某广播电视大楼工程的声学改造

仇宇

浙江大学建筑设计研究院有限公司

1 工程概况

1.1 工程概况

该工程总建筑面积为28476 m2，其中地上建筑面积为23242 m2，地下建筑面积为5234 m2。本建筑地下1层，地上12层，建筑高度55.8 m。地下为停车库及设备机房。1层～3层为裙房，包括综合办公中心、演播中心、网络中心、附属用房等部分。4～12层为办公用房。本工程含1000 m2演播厅1个，300平米开放式演播厅1个，240平米演播厅1个，120平米演播厅1个，录音室4间，广播直播间3个。

1.2 设计参数的选取

表1为工艺用房室内设计参数，表2为NR曲线中对应的各频带声压值。

表1 工艺用房室内设计参数

表2 NR曲线中对应的各频带声压值

1.3 空调冷热源系统介绍

本工程1～3层的演播厅及五层的录音间和广播直播间采用全空气空调系统，夏季空调冷负荷为1200 kW，负荷指标为637 W/m2。冬季空调热负荷为500 kW，负荷指标为290 W/m2。采用4台110USRT风冷螺杆热泵机组，放置在3层屋顶。空调水泵房位于地下室，空调夏季供回水温度为7/12℃。冬季供回水温度45/40℃。

1.4 演播厅等房间工艺空调设计

所有演播厅（室），录音室，配音室及广播直播室均分别独立设置全空气低速空调系统，气流组织为上送上回形式。单独设置或合用空调机房。

为达到噪声控制标准，空调主管风速控制在5 m/s，支管2.5 m/s，风口的风速控制在1.5 m/s。空调送风口选用消声风筒或低速孔板多流向风口，空调回风口以格栅式风口为主。空调系统的总送、回风干管和到各房间的分支管上均设置多级消声装置，消声装置以消声弯头、阻抗复合式消声器、片式消声器为主。演播厅末端辅以消声风筒。

录音间和广播直播间因单个房间面积较小，多个房间合用一个空调系统，为防止相邻房间的噪声互窜，在风管穿墙部位的两侧各自加装消声器。

为防止固体传声，演播厅空调机房内由土建构筑与主体结构脱开的浮筑楼板、并作吸声装修。空调设备在浮筑楼板上再做减振处理:在机器与混凝土浮筑板之间垫上橡胶减振垫,空调设备再架设于弹簧减振台座上。空调箱、风机的减振基座的振动传递率T小于5%。

置于裙房屋顶的风冷热泵、水泵、定压补水设备做浮筑基础，设备在浮筑基础上再加减振处理。穿越演播厅、录音室等声学房间的风管，水管在穿墙或楼板处均作密封处理（隔声处理做法如图1所示）。风管支、吊架采用减振吊架，演播室、录音室等带声学套子的房间上部的风管需用JH-2型的减振吊架。

图1 风管穿隔声墙处隔声做法大样

2 噪声问题的初次改造

2.1 工艺用房噪声及风口风速的测试

施工结束之后，通过仪器检测（表3），发现多处场所存在噪声超标的情况。

表3 各房间声压级检测结果

在对各工艺用房的风口风速检测中，发现无论是演播厅还是录音室、直播间都存在空调系统风口风量严重超标的情况，有些房间风量甚至是设计值的3倍以上。以五层广播直播间为例，图2和表4显示了现场实测的风速及噪声数据。

图2 五层直播间风口风速测量数据

表4 五层直播间风口风速汇总表

五层广播直播间区域，设计采用了一台6000 m3/h风量、350 Pa机外余压的空调箱，送风管路上采用了四级消声器和一级消声弯头。从现场实测数据来看，实际运行时的总风量达到15724 m3/h。为设计值的2.62倍，这直接导致了风口风速超标，以及气流再生噪声变大。

2.2 施工中的其他问题

另外设计时选用的是固定叶片的送风口，而施工时安装的是双层活动百叶风口。加之风口风速过大，导致现场存在明显百叶抖动声，产生气流附加噪声。

同时部分隔声、隔振设施并未按照设计要求施工。如演播厅内隔声吊顶并未安装、空调机房的墙体未做吸声处理，设计要求的热泵机组、空调箱的浮筑基础均未安装。

2.3 初步改造方案

为方便施工、节约成本，改造方案按先易后难的原则，分阶段进行改造。

1）安装变频器调节风机风量。因现场工艺设备已经开始安装，给空调风管、设备的返工带来很大不便，为方便施工，选择给空调箱风机加装变频器，通过调低电频的方法降低转速，实现风量的调节。

2）空调风口的更换。现场未按图纸安装的空调送风口均全部更换。

3）空调机房维护结构的隔声、吸声处理。空调机房与演播室之间的隔墙加做一道隔声墙，不与演播室直接接触的墙面只做吸声处理。距地1800 mm范围内的隔声墙采用5 mm厚穿孔FC板，内填100 mm厚32 kg/m3玻璃棉毡。1800 mm以上范围内隔声墙采用外罩钢丝网，内填黑色稀疏型玻璃丝布包裹100 mm厚32 kg/m3超细玻璃棉。吊顶采用5 mm厚穿孔FC板，内填50 mm厚32 kg/m3玻璃棉毡，并与楼板间留有150 mm空腔。

