機場周邊既有住宅建筑降噪隔聲改造設計及應用研究

陸 玨，陳 洋，謝 薿

（上海市房地產科學研究院，上海 200031）

交通噪聲污染在國內許多大城市都是困擾居民安靜生活的主要原因之一，2016年全國322個地級及以上城市4a類功能區（即：交通干線兩側區域）夜間達標率最低，僅為50.5%，機場航空噪聲是主要因素之一[1]。我國航空事業近年快速發展，飛機起降架次數逐年增長，同時機場大規模擴建，與城市的距離也越來越近，導致越來越多的居民受到飛機噪聲污染的困擾。

飛機噪聲和一般交通干線兩側的噪聲不同，飛機噪聲來自空中，地面地形、遮擋物等對其衰減效果不夠明顯[2]。降低飛機噪聲對居民日常生活影響的方式可以敏感建筑物的被動防護措施為主，通過降低既有住宅建筑室內噪聲，保障居民日常生活。

然而，在既有住宅建筑隔聲改造方面可供借鑒的研究成果較少，且缺乏實際案例，部分技術推廣項目缺乏長效后評估，對實踐的指導性不強。另外既有住宅建筑隔聲改造難度大，協調居民的工作難做，建設周期長，改造費用高。因此針對機場航空噪聲的特點，如何選擇經濟合理的適用技術有效改善建筑室內聲環境，亟待進一步深入研究。

1 機場周邊既有住宅及聲環境特征分析

1.1 機場周邊需重點改造的既有住宅分析

我國境內民用航空（頒證）機場共有218個（不含港澳臺地區），其中定期航班通航機場216個，定期航班通航城市214個[3]。機場數量的增加、規模的擴大給噪聲污染防治工作帶來巨大壓力。根據《民用航空運輸機場選址規定》（CCAR-170CA）[4]，民用機場選址時需考慮與城市的距離。然而一方面，隨著城市中心城區的不斷擴大，居民的生活圈不斷向機場靠近；另一方面，旅客吞吐量的增加，航班量的與日俱增，加上未來飛機向大型化發展，很多現有跑道已滿足不了需求，機場在新建跑道的同時還須考慮大型機的要求，因此運行參數的改變造成了新增噪聲污染，導致以前達標的聲環境變成超標區。

近年在機場周邊新建的房屋，在設計之初就已注意當下噪聲對既有住宅的影響；而對于早年建造的房屋，由于在設計之初未考慮飛機噪聲的影響，隔聲降噪措施不足，室內聲環境通常不能達到規范要求，是降噪隔聲改造的重點對象。此類住宅多建于上世紀80年代至90年代，以磚混結構的多層住宅為主，經年累月的使用導致這些建筑日益呈現結構老舊、能耗狀況不佳、隔聲效果差等問題。在已摒棄大規模拆除重建的改造方式的今天，為這些老舊住宅找到一種適宜的改造途徑以期實現對其的再利用具有重要的意義。

1.2 機場周邊聲環境特征分析

飛機噪聲主要指飛機在起飛、降落、滑行和發動機試車時產生的各種噪聲源的聲輻射總和，屬于交通噪聲的范疇，主要噪聲源為航空器。綜合來說，機場航空噪聲的特點包括：聲壓級高、低頻（＜250 Hz）、噪聲大、影響范圍廣、噪聲影響具有時空的間斷性、累加性、噪聲源非穩態運動等[5]。飛機噪聲時間上是間歇的，一般持續20 s～50 s。以上海虹橋機場的航空噪聲為例，飛機起降頻次約3 min～5 min，即機場周遍地區每隔3 min～5 min的安靜中會出現一次20 s～50 s的飛機噪聲。且盡管一架航空器的噪聲影響轉瞬即逝或持續時間并不長，但繁忙機場的多架次航空器同時或不間斷或小間隔的運行，均會造成噪聲影響的累積或疊加。

