铸造厂环境噪声控制模拟技术探索

孟传三（东风商用车有限公司，湖北 十堰 442001）

铸造厂环境噪声控制模拟技术探索

孟传三
（东风商用车有限公司，湖北 十堰 442001）

某铸造厂在环境噪声治理前期，引入以计算机数值模拟预测和统筹分析新技术为主导的环境噪声影响评价新理念，为后续噪声治理工作奠定了基础。对我国相关工业企业噪声治理具有积极的指导和推广意义。

铸造厂；计算机；模拟预测；统筹分析；环境噪声

1　铸造厂噪声污染概述

铸造厂是汽车行业中较典型的高噪声企业，由于生产过程中伴随噪声及振动的设备数量多、体量大、布置复杂，特别是振动落砂机、抛丸机、卸料区、大型空压机和除尘器等设备，在运行中产生很大的噪声，对作业岗位工人身心健康及厂区外环境均构成较大影响［1］。随着近代工业的发展、人民生活水平的提高以及环保意识的加强，无论是从环境保护还是职业健康角度都对铸造厂的噪声振动控制提出了更高要求。

2　噪声测量与分析途径

解决铸造厂这类复杂噪声污染问题的一般程序是：首先进行现场噪声调查，测量现场的噪声级和噪声频谱，然后根据有关环境标准确定现场容许的噪声级，并根据现场实测的数值与达标之间的差值确定降噪量，进而制定技术上可行、经济上合理的控制方案。其中对噪声的测量、分析，无疑是制定合理噪声控制方案的关键要素，只有经过准确的测量与分析才能制定出可行合理并经济的治理方案。因此，对各种噪声污染源进行准确的预测分析，是实施降噪工程的必要前提。

对于单一设备及小规模的企业、车间、厂房等，由于噪声源少、影响面小，较容易进行测试及数据分析并制定可行性治理方案。但对于大型企业、工厂等的测试就较麻烦，评估分析也较复杂，大致要经过以下步骤：1）首先对所测地点进行了解，最好有带有地理信息的区域平面图、立面图、具体设备布置图；2）根据现场情况准备测试所需的设备及各种记录用表；3）对所测地点进行详细测试，尽可能多采集测试数据；4）对所有数据进行整理、计算、分析；5）根据分析结果制定治理方案。

以上步骤需做大量的工作，常常由于所测地点规模大、设备多，且特别是由于设备运行特点，使多数设备无法单一运转测量，造成声源叠加以及“掩蔽效应”（高噪声源会在一定程度上掩盖低噪声源），给后续分析工作带来困难，无法一次性制定准确的治理方案。只能先治理高噪声源，治理后再测试、再分析、再治理，反复循环、多次治理、直到所有位置全部达到要求为止，这样不仅会消耗大量的精力，并增加了治理费用。

3　声学模拟技术

随着经济的高速发展，各行业生产规模不断扩大，其噪声污染也越来越大，越来越复杂，人们对噪声污染也越来越重视，原来的测量设备及分析方法已无法满足现有的噪声治理需求，为保证更好地控制噪声污染，更准确地制定出噪声治理措施，近年来国内开始采用从国外引进的计算机声学仿真分析预测先进技术，以满足现有噪声防治的需求。

现市场上推广应用的噪声数据模拟软件有很多，如德国Braunstein公司开发的Sound-PLAN，德国Datakustik公司开发的Cadna，美国驻中国子公司三捷杭州公司开发的Breeze noise及丹麦技术大学的声学研究人员研制的Odeon等。这些计算机软件各具技术特色也有各自的不足，其应用也针对不同的技术领域。

目前市场上常用的几款软件的性能对比见表1。

表1　几种软件的性能对比

4　声学模拟工程实例

本文的工程实例是与一家合资公司的整体环境噪声达标排放治理工程合作项目，由于原治理的项目周期长、费用高，因此合资公司外方建议参照国外的工作程序采用先模拟分析、后实施治理的先进理念和流程，可以使项目做到治理周期短、费用少、针对性强。具体内容如下。

4.1现状噪声测试和仿真分析

该铸造厂区南面和西面紧邻居民区，为分析厂界噪声污染现状和对噪声模拟提供数据支持，将环厂界南面和东面布置了40个测点，具体将40个测试数据按3分贝一个级别划分，结果如表2，其中64～67dB（A）的噪声污染最多，为11个，污染最高点贴近四车间部厂界，最高实测声压级为77.9dB（A）。

根据噪声源特点，建模时将现场噪声细分为533个声源，采用软件分析每个声源对厂界的贡献值，分析结果中包含了建筑物、设备的屏障作用和反射作用，以及气象条件、地形地势的影响和地面的影响。

