Оценка шумового воздействия

Шум – один из основных неблагоприятных факторов окружающей городской среды, негативно воздействующий на жителей больших городов. Под шумом понимается комплекс звуков, неблагоприятно воздействующих на организм человека.

Звук как физическое явление представляет собой волнообразное движение в упругой среде, вызываемое колебательными движениями звучащего тела, и воспринимаемое органами слуха человека. Звук характеризуется уровнем звукового давления (интенсивностью), измеряемым в децибелах (дБ) и частотой колебаний, выраженной в герцах (1 Гц – 1 колебание в секунду). Он не только мешает работе и отдыху, но и является причиной многих заболеваний, а также снижения физической и умственной работоспособности человека.

Отрицательное влияние на здоровье людей оказывают длительные или чрезмерные по интенсивности действия звука (шума). Шум вызывает сердечно-сосудистые заболевания, головные боли, раздражительность, нарушает обмен веществ, приводит к нарушению моторной и секреторной функции желудка, угнетающе действует на нервную систему, вызывая психические заболевания.

Источники шума подразделяется по физическим свойствам шумообразования: транспортные (автомобильный, рельсовый, авиационный и др.), промышленные, коммунально-бытовые. Шум зависит от закономерностей распространения звуковых волн в пространстве. Городские источники шума могут быть стационарными или передвижными. Большинство из них условно рассматриваются как точечные: автомобиль, локомотив, трамвай, трансформаторная подстанция, спортивная площадка. К линейным источникам шума относятся: железнодорожные составы, плотные автотранспортные потоки в часы «пик» с интенсивностью движения более 5000 экипажей в час. Для пофакторной и комплексной оценки уровней шума необходимо построить картограмму шумового режима города.

В современных городах его основным источниками являются автотранспортные потоки на улицах и дорогах. Учитывая свойство автотранспортного потока как источника шума – непрерывность излучения звука из-за расположения в ряд большого числа точечных источников, этот поток рассматривается как линейный источник, излучающий цилиндрические звуковые волны. Вместе с тем характерной особенностью шума, создаваемого транспортным потоком, являются резкие колебания его уровня, обусловленные неоднородностью потока транспортных средств и изменением режима их движения.

Для унификации методов измерений и оценки шума в городской среде разработан международный стандарт ISO 1996/I «Акустика. Описание и измерение шума окружающей среды. Часть I. Основные величины и методики». Этим стандартом установлено, что в качестве исходной величины для описания шумовых режимов в окружающей среде следует использовать эквивалентный уровень звука, выражаемый в дБА. В качестве же шумовой характеристики транспортных потоков в большинстве стран установлен эквивалентный уровень звука на определенном базисном расстоянии от транспортного потока. Так, в нашей стране это расстояние в соответствии с ГОСТ 20444-85 принято равным 7,5 м от оси ближайшей полосы движения транспортных средств до расчетной точки.

Следует подчеркнуть, что в современном урбанизированном обществе шум стал одним из весьма серьезных отрицательных факторов окружающей среды еще и потому, что его вредное влияние усиливается в сочетании с другими неблагоприятными факторами – запыленностью и загазованностью атмосферного и внутреннего воздуха, столь характерными для современной городской среды обитания.

Основным нормативным документом, регламентирующим уровни звука в помещениях зданий и на территориях застройки, методы определения уровней звука в расчетных точках, требования к средствам шумозащиты и др., является СНиП 23-03-2003 «Защита от шума» (далее по тексту: СНиП).

Нормы строительного проектирования базируются на обобщении многочисленных натурных и экспериментальных исследований шумовых характеристик транспортных потоков, закономерностей распространения шума в застройке, а также санитарно-гигиенических исследований. Вместе с тем быстро изменяющиеся условия жизнедеятельности современных городов, соответствующие им изменения материальной структуры и планировки в процессе реконструкции и др. факторы, требуют уточнения трактовки и использования приведенных общих положений применительно к современным условиям.

Исходным моментом для анализа шумового режима участка застройки (группы зданий) является определение шумовой характеристики транспортного потока на прилегающей к территории участка дороге (или дорогах). В данном случае рассматриваются дороги с регулируемым движением автотранспорта, имеющие районное или местное (жилые улицы, внутриквартальные проезды) значение и – соответственно 4-6 и 2-4 полосное движения в обоих направлениях.

