CC BY
38Научно-технический и производственный журнал
-------ЖИЛИЩНОЕ ---
СТРОИТЕЛЬСТВО
Town planning and architecture
УДК 534.2
В.П. ГУСЕВ1, д-р техн. наук ([email protected]), И.В. МАТВЕЕВА2, канд. техн. наук,
Е.О. СОЛОМАТИН2, инженер
1 Научно-исследовательский институт строительной физики РААСН (127238, Россия, Москва, Локомотивный пр., 21) 2 Тамбовский государственный технический университет (392000, г. Тамбов, ул. Советская, 106)
Компьютерное моделирование распространения шума от различных источников в городской застройке
Рассмотрены принципы моделирования процессов распространения шума в городской застройке при наличии в ней промышленных объектов с мощными источниками шума. Дано описание комплексной компьютерной программы, основанной на методах расчетов шумовых полей, разработанных авторами статьи. Показано, что предложенная программа может эффективно использоваться при разработке шумозащитных мероприятий. Программа позволяет выполнять расчеты уровней шума внутри производственных помещений и дает возможность разрабатывать шумозащитные меры внутри их. При расчетах шума внутри помещений обеспечивается также возможность получения сведений об уровнях шума на наружных поверхностях здания. Эти сведения служат основой для расчета шума в городской застройке от зданий как объемных, плоских, линейных и точечных источников. В программе кроме перечисленных источников могут также учитываться и другие источники шума, находящиеся на городской территории, например автотранспортные магистрали.
Ключевые слова: компьютерное моделирование, расчет шума, городская застройка.
V.P. GUSEV1, Doctor of Sciences (Engineering) ([email protected]), I.V. MATVEEVA2, Candidate of Sciences (Engineering), E.O. SOLOMATIN2, Engineer 1 Research Institute for Building Physics of RAACS (21, Lokomotivny Passage, 127238, Moscow, Russian Federation) 2 Tambov State Technical University (106, Sovetskaya Street, 392000, Tambov, Russian Ftderation)
Computer Simulation of Noise Propagation from Various Sources in Urban Development
Principles of the simulation of processes of noise propagation in the urban development which has industrial objects with powerful sources of noise are considered. The description of a complex computer program, based on the methods of noise field calculation, developed by the authors of the article is given. It is shown that the offered program can be efficiently used for development of noise protection measures. The program makes it possible to calculate the noise levels inside the production premises and gives the opportunity to develop noise protection measures inside them. In the course of calculating the noise inside the premises it is possible to receive information about noise levels on external surfaces of a building. These data are the basis for calculation of noise in the urban development from buildings as volumetric, flat, linear, and point sources. In addition to these sources, the program can take into account other noise sources located in urban areas, such as motor transport highways.
Keywords: computer simulation, noise calculation, urban development.
В современной городской застройке существует ряд постоянно действующих источников шума, создающих неблагоприятную акустическую ситуацию на ее территории в целом, и в частности на территории жилой застройки. К таким источникам относится в первую очередь оборудование энергетических предприятий, а также систем вентиляции и холодоснабжения зданий различного назначения.
Для оценки степени загрязнения окружающей среды и последующей разработки мероприятий по снижению шума в таких случаях необходимо решить две задачи. Первая из них связана с определением уровней шума в помещениях зданий того или иного объекта, а также на наружных поверхностях ограждений этих зданий. Вторая заключается в оценке распространения шума в окружающем объект пространстве.
Прогнозирование акустической ситуации даже при наличии небольшого числа различающихся, например по мощности и габаритам, источников шума - сложная многофакторная задача, часто требующая повторного определения уровней шума в многочисленных расчетных точках внутри зданий и на прилегающих территориях. Автоматизирование - единственный путь оптимизации трудоемкого процесса расчета уровней шума, его требуемого снижения
82014 ^^^^^^^^^^^^^
в зонах воздействия и разработки эффективных мероприятий по шумоглушению и шумозащите.
Основными составляющими автоматизированного проектирования являются программные комплексы, предназначенные для расчета энергетических параметров шумовых полей в помещениях и на территории застройки. Создание таких комплексов возможно при наличии математической модели, объективно описывающей распределение звуковой энергии в воздушной среде замкнутых и открытых пространств; методов и алгоритмов ее реализации; способов оценки и синтеза результатов проектирования.