可見，機場航空噪聲與一般環境噪聲不同，它包含著逐次突發的高聲級事件，期間又被非常安靜的狀態所隔開。由于人們對安靜環境中出現的短時間持續噪聲非常不舒適，因此，飛機噪聲比持續的交通噪聲更令人煩惱。飛機在飛過時產生的噪聲和一般環境噪聲也不同，飛機噪聲來自空中，地面地形、遮擋物等不能衰減飛機產生的噪聲。同時，飛機噪聲與飛機類型、飛航距離有關，起飛與降落時的噪聲值相差很大。

由于飛機噪聲的特殊性，它與一般交通噪聲的測量方式和標準不同。一般交通噪聲采用的是晝夜連續等效A聲級，即Leq；而機場周圍受飛機噪聲影響區域的噪聲測量標準是根據GB-9660-1988《機場周圍飛機噪聲環境標準》[6]采用一晝夜24 h的計權等效連續感覺噪聲級作為評價量，即LWECPN。據該標準規定：一類區域（特殊住宅區、居住、文教區）LWECPN≤70 dB，二類區域（除一類區域以外的生活區）LWECPN≤75 dB。《機場周圍飛機噪聲測量方法》[7]GB-9661-1988給出計權等效連續感覺噪聲級LWECPN用A聲級近似表示的近似式（1）、式（2）和式（3）

本文選擇上海某機場附近噪聲敏感建筑布置測點，進行室外的噪聲監測。測點的位置見表1，測點布置于頂層朝南房間外，測量儀器為AWA6228+型多功能聲級計，測量前后用聲級校準器進行校準，噪聲小時頻譜及Ld、Ln監測結果如表2所示，頻譜圖如圖1所示。

表1 測試的既有住宅位置/m

圖1 室外噪聲監測測點頻譜圖

將該機場飛機架次數N1、N2、N3及機場周圍檢測儀器所測LAMAX、Td值代入式（1）、式（2）和式（3）中計算，算出LWECPN與環評結果基本一致。

據監測結果分析：

（1）機場附近既有住宅室外聲環境噪聲的頻譜規律基本相同，主要集中在中低頻段，125 kHz～1 kHz范圍內噪聲值大致相同，有緩慢減小趨勢，2 kHz以后噪聲值急劇減?。?/p>

（2）根據《民用建筑隔聲設計規范》（GB50118-2010）的規定，臥室允許噪聲級晝間應小于45 dB、夜間應小于37 dB，起居室（廳）內的噪聲級晝間、夜間均應小于45 dB，因此住宅建筑隔聲量應在29 dB至35 dB左右。

表2 噪聲小時頻譜（10:00－11:00）及Ld、Ln監測結果：L（eqdB）

2 隔聲改造方案設計

對既有住宅建筑進行降噪隔聲改造，應根據室外噪聲的頻譜特性、傳播特性和聲壓級大小、建筑本體隔聲性能、住宅建筑類型、走廊和陽臺的形式等確定噪聲控制目標和策略。改造設計時需重點考慮隔聲門窗改造、陽臺加固改造和小區環境綜合治理3個方面的設計。最后利用噪聲預測模型或軟件，預測按設計方案改造后的室內噪聲是否符合要求。本文以上海某機場周邊既有住宅降噪隔聲改造工程為例，介紹既有住宅降噪隔聲改造中門窗、陽臺、小區整體環境的設計。

2.1 工程概況

該工程擬改造房屋建造于1985至1993年間，總量約60幢，涉及約2 000戶，總建筑面積近14萬m2。房屋均為6層磚混結構建筑，平面布置為一梯四戶，有敞開式北走廊，窗戶為單層玻璃鋼窗，部分改成鋁合金窗，房門為夾板滿固門。據環評結果，改造前該工程室外噪聲晝間約為66 dB至75 dB，夜間約為58 dB至68 dB；據現場監測，室內噪聲晝間約32 dB至46 dB，夜間約為27 dB至45 dB。住宅室內噪聲不滿足限值要求，因此需要對住宅建筑進行隔聲降噪改造。

