張 明，陳惠勤，陳 虹，趙敬德

（1. 東華大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，上海 201620；2. 上海外高橋造船有限公司，上海 200137）

規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)

VLCC上層建筑噪聲分析與控制

張 明1,2，陳惠勤2，陳 虹2，趙敬德1

（1. 東華大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，上海 201620；2. 上海外高橋造船有限公司，上海 200137）

基于MSC.337(91)決議通過(guò)的《船上噪聲等級(jí)規(guī)則》對(duì)船舶不同處所的噪聲級(jí)限值提出的新要求，從聲源、傳播途徑及聽者等3個(gè)方面對(duì)船舶噪聲進(jìn)行系統(tǒng)分析，提出開展船舶降噪設(shè)計(jì)的重點(diǎn)研究方向。結(jié)合某型超大型油船（Very Large Crude-oil Carrier，VLCC）系列船在設(shè)計(jì)優(yōu)化前后、在實(shí)船試航狀態(tài)下測(cè)得的典型位置的噪聲數(shù)據(jù)，重點(diǎn)分析部分位置噪聲超標(biāo)的原因，提出并實(shí)施有針對(duì)性的噪聲控制措施，并為未來(lái)更有效地進(jìn)行船舶噪聲控制提供一些建議。

噪聲；分析；控制

0 引 言

1981 年，國(guó)際海事組織（International Maritime Organization，IMO）發(fā)布《船上噪聲級(jí)規(guī)則》（A.468(Ⅻ)），并將其作為推薦性文件納入SOLAS公約第Ⅱ-1/36條中。2007年，歐洲27國(guó)聯(lián)合向第83屆海上安全委員會(huì)（MSC83）提交“船上噪聲防護(hù)”提案，以推動(dòng)船上噪聲控制水平的提高和強(qiáng)制化。該提案的提出主要基于以下5點(diǎn)理由：

1) 船上噪聲涉及人員健康和航運(yùn)安全問(wèn)題，具有導(dǎo)致事故發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)；

2) SOLAS公約第II-1/36條中有關(guān)控制機(jī)器處所噪聲至可接受水平的規(guī)定較為模糊；

3) 不僅是噪聲最大的機(jī)器處所，其他處所的噪聲也會(huì)影響船員的健康，而SOLAS公約第II-1/36條中只規(guī)定機(jī)器處所的噪聲；

4) A.468(Ⅻ)已制定實(shí)施超過(guò)25a，隨著船舶設(shè)計(jì)和建造水平的不斷提高，該規(guī)則要求也應(yīng)進(jìn)一步提高；

5) 國(guó)際勞工組織（International Labour Organization，ILO）海事勞工公約也提及控制船上噪聲的要求。

對(duì)此，在2012年的IMO第91屆海上安全委員會(huì)（MSC91）會(huì)上，通過(guò)了第338號(hào)關(guān)于SOLAS修正案的決議，自2014年7月1日起生效，新增了SOLAS公約第II-1/3-12條，要求船舶建造應(yīng)符合MSC.337(91)決議通過(guò)的《船上噪聲等級(jí)規(guī)則》，降低船上噪聲并保護(hù)人員免受噪聲傷害。

對(duì)比原標(biāo)準(zhǔn)A.468(Ⅻ)，經(jīng)MSC.337(91)修訂的《船上噪聲等級(jí)規(guī)則》中部分艙室可接受的噪聲級(jí)限值標(biāo)準(zhǔn)有較大幅度的提高，尤其對(duì)于≥10000GT的船舶，其規(guī)定的居住艙室、醫(yī)務(wù)室、餐廳、娛樂(lè)室及辦公室的噪聲級(jí)限值在A.468(Ⅻ)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上減小5dB(A)，具體見表1[1-2]。

表1 不同處所的噪聲級(jí)限值標(biāo)準(zhǔn) dB(A)

