某廣播電視大樓工程的聲學(xué)改造

仇宇

浙江大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司

1 工程概況

1.1 工程概況

該工程總建筑面積為28476 m2，其中地上建筑面積為23242 m2，地下建筑面積為5234 m2。本建筑地下1層，地上12層，建筑高度55.8 m。地下為停車庫(kù)及設(shè)備機(jī)房。1層～3層為裙房，包括綜合辦公中心、演播中心、網(wǎng)絡(luò)中心、附屬用房等部分。4～12層為辦公用房。本工程含1000 m2演播廳1個(gè)，300平米開(kāi)放式演播廳1個(gè)，240平米演播廳1個(gè)，120平米演播廳1個(gè)，錄音室4間，廣播直播間3個(gè)。

1.2 設(shè)計(jì)參數(shù)的選取

表1為工藝用房室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)，表2為NR曲線中對(duì)應(yīng)的各頻帶聲壓值。

表1 工藝用房室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)

表2 NR曲線中對(duì)應(yīng)的各頻帶聲壓值

1.3 空調(diào)冷熱源系統(tǒng)介紹

本工程1～3層的演播廳及五層的錄音間和廣播直播間采用全空氣空調(diào)系統(tǒng)，夏季空調(diào)冷負(fù)荷為1200 kW，負(fù)荷指標(biāo)為637 W/m2。冬季空調(diào)熱負(fù)荷為500 kW，負(fù)荷指標(biāo)為290 W/m2。采用4臺(tái)110USRT風(fēng)冷螺桿熱泵機(jī)組，放置在3層屋頂?？照{(diào)水泵房位于地下室，空調(diào)夏季供回水溫度為7/12℃。冬季供回水溫度45/40℃。

1.4 演播廳等房間工藝空調(diào)設(shè)計(jì)

所有演播廳（室），錄音室，配音室及廣播直播室均分別獨(dú)立設(shè)置全空氣低速空調(diào)系統(tǒng)，氣流組織為上送上回形式。單獨(dú)設(shè)置或合用空調(diào)機(jī)房。

為達(dá)到噪聲控制標(biāo)準(zhǔn)，空調(diào)主管風(fēng)速控制在5 m/s，支管2.5 m/s，風(fēng)口的風(fēng)速控制在1.5 m/s?？照{(diào)送風(fēng)口選用消聲風(fēng)筒或低速孔板多流向風(fēng)口，空調(diào)回風(fēng)口以格柵式風(fēng)口為主?？照{(diào)系統(tǒng)的總送、回風(fēng)干管和到各房間的分支管上均設(shè)置多級(jí)消聲裝置，消聲裝置以消聲彎頭、阻抗復(fù)合式消聲器、片式消聲器為主。演播廳末端輔以消聲風(fēng)筒。

錄音間和廣播直播間因單個(gè)房間面積較小，多個(gè)房間合用一個(gè)空調(diào)系統(tǒng)，為防止相鄰房間的噪聲互竄，在風(fēng)管穿墻部位的兩側(cè)各自加裝消聲器。

為防止固體傳聲，演播廳空調(diào)機(jī)房?jī)?nèi)由土建構(gòu)筑與主體結(jié)構(gòu)脫開(kāi)的浮筑樓板、并作吸聲裝修。空調(diào)設(shè)備在浮筑樓板上再做減振處理:在機(jī)器與混凝土浮筑板之間墊上橡膠減振墊,空調(diào)設(shè)備再架設(shè)于彈簧減振臺(tái)座上?？照{(diào)箱、風(fēng)機(jī)的減振基座的振動(dòng)傳遞率T小于5%。

置于裙房屋頂?shù)娘L(fēng)冷熱泵、水泵、定壓補(bǔ)水設(shè)備做浮筑基礎(chǔ)，設(shè)備在浮筑基礎(chǔ)上再加減振處理。穿越演播廳、錄音室等聲學(xué)房間的風(fēng)管，水管在穿墻或樓板處均作密封處理（隔聲處理做法如圖1所示）。風(fēng)管支、吊架采用減振吊架，演播室、錄音室等帶聲學(xué)套子的房間上部的風(fēng)管需用JH-2型的減振吊架。

