孟傳三（東風(fēng)商用車有限公司，湖北 十堰 442001）

鑄造廠環(huán)境噪聲控制模擬技術(shù)探索

孟傳三
（東風(fēng)商用車有限公司，湖北 十堰 442001）

某鑄造廠在環(huán)境噪聲治理前期，引入以計算機數(shù)值模擬預(yù)測和統(tǒng)籌分析新技術(shù)為主導(dǎo)的環(huán)境噪聲影響評價新理念，為后續(xù)噪聲治理工作奠定了基礎(chǔ)。對我國相關(guān)工業(yè)企業(yè)噪聲治理具有積極的指導(dǎo)和推廣意義。

鑄造廠；計算機；模擬預(yù)測；統(tǒng)籌分析；環(huán)境噪聲

1　鑄造廠噪聲污染概述

鑄造廠是汽車行業(yè)中較典型的高噪聲企業(yè)，由于生產(chǎn)過程中伴隨噪聲及振動的設(shè)備數(shù)量多、體量大、布置復(fù)雜，特別是振動落砂機、拋丸機、卸料區(qū)、大型空壓機和除塵器等設(shè)備，在運行中產(chǎn)生很大的噪聲，對作業(yè)崗位工人身心健康及廠區(qū)外環(huán)境均構(gòu)成較大影響［1］。隨著近代工業(yè)的發(fā)展、人民生活水平的提高以及環(huán)保意識的加強，無論是從環(huán)境保護還是職業(yè)健康角度都對鑄造廠的噪聲振動控制提出了更高要求。

2　噪聲測量與分析途徑

解決鑄造廠這類復(fù)雜噪聲污染問題的一般程序是：首先進行現(xiàn)場噪聲調(diào)查，測量現(xiàn)場的噪聲級和噪聲頻譜，然后根據(jù)有關(guān)環(huán)境標準確定現(xiàn)場容許的噪聲級，并根據(jù)現(xiàn)場實測的數(shù)值與達標之間的差值確定降噪量，進而制定技術(shù)上可行、經(jīng)濟上合理的控制方案。其中對噪聲的測量、分析，無疑是制定合理噪聲控制方案的關(guān)鍵要素，只有經(jīng)過準確的測量與分析才能制定出可行合理并經(jīng)濟的治理方案。因此，對各種噪聲污染源進行準確的預(yù)測分析，是實施降噪工程的必要前提。

對于單一設(shè)備及小規(guī)模的企業(yè)、車間、廠房等，由于噪聲源少、影響面小，較容易進行測試及數(shù)據(jù)分析并制定可行性治理方案。但對于大型企業(yè)、工廠等的測試就較麻煩，評估分析也較復(fù)雜，大致要經(jīng)過以下步驟：1）首先對所測地點進行了解，最好有帶有地理信息的區(qū)域平面圖、立面圖、具體設(shè)備布置圖；2）根據(jù)現(xiàn)場情況準備測試所需的設(shè)備及各種記錄用表；3）對所測地點進行詳細測試，盡可能多采集測試數(shù)據(jù)；4）對所有數(shù)據(jù)進行整理、計算、分析；5）根據(jù)分析結(jié)果制定治理方案。

以上步驟需做大量的工作，常常由于所測地點規(guī)模大、設(shè)備多，且特別是由于設(shè)備運行特點，使多數(shù)設(shè)備無法單一運轉(zhuǎn)測量，造成聲源疊加以及“掩蔽效應(yīng)”（高噪聲源會在一定程度上掩蓋低噪聲源），給后續(xù)分析工作帶來困難，無法一次性制定準確的治理方案。只能先治理高噪聲源，治理后再測試、再分析、再治理，反復(fù)循環(huán)、多次治理、直到所有位置全部達到要求為止，這樣不僅會消耗大量的精力，并增加了治理費用。

3　聲學(xué)模擬技術(shù)

隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展，各行業(yè)生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大，其噪聲污染也越來越大，越來越復(fù)雜，人們對噪聲污染也越來越重視，原來的測量設(shè)備及分析方法已無法滿足現(xiàn)有的噪聲治理需求，為保證更好地控制噪聲污染，更準確地制定出噪聲治理措施，近年來國內(nèi)開始采用從國外引進的計算機聲學(xué)仿真分析預(yù)測先進技術(shù)，以滿足現(xiàn)有噪聲防治的需求。

