作業場所噪聲仿真分析及評價研究

徐祿文，鄒岸新，歐 熙

（國網重慶市電力公司電力科學研究院電磁與可聽噪聲環境影響重慶市重點實驗室，重慶 401123）

近年來我國頒布了一系列新的職業衛生標準［1］，在職業衛生工作的要求上更加規范化和精細化，這就對職業衛生工作者的工作提出了更高的要求。這一點在噪聲作業環境的職業衛生評價中體現得尤為明顯，體現為噪聲測點眾多，且涉及的相關計算較為繁瑣［2-4］，這些給職業衛生評價分析工作帶來了一定困難和不便。因此，為了更好地推動職業衛生工作，促進作業場所噪聲分析和評價效率，筆者對作業場所的噪聲進行了仿真計算分析和評價研究，并以某發電廠磨煤車間為例，對其場所的空間噪聲進行了預測和噪聲的職業衛生評價。

1 噪聲作業場所職業衛生標準介紹

GBZ/T 189.8—2007工作場所物理因素測量-噪聲，主要介紹了作業場所生產性噪聲的測量規范及測量結果的等效計算，即工作場所非穩態噪聲等效為穩態噪聲的計算，1 d實際工作時間內接觸的噪聲強度等效為8 h的等效聲級計算，非每周5 d工作制的特殊工作所接觸的噪聲等效為每周40 h的等效聲級計算等。如公式（1） ～（3）：

GBZ 2.2—2007工作場所有害因素職業接觸限值物理因素規定了工作場所穩態、非穩態及脈沖噪聲的職業接觸限值，如表1～2所示。

表1 工作場所噪聲職業接觸限值

表2 工作場所脈沖噪聲職業接觸限值

GBZ 1—2010工業企業設計衛生標準規定了進行工業企業設計時，生產噪聲車間和非噪聲作業車間的噪聲限值，除了要求勞動者在噪聲作業場所應滿足GBZ 2.2—2007的限值要求外，還規定了非噪聲工作地點噪聲聲級設計要求，見表3。

表3 非噪聲工作地點噪聲聲級設計要求

GBZ/T 229．4—2012工作場所職業病危害作業分級第4部分 噪聲是GBZ 2．2—2007的配套標準，噪聲作業分級是對噪聲暴露危害程度的評價，也是為控制噪聲危害及進行量化管理、風險評估提供重要依據，如表4所示。

表4 噪聲作業分級

2 仿真軟件開發及校驗

2.1 場景抽象

噪聲作業場所往往很復雜，除了聲源和作業點位置以外，還有各種物體形成的屏障（包含簡化后的建筑物、圍墻和其它屏障等），共同組成了場景的元素。為了準確分析噪聲作業場所的噪聲狀況和形象展示仿真場景，需要對場景空間中的主要元素進行建模。以作業場所地平面為基礎，選取地面上某一點為坐標原點，劃定X方向與Y方向，垂直于地面向上為Z方向，建立三維空間數學模型，如圖1所示。

圖1 作業場所空間模型示意

場景：作業場所內場景的總體信息。包括場景的溫度t、濕度ρ、場景背景噪聲Loct，則場景的表示方式為：Scene（t，ρ，Loct）。

噪聲源：產生噪聲的各種元素。設作業場所共有n個噪聲源，第i（1≤i≤n） 個噪聲源的空間位置為（xsi，ysi，zsi），倍頻帶噪聲聲功率級為Loctsi，則噪聲源的表示方式為：S={Si（xsi，ysi，zsi，Loctsi）|i=1～n}。

作業點：將要預測噪聲值的某一空間位置。設作業點的空間位置為（xr，yr，zr），所處位置背景噪聲的倍頻帶聲壓級為Loctr，則預測點的表示方式為：R（xr，yr，zr，Loctr）

屏障：作業場所中各種起隔聲屏障作用的障礙物。設作業場所共有k個屏障，第i（1≤i≤k）個屏障在XOY平面上投影的起始點為（xbsi，ybsi），終點為（xbti，ybti），屏障的高度為hbi，則屏障的表示方式為：B={Bi（xbsi，ybsi，xbti，ybti，hbi）|i=1～k}。