На основании обобщения большого массива натурных исследований установлено, что значение шумовой характеристики зависит главным образом от следующих показателей: количества проходящих в обоих направлениях автотранспортных средств N, ед/ч; средней скорости движения потока V, км/ч; доли грузового и общественного транспорта в потоке р, %. Для рассматриваемых дорог, имеющих продольный уклон не более 20% и асфальтобетонное покрытие, шумовая характеристика L_Аэкв (дБА) транспортного потока определяется по эмпирической формуле:

L_Aэкв= 10∙lgN+13,3∙lgV+4∙lg(1+p)+15 (13)

Учитываемые в формуле (13) показатели должны соответствовать средним значениям за 8-ми часовой период наиболее интенсивного движения в дневное время. Соответствующим образом и нормативы допустимых уровней звука в помещениях зданий и на участках территории застройки регламентируются СНиП для дневного и ночного времени суток.

В условиях планового развития городского хозяйства рекомендуемыми источниками получения указанных исходных показателей может являться генеральный план развития города, а также данные ГИБДД и натурных наблюдений. Действующий СНиП допускает принимать детерминированные величины шумовых характеристик транспортных потоков для условий движения в час «пик» в зависимости от категории улиц и дорог.

Очевидно, что в современных условиях бурного роста обеспеченности населения транспортными средствами, изменения ритма городской жизни и других факторов, непосредственно влияющих на изменение условий движения транспортных потоков, такие рекомендации недостаточно адекватны

Сложившаяся сегодня транспортная ситуация в крупных городах страны во многом сходна с уже много лет существующей в развитых странах. В связи с этим для определения шумовых характеристик транспортных потоков (в рассматриваемых случаях) представляется целесообразным использовать применяемые за рубежом следующие основные методы определения пропускной способности дорог в зависимости от скоростных режимов и факторов движения. При беспрепятственном движении автомобилей в первом ряду дороги со средней скоростью V, км/ч пропускная способность этого ряда n₁, ед/ч характеризуется следующей зависимостью (табл. 12). При этом пропускная способность второго ряда движения принимается в размере 75%, а третьего – 50% от указанных в таблице 12 значений.

Таблица 12

Зависимость пропускной способности автомобилей первого ряда от средней скорости движения

Средняя скорость движения, км/ч	Пропускная способность n1, ед/ч	Средняя скорость движения, км/ч	Пропускная способность n1, ед/ч

Примечание.1.Наличие частых перекрестков приводит к существенному снижению пропускной способности дороги, вплоть до n_I= 550 ед/ч, что соответствует средней скорости потока V≈6 км/ч.

2. Если на улице местного значения разрешена стоянка автомобилей, то пропускная способность 2-х полосной дороги составляет 300 ед/ч, а V≈6 км/ч.

Анализ шумового режима застройки предполагает выделение на картограмме зон акустического дискомфорта в помещениях зданий и на участках территории, т.е. зон, где, определяемые расчетом ожидаемые эквивалентные уровни звука, превышают допустимые по санитарно – гигиеническим требованиям. Так как элементами селитебных территорий городских поселений являются группы зданий жилой и смешанной жилой застройки, то соответствующие требования СНиП учитывают функциональное назначение зданий и прилегающих к ним территорий (табл. 13). Приводимые данные относятся к средней величине времени вероятной максимальной акустической нагрузки в дневное время с 7 до 23 часов.

Таблица 13

Допустимые эквивалентные уровни звука в помещениях зданий и на территории застройки L_{Aэкв доп}, дБА (с 7 до 23ч)

№ п/п	Помещения и территории	LAэкв доп, дБА
	Жилые комнаты квартир, спальные помещения в детских дошкольных учреждениях и школах- пансионатах, жилые помещения домов- интернатов для престарелых
	Жилые комнаты общежитий и номера гостиниц
	Рабочие помещения управлений, конструкторских и проектных организаций
	Залы кафе, ресторанов и т.п.
	Торговые залы магазинов, спортзалы
	Уличные территории, непосредственно прилегающие к жилым домам, обращенным в сторону источников транспортного шума
	Площадки для отдыха в группе жилой застройки, территории детских дошкольных учреждений и школ
	Спортивные площадки в группе жилой или смешанной застройки

Для обеспечения указанных требований используется комплекс различных мероприятий: архитектурно-планировочных, конструктивно-защитных, технических, организационных и др. Это позволит ориентироваться в основных направлениях оптимизации акустического режима застройки. При необходимости соответствующие предложения по этому поводу следует изложить в заключительном разделе расчетно-практической работы.

