基于Cadna/A的鐵路沿線新建住宅降噪設計方法研究

周靜娜 （安徽省建筑科學研究設計院，安徽 合肥 230031）

0 前言

近年來，我國高鐵快速發展，鐵路里程逐年增長，導致的因鐵路噪聲引起的投訴也不斷增多[1]，鐵路沿線的住宅噪聲影響受到廣泛關注。

本文以合肥市某住宅小區項目為研究對象，利用Cadna/A軟件，在考慮未來新增高鐵線路的情況下，針對隔聲窗、聲屏障等技術在住宅中的應用效果進行預測分析，得出最優的降噪方案設計，有助于為今后工程設計提供參考依據，起到一定的指導作用。

1 項目概況

本項目為新建住宅小區，最近的住宅距離現狀鐵路約85m，如圖1所示。本次研究范圍為臨近鐵路的東地塊最東側的三列住宅，分別為 19#～21#、23#、25#～28#、32#、33#、35#，共 11 棟樓。其中19#～21#、23#、32#為高層住宅，地上25F～28F不等，剩余為洋房，地上6F～10F不等。

圖1 本項目與現狀鐵路的相對位置

2 降噪方案設計

2.1 項目難點

①目前現狀有兩條鐵路線，其中一條為高鐵線，一條為普通鐵路線，場地目前在建兩條高鐵線，未來項目東側為四條鐵路線。降噪方案不僅要考慮現狀鐵路的噪聲影響，還要考慮未來新增鐵路的噪聲疊加影響。

②建設單位提供的隔聲窗類型分別為方案A“內置百葉夾膠玻璃中空窗”（6+1.52pvb+6+19A+6）和方案 B“三玻兩腔窗”（5+6A+5+6A+5），需要進行方案比選。

③需要細化隔聲窗的安裝范圍，明確研究范圍內具體哪些住宅樓棟和住戶需要安裝隔聲窗。

2.2 解決方案

①先現場檢測項目東地塊邊界晝間、夜間的環境噪聲值，了解現狀鐵路對本項目的噪聲影響。再進行室外聲環境模擬，根據現場噪聲檢測結果，得出可靠的分析模型。最后在模型基礎上增加新建高鐵線，預測項目建成后的鐵路噪聲影響。

②依據室外噪聲模擬結果，分別計算方案A和方案B條件下最不利房間的室內背景噪聲，進而對比分析降噪效果。

③依據室外噪聲模擬結果，分別計算研究范圍內較不利的各樓棟各戶的室內背景噪聲，分析出隔聲窗的具體安裝范圍。

2.3 標準要求

《民用建筑隔聲設計規范》（GB50118-2010）對住宅的室內噪聲級要求如表1所示。

室內允許噪聲級 表1

3 現場檢測

3.1 檢測設備

ST-107積分聲級計、AWA6021A聲校準器、AWA6291實時信號分析儀、三腳架、Testo435-4多功能測量儀等。

3.2 檢測點位置

現場檢測點位置設于用地東南角，如圖2所示。

圖2 現場檢測點位置

3.3 檢測結果

檢測參數包括背景噪聲值、火車通過時噪聲值、火車鳴笛時噪聲值，檢測結果如表2所示。

現場噪聲檢測結果列表 表2

4 室外噪聲模擬

4.1 模擬軟件

Cadna/A軟件是一套基于ISO9613標準方法的噪聲模擬預測和控制軟件，在2001年獲得原國家環保總局環境工程評估中心的環境影響評價軟件認證證書[2]。利用Cadna/A軟件進行鐵路環境噪聲的預測及降噪方案研究，方法具有合理性[3]。

4.2 模擬結果

考慮到火車鳴笛時間較短，頻次較低，因此環境噪聲按火車通過時的噪聲現場檢測值為準。經模擬計算，檢測點的噪聲模擬值與現場檢測值一致，晝間均為76.9dB，說明模型可靠，模擬結果如圖3所示。

