尹緒超，陳 濤，萬葉青

（1.洛陽雙瑞橡塑科技有限公司 河南省減振降噪材料工程研究中心，河南 洛陽471003；2.中國(guó)汽車工業(yè)工程有限公司，天津300113）

隨著工業(yè)、交通經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展,工業(yè)噪聲污染也成為重要的污染源，危害著人們的正常生活和工作。特別是工廠或車間長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)性的噪聲污染，影響工人的聽力、神經(jīng)等系統(tǒng)，對(duì)工人健康造成不可避免的危害[1]。在大型工業(yè)車間內(nèi)部，動(dòng)力機(jī)械設(shè)備如打磨切割設(shè)備、沖壓裁剪設(shè)備、旋轉(zhuǎn)設(shè)備等產(chǎn)生的噪聲不可避免地會(huì)影響到相鄰工段區(qū)域甚至整個(gè)車間區(qū)域。工業(yè)噪聲的處理方法多種多樣，其中在噪聲源傳播途徑設(shè)置一道隔聲屏障，將高噪聲設(shè)備與相對(duì)安靜工作區(qū)域隔離開來，實(shí)現(xiàn)動(dòng)靜工作區(qū)域的分割，避免強(qiáng)噪聲源的干擾，是實(shí)現(xiàn)噪聲治理的有效治理措施之一[2-3]。目前，在車間廠房中常采用復(fù)合巖棉板或輕質(zhì)石膏板墻體作為空間的分割，但其隔聲能力有限，而且由于兩者均不具有很好的吸聲效果，可能引起聲波的多次反射反而會(huì)加劇室內(nèi)混響，不能明顯改善工人的聲舒適度。而具備吸、隔聲一體的復(fù)合隔聲屏障結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于動(dòng)力機(jī)械設(shè)備、公路、鐵路等的噪聲治理，但其高度以及跨度均有限，屏障的鋼結(jié)構(gòu)支撐柱必須搭建在牢固的混凝土基礎(chǔ)上[4-5]，并不適用本文研究對(duì)象。因此，本文根據(jù)某車間現(xiàn)場(chǎng)情況及設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)了長(zhǎng)×高為300 m×11 m 的復(fù)合吸、隔聲雙層墻結(jié)構(gòu)，并對(duì)其隔聲能力進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試。

1 隔聲墻概況

某工廠車間為多跨輕鋼結(jié)構(gòu)廠房，縱向長(zhǎng)約300 m，相鄰縱軸之間距離為24 m，橫截面結(jié)構(gòu)形式為高、低跨分布，在C、D、E 軸線上分布等間隔的H型鋼立柱，鋼立柱縱向間隔7.5 m，如圖1。

圖1 車間廠房橫剖面

在D、E 軸縱向區(qū)域，集中布置有多臺(tái)大型沖壓機(jī)設(shè)備，其中三臺(tái)設(shè)備布置位置見圖2。

圖2 沖床設(shè)備布置區(qū)域

C、D 軸之間區(qū)域?yàn)槠渌⌒驮O(shè)備的工作區(qū)域，噪聲相對(duì)較為安靜。多臺(tái)沖床在相對(duì)封閉的車間內(nèi)部，同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的沖裁噪聲和運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲，不可避免影響干擾到相鄰工作區(qū)域。由于以鋼結(jié)構(gòu)為主體構(gòu)造的車間吸聲性能不佳，聲反射較強(qiáng)，導(dǎo)致在車間內(nèi)部產(chǎn)生不同程度的混響，附近現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員均會(huì)感受到不同聲源的疊加噪聲干擾。通過在沖壓機(jī)附近約1 m 處隨機(jī)布置3 個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)噪聲測(cè)試，發(fā)現(xiàn)最大總聲壓級(jí)可達(dá)到82 dB，見圖3。

