Применение малой архитектурной формы типа «Беседка» в качестве шумозащитной конструкции для площадок благоустройства жилых зон

Введение. Реализация национальных проектов, направленных на развитие транспортной и жилищной инфраструктуры, повышает требования к качеству городской среды, а также к безопасности и комфортности внутридворовых пространств [1][2]. В этих условиях шумовое воздействие автотранспорта рассматривается не только как инженерная задача дорожного проектирования, но и как фактор санитарно-гигиенического риска для населения.

В научной литературе установлено, что транспортный шум представляет собой значимый компонент физического загрязнения урбанизированных территорий и оказывает неблагоприятное влияние на комфорт проживания и здоровье горожан [3]. Обобщающие исследования связывают длительное воздействие шума с неврологическими нарушениями, сердечно-сосудистыми заболеваниями, тревожными состояниями и иными негативными эффектами [4–6]. Следовательно, снижение акустической нагрузки на территориях жилой застройки имеет выраженное санитарно-гигиеническое и градостроительное значение.

Существующие подходы к шумозащите городской среды можно условно разделить на несколько групп. Первая группа включает инженерные шумозащитные сооружения: акустические экраны, ограждающие конструкции и элементы звукоизоляции зданий [8–10]. Их результативность определяется высотой, положением относительно источника шума, геометрическими параметрами, применяемым материалом и наличием звукопоглощающей облицовки [11–13].

При этом инженерные экраны не всегда являются универсальным решением для внутридворовых пространств. В реальных условиях их применение может ограничиваться архитектурными, эксплуатационными, санитарно-гигиеническими и экономическими факторами. Кроме того, фактическое состояние акустических экранов, а также особенности их размещения способны снижать ожидаемую эффективность шумозащиты [14].

Вторая группа решений связана с использованием малых и специализированных акустических экранов [15][16]. Такие конструкции позволяют локально уменьшать шумовое воздействие, однако их эффективность существенно зависит от высоты, положения относительно источника и приемника шума, а также от типа транспортного потока. Поэтому результаты, полученные для железнодорожного или магистрального шума, не могут автоматически переноситься на дворовые территории и площадки благоустройства. Обобщение указанных экранных решений представлено на рис. 1.

Третья группа решений представлена зелеными насаждениями, которые могут выполнять шумозащитную функцию при достаточной ширине, плотности и ярусности посадок [17][18]. Наибольший эффект обеспечивают массивы высоких деревьев, дополненные кустарниками, поскольку именно вертикальная структура и плотность кроны определяют способность растительности ослаблять шум.

В качестве естественного шумозащитного средства могут применяться специальные или существующие зеленые насаждения. Исследования показывают, что их эффективность определяется не самим фактом озеленения, а структурными параметрами посадок: высотой, плотностью, шириной полосы, ярусностью и наличием кустарникового слоя [17][18].

Следовательно, зеленые насаждения обладают выраженным экологическим и градостроительным потенциалом, однако в условиях ограниченной площади дворовой территории их шумозащитная эффективность может быть недостаточной. Основные ограничения связаны с необходимостью дополнительного землеотвода, недостаточной плотностью посадок и сохранением открытых подкроновых пространств.

На практике это приводит к ситуации, когда озеленение улучшает восприятие территории, но не всегда обеспечивает достижение нормативных уровней шума на границе площадок отдыха и досуговых зон.

При размещении гостевых автостоянок и местных проездов рядом с детскими, спортивными и рекреационными площадками возникает необходимость в дополнительных локальных мерах защиты, совместимых с архитектурно-планировочной структурой двора (рис. 2).

Такая постановка задачи позволяет рассматривать МАФ как возможный элемент первого эшелона шумозащиты для нормируемых территорий жилых зон.

Анализ указанных подходов показывает, что каждый из них имеет ограничения применительно к плотной жилой застройке. Традиционные экраны могут ухудшать визуальное восприятие дворовой среды и требовать отдельных затрат на проектирование и строительство. Зеленые насаждения нуждаются в значительной площади и не всегда обеспечивают защиту при наличии открытого подкронового пространства. Малые акустические экраны эффективны только в определенных геометрических условиях.

