CC BY
45
МЕТОД ВЫЯВЛЕНИЯ ДОМОВ, НАХОДЯЩИХСЯ В ЗОНЕ СВЕРХНОРМАТИВНОГО ДЕЙСТВИЯ ТРАНСПОРТНОГО ШУМА В УСЛОВИЯХ ГОРОДА МОСКВЫ
METHODOLOGY OF DETECTING BUILDINGS LOCATED WITHIN THE AREAS OF SUPERNORMAL TRAFFIC NOISE POLLUTION IN MOSCOW CITY
H.K. Кирюшина, В.Н.Степанов N.K. Kirushina, V.N. Stepanov
«НИиПИ Генплана Москвы», ОАО «Мосинжпроект»
В статье рассматривается способ и метод определения домов с превышением нормативных уровней звука от транспортных потоков в Москве. Указанные дома включаются в перечень, для которых необходимы мероприятия по снижению шума.
This article covers the way of detecting buildings subject to traffic noise pollution exceeding normal. This method had been developed for registering all dwelling houses liable to special measures aimed at reducing the noise pollution.
B настоящее время проблема снижения уровня шумового загрязнения Москвы остается актуальной, несмотря на многолетние усилия специалистов различных отраслей, занимающихся решением указанной проблемы, и руководства города. Наблюдается даже увеличение масштаба этой проблемы, несмотря на снижение шумовых характеристик подвижного состава городского транспорта, технологического и вентиляционного оборудования объектов производственного, топливно-энергетического и коммунального назначения. Это связано, прежде всего, с существенным увеличением числа автомобилей и, как следствие, увеличения плотности улично-дорожной сети с интенсивностью движения более 500 автомобилей в час. Таким образом, источниками шума, по отношению к прилегающей застройке, стали являться прежде «тихие» городские улицы. Кроме того, увеличилась плотность жилой застройки вдоль улиц и проездов.
За последние 10-15 лет в городе, в соответствие с действующим градостроительным, природоохранным и санитарно-гигиеническим законодательством, при новом строительстве или реконструкции транспортных магистралей, а так же для новой жилой застройке, предусматриваются и реализуется мероприятия по обеспечению нормативных уровней звука в жилых помещениях квартир, за счет средств направленных на строительство упомянутых объектов.
Вместе с тем остается значительная часть жителей, для которых вопрос обеспечения комфортных акустических условий остается нерешенным. Это та часть сложившейся застройки, которая не охвачена на рассматриваемый срок проектами нового строительства и реконструкции либо самой застройки, либо прилегающих магистралей. Для нее должны разрабатываться целевые программы по защите от шума, которые в частности могут быть интегрированы с программами капитального ремонта зда-
ВЕСТНИК 3/2011
ний. В любом случае вопрос финансирования этих программ требует дополнительного рассмотрения и обоснования. Прежде всего, должен быть установлен перечень жилых домов, расположенных в зоне превышения нормативных уровней звука. С этой целью в соответствие с Концепцией снижения шума и вибрации в городе Москве по заданию Москомархитектуры в 2010-2012 институтом Генерального плана Москвы выполняется работа по составлению указанного перечня. В составе перечня предусмотрено определение превышения нормативных уровней звука для каждого из домов, включаемых в его состав. Предусматривается выделение домов с превышением допустимых уровней на 15-20 дБА в качестве первоочередных. На основании разработанного перечня будут установлены затраты, которые должны быть выделены из городского бюджета на реализацию мероприятий по обеспечению нормативных уровней шума и определены сроки в соответствии с которыми, предлагаемые мероприятия смогут быть реализованы. Так как, в настоящее время в городе отсутствует карта шумового загрязнения, дифференцированная по величине превышения нормативных уровней от совокупного влияния основных источников шума, то для выполнения указанной работы была разработана специальная модель
Разработка специализированного программного обеспечения для решения поставленной задачи обусловлено в первую очередь масштабностью проблемы, т.к. акустическая задача решается в целом для крупного мегаполиса. Использование стандартных программных средств, ориентированных для решения локальных акустических задач связанных с реконструкцией и новым строительством элементов городской транспортной сети и жилых микрорайонов, для решения поставленной задачи оказалось не эффективно из-за особенностей построения счетных алгоритмов.
