基于Cadna/A的高层建筑环境噪声垂直分布仿真

娄金秀，马建华

(河南大学 环境与规划学院，河南 开封 475004)

交通噪声是城市中最主要的噪声源。许多居民住宅楼和涉外饭店位于街道两侧，直接或间接受到交通噪声的影响[1]。城市环境噪声的监测与评价已有大量的工作，尤其是对城市交通噪声的监测与评价[2―4]。目前，我国对区域噪声的表达大多着重于平面分布上，且运用Kriging插值法得到其噪声分布图。此方法绘制噪声分布图需要时间较长，实时性较差，且只能评价已有道路的噪声影响，难以弥补同步性、人力物力耗费大等方面的不足。而借助模型可以对拟建项目的降噪方案进行预测和评价，提高效率和节约成本，是今后噪声评价的发展方向[5]。各国相继开发了基于当地情况的道路交通噪声预测模型，并与计算机模拟技术相结合，客观地分析交通噪声对受体的影响[6]。在我国的噪声影响评价中，Cadna/A软件被广泛认可，如郑庆峰等[7]以上海市为例，运用Cadna/A软件得出噪声在垂直方向上的分布状况；李宪同等[8]以北京市为例，运用Cadna/A软件预测噪声在建筑物立面上的分布情况。其研究对象均为大城市的噪声垂直分布，道路宽度大于40 m；对于中小城市来说，道路较窄，车流量较少，用Cadna/A软件开展中小城市的噪声预测是否准确，噪声在建筑物立面上的分布情况如何，尚需进一步开展案例研究。本文以中小省市开封市为例，选择某住宅小区建筑群为研究对象，实地获取小区周围道路宽度、车辆限速、车流量、小区建筑物高度等信息，利用Cadna/A软件预测噪声在单体建筑上的分布情况。针对临街高层住宅楼，实地监测其不同楼层的昼间噪声分布情况，以验证软件预测的准确性。

1 研究方法

1.1 Caddnnaa//AA软件简介

Cadna/A软件是德国交通部发布的以Leq为评价指标的RLS 90模型为基础、基于ISO 9613标准、利用Windows作为操作平台的噪声模拟软件。该系统对噪声物理原理的描述、声源条件的界定、噪声传播过程中考虑的影响因素以及噪声计算等都与国际标准化组织的有关规定相同。利用Cadna/A软件预测的电厂、公路、铁路、生活小区环境噪声水平与利用我国HJ/T2.4-1995规定的方法所得到的结果基本相同。经国家环保总局环境工程评估中心认证,该软件理论基础与GB/T17247.2-1998要求一致，适用于城市或区域环境噪声的预测、评价和控制方案设计。

Cadna/A具有强大的计算模拟功能。它可以同时预测各类噪声源的复合影响，对声源和预测点的数量没有限制；噪声源的辐射声压级和计算结果既可以用A计权值表示，也可用不同频段的声压值表示；任意形状的建筑群、绿化带和地形均可作为声屏障予以考虑。软件中的参数可以调整，因此可用于噪声控制设计效果分析。从声源定义、参数设定、模拟计算到结果表达与评价构成了一个完整的系统，其三维彩图输出方式使预测结果更加可视化和形象化。

1.2 研究区域的选择

本文选择位于开封市豪德广场西南角、宋城路南侧、金明大道西侧的东京新城小区为研究对象，展开立体噪声模拟预测研究。豪德广场周边分布多个高档住宅小区（本研究的小区就是其中之一），人口比较密集，开展广场周围噪声的研究具有很大的实用价值。同时，宋城路、金明大道为开封市主要交通运输道路之一，来往车辆密集，噪声较大，并且周围建筑稀疏，有利于噪声在空间上的传播扩散，具有较强的代表性。

1.3 软件参数的选择与获取

根据模型要求，本研究考虑的主要参数有道路宽度、道路薄度、车辆限速、车流量、大车（车重≥2.8 t）比例、建筑物高度、级反射等。道路宽度、车流量、大车比例现场测定的，车辆限速由开封市交通管理部门提供；考虑到开封地处平原，路面为光滑沥青路面等实际，本研究设计的主要道路参数见表1。

1.4 噪声监测仪器和方法

为了验证Cadna/A软件的预测精度，作者选择东京新城小区某栋高层居民楼，如图1中A楼所示，进行噪声垂直分布状况的实际测量。该建筑共17层，高度为51 m，其临路的外墙距离道路中心水平距离15 m。监测其1至9层、11层、13层、15层、17层室外楼梯的噪声值，监测时将仪器伸出窗外1 m处。监测时间是2013年3月10日，监测时间段为6:00～22:00。由于7层的噪声值达到最大，8层、9层噪声明显衰减，所以9层以上偶数层未进行监测。使用仪器为HS 6288 E型噪声频谱分析仪（上海）。噪声监测按照GB 3096-2008的规范附录C（噪声敏感建筑物监测方法）[9]执行。每楼层监测13次，每次监测20 min连续等效A声级值，然后计算平均A声级。因为城市交通道路噪声污染与机动车辆、人口分布、道路状况和车流量等因素有着明显的正相关性[10,11]，所以风速小于5.0 m/s时在测量噪声的同时统计车流量，不同楼层车流量相差在10%时统计为同一次监测结果，确保监测的准确性。

2 建筑物立体噪声预测结果分析

2.1 立体噪声图绘制与分析

首先将经过Arc Gis软件数字化后的住宅小区建筑物地图导入Cadna/A中，建立三维仿真模型；然后在软件中输入表1中的参数，对其高层建筑物立体噪声进行模拟预测（图1）。

