VLCC上层建筑噪声分析与控制

张 明，陈惠勤，陈 虹，赵敬德

（1. 东华大学 环境科学与工程学院，上海 201620；2. 上海外高桥造船有限公司，上海 200137）

规范与标准

VLCC上层建筑噪声分析与控制

张 明1,2，陈惠勤2，陈 虹2，赵敬德1

（1. 东华大学 环境科学与工程学院，上海 201620；2. 上海外高桥造船有限公司，上海 200137）

基于MSC.337(91)决议通过的《船上噪声等级规则》对船舶不同处所的噪声级限值提出的新要求，从声源、传播途径及听者等3个方面对船舶噪声进行系统分析，提出开展船舶降噪设计的重点研究方向。结合某型超大型油船（Very Large Crude-oil Carrier，VLCC）系列船在设计优化前后、在实船试航状态下测得的典型位置的噪声数据，重点分析部分位置噪声超标的原因，提出并实施有针对性的噪声控制措施，并为未来更有效地进行船舶噪声控制提供一些建议。

噪声；分析；控制

0 引 言

1981 年，国际海事组织（International Maritime Organization，IMO）发布《船上噪声级规则》（A.468(Ⅻ)），并将其作为推荐性文件纳入SOLAS公约第Ⅱ-1/36条中。2007年，欧洲27国联合向第83届海上安全委员会（MSC83）提交“船上噪声防护”提案，以推动船上噪声控制水平的提高和强制化。该提案的提出主要基于以下5点理由：

1) 船上噪声涉及人员健康和航运安全问题，具有导致事故发生的风险；

2) SOLAS公约第II-1/36条中有关控制机器处所噪声至可接受水平的规定较为模糊；

3) 不仅是噪声最大的机器处所，其他处所的噪声也会影响船员的健康，而SOLAS公约第II-1/36条中只规定机器处所的噪声；

4) A.468(Ⅻ)已制定实施超过25a，随着船舶设计和建造水平的不断提高，该规则要求也应进一步提高；

5) 国际劳工组织（International Labour Organization，ILO）海事劳工公约也提及控制船上噪声的要求。

对此，在2012年的IMO第91届海上安全委员会（MSC91）会上，通过了第338号关于SOLAS修正案的决议，自2014年7月1日起生效，新增了SOLAS公约第II-1/3-12条，要求船舶建造应符合MSC.337(91)决议通过的《船上噪声等级规则》，降低船上噪声并保护人员免受噪声伤害。

对比原标准A.468(Ⅻ)，经MSC.337(91)修订的《船上噪声等级规则》中部分舱室可接受的噪声级限值标准有较大幅度的提高，尤其对于≥10000GT的船舶，其规定的居住舱室、医务室、餐厅、娱乐室及办公室的噪声级限值在A.468(Ⅻ)标准的基础上减小5dB(A)，具体见表1[1-2]。

表1 不同处所的噪声级限值标准 dB(A)

1 船舶噪声的系统分析

噪声系统一般由声源、传播途径及听者等3部分组成[3]，下面从这3个方面对船舶噪声进行系统分析。

1.1 声源

1.1.1 螺旋桨和艉部船体的噪声

在许多场合，螺旋桨是船舶上产生剧烈振动和结构噪声的根源，其振动部分是由作用于轴承的螺旋桨力和力矩的周期性变化引起的，部分由作用于螺旋桨附近船体上的表面力产生。这2种形式的激振主要源于螺旋桨不均匀的伴流，这同时也是产生螺旋桨噪声的主要原因[4]。在设计阶段，应进行船模试验，以检查流动情况，若需要，可适当改变艉部船体型线，以改善伴流。

1.1.2 机器的噪声

船舶机器的噪声主要来自主机、发电机、泵组、液压设备和排气管等设备，其对船舶噪声级的主要影响有：

1) 机器直接辐射到空气中的噪声决定了机器附近的噪声级；

2) 空间反射的空气噪声及其混响时间决定了离机器一定距离的噪声级；

3) 相邻舱室中的噪声级一般由机器传递的结构噪声确定，也可由安装在这些舱室中的其他设备的噪声确定。

1.1.3 通风系统的噪声

在确定船上各处所的噪声级时，各通风系统的噪声亦是十分重要的影响因素。通风系统的噪声来源主要包括：

1) 空调装置、锅炉通风机和机舱通风机等装置的噪声；

2) 通风机和通风管道传递的结构噪声；

3) 通风管道、消声器等装置的空气噪声；

4) 进风口和出风口的噪声。

1.2 传播途径

在考虑船舶舱室噪声的传播途径时，通常需考察2种类型的声音传播，即空气噪声和结构噪声。

1.2.1 空气噪声

已发射到空气中的人耳能听到的振动称为空气噪声。在自由声场（即在没有任何屏蔽空间和反射面的情况下），根据经验公式，与声源的距离每增加1倍，声压级即降低6dB[3]。当声波在空气中传播遇到另一种性质不同的媒介时，部分能量或透过媒介传播过去，或作为媒介结构内的摩擦损失而散逸，其余的在边界面上反射。