Основной проблемой, которую предстояло решить при создании математической модели, являлся большой объем информации связанной с городской застройкой. Для хранения данной информации была создана база данных, в которую занесена информация по улично-дорожной сети города и застройки. Вся информация о геометрии городской среды формируется и хранится в векторном виде. Для графического отображения геометрии модели и результатов расчетов использовалась среда MapInfo.
Акустическая модель включает в себя базу данных, в которой хранится информация по геометрии городской среды, расположению и характеристикам источников шума, результатам расчетов шума на фасадах жилых многоэтажных зданий, а также расчетные и вспомогательные программные модули.
В качестве источников данных при формировании базы использовалась электронная карта Москвы масштаба 1:10000, результаты моделирования транспортных потоков и данные из других источников.
База данных создана в среде Microsoft Access и представляет набор таблиц и программных модулей, необходимых для импорта-экспорта информации в графическую оболочку MapInfo и созданию отчетных материалов.
В таблицы базы занесена информация по 203155 зданиям, включая координаты фасадов, адрес, этажность, тип здания (жилое/не жилое) и его расположение относительно административного деления города. Кроме того, в базу внесена информация по существующей улично-дорожной сети, которая представлена 11776 записями с названиями улиц и их плановыми координатами.
Для оценки интенсивностей шума от улично-дорожной сети города использовались результаты моделирования транспортных потоков, выполненные НПО 5 института Генерального плана города Москвы с использованием программного комплекса ЕММЕ.
Топология транспортной модели представлена нерегулярной косоугольной сеткой, узлы которой расположены на пересечении улично-дорожной сети города, а грани проходят вдоль городских улиц. Узлам сетки присвоены уникальные номера, а грани заданы путем установки связи между двумя узлами. Положение узлов определяется сменой направления движения транспорта (перекрестки) и плановой конфигурацией городских улиц.
Геометрия сетки транспортной модели и результаты модельных расчетов, в виде интенсивностей движения автомобильного транспорта в приведенных единицах и времени прохождения транспорта между узлами были импортированы в созданную базу данных для дальнейших расчетов.
Большой объем обрабатываемой информации привел к необходимости проведению корпускуляции решаемой задачи, а именно разделение общей задачи на ряд мелких, промежуточных или локальных, последовательное решение которых должно привести к получению уровней шума на фасадах многоэтажных жилых зданий, т.е. к решению поставленной проблеме.
К таким промежуточным задачам, решаемым на подготовительном этапе создания акустической модели относятся:
• конвертация транспортной модели ЭММИ и результатов расчетов на ней в созданную базу данных;
• определение положения граней транспортной модели относительно городской дорожной сети (адресная привязка граней модели к названиям улиц);
• расчеты по определению транспортной нагрузки в натуральных единицах, скоростей для каждой грани транспортной модели;
• определение интенсивности шума и зоны дискомфорта от каждого участка расчетной сети;
• определение положения домов относительно административных границ города.
Заполненная база данных сведениями о геометрии городской среды и источниках транспортного шума позволяет построитель акустическую модель, и провести расчеты по определению уровней шума по фасадам многоэтажных жилых зданий.
Решение поставленной задачи так же осуществлялась путем последовательного решения нескольких локальных задач, в число которых входят:
• вычисление координат расчетных точек расположенных вдоль фасадов жилых многоэтажных зданий ;
• выполнение расчетов уровня шума по фасадам зданий;
• формирование протоколов с результатами расчетов.
Решение локальных задач по построению модели и собственно акустические расчеты по определению уровней шума осуществляется с использования программных модулей среды MS Access и внешних, по отношению к базе, программных модулей, написанные в среде MS Visual Studio 2008.
Таким образом, строение акустической модели представляется в виде блок-схемы представленной на рисунке 1.
Применение базы данных для хранения информации о геометрии среды, а так же источников шума, позволило задействовать аппаратные средства поиска и формирования выборок с данными при построении алгоритмов решения поставленной задачи за разумное время счета при использование офисных персональных компьютеров.
ВЕСТНИК МГСУ
3/2011
Расчетная часть решения поставленной задачи включает в себя следующие действия, выполняемые программными модулями:
1. Расчет зоны влияния для источников шума и определение жилых многоэтажных зданий попадающих в зону влияния источника.
2. Формирование расчетных точек по фасадам жилых зданий;
3. Формирование локальных акустических задач для каждого здания и выполнения акустических расчетов.
Особенности построения алгоритмов при решении каждой из перечисленных выше задач рассмотрены далее.