声源设备主要依据厂方提供的工艺流程图和设备参数表进行识别。根据经验及资料，对筛选出的声源的各个发声部位进行分析，将复杂声源拆分或简化成多个声源分别进行声功率的估算。例如将除尘风机分为机壳、排气口两部分；对于高噪声的室内声源，仅考虑其对室外声场的影响，即考虑建筑围护结构的漏声，采用升降机对高层玻璃窗逐一进行外部噪声源强测试；如果厂房临近厂界，其内部设备振动强烈又不能进行妥善的隔振处理，则还必须考虑这类厂房墙壁、门窗、顶棚等受激辐射的固体噪声影响。

为了准确计算噪声的衰减，需要将声源声功率级频谱作为基础数据导入到软件中。由于设备厂家很少能提供准确的声功率级，所以声源的原始数据主要来源于经验数据库和现场测量（包括类比测试分析）。测量声功率级的方法主要依据《声学声压法测定噪声源声功率级反射面上方采用包络测量表面的简易法》（GB/T 3768-1996）、《声学声压法测定噪声源声功率级使用标准声源简易法》（GB/T 16538-1999）等标准。实地收集铸造厂的资料测试建模，反复修正模型，分析计算，需注意对于地势起伏较大的大型工矿企业，建模时一定要严谨导入真实的地形地貌；对于某些特定位置、特定朝向的强指向性噪声源，在通过现场实测数据对模拟计算分析进行校核的过程中，会发现在声源近场、厂界或环境敏感点处的噪声计算值（总有其中一部份）与实测值偏差较大，甚至不符合常规衰减（或等声级曲线）的规律，其原因主要是声源的强指向性影响。对于这类强指向性噪声源（如排气口、线阵列声源等），需要在软件数据库中“仿真”设置水平和垂直双向的指向性参数，才能正确模拟声源的真实噪声辐射特性及传播规律。

表2　测试数据分级统计表

将用Sound-PLAN软件得出的模拟厂界和敏感点噪声与现状监测数据进行对比验证（在条件允许的情况下，这一步很重要，必要时可对噪声源强和建模进行反馈调整）。该项目治理前采用Sound-PLAN软件所得预测值与厂界及居民区敏感点实测值平均相差0.24dB（A），说明模型建立较准确。在此基础上对环境噪声治理效果进行预测分析，用Sound-PLAN软件中特有的专家系统，按照各声源对于厂界敏感点贡献值确定各声源降噪量，然后反复修正，直到所有敏感点均达到相关降噪要求，这时的噪声治理方案即为最终方案。

经过噪声模拟仿真计算，得到533个声源中有75个对厂界预测点噪声贡献值较大，需要进行治理。

4.2目标效果

降噪后的目标效果图见图1。图1为厂界40个预测点治理前预测值、治理后预测值、治理前实测值的对比值，治理前的实测值与治理后的预测值平均相差18.6dB（A）。

厂区噪声治理前后的噪声分布见图2、图3。

图1　治理后的目标效果图

4.3结论

图2　厂区噪声治理前噪声分布图（2D、3D）

图3　厂区噪声治理后噪声分布图（2D、3D）

在相关专业单位的大力配合下，工作人员顺利完成了噪声数据的采集测试，测量了相关噪声源建筑的尺寸，最后通过SoundPLAN软件成功模拟出了完整全面的噪声分布图，通过此图能够简洁明了地看出主要声源的影响范围，再通过软件系统分析，从数据上展示给厂区内各个建筑车间对各个预测点的噪声贡献值，并能直接看出加设一定的降噪措施后能够降低的噪声分贝值。通过这些结论，该厂后续的噪声治理工作能更加有针对性地展开，对噪声治理工作具有极大的指导性意义。该有侧重点的治理模式可广泛应用于其他相关厂区，具有可推广性。

经过以上情况分析对比，较直观地反映出采取降噪措施前后噪声影响分布情况，根据模拟采取的降噪措施进行噪声治理，可一次性达到预定的设计效果，大大缩短治理时间，降低治理投资，提高噪声治理效率，起到事半功倍的作用。

5　总结

由于铸造厂的声源种类繁多、声源空间位置复杂、环境影响因素多变，导致噪声评价和工程治理中存在诸多难点，尤其是主导声源的识别常影响到降噪治理的成败。通过Sound-PLAN软件辅助设计，可以较可靠、快捷地解决每个声源的衰减计算、厂界某点处声源主次识别、每个声源控制目标值的确定等问题，使降噪方案设计事半功倍。随着计算机行业的高速发展，仿真分析技术渗透至各个行业，使原来复杂的工作程序变得简单。噪声治理行业也要紧紧跟随计算机的发展步伐，利用其高效、快速、准确的特点，结合行业的需求，不断完善专业软件的功能，使其更好地为噪声治理行业服务。

［1］ 杨振伸，王现兵，邵斌.铸造厂的噪声及其综合控制［J］ .噪声与振动控制，1989（5）：44-45.

［2］ 马大猷.噪声与振动控制手册［M］.北京：机械工业出版社，2002.

［3］ 周新祥.噪声控制技术及其新进展［M］.北京：冶金工业出版社，2007.

Exploration on Simulation Technique of Environmental Noise Control in Foundry Plant

MENG Chuan-san

X701

A

1006-5377（2016）08-0046-03