1 船舶噪聲的系統(tǒng)分析

噪聲系統(tǒng)一般由聲源、傳播途徑及聽者等3部分組成[3]，下面從這3個(gè)方面對(duì)船舶噪聲進(jìn)行系統(tǒng)分析。

1.1 聲源

1.1.1 螺旋槳和艉部船體的噪聲

在許多場(chǎng)合，螺旋槳是船舶上產(chǎn)生劇烈振動(dòng)和結(jié)構(gòu)噪聲的根源，其振動(dòng)部分是由作用于軸承的螺旋槳力和力矩的周期性變化引起的，部分由作用于螺旋槳附近船體上的表面力產(chǎn)生。這2種形式的激振主要源于螺旋槳不均勻的伴流，這同時(shí)也是產(chǎn)生螺旋槳噪聲的主要原因[4]。在設(shè)計(jì)階段，應(yīng)進(jìn)行船模試驗(yàn)，以檢查流動(dòng)情況，若需要，可適當(dāng)改變艉部船體型線，以改善伴流。

1.1.2 機(jī)器的噪聲

船舶機(jī)器的噪聲主要來(lái)自主機(jī)、發(fā)電機(jī)、泵組、液壓設(shè)備和排氣管等設(shè)備，其對(duì)船舶噪聲級(jí)的主要影響有：

1) 機(jī)器直接輻射到空氣中的噪聲決定了機(jī)器附近的噪聲級(jí)；

2) 空間反射的空氣噪聲及其混響時(shí)間決定了離機(jī)器一定距離的噪聲級(jí)；

3) 相鄰艙室中的噪聲級(jí)一般由機(jī)器傳遞的結(jié)構(gòu)噪聲確定，也可由安裝在這些艙室中的其他設(shè)備的噪聲確定。

1.1.3 通風(fēng)系統(tǒng)的噪聲

在確定船上各處所的噪聲級(jí)時(shí)，各通風(fēng)系統(tǒng)的噪聲亦是十分重要的影響因素。通風(fēng)系統(tǒng)的噪聲來(lái)源主要包括：

1) 空調(diào)裝置、鍋爐通風(fēng)機(jī)和機(jī)艙通風(fēng)機(jī)等裝置的噪聲；

2) 通風(fēng)機(jī)和通風(fēng)管道傳遞的結(jié)構(gòu)噪聲；

3) 通風(fēng)管道、消聲器等裝置的空氣噪聲；

4) 進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口的噪聲。

1.2 傳播途徑

在考慮船舶艙室噪聲的傳播途徑時(shí)，通常需考察2種類型的聲音傳播，即空氣噪聲和結(jié)構(gòu)噪聲。

1.2.1 空氣噪聲

已發(fā)射到空氣中的人耳能聽到的振動(dòng)稱為空氣噪聲。在自由聲場(chǎng)（即在沒(méi)有任何屏蔽空間和反射面的情況下），根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，與聲源的距離每增加1倍，聲壓級(jí)即降低6dB[3]。當(dāng)聲波在空氣中傳播遇到另一種性質(zhì)不同的媒介時(shí)，部分能量或透過(guò)媒介傳播過(guò)去，或作為媒介結(jié)構(gòu)內(nèi)的摩擦損失而散逸，其余的在邊界面上反射。

1.2.2 結(jié)構(gòu)噪聲

結(jié)構(gòu)噪聲是指在可聽頻率范圍內(nèi)（16～20000Hz）的、在結(jié)構(gòu)中以波動(dòng)傳播的機(jī)械振動(dòng)[3]，由艙壁、木作等第二噪聲源以空氣噪聲的形式輻射出來(lái)。由于船舶結(jié)構(gòu)的主要材料是鋼，其內(nèi)部的阻尼很小，因而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)噪聲在傳播時(shí)的能量損失非常小。盡量使聲能反射回聲源的方法可有效克服結(jié)構(gòu)噪聲。例如，在傳播途徑中引入阻抗的改變、插入其他媒介及使傳播途徑上的幾何形狀發(fā)生變化等均會(huì)引起這種反射。

1.3 聽者

針對(duì)聽者（即噪聲接受者），可考慮采取必要的管理機(jī)制和防護(hù)設(shè)備降低噪聲對(duì)聽者的危害。例如，根據(jù)聽覺(jué)損害的危險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)和個(gè)人的感覺(jué)限制工作人員持續(xù)處在噪聲環(huán)境中的時(shí)間，并配備耳塞、護(hù)耳套和護(hù)耳盔等。

