G20峰会主会场建筑声学设计概述

2016-11-26王珏陈建华朱自淙谢拯民

演艺科技 2016年10期

王珏　陈建华　朱自淙　谢拯民

【摘要】介绍G20峰会主会场和午宴厅的建筑声学设计，包括噪声与振动控制设计、空调系统消声设计和音质设计三部分，现场测量和实际运行验证了建声设计的有效性。

【关键词】 G20峰会；主会场；午宴厅；建筑声学；本底噪声；混响时间

文章编号： 10.3969/j.issn.1674-8239.2016.10.004

【Abstract】This paper introduced the architectural acoustics design of the main venue of G20 summit， including the noise and vibration control design， the muffler of the air conditioning system design and the sound design these three parts， then the on-site measurements and the actual operation verify the validity of the acoustical design.

【Key Words】G20 summit； conference center； lunch room； architectural acoustics； background noise； reverberation time

1 项目概况

G20“二十国集团领导人第十一次峰会”于2016年9月在杭州举办并圆满落幕。G20峰会主会场大气磅礴，又不失江南元素的婉约儒雅，给世人留下了深刻印象。

与以往举办高端国际会议不同，本次G20峰会的主场馆没有配建新的场馆，而是对原有的杭州国际博览中心进行改造。在改造过程中，设计师需综合考虑投入的经济性及实用性，既要保证G20峰会期间的高品质使用，又要考虑会议结束后场馆作为博览中心商用，在设计上有一定的难度。

杭州国际博览中心总建筑面积约840 000 m2，其地上建筑共四层，自西向东分为一到五区，功能一区为会议中心，二到五区为会展中心；地下建筑共两层，地下一层使用功能为商业、车库、机房，地下二层为车库战时人防。为满足G20峰会使用，需对博览中心原有会议功能进行拓展及完善，强化或增加迎宾、午宴和会议等功能，同时增设新闻发布、同声传译等附属功能。新闻中心、安保中心等临时性建筑均选择在项目原有大空间展厅内临时搭建，峰会后拆除，不影响展厅后续使用。

整个工程主体由北京市建筑设计研究院设计，中广电广播电影电视设计研究院承担博览中心内会议功能房间的建筑声学、音视频系统和舞台灯光系统工作。笔者仅就G20峰会的主会场和午宴厅的建筑声学设计部分做初步总结。

2 建筑概况

本改建项目有其特殊性，设计时杭州国际博览中心原有建筑主体结构已完成，声学上可调整范围有限。超大的空间体量、午宴厅半球形透光的不利建筑体型、设备有限的安装空间和结构荷载不足等问题均难以更改。再加上整个项目设计周期的限制，给声学设计和其他专业设计均带来了不小的挑战。

项目总体的声学设计思路为：在各方面条件容许的情况下，尽可能满足合理的声学要求，为G20峰会创造一个理想的使用空间；对于一些条件所限，难以满足声学基本要求的场所，在保证会场视觉效果、使用功能的前提下，也应与室内设计协调，配合音视频系统，采用各种合理有效的措施，控制声学环境在容忍限度下，使房间整体上仍可满足正常的使用要求。

2.1 主会场

主会场是举办G20峰会会议时，各国领导人出席会议的重要场所。主会场总面积约2 000 m2，总容积约19 000 m3，为45 m边长的方正空间。会议基本形式为大型圆桌会议，场地中央设置直径18 m的大型圆环条桌，沿圆桌排列各参会领导人坐席，其余参会随员坐席位于外侧，围合成圆形，总计人数为100人左右。主会场平、立面图见图1、图2。

主会场的整体高度9.8 m左右，体型较为扁平，且主会场顶棚与地面之间基本上是大面积平行面，如不进行声学处理，声波多次反射易形成颤动回声，从而将造成在某些区域听到多次有明显时间间隔的长延迟反射声，影响场内听闻效果。

主会场装修设计为具有浓墨重彩的民族风格；室内声学材料的布置既要融合到室内装修效果里，又要达到场内混响时间控制的目的。同时，又要尽可能避免严重的声缺陷出现，如长延迟的反射声、颤动回声等。

2.2 午宴厅

午宴厅又称“空中花园”，是领导人午宴和会谈的场所。午宴厅为全玻璃构造的巨大的球形建筑，地面面积达2 500 m2左右，中心高度近37 m，总容积约可达75 000 m3。穹顶正中设置了具有星空景象的“天眼”，并采用自然天光照亮室内空间。