布先随着高度的增加而增大，达到最大值之后又随着高度的增大而减小。以图1单体建筑物A为例，其噪声预测值的垂直变化见图2。由图2可见，1楼的噪声级最小，约64 dB；向上逐渐增大，在7楼附近（距地面约22 m）达到最大值，约72 dB；之后随着高度的增加又逐渐减小，17楼的噪声级约66 dB。

表1 道路主要参数

图1 住宅小区建筑物噪声立体分布图

图2 A栋单体建筑噪声预测值垂直变化

噪声强度随高度上升呈先增大后减小的垂直分布的原因可能是多方面的。李本刚等[12]和李家兵[13]认为，噪声的这种垂直分布主要是由于建筑物之间的相互阻挡作用造成的。吴静[14]认为，垂直距离增加不能明显增大与噪声源的直线距离，噪声随着高度的增加而加重。李宪同等[8]的研究结果表明，在一定高度下道路交通噪声呈面声源，随着建筑物高度增加，影响敏感点的噪声源面积增大，声级也会增加；到达一定高度后，道路交通噪声呈现线声源特性，随高度增加声级递减。另外，噪声的传播与衰减与噪声源附近的地表粗糙程度也有一定关系[15]。就本研究来看，最大噪声出现在距地面约22 m的高度附近，这与该处的道路宽度以及周围的环境状况有关。

虽然地面粗糙度的增加并不能地降低最大噪声高度[8]，但实践和理论都证明可以有效地降低不同高度上噪声级。据刘培杰等[15]研究，与混凝土路面相比，采用多孔沥青路面，可降低汽车轮胎与地面之间的接触噪声级3～4 dB(A)。所以，在城市建设中应尽量增加地面粗糙度（如增大道路防护林或绿篱宽度、增加常绿阔叶树种的比例、变混凝土路面为多孔沥青路面等等措施）。

2.2 噪声预测值的精度验证

对图1中A栋单体建筑物不同楼层的监测噪声值与软件预测噪声值进行对比，如表2，可以看出，预测值与监测值的相对误差均在±2 dB以内，Cadna/A软件预测精度达到了97%以上。因此，实测噪声值与软件预测结果相十分吻合，表明Cadna/A软件适用于开封市这类中等城市的交通噪声的预测。

表2 某单体建筑物立体噪声预测精度验证

由表2可见，除第8楼的噪声预测值稍大于实测值外，其他楼层均稍低于实测值。其原因可能是Cadna/A软件的预测噪声主要考虑道路等相关参数，而没有考虑人类活动、风声所带来的影响，故预测值往往低于实测值。楼层越低受人类活动的影响越明显，故误差越大；楼层越高风的影响越明显，其误差也越大。

3 结语

本文利用Cadna/A软件对开封市某住宅小区建筑群立体噪声进行了预测和精度验证。结果表明：

（1）噪声在垂直方向上随着高度的增加，呈先增大后减小的趋势，最大噪声高度约22 m；

（2）通过实地噪声监测，模型预测的精度达到了97%以上，Cadna/A软件适用于开封市这类中小城市道路交通的噪声预测，是一款预测精度很高的软件；

（3）为了降低噪声高度的声级，在城市规划中应尽量增加地面粗糙度。

[1]王 毅，王寄凡.从亚运会环境监测谈北京道路交通噪声与控制[J].噪声与振动控制，1993，13(4)：21-24.

[2]姜 云，付宝升，张俊才.鸡西市的噪声污染与城市规划[J].黑龙江矿业学院学报，2000，10(2)：41-43.

[3]Garcia A,Faus L J.Statistical analysis of noise levels in urban areas[J].Applied Acoustics,1991,34(4)：227-247.

[4]刘庆明，吕丽珠.天津城市中心区环境噪声污染及其防治对策[J].城市环境与城市生态，2002，15(4)：46-50.

[5]李 何，李志东，李 明.Cadna/A在立交桥噪声预测评价中的应用[J].环境科学与管理，2012，37(1)：168-172.

[6]Liu P J,Sun H T,Wang H W.Application of Cadna/A software in prediction and assessment of traffic noise[J].Noise Technique,2008,32(7):64-67.

[7]郑庆锋，徐卫忠，陈春根.Cadna/A软件在评价地面高架综合交通噪声对居住小区影响的应用[J].噪声与振动控制，2011，31(6)：147-151.

[8]李宪同，刘砚华，张守斌，等.道路交通噪声垂向传播规律研究[J].噪声与振动控制，2012，32(5)：110-113.

[9]RCS-FMT(Road Construction Section of the Federal Ministry for Transport).Directives for anti-noise protections along roads[R].Berlin:Ministry for Transport,1990.

[10]孟 娟.灰色系统理论方法在城市环境噪声污染分析中的应用[J].哈尔滨理工大学学报，1998，3(3)：76-79.

[11]王素萍，白 杰.城市道路交通噪声污染防治对策研究[J].噪声与振动控制，2003，23(1)：26-27.

[12]李本纲，陶 澍.城市居住小区交通噪声的空间分布特征[J].城市环境与城市生态，2001，14(6)：5-7.

[13]李家兵.城市交通噪声在垂向上分布规律研究[J].福建师范大学学报，2011，27(1)：105-108.

[14]吴 静.高层建筑噪声垂直分布及控制[J].重庆建筑，2007，(2)：30-32.

[15]刘培杰，孙海涛，赵越喆，等.居住小区交通噪声预测评价[J].噪声与振动控制，2009，29(1)：141-143.