В статье представлена комплексная компьютерная программа, позволяющая решать указанные выше задачи [1, 2]. Она разработана в рамках Научно-образовательного центра «ТГТУ - НИИСФ РААСН» Тамбовского государственного технического университета и Научно-исследовательского института строительной физики РААСН.
Программа состоит из двух блоков, последовательно реализующих расчет шумового поля внутри зданий и на территории городской застройки. Структура каждого блока определяется составом и последовательностью этапов проектирования шумозащитных мероприятий. Каждый из блоков содержит модули по вводу исходных данных, проведе-
- |25
Градостроительство и архитектура
ц м .1
Научно-технический и производственный журнал
нию расчетов, а также по выводу результатов расчетов и сохранению полученной информации. Оценка акустической эффективности шумозащитных мероприятий производится посредством расчетов и сравнения уровней шума до и после применения мероприятий. В программе реализована возможность создания и пополнения информационных баз данных об источниках шума, звукопоглощающих конструкциях и материалах, допустимых уровнях шума, а также других сведений, используемых при проектировании помещений и застройки по условиям защиты от шума.
В блоке по расчету шума внутри помещений в программе предусмотрен ввод необходимых исходных данных, включающий: объемно-планировочное решение объекта с размещением и параметрами технологического оборудования, крупногабаритных строительных конструкций и предметов; акустические свойства поверхностей помещений и оборудования; геометрические и акустические характеристики источников шума; информацию о предполагаемом нахождении обслуживающего персонала на объекте, а также требования к шумовому режиму помещений. Ввод геометрических параметров помещений и оборудования осуществляется по координатам или с использованием встроенного графического модуля, остальная информация вводится из баз данных или с клавиатуры.
Особенностями внутреннего пространства большинства помещений производственных объектов являются сложная форма объемов и наличие крупногабаритного оборудования, часть которого выступает в виде крупногабаритных источников шума. Данное обстоятельство привело к необходимости программирования трехмерной модели объекта. Такой подход позволяет в полной мере учитывать влияние крупногабаритного оборудования на процесс образования и распространения звуковой энергии в объеме помещения. Программа предусматривает возможность расчета прямого звука от крупногабаритных источников простой и сложной форм по оригинальной методике, в которой используется метод прослеживания лучей. Такая методика позволяет эффективно проектировать мероприятия по защите от шума рабочих мест, находящихся в зоне прямого звука источников.
Расчет отраженной звуковой энергии в помещении производится с учетом характера отражения звука от ограждений и оборудования. При зеркальной модели расчет производится методом прослеживания звуковых лучей, а при диффузном отражении численным статистическим энергетическим методом [3]. Оба метода хорошо алгоритмизируются и дают возможность решать задачи в помещениях сложной формы.
При смешанной зеркально-диффузной модели отражения, характерной для большинства поверхностей ограждений помещений и оборудования, расчет производится комбинированным методом [4].
Рис. 1. Уровни звукового давления
Результаты расчетов могут быть получены в любой удобной для пользователя форме в виде файлов, графиков, таблиц, в форме шумового поля с изодецибелами или закраской, а также в виде пространственного изображения. Возможно получение уровней звукового давления в любой точке объема помещения (рис. 1). Следует отметить также возможность получения результатов отдельно для прямого и отраженного звука.
Разработанная программа, реализующая комбинированный метод расчета, позволяет производить оценку шумового режима в помещениях простой и сложной форм с учетом конкретных звукопоглощающих характеристик поверхностей помещений и оборудования, а также влияния крупногабаритного оборудования на распределение звуковой энергии в объеме исследуемого помещения.
Второй блок программы позволяет производить расчет шума на территории застройки от зданий как от источников шума, а также от других источников, излучающих звуковую энергию в открытое пространство (газовоздушные тракты, трансформаторные подстанции, выбросы пара в атмосферу и др.). Программа позволяет проектировать мероприятия по
Научно-технический и производственный журнал
Town planning and architecture
Рис. 2. Расчет зашумленности
защите территории от шума в виде планировочных и конструктивных решений, в частности за счет использования акустических экранов. В данном блоке программы заложена также возможность расчета уровней шума от автомобильных дорог.