Для расчета ожидаемых уровней звука в расчетных точках на территории (L_Aтер) используется формула:

L_Aтер= L_Aэкв – ∆L_Арас – ∆L_Азел –∆L_Аэкр (14),

где L_Aэкв - шумовая характеристика транспортного потока, дБА; ∆L_Арас – снижение уровня звука над поверхностью земли за счет расстояния от источника шума да расчетной точки, дБА; ∆L_Азел – снижение уровня звука полосами зеленых насаждений, дБА; ∆L_Аэкр – снижение уровня звука экранирующими шум сооружениями, дБА.

Если источник шума расположен на прилегающей к защищаемому зданию территории, а шум проникает через ограждающие конструкции в изолируемое помещение, где расположены расчетные точки, то ожидаемые уровни звука в этом помещении определяются по формуле:

L_Aпом = L_Aтер2 - R_Аок -∆L_Аобс , (15)

где L_Aтер2 – уровень звука на территории на расстоянии 2 м от центра ограждающей конструкции окна защищаемого от шума здания, дБА, определенный по формуле (14), но без учета снижения уровня звука полосами зеленых насаждений; R_Аок - снижение уровня звука конструкцией окна защищаемого от шума объекта, дБА; ∆L_Аобс - снижение уровня звука в помещении за счет его поглощения обстановкой, дБА. Это явление имеет реальную физическую основу, но его величина зависит от функционального назначения помещения и многих прочих факторов. Для жилых помещений зданий массовой застройки эту величину принято считать равной 3 дБА.

В реальных условиях застройки целесообразно использовать эмпирическую зависимость, полученную на основе статистической обработки большого количества результатов натурных исследований по распространению шума на примагистральных территориях с типичными покрытиями. Она учитывает зависимость снижения эквивалентного уровня звука при свободном распространении звуковой энергии, влияние поверхности примагистральной территории и поглощение звука в воздухе. Снижение эквивалентного уровня звука транспортного потока на расстояниях 7,5 – 500 м под влиянием этих факторов определяется по следующей формуле (которая в этом диапазоне учитывается в действующем СНиП):

∆L_Aрас =14 lg (S/7,5), (16),

где S, м – расстояние от источника шума до расчетной точки, расположенной на примагистральной территории или перед фасадами зданий, представляющими так называемый первый эшелон застройки, подверженный наиболее значительному акустическому воздействию.

При определении этого расстояния принимают следующие координаты расположения расчетных точек от источника шума (ИШ):

– на высоте 1,2 м и на расстоянии 7,5 м от первой полосы движения транспорта;

– на территории – на высоте 1,5 м над поверхностью территории;

– перед фасадом зданий массовой застройки (при расчете уровня звука в помещениях) – на высоте не ниже 5-го этажа и не расстоянии 2 м от центра расположения окна.

Однако формула (16), как и другие расчетные схемы, не достаточно учитывает ряда существенных для практики явлений, связанных с изменением уровня звука на территории застройки, вследствие расположения зданий и разрывов между ними. Для оценки этих явлений в порядке первого приближения может быть использован метод, основанный на применении треугольников видимости из расчетной точки источника шума – проезжей части (рис.1)

В ситуации, изображенной на рисунке 1 показано построение треугольников видимости для трех расчетных точек (1,2,3). Треугольники должны быть равнобедренными, их высота – X, м, а основание - l, м. При построении треугольника косого видения дороги (расчетные точки 2,3) необходимо соблюдать равенство отрезков aa' и bb' (точка 2), а также сс' и dd' (точка 3).

Величина снижения эквивалентного уровня звука (в дБА) для i-той расчетной точки территории в данном случае определяется с учетом величин x_i и l_i:

∆L_{Aрас i} =ξ14 lg (x_i/7,5) (17)

где ξ = 1 + 0,185(x_i/l_i – 0,3) при 3≥ x_i/l_i ≥0,3 (18)

ξ = 1,5 + 0,04 (x_i/l_i – 3) при 8≥ x_i/li ≥3 (19)

Покажем расчет величин ∆L_{Aрас I} для ситуации, изображенной на рисунке 3 (табл. 14).

