合肥工業(yè)大學校園聲環(huán)境評價及相關研究

葛朝軍

摘 要：使用聲環(huán)境質(zhì)量標準GB3096-2008中的普查監(jiān)測法對合肥工業(yè)大學的校園聲環(huán)境現(xiàn)狀進行了測量和評價。確定了導致工大聲環(huán)境污染的主要原因是交通噪聲對校園內(nèi)部的滲透以及校園內(nèi)人口密度較大所致，由此給出了一些有助于改善校園聲環(huán)境的措施和建議。提出了一種校園聲環(huán)境現(xiàn)狀評價新方法：先把校園根據(jù)一定原則分為若干個具有不同重要程度的功能區(qū)，再應用最優(yōu)化理論確定各功能區(qū)的加權平均系數(shù)，對它們加權平均后求得整個校園的評價值。

關鍵詞：校園噪聲測量；校園噪聲評價；校園噪聲控制

1 噪聲的測量

1.1 測量標準和測點的選擇

測量標準為聲環(huán)境質(zhì)量標準GB3096-2008，根據(jù)其中的普查監(jiān)測法，作者將工大南校區(qū)劃分為100個等大網(wǎng)格，每個網(wǎng)格相當于一塊面積為90米×90米的土地，此100個網(wǎng)格完全覆蓋了普查區(qū)域（見圖1）。每一網(wǎng)格中都有一個噪聲測量點，對每一測點，作者分別進行了晝（8：00～12：00，14：30～5：30）、夜（22：00～1：00）監(jiān)測，每個測點每次測量時間為10分鐘，在無雨雪，無雷電，并且風速在5m/s以下時的天氣條件下進行。每一網(wǎng)格的噪聲測量點位位于其中心點，所得監(jiān)測結果代表了此網(wǎng)格覆蓋面積內(nèi)的聲環(huán)境水平。測點處應滿足的條件為參考文獻[5]中所謂的“一般戶外條件”：距離任何反射物（地面除外）至少3.5m外測量，距地面高度1.2m以上。測量日期為2009年10月16日至2009年10月26日，扣除兩個周末，實際測量了7天。

1.2 測量儀器

測量儀器采用杭州愛華儀器有限公司生產(chǎn)的AWA6218B型噪聲統(tǒng)計分析儀，此儀器符合參考文獻[5]中對測量儀器的相關要求。

1.3 測量結果

在此次測量活動中，每個測點均測量10種噪聲評價量，全部測點晝夜共測得2000個噪聲數(shù)據(jù)。10種噪聲評價量分別為：測量時間內(nèi)最小A聲級Lmin，最大A聲級Lmax，噪聲暴露級LAE，標準偏差SD，累計百分數(shù)聲級L95、L90、L50、L10、L5，以及連續(xù)等效A聲級Leq。因測量所得數(shù)據(jù)較多，礙于篇幅，原始數(shù)據(jù)恕不列出。圖2中的全部測點晝、夜Leq數(shù)值范圍分布圖分別顯示了全部網(wǎng)格的晝、夜Leq經(jīng)MATLAB軟件匯總處理后畫出的Leq值分布區(qū)間和每個區(qū)間的網(wǎng)格個數(shù)。

圖1 校園噪聲相關測點示意圖

2 以參考文獻[5]為依據(jù)的校園聲環(huán)境質(zhì)量評價

2.1 校園聲環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀綜述

工大南校區(qū)的聲環(huán)境功能區(qū)類型屬于參考文獻[5]中定義的1類聲環(huán)境功能區(qū)。參考文獻[5]以Leq為衡量聲環(huán)境水平的評價量，并且規(guī)定1類區(qū)的晝間Leq標準值為55dB（A），夜間為45dB（A）。當一個測點的晝、夜Leq小于等于一類區(qū)標準值時，就說此測點噪聲值是達標的，否則就說此測點噪聲值超標了。圖1中標出了所有測點位置，標有“*”的位置是夜間噪聲超標點位，同時標有“*”和“·”的位置是晝夜噪聲都超標的點位，標有“#”的位置是噪聲達標點位。由圖1可看出：工大南校區(qū)夜間噪聲超標面積占全部校園面積的76.7%，而晝間和全天的噪聲超標面積均占全部校園面積的14.6%。

