Система за автоматизирано проектиране на транспортни шумозащитни екрани Urban Acoustics

10 Jul 2016
Dobriyan Benov
479
0

Urban Acoustics е специализирана система за акустични изчисления. Системата е използвана при оразмеряването на редица транспортни шумозащитни екрани, както и за изчисленията редица монографии.
В настоящият материал ще разгледаме функциите от системата свързани с автоматизираното проектиране на транспортни шумозащитни екрани. То обхваща следните етапи.

1. Създаване на акустичен числен модел.

Основа на автоматизирано проектиране на инженерни съоръжения е численият модел на обекта. За да бъде проектирането максимално автоматизирано, численият модел трябва достатъчно точно и адекватно да отразява текущата ситуация.
По тази причина при разработката на системата Urban Acoustics е обърнато подобаващо внимание на числения модел и на инструментите за неговото създаване.
За основа на числения модел могат да се използват геодезическото заснемане, проектът на трасето или съоръжението, кадастралният план, други източници като Google Earth и/или др.п. Модела се създава с помощта на интегрирана CAD система.
За да опише адекватно акустичната ситуация, този числен модел се отличава от известните числени модели по въведените специални типове обекти.
Първият от тях е източникът на шум. Геометрично, източникът на шум представлява тримерна полилиния. Той, обаче, носи в себе си информация за вида на източника – автомобилен поток, железопътен или трамваен транспорт, и за неговите параметри. Тези параметри включват дължината на звуковата вълна, интензивността по периоди на денонощието, скоростта и т.н. Разбира се, обектът носи със себе си и най-съществения параметър – изчислената или получена по други методи, шумова характеристика.
Въвеждането на този обект в CAD модела позволява на системата да „идентифицира“ източника на шум като такъв и да използва неговите параметри при следващите изчисления.
Системата разполага с библиотека, която съдържа източници на шум, моделирани според нормативните документи. В тази библиотека, разбира се, могат да бъдат добавяни източници на шум, които са моделирани според конкретните условия. Подходящо е за всеки обект да се определят конкретните параметри на източника на шум и по преценка да се добавят в библиотеката, което ще позволи те да бъдат използвани за оценка при други подобни обекти.
След като се определят, параметрите на източника се „закачат“ към геометричния обект източник на шум. Това позволява след извършване на изчисленията, към геометричния обект да се „закачат“ други параметри (напр. с променена скорост на движение) и акустичната ситуация да бъде изследвана отново.
Шумовата характеристика на източника може да бъде въведена (ако е измерена или определена по други показатели) или да бъде изчислена от системата на база на параметрите на източника на шум (фиг. 1).
Системата поддържа различни методи за изчисляване на шумовата характеристика според вида на източника на шум – автомобилен поток, трамвайно движение, железопътен транспорт и др., освен това позволява разработването на допълнителни модули (plug-ins) за изчисляване на шумовата характеристика и по други методи за различни видове източници.
Системата позволява шумовата характеристика на източника на шум да бъде изчислена и без геометрично източника да фигурира в модела. Това позволява функцията да бъде използвана и за прогнозиране на шумовата характеристика на проектирани източници на шум или за други изследвания.
Изчисляването на шумовата характеристика е реализирано интерактивно и тя се преизчислява в момента на въвеждането на стойностите, от които зависи. По този начин може да се оцени влиянието на отделни параметри на източника върху неговата шумова характеристика.
Също така, системата разполага с база от данни на нормативните документи, които имат отношение към параметрите, от които зависи шумовата характеристика. По този начин системата може да предложи стойности на величините, които не са известни, ако това се допуска от съответните нормативи.
Вторият специален елемент е защитаваният обект. Този елемент представлява тримерно геометрично тяло. Параметрите, които то притежава, са нормативно ниво на шума за различните периоди от денонощието (и разбира се, в зависимост от предназначението), звукоизолация на ограждащата конструкция и т.н.
Системата разполага и с функции за изчисляване на звукоизолацията на ограждащата конструкция на сградата, както и с база от данни на граничните нива на шума в зависимост от предназначението и периодите на денонощието.
Друг специален обект е шумозащитният екран. Този обект се създава от системата върху числения модел като резултат от извършените изчисления. Екранът по същество е полилиния, която съдържа информация за височината и необходимата и/или фактическата ефективност в отделните проектирани участъци.
За улеснение, при създаването на числения модел са предвидени функции за конвертиране на съществуващи обекти от модела (напр. линии, полилинии) в съответния нов тип обект.