Особую актуальность данная проблема приобретает для площадок отдыха и досуговых зон, расположенных вблизи местных проездов и гостевых автостоянок. В таких условиях требуется локальное шумозащитное решение, которое не только снижает акустическое воздействие, но и сохраняет функциональность и архитектурную выразительность благоустраиваемой территории [7].

В случаях, когда установка традиционных экранов или создание полноценных зеленых защитных полос затруднены, проектные и эксплуатационные организации могут использовать сплошные элементы благоустройства: подпорные стенки, ограждающие конструкции или малые архитектурные формы (МАФ) (рис. 3). Их преимущество заключается в совмещении защитной функции с задачами благоустройства территории.

С этих позиций перспективным направлением является использование элементов благоустройства как части системы шумозащиты. В отличие от специальных инженерных экранов, малые архитектурные формы могут одновременно выполнять рекреационную, градостроительную и защитную функции, что особенно важно для компактных внутридворовых пространств.

Однако в существующих исследованиях основное внимание уделяется традиционным акустическим экранам, зеленым насаждениям и инженерным шумозащитным сооружениям. Возможность применения малых архитектурных форм с глухими ограждающими поверхностями в качестве локальных конструкций для защиты площадок благоустройства от шума изучена недостаточно.

Несмотря на наличие исследований, посвященных традиционным акустическим экранам, зеленым насаждениям и малым шумозащитным конструкциям, недостаточно изучена возможность использования функциональных элементов благоустройства, совмещающих рекреационную и защитную функции, в качестве локальных средств снижения шума во внутридворовых пространствах. Научная новизна настоящей работы состоит в расчетной оценке малой архитектурной формы с глухими ограждающими поверхностями как локального шумозащитного элемента для площадок отдыха жилых зон и в сопоставлении ее эффективности с традиционными вариантами шумозащиты.

Цель данной работы — расчетно оценить возможность применения малых архитектурных форм с глухими ограждающими поверхностями в качестве локальных шумозащитных элементов благоустройства (МАФ) для снижения шумового воздействия придомовой инфраструктуры, прежде всего автотранспорта, на площадки отдыха и досуговые зоны жилых районов.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

1. Выполнен анализ возможных шумозащитных решений для площадок благоустройства жилых зон.
2. Сформированы расчетные варианты шумозащиты, включающие отсутствие ограждения, типовой шумозащитный экран, зеленые насаждения, малый акустический экран и МАФ типа «Беседка».
3. Определены исходные параметры транспортного шума и звукоизоляционные характеристики ограждающей конструкции МАФ.
4. Проведено моделирование распространения шума на территории благоустройства и сопоставление расчетных уровней с предельно допустимыми значениями.
5. Выполнена сравнительная оценка рассмотренных вариантов по санитарно-гигиеническим, экологическим, градостроительным и экономическим критериям.

Материалы и методы. Эмпирическая база и источники данных. Эмпирическую основу исследования составили сведения из нормативных документов, научных публикаций, паспортных характеристик шумозащитных конструкций, а также результаты натурных маршрутных наблюдений, выполненных на территории жилой застройки. Указанные материалы использовались для формирования расчетных сценариев, задания исходных параметров транспортного потока и определения критериев оценки шумового воздействия.

Для проведения расчетно-аналитических работ по оценке акустической нагрузки применялось специализированное программное обеспечение — экологическая геоинформационная система (ГИС) «Эколог-Шум». Программный комплекс включен в «Единый реестр российских программ для ЭВМ и БД» на основании решения Министерства цифрового развития, связи и массовых коммуникаций РФ.

