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中外建筑声学比较:中国应加快建筑声学产业化

作者:大玩家现金平台时间:2021-02-09 12:21

  建筑声学(Architectural Acoustics)是研究建筑物室内声学环境的学科,主要致力于提升室内音质、控制噪音。建筑声学的概念起源于西方,公元前一世纪左右,罗马建筑家维特鲁威所著的《建筑十书》中对建筑声学最早进行了记载,在书中记述了希腊剧场中自然声场形成的方法,如运用共鸣缸和墙体围合的反射面以增加舞台自然声演出能量等。建筑声学在中国自古以来的建筑中亦有着广泛的应用,宋元时期的古代剧场,在戏台左右两侧放置水缸,以增加自然声演出响度;16世纪建成的天坛皇穹宇,在65米直径回音壁的作用下,声音可以沿壁传播一二百米。

  虽然中国对建筑物形成自然声场的运用时间早,然而建筑声学发挥的作用高度依赖工匠的经验,没有形成系统性的学科,研究、应用长期停滞。现代建筑声学的技术、人才、经验等各方面也落后于西方发达国家,尤其是在高端文化建筑领域,形成了外资建筑声学设计主导的局面。本文将从建筑声学认知、产业化、技术和材料、市场空间、法律法规等方面阐述当前中外建筑声学的发展差异。

  建筑声学在西方发达国家成为单独的科学学科有一百多年的历史,是深受认可的建筑细分专业,广泛运用于观演建筑、公共文化建筑、学校建筑、主题乐园建筑、五星级酒店建筑、影视制作中心和录音棚建筑、宗教建筑、民用与工业建筑等。

  发达国家的建筑声学工程师与建筑师均实行市场化定价,建筑声学的价值已被广泛认同。建筑声学环境要求越高的建筑物,越需要聘请专业声学设计大师进行加持,以剧场、音乐厅等为代表的观演建筑物,其声学投入远超越其他类型的建筑。在这些国家和地区,声学设计和规划、空调、给排水设备等专业地位相当,属于必须的专业设计范围之一,需要作为向监管部门报建设计文件的一部分。

  国内对建筑声学的认知总体还处于初级阶段。部分专业声学建筑领域,如剧院、多功能厅、体育馆、展览馆、图书馆和机场高铁站等公共设施等,建筑规范中有声学的强制性条文,然而在设计过程中,因部分业主和建筑师不理解声学设计的重要性,加之监管部门缺乏审核流程和经验,导致建筑的声学实施往往流于形式。

  部分西方国家的政府制定了相应的声学规范和措施,推动剧场、户外演出、展览空间、酒店、咖啡厅、会议室、教堂等场所进行相关的建筑声学和电声设计。在政策推动下,发达国家剧场建设已形成成熟体系,为建筑声学留有单独的预算,在规划、建筑设计、施工和验收阶段有严格流程把控每阶段的声学效果。在这些国家和地区,建筑声学也带来了良好的经济价值,推动建筑声学进入良性的产业化发展轨道。例如,在部分欧洲国家,安静且隔声良好的住宅的销售价格要高于其他住宅,其出租率和租金水平也更高;澳大利亚、新西兰等国家部分餐厅提供安静指数等声学指标,用于吸引对用餐环境有要求的优质客户。

  虽然国内建筑声学产业化进程落后于上述发达国家,随着民众生活水平不断提升,对精神文化需求日益旺盛,中国的声学建筑市场呈现持续增长态势。在此背景下,涌现了一批在建筑声学领域表现突出的企业。根据2015年至2019年我国1200座以上剧院、音乐厅、会议中心的建筑声学装饰工程数据统计,中孚泰文化建筑股份有限公司承接的项目数最多,市场占有率位居第一名,苏州金螳螂建筑装饰股份有限公司、深圳洪涛集团股份有限公司、浙江大丰建筑装饰工程有限公司在声学建筑领域亦较有影响力。上述龙头企业正带动建筑声学产业化发展,加速我国建筑声学应用到各类建筑中。

