Введение к работе
Актуальность проблемы. Существование современного города невозможно представить без развитой транспортной инфраструктуры. Создавая человеку повышенный комфорт транспорт, в то же время, негативно воздействует на среду обитания. Особенное беспокойство жителям городов причиняет повышенный шум. Проблема защиты от шума в городах становится все более острой; по данным исследований повышенный шум входит в тройку наиболее актуальных экологических проблем современных городов.
Главным источником акустического загрязнения в городах по-прежнему остаётся автомобильный транспорт, негативное влияние которого на людей постоянно возрастает из-за непрерывного роста числа транспортных средств. Всемирная Организация Здравоохранения (ВОЗ) проанализировала масштабы влияния автодорожного шума на здоровье людей. По данным ВОЗ в ЕС более 60% населения подвержены воздействию дорожного шума с уровнями в дневное время свыше 55 дБ А, а 30% подвергаются действию шума более 55 дБА в ночное время. Строительство, не являясь таким массовым источником акустического загрязнения в городах, как автомобильный транспорт (акустическому загрязнению от строительства подвержены 1-3 % населения городов), является источником высокоинтенсивного шума (УЗ от строительства достигает 75-90 дБА), наносит населению ощутимый социально-экономический ущерб. Автотранспорт и строительство – основные источники, вызывающие жалобы жителей на шум. Общим для этих групп источников, позволившим объединить их в настоящем исследовании, является важная закономерность, - в основном это линейные источники различной длины, излучающие цилиндрическую или квазицилиндрическую звуковую волну.
Защите от шума уделяется серьезное внимание. Среди учёных, которые внесли существенный вклад в решение проблемы борьбы с шумом в городах в нашей стране, следует отметить В.А. Аистова, Л.А. Борисова, М.В. Буторину, А.В. Васильева, Н.И. Иванова, И.Л. Карагодину, В.Е. Коробкова, А.О. Крузе, Н. Николова, Г.Л. Осипова, П.И. Поспелова, Б.Г. Пруткова, Е.П. Самойлюка, В.Б. Тупова, И.А. Шишкина, И.Л. Шубина, Ю.П. Щевьева, И.Е. Цукерникова, Ю.И. Элькина, Е.Я. Юдина и др. В то же время, следует отметить, что основная научная база для борьбы с шумом в городах, нашедшая свое воплощение в действующих нормативно-технических документах, в основном была создана в 80-90х годах прошлого века.
За последнее время в требованиях к снижению шума в городах произошли серьезные изменения. Стоимость шумозащиты нередко достигает 20% стоимости строительства автотранспортного сооружения и цена ошибки в расчетах или неучета тех или иных акустических особенностей искусственных сооружений высока. Необходимо увеличивать точность акустических расчетов. Во многих случаях возникает необходимость учитывать сложные процессы шумообразования и распространения звука, которые в существующих нормативно-технических документах не учитываются. Это, в частности, особенности процессов шумообразования от условно линейных источников, процессы дифракции на сложных искусственных сооружениях, особенности затухания звуковых полей, вопросы отражения звука от конечных и условно бесконечных поверхностей, требующие теоретического осмысления и экспериментального изучения.
Целью работы является разработка научных основ оценки и снижения акустического воздействия на жилую застройку при проектировании, строительстве и функционировании транспортных сооружений, влияющих на процессы шумообразования в близкорасположенной к автомобильным дорогам и стройплощадкам жилой застройке.
