綠色校園聲環境舒適性評價與影響因素分析

邱文航 | Qiu Wenhang

程 娜 | Cheng Na

吳銀光 | Wu Yin'guang

張 輝 | Zhang Hui

1 簡述

校園是社會活動的重要載體和組成部分，呈現空間規模較大、人口密度聚集的特征。隨著可持續發展、綠色發展等理念的興起，綠色校園的建設有助于積極構建科學、低碳、高效的資源配置模式，進一步推動生態文明建設。黨的十九大報告明確提出“要推進綠色發展，開展創建節約型機關、綠色家庭、綠色學校、綠色社區和綠色出行等行動。”舒適宜人的高校聲環境對于提升廣大師生的工作、學習和生活質量具有積極意義。研究表明，環境聲壓級低于60dB時，不影響人的正常交流和思維，當高于90dB時，嚴重影響人的交談和思維，甚至造成失眠、疲勞、記憶力衰退等[1]。因此，從綠色校園規劃與設計、建設與管理等方面了解校園聲環境特征與質量狀況，對于創造舒適宜人的校園工作、學習與生活環境以及綠色校園建設與管理至關重要。

針對聲環境舒適性評價與研究方面，B.Goujard[2]、Nor MJM[3]等對城市交通中火車、小汽車和輪船的聲環境舒適性影響進行了對比研究。校園聲環境方面，譚軍等結合高校校園聲環境特征，結合現狀監測與問卷調查，運用矩陣綜合評價法對某高校生環境進行了評價分析[4]。蘇萬慶等基于大學師生的主客觀調研，從活動煩擾角度探討了大學校園聲環境的分類問題[5]。翁羽西等采用主觀調研和實驗測量方法，探討了校園綠地聲景觀對大學生情緒和注意力的影響[6]。何正艷等以中南民族大學為例，采用網格測量法進行聲環境質量測量，并依據《聲環境質量評價標準》對校園聲環境質量進行了分析和評價[7]。高校聲環境方面，彭小云從校園選址、規劃、建筑與景觀設計等方面探討了校園聲環境在建設過程中的措施[8]。與此同時，《綠色建筑評價標準》（GB/T50378）、《綠色校園評價標準》（GB/T51356）等相關標準規范均對綠色校園與建筑聲環境質量做了相應規定。然而，針對綠色校園與建筑聲環境問題，從項目設計到實施不同階段對校園聲環境舒適性進行評價與控制的相關研究仍較少。本文以住建部綠色建筑示范工程項目研究為例，從項目初期設計到實施運行階段，通過模擬、測試與調研等方法，探討易于校園聲環境質量改善的設計策略與控制方法，為創造舒適、宜人的校園聲環境管理提供依據和參考。

2 項目概況與研究方法

2.1 項目概況

湖北行政學院（新校區）位于湖北省武漢市臨空經濟區，項目所在地豐荷山地塊交通便捷、自然條件優越。基地東側連接機場高速，南側連接第二機場高速，可快速通達武漢主城區和天河機場。占地533.22畝（約35.5h m2），總建筑面積166160 m2，其中地上141720m2，地下24440m2，計容建筑面積151925m2，校園總體容積率0.64（圖1）。

圖1 湖北行政學院（新校區）整體鳥瞰圖

本項目為住房與城鄉建設部綠色建筑示范工程項目和湖北省綠色建筑示范工程項目。設計團隊結合項目建設需要和綠色建筑三星標準要求，采用了全過程的綠色設計理念，即生態診斷—綠色策劃—設計迭代—驗證反饋的思路展開綠色建筑設計與實施。為更好地實現綠色校園與建筑可持續發展理念，新校區規劃融合中國傳統園林手法，采用組團化生態空間格局，合理組織文教綜合區、學員住宿區、生活服務區、預留發展區等組團。通過組團均衡布局和軸線控制相結合，構建出具有秩序感和整體性的建筑組群，同時展示了地域特色的荊楚建筑風格。規劃建設以構建優良的綠色校園環境作為核心原則，以中式園林造景手法，在保留原有場地水塘的基礎上造景，教學組團與辦公組團形成半圍合的空間形態，形成蘭綠交織的生態組團。該項目于2016年開始規劃設計，2020年10月投入使用。

2.2 校園聲環境模擬

項目初期，采用建筑聲環境模擬軟件SEDU進行模擬分析。其中交通噪聲是主要噪聲源模型，包括了高鐵噪聲和公路交通噪聲兩種。傳播模型考慮大氣與地面吸聲、幾何擴散與聲衰減等因素。在模擬中，將校園總圖導入模型，并設置交通影響參數。結合相關研究數據[9]，設置聲傳播反射次數為4，計算網格尺寸為1m，建筑吸聲系數為0.2。聲功能區域類型為1類，噪聲級限值：晝間≤55dB（A），夜間≤45dB（A）。聲源有效距離2000m，網格點離地高度1.2 m，間距3 m，并且考慮地面效應影響，采用導則算法（HJ 2.4—2009）[10]。其中，公路聲源中，瀝青混凝土路面，設計車速60Km/h；軌道交通聲源流量為4列/小時，晝間運行車速80km/h，夜間運行車速60km/h。