  中国的建筑声学技术与发达国家尚有较大的差距,尤其是建筑的主动降噪技术以及建筑声学大数据采集、整理和应用等前沿技术落后于发达国家。国内的剧场剧院为了适应激烈的市场竞争,往往追求多功能化,但是过去二十多年通过传统物理被动方式建造的多功能厅成本高、运营复杂、表演类型受限,整体并不理想。另一方面,国外经过三十多年发展业已成熟的主动降噪技术和电子可调技术已经成功应用在几百座多功能剧场剧院,并实现了良好的声学效果和运营收入。例如,发达国家普遍使用的电子可调技术可以让远离舞台中央的观众清晰、逼真的聆听到现场演奏的音乐,弥补了自然声物理传递的不足。目前中国的剧院、音乐厅等文化建筑尚未大规模采用主动降噪和电子可调技术。此外,国内在声学大数据领域等前沿领域还存在空白,而国外已经开始普遍将声学大数据运用于军事、健康、民用等建筑物。

  中国在新兴声学材料研发领域尚有较大提升空间。建筑声学材料要求兼具建筑功能性和建筑声学要求,通常二者要求越高的材料,往往价格昂贵、国产化率低。例如,中国在有机和无机建筑声学材料的研发起步晚,目前该领域基本为国外厂商垄断。国内材料厂家研发能力较为落后,虽然生产加工能力强,但大部分沦为国外百年品牌的OEM厂家,仅赚取较低的加工利润。

  声学建筑是西方发达国家建筑的重要组成部分,据美国TCG统计,2018年年末美国专业、非盈利性质的剧院就有1,855家;日本文化厅2017年的数据显示2017年日本剧院、音乐厅总数达2,399家,百万人剧院、音乐厅拥有量接近19个。部分西方发达国家甚至形成了著名的剧院聚集区,如举世闻名的伦敦西区和纽约百老汇。其中,伦敦西区在不足1平方英里的范围内的夏夫茨伯里和黑马克两个街区就集中了40多家剧院;纽约曼哈顿41街到53街之间的百老汇聚集了总共36家剧院,闻名遐迩。国内剧院总体分布零散,单位人口拥有的剧院数量远远低于欧美发达国家。根据国家统计局公布的数据,2013年至2018年,我国影剧院、剧场机构数从1,187个增长至1,740个,虽然复合增速达7.95%,但尚未扭转总数低、人均量偏少的局面。

  随着民众生活水平、艺术鉴赏能力提升,国内专业剧场、大型演唱会和户外音乐节活动场次大幅增加。根据中国演出行业协会数据,2014年中国专业剧场演出7.43万次,大型演唱会、音乐节演出0.14万次;2018年二者分别增长至10.15万次、0.26万次。演艺活动的蓬勃兴起,拉动了剧院、音乐厅等观演建筑的需求,推动了建筑声学发展。预计未来学校文化设施、企业文化设施、旅游娱乐设施、广播电视、博物馆、城市文化馆也将呈现快速增长,成为声学建筑重要的增长点。

  为推动建筑声学更好的应用,国内外政府均制定了相应的建筑声学规范和法规,主要集中在噪音控制这一细分领域,政策出发点在于促使建筑满足基本的声学功能需求。横向对比来看,发达国家声学相关政策体系的构建理念和声学指标监控的实操经验都要领先。

  欧盟噪音控制的法规起始于上个世纪70年代,制定了一系列关于噪声限值的指令,对各类交通工具如机动车、摩托车、飞机、铁路和家用电器等交通工具和设备噪音设置了限值。2002年,欧盟发布了《环境噪音评估和管理导则》,要求各成员国绘制噪声地图并据此来制定噪音控制计划。此后,2011年欧盟进一步公布了《欧洲夜间噪声指南》,严格控制夜间各类噪音限制来保护民众的免于被噪音影响的基本权利。

