洪苑乾，李金生，劉坦,吳善農(nóng)

（中建三局智能技術(shù)有限公司,武漢 430074）

基于EA SE的大跨度桁梁場(chǎng)館擴(kuò)聲系統(tǒng)施工方案比選

洪苑乾，李金生，劉坦,吳善農(nóng)

（中建三局智能技術(shù)有限公司,武漢 430074）

在大跨度桁梁的大型場(chǎng)館建設(shè)施工過程中，為保證場(chǎng)館擴(kuò)聲系統(tǒng)的效果，需要對(duì)大跨度桁梁場(chǎng)館揚(yáng)聲系統(tǒng)方案進(jìn)行對(duì)比分析。論文以荊州體育中心項(xiàng)目為載體，采用EA SE對(duì)場(chǎng)館擴(kuò)聲系統(tǒng)揚(yáng)聲器安裝方案進(jìn)行模擬分析，根據(jù)場(chǎng)館實(shí)際對(duì)擴(kuò)聲系統(tǒng)施工方案進(jìn)行具體對(duì)比，確定最終實(shí)施方案，降本增效，提高效率，滿足大型場(chǎng)館擴(kuò)聲系統(tǒng)需求。

擴(kuò)聲系統(tǒng);大跨度桁梁;EA SE;聲壓級(jí);聲場(chǎng)

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.09.018

1 引言

大型場(chǎng)館建筑作為大型展會(huì)、會(huì)議、運(yùn)動(dòng)比賽、文體活動(dòng)等功能的載體，一直以來都是作為城市的名片，給人留以深刻的印象?，F(xiàn)代場(chǎng)館會(huì)展建筑在設(shè)計(jì)上追求流線造型或曲面造型，同時(shí)在建筑材料上大面積使用玻璃幕墻和各種表現(xiàn)現(xiàn)代主義的鋼筋混凝土構(gòu)造以及金屬板材等吸聲系數(shù)低的室內(nèi)材質(zhì)?，F(xiàn)代場(chǎng)館展廳在設(shè)計(jì)上對(duì)大空間、大跨度的追求，使得場(chǎng)館在施工和設(shè)備配置上存在諸多聲學(xué)問題。在超大型場(chǎng)館中如何有效控制由于場(chǎng)館大面積的鋼材及玻璃幕墻的運(yùn)用、聲音超長(zhǎng)自由程、過長(zhǎng)混響時(shí)間等引起的音質(zhì)缺陷，是當(dāng)前大型場(chǎng)館在設(shè)計(jì)和施工過程中需要研究的，以保證1個(gè)清晰交流的空間。

2 工程概況

荊州市文化體育中心規(guī)劃用地29.6hm2，總建筑面積5.4×104m2。整個(gè)中心規(guī)劃為“三館”合一形式。其總體規(guī)劃包含了1個(gè)6 000人規(guī)模的體育館，1600座的綜合性體育館及1000座的高檔次游泳館。項(xiàng)目由中南建筑設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)方案結(jié)合現(xiàn)狀地形和建筑布局，周圍設(shè)置了6000m2的疏散廣場(chǎng)及1130個(gè)停車泊位，配置用于休閑的生態(tài)綠地，價(jià)值柔軟、輕盈的流動(dòng)型屋頂設(shè)計(jì)，營造了主題突出、環(huán)境和諧的建筑效果。

為了保證工程同時(shí)滿足體育競(jìng)技、體育教學(xué)、體育娛樂、體育鍛煉和公共演出等活動(dòng)之用，在充分利用場(chǎng)館優(yōu)勢(shì)的前提下，以中心建筑為核心創(chuàng)造1個(gè)體育主題公園，讓其擁有更自由而舒適的活動(dòng)空間和清晰優(yōu)美的視聽環(huán)境。因此，在建設(shè)過程中，除了預(yù)留足夠的接口供各種類型流動(dòng)演出擴(kuò)聲設(shè)備使用之外，同時(shí)還要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)聲場(chǎng)環(huán)境進(jìn)行測(cè)試，優(yōu)選擴(kuò)聲設(shè)備放置方案，保證在活動(dòng)期間擁有足夠的聲壓級(jí)和分布均勻的聲場(chǎng)，工程效果圖如圖1所示。

