某建筑施工場所噪聲測量與防治研究

毛佳偉，宋欣譯，陳晉，程健維

（中國礦業(yè)大學(xué)安全工程學(xué)院，江蘇 徐州 221116）

1 引言

近年來，我國建筑業(yè)迅猛發(fā)展。而在施工中，噪聲是最常見的污染問題之一，也是繼塵肺病之后危險排名第二位的職業(yè)健康重要危害因素[1]。噪聲會通過人耳作用于大腦的神經(jīng)中樞，而大腦連接著人體各個器官，因此噪聲不僅會對人耳產(chǎn)生影響，還會對人體保護機制帶來潛在危害，甚至能誘發(fā)多種疾病[2]。噪聲已成為危害人類健康及安全的重要因素，并被列為全球三大公害（空氣污染、水污染和噪聲污染）之一。噪聲危害不僅僅只停留在健康危害層面，噪聲的掩蔽效應(yīng)使施工人員聽不到安全信號或事故前兆聲響，導(dǎo)致事故危險性增加，因而噪聲控制和防治極為重要[3]。

據(jù)有關(guān)統(tǒng)計，2017年全國范圍內(nèi)患有職業(yè)性耳鼻喉口腔疾病的病例高達1608例，占各類職業(yè)病新病例的6.01%，而職業(yè)性噪聲聾是職業(yè)性耳鼻口腔疾病中最嚴重的疾病（見表1、表2）。

據(jù)國家統(tǒng)計局發(fā)布的有關(guān)噪聲污染情況報告指出，噪聲已嚴重影響了人們正常的生活，且污染情況從2000年到2018年逐年加劇。其中城市施工建設(shè)產(chǎn)生的噪聲污染已成為最主要的污染源之一，直接或間接影響了中國35%人口的工作和生活，所以研究噪聲防治具有時代意義。我國2018年投資治理噪聲項目的資金高達12 863萬元，并呈逐年上升趨勢，這表明國家對噪聲污染防治的重視。

表1 不同性別噪聲作業(yè)工人雙耳高頻平均聽閾結(jié)果[4]

表2 不同企業(yè)性質(zhì)噪聲作業(yè)工人雙耳高頻平均聽閾結(jié)果[4]

2 研究對象

該次調(diào)研的工程為：浦東新區(qū)祝橋鎮(zhèn)3號地塊動遷安置房項目，施工單位是南通新華建筑集團有限公司，其資質(zhì)等級為特級。施工項目點共計92處，調(diào)研時處于施工狀態(tài)的施工點共計33處。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，主要噪聲源為刨地機、鋼筋調(diào)直切斷機。故對此機械進行著重研究。

2.1 ok-300柴油刨地機

柴油刨地機的機體見圖1。其工作時主要為工人手工推動；主體結(jié)構(gòu)為常柴或常發(fā)柴油機、變速箱、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、行走機構(gòu)；外殼為合成金屬；機架底部連接著用于清理作業(yè)的160片（八角刀片）鋼爪。在工程上主要用于去除施工樓層地面涂層、油漆、各種建筑殘料；將水泥地面拉毛，去除舊地坪表面，進行平整度處理；并對施工樓面銑刨清除，為室內(nèi)精細施工做準(zhǔn)備。其噪聲的產(chǎn)生原因是刨地機刀片對建筑垃圾進行切割時摩擦釋放的噪聲，見圖2。調(diào)研所用的刨地機通過人工控制對地面進行拉毛，機器的刀片在與樓層地面撞擊時會產(chǎn)生巨大的噪聲，并且刨地機的工作時長為8h/d，嚴重危害工人健康且污染居民區(qū)的環(huán)境。

圖1 機體展示圖

圖2 主要噪聲源

2.2 GQ40型—鋼筋調(diào)直切斷機

該機體如圖3所示。其工作時儀器為固定，鋼材連接入儀器內(nèi)；主體結(jié)構(gòu)為氣源壓力機、電控操作系統(tǒng)；外殼為合成金屬；最大切割鋼絲直徑為40mm；可選用全自動鋼筋切斷模式或半自動鋼筋切斷模式。適用于建筑工程上常用的普通碳素鋼、冷撥低碳鋼絲、螺紋鋼等材料，便于將鐵絲轉(zhuǎn)化為施工部位所需的各種幾何形狀，也可以緩解材料的壓痕和縮徑現(xiàn)象，大大改善鋼材的抗疲勞強度，從而延長材料使用壽命。主要噪聲源為鋼筋在進行扭曲時，儀器內(nèi)部氣源壓力機沖壓產(chǎn)生的噪聲，見圖4。鋼筋調(diào)直切斷機是工程不可或缺的儀器，但其內(nèi)部產(chǎn)生的噪聲會損害工人的健康，影響周邊居民。