2.3 聲環境測試與調研

為更好地監測和分析校園不同區域的聲環境狀況，現場實驗采用網格法和定點測試相結合的方式進行校園聲環境測試。結合校園范圍及建筑布局特征，進行等面積網格劃分，網格大小為100m×100m。針對網格框定的31個網格進行校園聲環境監測，監測點位于網格中心。同時，選取20個測點進行建筑外聲環境特征進行測試評價（圖2）。

在現場測試中，選用T E S-1352 A聲級計，測量條件按照聲環境功能區檢測方法規定[11]，前后使用標準生源對聲級計進行校準，并以晝間的聲壓級限值為準。主要測試內容包括等效A計權聲壓級Leq，統計聲壓級Lmax、Lmin、L90和L10等。測試日為2021年1月8日～9日兩天，并結合實際評價需要，對每個測點選取9:00、14:00、18:00進行不同時段測試，并記錄200個數據，時間間隔為5s。測量點全部安排在戶外，測點距離有反射條件的建筑物3.5m以上。聲級計距離地面1.2m，測試人員距離測試儀器0.5m以上。

3 校園聲環境狀況分析

3.1 校園聲環境模擬評價分析

湖北省行政學院（新校區）作為住房與城鄉建設部綠色建筑示范工程項目和湖北省綠色建筑示范工程項目，建筑設計要求均為綠色建筑三星標準。在項目設計初期，采用計算機模擬方法對校園整體聲環境狀況進行評價分析（圖3）。

通過在未考慮校內交通和綠化影響情況下的模擬分析來看，校外城市干道交通和鐵路交通對校內聲環境在晝間明顯要大于夜間，整體連續聲壓級Leq在5dB以上。在晝間，建筑圍合的校園建筑內部，聲壓級基本在55dB（A）以內，局部建筑的開口空間區域聲壓級達到了53dB（A）。校園臨近城市干道的體育館、報告廳和食堂外側，聲壓級達到了55d B（A）。而在臨近城市干道和鐵路一側的辦公建筑一側受影響較大，最近一側達到60dB（A）。臨近城市次干道的圖書信息樓和學員宿舍區一側，在車流量較低情況下，聲壓級也達到了60dB（A）。在夜間，校園建筑圍合的內部空間聲壓級基本在40dB（A）以內，開敞區域的聲壓級達到45dB（A）。教學樓和學員宿舍區臨近城市干道和次干道一側，聲壓級同樣達到了45dB（A）。從《綠色校園評價標準》（GB/T 51356—2019）和《綠色建筑評價標準》（GB50378—2019）的規定來看[12-13]，在夜間，校園聲環境在整體聲環境降低的情況下，人員活動基本在學員宿舍，部分時段則集中在教學樓，達到了聲環境的舒適性要求。在晝間，臨近城市干道、次干道和鐵路交通一側，對建筑的聲環境影響較大，因此，在測試過程中，需重點針對晝間的聲環境變化進行關注。

3.2 校園聲環境等效聲壓評價分析

等效（A）聲級Leq表示測試期間內實際存在的環境聲壓級強度，被廣泛用作環境噪聲的評價量。在行政學院校園環境聲測試中，針對測試時段內每個測點進行200個數據連續監測，同時進行大小排序。選取不同測點的等效連續聲壓級Leq、L10、L50和L90進行校園聲環境的評價分析。

其中，L10是在測試時間內10%里超過A聲級數據，反映交通噪聲的峰值；第100個數據反映L50，第180個數據反映L90，L90反映測量時間內90%里超過的A聲級，反映背景噪聲。行政學院校園環境不同測點的聲環境強度變化參看圖4。

圖4 不同測試點聲壓級強度分析

依據《聲環境質量標準》（GB3096—2008）規定，學校為1類聲環境功能區，即執行晝間55d B（A），夜間45d B（A）。從不同測點的Leq變化分析來看，12個測點的Leq＜55dB，在環境噪聲的標準范圍之內，有8個測點的Leq＞55d B，測試點的等效聲壓級整體超標率達到了40%。其中，臨近體育館外側的點13等效聲壓級Leq達到了63.3dB（A），超標率達13%，交通峰值L10達到60.6dB（A），交通背景噪聲L90達到了62.0dB（A）。靠近辦公區外側的點2、點7、點14等效聲壓級Leq值均在55dB（A）以上，點2為55.8dB（A），點7和點14均為58.5dB（A），超標率為1.4%和5.9%。臨近學員生活區外側的點20等效聲壓級Leq為59.9dB（A），超標率達8.2%，L10達到65.1dB（A），L90達到了56.5dB（A）。在靠近校外干道交通的公共活動區域點1、點6等效聲壓級Leq達到了61.7dB（A）和62.3dB（A），L10分別為63.9dB（A）和65.9 d B（A），L90為64.7dB和54.9dB（A）。由此，需要對校園環境不同區域的聲環境變化特征及影響因素進行分析。

