值很相似，建筑面向和背向道路的兩側(cè)在同一時(shí)間段內(nèi)聲壓級(jí)相差約為13dB。表明在現(xiàn)有校園功能布局下，經(jīng)十路的交通噪聲對(duì)各個(gè)功能區(qū)域聲環(huán)境質(zhì)量的影響不明顯，見(jiàn)圖7。

圖6 （1～7）預(yù)測(cè)點(diǎn)不同時(shí)間段聲壓級(jí)

圖7 （8～13）預(yù)測(cè)點(diǎn)不同時(shí)間段聲壓級(jí)

3 結(jié)論

論文采集山東建筑大學(xué)外圍主要城市干道的典型時(shí)段的交通流量數(shù)據(jù)，運(yùn)用Cadna/A軟件建立校園聲環(huán)境仿真預(yù)測(cè)模型，分析交通噪聲對(duì)校園聲環(huán)境的影響，主要結(jié)論如下：

（1）臨近學(xué)校外圍道路的逸夫樓、博文樓等教學(xué)樓受交通噪聲的影響較明顯，預(yù)測(cè)點(diǎn)在典型時(shí)段聲壓級(jí)為60～65dB。且面向和背向道路的兩側(cè)在相同時(shí)段內(nèi)的聲壓級(jí)相差約為13dB，在不同時(shí)段，聲壓級(jí)差約為5dB，噪聲分布差異明顯。

（2）由于生活區(qū)距離學(xué)校四周的城市主干道較遠(yuǎn)，預(yù)測(cè)點(diǎn)晝間聲壓級(jí)為54～58dB，夜間聲壓級(jí)為47～55dB，聲環(huán)境質(zhì)量較好。

（3）在校園規(guī)劃布局中，各個(gè)功能區(qū)域距城市主干道經(jīng)十路都較遠(yuǎn)。與經(jīng)十路不同垂直距離的預(yù)測(cè)點(diǎn)，在典型時(shí)段的聲壓級(jí)沒(méi)有明顯差異，因此經(jīng)十路的交通噪聲對(duì)校園聲環(huán)境影響不明顯。

本文以地處交通干線附近的山東建筑大學(xué)為例，建立噪聲仿真預(yù)測(cè)模型，分析了代表性功能區(qū)域的噪聲分布及聲環(huán)境質(zhì)量。希望本次噪聲計(jì)算的結(jié)果和分析能夠引起相關(guān)部門(mén)對(duì)高校聲環(huán)境建設(shè)的重視，并能給位于城市主干道附近高校校園聲環(huán)境的改造提供參考和建議[10]。