上海交響樂團(tuán)演奏大廳機(jī)電工程的減振降噪技術(shù)*

上海市安裝工程集團(tuán)有限公司 上海 200080

1 概述

1.1 建筑概況

上海交響樂團(tuán)新建工程位于復(fù)興中路1380號(hào)，在上海市衡山復(fù)興歷史風(fēng)貌保護(hù)區(qū)內(nèi)。本工程項(xiàng)目地下4 層，地上2 層，地上分為4 個(gè)單體：行政辦公、入口大廳及貴賓廳、排演廳A和排演廳B。總建筑面積19 950 m2。排演廳A 1 544 m2（1 200 座）、排演廳B 989 m2（375 座，其中93 座為正式座位，其余為臨時(shí)座位）。

1.2 聲學(xué)要求

演奏廳對(duì)噪聲控制要求高于國(guó)家文化部和建設(shè)部頒布的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，力求達(dá)到國(guó)際一流交響樂演奏廳目標(biāo)。

為達(dá)到上述目標(biāo)，本項(xiàng)目研究的對(duì)象主要為機(jī)電系統(tǒng)中空調(diào)系統(tǒng)的減振降噪。在國(guó)際上普遍采用NC標(biāo)準(zhǔn)（Noise Criteria），它反映了室內(nèi)機(jī)電設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)下房間內(nèi)的安靜程度，也稱為室內(nèi)背景噪聲級(jí)。以上指定的噪聲水平限制標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)點(diǎn)應(yīng)在距離排風(fēng)口或機(jī)電設(shè)備1.5 m遠(yuǎn)，距離地面高1～2 m的位置。

通過對(duì)NC和NR（國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)）數(shù)據(jù)對(duì)比，本項(xiàng)目排演廳A、排演廳B的降噪要求遠(yuǎn)高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過文獻(xiàn)查閱，可以算得一般經(jīng)驗(yàn)公式為：NR=NC+5。

從表1中可以看出本項(xiàng)目的噪聲控制要求非常高，所以，嚴(yán)格控制機(jī)電施工工藝，確保達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)定的環(huán)境噪聲控制指標(biāo)是本項(xiàng)目施工的重點(diǎn)。

表1 本工程設(shè)計(jì)的各房間噪聲標(biāo)準(zhǔn)

2 噪聲源分析

交響樂團(tuán)演奏廳內(nèi)噪聲主要來源于以下幾個(gè)方面：

（a）設(shè)備運(yùn)行振動(dòng)產(chǎn)生的噪聲。各類設(shè)備機(jī)組運(yùn)行時(shí)，因受到不平衡力或變化力矩的影響會(huì)對(duì)設(shè)備本身產(chǎn)生非平衡力，即設(shè)備本身的振動(dòng)，并通過空氣的傳播產(chǎn)生噪聲；各類風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的較大的氣體混流聲，此類噪聲包括空調(diào)箱、風(fēng)機(jī)、風(fēng)機(jī)盤管、各類水泵等機(jī)電設(shè)備振動(dòng)引起的各種噪聲。

（b）氣流、水流介質(zhì)流動(dòng)過程中與風(fēng)管、水管管壁摩擦產(chǎn)生的噪聲。

（c）各類機(jī)電設(shè)備運(yùn)行中電磁能量轉(zhuǎn)換時(shí)產(chǎn)生的噪聲。各類電動(dòng)設(shè)備運(yùn)行時(shí)，電與磁的轉(zhuǎn)換產(chǎn)生電磁噪聲。電磁噪聲很難被完全消除，因此目前的主要控制方式為按機(jī)電生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，將設(shè)備運(yùn)行時(shí)的電磁噪聲限定在合理范圍內(nèi)即可。

（d）建筑物之外產(chǎn)生的聲音傳入室內(nèi)產(chǎn)生的外界噪聲。本項(xiàng)目位于上海市中心繁華區(qū)域，舊有建筑較多，周邊環(huán)境相對(duì)復(fù)雜，來自周邊環(huán)境的各類噪聲，如地鐵、道路、市場(chǎng)等區(qū)域產(chǎn)生的噪聲不可避免地傳入室內(nèi)。

3 減振降噪控制措施[1-4]