圖3 GQ40型—鋼筋調(diào)直切斷機機體展示圖

圖4 工程中主要噪聲源（調(diào)直氣壓機、皮帶傳送輪）

3 現(xiàn)場數(shù)據(jù)測量

3.1 測量設(shè)備

頻譜分析儀是主觀性測量工具，具有模擬人耳遭遇各種頻率的噪聲后反應(yīng)情況的功能[5]。其中噪聲頻譜分析儀采用數(shù)字檢波技術(shù)，代替了傳統(tǒng)聲級機，穩(wěn)定性和可靠性大大提高。其可以測量濾波器中心頻率，也可直接測量噪聲暴露量等。同時TES-1358E噪聲頻譜分析儀可以直接顯示出噪聲頻率分析表。具體儀器參數(shù)見表3、表4，儀器外觀見圖5、圖6。

表3 TES-1358E噪聲頻譜分析儀

表4 TES1357噪聲計分貝儀

圖5 TES-1358E噪聲頻譜分析儀

圖6 TES1357噪聲計分貝儀

3.2 測量方法

根據(jù)調(diào)研對象噪聲大、波動小、頻率跨度范圍大等具體情況，嚴格按照國家標(biāo)準(zhǔn)《工業(yè)企業(yè)廠界噪聲測量方法》（GB 12349—2008），采用Leq等效連續(xù)聲級測量法，并通過用途廣泛的A計權(quán)網(wǎng)絡(luò)進行聽補償，更好地模擬人耳對不同頻率噪聲的敏感度的差異。此外，主要選用了“慢”的時間加權(quán)，著重針對噪聲波動小的情況。數(shù)據(jù)采集過程中，采用科學(xué)的測量方法，通過改變儀器與噪聲源的距離，模擬操作工人及周圍其他工人，遠處路過的工人以及更遠處的工人等對噪聲源的不同反應(yīng)。使用等效連續(xù)A聲級測量方法，并按照要求給設(shè)備安裝風(fēng)罩，在無雨、無雪、風(fēng)力為5.5m/s以下時進行測量，規(guī)避風(fēng)、溫度、濕度等大氣環(huán)境的影響[6]。在選取測量點時，規(guī)避噪聲反射體，并先進行背景噪聲監(jiān)測，預(yù)先排除無效、背景噪聲干擾，使數(shù)據(jù)采集更加科學(xué)、有效。

具體測量方法：在距離噪聲聲源5m處運用上述等效連續(xù)A聲級測量方法測量兩周期數(shù)據(jù)，測量時間間隔為5s。具體測量點見圖7、圖8。

圖7 刨地機現(xiàn)場測量簡圖 圖8 鋼筋調(diào)直切斷機現(xiàn)場測量簡圖

4 數(shù)據(jù)處理分析

4.1 數(shù)據(jù)處理方法

經(jīng)過數(shù)據(jù)測量與采集，對繁雜的數(shù)據(jù)進行了整理、分類與分析。由于人工操作失誤、環(huán)境不確定因素等原因，個別數(shù)據(jù)震蕩過大、缺失或表現(xiàn)出明顯的異常。對此，進行了科學(xué)的數(shù)據(jù)清洗：對于缺失的數(shù)據(jù)，主要采用刪除和Lagrange多項式插值法進行數(shù)據(jù)補差；對于異常的數(shù)據(jù)，在進一步分析其主要原因的前提下，做出以下應(yīng)變方案：對于施工場地內(nèi)部其他機械（例如叉車、塔吊、混凝土攪拌等），導(dǎo)致噪聲強度陡增的情況，采取平均值修正的方法；對于測量儀器無意碰撞其他物體等導(dǎo)致噪聲變大的情況，進行數(shù)據(jù)刪除處理，為避免不同量綱帶來的影響，對數(shù)據(jù)進行min-max標(biāo)準(zhǔn)化處理，轉(zhuǎn)換函數(shù)如下：；最后將數(shù)據(jù)進行暴露時間法歸并，如每隔5秒測量1次A聲級，共測量20次，有12次是85dB（A）〔包括83～87dB（A）〕，4次是90dB（A）〔包括88～92dB（A）〕，4次是95dB（A）〔包括93～97dB（A）〕。