2 船舶噪聲的控制

設(shè)計(jì)、建造和配套是船舶噪聲控制的3個(gè)重要環(huán)節(jié)。在設(shè)計(jì)的初始階段就將聲學(xué)設(shè)計(jì)納入整個(gè)船舶的設(shè)計(jì)過(guò)程中，可極大地降低后期進(jìn)行噪聲處理的成本，達(dá)到事半功倍的效果[5]。通過(guò)上述系統(tǒng)分析，可將開展降噪設(shè)計(jì)的重點(diǎn)概述為：

1) 設(shè)計(jì)伴流均勻的螺旋槳和艉部船體結(jié)構(gòu)；

2) 選用低噪聲的動(dòng)力裝置和機(jī)械設(shè)備，對(duì)某些機(jī)械設(shè)備/排氣管采取消音隔振的措施；

3) 在總布置設(shè)計(jì)中使噪聲敏感處所盡可能地遠(yuǎn)離噪聲源；

4) 確定合適的風(fēng)管靜壓和風(fēng)速，平穩(wěn)組織通風(fēng)系統(tǒng)的氣流；

5) 在噪聲敏感處所設(shè)置有效的吸聲隔聲裝置，如高隔音板、浮動(dòng)地板等。

3 VLCC實(shí)船的噪聲控制

3.1 VLCC首制船的噪聲數(shù)據(jù)

在基本設(shè)計(jì)階段，為指導(dǎo)詳細(xì)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)設(shè)計(jì)采用合理的方案有效控制實(shí)船的總體噪聲水平，對(duì)某型超大型油船（Very Large Crude-oil Carrier，VLCC）進(jìn)行噪聲的計(jì)算預(yù)報(bào)?；诮y(tǒng)計(jì)能量法的噪聲預(yù)報(bào)結(jié)果（見表2），針對(duì)預(yù)報(bào)中噪聲級(jí)不滿足MSC.337(91)標(biāo)準(zhǔn)的艙室（如表2中的醫(yī)務(wù)室、健身房和蘇伊士工人間），為避免建造完成后實(shí)際噪聲級(jí)超標(biāo)，在前期設(shè)計(jì)階段，對(duì)靠近機(jī)艙區(qū)域的這些主甲板艙室的圍壁和天花板進(jìn)行防火絕緣及吸聲處理，加裝隔聲效果在42dB(A)以上的隔聲板，并在主甲板結(jié)構(gòu)反面增加敷設(shè)隔聲絕緣（100mm厚巖棉外包玻璃纖維布）。經(jīng)過(guò)上述設(shè)計(jì)優(yōu)化之后，這3個(gè)艙室的實(shí)際測(cè)量結(jié)果均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求（具體見表3），且位于上層建筑艏部的健身房的實(shí)際噪聲環(huán)境明顯優(yōu)于位于上層建筑艉部、靠近機(jī)艙棚的蘇伊士工人間。

表2 某型VLCC的噪聲計(jì)算預(yù)報(bào)結(jié)果節(jié)選 dB(A)

但是，上述噪聲預(yù)報(bào)亦不可避免地存在部分誤差，導(dǎo)致預(yù)報(bào)結(jié)果滿足標(biāo)準(zhǔn)要求（如上表2中的水手B臥室和服務(wù)員臥室）的艙室實(shí)際測(cè)量結(jié)果仍然超標(biāo)（見表3）。此外，由于上述統(tǒng)計(jì)能量法不適用于露天開敞位置的駕駛甲板兩舷，而此處通常是船舶噪聲控制的難點(diǎn)，因此在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，亦不可單純依靠計(jì)算預(yù)報(bào)的結(jié)果，而應(yīng)在前者的指導(dǎo)下，綜合多方面的因素進(jìn)行評(píng)估考慮。

表3 某型VLCC試航狀態(tài)的噪聲測(cè)量表 dB(A)

續(xù)表3 dB(A)

對(duì)表3中的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與A.468(Ⅻ)標(biāo)準(zhǔn)和MSC.337(91)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較可知：該型VLCC的噪聲級(jí)水平均滿足A.468(Ⅻ)標(biāo)準(zhǔn)的要求；除了駕駛甲板左/右舷及B甲板的水手B臥室、服務(wù)員臥室的實(shí)測(cè)噪聲級(jí)超過(guò)MSC.337(91)標(biāo)準(zhǔn)限值之外，其他位置的噪聲級(jí)水平均滿足MSC.337(91)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

