某廣播電視大樓工程的聲學改造

仇宇

浙江大學建筑設計研究院有限公司

1 工程概況

1.1 工程概況

該工程總建筑面積為28476 m2，其中地上建筑面積為23242 m2，地下建筑面積為5234 m2。本建筑地下1層，地上12層，建筑高度55.8 m。地下為停車庫及設備機房。1層～3層為裙房，包括綜合辦公中心、演播中心、網絡中心、附屬用房等部分。4～12層為辦公用房。本工程含1000 m2演播廳1個，300平米開放式演播廳1個，240平米演播廳1個，120平米演播廳1個，錄音室4間，廣播直播間3個。

1.2 設計參數的選取

表1為工藝用房室內設計參數，表2為NR曲線中對應的各頻帶聲壓值。

表1 工藝用房室內設計參數

表2 NR曲線中對應的各頻帶聲壓值

1.3 空調冷熱源系統介紹

本工程1～3層的演播廳及五層的錄音間和廣播直播間采用全空氣空調系統，夏季空調冷負荷為1200 kW，負荷指標為637 W/m2。冬季空調熱負荷為500 kW，負荷指標為290 W/m2。采用4臺110USRT風冷螺桿熱泵機組，放置在3層屋頂。空調水泵房位于地下室，空調夏季供回水溫度為7/12℃。冬季供回水溫度45/40℃。

1.4 演播廳等房間工藝空調設計

所有演播廳（室），錄音室，配音室及廣播直播室均分別獨立設置全空氣低速空調系統，氣流組織為上送上回形式。單獨設置或合用空調機房。

為達到噪聲控制標準，空調主管風速控制在5 m/s，支管2.5 m/s，風口的風速控制在1.5 m/s。空調送風口選用消聲風筒或低速孔板多流向風口，空調回風口以格柵式風口為主。空調系統的總送、回風干管和到各房間的分支管上均設置多級消聲裝置，消聲裝置以消聲彎頭、阻抗復合式消聲器、片式消聲器為主。演播廳末端輔以消聲風筒。

錄音間和廣播直播間因單個房間面積較小，多個房間合用一個空調系統，為防止相鄰房間的噪聲互竄，在風管穿墻部位的兩側各自加裝消聲器。

為防止固體傳聲，演播廳空調機房內由土建構筑與主體結構脫開的浮筑樓板、并作吸聲裝修。空調設備在浮筑樓板上再做減振處理:在機器與混凝土浮筑板之間墊上橡膠減振墊,空調設備再架設于彈簧減振臺座上。空調箱、風機的減振基座的振動傳遞率T小于5%。

置于裙房屋頂的風冷熱泵、水泵、定壓補水設備做浮筑基礎，設備在浮筑基礎上再加減振處理。穿越演播廳、錄音室等聲學房間的風管，水管在穿墻或樓板處均作密封處理（隔聲處理做法如圖1所示）。風管支、吊架采用減振吊架，演播室、錄音室等帶聲學套子的房間上部的風管需用JH-2型的減振吊架。

圖1 風管穿隔聲墻處隔聲做法大樣

2 噪聲問題的初次改造

2.1 工藝用房噪聲及風口風速的測試

施工結束之后，通過儀器檢測（表3），發現多處場所存在噪聲超標的情況。

表3 各房間聲壓級檢測結果

在對各工藝用房的風口風速檢測中，發現無論是演播廳還是錄音室、直播間都存在空調系統風口風量嚴重超標的情況，有些房間風量甚至是設計值的3倍以上。以五層廣播直播間為例，圖2和表4顯示了現場實測的風速及噪聲數據。

圖2 五層直播間風口風速測量數據

表4 五層直播間風口風速匯總表

五層廣播直播間區域，設計采用了一臺6000 m3/h風量、350 Pa機外余壓的空調箱，送風管路上采用了四級消聲器和一級消聲彎頭。從現場實測數據來看，實際運行時的總風量達到15724 m3/h。為設計值的2.62倍，這直接導致了風口風速超標，以及氣流再生噪聲變大。