圖1 風(fēng)管穿隔聲墻處隔聲做法大樣

2 噪聲問(wèn)題的初次改造

2.1 工藝用房噪聲及風(fēng)口風(fēng)速的測(cè)試

施工結(jié)束之后，通過(guò)儀器檢測(cè)（表3），發(fā)現(xiàn)多處場(chǎng)所存在噪聲超標(biāo)的情況。

表3 各房間聲壓級(jí)檢測(cè)結(jié)果

在對(duì)各工藝用房的風(fēng)口風(fēng)速檢測(cè)中，發(fā)現(xiàn)無(wú)論是演播廳還是錄音室、直播間都存在空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)口風(fēng)量嚴(yán)重超標(biāo)的情況，有些房間風(fēng)量甚至是設(shè)計(jì)值的3倍以上。以五層廣播直播間為例，圖2和表4顯示了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的風(fēng)速及噪聲數(shù)據(jù)。

圖2 五層直播間風(fēng)口風(fēng)速測(cè)量數(shù)據(jù)

表4 五層直播間風(fēng)口風(fēng)速匯總表

五層廣播直播間區(qū)域，設(shè)計(jì)采用了一臺(tái)6000 m3/h風(fēng)量、350 Pa機(jī)外余壓的空調(diào)箱，送風(fēng)管路上采用了四級(jí)消聲器和一級(jí)消聲彎頭。從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)看，實(shí)際運(yùn)行時(shí)的總風(fēng)量達(dá)到15724 m3/h。為設(shè)計(jì)值的2.62倍，這直接導(dǎo)致了風(fēng)口風(fēng)速超標(biāo)，以及氣流再生噪聲變大。

2.2 施工中的其他問(wèn)題

另外設(shè)計(jì)時(shí)選用的是固定葉片的送風(fēng)口，而施工時(shí)安裝的是雙層活動(dòng)百葉風(fēng)口。加之風(fēng)口風(fēng)速過(guò)大，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)存在明顯百葉抖動(dòng)聲，產(chǎn)生氣流附加噪聲。

同時(shí)部分隔聲、隔振設(shè)施并未按照設(shè)計(jì)要求施工。如演播廳內(nèi)隔聲吊頂并未安裝、空調(diào)機(jī)房的墻體未做吸聲處理，設(shè)計(jì)要求的熱泵機(jī)組、空調(diào)箱的浮筑基礎(chǔ)均未安裝。

2.3 初步改造方案

為方便施工、節(jié)約成本，改造方案按先易后難的原則，分階段進(jìn)行改造。

1）安裝變頻器調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)風(fēng)量。因現(xiàn)場(chǎng)工藝設(shè)備已經(jīng)開(kāi)始安裝，給空調(diào)風(fēng)管、設(shè)備的返工帶來(lái)很大不便，為方便施工，選擇給空調(diào)箱風(fēng)機(jī)加裝變頻器，通過(guò)調(diào)低電頻的方法降低轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)風(fēng)量的調(diào)節(jié)。

2）空調(diào)風(fēng)口的更換?，F(xiàn)場(chǎng)未按圖紙安裝的空調(diào)送風(fēng)口均全部更換。

3）空調(diào)機(jī)房維護(hù)結(jié)構(gòu)的隔聲、吸聲處理。空調(diào)機(jī)房與演播室之間的隔墻加做一道隔聲墻，不與演播室直接接觸的墻面只做吸聲處理。距地1800 mm范圍內(nèi)的隔聲墻采用5 mm厚穿孔FC板，內(nèi)填100 mm厚32 kg/m3玻璃棉氈。1800 mm以上范圍內(nèi)隔聲墻采用外罩鋼絲網(wǎng)，內(nèi)填黑色稀疏型玻璃絲布包裹100 mm厚32 kg/m3超細(xì)玻璃棉。吊頂采用5 mm厚穿孔FC板，內(nèi)填50 mm厚32 kg/m3玻璃棉氈，并與樓板間留有150 mm空腔。