圖3 現狀環境噪聲（兩條鐵路線）

在模型中增加在建的兩條高鐵線，模擬結果如圖4所示，由于鐵路線之間距離較近，且普通鐵路線噪聲明顯大于高鐵線，因此新增兩條高鐵線對本項目影響較小。檢測點的噪聲值晝間由76.9dB僅增至77.0dB。

圖4 預測環境噪聲（四條鐵路線）

4.4 設置聲屏障

由于鐵路側噪聲太大，僅靠采用隔聲窗無法保證住宅的室內噪聲級要求，因此項目應在鐵路側設置聲屏障。依據經驗值，一般聲屏障可實現10dB的降噪效果。采用聲屏障后的模擬結果如圖5～圖14所示。

圖5 室外聲環境分布圖（晝間）

圖6 室外聲環境分布圖（夜間）

圖7 晝間北立面噪聲分布圖

圖8 晝間東立面噪聲分布圖

圖9 晝間西立面噪聲分布圖

圖10 晝間南立面噪聲分布圖

圖11 19#20#21#立面最大噪聲

圖12 23#25#26#立面最大噪聲

圖13 27#28#立面最大噪聲

圖14 32#33#35#立面最大噪聲

模擬結果顯示：地塊最東側的一列住宅噪聲最大，立面最大噪聲為晝間70dB，夜間60dB。噪聲最不利點高層住宅約在10～23層最東側的房間，洋房在頂層最東側的房間。

考慮到28#住宅離鐵路最近，取28#最東側的臥室作為最不利點進行室內背景噪聲計算，晝間噪聲為70dB，夜間噪聲為60dB。

考慮到21#住宅戶型向東側開窗，且開窗面積較大，戶型本身較為不利，因此取21#最東側的臥室作為最不利點進行室內背景噪聲計算，晝間噪聲為69dB，夜間噪聲為59dB。

地塊東側第二列建筑中室外噪聲最大為20#最東側房間，晝間噪聲為65dB，夜間噪聲為55dB。其次是25#和33#最東側房間，晝間噪聲為63dB，夜間噪聲為53dB。

地塊東側第三列建筑中室外噪聲最大為32#最東側房間，晝間噪聲為64dB，夜間噪聲為54dB。其次是19#最東側房間，晝間噪聲為63dB，夜間噪聲為53dB。

5 室內背景噪聲計算

5.1 室內背景噪聲計算方法

①外墻外窗隔聲量

外墻類型（自外至內）：聚合物抹面抗裂砂漿（5.0mm）+勻質防火保溫板1（30.0mm）+水泥砂漿（20.0mm）+蒸壓加氣混凝土（B06）（200.0mm）+水泥砂漿（20.0mm）。

推薦使用經驗公式：

式中，R—墻體隔聲量；dB

f—入射波的頻率；Hz

m—面密度；kg/m2

k—常數；-48

方案A外窗為“內置百葉夾膠玻璃中空窗（6+1.52pvb+6+19A+6）”；方案B外窗為“三玻兩腔窗（5+6A+5+6A+5）”，該小區外窗原方案采用“普通中空玻璃窗（5+12A+5）”。依據廠家提供的隔聲量參數進行計算。