下面對(duì)上述超過(guò)MSC.337(91)標(biāo)準(zhǔn)限值的噪聲控制方案進(jìn)行重點(diǎn)分析。

3.2 VLCC后續(xù)船駕駛甲板兩舷的噪聲控制

駕駛甲板左/右舷的噪聲測(cè)量點(diǎn)位于室外露天位置（見圖1），其噪聲級(jí)的大小主要取決于海面的風(fēng)浪、機(jī)艙的風(fēng)機(jī)和煙囪的排氣口等3個(gè)因素。

由于海面的風(fēng)浪屬于不可控的自然環(huán)境因素，故僅對(duì)機(jī)艙風(fēng)機(jī)和煙囪排氣口的噪聲影響做進(jìn)一步的分析。通過(guò)在 VLCC首制船試航期間使其主機(jī)按試驗(yàn)狀態(tài)正常運(yùn)行及先后短暫關(guān)閉機(jī)艙棚前部左/右舷的機(jī)艙風(fēng)機(jī)，對(duì)應(yīng)測(cè)得駕駛甲板左/右舷的噪聲數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)這2處的噪聲級(jí)仍超標(biāo)，且與表3中的測(cè)量數(shù)據(jù)接近。因此，針對(duì)后續(xù)船的駕駛甲板兩舷的噪聲控制，應(yīng)對(duì)煙囪排氣口進(jìn)行優(yōu)化。

圖2和圖3為VLCC首制船的煙囪排氣管布置圖，位于舷側(cè)的鍋爐排氣口的末端變徑部分遮擋了主機(jī)排氣口（見圖 3中的陰影部分），導(dǎo)致主機(jī)排氣在鍋爐排氣管彎頭處加劇了氣流擾動(dòng)和空氣噪聲向上層建筑駕駛甲板的反射。為改善后續(xù)船的主機(jī)排氣，降低從煙囪向上層建筑輻射的空氣噪聲，適當(dāng)加大主機(jī)排氣口與鍋爐排氣口之間的高度差，并更換排氣管末端防火網(wǎng)的型式（見圖4）。

經(jīng)設(shè)計(jì)優(yōu)化之后，后續(xù)船測(cè)得的駕駛甲板兩舷的噪聲級(jí)均達(dá)標(biāo)，具體見表4。

表4 VLCC后續(xù)船駕駛甲板兩舷的噪聲測(cè)量 dB(A)

3.3 VLCC后續(xù)船B甲板艙室的噪聲控制

為查找B甲板的服務(wù)員臥室和水手B臥室噪聲級(jí)偏高的原因，選取相鄰的船員備員1臥室和水手C臥室進(jìn)行比較分析。相關(guān)的上層建筑B甲板噪聲測(cè)試位置見圖5。實(shí)地勘察發(fā)現(xiàn)，機(jī)艙棚C甲板的風(fēng)機(jī)室是附近比較大的一個(gè)噪聲源（見圖 6），為確定其對(duì)前述噪聲敏感艙室的具體影響，在該型 VLCC拋錨狀態(tài)下再次對(duì)上述4個(gè)艙室的噪聲進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)量，得到的相關(guān)噪聲數(shù)據(jù)見表5。

表5 VLCC上層建筑B甲板艉部典型艙室噪聲測(cè)量 dB(A)

通過(guò)分析表5中的噪聲測(cè)量數(shù)據(jù)可知：

1) 在上述3種試驗(yàn)狀態(tài)下，舷側(cè)艙室的噪聲級(jí)均顯著高于鄰近艙室；

2) 在關(guān)閉機(jī)艙棚C甲板上的1#和3#機(jī)艙風(fēng)機(jī)后，4個(gè)測(cè)量點(diǎn)的噪聲數(shù)據(jù)均大幅下降。

由上述試驗(yàn)結(jié)果可進(jìn)一步確認(rèn)：上層建筑B甲板艉部艙室的噪聲受到機(jī)艙風(fēng)機(jī)的影響較大；由于上層建筑C甲板與機(jī)艙棚之間由結(jié)構(gòu)過(guò)橋直接相連，機(jī)艙風(fēng)機(jī)通過(guò)結(jié)構(gòu)傳遞的噪聲要遠(yuǎn)大于空氣噪聲。