Расчет зоны влияния от источников шума. Для каждого из источников, исходя из его шумовой характеристики, вычисляется величина радиуса влияния по следующим зависимостям:
(¿¿-50)
Яг = 7.5 • 10
15
(1)
где: ¿¿-акустическая характеристика источника. дБА.
В качестве уровня шума от источника, который может оказать значимое влияние на его формирование в пределах фасадов жилых домов в модели принято значение в 50 дБА. Указанное значение определилось следующими соображениями: При достижении уровня шума на фасадах зданий в 60 дБА (уровень после которого согласно СНиП 23-03-2003 «Защита от шума» необходимо проводить замену окон) вклад источника составит 0,4 дБА, что уже не существенно.
Площадь, в пределах которой возможны значимые превышения уровня шума над нормативами определяется через пару координат вершин прямоугольника
Х1 У1
Х2=Хтах+^\ Утах
иде: ХтпьУтПиХтах,У„шх - пространственные координаты линейного источника шума.
Вычислив координаты зоны влияния источника шума в виде прямоугольника, система формирует запрос к базе на поиск жилых многоэтажных домов расположенных внутри зоны. При обнаружении указанных домов, их идентификационные номера (ГО), а также идентификационные номера источников шума заносятся в специальную таблицу связей домов-источников, которая в дальнейшем будет являться основой для формирования счетных задач.
Формирование расчетных точек по фасадам зданий. Для каждого жилого многоэтажного дома, расположенного в пределах зон влияния от источников шума форми-
руется массив расчетных точек. Список домов расположенных в зонах влияния программа получает из таблицы связей домов-источников, формирование которой было выполнено на предыдущем шаге. Расчетные точки располагаются на расстоянии 2 мот фасада с шагом в 15 м. Координаты расчетных точек, их ID и привязка к дому, вокруг которого они формировались, сохраняется в базовой таблице расчетных точек.
Собственно расчеты шума по фасадам многоэтажных жилых зданий осуществляется на локальных акустических задачах. Построение локальной задачи осуществляется последовательно для каждого дома, который располагается в зоне влияния от источников шума. Информация о таких домах извлекается из сформированной ранее таблицы связей дома-источники. Используя данные из этой таблицы, к базе данных формируется ряд запросов по получению следующих данных:
-массива расчетных точек расположенных вдоль фасада расчетного дома;
-массива с координатами и акустическими характеристиками источников шума, в зоне влияния которых расположен расчетный дом;
-массива с геометрией городского пространства, окружающей расчетный дом.
Запрос для выборки массива с геометрией городского пространства формируется через координаты вершин прямоугольника описанного вокруг источников шума и расчетных точек вдоль фасада дома.
Расчет уровня шума первоначально осуществляется при высоте расчетной точки равной высоте здания. При отсутствии участков прямой видимости источников шума на данной высоте, полагается, что уровень шума в данной точке равен фону и из дальнейших расчетов данная точка исключается.
При наличии участков прямой видимости для данной точки выполняется расчет уровня шума с изменением высоты расчетной точки с шагом в 3 м (средняя высота этажа). При его превышении установленных санитарных норм (55 дБА), результаты расчетов, включая вклады от каждого из источника, записываются в базу данных.
Полученные результаты расчета представляются в виде табличных данных с разбивкой по величине превышения уровня шума, административной принадлежности дома, при необходимости выводится данные в формате MapInfo с координатами расчетных точек и уровнями шума на заданной высоте.
В предлагаемой модели реализуются закономерности распространения шума в жилой застройке. При этом, принимая во внимание масштаб решения задачи 1:10000 возможно потребуется дополнительное уточнения полученных расчетных показателей с помощью более детальных расчетов. Кроме того, предусматривается проведение натурных измерений подтверждающих результаты выполненных расчетов с последующей корректировкой рассмотренной модели.
Полученные в результате проведенных измерений данные послужат для дальнейшей верификации модели и в последующем для принятия решений о шумозащитных мероприятиях.
Решение поставленной задачи дает возможность в ограниченные сроки представить данные в правительство Москвы для решения вопросов выделения средств на защиту жилой застройки от шума основных городских источников и определить сроки решения проблемы.
Ключевые слова: транспортный шум, акустическая модель, превышение уровня шума источники шума
Keywords: traffic noise pollution, acoustic model, supernormal noise levels, noise source
e-mail авторов: [email protected],[email protected]
Рецензент Картышев Олег Алексеевич, кандидат технических наук, Директор авиационного
экологического центра ГосНИИГА