2. Решаване на основните задачи при определяне на акустичната ситуация

2.1. Шумова карта

Въз основа на акустичния числен модел, системата позволява генериране на аналитична шумова карта. Отчита се намалението на нивото на шума в следствие на отдалечаването от източника на шум и по този начин се определя нивото на шума в изчислителните точки от територията.
Шумовата карта е полезна за оценка на шумовото натоварване в разглежданата територия. Тя показва зоните на акустичен дискомфорт и периметъра на влияние на източника на шум.

2.2. Шумово натоварване върху фасадите на сградите

Следващата задача, която спомага за анализиране на акустичната обстановка е определяне на шумовото натоварване върху фасадите на сградите.
Системата определя шумовото натоварване върху фасадите като построява мрежа от достатъчно близки една до друга изчислителни точки върху фасадите на всяка от сградите. За всяка изчислителна точка се определя дали тя попада в зона на звукова сянка (напр. от друга сграда, ако източника на шум е в траншея и др.п.) и най-близкото разстояние до източника на шум. След това се определя нивото на шума в тази изчислителна точка. Намалението на нивото на шума се изчислява съгласно теорията за квазицилиндричните звукови вълни [4,5].
В резултат, върху всяка фасада се построяват изофони, показващи как се променя шумовото натоварване. От това изследване може да се определи кои зони по фасадите са подложени на неблагоприятно шумово натоварване (ниво на шума над нормативното).

3. Определяне на параметрите на шумозащитния екран

След построяването на числения модел и уточняване на всички необходими параметри, се пристъпва към оразмеряването на транспортния шумозащитен екран. При оразмеряването на екрана се използва формулата на Маекава-Николов [1].
Изчисляват се ефективността на екрана, неговите височина и дължина, и необходимата приведена маса.
Освен това, системата подбира най-благоприятната форма на екрана, като изчислява и сравнява ефективността при екран без или с дифракционен елемент, тънък, дебел или комбиниран. Могат да бъдат изчислени различни варианти, които след това да бъдат сравнени и по други показатели (напр. технологични, икономически и др.п.).
Проверяват се и различни видове материали, от които може да бъде изграден екрана. В базата от данни са въведени параметрите на различни материали от различни производители, и има възможност тази база да се обогатява.

4. Оптимизационни критерии и ограничителни условия

Системата позволява да се въведат оптимизационни критерии при оразмеряването на екрана, като:
- височина на екрана;
- въвеждане на дифракционен елемент;
- свойства на материала;
- увеличаване на ефективността на екрана чрез разполагането му на най-подходящото място.
Ограничителните условия позволяват специалистът да „насочи“ системата към намиране на подходящи решения за конкретния обект. Такива, например са:
- наличие на дифракционен елемент (ако е необходимо); възможно е да се зададат и неговите параметри, напр. ограничение на височината, ъгъла на наклона и др.п.;
- максимална височина на екрана; в този случай, ако тази височина не е достатъчна, системата изчислява остатъчното ниво на шума, което трябва да бъде погасено по друг начин;
- материал, от който ще бъде изграден екранът – с или без звукопоглъщане и т.н.;
- задаване на габарити, в които може да бъде разположен екрана.