圖1 荊州市文化體育中心工程效果圖

3 擴(kuò)聲系統(tǒng)建設(shè)方案比選

3.1 擴(kuò)聲方案選擇

在大型場(chǎng)館和展廳中，為體育活動(dòng)和群眾集會(huì)服務(wù)的擴(kuò)聲系統(tǒng)只是諸多設(shè)備系統(tǒng)中的1個(gè)必要配套項(xiàng)目。擴(kuò)聲系統(tǒng)的建設(shè)應(yīng)力求達(dá)到服務(wù)區(qū)內(nèi)聽聞良好、設(shè)備系統(tǒng)穩(wěn)定可靠、操作方便，并盡可能地節(jié)約投資，但是擴(kuò)聲揚(yáng)聲器布置的方式卻是擴(kuò)聲系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵因素之一。通常大型場(chǎng)館供聲方案有如下2種：

1）集中供聲（點(diǎn)聲源供聲）

優(yōu)點(diǎn)：可有效減小聲源間的干擾，音質(zhì)清晰、視聽方向一致、聽感自然、聲場(chǎng)均勻。

缺點(diǎn)：聲能損失較大，不適宜空間較低的房間和狹長(zhǎng)的房間，集中式供聲系統(tǒng)的揚(yáng)聲器吊掛高度不應(yīng)低于8～10m，否則聲場(chǎng)不易均勻。

2）分散式供聲

適用于狹長(zhǎng)房間、高度較低的房間、混響時(shí)間較長(zhǎng)的房間或隧道擴(kuò)聲系統(tǒng)。

優(yōu)點(diǎn)：聲場(chǎng)均勻，聲能損失少。

缺點(diǎn)：視聽不一致，聲源之間干擾大，尤其是在兩個(gè)聲源覆蓋的交叉重疊區(qū)音質(zhì)差。

“集中式”和“分散式”供聲應(yīng)用于廳堂擴(kuò)聲建設(shè)已經(jīng)很長(zhǎng)時(shí)間，而對(duì)于體育場(chǎng)館，目前國內(nèi)外比較流行的是“單線為主，分散補(bǔ)聲”方案。即在場(chǎng)館中央或某個(gè)適當(dāng)位置設(shè)置“音箱陣”作為主音箱，而在觀眾席中再分散設(shè)置補(bǔ)聲音箱，從而較易達(dá)到同時(shí)滿足最大聲壓級(jí)和聲場(chǎng)不均勻度2個(gè)主要指標(biāo)。

3.2 擴(kuò)聲方案模擬分析

根據(jù)場(chǎng)館建設(shè)情況和場(chǎng)館設(shè)計(jì)要求的不同，供聲方案也會(huì)有所不同。采用聲場(chǎng)分析軟件——EASE4.3對(duì)實(shí)體體育中心進(jìn)行三維模型建立，對(duì)兩種方案進(jìn)行音響效果模擬，以確認(rèn)設(shè)計(jì)的合理性。

1）分散式揚(yáng)聲器布置聲場(chǎng)模擬

分散式揚(yáng)聲器布置聲場(chǎng)模擬主要是將場(chǎng)館揚(yáng)聲器分散布置開來，根據(jù)場(chǎng)館現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件、場(chǎng)館大小要求以及所選用揚(yáng)聲器工作覆蓋范圍，利用EASE建立場(chǎng)館三維立體模型，按照符合最大人流密度的分布規(guī)律，進(jìn)行0.7m×0.7m的聽音面網(wǎng)格設(shè)置，確定建聲環(huán)境的各項(xiàng)保證參數(shù)指標(biāo)，計(jì)算揚(yáng)聲器數(shù)量，從而確定揚(yáng)聲器布置位置，進(jìn)行分散式揚(yáng)聲器聲場(chǎng)模擬分析，體育場(chǎng)館四視模型圖如圖2（左）所示。

在設(shè)置揚(yáng)聲器的施工過程中，根據(jù)場(chǎng)館實(shí)體作用體積和揚(yáng)聲器工作區(qū)域范圍來確定場(chǎng)館揚(yáng)聲器的數(shù)量為42個(gè)大功率揚(yáng)聲器。按照分散式模式，揚(yáng)聲器主要放置在頂棚馬道旁邊。分散式模式下125Hz/250Hz直達(dá)聲場(chǎng)模擬分析、語音輔音清晰度模擬損失比、語音清晰度模擬結(jié)果如圖2（右）所示。