Рис.3. Примеры построения треугольников видимости для расчетных точек на территории застройки (I,II,III,IV –- жилые здания).

Таблица 14

Снижение эквивалентного уровня звука

Расчетная точка	xi	li	xi/li	Коэф. ξ (формулы 6 и 7)	14∙ lg (xi/7,5)	∆LAрасi, дБА
РТ1			1,59	1,24	9,36	11,6
РТ2			3,38	1,52	10,76	16,3
РТ3			1,5	1,22	12,0	14,6

На распространение звуковых волн в приземном пространстве определенное влияние оказывают зеленые насаждения. Роль растительности типа травы в затухании звука заключается лишь в изменении структуры верхнего слоя почвы, повышения степени ее пористости. Зеленые насаждения в виде деревьев и кустарников наряду с изменением структуры почвы (ведущем к изменению ее импеданса) служат своеобразными рассеивателями и поглотителями звуковой энергии.

Большие различия в методических подходах к исследованию затухания звука в зеленых насаждениях послужили причиной появления в литературе противоречивых данных об их эффективности. Большинство авторов рассчитывают постоянную затухания звука на единицу расстояния, т.е. с учетом снижения звука в воздухе по ширине зеленой полосы (это относится и к действующему СНиП). Вместе с тем в зависимости от ширины, плотности, дендрологического состава, структуры полосы и других факторов эта величина может изменяться в больших пределах.

Однако, обширные целенаправленные исследования снижения зелеными насаждениями шума от потоков автомобильного транспорта (и железнодорожных поездов) проведены только в 90-х годах. Они показали, что плотные полосы деревьев и кустарников шириной 15-40 м и общей высотой 5-12 м, расположенные вдоль автомобильных и железных дорог, позволяют снизить эквивалентный уровень звука дополнительно на 2-5 дБА по сравнению со снижением этой величины над участком такой же ширины, но покрытых травой. В связи с этим целесообразно принять ориентировочные значения снижения уровня звука полосами зеленых насаждений в городах ∆L_Азел, приведенные в таблице 15 (там же в скобках показано снижение уровня звука с учетом его затухания в воздушном пространстве по ширине зеленой полосы, что приведено в СНиП).

Таблица 15

Снижение шума специальными полосами зеленых насаждений

Полоса зеленых насаждений	Ширина полосы, м	Снижение уровня звука ∆LАзел , дБА
Однорядная при шахматной посадке деревьев внутри полосы	10-15	0-1 (4-5)
То же	16-20	1-2 (5-8)
Двухрядная при расстояниях между рядами 3-5 м; ширина рядов соответствует однорядной посадке	21-25	2-3 (8-10)
Двух или трехрядная при расстояниях между рядами 3 м; ширина соответствует однорядной посадке	26-30	3-4 (10-12)

В зависимости от композиционной группировки жилых зданий на пути проникновения шума от транспорта могут использоваться не только специальные полосы зеленых насаждений, но и посадки паркового типа. При ширине посадки (30-50 м) ее глубина может достигать 60-100м. в этих случаях, как показали исследования, снижение уровня звука таким зеленым массивом (без учета затухания звука в воздухе) можно ориентировочно принять равным 0,05 дБА на 1 м глубины посадки.

В качестве дополнительного средства локальной защиты от шума площадок отдыха в группе жилых домов, площадок детских дошкольных учреждений и участков школ следует предусматривать формирование вблизи источников шума специальных шумозащитных полос зеленых насаждений. Чтобы такие полосы обладали заметной эффективностью, кроны деревьев должны плотно примыкать друг к другу, а пространство под кронами заполнено зеленой массой кустарников. Ширина полос должна быть не менее 10м.

После расчета шума в заданных точках по формуле (14) и построения на картограмме изолинии 55 дБА территории необходимо оценить шумовое воздействие на организм человека как фактора городской окружающей среды с коэффициентом значимости К_ЗН = 1. При этом надо иметь в виду, что при уровне звука 35-40 дБА территории застройки дается 1 балл, при 40-55 дБА – 2 балла, а более 55 дБА – 3 балла.

Воздействие вибрации

Вибрация оказывает негативное воздействие как на строительные объекты, так и на горожан. При оценке вибрационного поля выделяют следующие источники воздействия: рельсовый, автомобильный и воздушный транспорт, промышленные предприятия, метрополитен, скоростной трамвай мелкого заложения, строительные площадки. Неблагоприятное действие вибрации от расстояния источника до жилой застройки, продолжительности действия, частотного спектра, уровня виброскорости. Воздействие вибрации усиливается при комбинированном воздействии с шумом.