如果按參考文獻[5]規(guī)定的評價方法：“將全部網(wǎng)格中心測點測得的10min的Leq做算術平均運算，所得到的平均值代表某一聲環(huán)境功能區(qū)的總體環(huán)境噪聲水平”來評價工大南校區(qū)的總體環(huán)境噪聲水平，經(jīng)過計算得晝間校園平均值為51.8dB（A），夜間為48.0dB（A），因此可對工大南校區(qū)總體環(huán)境噪聲水平作出這樣的評價：晝間總體環(huán)境噪聲水平是達標的，而夜間總體環(huán)境噪聲水平是超標的。

2.2 工大南校區(qū)噪聲源特點和超標原因分析

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，導致工大南校區(qū)噪聲測量值超標的聲源主要有：學校四周交通干道上以及校內(nèi)道路上行駛的車輛產(chǎn)生的交通噪聲；宿舍區(qū)密集的話語、運動場上球類的撞擊產(chǎn)生的社會生活噪聲以及一些實驗室發(fā)出的設備噪聲。圖3列出了交通噪聲、社會生活噪聲和設備噪聲分別在所有測點主要聲源類型中的所占比例。從圖3可看出：晝間和夜間主要聲源為交通噪聲的測點數(shù)量分別占全部測點的40%和44%（這是因為南校區(qū)被四條交通干道所環(huán)繞所致），再加上交通噪聲具有強度大、持續(xù)時間長的特點，因此可以說交通噪聲對南校區(qū)的影響是導致一些噪聲測量點位超標的最重要原因。導致超標的另一主要原因是因為南校區(qū)內(nèi)人口密度過大，所以語言類噪聲問題比較突出。

從2.1節(jié)可知南校區(qū)夜間總體環(huán)境噪聲水平是超標的。作者經(jīng)過研究后發(fā)現(xiàn)，這跟南校區(qū)夜晚聲環(huán)境特點有關：首先，在晚上由于風速梯度和溫度梯度的變化使得白天的聲影區(qū)消失，從而使得校園四周外的交通噪聲向校園內(nèi)的傳播和校園內(nèi)的交通噪聲在校園內(nèi)的傳播比起白天來傳播的更遠，強度也更大。這使得更多的測點受到了校園內(nèi)外交通噪聲的影響。同樣的道理也使一些測點在夜晚受到了原本在白天傳播不到此測點位置的設備噪聲的影響（聲源比例變化情況見圖3）。其次，由于白天大部分學生都在教室里上課或自習，所以由同學們產(chǎn)生的語言類噪聲較少。但到了夜間，因為同學們在校園里的活動比白天增加的原因，語言類噪聲大幅提高，于是以語言類噪聲為主要聲源的測點噪聲值因此而提高。以上兩點導致了校園內(nèi)大部分夜間測量點位的測量值都是超標的，從而致使了夜間總體環(huán)境噪聲水平超標。