2.2 標準規范及隔聲量分析

各規范的室內允許噪聲級均采用A聲級作為評價量，且均以關窗狀態下晝間和夜間時段的噪聲級標準值作為評價依據?！睹裼媒ㄖ袈曉O計規范》（GB50118-2010）[6]規定普通住宅臥室晝間等效聲級≤45 dB(A)，夜間等效聲級≤37 dB(A)，起居室（廳）≤45dB(A)。結合待改造小區環評結果，室外晝間最高75 dB，夜間最高68 dB，因此隔聲量應在31 dB以上。

2.3 隔聲門窗設計

隔聲門窗選型設計需考慮外部聲源特點及不同房間使用功能對噪聲聲級要求的差異。改造應滿足隔聲量要求及《建筑外窗空氣隔聲性能分級及檢測方法》（GB/T8485-2008）[7]的規定。

目前的降噪隔聲工程通常在設計前，通過大量樣窗設計與測試進行隔聲構件選型，存在重復性和盲目性。本文通過試驗方法，研究了窗扇玻璃形式與規格、窗框型材、開啟方式與密封形式、雙層窗間距對單層隔聲窗和雙層隔聲窗隔聲性能的影響，從而系統分析不同設計參數對隔聲窗隔聲性能的影響規律，挑選出實際工程中適用性強、隔聲效果好的單層、雙層隔聲窗[8]，為隔聲改造工程提供技術參考。

本次試驗共設計了30樘單層隔聲窗和27樘雙層隔聲窗，各選取有代表性的7樘和5樘如表3、表4所示：

試驗實測數據表明：玻璃規格形式對計權隔聲量影響較小，但低頻共振現象存在顯著差異；單層窗在低頻段隔聲效果基本相近，在200 kHz～2 kHz頻段，真空玻璃、夾膠中空玻璃形式窗隔聲性能相對最好；塑鋼窗的隔聲性能稍好于斷橋鋁型材窗，均顯著好于普通鋁合金窗，增大窗框型材厚度可有效提升窗體隔聲性能；平開窗隔聲性能顯著優于推拉窗，兩者隔聲性能差異主要體現在中高頻段受吻合效應影響的嚴重程度，且采用包覆式密封條對提升推拉窗隔聲量有一定效果；對于雙層窗而言，當兩層窗之間間距大于90 mm時，計權隔聲量基本相近，隔聲性能優于間距為80 mm的雙層窗。最終根據國家現行標準《建筑外窗空氣聲隔聲性能分級及檢測方法》GB/T8485-2008將隔聲門窗空氣聲隔聲性能等級可分為6級的標準，為每一級門窗選定合理的選型參數，為降噪隔聲工程中隔聲窗設計提供數據支持與參考。

根據試驗結果確定窗戶的改造方案為：

(1)臥室、起居室采用夾膠玻璃雙排消聲通道隔聲窗；

(2)其他部位（廚房、衛生間）如直接對外，采用夾膠玻璃雙排消聲通道隔聲窗；如窗戶開向北走廊，采用單排中空夾膠玻璃塑鋼隔聲窗；

(3)后走廊、樓梯間的開敞部分都采用單排中空夾膠玻璃塑鋼隔聲窗進行封閉。

在隔聲門的設計方面，考慮門扇重量和厚度、門扇內填充物、門扇與門框間密封等，最終門的改造方案為：目前住戶入戶門形式各異，有木門加鐵門形式、防盜門等，但都不符合此次隔聲降噪標準要求。改造措施是改套型門為密封性能較好的鋼質防盜門（有門檻）。詳見隔聲門窗匯總表5。