Для достижения поставленной цели исследования были решены следующие основные задачи:
- разработка расчетных схем, описывающих распространение звука от линейных источников при наличии сложных искусственных сооружений (ИС), к которым относятся выемки, насыпи, эстакады и др.;
- разработка математических моделей для описания распространения звука в пространстве и полупространстве от линейных источников различной протяженности при их расположении в условиях свободного звукового поля на плоскости, эстакаде, а также при наличии насыпей, выемок и других искусственных сооружений (ИС);
- разработка формул для оценки акустической эффективности ИС (акустические экраны (АЭ) при установке на эстакаде, а также выемки и насыпи);
- выполнение теоретических исследований распространения звука от линейных источников при различных параметрах искусственных сооружений (высота, глубина, ширина), а также с различными акустическими характеристиками;
- выполнение сравнительного анализа снижения шума искусственными сооружениями;
- разработка методик экспериментальных исследований, в том числе: акустической эффективности искусственных сооружений, акустических свойств элементов рельефа местности, измерения шума стройплощадок и др.;
- выполнение экспериментальной проверки предложенных формул для расчета распространения звука при наличии ИС;
- исследование процессов шумообразования автотранспортных потоков в зависимости от категорий улиц и дорог, а также стройплощадок в зависимости от условий и характера выполняемых работ;
- исследование закономерностей снижения уровней звукового давления (УЗД) и уровней звука (УЗ) с увеличением расстояния от коротких (строительные площадки) и длинных (автотранспортные потоки) линейных источников шума;
- изучение закономерностей изменения акустических характеристик исследуемых объектов во времени;
- исследование влияния рельефа местности и типов искусственных сооружений на процессы распространения звука;
- разработка методов расчета шума строительных площадок и автотранспортных потоков в различных условиях их расположения и функционирования;
- разработка рекомендаций по снижению шума автодорог и стройплощадок;
- апробация предложенных решений на практике;
- разработка новых нормативно-технических документов с целью их практического использования при проектировании и строительстве;
- внедрение инженерных решений по шумозащите при проектировании, строительстве и функционировании транспортных сооружений.
Научная новизна:
1. Разработаны расчетные схемы, отображающие процессы шумообразования от транспортных искусственных сооружений, аппроксимированных линейными излучателями звука;
2. Разработаны математические модели для описания процессов распространения звука в пространстве и полупространстве от линейных источников различной протяженности, при их расположении в условиях свободного звукового поля на плоскости, эстакаде, насыпи, выемке и других искусственных сооружениях;
3. Разработаны формулы для расчета акустической эффективности искусственных сооружений (АЭ, установленных на эстакадах, а также выемках и насыпях);
4. Выполнены теоретические исследования распространения звука от линейных источников при различных конструктивных параметрах искусственных сооружений, а также исследования изменения эффективности шумозащитных конструкций для различных условий их размещения и изменения конструктивных параметров, рассмотрены процессы дивергенции, поглощения, отражения и дифракции звука;
5. Разработаны классификации автомобильных дорог и строительных площадок по шуму с учетом категорий улиц и дорог и характера выполняемых строительных работ.
Практическая полезность:
1. Разработана методика измерения шума стройплощадок, на основе которой разработан нормативный документ ГОСТ Р 53695-2009 «Шум. Метод определения шумовых характеристик строительных площадок»;
2. Разработана методика расчетов шума автотранспортных потоков на основании предложенной классификации, а также с учетом акустической эффективности, расположения и геометрических параметров искусственных сооружений;
3. Разработана методика расчетов шума строительных площадок на основании предложенной классификации, а также с учетом характера выполняемой работы стройплощадок, геометрических параметров и расположения искусственных сооружений;
4. Разработаны рекомендации по выбору и применению шумозащиты при проектировании искусственных сооружений;
5. С учетом полученных в диссертации результатов с участием автора разработаны и утверждены новые нормативно-технические документы, в т.ч.: ГОСТ Р 53695-2009 «Шум. Метод определения шумовых характеристик строительных площадок» и три стандарта предприятия: «Оценка воздействия на окружающую среду. Раздел «Оценка акустической нагрузки от проектируемого объекта» РИ 7.09/02-2010, «Методика расчета шума строительных площадок», «Методика расчета шума автомобильных дорог». Результаты исследований были использованы при разработке проектов трех ГОСТ Р: «Экраны акустические для железнодорожного транспорта. Методы контроля технических требований», «Экраны акустические для железнодорожного транспорта. Технические требования», «Методы расчета уровней шума, излучаемого железнодорожным транспортом», а также актуализированной редакции СНиП 23-03-2003 «Защита от шума» (СП 51.13330.2011).