對于分貝儀采集的數(shù)據(jù)，首先運用等效連續(xù)A聲級公式進行計算[7]。

方法一，基礎(chǔ)公式如下：

式中：

Leq—等效A聲級，dB（A）；

Li—倍頻程或倍頻程聲壓級，暴露周期內(nèi)A聲級的數(shù)值，dB（A）。

方法二，使用如下公式計算穩(wěn)定噪聲源：

式中：

T—不同A聲級暴露的實踐總量，min。

方法三，當(dāng)噪聲的測量數(shù)值不是連續(xù)間斷時間時，即收集到非連續(xù)的離散點數(shù)值時：

式中：

ti—第i段時間，min；

Li—人耳接收到的第i個A聲級噪聲。

方法四，當(dāng)運用n個聲壓級相加的總聲壓級計算方法計算倍頻聲壓級與A聲壓級時，其公式為：

式中：

LP總—n個聲壓級相加的總聲壓級，dB（A）；

LPi—第n個頻帶聲壓級，dB（A）。

方法五，在工程上為了方便計算，還可以任選一個較小的數(shù)值作為參考聲級L0，其公式為：

4.2 數(shù)據(jù)處理

經(jīng)過周期性數(shù)據(jù)采集，噪聲頻譜分析儀中關(guān)于刨地機與鋼筋調(diào)直切斷機的數(shù)據(jù)可導(dǎo)出為具體數(shù)據(jù)圖表和倍頻率與等效A聲級柱狀圖（見圖9、圖10，現(xiàn)場數(shù)據(jù)收集見表5、表6）。

以刨地機第一周期為例，計算等效連續(xù)A聲級：根據(jù)式③和表5、表6的數(shù)據(jù)，已知：

圖9 刨地機數(shù)據(jù)頻譜分析柱狀圖

圖10 鋼筋調(diào)直切斷機頻譜分析柱狀圖

表5 ok-300柴油刨地機噪聲監(jiān)測記錄表

表6 GQ40型—鋼筋調(diào)直切斷機噪聲監(jiān)測記錄表

由機械噪音倍頻率聲壓級與A聲壓級之間的關(guān)系，加以修正，確保調(diào)研嚴謹性，并計算出一組相應(yīng)的修正聲級，然后按式④求總的A聲級，有：

取L0=99.5dB（A），由數(shù)據(jù)圖表可將暴露時間內(nèi)A聲級的瞬時值歸并為：

所以，帶入⑤式計算有：

同理可得：刨地機第二周期，L0=100.0dB（A），Leq加權(quán)=102.44dB（A）；

鋼筋調(diào)直切斷機的第一周期，L0=66.0dB（A），Leq加權(quán)=67.73dB（A）；

鋼筋調(diào)直切斷機的第二周期，L0=56.5dB（A），Leq加權(quán)=60.52dB（A）。

4.3 與建筑行業(yè)國家噪聲防治標(biāo)準(zhǔn)對比

據(jù)《建筑施工場界噪聲標(biāo)準(zhǔn)》（GB 12523—90）和《中華人民共和國環(huán)境保護法》規(guī)定：在結(jié)構(gòu)施工階段，混凝土攪拌機振搗棒、電鋸等聲源，晝間噪聲限值為70dB（A），夜間噪聲限值為55dB（A）。

刨地機的噪聲顯然嚴重超標(biāo)，遠超國家關(guān)于建筑工地結(jié)構(gòu)施工方面的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，故實施噪聲防治具有現(xiàn)實意義與價值。

5 降噪研究原理及方法

物理學(xué)上減弱噪聲強度的3種應(yīng)用原理為：1）在聲源處減少振動來減緩噪聲的產(chǎn)生（如機械換用氣缸密閉性較好的發(fā)動機等）；2）在聲音傳播過程中增加聲音的傳播路程或阻斷噪聲的傳播（如隔音棉的多次反射吸音等）；3）人耳降噪（耳塞、隔音面罩等）。

本文重點論述關(guān)于隔音墻、隔音磚等設(shè)備阻擋噪音的效果。

5.1 傳播途徑的原理

隔聲材料主要指能夠阻斷或減弱聲音的傳播，或可經(jīng)過多次反射，易于吸收和不透聲的一類密實材料。主要性能有反射性強，密實無縫隙，吸音性能好，可作用于全頻率噪聲、寬溫度限值噪聲等。現(xiàn)市面常用隔聲材料有：隔音板、地面減震磚、空心磚、玻璃磚、普通磚、高分子阻尼隔聲氈等[8]。