現(xiàn)市場上推廣應(yīng)用的噪聲數(shù)據(jù)模擬軟件有很多，如德國Braunstein公司開發(fā)的Sound-PLAN，德國Datakustik公司開發(fā)的Cadna，美國駐中國子公司三捷杭州公司開發(fā)的Breeze noise及丹麥技術(shù)大學(xué)的聲學(xué)研究人員研制的Odeon等。這些計算機軟件各具技術(shù)特色也有各自的不足，其應(yīng)用也針對不同的技術(shù)領(lǐng)域。

目前市場上常用的幾款軟件的性能對比見表1。

表1　幾種軟件的性能對比

4　聲學(xué)模擬工程實例

本文的工程實例是與一家合資公司的整體環(huán)境噪聲達標排放治理工程合作項目，由于原治理的項目周期長、費用高，因此合資公司外方建議參照國外的工作程序采用先模擬分析、后實施治理的先進理念和流程，可以使項目做到治理周期短、費用少、針對性強。具體內(nèi)容如下。

4.1現(xiàn)狀噪聲測試和仿真分析

該鑄造廠區(qū)南面和西面緊鄰居民區(qū)，為分析廠界噪聲污染現(xiàn)狀和對噪聲模擬提供數(shù)據(jù)支持，將環(huán)廠界南面和東面布置了40個測點，具體將40個測試數(shù)據(jù)按3分貝一個級別劃分，結(jié)果如表2，其中64～67dB（A）的噪聲污染最多，為11個，污染最高點貼近四車間部廠界，最高實測聲壓級為77.9dB（A）。

根據(jù)噪聲源特點，建模時將現(xiàn)場噪聲細分為533個聲源，采用軟件分析每個聲源對廠界的貢獻值，分析結(jié)果中包含了建筑物、設(shè)備的屏障作用和反射作用，以及氣象條件、地形地勢的影響和地面的影響。

聲源設(shè)備主要依據(jù)廠方提供的工藝流程圖和設(shè)備參數(shù)表進行識別。根據(jù)經(jīng)驗及資料，對篩選出的聲源的各個發(fā)聲部位進行分析，將復(fù)雜聲源拆分或簡化成多個聲源分別進行聲功率的估算。例如將除塵風(fēng)機分為機殼、排氣口兩部分；對于高噪聲的室內(nèi)聲源，僅考慮其對室外聲場的影響，即考慮建筑圍護結(jié)構(gòu)的漏聲，采用升降機對高層玻璃窗逐一進行外部噪聲源強測試；如果廠房臨近廠界，其內(nèi)部設(shè)備振動強烈又不能進行妥善的隔振處理，則還必須考慮這類廠房墻壁、門窗、頂棚等受激輻射的固體噪聲影響。

為了準確計算噪聲的衰減，需要將聲源聲功率級頻譜作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)導(dǎo)入到軟件中。由于設(shè)備廠家很少能提供準確的聲功率級，所以聲源的原始數(shù)據(jù)主要來源于經(jīng)驗數(shù)據(jù)庫和現(xiàn)場測量（包括類比測試分析）。測量聲功率級的方法主要依據(jù)《聲學(xué)聲壓法測定噪聲源聲功率級反射面上方采用包絡(luò)測量表面的簡易法》（GB/T 3768-1996）、《聲學(xué)聲壓法測定噪聲源聲功率級使用標準聲源簡易法》（GB/T 16538-1999）等標準。實地收集鑄造廠的資料測試建模，反復(fù)修正模型，分析計算，需注意對于地勢起伏較大的大型工礦企業(yè)，建模時一定要嚴謹導(dǎo)入真實的地形地貌；對于某些特定位置、特定朝向的強指向性噪聲源，在通過現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)對模擬計算分析進行校核的過程中，會發(fā)現(xiàn)在聲源近場、廠界或環(huán)境敏感點處的噪聲計算值（總有其中一部份）與實測值偏差較大，甚至不符合常規(guī)衰減（或等聲級曲線）的規(guī)律，其原因主要是聲源的強指向性影響。對于這類強指向性噪聲源（如排氣口、線陣列聲源等），需要在軟件數(shù)據(jù)庫中“仿真”設(shè)置水平和垂直雙向的指向性參數(shù)，才能正確模擬聲源的真實噪聲輻射特性及傳播規(guī)律。