2.2 施工中的其他問題

另外設計時選用的是固定葉片的送風口，而施工時安裝的是雙層活動百葉風口。加之風口風速過大，導致現場存在明顯百葉抖動聲，產生氣流附加噪聲。

同時部分隔聲、隔振設施并未按照設計要求施工。如演播廳內隔聲吊頂并未安裝、空調機房的墻體未做吸聲處理，設計要求的熱泵機組、空調箱的浮筑基礎均未安裝。

2.3 初步改造方案

為方便施工、節約成本，改造方案按先易后難的原則，分階段進行改造。

1）安裝變頻器調節風機風量。因現場工藝設備已經開始安裝，給空調風管、設備的返工帶來很大不便，為方便施工，選擇給空調箱風機加裝變頻器，通過調低電頻的方法降低轉速，實現風量的調節。

2）空調風口的更換。現場未按圖紙安裝的空調送風口均全部更換。

3）空調機房維護結構的隔聲、吸聲處理。空調機房與演播室之間的隔墻加做一道隔聲墻，不與演播室直接接觸的墻面只做吸聲處理。距地1800 mm范圍內的隔聲墻采用5 mm厚穿孔FC板，內填100 mm厚32 kg/m3玻璃棉氈。1800 mm以上范圍內隔聲墻采用外罩鋼絲網，內填黑色稀疏型玻璃絲布包裹100 mm厚32 kg/m3超細玻璃棉。吊頂采用5 mm厚穿孔FC板，內填50 mm厚32 kg/m3玻璃棉氈，并與樓板間留有150 mm空腔。

3 初步改造后的結果檢測及分析

3.1 檢測數據匯總

在初步改造完成之后，現場對各工藝用房的噪聲值進行了再次檢測。檢測時先不開啟水泵和熱泵機組，只開啟各自的空調機組，測量一組數據。再依次開啟水泵和熱泵機組，另測一組數據。表5為設備開啟狀態表，表6為等效A聲級數據匯總表，表7為倍頻帶聲壓級數據匯總表。

表5 設備開啟狀態表

表6 等效A聲級數據匯總表

表7 倍頻帶聲壓級數據匯總表/dB(A)

3.2 檢測數據分析

圖3中擬合了水泵和熱泵未開啟時各工藝用房倍頻帶的聲壓級曲線和NR20，NR25曲線。比較數據后可以發現，在水泵、熱泵機組未開啟，只開啟空調機組的情況下，1000演播廳和錄音間保持在較好的范圍內，各頻段的聲壓級均在NR20曲線下方。而240演播廳和300演播廳在500 Hz和1000 Hz中高頻段聲壓級超標，說明了空調的設備噪聲對演播廳還是產生了影響。

圖3 水泵和熱泵未開啟時各工藝用房倍頻帶的聲壓級

同時和第一階段改造前的數據對比可以發現經過空調風機風量修正和風口更換之后取得了很好的效果。由于240演播廳和300演播廳因為空調機房在演播廳隔壁，設備噪聲對演播廳的影響仍然存在，仍需進一步進行隔聲和消聲的改造。

在水泵和熱泵機組開啟后，1000演播廳和主樓5層的錄音間，廣播直播間因為離水泵房和屋頂熱泵較遠，并不受影響。由于地下室的水泵房位于300演播廳的側下方，豎直的水管井也從300演播廳旁穿過直至屋頂。而屋頂的風冷熱泵位于240演播廳的正上方，所以水泵和熱泵開啟后給300和240演播廳帶來了額外噪聲。

圖4擬合了水泵和熱泵開啟后240演播廳和300演播廳倍頻帶的聲壓級曲線和NR20、NR25曲線。從圖中可以看出從63 Hz到1000 Hz，各頻帶的聲壓級都超出了NR25曲線。而且與未開啟水泵、熱泵時相比，聲壓級提高了10 dB之多。這說明水泵和熱泵設備及其管道的振動對演播廳造成了很大的噪聲附加。