2.2 作業場所噪聲計算方法

作業場所噪聲計算包括近場噪聲計算和遠場噪聲計算。

為準確判斷變電站作業場所職業衛生狀況，需要對噪聲設備的近場噪聲進行計算。假設計算結果為Rj，實測結果為Rc，如果離噪聲源距離為噪聲源半徑的m倍時，計算結果與實測結果一致，即可將聲源處理為遠場聲源。當m=1時，可得到：k1Rj≤Rc≤k2Rj（k1≤1，k2≥1），當m越大時，與越接近于1，當m達到某一值n時，k1=k2=1。因此，當預測點離噪聲源距離為噪聲源半徑的m（n≥m≥1） 倍以內，近場噪聲可以按照公式（4） 對理論值進行一定的調整，超出這個范圍按照遠場計算方法進行計算。近場環境下，由于各個頻段的噪聲分布及衰減規律可能不一樣，因此，可以按照8個倍頻帶分別設置公式（1） 中的參數n和k2。

遠場噪聲計算參照文獻［5］的計算方法。根據有關標準中噪聲戶外傳播聲級衰減計算的基本方法［6-8］，預測點的倍頻帶聲壓級計算按如下公式計算：

其中：Loctref（S）為由點聲源產生的倍頻帶聲功率級；Aoctdiv為幾何發散引起的衰減；Aoctbar為屏障引起的衰減；Aoctatm為大氣吸收引起的衰減；Aoctgr為地面效應引起的衰減；Aoctexc為其它多方面效應引起的衰減。其中聲屏障衰減計算公式如下：

式中：Ni為菲涅耳數，Ni=2δi/波長；δi為聲程差，m。對于如圖2a所示的單屏障：

對于如圖2b所示的雙屏障：

其中：a是SR連線在圖2投影方向上的投影長度。

2.3 軟件的校驗

為了驗證該軟件計算結果的準確性，選擇了某110 kV變電站1臺主變壓器周圍1.5 m處的4個近場測點（測點1、2、3、4） 以及該變電站邊界處的2個遠場測點（測點5、6），進行現場噪聲測試，測點示意如圖3所示。將測試結果和本軟件預測結果進行對照，如表5所示。從表5可以看到，本軟件近場及遠場預測結果與現場實測結果基本接近，證明了該軟件預測結果可信度較高。

圖2 聲屏障衰減計算示意

圖3 某變電站噪聲測試點示意

表5 實測結果和軟件預測對比 dB

由于在遠場進行測試時，受環境噪聲的影響較大，可能會出現較大的偏差；而在近場測試時，受環境噪聲影響較小，所以測試結果準確度高。通過表5還可以看出，實際遠場測試值與本軟件預測值最大相差1.8 dB，實際近場測試值最小相差0.4 dB，這也從另一方面證明了該軟件預測結果具有較高的準確性。

3 仿真分析及評價

3.1 建模分析

以某發電廠磨煤車間為例，進行作業場所噪聲仿真分析及職業衛生評價建模。設置該場所及其元素的相關參數包括：磨煤車間的長度、寬度、溫度、濕度，值班室、控制室、球磨機、排粉機空間位置、作業點空間位置及場景屬性，作業人員噪聲接觸時間，噪聲源聲功率等。該磨煤車間的噪聲職業衛生分析及評價模型如圖4所示，圖5為作業人員在各個作業點的噪聲接觸時間情況。

圖4 某發電廠磨煤車間建模

圖5 作業點噪聲接觸時間

3.2 作業點噪聲分析與評價

3.2.1 作業點噪聲接觸時間限值分析及評價

為實現對該磨煤車間的噪聲職業衛生狀況進行評價，需要對每個作業點噪聲進行預測，并根據噪聲大小確定該作業點日/周接觸時間限值，為現場作業人員的勞動保護提供重要依據。圖6是該磨煤車間中10個噪聲作業點的噪聲及日/周接觸時間限值預測情況?？梢钥闯鲈谧鳂I點1，等效A聲級是89.8 dB，在該噪聲值下，作業人員在1 d的接觸時間不得超過2.65 h，1周的接觸時間不得超過13.25 h；而在非噪聲作業點9，即值班室，其等效A聲級是58.4 dB，該噪聲值完全滿足GBZ 1—2010中噪聲車間觀察（值班）室噪聲聲級設計要求，可以全天、整周進行接觸。通過該預測和分析，可以快速得出多個作業點的噪聲值及日/周接觸時間限值。