圖2 體育場(chǎng)館四視模型圖(左)和分散式模式下直達(dá)聲場(chǎng)模擬分析、語音輔音清晰度模擬損失比、語音清晰度模擬圖

從圖2(右)可知，按照?qǐng)鲳^實(shí)際情況，采用分散式揚(yáng)聲器布置方式，利用EASE進(jìn)行聲場(chǎng)模擬分析，大部分聽音區(qū)域直達(dá)聲都在106～108dB的范圍之內(nèi)，占總聽音面的87.6%以上。語音輔音清晰度損失百分比在（0，7）之內(nèi)，說明損失率可忽略不計(jì)?？拷鼒?chǎng)館外圍區(qū)域的直達(dá)聲場(chǎng)聲壓級(jí)小于106dB，占12.4%。根據(jù)JGJ 18—2010和GB50526—2010以及JGJ/T 131—2011等相關(guān)規(guī)范要求，得出滿足應(yīng)備聲壓級(jí)83dB以上，并留有充分余量。

2）集中式揚(yáng)聲器布置聲場(chǎng)模擬

集中式揚(yáng)聲器布置主要是在場(chǎng)館中心設(shè)置揚(yáng)聲器矩陣，并在周邊分散布置補(bǔ)音音箱的方式。體育場(chǎng)館三維模型視圖如圖3（左）所示，其模擬方式采用同分散式布置的方法進(jìn)行，不再贅述。集中音箱矩陣模式下125/250Hz直達(dá)聲場(chǎng)模擬分析、語音輔音清晰度模擬損失比、語音清晰度模擬結(jié)果如圖3（右）所示。

圖3 體育場(chǎng)館三維模型視圖（左）和集中模式直達(dá)聲場(chǎng)模擬分析、語音輔音清晰度模擬損失比、語音清晰度模擬圖

由圖3(右)可知，利用EASE進(jìn)行聲場(chǎng)模擬分析，大部分聽音區(qū)域直達(dá)聲都在108～110dB的范圍之內(nèi)，占總聽音面的77.6%以上。語音輔音清晰度損失百分比在（0，7）之內(nèi)，說明損失率可忽略不計(jì)?？拷鼒?chǎng)館外圍區(qū)域的直達(dá)聲場(chǎng)聲壓級(jí)小于107dB，占22.4%。根據(jù)JGJ 18—2010和GB 50526—2010以及JGJ/T 131—2011等相關(guān)規(guī)范要求，得出滿足應(yīng)備聲壓級(jí)83dB以上，并留有充分余量，保證使用效果。

4 結(jié)果對(duì)比分析

采用EASE模擬分析可知，不管場(chǎng)館采用分散式還是集中式揚(yáng)聲器布置，都能滿足現(xiàn)場(chǎng)使用要求，但是降低施工難度、節(jié)約成本、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、方便運(yùn)營等是在建設(shè)過程中要進(jìn)行分析的又一個(gè)環(huán)節(jié)。

4.1 方案優(yōu)化對(duì)比

分散式揚(yáng)聲器根據(jù)場(chǎng)館實(shí)際情況一般安裝在場(chǎng)館上空檢修馬道邊上，一是方便安裝施工，二是方便后期的維護(hù)。通過EASE對(duì)分散式揚(yáng)聲器聲場(chǎng)的模擬，揚(yáng)聲器擴(kuò)聲只能覆蓋外圍靠墻邊的觀眾，同時(shí)由于揚(yáng)聲器的工作面積小，使用的數(shù)量就相對(duì)較多，聲源點(diǎn)位多，聲音的漫反射也會(huì)多。

為了達(dá)到降低成本，將揚(yáng)聲器的安裝位置向場(chǎng)地中央移動(dòng)，以增加揚(yáng)聲器的覆蓋面積，可以有效減少揚(yáng)聲器的數(shù)量，降低系統(tǒng)成本。但揚(yáng)聲器向場(chǎng)地中央移動(dòng)后，遠(yuǎn)離了頂棚馬道的位置，增加了安裝施工難度，同時(shí)施工周期也比較長(zhǎng)。

