Lärmberechnung

Mit spezieller Software kann das Vorhandensein von Lärm präzise berechnet werden. Die allgemeinen Grundlagen hierzu sind im Abschnitt Anwendungsfelder/Ökologie/Lärmschutzplanung detailliert beschrieben. Im Folgenden wird aufgezeigt, wie mittels der Software CADNA/A (entwickelt von Datakustik GmbH), eine Lärmberechnung für den Bamberger Beispielbereich durchgeführt werden kann; zu Grunde gelegt wird das AutoCAD-Modell.

	Komplexe Dachlandschaft mit Mansarde (rechtes Gebäude) im AutoCAD-Modell

1. Vorbereitung der Daten zum Import

In CADNA/A können die relevanten Elemente (Immissionsquellen, Gebäude, Meßpunkte etc.) direkt gezeichnet werden. Zu diesem Zweck kann bei Vorhandensein des entsprechenden Programm-Moduls auch eine gescannte Karte in einem Pixeldateiformat unterlegt werden.

CADNA/A verfügt aber über Importfilter für verschiedene andere Dateiformate, mit denen digital vorliegende Lageinformationen direkt eingelesen werden können. Neben verschiedenen GIS-Formaten zählt hierzu auch das AutoCAD-DXF-Format. Die in unserem Auto-CAD-Modell enthaltenen 3D-Flächen sind jedoch für den Import ungeeignet. Es werden Linien oder Polylinien benötigt. Will man zusätzlich zur Lage in der x-y-Ebene Höheninformationen aus der DXF-Datei nutzen, so sollte die Oberkante des Gebäudes durch eine geschlossene Polylinie markiert sein.

Grundsätzlich arbeitet CADNA/A mit Häusern in Kubusform (d.h. ohne Dachschräge), die sich aus der Form sowie aus der Höhe der einzelnen Eckpunkte ihrer Oberkante ergeben. Durch die Verwendung verschlungener Polylinien kann aber auch eine einfache Dachform, wie z.B. Satteldächer dargestellt werden. Je komplexer sich die Dachlandschaft darstellt, desto höher ist jedoch die Fehleranfälligkeit des Imports und der Rechenaufwand. Vor diesem Hintergrund muss die Frage beantwortet werden, in wieweit die Höhe des (schrägen) Daches zusätzlich zur (senkrechten) Wand berücksichtigt werden soll. Dabei sind die grundsätzlichen Aussagen zur Lärmberechnung in Beziehung zu setzen zu den individuellen Gegebenheiten, insbesondere:

	Höhe des Daches
	Neigungswinkel des Daches
	Vorhandensein von Mansarden (wirken fast wie senkrechte Wand)
	Vorhandensein großer Versprünge und/oder Dachgauben

Im vorliegenden Beispiel wurde entschieden, zwei Wege zu verfolgen, um die Unterschiede in der Bearbeitung und den Resultaten zu untersuchen.

Im ersten Teil wurde eine Orientierung an den Höhen der senkrechten Wände vorgenommen. Zur Vereinfachung des Modells wurde in der Regel eine waagerechte Wandoberkante angenommen und nur bei besonders komplexen Dachformen eine Unterteilung des Kubus in zwei Einzelkuben unterschiedlicher Höhe vorgenommen. Auf diese Weise wird die Abschirmungswirkung der Gebäude etwas zu gering wiedergegeben, da die Abschirmungswirkung des Daches nicht berücksichtigt wird. Zugleich ist aber die Reflexionswirkung im Straßenraum stimmig, da Dachflächen nach oben reflektiern und somit nicht berücksichtigt werden dürfen. Die so ermittelten gewünschten Kubusoberkanten wurden als geschlossene Polylinien in einem eigenen Layer nachgezeichnet. Zusätzlich wurden die Lage der Straßen mit Polylinien in einem anderen Layer markiert.

im zweiten Teil wurde mit einer nur leicht vereinfachenden Wiedergabe der Dachschrägen gearbeitet, so dass sowohl die Traufhöhen als auch die Firsthöhen aus der AutoCAD-Grundlage Berücksichtigung fanden. Auch in diese Datei wurden die Straßen in einem eigenen Layer eingebracht.

Die Import-Datei 1 - Links: Markierte Kubusoberkanten (magenta); Rechts: die fertige DXF-Datei in Draufsicht (Kubuskanten magenta, Straßen grün)

Die Import-Datei 2 - Links: schräge Dachkanten; Rechts: die fertige DXF-Datei in Draufsicht (Dachkanten weiß, Straßen grün)

Import von Häusern und Straßen

2. Import in CADNA/A und Aufbereitung der Daten

Im nächsten Schritt muss die fertiggestellte DXF-Datei nun in CADNA/A importiert werden. Hierzu steht der bereits erwähnte Importfilter zur Verfügung (1), der mehrere Optionen bietet. Insbesondere können die Inhalte einzelner Layer der DXF-Datei jeweils als ein Elementtyp (Gebäude, Straße, Bewuchs etc.) importiert werden.