  美国国会于1972年通过了《噪声控制法》,希望通过“改善环境使所有美国人从危害他们健康和福利的噪音中解脱出来”,并要求美国环保局深和联邦公路管理局分别制定和实施适用于州际商业运输的噪音控制标准。1998年,美国联邦公路管理局提出考虑噪音影响的土地利用规划,要通过规划等手段使得对噪音敏感的地块远离噪音,随即各州都建立了相应的法规。2010年,联邦公路管理局还促使《公路交通噪音、施工噪音削减程序》最终版本的发布和实施,该法规要求各州在公路项目的设计阶段满足一系列要求,以确保周围居民和业主的权益。

  日本于1968年颁布了《噪音管理法》对建筑施工、交通运输、工厂等多种产生噪音场所的噪音限制进行限定。《新干线、飞机环境噪音标准》(1993年)、《环境噪音质量标准》(1998年)均规定了各类环境区域的噪音限制。同时,日本还对各种噪音源的测试方法做了规定。

  我国关于声学的制度设计和安排晚于西方发达国家。1996年我国制定了《中国人民共和国环境噪音声污染防治法》,这是我国环境噪音声管理的基本法律,在此基础上还颁布了《声学、低噪声工作场所设计指南和噪声控制规划》、《建筑施工场界噪声限值》、《铁路边界噪声限值及其测量方法》、《机场周边飞机噪声环境标准》、《工程企业厂界噪声排放标准》、《社会生活环境噪声排放标准》、《声环境质量标准》等规范和法规。

  总体上,国内参考国家ISO和欧美发达国家建立起了建筑声学规范、法规,地方政府也相应制定了一些规则,但大部分声学规范指标仍落后于ISO的标准,且近十年来更新迭代的速度较慢。在执行和监管方面,缺乏有相应经验的设计、施工和验收技术人员,加之部分业主对声学投入不重视,导致了法规、规范并未完整的在项目中得到执行。

  参考西方发达国家经验,良好的声学效果要求建筑声学设计在项目前期规划阶段即发挥关键作用,并贯穿于项目始终。以剧场为例,需要建筑声学工程师在项目规划阶段将高声学要求剧场类项目置于安静区域,从整体角度考虑声学性能要求;在方案构思阶段,需要建筑声学设计师与其他专业合作,修改自然声剧场的体型(传统被动机械声学空间设计尤为重要);在初步设计阶段,需要建筑声学工程师与结构、给排水和空调专业等协调,对围护结构和建筑构件进行隔声降噪的设计;在施工阶段,需要建筑声学工程师与室内装修师等通力合作,保证美学效果的基础上,采用合适吸声或扩散声学材料,实现室内最佳声效要求。

  基于国内部分业主对声学专业不了解和不重视,建筑声学介入项目往往在项目后期阶段。一些建筑师、室内装修设计师对声学缺乏足够专业知识,误以为声学设计是电声设计,导致部分对声学要求较高的建筑物没有采取足够的隔声降噪措施,室内声环境也达不到基本声学使用功能要求。因此,国内现存为数不少的剧院、音乐厅等建筑的声学效果越来越不能满足观众日渐提升的品质要求,急需进行相关声学体检,根据检测结果进行声学改造以达到剧场基本使用要求。

  综上,当前国内建筑声学往往被认为是主体建筑设计的附属,或者仅仅将其做为后期施工、装饰的一个环节,建筑声学地位的提升仍是一个长期的命题。建筑声学不被重视,一方面,国内缺乏建筑声学专业人才,对建筑声学重要性缺乏认知,技术和材料水平较为落后;另一方面,业主、监管的缺位,致使部分项目实际施工与初期设计初衷背道而驰,距离项目效果相去甚远。总之,国内建筑声学要追赶上西方发达国家还有较长的路要走,需要领军企业、社会民众、政府管理机构长期发力、久久为功。

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