2.3 對減少工大南校區(qū)聲環(huán)境污染的建議

對于交通噪聲，首先可從規(guī)劃入手，考慮把南校區(qū)搬遷到新校區(qū)，可從根本上解決交通噪聲對校園的影響。或合理規(guī)劃設計校園布局，對聲環(huán)境質(zhì)量要求較高的研究所、教學樓等建筑物應盡量遠離交通干線；其次，政府可在南校區(qū)四周的交通干道上設置禁止機動車鳴笛的告示牌；學校也應對出入校園的機動車輛加強管理，限速禁鳴；最后，可在學校四周邊界上受交通噪聲影響嚴重，并且敏感度又較高的地方（如主教學樓前北門兩側各200米范圍內(nèi)）設立聲屏障。對生活噪聲的控制可以從以下幾個方面入手：（1）校方應通過擴大學生宿舍區(qū)或把部分學院進行搬遷等措施來降低南校區(qū)的學生在校園單位面積上的人口密度。（2）校方還應對學生加強關于自覺維護公共場所聲環(huán)境方面的教育，并在校園內(nèi)重要區(qū)域樹立禁止大聲喧嘩的告示牌。對于設備噪聲，可采用環(huán)境噪聲控制工程中常用的吸聲、隔聲、消聲技術根據(jù)不同情況予以解決。

3 對參考文獻[5]評價方法的思考和改進

參考文獻[5]是一種通用性的噪聲質(zhì)量評價標準，所以它對特定環(huán)境的評價有時不盡合理。假設一個區(qū)域只有2個測點：籃球場和教學樓。如果我們在籃球場測得的值為40.0dB（A），而在教學樓旁測得值為60dB（A），它倆算術平均值為50dB（A），則對此區(qū)域的聲環(huán)境評價結論為不超標，顯然這個評價不太合理，因為它只是對測點進行算術平均，沒有體現(xiàn)出不同區(qū)域的不同重要程度。為了能在評價中反映出不同區(qū)域的不同重要程度，作者認為應把整個區(qū)域按照一定原則劃分為若干個小區(qū)域，再根據(jù)它們的不同重要程度確定相應的加權系數(shù)。然后再把每個小區(qū)域的算術平均值和它的權系數(shù)相乘后得到的值加在一起，所得值作為整個大區(qū)域的評價量。

3.1 區(qū)域劃分

因為校園內(nèi)不同區(qū)域的使用功能有所不同，為了能更好地評價校園聲環(huán)境現(xiàn)狀，作者把工大南校區(qū)劃分為五個功能區(qū)。五個區(qū)域分別是：（1）教學區(qū)，范圍為圖一中從上到下數(shù)第1行的全部網(wǎng)格；第2行的第4、5、6、7個網(wǎng)格所包含的區(qū)域；第6行的第4個網(wǎng)格。（2）科研辦公區(qū)，范圍為圖一中從上到下數(shù)第2、3、4、5行的第1、2、3個網(wǎng)格；第2行第8、9個網(wǎng)格；第6行的第1、2、5、6、7個網(wǎng)格；第7行的第6、9個網(wǎng)格；第8行第6個網(wǎng)格；第9行第10個網(wǎng)格；第10行第7個網(wǎng)格所包含的區(qū)域。（3）教職工住宅區(qū)，范圍為從上到下數(shù)第4、5、6、7、8行第10個網(wǎng)格；第7、8、9、10行第1、2、3、4、5個網(wǎng)格；第11行的第1、2、7、8、9個網(wǎng)格所包含的區(qū)域。（4）學生宿舍區(qū)，范圍為從上到下數(shù)第3、4、5行第7、8、9個網(wǎng)格所包含的區(qū)域。（5）輔助設施區(qū)，范圍為從上到下數(shù)第3、4、5行第4、5、6個網(wǎng)格；第6行第8、9個網(wǎng)格；第7行第7、8個網(wǎng)格；第8行第7、8、9個網(wǎng)格；第9行第6、7、8個網(wǎng)格；第10行第6、8個網(wǎng)格所包含的區(qū)域。筆者對這五個區(qū)域中各所包含的網(wǎng)格數(shù)據(jù)匯總后分別進行了算術平均處理，結果見表1。