②房間總吸聲量A的確定

式中，A——房間總吸聲量，m2；

αi——材料的吸聲系數，在不同聲音頻率下的值不同；

Si——圍護結構的面積，m2，包括墻、門窗、地板和天花板。

本項目地板的材質選定為木地板，內墻和天花板人為經過粉刷。

③組合墻有效隔聲量計算

式中，τ——透聲系數；

TL——構件隔聲量，dB。

組合墻體的平均透聲系數為：

式中，S1——外墻的面積，m2；

S2——外窗的面積，m2；

S——外墻和外窗的總面積，m2；

外墻構造 表3

外墻不同頻率下隔聲量 表4

外窗不同頻率下隔聲量 表5

內表面各材料的吸聲系數 表6

τ1——外墻透聲系數；

τ2——外窗透聲系數。

在計算出組合墻體平均隔聲量之后需要對其進行修正。

式中，R實——組合墻體實際隔聲量，dB；

A——房間的總吸收聲量，m2。

④室內背景噪聲計算

用室外模擬的環境噪聲值減去組合墻的有效隔聲量，即為室內背景噪聲。再按照聲壓級疊加規律把各頻率下的房間噪聲值進行疊加，計算出最終的室內背景噪聲。

5.2 計算結果分析

按照以上公式計算得出各房間室內背景噪聲如表7所示。

室內背景噪聲計算結果 表7

由計算結果可知：

①無論采用方案A還是方案B均可滿足《民用建筑隔聲設計規范》GB50118-2010對住宅室內噪聲級的低限要求。

②“內置百葉夾膠玻璃中空窗（6+1.52pvb+6+19A+6）”的隔聲效果優于“三玻兩腔窗（5+6A+5+6A+5）”。

③考慮到方案A和方案B造價不同，“內置百葉夾膠玻璃中空窗（6+1.52pvb+6+19A+6）”價格高于“三玻兩腔窗（5+6A+5+6A+5）”，從成本角度考慮，建議南向和東西向外窗采用“內置百葉夾膠玻璃中空窗（6+1.52pvb+6+19A+6）”，在起到隔聲作用的同時也兼顧了遮陽的要求，北向外窗采用“三玻兩腔窗（5+6A+5+6A+5）”。

④地塊東側第二列住宅中只有20#若采用普通中空玻璃窗（5+12A+5），室內背景噪聲大于規范的低限要求，其他住宅均滿足規范要求，因此地塊東側第二列住宅中20#住宅應采用隔聲窗，可采用“三玻兩腔窗（5+6A+5+6A+5）”。

⑤地塊東側第三列建筑只有32#若采用普通中空玻璃窗（5+12A+5），室內背景噪聲大于規范的低限要求，其他住宅均滿足規范要求，因此地塊東側第三列住宅中32#住宅應采用隔聲窗，可采用“三玻兩腔窗（5+6A+5+6A+5）”。

6 結論

該項目采用噪聲現場檢測數據為基礎，利用Cadna/A軟件進行噪聲預測模擬，進而根據模擬結果進行室內背景噪聲計算，對降噪效果進行比較分析，最終得出沿鐵路側住宅最優的降噪設計方案。

①依據現場檢測結果，距離普通鐵路線85m的住宅在火車通過時晝間噪聲可達到76dB以上，噪聲較大，僅采用隔聲窗難以保證住宅的室內噪聲級要求，需在鐵路側設置聲屏障。

②設置聲屏障后，無論采用“內置百葉夾膠玻璃中空窗（6+1.52pvb+6+19A+6）”還是“三玻兩腔窗（5+6A+5+6A+5）”，住宅室內均能滿足《民用建筑隔聲設計規范》（GB50118-2010）對住宅室內噪聲級的低限要求。

③“內置百葉夾膠玻璃中空窗（6+1.52pvb+6+19A+6）”的隔聲效果優于“三玻兩腔窗（5+6A+5+6A+5）”，但是“內置百葉夾膠玻璃中空窗（6+1.52pvb+6+19A+6）”的價格高于“三玻兩腔窗（5+6A+5+6A+5）”。從成本角度考慮，建議南向和東西向外窗采用“內置百葉夾膠玻璃中空窗”（6+1.52pvb+6+19A+6），在起到隔聲作用的同時也兼顧了遮陽的要求，北向外窗采用“三玻兩腔窗”（5+6A+5+6A+5）即可滿足隔聲要求。

④除了沿鐵路最近一列的住宅需要安裝隔聲窗，第二列和第三列的住宅也需通過室內背景噪聲計算結果判定隔聲窗的具體安裝范圍。