上述各類噪聲很難從源頭上完全杜絕，在盡最大可能降低噪聲源強(qiáng)度的前提下，切斷或者阻礙傳播路線和途徑成為降低噪聲的首選。本項(xiàng)目在設(shè)備的選型、噪聲的吸收、設(shè)備的減振、空氣再生噪聲的減弱等方面進(jìn)行了多次的對(duì)比試驗(yàn)研究，最終確定了較為有效的減振降噪技術(shù)措施。

3.1 主要設(shè)備

空調(diào)機(jī)組是空調(diào)系統(tǒng)最主要的噪聲源，故在選型時(shí)充分考慮了機(jī)組內(nèi)風(fēng)機(jī)的規(guī)格、轉(zhuǎn)速、出口面風(fēng)速、風(fēng)機(jī)效率、整機(jī)噪聲等各項(xiàng)指標(biāo)間的綜合平衡。

本工程在施工方與設(shè)計(jì)方充分溝通后，于常規(guī)選型的基礎(chǔ)上，調(diào)整了風(fēng)機(jī)的配置，風(fēng)機(jī)型號(hào)由原FDA560T改為BDB710，該型號(hào)的風(fēng)機(jī)裸機(jī)噪聲80 dB，可隔斷機(jī)組出風(fēng)口噪聲至70 dB，能滿足設(shè)計(jì)期望機(jī)組出風(fēng)口的噪聲值。

另外，在制冷機(jī)房?jī)?nèi)需配備按臥式水泵自身運(yùn)行質(zhì)量至少1.5～2倍的混凝土慣性塊，并于慣性塊周邊配備變形量為25～32 mm的外置式彈簧減振器；立式水泵則須安裝在浮動(dòng)底座上，由水泵延伸出的管道亦須配備具有限位裝置的外置式彈簧減振器，管道與水泵連接處要采用橡膠或金屬軟連接，以有效減少振動(dòng)帶來的噪聲影響。

3.2 消聲彎與消聲器

設(shè)計(jì)單位對(duì)本工程的消聲彎和消聲器的消聲量有一定的要求，對(duì)各種規(guī)格的消聲彎的插入損失（dB）也有明確的規(guī)定。但現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)消聲彎的各項(xiàng)數(shù)據(jù)基本不達(dá)標(biāo)，ZP100消聲器也只有在500 Hz、1 000 Hz、2 000 Hz的范圍內(nèi)基本達(dá)到。為彌補(bǔ)該缺陷，我們考慮在系統(tǒng)上再增加1 只ZP100消聲器。并委托同濟(jì)大學(xué)聲學(xué)研究所作了一個(gè)阻性片式消聲器+阻性消聲彎頭的推算，推算結(jié)果見圖1。

圖1 經(jīng)過改進(jìn)后設(shè)計(jì)消聲量與實(shí)際消聲量對(duì)比

從上圖的估算結(jié)果來看，估算的理論數(shù)據(jù)基本高于設(shè)計(jì)給定的數(shù)據(jù)。但是阻力損失比較高。從服務(wù)于排演廳A的空調(diào)系統(tǒng)來看，AHU-B3-01、02機(jī)組規(guī)格為風(fēng)量35 000 m3/h，出風(fēng)余壓700 Pa，2 臺(tái)機(jī)組并聯(lián)風(fēng)量為70 000 m3/h，主干管口徑2 000 mm×2 000 mm，管內(nèi)風(fēng)速4.86 m/s，對(duì)應(yīng)的阻力損失小于50 Pa，符合設(shè)計(jì)要求。

3.3 落地安裝的空調(diào)設(shè)備減振

本工程中空調(diào)機(jī)組，采用隔振效果較好的彈簧減振器，對(duì)彈簧減振器而言，彈簧的剛度和整個(gè)隔振系統(tǒng)的有效質(zhì)量決定隔振系統(tǒng)的固有頻率，而設(shè)備的質(zhì)量決定何種剛度的彈簧，針對(duì)每個(gè)設(shè)備的具體型號(hào)，由專業(yè)設(shè)備進(jìn)行計(jì)算確定減振器的型號(hào)，以確保達(dá)到最佳效果，同時(shí)，為保證減振器的使用壽命，設(shè)備的水泥基座高出地面100 mm以上，防止彈簧受潮和腐蝕。在設(shè)備的4 個(gè)角和邊線中間區(qū)域，加設(shè)彈簧減振器，每個(gè)機(jī)組所用減振器，根據(jù)機(jī)組質(zhì)量和外形尺寸，設(shè)置4～6 個(gè)減振器。