3 初步改造后的結(jié)果檢測(cè)及分析

3.1 檢測(cè)數(shù)據(jù)匯總

在初步改造完成之后，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)各工藝用房的噪聲值進(jìn)行了再次檢測(cè)。檢測(cè)時(shí)先不開(kāi)啟水泵和熱泵機(jī)組，只開(kāi)啟各自的空調(diào)機(jī)組，測(cè)量一組數(shù)據(jù)。再依次開(kāi)啟水泵和熱泵機(jī)組，另測(cè)一組數(shù)據(jù)。表5為設(shè)備開(kāi)啟狀態(tài)表，表6為等效A聲級(jí)數(shù)據(jù)匯總表，表7為倍頻帶聲壓級(jí)數(shù)據(jù)匯總表。

表5 設(shè)備開(kāi)啟狀態(tài)表

表6 等效A聲級(jí)數(shù)據(jù)匯總表

表7 倍頻帶聲壓級(jí)數(shù)據(jù)匯總表/dB(A)

3.2 檢測(cè)數(shù)據(jù)分析

圖3中擬合了水泵和熱泵未開(kāi)啟時(shí)各工藝用房倍頻帶的聲壓級(jí)曲線和NR20，NR25曲線。比較數(shù)據(jù)后可以發(fā)現(xiàn)，在水泵、熱泵機(jī)組未開(kāi)啟，只開(kāi)啟空調(diào)機(jī)組的情況下，1000演播廳和錄音間保持在較好的范圍內(nèi)，各頻段的聲壓級(jí)均在NR20曲線下方。而240演播廳和300演播廳在500 Hz和1000 Hz中高頻段聲壓級(jí)超標(biāo)，說(shuō)明了空調(diào)的設(shè)備噪聲對(duì)演播廳還是產(chǎn)生了影響。

圖3 水泵和熱泵未開(kāi)啟時(shí)各工藝用房倍頻帶的聲壓級(jí)

同時(shí)和第一階段改造前的數(shù)據(jù)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)空調(diào)風(fēng)機(jī)風(fēng)量修正和風(fēng)口更換之后取得了很好的效果。由于240演播廳和300演播廳因?yàn)榭照{(diào)機(jī)房在演播廳隔壁，設(shè)備噪聲對(duì)演播廳的影響仍然存在，仍需進(jìn)一步進(jìn)行隔聲和消聲的改造。

在水泵和熱泵機(jī)組開(kāi)啟后，1000演播廳和主樓5層的錄音間，廣播直播間因?yàn)殡x水泵房和屋頂熱泵較遠(yuǎn)，并不受影響。由于地下室的水泵房位于300演播廳的側(cè)下方，豎直的水管井也從300演播廳旁穿過(guò)直至屋頂。而屋頂?shù)娘L(fēng)冷熱泵位于240演播廳的正上方，所以水泵和熱泵開(kāi)啟后給300和240演播廳帶來(lái)了額外噪聲。

圖4擬合了水泵和熱泵開(kāi)啟后240演播廳和300演播廳倍頻帶的聲壓級(jí)曲線和NR20、NR25曲線。從圖中可以看出從63 Hz到1000 Hz，各頻帶的聲壓級(jí)都超出了NR25曲線。而且與未開(kāi)啟水泵、熱泵時(shí)相比，聲壓級(jí)提高了10 dB之多。這說(shuō)明水泵和熱泵設(shè)備及其管道的振動(dòng)對(duì)演播廳造成了很大的噪聲附加。

圖4 水泵和熱泵開(kāi)啟后240和300演播廳的聲壓級(jí)