Используемые дополнительные модули программного комплекса:

− модуль «Шум от автомобильных дорог». Применялся для расчета эквивалентного (LAeq) и максимального (LAFmax) уровней звука транспортного потока. Методической основой послужили профильные документы транспортной отрасли;

− модуль «Расчёт звукоизоляции». Использовался для определения индекса изоляции воздушного шума (Rw) ограждающих конструкций. Расчет выполнялся в третьоктавных полосах частот 100–3150 Гц с последующей экстраполяцией до стандартных октавных значений. Дополнительно при выборе критериев оценки характеристик материалов применялись справочные сведения из электронного каталога НИИ строительной физики (1988 г.).

Обоснование принятых акустических моделей базируется на действующих нормативно-технических документах РФ и справочных материалах (см. сноски по ходу текста и ссылки на литературу).

Параметры объектов перспективной жилой застройки приняты на основании ранее разработанной проектной документации.

Шумовые характеристики автотранспорта определены с учетом интенсивности движения, зафиксированной в ходе полевых работ в июле 2025 г. на территории проектируемого жилого микрорайона в г. Екатеринбурге. Указанные работы выполнялись в рамках инженерно-экологических изысканий для предпроектной проработки проектной документации и были направлены на оценку фактического уровня шума на границе площадки проектируемого благоустройства.

При разработке рекомендаций по снижению шума в качестве основы использовались предельно допустимые уровни (ПДУ), установленные санитарно-гигиеническими нормами для объектов территории жилой зоны. Характеристики предлагаемых шумозащитных экранов, включая материал панелей, коэффициент звукопоглощения αw, поверхностную плотность и другие параметры, выбраны на основе паспортных данных производителей либо с учетом предлагаемых проектных решений и справочной информации.

Графический интерфейс применяемой ГИС позволил одновременно редактировать параметры источников, препятствий, включая заданные коэффициенты звукопоглощения, и расчетных точек как в табличной форме, так и на цифровой карте. Для построения «шумовой» карты использовалась подложка из проектной документации, адаптированная с помощью открытых геоданных и импортированная через модуль «ГИС-Стандарт» в формате *.SHP. Оценка эффективности мероприятий проводилась путем сравнения сценариев «базовый», до внедрения защиты, и «проектный», после реализации рассматриваемых вариантов шумозащиты.

Объект исследования. В качестве объекта исследования для защиты площадок благоустройства от шума со стороны местного проезда автотранспорта была рассмотрена малая архитектурная форма типа «Беседка» с глухой задней стенкой (рис. 3, 4). Такая конструкция анализировалась как локальный ограждающий элемент, способный частично выполнять функцию акустического экрана.

Границы применимости расчетной схемы. В настоящей работе рассмотрен частный расчетный случай применения малой архитектурной формы (МАФ) в виде полузакрытой беседки с глухой задней стенкой. Полученные результаты относятся к принятой планировочной схеме, заданным параметрам транспортного потока и выбранной конфигурации ограждающей конструкции. Распространение сформулированных выводов на иные типы МАФ, варианты застройки и сценарии шумовой нагрузки требует проведения дополнительных расчетных и натурных исследований.

Расчетные сценарии. Для сопоставления эффективности шумозащитных решений были заданы пять расчетных вариантов, различающихся типом ограждающей либо защитной конструкции:

− вариант 0 — отсутствие какой-либо ограждающей конструкции;

− вариант 1 — применение типового комбинированного шумозащитного экрана: панель шумоотражающая ПШО + панель шумопоглощающая ПШП + панель шумоотражающая светопрозрачная ПШС, без конструкционного козырька; индекс звукоизоляции воздушного шума принят по паспортным данным;

− вариант 2 — применение двухрядных лиственных древесно-кустарниковых посадок; затухание звука в октавных полосах при прохождении через плотную листву определяется длиной траектории распространения звука;

− вариант 3 — применение малого шумозащитного экрана; эффективность малого акустического экрана в зависимости от частоты принята согласно [16];

− вариант 4 — применение МАФ типа «Беседка» со сплошным задним ограждением из деревянных реек; индекс изоляции воздушного шума определялся расчетным методом.