圖4 水泵和熱泵開啟后240和300演播廳的聲壓級

另外從測試點2和測試點5的數據上還可以發現，300演播廳倍頻帶的聲壓級曲線很平，不像其他演播廳的曲線那樣是近似的指數函數。這是因為300演播廳是開放式的演播廳，只有一道玻璃墻體作為演播廳與入口大廳的隔聲結構，且沒有聲閘、沒有隔聲門，只有一道普通的玻璃門。這些都導致了開放式演播廳的隔聲體系比較薄弱，比較容易受到周圍環境的影響，表現在倍頻帶聲壓級上即中頻帶和低頻帶間的聲壓級差值不是很明顯。

從上面的分析可以觀察到1000演播廳和錄音間已經基本改造到位。存在問題的主要是300及240演播廳。

3.3 改造思路

聲音在房屋建筑中的傳播大致可歸納為兩類：通過空氣的傳聲，即空氣聲。通過建筑結構傳播的由機械振動和物體撞擊等引起的聲音，即固體聲。

對于暖通專業而言，空氣聲主要來自空調、通風設備的噪聲及氣流的再生噪聲。空調、通風設備的噪聲一部分通過風管傳播至沿線房間，一部分擴散在機房內，穿透墻體傳遞至相鄰房間。對于沿風管傳播的空氣聲主要通過管道消聲來降低。對于穿透墻體傳遞的空氣聲主要通過提高圍護結構隔聲量來降低。同時需要特別注意的是風管穿越隔聲墻時縫隙與孔洞的封堵與隔聲處理。

本例中300平面，240平面演播廳在500 Hz和1000 Hz頻段聲壓級超標，說明空調的設備噪聲對演播廳還是產生了影響。在空調機房圍護結構已做隔聲處理的情況下，需要著重加強設備噪聲沿風管傳播時的隔聲和消聲措施。

對于暖通專業而言，固體聲主要來自冷水機組、水泵、冷卻塔、空調箱等設備的振動。振動的物體可直接向空間輻射噪聲，這就是空氣聲。振動又會向地板中傳播，在傳播中又會激起建筑物基礎、墻體、梁柱、天花樓板、門窗、管道等振動，這些物體的振動會再次輻射噪聲，這種噪聲叫做固體傳聲。固體聲因其頻率較低，故而波長大，通過建筑框架的傳播距離遠，對聲學用房的影響不容忽視[1]。

對于固體聲，主要通過設備、管道的隔振及提高樓板撞擊聲隔振性能來解決。設備及其管道的隔振是建筑消聲體系中的重要一環。其對于降低機房內部噪聲的影響相對較小，對與毗鄰房間及上下樓層的影響則極為明顯。

本例中水泵和熱泵開啟后240演播廳和300演播廳倍頻帶中中低頻段的聲壓級增大很多，說明水泵、熱泵及其管線的固體聲對演播廳造成了嚴重的影響，需要對這些設備原有減振做法進行復核并重新更換。

4 風管穿隔聲墻加隔聲罩

4.1 現場情況檢查

經現場檢查發現，施工時并未安裝設計要求，在風管穿越演播廳、錄音室等聲學房間的隔聲墻處作密封隔聲處理（隔聲處理做法如圖1所示）。因為空調機房就在演播廳隔壁，未做隔聲處理的風管穿墻縫隙，將成為噪聲穿透的捷徑。

同時，由于空調機房寬度不夠，風管在出機房進入演播廳后仍設有數級消聲器。而1 mm厚的鍍鋅鐵皮的計權隔聲量約30 dB[2]，因此在第四級消聲器之前，噪聲通過風管管壁造成的穿透噪聲是不能忽略的。

4.2 改造方法

按圖1所示做法在風管穿墻處做隔聲罩，并一直延伸至出墻后的第二級消聲器處，以減少噪聲通過風管的穿透。

5 熱泵機組的減振改造

5.1 現場情況檢查

熱泵機組位于裙樓屋頂，在240演播廳的正上方。現場觀察后發現，4臺熱泵機組擺放在條形混凝土基礎上方，現場并未按設計要求制作浮筑基礎。熱泵與基礎之間采用彈簧減振器連接。每臺熱泵設2×3共6個減振器。但減振器的彈簧已壓縮至極限，設備開啟時機組振動感受明顯。