為降低機(jī)艙風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)噪聲的影響，對(duì)VLCC后續(xù)船進(jìn)行以下降噪設(shè)計(jì)優(yōu)化：

1) 在機(jī)艙風(fēng)機(jī)室內(nèi)部鋼圍壁增加隔音絕緣（50mm厚的巖棉外包玻璃纖維布、外貼鋁箔）；

2) 舷側(cè)艙室的木作圍壁采用厚度為50mm的高隔音板，代替原厚度25mm的木作圍壁板。

經(jīng)過(guò)后續(xù)船的實(shí)際效果測(cè)試，上述艙室的噪聲級(jí)最終均＜55dB(A)，滿足MSC.337(91)的要求。雖然通過(guò)提高艙室隔聲性能的方法可解決上述問(wèn)題，但若能在總圖設(shè)計(jì)階段將靠近機(jī)艙棚的B甲板舷側(cè)住艙與靠前部的儲(chǔ)藏室互換位置，或改變上層建筑C甲板與機(jī)艙棚之間的結(jié)構(gòu)過(guò)橋的整體剛性連接，則可更好地改善居住艙室的環(huán)境，同時(shí)降低施工成本。

4 結(jié) 語(yǔ)

船舶噪聲控制是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，應(yīng)在項(xiàng)目的基本設(shè)計(jì)階段就予以足夠的重視。此外，為更有效地進(jìn)行噪聲控制，對(duì)艙室噪聲水平影響較大的關(guān)鍵設(shè)備，應(yīng)盡可能地在其技術(shù)協(xié)議中明確相關(guān)的工作噪聲要求。此外，在建造施工的過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行工藝規(guī)范，保障施工質(zhì)量，以達(dá)到控制噪聲的總目標(biāo)。

[1]國(guó)際海事組織. 船上噪聲級(jí)規(guī)則：A.468(Ⅻ)[S].

[2]國(guó)際海事組織. 船上噪聲等級(jí)規(guī)則：MSC.337(91)[S].

[3]GHERING W L. 噪聲控制參考手冊(cè)[M]. 上海：上?？茖W(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，1982.

[4]PETTERSEN J W E, STORM J F. 船舶噪聲控制[M]. 北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1983.

[5]吳剛. 船舶降噪狠抓設(shè)計(jì)、建造、船配環(huán)節(jié)[J]. 廣東造船，2014 (3): 14-15.

[6]吳文偉，殷學(xué)文. 大型油船艙室噪聲評(píng)估與控制[J]. 船舶力學(xué)，2014 (12): 1524-1533.

[7]李艷華，鄭超凡，崔曉兵，等. 船舶艙室噪聲總體綜合控制技術(shù)[J]. 艦船科學(xué)技術(shù)，2015 (8): 85-89.

Noise Analysis & Control in VLCC Superstructure

ZHANG Ming1,2, CHEN Hui-qin2, CHEN Hong2, ZHAO Jing-de1

（1. College of Environmental Science and Engineering, Donghua University, Shanghai 201620, China；2. Shanghai Waigaoqiao Shipbuilding Co., Ltd., Shanghai 200137, China）

Based on the new requirements on noise limits at different locations on board the ship according to the Code on Noise Levels on Board Ships, adopted by the Resolution of MSC.337(91), this paper carries out a general systematic analysis on ship noises from three aspects including the noise source, the noise transmission route and the recipients, so as to propose the key research directions for ship noise reduction design. Considering the noise measurement data of a series of Very Large Crude-oil Carriers (VLCCs) at some typical locations during sea trial both before and after design optimization, the reasons behind excessive noises at certain locations are analyzed, and some corresponding noise control measures are proposed, along with some suggestions for more effective ship noise control in the future.

noise; analysis; control

U662.1

A

2095-4069 (2017) 06-0059-07

2017-05-08

張明，男，工程師。1985年生。2007年本科畢業(yè)于武漢理工大學(xué)熱能與動(dòng)力工程專業(yè)，東華大學(xué)工程碩士在讀，現(xiàn)從事船舶設(shè)計(jì)工作。

10.14056/j.cnki.naoe.2017.06.013