另外從測(cè)試點(diǎn)2和測(cè)試點(diǎn)5的數(shù)據(jù)上還可以發(fā)現(xiàn)，300演播廳倍頻帶的聲壓級(jí)曲線很平，不像其他演播廳的曲線那樣是近似的指數(shù)函數(shù)。這是因?yàn)?00演播廳是開(kāi)放式的演播廳，只有一道玻璃墻體作為演播廳與入口大廳的隔聲結(jié)構(gòu)，且沒(méi)有聲閘、沒(méi)有隔聲門，只有一道普通的玻璃門。這些都導(dǎo)致了開(kāi)放式演播廳的隔聲體系比較薄弱，比較容易受到周圍環(huán)境的影響，表現(xiàn)在倍頻帶聲壓級(jí)上即中頻帶和低頻帶間的聲壓級(jí)差值不是很明顯。

從上面的分析可以觀察到1000演播廳和錄音間已經(jīng)基本改造到位。存在問(wèn)題的主要是300及240演播廳。

3.3 改造思路

聲音在房屋建筑中的傳播大致可歸納為兩類：通過(guò)空氣的傳聲，即空氣聲。通過(guò)建筑結(jié)構(gòu)傳播的由機(jī)械振動(dòng)和物體撞擊等引起的聲音，即固體聲。

對(duì)于暖通專業(yè)而言，空氣聲主要來(lái)自空調(diào)、通風(fēng)設(shè)備的噪聲及氣流的再生噪聲?？照{(diào)、通風(fēng)設(shè)備的噪聲一部分通過(guò)風(fēng)管傳播至沿線房間，一部分?jǐn)U散在機(jī)房?jī)?nèi)，穿透墻體傳遞至相鄰房間。對(duì)于沿風(fēng)管傳播的空氣聲主要通過(guò)管道消聲來(lái)降低。對(duì)于穿透墻體傳遞的空氣聲主要通過(guò)提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔聲量來(lái)降低。同時(shí)需要特別注意的是風(fēng)管穿越隔聲墻時(shí)縫隙與孔洞的封堵與隔聲處理。

本例中300平面，240平面演播廳在500 Hz和1000 Hz頻段聲壓級(jí)超標(biāo)，說(shuō)明空調(diào)的設(shè)備噪聲對(duì)演播廳還是產(chǎn)生了影響。在空調(diào)機(jī)房圍護(hù)結(jié)構(gòu)已做隔聲處理的情況下，需要著重加強(qiáng)設(shè)備噪聲沿風(fēng)管傳播時(shí)的隔聲和消聲措施。

對(duì)于暖通專業(yè)而言，固體聲主要來(lái)自冷水機(jī)組、水泵、冷卻塔、空調(diào)箱等設(shè)備的振動(dòng)。振動(dòng)的物體可直接向空間輻射噪聲，這就是空氣聲。振動(dòng)又會(huì)向地板中傳播，在傳播中又會(huì)激起建筑物基礎(chǔ)、墻體、梁柱、天花樓板、門窗、管道等振動(dòng)，這些物體的振動(dòng)會(huì)再次輻射噪聲，這種噪聲叫做固體傳聲。固體聲因其頻率較低，故而波長(zhǎng)大，通過(guò)建筑框架的傳播距離遠(yuǎn)，對(duì)聲學(xué)用房的影響不容忽視[1]。

對(duì)于固體聲，主要通過(guò)設(shè)備、管道的隔振及提高樓板撞擊聲隔振性能來(lái)解決。設(shè)備及其管道的隔振是建筑消聲體系中的重要一環(huán)。其對(duì)于降低機(jī)房?jī)?nèi)部噪聲的影響相對(duì)較小，對(duì)與毗鄰房間及上下樓層的影響則極為明顯。

本例中水泵和熱泵開(kāi)啟后240演播廳和300演播廳倍頻帶中中低頻段的聲壓級(jí)增大很多，說(shuō)明水泵、熱泵及其管線的固體聲對(duì)演播廳造成了嚴(yán)重的影響，需要對(duì)這些設(shè)備原有減振做法進(jìn)行復(fù)核并重新更換。