另外出熱泵機組的空調水管采用落地支架硬連接，并未采用減振橡膠墊。導致管道的振動沿支架向樓板傳播。

5.2 屋頂熱泵用可調式彈簧阻尼增強型復合減振器方式來改造

熱泵的減振改造采用高阻尼可調式彈簧復合減振器。每個減振受力點，在彈簧減振器的上下分別使用8公分厚的SDF天然膠隔聲墊，以提高阻尼系數，降低頻率比。經計算，復合減振器的減振效率達到97.2%。

需要注意的是，在熱泵機組的振動設備中，有壓縮機和風機兩個部件。根據廠家提供的數據，壓縮機的轉數為2960轉/分。風機的轉數為900轉/分。即壓縮機的設備干擾頻率為49 Hz，風機的設備干擾頻率為15 Hz。即對于減振來說，低頻的風扇危害更大。

5.3 屋頂水管管道的橡膠減振支架改造

更換屋頂管道原剛性承重的鋼架，支架與水管間采用橡膠減振方式。減振采用兩層8公分厚以上的天然膠FB型阻尼層，每層阻尼層之間用10 mm厚的鋼板串聯以增加剛性。

6 水泵的減振改造

6.1 現場情況分析

本工程的水泵房位于地下一層，共4臺。實地檢查發現，現場水泵己作簡易橡膠減振處理，水泵底座安裝在鋼筋混凝土基礎上。水泵底部雖然裝有橡膠減振墊，由于其減振效率不足，水泵的振動直接通過混凝土基礎傳遞至結構主體造成固體傳聲。

圖5 現場水管吊架照片

水泵的出回水管路均由槽鋼支架支撐固定在樓板上，沒有做必要的隔振措施。另外吊裝的空調水管也都沒有采用減振吊架，而是直接通過角鋼固定在結構樓板上（圖5）。

水泵房墻體并未做吸聲處理,空氣噪音直接打擊墻體傳聲，對一層的演播廳造成影響。

6.2 改造思路

6.2.1 水泵設備的隔振改造

水泵增加水泥墮性塊，墮性塊重量為原水泵重量的兩倍以上。惰性塊下設置隔振器。隔振器在平面上的布置，使其剛度中心與隔振體系（包括隔振對象及剛性臺座）的重心在同一垂直線上。隔振體系的固有頻率低于干擾頻率，比值在2.5～4.5之間。

6.2.2 水泵管道的隔振改造

1）水泵主管進出水泵房的管段改用龍門架落地支持方式。水管與支架間采用浮筑隔振。

2）水泵進水管接水泵轉彎處的支架采取隔振處理，支架安裝可調式彈簧阻尼減振器。

6.2.3 水泵房墻體吸音改造

為節約成本，本工程在水泵周邊搭建局部隔聲罩，采用型鋼龍骨做框架并兼做水管的支架，外敷隔聲板。四周及頂面敷設，底部留出500通風換氣空間。

7 改造結果

在改造完成后對聲學用房的噪聲進行了測量（表8）。測試結果基本滿足設計及使用要求。

表8 改造后聲學用房等效A聲級數據匯總表

8 總結及思考

避免噪聲污染最好的辦法是在建筑設計規劃階段，就盡可能將水泵房、發電機房、空調機房等設施遠離聲學房間，并選用低噪聲、低振動的設備，盡可能降低聲源的噪聲。當條件受限無法滿足時應加強機房圍護結構的隔聲量；設備及其管線的消聲和減振，防止固體傳聲對聲學房間造成的影響。

施工中的許多細節都關系到噪聲控制的最終效果，且在施工完成之后，隱蔽工程很難返工。在施工過程中設計單位應與施工單位多溝通，說明設計的意圖與注意事項并及時檢查施工質量，避免后期改造。

在本項目的建設過程中，筆者發現很多設備的自帶減振器、消聲器等并不能達到有效的消聲、減振效果。因此在設計過程中應當對減振器的隔振效率、消聲器的有效消聲量等做出明確的限定并提醒廠家落實。同時由于減振、消聲的計算具有極強的專業性，對于重要區域消聲器、減振器的選型與施工，可以建議業主聘請專業的減振產品公司進行施工，防止在工程后期再改造、返工，造成浪費。