3 初步改造后的结果检测及分析

3.1 检测数据汇总

在初步改造完成之后，现场对各工艺用房的噪声值进行了再次检测。检测时先不开启水泵和热泵机组，只开启各自的空调机组，测量一组数据。再依次开启水泵和热泵机组，另测一组数据。表5为设备开启状态表，表6为等效A声级数据汇总表，表7为倍频带声压级数据汇总表。

表5 设备开启状态表

表6 等效A声级数据汇总表

表7 倍频带声压级数据汇总表/dB(A)

3.2 检测数据分析

图3中拟合了水泵和热泵未开启时各工艺用房倍频带的声压级曲线和NR20，NR25曲线。比较数据后可以发现，在水泵、热泵机组未开启，只开启空调机组的情况下，1000演播厅和录音间保持在较好的范围内，各频段的声压级均在NR20曲线下方。而240演播厅和300演播厅在500 Hz和1000 Hz中高频段声压级超标，说明了空调的设备噪声对演播厅还是产生了影响。

图3 水泵和热泵未开启时各工艺用房倍频带的声压级

同时和第一阶段改造前的数据对比可以发现经过空调风机风量修正和风口更换之后取得了很好的效果。由于240演播厅和300演播厅因为空调机房在演播厅隔壁，设备噪声对演播厅的影响仍然存在，仍需进一步进行隔声和消声的改造。

在水泵和热泵机组开启后，1000演播厅和主楼5层的录音间，广播直播间因为离水泵房和屋顶热泵较远，并不受影响。由于地下室的水泵房位于300演播厅的侧下方，竖直的水管井也从300演播厅旁穿过直至屋顶。而屋顶的风冷热泵位于240演播厅的正上方，所以水泵和热泵开启后给300和240演播厅带来了额外噪声。

图4拟合了水泵和热泵开启后240演播厅和300演播厅倍频带的声压级曲线和NR20、NR25曲线。从图中可以看出从63 Hz到1000 Hz，各频带的声压级都超出了NR25曲线。而且与未开启水泵、热泵时相比，声压级提高了10 dB之多。这说明水泵和热泵设备及其管道的振动对演播厅造成了很大的噪声附加。

图4 水泵和热泵开启后240和300演播厅的声压级

另外从测试点2和测试点5的数据上还可以发现，300演播厅倍频带的声压级曲线很平，不像其他演播厅的曲线那样是近似的指数函数。这是因为300演播厅是开放式的演播厅，只有一道玻璃墙体作为演播厅与入口大厅的隔声结构，且没有声闸、没有隔声门，只有一道普通的玻璃门。这些都导致了开放式演播厅的隔声体系比较薄弱，比较容易受到周围环境的影响，表现在倍频带声压级上即中频带和低频带间的声压级差值不是很明显。

从上面的分析可以观察到1000演播厅和录音间已经基本改造到位。存在问题的主要是300及240演播厅。

3.3 改造思路

声音在房屋建筑中的传播大致可归纳为两类：通过空气的传声，即空气声。通过建筑结构传播的由机械振动和物体撞击等引起的声音，即固体声。

对于暖通专业而言，空气声主要来自空调、通风设备的噪声及气流的再生噪声。空调、通风设备的噪声一部分通过风管传播至沿线房间，一部分扩散在机房内，穿透墙体传递至相邻房间。对于沿风管传播的空气声主要通过管道消声来降低。对于穿透墙体传递的空气声主要通过提高围护结构隔声量来降低。同时需要特别注意的是风管穿越隔声墙时缝隙与孔洞的封堵与隔声处理。

本例中300平面，240平面演播厅在500 Hz和1000 Hz频段声压级超标，说明空调的设备噪声对演播厅还是产生了影响。在空调机房围护结构已做隔声处理的情况下，需要着重加强设备噪声沿风管传播时的隔声和消声措施。

对于暖通专业而言，固体声主要来自冷水机组、水泵、冷却塔、空调箱等设备的振动。振动的物体可直接向空间辐射噪声，这就是空气声。振动又会向地板中传播，在传播中又会激起建筑物基础、墙体、梁柱、天花楼板、门窗、管道等振动，这些物体的振动会再次辐射噪声，这种噪声叫做固体传声。固体声因其频率较低，故而波长大，通过建筑框架的传播距离远，对声学用房的影响不容忽视[1]。

对于固体声，主要通过设备、管道的隔振及提高楼板撞击声隔振性能来解决。设备及其管道的隔振是建筑消声体系中的重要一环。其对于降低机房内部噪声的影响相对较小，对与毗邻房间及上下楼层的影响则极为明显。

本例中水泵和热泵开启后240演播厅和300演播厅倍频带中中低频段的声压级增大很多，说明水泵、热泵及其管线的固体声对演播厅造成了严重的影响，需要对这些设备原有减振做法进行复核并重新更换。