午宴厅场地中央有圆环形条桌，沿圆桌排列各参会领导人坐席。主席位后侧设置大型屏风。并利用原建筑设计的12根半圆柱，设计为送风风筒，建筑上精雕细刻，蔚成一景。

午宴厅平、立面图见图3、图4。

由图3、图4可见，午宴厅体型为半球型，除地面外，墙和顶都是由硬反射的玻璃幕构成，在声学上属于典型的“不可”体型。由于建筑体型已经固有，只能充分预估声聚焦的范围及其对于语言清晰度的影响，尽可能运用声学手段进行处理。

根据既有建筑多个案例的现场调查显示，一般圆形厅堂，其中心区域存在的明显颤动回声，在相当大的范围内严重影响听闻。这些颤动回声分布在一定的范围内，即圆心周边区域。在G20峰会的午宴厅，虽然午宴圆桌外周的听闻区域基本避开了大厅的圆心区，但是由于颤动回声是一个区域而不是点，尽可能采用吸声、扩散等措施，并配合扩声系统设计，达到满意的声学环境。

3 建筑声学设计指标

3.1 基本设计指标

主会场和午宴厅均在扩声系统运行环境下运用，其混响时间、本底噪声的清晰度指标，参考《剧场、电影院和多用途厅堂建筑声学设计规范》GB/T 50356-2005及《声环境质量标准》GB 3096-2008等标准制定，详见表1。

3.2 声缺陷的控制

系统运行应有良好的声学环境，使用区域内应无明显的声缺陷，如颤动回声、低频染色和声聚焦等。

3.3 楼板有感振动的控制

主会场和午宴厅的噪声和振动主要来自空调系统。

空调系统噪声不仅包括空气声和结构传声等可闻声，午宴厅的空调机房位于其下方，设备机组极易在午宴厅的楼板上产生有感振动，这是听不见的“噪声”。因此，声学设计除考虑传统的空调机组隔声隔振、风路消声设计外，应进一步考虑有感振动的问题，采取相应措施以避免设备的有感振动通过楼板传至午宴厅内的地板结构。

参考《声环境质量标准》GB 3096-2008及ISO等的相关标准，楼板振动要求需低于表2所列值。

4 音质设计

4.1 主会场音质处理措施

主会场顶棚构造从内至外由五部分组成，为避免产生颤动回声，同时避免与室内装修的矛盾，顶棚采用局部吸声处理和扩散相结合方式，尽可能避免大面积反射面存在。

中央圆桌上方的吊挂纱灯是直径为9 m的圆形，垂挂高度2.5 m，纱灯面饰图案体现杭州风光，又要达到高频一定程度的吸声和扩散目的；为了满足扩声和灯光的要求，顶部有艺术透光片的圆环，透光片肌理类似“青花瓷”陶瓷，可满足其后部大功率投光灯和扩声系统透射要求；镂空的紫铜斗拱构造，3个斗拱为一组，共40组，是镂空结构，具有声扩散的作用；顶部的环形铜格栅为吸声结构，配合外观室内设计，可达到整体上混响时间有效控制的目的；顶面飞檐凹凸有致的造型具有扩散的作用。

主会场墙面布置实木木雕、实木花窗、铜雕、金属雕刻等造型，场内8根圆柱表面亦设置紫铜雕花，这些空间构件均有一定的声扩散功能。为保证主会场内足够的吸声量，在实木花窗、金属雕刻等造型后侧及开口内侧等各部位处，与造型匹配，均布置了吸声材料，在兼顾室内美观的同时，满足声学性能的要求。

主会场地面满铺有厚地毯。圆桌上铺有桌布，座椅面层铺设软垫，增加部分吸声作用。图5所示为主会场装修效果图。

4.2 午宴厅音质处理措施

午宴厅吸声材料主要布置在宾客周围区域，在宾客活动的范围内，达到满意的声学环境。图6所示为午宴厅装修效果图。

午宴厅顶部中央部位设计的“天眼”，直径为20 m，室内设计上为星空图案，采用有一定透光、吸声作用的软膜天花。软膜天花的吸声作用有限，但是能缓解部分声聚焦现象。

玻璃幕墙顶的顶部四周有5道环形遮光窗帘，窗帘下垂高度2.2 m，有一定的高频吸声与扩散作用。对于球形玻璃幕墙近地面的护墙部位，配合室内设计，设置有落地窗帘等吸声材料。