表2　測試數(shù)據(jù)分級統(tǒng)計表

將用Sound-PLAN軟件得出的模擬廠界和敏感點噪聲與現(xiàn)狀監(jiān)測數(shù)據(jù)進行對比驗證（在條件允許的情況下，這一步很重要，必要時可對噪聲源強和建模進行反饋調(diào)整）。該項目治理前采用Sound-PLAN軟件所得預(yù)測值與廠界及居民區(qū)敏感點實測值平均相差0.24dB（A），說明模型建立較準確。在此基礎(chǔ)上對環(huán)境噪聲治理效果進行預(yù)測分析，用Sound-PLAN軟件中特有的專家系統(tǒng)，按照各聲源對于廠界敏感點貢獻值確定各聲源降噪量，然后反復(fù)修正，直到所有敏感點均達到相關(guān)降噪要求，這時的噪聲治理方案即為最終方案。

經(jīng)過噪聲模擬仿真計算，得到533個聲源中有75個對廠界預(yù)測點噪聲貢獻值較大，需要進行治理。

4.2目標效果

降噪后的目標效果圖見圖1。圖1為廠界40個預(yù)測點治理前預(yù)測值、治理后預(yù)測值、治理前實測值的對比值，治理前的實測值與治理后的預(yù)測值平均相差18.6dB（A）。

廠區(qū)噪聲治理前后的噪聲分布見圖2、圖3。

圖1　治理后的目標效果圖

4.3結(jié)論

圖2　廠區(qū)噪聲治理前噪聲分布圖（2D、3D）

圖3　廠區(qū)噪聲治理后噪聲分布圖（2D、3D）

在相關(guān)專業(yè)單位的大力配合下，工作人員順利完成了噪聲數(shù)據(jù)的采集測試，測量了相關(guān)噪聲源建筑的尺寸，最后通過SoundPLAN軟件成功模擬出了完整全面的噪聲分布圖，通過此圖能夠簡潔明了地看出主要聲源的影響范圍，再通過軟件系統(tǒng)分析，從數(shù)據(jù)上展示給廠區(qū)內(nèi)各個建筑車間對各個預(yù)測點的噪聲貢獻值，并能直接看出加設(shè)一定的降噪措施后能夠降低的噪聲分貝值。通過這些結(jié)論，該廠后續(xù)的噪聲治理工作能更加有針對性地展開，對噪聲治理工作具有極大的指導(dǎo)性意義。該有側(cè)重點的治理模式可廣泛應(yīng)用于其他相關(guān)廠區(qū)，具有可推廣性。

經(jīng)過以上情況分析對比，較直觀地反映出采取降噪措施前后噪聲影響分布情況，根據(jù)模擬采取的降噪措施進行噪聲治理，可一次性達到預(yù)定的設(shè)計效果，大大縮短治理時間，降低治理投資，提高噪聲治理效率，起到事半功倍的作用。

5　總結(jié)

由于鑄造廠的聲源種類繁多、聲源空間位置復(fù)雜、環(huán)境影響因素多變，導(dǎo)致噪聲評價和工程治理中存在諸多難點，尤其是主導(dǎo)聲源的識別常影響到降噪治理的成敗。通過Sound-PLAN軟件輔助設(shè)計，可以較可靠、快捷地解決每個聲源的衰減計算、廠界某點處聲源主次識別、每個聲源控制目標值的確定等問題，使降噪方案設(shè)計事半功倍。隨著計算機行業(yè)的高速發(fā)展，仿真分析技術(shù)滲透至各個行業(yè)，使原來復(fù)雜的工作程序變得簡單。噪聲治理行業(yè)也要緊緊跟隨計算機的發(fā)展步伐，利用其高效、快速、準確的特點，結(jié)合行業(yè)的需求，不斷完善專業(yè)軟件的功能，使其更好地為噪聲治理行業(yè)服務(wù)。

［1］ 楊振伸，王現(xiàn)兵，邵斌.鑄造廠的噪聲及其綜合控制［J］ .噪聲與振動控制，1989（5）：44-45.

［2］ 馬大猷.噪聲與振動控制手冊［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2002.

［3］ 周新祥.噪聲控制技術(shù)及其新進展［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2007.

Exploration on Simulation Technique of Environmental Noise Control in Foundry Plant

MENG Chuan-san

X701

A

1006-5377（2016）08-0046-03