Краткие исходные сведения по принятым вариантам ограждающих конструкций представлены в таблице 1.

Исходные параметры звукоизоляции ограждающей конструкции. Расчет изоляции воздушного шума для однослойного плоского тонкого ограждения выполнялся в соответствии с алгоритмом, приведенным в п. 9.2 СП 275.1325800.2016². Расчет проведен с применением программы «Расчет звукоизоляции» (фирма-разработчик — «Интеграл»), в которой реализована указанная методика.

Частотная характеристика изоляции воздушного шума сплошной стенки МАФ, рассматриваемой как однослойная плоская тонкая ограждающая конструкция, определенная графическим способом и представленная в виде ломаной линии, приведена на рис. 5.

Результаты расчета индекса изоляции воздушного шума RwR_w для задней стенки МАФ представлены в таблице 5.

В качестве исходных данных для расчета использовались сведения об ограждающей конструкции, приведенные в таблице 2.

Исходные параметры транспортного потока. Для определения шумовых характеристик транспортного потока применялся алгоритм расчета, приведенный в п. 6.2.8–6.12.8 СП 276.1325800.2016⁷. Исходные параметры включали расчетное время суток, интенсивность движения, долю грузового транспорта, скорость движения, уклон проезжей части, тип покрытия и наличие дополнительных дорожных факторов.

Программные средства расчета транспортного шума. Расчет транспортного шума выполнен в модуле «Шум от автомобильных дорог. 1.1» (фирма-разработчик — «Интеграл»). Указанный модуль позволяет определить эквивалентный уровень звука при движении транспортного потока в заданных дорожных условиях с учетом индивидуальных характеристик потока.

Исходные данные для расчетов шумовых характеристик автомобильных транспортных потоков представлены в таблице 3.

Критерии оценки. Программные средства моделирования распространения шума. Моделирование распространения шума выполнено с использованием ПК «Эколог-Шум. 2.4» (фирма-разработчик — «Интеграл»), имеющего рекомендации НИИСФ «Строительной физики» (сертификат соответствия РОСС RU.СП04. Н00084 от 05.03.2007 г.). Комплекс позволяет рассчитывать уровни звукового давления в отдельных точках и на расчетных площадках с учетом дифракции и отражения звука от препятствий.

Расчетные допущения. Оценка проводилась по эквивалентному уровню шума (дБА), учитывающему временную неравномерность шумового воздействия. При выполнении расчетов не учитывались эффекты звукопоглощения, а также экранирования отраженными сигналами от соседних зданий, сооружений и зеленых насаждений, что позволяет рассматривать полученные значения как результат принятой расчетной схемы.

Последовательность расчета. Алгоритм исследования включал: 1) задание объекта исследования и расчетных сценариев; 2) определение звукоизоляционных характеристик ограждающей конструкции; 3) расчет шумовой характеристики транспортного потока; 4) моделирование распространения шума для каждого варианта; 5) сопоставление полученных уровней с предельно допустимыми значениями; 6) сравнительную оценку вариантов по заданным критериям.

Критерии оценки. В качестве исходных данных для расчета приняты шумовые параметры, характеризующие акустическое воздействие на окружающую среду, пространственное расположение источников шума и ограждающих конструкций. Расчеты уровней звукового давления проводились в октавных полосах со среднегеометрическими частотами 31,5–8000 Гц, а также для эквивалентных уровней звука LA.

Моделирование учитывало следующие положения:

– Расчеты проведены в локальной системе координат. Ось ОХ ориентирована на восток, ось ОY — на север. За отметку 0,0 принят уровень земли; расчет выполнялся без учета рельефа местности. Минимальные размеры расчетного прямоугольника составляли 70 × 70 м.

– В расчете учитывались дифракция и отражение звуковых волн ограждающими конструкциями с учетом метеорологических параметров — температуры и влажности воздуха.