3.3 校園聲環境模擬與實測對比

校園聲環境模擬反映了規劃設計初期階段不同聲源因素對校園聲環境狀況的影響，其計算分析結論呈現靜態特征。而實驗測試則從動態角度，反映了校園環境在實際使用過程中的狀況，為校園聲環境控制與管理提供依據。研究中，結合晝間的網格實驗和選點測試數據與模擬對比，同時將在測試時段內出現的影響因素進行分類（表1）。

表1 校園不同功能區聲環境狀況對比

從網格中心點和選定的28個測點分析來看，13個測點的Leq＞55dB（A），超標率達到了46%。從超標測點在不同功能區的分布上來看，教學區3個，辦公區3個，圖書信息區1個，學員生活區3個，生活服務區3個。辦公區Leq＞55dB（A）的3個測點均臨近城市干道一側，最大值達到了73.3dB（A），最小值達到44.9 dB（A）。教學區2個超標的測點臨近城市干道一側，1個位于教學區圍合建筑中，最大值達到了74.6dB（A），最小值達到50.2 dB（A）。學員生活區和圖書信息區超標測點均臨近城市次干道一側，最大值分別為70.2dB（A）和79.4dB（A）。從不同區域不同測點的實測與模擬對比來看，校園聲環境在晝間的聲壓級變化基本保持一致，但在不同區域的聲源影響有所不同。

4 校園聲環境評價與影響因素分析

4.1 校園不同功能區聲環境評價分析

在研究中，結合布置的校園聲環境測試點分布情況，分別針對行政學院不同建筑功能空間分區劃分，從教學區、辦公（圖書信息）區、學員生活區、公共活動區四個方面進行校園聲環境評價分析。

從圖5教學區聲壓級變化分析來看，在測試時段內點14、點16連續聲壓級Leq強度分別達到了58.5dB（A）和57.6dB（A）。點14由于臨近校內道路和校外城市干道一側，受到的影響更為明顯，最大值達到了74.6dB，交通噪聲影響達到了60.6dB。在教學空間的室外庭院點16位置，室外環境聲壓級相對較低，最大值在68.8dB，交通噪聲影響達到了58.9dB，環境背景噪聲達到了57.5dB，環境背景噪聲達到了56.2dB，均大于《聲環境質量標準》要求的晝間55dB控制要求。因此，教學區在考慮聲源特征和影響時長情況下，采取必要的降噪措施，才能降低對室內教學空間的影響。

圖5 教學區聲壓級強度變化

圖6反映了辦公（圖書信息）區4個測點的聲壓級變化。在辦公樓南側臨近城市干道的點2、點7兩個測點的聲壓級明顯要高，連續聲壓級Leq分別達到了55.8dB和58.5dB，交通噪聲影響L10分別達到了59.9dB和62.0dB，環境背景連續噪聲分別達到了55dB和57.5dB，由此說明辦公區南側同樣受到校內和校外交通的影響較為明顯。點8和點15兩個測點分別位于圖書信息樓北側和中心庭院，連續聲壓級Leq相對較低，分別為51.7dB和44.4dB，環境背景連續噪聲L90分別為41.1dB和42.8dB，對舒適聲環境創造相對有利。

圖6 辦公（圖書信息）區聲壓級變化

從學員生活區的聲壓級強度變化來看（圖7），除點20測點外，點10、點11、點18和點19的連續聲壓級均在55dB強度控制以內，分別為51.3d B、54.7d B、46.6d B和43.4dB。在學員生活區臨近校內道路一側，點20的連續聲壓級Leq達到了59.9d B，背景連續聲壓級達到了56.5dB。由此說明，由于靠近校內道路的部分學員宿舍為東西向布置，在部分時段的學員宿舍還是會受到室外校園聲環境的影響。

圖7 學員生活區聲壓級強度變化

行政學院的公共活動區主要為校園主入口、停車場、體育場等開敞空間，由于在校園內公共活動區是必要的區域，同時也是師生交流的重要空間，無論是體育設施、公共停車或是休閑交流區域，其聲壓級變化對周邊的功能區未產生直接影響即可。從圖7不同測點的聲壓級強度變化分來看，點4的連續聲壓級Leq為52.1dB，點1、點6和點14的Leq雖然達到了61.7dB、62.3dB和63.3dB，但距離教學區、學員生活區等相對距離較遠，達到了60m，對其他區域聲環境的影響不大（圖8）。