1.2.2 结构噪声

结构噪声是指在可听频率范围内（16～20000Hz）的、在结构中以波动传播的机械振动[3]，由舱壁、木作等第二噪声源以空气噪声的形式辐射出来。由于船舶结构的主要材料是钢，其内部的阻尼很小，因而导致结构噪声在传播时的能量损失非常小。尽量使声能反射回声源的方法可有效克服结构噪声。例如，在传播途径中引入阻抗的改变、插入其他媒介及使传播途径上的几何形状发生变化等均会引起这种反射。

1.3 听者

针对听者（即噪声接受者），可考虑采取必要的管理机制和防护设备降低噪声对听者的危害。例如，根据听觉损害的危险标准和个人的感觉限制工作人员持续处在噪声环境中的时间，并配备耳塞、护耳套和护耳盔等。

2 船舶噪声的控制

设计、建造和配套是船舶噪声控制的3个重要环节。在设计的初始阶段就将声学设计纳入整个船舶的设计过程中，可极大地降低后期进行噪声处理的成本，达到事半功倍的效果[5]。通过上述系统分析，可将开展降噪设计的重点概述为：

1) 设计伴流均匀的螺旋桨和艉部船体结构；

2) 选用低噪声的动力装置和机械设备，对某些机械设备/排气管采取消音隔振的措施；

3) 在总布置设计中使噪声敏感处所尽可能地远离噪声源；

4) 确定合适的风管静压和风速，平稳组织通风系统的气流；

5) 在噪声敏感处所设置有效的吸声隔声装置，如高隔音板、浮动地板等。

3 VLCC实船的噪声控制

3.1 VLCC首制船的噪声数据

在基本设计阶段，为指导详细设计和生产设计采用合理的方案有效控制实船的总体噪声水平，对某型超大型油船（Very Large Crude-oil Carrier，VLCC）进行噪声的计算预报。基于统计能量法的噪声预报结果（见表2），针对预报中噪声级不满足MSC.337(91)标准的舱室（如表2中的医务室、健身房和苏伊士工人间），为避免建造完成后实际噪声级超标，在前期设计阶段，对靠近机舱区域的这些主甲板舱室的围壁和天花板进行防火绝缘及吸声处理，加装隔声效果在42dB(A)以上的隔声板，并在主甲板结构反面增加敷设隔声绝缘（100mm厚岩棉外包玻璃纤维布）。经过上述设计优化之后，这3个舱室的实际测量结果均达到标准要求（具体见表3），且位于上层建筑艏部的健身房的实际噪声环境明显优于位于上层建筑艉部、靠近机舱棚的苏伊士工人间。

表2 某型VLCC的噪声计算预报结果节选 dB(A)

但是，上述噪声预报亦不可避免地存在部分误差，导致预报结果满足标准要求（如上表2中的水手B卧室和服务员卧室）的舱室实际测量结果仍然超标（见表3）。此外，由于上述统计能量法不适用于露天开敞位置的驾驶甲板两舷，而此处通常是船舶噪声控制的难点，因此在实际设计过程中，亦不可单纯依靠计算预报的结果，而应在前者的指导下，综合多方面的因素进行评估考虑。

表3 某型VLCC试航状态的噪声测量表 dB(A)

续表3 dB(A)

对表3中的实测数据与A.468(Ⅻ)标准和MSC.337(91)标准进行比较可知：该型VLCC的噪声级水平均满足A.468(Ⅻ)标准的要求；除了驾驶甲板左/右舷及B甲板的水手B卧室、服务员卧室的实测噪声级超过MSC.337(91)标准限值之外，其他位置的噪声级水平均满足MSC.337(91)标准的要求。