4 風(fēng)管穿隔聲墻加隔聲罩

4.1 現(xiàn)場(chǎng)情況檢查

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)，施工時(shí)并未安裝設(shè)計(jì)要求，在風(fēng)管穿越演播廳、錄音室等聲學(xué)房間的隔聲墻處作密封隔聲處理（隔聲處理做法如圖1所示）。因?yàn)榭照{(diào)機(jī)房就在演播廳隔壁，未做隔聲處理的風(fēng)管穿墻縫隙，將成為噪聲穿透的捷徑。

同時(shí)，由于空調(diào)機(jī)房寬度不夠，風(fēng)管在出機(jī)房進(jìn)入演播廳后仍設(shè)有數(shù)級(jí)消聲器。而1 mm厚的鍍鋅鐵皮的計(jì)權(quán)隔聲量約30 dB[2]，因此在第四級(jí)消聲器之前，噪聲通過(guò)風(fēng)管管壁造成的穿透噪聲是不能忽略的。

4.2 改造方法

按圖1所示做法在風(fēng)管穿墻處做隔聲罩，并一直延伸至出墻后的第二級(jí)消聲器處，以減少噪聲通過(guò)風(fēng)管的穿透。

5 熱泵機(jī)組的減振改造

5.1 現(xiàn)場(chǎng)情況檢查

熱泵機(jī)組位于裙樓屋頂，在240演播廳的正上方。現(xiàn)場(chǎng)觀察后發(fā)現(xiàn)，4臺(tái)熱泵機(jī)組擺放在條形混凝土基礎(chǔ)上方，現(xiàn)場(chǎng)并未按設(shè)計(jì)要求制作浮筑基礎(chǔ)。熱泵與基礎(chǔ)之間采用彈簧減振器連接。每臺(tái)熱泵設(shè)2×3共6個(gè)減振器。但減振器的彈簧已壓縮至極限，設(shè)備開(kāi)啟時(shí)機(jī)組振動(dòng)感受明顯。

另外出熱泵機(jī)組的空調(diào)水管采用落地支架硬連接，并未采用減振橡膠墊。導(dǎo)致管道的振動(dòng)沿支架向樓板傳播。

5.2 屋頂熱泵用可調(diào)式彈簧阻尼增強(qiáng)型復(fù)合減振器方式來(lái)改造

熱泵的減振改造采用高阻尼可調(diào)式彈簧復(fù)合減振器。每個(gè)減振受力點(diǎn)，在彈簧減振器的上下分別使用8公分厚的SDF天然膠隔聲墊，以提高阻尼系數(shù)，降低頻率比。經(jīng)計(jì)算，復(fù)合減振器的減振效率達(dá)到97.2%。

需要注意的是，在熱泵機(jī)組的振動(dòng)設(shè)備中，有壓縮機(jī)和風(fēng)機(jī)兩個(gè)部件。根據(jù)廠家提供的數(shù)據(jù)，壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)為2960轉(zhuǎn)/分。風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)為900轉(zhuǎn)/分。即壓縮機(jī)的設(shè)備干擾頻率為49 Hz，風(fēng)機(jī)的設(shè)備干擾頻率為15 Hz。即對(duì)于減振來(lái)說(shuō)，低頻的風(fēng)扇危害更大。

5.3 屋頂水管管道的橡膠減振支架改造

更換屋頂管道原剛性承重的鋼架，支架與水管間采用橡膠減振方式。減振采用兩層8公分厚以上的天然膠FB型阻尼層，每層阻尼層之間用10 mm厚的鋼板串聯(lián)以增加剛性。