Апробация работы:
Результаты научных исследований были доложены: на Третьем Всероссийском школе-семинаре «Новое в теоретической и прикладной акустике», СПб, 23-24 октября 2003 г.; на XI Международном конгрессе по звуку и вибрации, СПб, 4-11 июля 2004 г.; на XII Международном конгрессе по звуку и вибрации, Лиссабон, 4-11 июля 2005 г.; на заседаниях кафедры «Экология и БЖД» БГТУ «ВОЕНМЕХ», 2006, 2007, 2008, 2009, 2010, 2011 гг.; на научно-технических советах НИПИ ТРТИ, 2003, 2004, 2005, 2006, 2007, 2008, 2009, 2010 гг.; Второй международной научно-технической конференции "Экология и безопасность жизнедеятельности промышленно-транспортных комплексов ELPIT 2005", 2005, г. Тольятти; II Всероссийском научно-практическом семинаре с международным участием «Экологизация автомобильного транспорта: передовой опыт России и стран Европейского Союза», 7-9 апреля 2004, г. Санкт-Петербург; III-ей международной научно-практической конференции «Экологическая безопасность автотранспортного комплекса: передовой опыт России и стран Европейского Союза», 21-22 сентября 2005, г. Санкт-Петербург; XIII Международном конгрессе по звуку и вибрации, 3-6 июля 2006, г. Вена; Четвертом Всероссийском школе-семинаре с международным участием «Новое в теоретической и прикладной акустике» СПб, 21 ноября 2007; II Научно-практической конференции с международным участием «Защита населения от повышенного шумового воздействия» СПб, 21-22 марта 2006 г; VIII Международном экологическом форуме, Санкт-Петербург, 19 марта 2008 г.; IV Международной научно-практической конференции «Автотранспорт: от экологической политики до повседневной практики», 20-21 марта 2008 г. Санкт-Петербург; Международной научно-практической конференции «Применение акустических экранов для снижения шума и увеличения безопасности движения поездов», Москва, 14 декабря 2006 г.; V Международной научно-практической конференции «Автотранспорт: от экологической политики до повседневной практики», 22-24 сентября 2010 г., Санкт-Петербург; III Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Защита населения от повышенного шумового воздействия», 22-24 марта 2011 г., Санкт-Петербург; XV международной научно-практической конференции «Проблемы и пути развития энергоснабжения и защиты от шума в строительстве и ЖКХ», Москва-Будва, 2011 г., на XIX Международном конгрессе по звуку и вибрации, Вильнюс, 8-12 июля 2012 г.
Внедрение результатов исследования было осуществлено в Научно-исследовательском и проектном институте территориального развития и транспортной инфраструктуры и институте комплексного транспортного проектирования при проектировании Западного скоростного диаметра, кольцевой автомобильной дороги вокруг Санкт-Петербурга, дублера Курортного проспекта г. Сочи и др. – всего более 20 объектов транспортного строительства.
На защиту выносятся:
- расчетные схемы и математические модели для описания процессов образования звуковых полей от линейных излучателей, аппроксимирующих сложные инженерные сооружения, а также расчетов акустической эффективности искусственных сооружений;
- результаты теоретических и экспериментальных исследований формирования звуковых полей от линейных источников различной протяженности при изменении расстояния и их акустических свойств для свободного звукового поля и в условиях отражения, поглощения и дифрагирования звука;
- методики определения акустических характеристик стройплощадок и акустической эффективности искусственных сооружений;
- результаты исследований процессов шумообразования автотранспортных потоков от различных категорий автомобильных дорог и улиц;
- результаты исследований процессов образования шума стройплощадок от условий и характера выполняемых работ;
- классификации автомобильных дорог и строительных площадок по их шумности;
- методики расчета шума в жилой застройке от автотранспортных потоков и строительных площадок с учетом влияния сложного рельефа, насыпей, эстакад, выемок и пр.;
- обобщенные рекомендации по выбору и применению шумозащиты при проектировании транспортных сооружений;
- результаты апробации основных положений исследования;
- новые нормативно-технические документы по методам акустических измерений и расчетам шума.
Публикации. По результатам исследований опубликовано 46 печатных работ, в том числе 14 из них в изданиях по списку ВАК.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из 5 глав, основных выводов и рекомендаций, списка литературы из 380 наименований и приложений. Диссертация содержит 282 стр. основного текста, включая 85 рисунков, 82 таблицы и 67 стр. приложений.