Основным параметром, необходимым для оценки шумового режима городской застройки с шумными производственными объектами, является информация об излучаемой звуковой энергии зданиями в открытое пространство через окна и другие элементы ограждений с низкой звукоизоляцией. Для получения сведений об излучаемой звуковой энергии наружными поверхностями ограждений зданий в программе реализована возможность ввода геометрических параметров фасадов зданий с размещением на их плоскости окон, дверей или открытых проемов. Для каждого элемента ограждающей конструкции имеется возможность ввода и изменения величины звукоизоляции, что позволяет регулировать уровни излучаемой на прилегающую территорию звуковой энергии.
К другим исходным данным, необходимым для проведения во втором блоке расчетов, относятся: планировочное ре-
шение комплекса здании, входящих в состав производственного объекта, с информацией об уровнях излучаемого ими шума; данные о размещении других источников шума на территории объекта с указанием характеристик излучаемой звуковой энергии; планировочное решение прилегающей территории; информация о наличии факторов (природных или искусственных), влияющих на распространение шума в открытом пространстве, а также нормативные требования, предъявляемые к уровням звукового давления на территориях. При наличии автомагистралей на территории застройки дается также информация о геометрических параметрах автомобильных дорог, составе и характеристиках транспортного потока.
Ввод планировочных параметров и элементов застройки, к которым относятся здания, сооружения, автомобильные дороги и зеленые насаждения, в программе осуществляется с помощью встроенного графического модуля. В программе также имеется возможность использовать цифровые модели планировочной ситуации, выполненные в среде AutoCAD.
При вводе информации о планировочной структуре территории и размещении в ее пределах источников шума программа создает трехмерную цифровую модель местности в виде базы данных с координатами и параметрами каждого элемента застройки и источника шума. При необходимости информационные базы могут редактироваться как в среде программы, так и при непосредственной работе с текстовым файлом. Наличие цифровой модели позволяет в короткие сроки произвести оценку шумового режима территории и разработать эффективные меры по снижению шума.
Расчет уровней прямого звука на территории, прилегающей к производственному объекту, как от объемных, плоских, линейных и точечных источников в программе производится по соответствующим методикам. Например, для плоских и линейных источников используются методы, изложенные в [5, 6]. При наличии на территории объекта устьев крупногабаритных газовоздушных трактов, излучающих шум, данные акустической мощности излучения принимаются согласно расчету распределения звуковой энергии внутри канала, выполняемому в первом блоке программы с использованием методов расчета, изложенных в [7, 8, 9]. Расчет зашумленности от автомобильных дорог в программе выполняется по стандартным методикам. Пример представления результатов расчетов дан на рис. 2.
В заключение следует подчеркнуть, что компьютерное моделирование позволяет производить надежную, достоверную оценку распространения звуковой энергии внутри производственных зданий с крупногабаритным излучающим шум оборудованием и на прилегающих к ним городских территориях. Его использование дает возможность оценивать с достаточной точностью эффективность защитных мер и производить выбор оптимальных с точки зрения акустики и экономики вариантов при минимальных затратах времени на расчеты и проектирование.
8'2014
27
Градостроительство и архитектура
Ц M .1
Научно-технический и производственный журнал
Список литературы
1. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2012613166. Расчет шумового поля в производственных помещениях энергетических объектов с крупногабаритным оборудованием / А.И. Антонов, Е.О. Соломатин. Заявка № 2012610818. Дата по-ступл. 08.02.2012. Зарег. 03.04.2012.
2. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2012613167. Оценка шумового режима на территориях, прилегающих к энергетическим предприятиям / А.И. Антонов, Е.О. Соломатин. Заявка № 2012610819. Дата поступл. 08.02.2012. Зарег. 03.04.2012.
3. Соломатин Е.О., Антонов А.И., Леденев В.И., Гусев В.П. Метод оценки шумового режима в производственных помещениях энергетических объектов // Academia. Архитектура и строительство. 2009. № 5. С. 250-252.
4. Антонов А.И., Леденев В.И., Соломатин Е.О. Комбинированный метод расчета шумового режима в производственных зданиях теплоэлектроцентралей // Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Строительство и архитектура. 2011. № 2. С. 16-24.
5. Антонов А.И., Леденев В.И., Соломатин Е.О., Гусев В.П. Методы расчета уровней прямого звука, излучаемого плоскими источниками шума в городской застройке // Жилищное строительство. 2013. № 6. С. 13-15.