– Значения эквивалентных уровней звукового давления Lэкв за время воздействия T получены расчетом на основе октавных уровней с учетом продолжительности используемого временного интервала: дневное время — с 7 до 23 ч, ночное время — с 23 до 7 ч.

– Расчетные точки выбраны непосредственно на территории прилегающей селитебной зоны в соответствии с СП 51.13330.2011¹⁴: на площадках отдыха микрорайонов и групп жилых домов, участках детских дошкольных учреждений, школ, больниц и санаториев расчетные точки принимаются на ближайшей к источнику шума границе площадок на высоте 1,5 м от поверхности земли.

Результаты представлялись в табличном виде и в форме цветных шумовых карт — изолиний.

Нормируемые параметры шума для рассматриваемой территории — площадок отдыха и досуговых зон жилых районов — приняты по СанПиН 1.2.3685-21¹⁵ (таблица 4). Основным критерием являлось соблюдение предельно допустимого эквивалентного уровня звука 45 дБА.

Результаты исследования. Согласно принятой процедуре оценки, были проведены требуемые расчёты, результаты которых приведены в соответствующих таблицах и рисунках.

Частотная характеристика изоляции воздушного шума для сплошной стенки МАФ (как однослойная плоская тонкая ограждающая конструкция) в виде ломаной линии, определенная графическим способом, представлена на рис. 5.

Результаты расчета индекса изоляции воздушного шума (Rw) для задней стенки МАФ представлены в таблице 5.

Результаты расчетов шумовой характеристики транспортного шума представлены в таблице 6.

Результаты расчетов распространения шума представлены в таблице 7.

Зоны неблагоприятного воздействия шума представлены на изолиниях зон акустического дискомфорта на высоте нормирования 1,5 м (рис. 6).

Для визуализации было выполнено графическое распределение шума в перспективе (3D) на высоте нормирования 1,5 м (рис. 7).

Обсуждение. Полученные расчетные результаты свидетельствуют о том, что ключевым фактором снижения шума на границе нормируемой территории является наличие сплошной ограждающей поверхности, размещенной между источником шумового воздействия и защищаемой площадкой. В связи с этим варианты с типовым шумозащитным экраном и МАФ типа «Беседка» обеспечили достижение предельно допустимого уровня, тогда как отсутствие ограждающей конструкции, зеленые насаждения и малый акустический экран в принятой расчетной схеме не позволили получить сопоставимый эффект.

Данная интерпретация согласуется с литературными сведениями о том, что эффективность акустических экранов определяется их высотой, геометрическими параметрами, положением относительно источника и приемника шума, а также наличием непрерывной экранирующей поверхности [11–14]. Для МАФ типа «Беседка» шумозащитное действие обусловлено не самим фактом благоустройства территории, а наличием глухой задней стенки, выполняющей функцию локального барьера на пути распространения звуковой волны.

Следует подчеркнуть, что представленные результаты имеют расчетный характер. Использованные программные средства и нормативные методики позволяют выполнить предварительную оценку акустической эффективности анализируемых решений, однако не заменяют инструментальную проверку в натурных условиях. Поэтому полученное снижение уровня шума для варианта с МАФ следует рассматривать как расчетно-прогнозное значение, справедливое для принятой геометрии объекта, характеристик транспортного потока и условий распространения звука.

Для интерпретации практической применимости рассмотренных решений была выполнена сравнительная оценка по критериям, отражающим не только акустический результат, но и возможность использования соответствующего мероприятия в условиях жилой застройки:

— «Обеспечение санитарно-гигиенических норм» — соответствие расчетного уровня шума предельно допустимому значению для нормируемой территории;

— «Градостроительная интеграция» — возможность включения решения в архитектурно-планировочную структуру дворовой территории без ухудшения ее функциональности и визуального восприятия;

— «Экологический эффект» — потенциальное снижение отрицательного воздействия шумового фактора на окружающую среду и условия проживания населения;

— «Материальные затраты» — ориентировочная потребность в дополнительных финансовых вложениях сверх обычных работ по благоустройству территории.