Da die Kanten der Kuben bzw. Dächer und die Straßen bereits in jeweils einem eigenen Layer abgelegt wurden, können sie so automatisiert importiert werden. Zugleich kann die Höhenlage der Polylinien mit übernommen werden. Alternativ zu dieser Übernahme aus der DXF-Datei ist CADNA/A auch in der Lage, die Höheninformationen aus einer zusätzlichen Tabelle auszulesen. Dazu müssten die einzelnen Gebäude benannt werden und die Daten in der Tabelle mit der gleichen Benennung versehen sein.

Neben Häusern und Straßen könnten zahlreiche weitere Elemente importiert werden, was im vorliegenden Beispiel jedoch nicht erforderlich ist. Nach dem Import der DXF-Datei mit den Häusern und Straßen wird eine weitere DXF-Datei imortiert, die das digitale Geländemodell (DGM) enthält. Es handelt sich dabei um Punkte, die  sich georeferenziert an der richtigen Position im Verhältnis zu den Gebäuden befinden.

An dieser Stelle zeigen sich die ersten Schwierigkeiten: die Häuser im komplexeren Modell werden zwar als solche erkannt, zum Teil aber nicht richtig dargestellt (vgl. Abb. unten).

Dank der georefernzierten Ausgangsdateien müssen an den Gebäuden und dem DGM keine Einpassungen mehr vorgenommen werden. Die Straßenlinien sind hingegen in ihrer Höhenlage nicht georeferenziert. Daher muss hier eine Anpassung vorgenommen werden. Hierzu kann eine Funktion der Software zum Anpassen von Elementen (hier der Straßen) an das DGM genutzt werden. So erhält man schließlich eine vollständige Abbildung der Ausgangsdaten.

Nun können noch einige inhaltliche Ergänzungen vorgenommen werden. So können unter anderem die einzelnen Gebäude und Straßen mit Bezeichnungen versehen werden und jeweils spezifische Eigenschaften festgelegt werden. Für die weiteren Untersuchungen wurden fiktive Werte für die Auslastung der Straßen angenommen, da es sich in der Realität um Fußgängerbereiche handelt.

Überblick über das digitale Geländemodell

Korrekte Darstellung der Kuben auf dem DGM	Darstellungsschwierigkeiten beim komplexeren Gebäudemodell
Alle Elemente in der 2D-Draufsicht	Komplette Darstellung der importierten Elemente (nach der ANpassung der Straßen)

3. Der Rechenvorgang

Nachdem alle Grundlagen eingegeben sind, kann der Rechenvorgang gestartet werden. Dieser ist recht umfangreich; bereits bei kleinen Ausschnitten mit einem relativ einfachen Geländemodell ergeben sich erhebliche Rechenzeiten. Ein heute üblicher PC benötigt für den hier verwendeten Planausschnitt mehrere Stunden.

Wie oben beschrieben wurden den Berechnungen einmal ein einfaches Modell mit Kuben an Stelle der Häuser und ein Modell, das die Dachlandschaft (etwas vereinfacht) wiedergibt, zu Grunde gelegt. Der Vergleich der beiden Rechenergebnisse zeigt, dass die Dachlandschaft in diesem Beispiel nicht entscheidend ist.

Korrekte Darstellung der Kuben auf dem DGM	Darstellungsschwierigkeiten beim komplexeren Gebäudemodell

Nach der Berechnung der Schallausbreitung können unterschiedliche Darstellungsformen gewählt werden:

Dreidimensionale Darstellung	Darstellung von Flächen gleichen Schallpegels
Schnitt mit flächiger Darstellung	Schnitt mit linienhafter Darstellung

Das gesamte berechnete Modell

Die Untersuchungen haben gezeigt, dass ein 3D-Stadtmodell die ideale Grundlage für eine Untersuchung der Schallausbreitung bietet. Die umfassenden Importfunktionen ermöglichen eine Einbindung des Datenbestandes mit relativ geringem Aufwand.

Die Ausgabemöglichkeiten sind vielfältig und es zeigt sich deutlich, dass sich sowohl sehr konkrete und für Planungsvorgänge verwertbare Daten gewinnen lassen, als auch anschauliche und für Laien geeignete Visualisierungen möglich sind.

(1) Eine ausführliche Darstellung zum Vorgehen bietet der Hersteller unter www.datakustik.de/tutorial_en/index.html -> "Data Import" (Zugriff: 07.03.2004).