3.4 非落地安裝的空調(diào)設(shè)備減振

對(duì)非落地安裝的風(fēng)機(jī)、空調(diào)箱、風(fēng)機(jī)盤管等，設(shè)備運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)，主要通過吊裝支架，將振動(dòng)傳到頂層樓板結(jié)構(gòu)。為此，需要在吊裝支架傳遞振動(dòng)的區(qū)域通過特有裝置，將振動(dòng)減弱，使其達(dá)到需要的效果，故采用優(yōu)質(zhì)彈簧減振器，無論質(zhì)量大的還是質(zhì)量較小的風(fēng)機(jī)盤管，均采用隔振效果較好的彈簧減振器。在吊桿頂部與樓板連接的區(qū)域，則采用軟鋼槽鋼進(jìn)行減振，所謂軟鋼槽鋼，其含碳量為0.13％～0.2％，顯微組織為鐵素體加少量珠光體，此類鋼材為硬度低（HB 100～130），強(qiáng)度低（σb 372～470 MPa）塑性高（δ 24％～26％）的軟鋼，有明顯的屈服點(diǎn)，受力變形較大而不容易斷裂，故減振效果良好。

3.5 風(fēng)管的隔振措施

進(jìn)入懸浮區(qū)的風(fēng)管隔振均采用懸吊減振器，選用型號(hào)為TZS2型彈簧吊架減振器。根據(jù)風(fēng)管質(zhì)量（包括保溫材料的密度和厚度計(jì)算出的質(zhì)量）、風(fēng)管的長(zhǎng)度（吊架間距），計(jì)算出每個(gè)吊點(diǎn)的載荷。表2是以1 250 mm×1 000 mm風(fēng)管為例的計(jì)算。

表2 風(fēng)管吊點(diǎn)載荷計(jì)算表

風(fēng)管穿隔聲墻采用圖2方式，內(nèi)部采用巖棉填充，外部采用膠泥保護(hù)方式，將振動(dòng)和噪聲在此處進(jìn)行最大程度隔離和消弱。

3.6 風(fēng)管管壁振動(dòng)的降噪措施

防止風(fēng)管管壁振動(dòng)的措施一般采用風(fēng)管加固的方式，但是對(duì)隔聲要求比較高的項(xiàng)目，風(fēng)管加固的方式顯然不夠，需要采取進(jìn)一步的隔振措施，本項(xiàng)目采用的是在風(fēng)管外面加貼隔聲氈。作為新穎的建筑材料隔聲氈由于面密度較大，自身不易產(chǎn)生振動(dòng)，附著在薄鋼板上可以阻止薄鋼板的振動(dòng)，從而減少由于振動(dòng)產(chǎn)生噪聲的可能，達(dá)到隔振的效果。

鑒于本工程對(duì)噪聲控制有較嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，因此在隔聲氈貼附的施工過程中，應(yīng)遵循以下幾點(diǎn)：

（a）隔聲氈的貼附工作需要在干凈的場(chǎng)地中進(jìn)行，以防止灰塵、塵土和細(xì)屑等粘在風(fēng)管上形成空隙而影響隔振；

（b）隔聲氈涂膠過程中，隔聲氈不能攤在地面上，避免粘上灰塵；

（c）風(fēng)管和隔聲氈的涂膠過程中，膠水需涂抹均勻，貼附好后還需按實(shí)以排出其中空氣；

（d）貼好隔聲氈的風(fēng)管需要保存在干凈的區(qū)域內(nèi)。

3.7 水管噪聲控制措施

本工程水管管道安裝在嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家現(xiàn)行規(guī)范的基礎(chǔ)上，又采取了更為科學(xué)可行的隔振和減振施工措施。按空調(diào)水流速度來看，當(dāng)水流速度大于1.5 m/s，紊流較為明顯，水流沖擊管壁造成的振動(dòng)較大，因此，控制水流速度成為減振的首要措施。本項(xiàng)目冷凍水主干管及冷卻水管支架的形式，落地槽鋼支撐采用厚25 mm兩層橡膠帶管道專用彈性?shī)A架的減振方式。吊架采用厚25 mm兩層橡膠帶管夾橡膠隔振座（f＜20 Hz）。現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)工程實(shí)際情況，我們將吊架盡量固定在梁上，減少固定在樓板上，將振動(dòng)的傳遞減到最小。