表1 噪聲評價量區(qū)域算術平均值匯總表單位：dB（A）

3.2 各區(qū)域重要程度的確定

鄭文全在他的博士論文《大學的本質(zhì)》中認為：“大學應該具有的三項功能是知識傳播、知識創(chuàng)造與社會服務這三項。功能的核心實際上是知識的銷售，知識的傳播本質(zhì)上是知識銷售的一個環(huán)節(jié)；社會服務不過是知識銷售的另一種形式，為政府服務獲得的報酬是課題經(jīng)費或者撥款增加，為企業(yè)服務直接獲得的是現(xiàn)金；知識的創(chuàng)造不過是為了更好地銷售知識。”這就是說，大學的首要功能為教學，其次才是科研。作者把這一觀點作為了確定校園各區(qū)域重要程度的依據(jù)，以此確定了五個區(qū)域的重要程度從高到低依次為：教學區(qū)>科研辦公區(qū)>學生宿舍區(qū)>教職工住宅區(qū)>輔助設施區(qū)。

3.3 各區(qū)域加權系數(shù)的確定

作者采用了判斷矩陣法來確定校園中各區(qū)域的權系數(shù)。所謂判斷矩陣法是由區(qū)域重要程度的兩兩比較開始，構造出一個判斷矩陣A，再由判斷矩陣A計算出各區(qū)域的權系數(shù)的方法。其步驟為：對第i個區(qū)域和第j個區(qū)域的重要程度進行比較，當?shù)趇個區(qū)域和第j個區(qū)域同等重要時，aij=1；稍微重要時，aij=3；當明顯重要時，aij=5；非常重要時，aij=7；極端重要時，aij=9。并對任意給定的i，j而言，規(guī)定aij=1/aji，顯然aii=1。當用以上方法求出所有的aij后，就得到了判斷矩陣A。判斷矩陣A中的第i行代表了第i個區(qū)域相對于其他區(qū)域的重要程度，因此第i個區(qū)域在整個校園中的重要程度可以用A中的第i行元素的幾何平均值表示，記

將其規(guī)范化后得各區(qū)域權系數(shù)

設判斷矩陣A的第一行代表教學區(qū)（zone1），第二行代表科研辦公區(qū)（zone2），第三行代表學生宿舍區(qū)（zone3），第四行代表教職工住宅區(qū)（zone4），第五行代表輔助設施區(qū)（zone5）。構造判斷矩陣A

一般要求A中的元素要滿足傳遞性，即aij*ajl=ail。因此要用一致性檢驗指標CI對判斷矩陣A進行一致性檢驗，當CI≤0.1就可以認為A是令人滿意的。本判斷矩陣的一致性檢驗指標的公式為：CI=（λmax-5）/4；（λmax是A的最大特征值），經(jīng)計算得CI=0.055，因此此判斷矩陣A是令人滿意的。

按上述求ai和wi的公式經(jīng)計算后得到各區(qū)域的a值和w值，見表2。

表2 加權平均法校園聲環(huán)境水平評價量計算表

3.4 加權平均法評價結果

把各功能區(qū)的Leq算術平均值和權系數(shù)wi相乘后得到的值再加在一起，就得到了考慮到各功能區(qū)不同重要程度的校園聲環(huán)境評價值，數(shù)值計算結果見表2。由表2可見，反映晝、夜校園總體聲環(huán)境水平的Leq值分別為52.7dB（A）和49.4dB（A），因此南校區(qū)晝間總體環(huán)境噪聲水平是達標的，而夜間總體環(huán)境噪聲水平是超標的。

3.5 結束語

由2.1節(jié)和3.4節(jié)可看出，用加權平均法求得的反映晝、夜校園總體聲環(huán)境水平的Leq值比根據(jù)參考文獻[5]計算得到的晝夜值分別高出了0.9dB（A）和1.4dB（A），這是因為最重要的兩個功能區(qū)（教學區(qū)和科研辦公區(qū)）的聲環(huán)境水平比較差，所以帶動了校園總Leq值的增加。就此可見，用改進的加權平均法來評價校園總體聲環(huán)境水平比用參考文獻[5]中規(guī)定的簡單的算術平均法更加合理。

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