圖3 沖壓機(jī)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試噪聲頻譜曲線

噪聲頻譜在整個(gè)頻段較為平穩(wěn)，能量多集中的315 Hz至5 000 Hz的中高頻段。

2 隔聲墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為改善工人的現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)條件，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的工程實(shí)際情況，決定在高低跨縱向分界線上建立一道隔墻，使之與相對(duì)低噪聲的工作區(qū)域隔離開來，同時(shí)兼?zhèn)湮暪δ?，減少車間內(nèi)部雜亂噪聲的相互干擾。隔聲墻體依托原有H 型立柱結(jié)構(gòu)上建造，布置在H立柱翼板內(nèi)部之間區(qū)域。這樣既可以具備隔聲功能，又因整體結(jié)構(gòu)緊湊，可充分合理利用空間。整個(gè)隔墻長(zhǎng)度約為300 m，分為等間隔的40跨，每跨隔墻寬度等同每個(gè)H立柱之間的距離（約7.5 m），高度為11 m。為盡量避免漏聲現(xiàn)象的發(fā)生，在隔墻頂部做成倒L 型結(jié)構(gòu)形式，即隔墻頂端水平伸出一定距離延伸至低跨屋面，形成封閉墻體面，見圖4。隔聲墻體上另外設(shè)有采光透明隔聲玻璃，部分位置設(shè)有隔聲門。

由于隔聲墻模塊兩端跨度及高度均較大，其支撐結(jié)構(gòu)形式必須保證足夠的強(qiáng)度及穩(wěn)定性。一般插板式聲屏障多采用H 型立柱作為支撐，通過錨固螺栓與混凝土基礎(chǔ)固接，高度約在2 m～4 m。若尺度進(jìn)一步增加，就必須加強(qiáng)混凝土基礎(chǔ)的牢固程度，甚至需在外立面搭建斜支撐鋼架[5]。若按照此結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，需對(duì)現(xiàn)有室內(nèi)的地面基礎(chǔ)進(jìn)行升級(jí)改造，不僅明顯增加工程量，占地空間大，而且外形美觀度較差。因此，通過綜合權(quán)衡考慮，決定采用水平冷彎薄壁C 型鋼為主要支撐構(gòu)件，并將支撐骨架隱藏內(nèi)嵌在吸聲層內(nèi)部。支撐鋼結(jié)構(gòu)可完全不外漏，整體美觀度大幅提高。水平C型鋼檁條豎向距離間隔1.2 m，兩端與H 型立柱通過檁托板連接，檁托板焊接固定在H型立柱上。

圖4 吸聲結(jié)構(gòu)頂部橫剖面圖

由于結(jié)構(gòu)跨度大，為保持整體撓度變形的穩(wěn)定性，頂部第一層增設(shè)斜拉條及套筒結(jié)構(gòu)支撐，其余水平龍骨之間增設(shè)支撐拉條，見圖5。

圖5 隔墻骨架結(jié)構(gòu)圖

隔墻聲學(xué)部件為雙層對(duì)稱結(jié)構(gòu)，最外一層采用鋁合金穿孔吸聲板，穿孔率30%，通過三角龍骨固定在C 型鋼外表面。相對(duì)不穿孔板如彩鋼板，鋁合金穿孔板可增加聲波的透射及吸聲能力，降低廠房室內(nèi)聲波反復(fù)反射帶來的混響干擾。隔墻中心采用帶有薄阻尼層的復(fù)合隔聲板，主要起到隔聲作用。復(fù)合隔聲板內(nèi)面板為4 mm厚高密度菱鎂板，外面板采用6 mm 高密度FC 水泥板，通過阻尼膠粘接復(fù)合而成，兩側(cè)板材厚度及密度不一可避免聲音吻合效應(yīng)的產(chǎn)生，整體板材面密度為11 kg/m2。阻尼隔聲板和鋁合金穿孔板之間加有50 mm厚容重32 kg/m3的超細(xì)玻璃棉，并留有空腔，以提高吸聲效果。