相反，采用線陣列集中式揚(yáng)聲器安裝方式，將集中式揚(yáng)聲器吊裝在頂棚鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架下。由于揚(yáng)聲器全部集中在一起吊裝，揚(yáng)聲器集中的質(zhì)量均集中在鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架上，這對(duì)鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架承重是一個(gè)考驗(yàn)，所以工藝稍顯復(fù)雜。通過頂棚鋼結(jié)構(gòu)承重測(cè)試試驗(yàn)，大型場(chǎng)館跨梁能有效承重2T左右的揚(yáng)聲器，滿足要求。

4.2 施工狀況對(duì)比

根據(jù)場(chǎng)館實(shí)際施工條件對(duì)場(chǎng)館揚(yáng)聲器進(jìn)行設(shè)備、施工成本，施工難易程度和調(diào)試的難易程度比較，其比較結(jié)果如表1所示。

表1 大型場(chǎng)館擴(kuò)聲系統(tǒng)實(shí)施方案對(duì)比分析表（易＜較難＜難）

從表1中可知，集中式揚(yáng)聲器吊裝方案性價(jià)比較高，安裝、調(diào)試難度中等，具有較高的可行性。

5 結(jié)語

大型場(chǎng)館建設(shè)施工過程中，場(chǎng)館擴(kuò)聲系統(tǒng)的建設(shè)主要圍繞著是否擁有足夠的聲壓級(jí)和分布均勻的聲場(chǎng)兩個(gè)主要問題進(jìn)行。在建設(shè)過程中，從場(chǎng)館的實(shí)際情況出發(fā)，配合場(chǎng)館擴(kuò)聲系統(tǒng)揚(yáng)聲器的選型、系統(tǒng)揚(yáng)聲器的布局等對(duì)揚(yáng)聲器安裝方案實(shí)施模擬分析，要求在活動(dòng)進(jìn)行時(shí)，場(chǎng)館聲壓級(jí)和聲場(chǎng)分布等都需達(dá)到規(guī)范要求。根據(jù)建設(shè)施工的實(shí)際情況，通過對(duì)方案的模擬和對(duì)比分析，確定場(chǎng)館擴(kuò)聲系統(tǒng)的具體施工方案，有利于場(chǎng)館建設(shè)施工安裝，降本增效，滿足大型場(chǎng)館對(duì)擴(kuò)聲系統(tǒng)的要求。

【1】JGJ 218—2010展館建筑設(shè)計(jì)規(guī)程[S].

【2】GB 50116—2013火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

【3】GB 50526—2010公共廣播系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范[S].

【4】胡國祥.大型展廳聲場(chǎng)特點(diǎn)及語言清晰度研究[D].廣州：華南理工大學(xué)，2012.

【5】楊濤.會(huì)展建筑的聲學(xué)設(shè)計(jì)[D].濟(jì)南：山東建筑大學(xué)，2006.

【6】JGJ/T131—2011體育場(chǎng)館聲學(xué)設(shè)計(jì)及測(cè)量規(guī)程[S].

The Sound Reinforcement System Construction Scheme Selection of Large Span Truss Venues Base on the EASE

HONGYuan-qian,LIJin-sheng,LIU Tan,WUShan-nong
（China Building Third Construction Bureau Intelligent Engineering Co.Ltd.,Wuhan 430074，China）

Inorder to ensure the effect ofthe stadiumPAsystemin the large span trussgirder oflarge venuesconstruction process,it needstosimulate the comparative analysis of the large span truss girderof stadium speaker system scheme.This article takes the project of Jingzhousports center as the carrier，and uses EAS E to simulate and analyze the installation scheme of loudspeaker installation in the stadium.Accordingtothecomparisonoftheactualvenue construction scheme ofPAsystem, and to determine the final implementation ofthe program,reducetheefficiencyandimproveefficiency.

PA system;thelargespantrussgirder;EASE;soundpressurelevel;soundfield

TU712;TU721.1

A

1007-9467（2016）09-0077-03

2016-03-16

洪苑乾（1987～），男，湖北武漢人，工程師，從事智能建筑設(shè)計(jì)和施工管理研究，（電子信箱）hongyuanqian1987@163.com。