目前，普遍采取在噪聲源和接收者之間建立阻隔區(qū)（如設(shè)置阻隔墻），以達到阻止噪聲傳播的目的。常見的隔音方法有：將產(chǎn)生噪聲的噪聲源放入全部密閉的隔聲間或隔聲阻隔材料內(nèi)，使噪聲和接受者分離，達到降噪的效果；也可以讓操作員進入隔音較好的隔間遠程操作，達到減緩噪聲對人體危害的目的。

5.2 防治方法

考慮到建筑行業(yè)成本效益問題，調(diào)研采用空心磚、地面減震磚作為主要的隔聲材料（普通磚、1/4磚隔聲效果有限，玻璃磚成本過高）。具體方法如下：在刨地機工作的房間內(nèi)，事先在地面鋪設(shè)地面減震磚，在房間四周的墻壁內(nèi)鋪設(shè)空心磚，形成一處近似施工居民樓房的內(nèi)部實驗地。再在周圍建立兩堵由空心磚砌成的隔音墻，厚度為190mm（無外層涂抹物）。

防治方法一，測量點1：距離聲源處5m，隔音墻1：距離聲源處3m；防治方法二，測量點2：距離聲源處5m，隔音墻2：距離聲源處4m；見圖11。

圖11 刨地機噪聲防治簡圖

6 防治后的數(shù)據(jù)分析

研究對象：ok-300柴油刨地機（由于刨地機噪聲過大，嚴重影響工人健康，特單獨研究減噪辦法）。

6.1 應(yīng)用防治方法一

應(yīng)用前述方法一可得數(shù)據(jù)，見表7。

表7 刨地機防治方法一噪聲監(jiān)測記錄表

以刨地機防治后的第一周期為例，計算等效連續(xù)A聲級：

由公式①、②、③、④、⑤可知：

防治方法一的第一周期，L0=74.0dB（A），Leq=76.21dB（A）。

防治方法一的第二周期，L0=75.0dB（A），Leq=77.34dB（A）。

因此可知，增設(shè)隔音墻隔音磚后刨地機的加權(quán)平均等效連續(xù)A聲級為76.78dB（A），下降約24.29dB（A）。

6.2 應(yīng)用防治方法二

應(yīng)用前述方法二可得數(shù)據(jù)，見表8。

表8 刨地機防治方法二噪聲監(jiān)測記錄表

以刨地機防治后第一周期為例，計算等效連續(xù)A聲級：

由公式①、②、③、④、⑤可知：

防治方法二的第一周期，L0=68.0dB（A），Leq=69.13dB（A）；

防治方法二的第二周期，L0=64.0dB（A），Leq=66.36dB（A）。

因此可知，增設(shè)隔音墻隔音磚后刨地機的加權(quán)平均等效連續(xù)A聲級為67.75dB（A），下降約33.3dB（A）。

6.3 防治前后噪聲強度對比

將通過防治前后的噪聲強度數(shù)據(jù)進行對比，見表9。

表9 刨地機前后噪聲強度對比表（測量點距聲源5m）

通過防治前后噪聲強度的對比可知，噪聲防治的重要性和實踐結(jié)果的顯著性。從隔聲墻距離的遠近對噪聲強度的影響可知，在相同距離處測量同一噪聲源，隔聲墻較遠安置可顯著提高降噪水平。經(jīng)過防治措施方案二的改善，能使噪聲符合國家建筑行業(yè)噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)。

7 結(jié)語

通過對建筑施工場所的噪聲進行調(diào)研、收集并分析數(shù)據(jù)，進而實施工地噪聲防治措施，主要結(jié)論如下：

建筑工地使用的刨地機噪聲強度達100dB（A）以上，遠超出國家標(biāo)準(zhǔn)范圍的70dB（A），并且工地在防治噪聲方面投入的資金少，危險系數(shù)高。

刨地機在空心磚組成的隔聲墻全包圍下，降噪效果顯著，且隔音墻距離聲源的遠近會影響噪聲的防治結(jié)果。

目前噪聲防治設(shè)計已可基本滿足建筑行業(yè)噪聲的整體要求和國家標(biāo)準(zhǔn)。部分施工區(qū)域局部噪聲超標(biāo)，可采用在局部區(qū)域建立隔聲墻的措施進行降噪處理。