3.2.2 作業點噪聲危害程度評價

為實現對噪聲暴露危害程度進行評價，根據GBZ/T 189.8—2007對該磨煤車間作業人員在1周內多個作業點每天的作業時間及噪聲強度進行綜合計算，給出LEX，8h與LEX，W，并根據GBZ/T 229.4—2012判定每天及整周的危害等級。圖7是該磨煤車間作業人在實際噪聲接觸時間的基礎上進行的職業衛生評價。從圖7可以看出：作業人員在周一可以達到GBZ/T 229.4—2012中規定的限值要求，不存在職業危害，而在周二至周六的工作時間里，噪聲值均達到了GBZT 229.4—2012中規定的輕度危害，而在一周的接觸等效噪聲值也達到了GBZT 229.4—2012中規定的輕度危害。

圖6 作業點噪聲預測

圖7 作業點職業衛生評價

3.3 作業場景噪聲分布圖像分析

職工在不同作業點進行作業時，其接觸的噪聲值有可能會不同。為了全面評價作業場所的職業衛生狀況，需要對作業場景的噪聲分布進行預測與評價。利用該軟件的圖形輸出功能可以對職工作業場所的噪聲分布大小進行輸出。該軟件還將GBZ/T 189.8—2007中規定的限值納入到圖形中，能以二維等值線平面圖的形式對作業場所職業衛生區域大小進行展示，某發電廠磨煤車間的作業場景噪聲分布如圖8所示。從圖8可以看出職工作業在某一噪聲衛生限制下的范圍。該軟件還可以根據需要設定不同的噪聲職業衛生限值，進而通過等值線來展示不同噪聲限值下的安全作業范圍。并在紅線范圍內，超出了標準GBZ 1—2010中規定的限值，需要采取有效措施來降低噪聲，保證作業人員的職業衛生安全。

圖8 某磨煤車間噪聲職業衛生分析

4 結論

基于噪聲計算理論及相關噪聲職業衛生標準，建立了職業衛生分析與評價模型，利用在此基礎上開發的作業場所噪聲仿真分析及評價軟件對噪聲作業場所職業衛生進行了研究。利用該軟件實現了同時對多個作業點噪聲值預測和個體日8 h/周40 h接觸等效聲級、等效接觸時間限值計算，以及個體噪聲職業危害分級評價。將該軟件應用到作業場所噪聲職業衛生分析中有利于提高噪聲職業衛生評價效率，還可以為現場作業人員的勞動保護、噪聲防護設施的設計等提供參考。

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［2］陳澤萍，李強.變電站環境噪聲評價與防治［J］.電力環境保護，2008，24 （1）：61-62.

［3］高華北，張花玲，周湘暉，等.工作場所噪聲評價模板的設計與應用［J］.中國職業醫學，2009，36（2）：174-175.

［4］周新祥.噪聲控制技術及其新進展［M］.北京：冶金工業出版社，2007.

［5］徐祿文，劉小玲.變電站環境噪聲三維空間衰減模型及算法研究［J］.中國電機工程學報，2012（32）：175-180.

［6］全國聲學標準化技術委員會．GB/T 17247.2—1998聲學戶外聲傳播的衰減第2部分：一般計算方法［S］．北京：中國標準出版社，1998.

［7］環境保護部．HJ 2.4—2009環境影響評價技術導則聲環境［S］．北京：中國環境科學出版社，2009.

［8］The International Organization for Standardization.ISO9613-2 Acoustics：Attenuation of sound during propagation outdoors［S］.1996．