Вибрационный режим в жилых зданиях определяется в соответствии с действующими нормативно-методическими документами [11,12,13]. Допустимый уровень вибрации в жилых и общественных – это тот уровень, который не вызывает у человека значительного беспокойства и существенных изменений показателей функционального состояния и анализаторов, чувствительных к вибрационному воздействию.

Обычно различают общую и локальную вибрацию. Общая вибрация вызывает сотрясение всего организма человека, местная – воздействует на отдельные части тела. Иногда работник может одновременно подвергаться общей и местной вибрации (комбинированной вибрации). Вибрация нарушает деятельность нервной и сердечно-сосудистой системы, вызывает вибрационную болезнь.

По источнику возникновения различают вибрации:

- локальные, передающиеся человеку от ручного механизированного инструмента, органами ручного управления механизмами и оборудованием;

- локальные, передающиеся человеку от ручного немеханизированного инструмента, например, рихтовочных молотков различных моделей и обрабатываемых деталей;

- общие 1-й категории – транспортные, воздействующие на человека на рабочих местах различных транспортных средств при движении по местности;

- общие 2-й категории – транспортно-технологические, воздействующие на человека на рабочих местах машин, перемещающихся по специально подготовленным поверхностям производственных помещений, промышленных площадок;

- общие 3-й категории – технологические, воздействующие на человека на рабочих местах стационарных машин или передающиеся на рабочие места, не имеющие источников вибрации;

- общие в жилых помещениях и общественных зданиях от внешних источников: автотранспорта, городского рельсового транспорта (поверхностные линии метрополитена и мелкого залегания, трамвай, железнодорожный транспорт);

- общие в жилых помещениях и общественных зданиях от внутренних источников: инженерно-технического оборудования зданий и разных бытовых приборов.

По временным характеристикам различают вибрации:

- постоянные, для которых величина нормируемых параметров изменяется не более, чем в 2 раза (на 6дБ) за время наблюдения;

- непостоянные, для которых величина нормируемых параметров изменяется не менее, чем в 2раза (на 6дБ) за время наблюдения не менее 10 мин при измерении с постоянной времени 1с.

Нормируемый диапазон частот устанавливается для локальных вибраций в виде октавных полос со среднегеометрическими частотами: 8; 16; 31.5; 63; 125; 250; 500; 1000 Гц; для общих вибраций в виде октавных или 1/3 октавных полос со среднегеометрическими частотами: 0,8; 1; 1,25; 1,6; 2,0; 2,5; 3,15; 4,0; 5,0; 6,3; 8,0; 10,0; 12,5; 16,0; 20,0; 25,0; 31,5; 40,0; 50,0; 63,0; 80,0 Гц [14].

При частотном анализе нормируемыми параметрами являются средние квадратические значения виброскорости ν и виброускорения α или их логарифмические уровни L_ν, L_α , измеряемые в октавных и 1/3 октавных полосах частот. При интегральной оценке по частоте нормируемым параметром является корректированное значение виброскорости и виброускорения U или их логарифмические уровни L_U , измеряемые с помощью корректирующих фильтров или вычисляемые по формулам:

_n

U = √ ∑ (U_i ∙ K_i )²

ⁱ⁼¹

или

_n

L_U = 10 lg∑ 10^{0,1(Lui + Lki )} ,

ⁱ⁼¹

где U_i , L_Ui – среднее квадратическое значение виброскорости или виброускорения (или их логарифмические уровни) в i-частотной полосе; n – число частотных полос в нормируемом частотном диапазоне; K_i , L_ki –весовые коэффициенты i-частотной полосы соответственно для абсолютных значений или их логарифмических уровней, определяемых для локальных вибраций ( определяемых согласно).

Необходимо отметить, что воздействие вибрации в жилой среде изучено недостаточно. Тем не менее, необходимо оценить вибрационное воздействие на организм человека как фактора городской окружающей среды с коэффициентом значимости К_ЗН = 1. При этом надо иметь в виду, что при уровне вибрации 35-40 дБА территории застройки дается 1 балл, при 40-50 дБА – 2 балла, а более 50 дБА – 3 балла.