6. Антонов А.И., Леденев В.И., Соломатин Е.О. Расчеты уровней прямого звука от линейных источников шума, располагающихся на промышленных предприятиях и в городской застройке // Вестник Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Серия: Строительство и архитектура. 2013. № 31-1 (50). С. 329-335.
7. Гусев В.П., Леденев В.И., Солодова М.А., Соломатин Е.О. Комбинированный метод расчета уровней шума в крупногабаритных газовоздушных каналах // Вестник МГСУ. 2011. Т. 1. № 3. С. 33-38.
8. Гусев В.П., Жоголева О.А., Леденев В.И., Соломатин Е.О. Метод оценки распространения шума по воздушным каналам систем отопления, вентиляции и кондиционирования // Жилищное строительство. 2012. № 6. С. 52-54.
9. Леденев В.И., Матвеева И.В., Крышов С.И. Инженерная оценка распространения шума в тоннелях и коридорах // Известия Юго-Западного государственного университета. 2011. № 5-2. С. 393-396.
References
1. Certificate of state registration of computer program №
2012613166. Raschet shumovogo polya vproizvodstvennykh pomeshcheniyakh energeticheskikh ob»ektov s krupnogabaritnym oborudovaniem [Calculation of the noise field in the premises of energy facilities with large equipment]. Antonov A.I., Solomatin E.O. Application № 2012610818; date receipts. 08.02.2012; regist. 03.04.2012. (In Russian).
2. Certificate of state registration of computer program №
2012613167. Otsenka shumovogo rezhima na territoriyakh, prilegayushchikh k energeticheskim predpriyatiyam [Evaluation mode noise in the areas adjacent to the energy enterprises]. Antonov A.I., Solomatin E.O. Application № 2012610819; date receipts. 08.02.2012; regist. 03.04.2012. (In Russian).
3. Solomatin E.O., Antonov A.I., Ledenev V.I., Gusev V.P. Method of estimation noise mode in industrial premises of energy facilities. Academia. Arkhitektura i stroitel'stvo. 2009. No. 5, pp. 250-252. (In Russian).
4. Antonov A.I., Ledenev V.I., Solomatin E.O. Combined method of calculation mode noise in industrial buildings cogeneration plants. Nauchnyi vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo arkhitekturno-stroitel'nogo universiteta. Stroitel'stvo i arkhitektura. 2011. No. 2, pp. 16-24. (In Russian).
5. Antonov A.I., Ledenev V.I., Solomatin E.O., Gusev V.P. Methods for calculating the level of the direct sound emitted by planar noise sources in the urban environment. Zhilishchnoe stroitel'stvo. 2013. No. 6, pp. 13-15. (In Russian).
6. Antonov A.I., Ledenev V.I., Solomatin E.O. The calculation of the direct sound from the linear noise sources which are located at industrial enterprises and urban environment. Vestnik Volgogradskogo gosudarstvennogo arkhitekturno-stroitel'nogo universiteta. Seriya: Stroitel'stvo i arkhitektura. 2013. No. 31-1 (50), pp. 329-335. (In Russian).
7. Gusev V.P., Ledenev V.I., Solodova M.A., Solomatin E.O. Combined method calculating the noise levels in large gasair channels. Vestnik MGSU. 2011. Vol. 1. No. 3, pp. 33-38. (In Russian).
8. Gusev V.P., Zhogoleva O.A., Ledenev V.I., Solomatin E.O. Method of estimation of noise propagation through the air passage of heating, ventilation and air-conditioning. Zhilishchnoe stroitel'stvo. 2012. No. 6, pp. 52-54. (In Russian).
9. Ledenev V.I., Matveeva I.V., Kryshov S.I. Engineering evaluation of noise propagation in tunnels and corridors. Izvestiya Yugo-Zapadnogo gosudarstvennogo universiteta. 2011. No. 5-2, pp. 393-396. (In Russian).
ПЛППМЛ1/А и О О Л с \¿ Т о п IJIJIJ 1.П О С О ГI 11.П \i/\/nu л п л
ПОДПИСКА n п о и с n i г и n n ó fu о с г Ñ И fu ЖУРНАЛА
http://ejournal.rifsm.ru/