6 水泵的減振改造

6.1 現(xiàn)場(chǎng)情況分析

本工程的水泵房位于地下一層，共4臺(tái)。實(shí)地檢查發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場(chǎng)水泵己作簡(jiǎn)易橡膠減振處理，水泵底座安裝在鋼筋混凝土基礎(chǔ)上。水泵底部雖然裝有橡膠減振墊，由于其減振效率不足，水泵的振動(dòng)直接通過(guò)混凝土基礎(chǔ)傳遞至結(jié)構(gòu)主體造成固體傳聲。

圖5 現(xiàn)場(chǎng)水管吊架照片

水泵的出回水管路均由槽鋼支架支撐固定在樓板上，沒(méi)有做必要的隔振措施。另外吊裝的空調(diào)水管也都沒(méi)有采用減振吊架，而是直接通過(guò)角鋼固定在結(jié)構(gòu)樓板上（圖5）。

水泵房墻體并未做吸聲處理,空氣噪音直接打擊墻體傳聲，對(duì)一層的演播廳造成影響。

6.2 改造思路

6.2.1 水泵設(shè)備的隔振改造

水泵增加水泥墮性塊，墮性塊重量為原水泵重量的兩倍以上。惰性塊下設(shè)置隔振器。隔振器在平面上的布置，使其剛度中心與隔振體系（包括隔振對(duì)象及剛性臺(tái)座）的重心在同一垂直線上。隔振體系的固有頻率低于干擾頻率，比值在2.5～4.5之間。

6.2.2 水泵管道的隔振改造

1）水泵主管進(jìn)出水泵房的管段改用龍門架落地支持方式。水管與支架間采用浮筑隔振。

2）水泵進(jìn)水管接水泵轉(zhuǎn)彎處的支架采取隔振處理，支架安裝可調(diào)式彈簧阻尼減振器。

6.2.3 水泵房墻體吸音改造

為節(jié)約成本，本工程在水泵周邊搭建局部隔聲罩，采用型鋼龍骨做框架并兼做水管的支架，外敷隔聲板。四周及頂面敷設(shè)，底部留出500通風(fēng)換氣空間。

7 改造結(jié)果

在改造完成后對(duì)聲學(xué)用房的噪聲進(jìn)行了測(cè)量（表8）。測(cè)試結(jié)果基本滿足設(shè)計(jì)及使用要求。

表8 改造后聲學(xué)用房等效A聲級(jí)數(shù)據(jù)匯總表

8 總結(jié)及思考

避免噪聲污染最好的辦法是在建筑設(shè)計(jì)規(guī)劃階段，就盡可能將水泵房、發(fā)電機(jī)房、空調(diào)機(jī)房等設(shè)施遠(yuǎn)離聲學(xué)房間，并選用低噪聲、低振動(dòng)的設(shè)備，盡可能降低聲源的噪聲。當(dāng)條件受限無(wú)法滿足時(shí)應(yīng)加強(qiáng)機(jī)房圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔聲量；設(shè)備及其管線的消聲和減振，防止固體傳聲對(duì)聲學(xué)房間造成的影響。

施工中的許多細(xì)節(jié)都關(guān)系到噪聲控制的最終效果，且在施工完成之后，隱蔽工程很難返工。在施工過(guò)程中設(shè)計(jì)單位應(yīng)與施工單位多溝通，說(shuō)明設(shè)計(jì)的意圖與注意事項(xiàng)并及時(shí)檢查施工質(zhì)量，避免后期改造。

在本項(xiàng)目的建設(shè)過(guò)程中，筆者發(fā)現(xiàn)很多設(shè)備的自帶減振器、消聲器等并不能達(dá)到有效的消聲、減振效果。因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)當(dāng)對(duì)減振器的隔振效率、消聲器的有效消聲量等做出明確的限定并提醒廠家落實(shí)。同時(shí)由于減振、消聲的計(jì)算具有極強(qiáng)的專業(yè)性，對(duì)于重要區(qū)域消聲器、減振器的選型與施工，可以建議業(yè)主聘請(qǐng)專業(yè)的減振產(chǎn)品公司進(jìn)行施工，防止在工程后期再改造、返工，造成浪費(fèi)。