圖8 公共活動區聲壓級強度變化

4.2 校園環境聲源影響分析

在校園聲環境測試過程中發現，影響校園聲環境的主要聲源影響來自于校外和校內兩類，一類是校外交通影響，如臨近的城市干道、鐵路及飛機影響；一類是校內交通、施工、廣播（鈴聲）、人行談話（活動）等因素影響。研究中，對不同功能區不同聲源影響進行調查（圖9）。

圖9 校園聲環境不同聲源影響因素分析

從不同聲源類型影響的占比調查分析來看，校內聲源主要集中于校內交通、施工噪聲和廣播（鈴聲）。在辦公區和教學區，校內交通對其噪聲影響達到了34%和30%，而在學員生活區達到了15%。廣播鈴聲作為校內必要的信息傳播途徑，在教學區和和學員生活區分別達到了8%和15%，在辦公區和公共活動區達到了9%。部分時段的施工噪聲對教學區和學員生活區也造成了較大影響，達到了15%和20%。校外聲源影響方面，但主要表現在校外公路和鐵路的影響，且在辦公區和教學區影響較大，其次為學員生活區。其中，校外公路交通在教學區和辦公區達到了18%和20%，校外鐵路交通分別達到了8%和10%。

從新校區校內外不同聲源影響排序上來講，在校園建筑噪聲敏感性較高的區域，教學區表現為：校內交通聲＞校外公路聲＞施工噪聲＞人群活動聲＞廣播鈴聲＞校外鐵路聲＞其他聲＞校外飛機聲；學員生活區表現為：人群活動聲＞施工噪聲＞校內交通噪聲＞廣播鈴聲＞校內交通聲＞校外公路聲＞其他聲＞校外鐵路聲＞校外飛機聲；而在辦公區表現為：校內交通聲＞校外交通聲＞人群活動聲＞校外鐵路聲＞施工噪聲＞其他聲＞廣播鈴聲＞校外飛機聲。從不同聲源的影響時段與頻率表現特征上來看，校外公路聲、校外鐵路聲、校內交通聲和廣播鈴聲表現為持續性影響聲源，為主要采取防控和管理措施的聲源。由于校內維修等工作需要，施工噪聲會在短期內存在。人群活動聲和其他聲，如交談、鳥鳴等則會在部分時段瞬時存在影響。由于行政校園場地處于臨空經濟區，部分時段會有飛機噪音的影響，強度在4%以內，且影響的時間較短，頻率較低。

5 結論及建議

綜合上述分析，在校園規劃設計階段通過對校園聲環境影響的模擬，為實際使用階段的校園聲環境控制提供了良好依據。校園聲環境模擬與實測數據分析來看，不同類型聲源對不同區域的影響保持一致。但從測試的結果分析來看，湖北行政學院新校區晝間聲環境污染較為普遍，超標率達46%，并且在臨近校外的建筑周邊。

從綠色校園建設要求方面，需從聲源類型、影響位置和傳播方式上進行控制，提出部分預防和管理措施：

①交通噪聲是影響不同校園功能區環境的重要因素。校外交通方面，由于臨近城市干道且同時受到公路和鐵路影響，因此，將管控方式重點落腳在降低公路交通的影響方面。可以通過加強校外附近交通管理，建議車速＜6km/h，且在校園附近禁止鳴笛，臨近校園建筑附近設置減速帶降低車速等方法。同時，對校內車輛限制車速（車速＜20km/h）、禁止鳴笛等方式進行管控。

②從不同聲源類型在不同區域的影響排序來看，重點在辦公區、教學區、學員生活區等聲環境要求高的地方，在靠近校外城市交通一側適當增加層次豐富的綠植，可降低3dB到6dB的校外交通噪聲的傳播。同時，加強校內監督與管理。

③從影響聲源類型和程度上，對于產生連續影響的校內外交通噪聲除采取上述措施之外，人員活動聲可在聲環境要求高的地方設置標識牌。而校內和校外的施工噪聲表現為短時段特征，可采取管控措施加以干擾，盡可能在不影響上課、工作和休息時段進行，或施工時采取降噪措施等。

④除上述之外，校內師生還應在校園內加強綠色校園教育，提高師生的聲環境保護意識，以自覺降低聲環境污染為原則，降低環境影響。

綠色校園的建設具有豐富的內涵，需要從設計、建造到管理多方面考慮。本文以綠色校園聲環境研究為對象，通過采用模擬與監測等方法從規劃設計到實際運行進行分析與反饋，并提出有效的管理和控制措施，為創造舒適宜人的校園聲環境提供指導，同時為綠色校園建設提供思路和參考。

資料來源：

圖1：攝影師趙奕龍提供；

圖2，圖4～9，表1：張輝提供，作者自繪；

圖3：吳銀光提供，作者自繪。