表3 部分單層隔聲窗參數設計及試驗結果/dB

表4 部分雙層隔聲窗設計及試驗結果/dB

2.4 陽臺加固設計

待改造工程的陽臺形式有內陽臺和外陽臺，外陽臺住戶部分已自行封陽臺，封陽臺以塑鋼窗和鋁合金窗為主。陽臺欄板厚度為60 mm～80 mm，陽臺樓板厚度為80 mm～120 mm，不滿足隔聲要求，并且不滿足封陽臺時雙排窗的承載力。擬采用以下措施：

(1)經計算，有代表性的陽臺結構加固方案詳見表6；

(2)改陽臺欄板為140 mm厚鋼筋混凝土墻，以符合隔聲要求；

(3)對空調管道等外墻孔洞，使用柔性材料進行封堵。

2.5 小區整體環境設計

小區整體環境的修繕方案主要包括室外總體整治和建筑單體修繕，總體環境整治包括道路、附屬設施和綠化；建筑單體包括外立面、室內公共部位和門窗。具體為：總體整治如道路整體新做、小區外圍墻修繕粉刷、綠化整理修補、公共設施修繕、宣傳公告欄修繕、小區大門修繕等；建筑單體綜合改造如屋面平改坡、外立面設施整修、外墻新刷涂料、樓道修粉、新漆樓梯欄桿、整理樓道內管線、屋頂水箱改造等。

3 隔聲改造效果分析

3.1 改造成效分析

環評結果顯示，改造前小區聲環境質量較差，住宅室外噪聲級不滿足規范限值要求。為對比改造后的隔聲降噪效果，在改造前后各選取一天（均為飛機起飛為主的多云天氣），對表1中1#和2#測點進行24小時室內外噪聲監測，結果如表7所示。

從隔聲效果來看，改造后的隔聲量在29.9 dB(A)～37.1 dB(A)之間，比改造前提高了4.7 dB(A)～8.7 dB(A)。從測試結果來看，改造后住宅室內聲環境已經達標。

表5 隔聲門窗改造匯總表

改造后建筑外立面、小區整體環境均有較大改善，改造前后效果如圖2、圖3所示。

圖2 改造前住宅建筑情況

圖3 改造后住宅建筑效果

3.2 后評估分析

為進一步了解改造工程的隔聲效果、適用性、耐久性、舒適性，本文對既有住宅建筑降噪隔聲改造項目進行系統和科學的POE使用后評估。評估的內容包括社區的整體環境質量、改造后室內外聲環境、居住舒適度、隔聲門窗使用情況、改造后陽臺的使用情況以及居民針對隔聲改造工程的意見與建議等7個方面。通過24小時噪聲監測、居民問卷調查、入戶訪談以及技術座談會等方式，了解到86.5%居民認為改造后小區噪聲情況改善效果明顯；90.5%居民認為改造后關窗時室內噪聲情況改善效果顯著。

綜觀各項評價標準可知，該住宅隔聲改造工程的綜合效果較好，住宅室內聲環境較改造前有明顯改善，居民的居住舒適度得到了一定程度的提升。

4 結語

目前飛機噪聲污染問題日益嚴峻，機場周邊需重點改造的既有住宅數量不斷上升，既有住宅改造的工作迫在眉睫。本文結合機場周邊需重點改造的既有住宅建筑特點及飛機噪聲對既有住宅建筑聲環境影響的特點，從建筑降噪隔聲改造的噪聲被動控制角度出發，綜合考慮住宅室內聲環境要求及建筑結構安全性，分析了機場周邊既有住宅建筑降噪隔聲改造的流程及關鍵技術，包括門窗隔聲性能試驗及選型、陽臺加固、小區綜合環境治理等，并將研究成果應用于實際工程中。通過改造和小區的綜合治理，室內噪聲滿足噪聲質量評價標準的要求，小區綜合品質也得到了提升，可見本文所提出的隔聲改造方案具有可行性和適用性，噪聲控制方法可改善居民的居住環境和舒適度，對今后既有住宅降噪隔聲改造具有一定參考價值。

表6 陽臺加固方式示意表

表7 改造前后各測點晝夜間平均LAeq結果比較/dB