5. Вероятностна оценка

Понякога не всички стойности, необходими за проектирането на екрана, са известни. Например интензивността на потока при прокарване на нови трасета.
Тези параметри могат да бъдат взети от нормативните документи, които регламентират класовете на улиците или ж.п. линиите. Системата, обаче, предлага и друг вариант - оценка за най-вероятните стойности на тези параметри чрез стохастично моделиране (метод „Монте Карло“) [9,10].
Тази вероятностна оценка, например, дава възможност за достатъчно прецизно моделиране при начална фаза на проектиране.

6. Съставяне на отчетна документация

Тъй като става въпрос за автоматизация, тя трябва да обхваща не само самите изчисления, а и изготвянето на проектната документация.
По тази причина, всички изчислителни функции на системата разполагат с опция за съставяне на отчетна документация.
Това включва определяне на шумовата характеристика, изчисляване на нивото на шума в изчислителните точки, намаление на нивото на шума от разстоянието, изчисленията за определяне на параметрите на шумозащитния екран и т.н.7. Стандарти и нормативни документи.
На последно място (не и по важност) ще обърнем внимание на стандартите и на нормативните документи.
При проектирането, специалистите трябва да се съобразяват с редица документи. Затова, системата има база от данни с повечето засегнати стандарти и нормативни документи [5,11,12,13,14] и помага на специалиста при взимането на решения, така че тези да са съобразени с тях. Това включва методи на определяне на шумовата характеристика, гранични стойности на нивата на шума, габарити и отстояния при разполагането на транспортния шумозащитен екран и др.

Литература

1. Николов, Н., А. Писарски, И. Шубин. Проектиране на транспортни шумозащитни екрани. Теория. Методика. Практика. Под печат.
2. Николов, Н. Методология проектирования защиты городских зданий от транспортного шума на основе теории квазицилиндрических волн. Дисс. для получения уч. ст. „Доктора технических наук“, РААСН НИИСФ, Москва, 2010, 304 с.
3. Николов, Н. Теория квазицилиндрических волн и методы расчета транспортного шума. Palmarium, Saarbrucken, 2012, p. 274.
4. Бенов, Д., М. Недков, И. Иванов. Специализирана CAD система за условията на откритите рудници (CADMin). Трета национална научно-техническа конференция с международно участие “Технологии и практики при подземен добив и минно строителство” 8-11 октомври 2012, Девин, стр. 231-234.
5. Наредба 6 от 26.6.2006 за показателите за шум в околната среда, отчитащи степента на дискомфорт през различните части на денонощието, граничните стойности на показателите за шум в околната среда, методите за оценка на стойностите на показателите за шум и на вредните ефекти от шума върху здравето на населението. София, ДВ 58/2006.
6. Николов, Н., А. Писарски, И. Цукерников, И. Шубин. Шумозащитые ограждения. Под печат.
7. Маждраков, М., Д. Бенов. Детайлно моделиране на шумовата характеристика на транспортния поток по автомагистрали. Под печат.
8. Осипов, Г.Л. Звукоизолация и звукопоглощения.
9. Metropolis, N., S. Ulam. The Monte Carlo Method. Journal of the American Statistical Association, Taylor & Francis, Volume 44, Issue 247, 1949, pages 335-341,
10. Соболь, И. М. Метод Монте Карло. М., Наука, 1972.
11. ISO 1996-2: 2011. Acoustics - Description, measurement and assessment of environmental noise Determination of environmental noise levels.
12. ГОСТ 30457.3-2006. Акустика. Определение уровней звуковой мощности источников шума по интенсивности звука. Часть 3. Точный метод для измерения сканированием.
13. Наредба 2 от 29.6.2004 за планиране и проектиране на комуникационно-транспортните системи на урбанизираните територии. София, ДВ 86/2004.
14. Наредба 55 от 29.1.2004 за проектиране и строителство на железопътни линии, железопътни гари, железопътни прелези и други елементи от железопътната инфраструктура. София, ДВ 18/2004.

© 2016, Dobriyan Benov. All rights reserved.