3 現(xiàn)場(chǎng)隔聲測(cè)試分析

3.1 工況設(shè)置及測(cè)點(diǎn)布置

整個(gè)隔墻工程施工完畢后，整體外形如圖6所示。

圖6 隔墻外立面

此時(shí)沖床設(shè)備在正常生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，隔墻對(duì)立面工作人員幾乎感受不到來自沖床設(shè)備噪聲干擾，聲舒適度明顯改善，噪聲指標(biāo)滿足工廠噪聲標(biāo)準(zhǔn)要求。由于吸隔聲墻兩側(cè)均有產(chǎn)生噪聲的動(dòng)力設(shè)備且數(shù)量眾多，不同時(shí)間段測(cè)量的隔聲效果受周圍噪聲源影響較大。為準(zhǔn)確評(píng)估該隔聲墻結(jié)構(gòu)能夠達(dá)到的最大隔聲能力，決定在設(shè)備全部關(guān)停（工人休息）狀態(tài)下，采用人工聲源（12面體無指向聲源）發(fā)出強(qiáng)噪聲源，同時(shí)在隔墻兩側(cè)布置傳感器，比較兩側(cè)聲壓級(jí)差值，測(cè)點(diǎn)布置示意圖如圖7。

圖7 測(cè)點(diǎn)布置示意圖

3.2 測(cè)試結(jié)果及分析

選取任意跨隔墻，在距其中心5 m 處放置人工聲源，聲源球心距地面高度為2 m，傳感器沿長(zhǎng)度方向等間隔布置。測(cè)試時(shí)，軟件輸出白噪聲信號(hào)，通過功率放大器放大后輸入到無指向性聲源裝置發(fā)出強(qiáng)噪聲，傳感器對(duì)聲壓信號(hào)進(jìn)行拾取并通過采集儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集分析，設(shè)置傳感器每次采樣時(shí)間約為30 s，重復(fù)3次，數(shù)據(jù)處理時(shí)對(duì)3次測(cè)試結(jié)果取平均。

通過比較隔墻兩側(cè)前、后測(cè)點(diǎn)的聲壓級(jí)差，可以獲取隔聲量大小。信號(hào)分析頻段取250 Hz～5 000 Hz，此頻段人工聲源輸出功率高，信噪比高，數(shù)據(jù)可靠性好。

圖8給出了測(cè)點(diǎn)1 至6 測(cè)點(diǎn)前后兩點(diǎn)的噪聲頻譜曲線，其中前測(cè)點(diǎn)1至3位于聲源一側(cè)，可見：

（1）強(qiáng)噪聲源傳遞過程中通過吸聲隔墻后，對(duì)立面測(cè)點(diǎn)聲壓級(jí)明顯降低，特別是中高頻段，噪聲衰減效果明顯。

圖8 不同位置測(cè)點(diǎn)噪聲頻譜曲線

（2）表1給出了隔墻前、后測(cè)點(diǎn)的總聲壓級(jí)及對(duì)應(yīng)聲壓級(jí)差，總聲壓級(jí)差最小可達(dá)到29 dB，最大為31 dB。

4 結(jié)語

針對(duì)某車間的噪聲水平分析狀態(tài)，綜合權(quán)衡考慮現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際狀況，在設(shè)備噪聲源頭上無法進(jìn)行消聲或隔聲處理后，決定采用建立一道吸隔聲墻的噪聲處理方法，實(shí)現(xiàn)動(dòng)靜區(qū)域的隔離。在未對(duì)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)做出大的改動(dòng)情況下，設(shè)計(jì)了一種高尺度的吸聲隔墻結(jié)構(gòu)。該隔墻兼?zhèn)湮暫透袈暪δ?，最大隔聲能力可達(dá)到31 dB（A），實(shí)現(xiàn)了車間不同功能作業(yè)區(qū)域的動(dòng)、靜分隔。從實(shí)際應(yīng)用效果來看，該設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)不僅滿足兼具隔聲、吸聲功能的聲學(xué)要求，亦滿足了廠方在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、美觀度及造價(jià)等多方面的要求。本文為車間噪聲治理提供了工程實(shí)際案例，可為同類噪聲治理提供參考。

表1 隔墻兩側(cè)聲壓級(jí)/dB