4 风管穿隔声墙加隔声罩

4.1 现场情况检查

经现场检查发现，施工时并未安装设计要求，在风管穿越演播厅、录音室等声学房间的隔声墙处作密封隔声处理（隔声处理做法如图1所示）。因为空调机房就在演播厅隔壁，未做隔声处理的风管穿墙缝隙，将成为噪声穿透的捷径。

同时，由于空调机房宽度不够，风管在出机房进入演播厅后仍设有数级消声器。而1 mm厚的镀锌铁皮的计权隔声量约30 dB[2]，因此在第四级消声器之前，噪声通过风管管壁造成的穿透噪声是不能忽略的。

4.2 改造方法

按图1所示做法在风管穿墙处做隔声罩，并一直延伸至出墙后的第二级消声器处，以减少噪声通过风管的穿透。

5 热泵机组的减振改造

5.1 现场情况检查

热泵机组位于裙楼屋顶，在240演播厅的正上方。现场观察后发现，4台热泵机组摆放在条形混凝土基础上方，现场并未按设计要求制作浮筑基础。热泵与基础之间采用弹簧减振器连接。每台热泵设2×3共6个减振器。但减振器的弹簧已压缩至极限，设备开启时机组振动感受明显。

另外出热泵机组的空调水管采用落地支架硬连接，并未采用减振橡胶垫。导致管道的振动沿支架向楼板传播。

5.2 屋顶热泵用可调式弹簧阻尼增强型复合减振器方式来改造

热泵的减振改造采用高阻尼可调式弹簧复合减振器。每个减振受力点，在弹簧减振器的上下分别使用8公分厚的SDF天然胶隔声垫，以提高阻尼系数，降低频率比。经计算，复合减振器的减振效率达到97.2%。

需要注意的是，在热泵机组的振动设备中，有压缩机和风机两个部件。根据厂家提供的数据，压缩机的转数为2960转/分。风机的转数为900转/分。即压缩机的设备干扰频率为49 Hz，风机的设备干扰频率为15 Hz。即对于减振来说，低频的风扇危害更大。

5.3 屋顶水管管道的橡胶减振支架改造

更换屋顶管道原刚性承重的钢架，支架与水管间采用橡胶减振方式。减振采用两层8公分厚以上的天然胶FB型阻尼层，每层阻尼层之间用10 mm厚的钢板串联以增加刚性。

6 水泵的减振改造

6.1 现场情况分析

本工程的水泵房位于地下一层，共4台。实地检查发现，现场水泵己作简易橡胶减振处理，水泵底座安装在钢筋混凝土基础上。水泵底部虽然装有橡胶减振垫，由于其减振效率不足，水泵的振动直接通过混凝土基础传递至结构主体造成固体传声。

图5 现场水管吊架照片

水泵的出回水管路均由槽钢支架支撑固定在楼板上，没有做必要的隔振措施。另外吊装的空调水管也都没有采用减振吊架，而是直接通过角钢固定在结构楼板上（图5）。

水泵房墙体并未做吸声处理,空气噪音直接打击墙体传声，对一层的演播厅造成影响。

6.2 改造思路

6.2.1 水泵设备的隔振改造

水泵增加水泥堕性块，堕性块重量为原水泵重量的两倍以上。惰性块下设置隔振器。隔振器在平面上的布置，使其刚度中心与隔振体系（包括隔振对象及刚性台座）的重心在同一垂直线上。隔振体系的固有频率低于干扰频率，比值在2.5～4.5之间。

6.2.2 水泵管道的隔振改造

1）水泵主管进出水泵房的管段改用龙门架落地支持方式。水管与支架间采用浮筑隔振。

2）水泵进水管接水泵转弯处的支架采取隔振处理，支架安装可调式弹簧阻尼减振器。

6.2.3 水泵房墙体吸音改造

为节约成本，本工程在水泵周边搭建局部隔声罩，采用型钢龙骨做框架并兼做水管的支架，外敷隔声板。四周及顶面敷设，底部留出500通风换气空间。

7 改造结果

在改造完成后对声学用房的噪声进行了测量（表8）。测试结果基本满足设计及使用要求。

表8 改造后声学用房等效A声级数据汇总表

8 总结及思考

避免噪声污染最好的办法是在建筑设计规划阶段，就尽可能将水泵房、发电机房、空调机房等设施远离声学房间，并选用低噪声、低振动的设备，尽可能降低声源的噪声。当条件受限无法满足时应加强机房围护结构的隔声量；设备及其管线的消声和减振，防止固体传声对声学房间造成的影响。

施工中的许多细节都关系到噪声控制的最终效果，且在施工完成之后，隐蔽工程很难返工。在施工过程中设计单位应与施工单位多沟通，说明设计的意图与注意事项并及时检查施工质量，避免后期改造。

在本项目的建设过程中，笔者发现很多设备的自带减振器、消声器等并不能达到有效的消声、减振效果。因此在设计过程中应当对减振器的隔振效率、消声器的有效消声量等做出明确的限定并提醒厂家落实。同时由于减振、消声的计算具有极强的专业性，对于重要区域消声器、减振器的选型与施工，可以建议业主聘请专业的减振产品公司进行施工，防止在工程后期再改造、返工，造成浪费。