Такое ранжирование показывает, что выбор шумозащитного мероприятия не должен основываться исключительно на величине расчетного снижения уровня шума. Для площадок благоустройства значимы также градостроительная совместимость, эксплуатационная целесообразность и возможность реализации решения без формирования отдельного инженерного объекта.

Результаты сравнительной оценки рассматриваемых вариантов мероприятий по шумозащите представлены в таблице 8.

Интерпретация рассмотренных вариантов показывает, что стандартный шумозащитный экран является наиболее очевидным инженерным решением при приоритете санитарно-гигиенического результата. Вместе с тем его применение во внутридворовой среде может быть ограничено эстетическими и планировочными требованиями, поскольку такой экран воспринимается как самостоятельное техническое сооружение.

Низкая эффективность варианта с зелеными насаждениями объясняется тем, что полоса шириной 5–10 м и рядовая посадка без плотного нижнего яруса не формируют непрерывного акустического барьера. Это согласуется с данными о необходимости достаточной ширины, плотности и ярусности насаждений для достижения выраженного шумозащитного эффекта [17][18].

Недостаточная эффективность малого акустического экрана связана с его ограниченной высотой. При высоте 0,85 м такая конструкция не перекрывает значимую часть пути распространения звука между транспортным потоком и расчетной точкой, расположенной на высоте 1,5 м, поэтому в рассматриваемой планировочной схеме она не обеспечивает достижения ПДУ.

Вариант с МАФ типа «Беседка» отличается от стандартного экрана тем, что шумозащитная функция в данном случае совмещается с рекреационной и градостроительной. Это позволяет рассматривать такую конструкцию не как отдельное природоохранное сооружение, а как элемент благоустройства, который одновременно формирует защищенное пространство и сохраняет функциональное назначение площадки.

Практическая значимость полученного результата заключается в том, что МАФ с глухой задней стенкой может использоваться как локальное средство шумозащиты в тех случаях, когда установка традиционного экрана нежелательна или затруднена по архитектурно-планировочным причинам. При этом окончательная оценка эффективности такого решения требует уточнения для иных геометрических схем и условий шумовой нагрузки.

Ограничениями исследования являются расчетный характер полученных результатов, рассмотрение одного типа МАФ, одной планировочной конфигурации и одного сценария транспортной нагрузки. Кроме того, в расчетной схеме не учитывались некоторые факторы городской среды, включая отражения от соседних зданий и изменчивость фактической интенсивности движения.

Таким образом, результаты следует интерпретировать как расчетное обоснование перспективности применения МАФ типа «Беседка» с глухой задней стенкой для локальной шумозащиты. Для подтверждения практической эффективности необходимы натурные измерения шума до и после установки конструкции, а также серия расчетов при различных расстояниях до источника, интенсивностях движения и вариантах застройки.

Заключение. В работе выполнена расчетная оценка возможности применения МАФ типа «Беседка» с глухой задней стенкой в качестве локальной шумозащитной конструкции для площадок благоустройства жилых зон.

По результатам моделирования установлено, что при заданных параметрах транспортного потока вариант без защитных мероприятий не обеспечивает соблюдения предельно допустимого уровня шума на границе нормируемой территории. Типовой шумозащитный экран и МАФ типа «Беседка» в рассматриваемой расчетной схеме позволяют снизить уровень шума до 45 дБА.

Зеленые насаждения и малый акустический экран при принятых исходных условиях не обеспечивают требуемого уровня шумозащиты, что связано с недостаточной непрерывностью и/или высотой защитного барьера.

Главный вывод исследования состоит в том, что полузакрытая МАФ типа «Беседка» с глухой задней стенкой может рассматриваться как перспективное локальное шумозащитное решение, совмещающее акустическую и градостроительную функции.

Полученные результаты имеют расчетный характер и требуют дальнейшей проверки: инструментального подтверждения в натурных условиях, анализа других типов МАФ, вариантов застройки и сценариев шумовой нагрузки.