中心圆桌和圆形墙面之间有12根大型风柱，表面设置雕花造型，主席位后设置大型屏风。风柱与屏风均有一定的声扩散作用。

午宴厅地面铺有地毯，圆桌上台布两侧下垂，采用软垫座椅面层，可增加部分吸声作用。

在会议圆桌的中央部位摆放大型花坛、雕塑造型等，通过打散平行面控制来自顶棚的声聚焦和颤动回声。扬声器布置在宾客前方，经过扩声系统调试确定其合理布局，减小室内声缺陷对扩声效果的影响。

4.3 午宴厅计算机模拟

由于午宴厅体型较为特殊，为保证建筑声学设计的有效性，对午宴厅内声场进行了计算机模拟。计算机声场模拟将整个厅堂复杂的几何形体简化为只与声学有关的简单面，忽略柱子圆弧等造型，且不考虑灯光系统等相关设备条件。

午宴厅计算机模型如图7所示。

模拟计算中，无指向性声源位于圆桌中央，高1.5 m，声源声功率级70 dB；厅内均匀共布置8个接收点，各接收点距地面高度为1.2 m，如图8所示。

厅内混响时间的模拟结果为各接收点的平均值，见表3。

由模拟结果所见，午宴厅中频混响时间约3 s，与声学设计目标值符合较好。

5 噪声与振动控制设计

（1）主会场墙体构造隔声量要求不低于50 dBA，由于结构荷载的限制，不能选择容重较大的重质墙体。考虑到主会场位于建筑四层，平层周边均为贵宾室、服务间等无噪声干扰的功能性房间，且空调、水泵等设备机房均位于远离主会场的区域，主会场墙体选择轻质墙体附加石膏板构造亦可满足隔声要求。

主会场的空调机房设备安装空间有限，主消声器安装在机房外部，并对其进行了隔声处理；在控制主管内风速的前提下，在管路上均设置有消声器；风速较高时，风阀和散流器均是引起气流噪声主要因素之一，对于主会场的个别风管支路上，设置了附加消声器；并在空调专业的配合下，根据噪声指标的要求选用合理的散流器。

（2）午宴厅位于建筑顶层，建筑装修设计理念是球形、透光。为防止环境噪声的影响，采用双层玻璃隔声幕墙。

午宴厅的空调机房在其下方。因此采用低噪声的设备是关键的一步，设计采用低噪声空调箱和风机等；将风机运行的工况点设置为接近最高效率点，此时风机的运行噪声最低；且按《采暖通风与空气调节设计规范》GB 50019-2003的要求，控制管道内的风速。

午宴厅属于超大空间体量，其下方空调机房内安装空间极其有限，设计与施工均有较大难度。原设计中，午宴厅送风形式为62个喷口分3层单侧送风，送风距离达50 m，计算噪声声压级室内将达到50 dBA以上。与暖通专业协商后，空调专业决定将原有回风通路改为送风通路（即12根风柱），大大缩短了送风的距离，既达到送风均匀的目的，又在声学上降低了出风口的风速，为空调系统的消声设计提供了有利条件。

（3）消声器的选择，同时考虑了以下因素：

a.管路系统容许的消声器的压力损失；

b.消声器本身的气流噪声；

c.消声器的插入损失。

主会场和午宴厅的每一通路的总消声量见表4。

（4）为了防止空调设备振动引起的低频有感振动，声学设计根据楼板的结构动力特性确定设备的系统固有频率，采用复合隔振系统进行隔振处理，满足楼板的振动指标要求。

在空间有限的条件下，空调专业和施工单位克服困难，按照声学要求安装了消声器，并反复调试，确保空调使用要求和噪声的指标要求达到满意的效果。

6 现场声学测量

G20峰会召开前夕，中广电广播电影电视设计研究院声学设计研究所对杭州国际博览中心内主要功能房间进行了现场测量和调试。测量包括本底噪声、混响时间等声学参数。

（1）会场内本底噪声实际测量值为36.5 dBA，达到了预期的声学设计目标，详见表5。

（2）主会场和午宴厅的混响时间现场测量值均与建筑声学音质设计指标符合较好，详见表6。

场馆运行前的测量结果，表明主会场内各项指标均达到声学设计的目标值要求，为G20峰会的顺利进行打下了良好的基础。