下面对上述超过MSC.337(91)标准限值的噪声控制方案进行重点分析。

3.2 VLCC后续船驾驶甲板两舷的噪声控制

驾驶甲板左/右舷的噪声测量点位于室外露天位置（见图1），其噪声级的大小主要取决于海面的风浪、机舱的风机和烟囱的排气口等3个因素。

由于海面的风浪属于不可控的自然环境因素，故仅对机舱风机和烟囱排气口的噪声影响做进一步的分析。通过在 VLCC首制船试航期间使其主机按试验状态正常运行及先后短暂关闭机舱棚前部左/右舷的机舱风机，对应测得驾驶甲板左/右舷的噪声数据，发现这2处的噪声级仍超标，且与表3中的测量数据接近。因此，针对后续船的驾驶甲板两舷的噪声控制，应对烟囱排气口进行优化。

图2和图3为VLCC首制船的烟囱排气管布置图，位于舷侧的锅炉排气口的末端变径部分遮挡了主机排气口（见图 3中的阴影部分），导致主机排气在锅炉排气管弯头处加剧了气流扰动和空气噪声向上层建筑驾驶甲板的反射。为改善后续船的主机排气，降低从烟囱向上层建筑辐射的空气噪声，适当加大主机排气口与锅炉排气口之间的高度差，并更换排气管末端防火网的型式（见图4）。

经设计优化之后，后续船测得的驾驶甲板两舷的噪声级均达标，具体见表4。

表4 VLCC后续船驾驶甲板两舷的噪声测量 dB(A)

3.3 VLCC后续船B甲板舱室的噪声控制

为查找B甲板的服务员卧室和水手B卧室噪声级偏高的原因，选取相邻的船员备员1卧室和水手C卧室进行比较分析。相关的上层建筑B甲板噪声测试位置见图5。实地勘察发现，机舱棚C甲板的风机室是附近比较大的一个噪声源（见图 6），为确定其对前述噪声敏感舱室的具体影响，在该型 VLCC抛锚状态下再次对上述4个舱室的噪声进行试验测量，得到的相关噪声数据见表5。

表5 VLCC上层建筑B甲板艉部典型舱室噪声测量 dB(A)

通过分析表5中的噪声测量数据可知：

1) 在上述3种试验状态下，舷侧舱室的噪声级均显著高于邻近舱室；

2) 在关闭机舱棚C甲板上的1#和3#机舱风机后，4个测量点的噪声数据均大幅下降。

由上述试验结果可进一步确认：上层建筑B甲板艉部舱室的噪声受到机舱风机的影响较大；由于上层建筑C甲板与机舱棚之间由结构过桥直接相连，机舱风机通过结构传递的噪声要远大于空气噪声。

为降低机舱风机结构噪声的影响，对VLCC后续船进行以下降噪设计优化：

1) 在机舱风机室内部钢围壁增加隔音绝缘（50mm厚的岩棉外包玻璃纤维布、外贴铝箔）；

2) 舷侧舱室的木作围壁采用厚度为50mm的高隔音板，代替原厚度25mm的木作围壁板。

经过后续船的实际效果测试，上述舱室的噪声级最终均＜55dB(A)，满足MSC.337(91)的要求。虽然通过提高舱室隔声性能的方法可解决上述问题，但若能在总图设计阶段将靠近机舱棚的B甲板舷侧住舱与靠前部的储藏室互换位置，或改变上层建筑C甲板与机舱棚之间的结构过桥的整体刚性连接，则可更好地改善居住舱室的环境，同时降低施工成本。

4 结 语

船舶噪声控制是一项复杂的系统工程，应在项目的基本设计阶段就予以足够的重视。此外，为更有效地进行噪声控制，对舱室噪声水平影响较大的关键设备，应尽可能地在其技术协议中明确相关的工作噪声要求。此外，在建造施工的过程中，应严格执行工艺规范，保障施工质量，以达到控制噪声的总目标。

[1]国际海事组织. 船上噪声级规则：A.468(Ⅻ)[S].

[2]国际海事组织. 船上噪声等级规则：MSC.337(91)[S].

[3]GHERING W L. 噪声控制参考手册[M]. 上海：上海科学技术文献出版社，1982.

[4]PETTERSEN J W E, STORM J F. 船舶噪声控制[M]. 北京：国防工业出版社，1983.

[5]吴刚. 船舶降噪狠抓设计、建造、船配环节[J]. 广东造船，2014 (3): 14-15.

[6]吴文伟，殷学文. 大型油船舱室噪声评估与控制[J]. 船舶力学，2014 (12): 1524-1533.

[7]李艳华，郑超凡，崔晓兵，等. 船舶舱室噪声总体综合控制技术[J]. 舰船科学技术，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

张明，男，工程师。1985年生。2007年本科毕业于武汉理工大学热能与动力工程专业，东华大学工程硕士在读，现从事船舶设计工作。

10.14056/j.cnki.naoe.2017.06.013