水管需穿過樓板時(shí)則在套管內(nèi)壁和水管外壁之間填充巖棉，并填充密實(shí)，套管兩端采用膠泥密封（具體方法基本與風(fēng)管封堵相同）。同時(shí)，在穿過隔聲墻的內(nèi)側(cè)，在排演室和琴房區(qū)域安裝長(zhǎng)度在500 mm的金屬軟管，在排演廳A、B區(qū)域，安裝1 000 mm的金屬軟管。

3.8 建筑外圍隔聲措施

由于交響樂團(tuán)的地理位置在軌交3號(hào)線和7號(hào)線附近，地鐵運(yùn)營(yíng)會(huì)對(duì)本工程的正常使用帶來噪聲，為彌補(bǔ)這一缺陷，排演廳的建筑結(jié)構(gòu)為懸浮結(jié)構(gòu)，整體坐落在彈簧減振器上，以達(dá)到建筑減振的目的，消除軌交運(yùn)行時(shí)對(duì)建筑的影響。所有進(jìn)入懸浮區(qū)域管線安裝均需要作減振、隔振處理。

4 測(cè)試效果

上海交響樂團(tuán)A、B演奏廳的噪聲測(cè)試委托上海理工大學(xué)供熱通風(fēng)與空調(diào)工程研究所完成，共測(cè)試2 次，結(jié)果如下：

（a）演奏廳A內(nèi)空調(diào)開啟時(shí)，23 個(gè)測(cè)點(diǎn)的計(jì)權(quán)A聲級(jí)平均值為22.2 dB，NC評(píng)價(jià)曲線的平均值為23.8。

（b）演奏廳A內(nèi)空調(diào)關(guān)閉時(shí)，8 個(gè)測(cè)點(diǎn)的計(jì)權(quán)A聲級(jí)平均值為20.0 dB，NC評(píng)價(jià)曲線的平均值為20.4。

（c）演奏廳B內(nèi)空調(diào)開啟時(shí)，10 個(gè)測(cè)點(diǎn)的計(jì)權(quán)A聲級(jí)平均值為14.0 dB，NC評(píng)價(jià)曲線的平均值為10.5。

（d）演奏廳B內(nèi)空調(diào)關(guān)閉時(shí)，6 個(gè)測(cè)點(diǎn)的計(jì)權(quán)A聲級(jí)平均值為13.3 dB，NC評(píng)價(jià)曲線的平均值為10.2。

在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)，演奏廳A內(nèi)可聽到不明設(shè)備發(fā)出的噪聲。演奏廳A內(nèi)4 kHz的聲壓值明顯偏高，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)在頂部反射板上安裝有1 臺(tái)類似服務(wù)器的機(jī)柜，該設(shè)備發(fā)出的聲音為50.6 dB，若去除該噪聲影響，則排演廳A內(nèi)空調(diào)開啟和關(guān)閉時(shí)NC評(píng)價(jià)曲線的平均值分別為11.3和10.4。

上述檢測(cè)結(jié)果表明，若對(duì)演奏廳A內(nèi)的噪聲源進(jìn)行整改，則演奏廳A和演奏廳B在空調(diào)系統(tǒng)開啟和關(guān)閉狀態(tài)下，室內(nèi)的環(huán)境噪聲實(shí)測(cè)結(jié)果都滿足NC-15的設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)語

從本項(xiàng)目實(shí)施情況來看，設(shè)備選型成為控制振動(dòng)和減少噪聲的最基礎(chǔ)因素，選擇低噪聲設(shè)備成為首選，其次，設(shè)備隔振不采取平均分配的方式，而對(duì)機(jī)組采取實(shí)驗(yàn)的方法，精確配置減振器，也達(dá)到了比較好的減振效果。再次，主干管及冷卻水管支架的形式，采用厚25 mm兩層橡膠帶管道專用彈性?shī)A架的減振方式，將振動(dòng)的傳遞減到最小。還有風(fēng)管與水管間隙采用內(nèi)部巖棉填充、外部采用膠泥保護(hù)方式，將振動(dòng)和噪聲在此處進(jìn)行最大程度隔離和消弱。另外，對(duì)消聲器內(nèi)部消聲片改造、在風(fēng)管外面加貼隔聲氈作為隔聲手段等方法，對(duì)上海交響樂團(tuán)演奏廳的減振降噪都起了積極的效果和作用。

本科研項(xiàng)目在減振降噪方面，取得了較為滿意的科研成果，為以后類似工程積累了較為豐富的經(jīng)驗(yàn)。