海工平臺項目住艙的耐火材料隔音性能改進分析

張 銑

（華南建材(深圳)有限公司，深圳 518057）

0 引言

國際海事組織（IMO）海上安全委員會（MSC）在第91次大會上批準了IMO最新修訂的《船上噪聲等級規(guī)則》（以下簡稱“《規(guī)則》”，在A.468（XII）決議的基礎上修訂，為強制性文件)，對船舶降噪性能提出了更高要求，該要求適用于2014年7月1日及以后簽訂合同的新造船。業(yè)內有關專家預計，由于該《規(guī)則》即將成為全球范圍強制執(zhí)行的造船規(guī)范之一，將對我國造船行業(yè)造成重大影響，對國內船舶設計、建造以及配套企業(yè)來說，也都將是一個新的挑戰(zhàn)。噪音可以危害人的健康，根據(jù)衛(wèi)生部門的研究，最常見的生理效果是引起腎上腺活動增加，影響人的新陳代謝作用，容易使人產生疲勞、頭腦發(fā)脹、神經過敏，聽覺損傷等現(xiàn)象。更為嚴重的高頻噪聲可引起人神經錯亂，神經機能衰退[1]。船上的噪聲一般來自主機、發(fā)電機等設備，而降低機器處的噪聲是比較困難的，除噪聲源本身聲音大小外，噪聲傳播途徑對最終的噪聲值也有很大影響。因此，要降低船舶噪聲值，相關企業(yè)還必須從噪聲的傳播途徑著手，可以依靠建立隔聲屏障，利用隔聲材料和隔聲結構來阻擋噪聲的傳播，同時也可以應用吸聲材料和吸聲結構等。

海洋工程裝備作為高端裝備制造業(yè)的重要組成部分，不但已被納入國家戰(zhàn)略性新興產業(yè)的范疇，并且還有專項規(guī)劃。為探索相關材料在海工項目上的應用和發(fā)展，文章對減震、隔音性能要求較高的某海工項目相關耐火隔音材料設計及施工特點進行實例說明。

1 相關規(guī)范

《規(guī)則》是為經修正的《1974國際海上人命安全公約》（SOLAS）第II-1/3-12條所規(guī)定的噪聲防護提供國際標準。該規(guī)則中定義“居住處所”為居住艙室、辦公室（處理船舶業(yè)務的）、醫(yī)務室、餐廳、娛樂室（如休息室、吸煙室、電影廳、健身房、圖書室、興趣室和游戲室）以及船員使用的露天娛樂場所。

該規(guī)則中關于居住處所之間的隔聲方面，其所要求的隔聲應加以考慮，以便即使在相鄰處所內進行，如音樂、談話、裝卸貨物等活動，仍能夠得到休息和娛樂。居住處所的艙壁和甲板的空氣隔聲特性，應至少符合按2006年1月發(fā)布修正的ISO標準717-1:1996第一部分的下列計權隔聲指數(shù)（Rw）：

1）從居住艙室到居住艙室Rw=35dB；

2）餐廳、娛樂室、公共處所和從娛樂區(qū)域到居住艙室和醫(yī)療室Rw=45dB；

3）從走廊到居住艙室Rw=30dB；

4）從居住艙室到帶有交通門的居住艙室Rw=30dB。

空氣隔聲特性應根據(jù)ISO 10140-2:2010要求，由實驗室試驗確定，并使主管機關滿意。現(xiàn)場測試計權隔聲指數(shù)R’w應符合以上要求，但公差不大于3dB。

本規(guī)則適用于1600總噸及以上的新船，但是不適用于下列船舶：1）動力支承船；2）高速船；3）漁船；4）鋪管駁船；5）起重駁；6）海上移動式鉆井平臺；7）非商用游艇；8）軍艦和軍用運輸船；9）非機械推進船舶；10）打樁船；11）挖泥船。

相比SOLAS公約及其它船舶相關規(guī)范而言，DNV NORSOK（挪威石油標準化組織）Standard（標準）是目前國際上海洋石油工程淺、深水建造領域最先進和嚴格的標準。符合Norsok標準的產品，無論在材料使用上，還是在產品的防火等級和隔音性能等方面都比采用常規(guī)船用標準生產的產品有著更高和更為嚴格的要求，可為長期在石油平臺上作業(yè)的人員提供一個安全、舒適的工作與生活空間，能夠有效提升海洋石油平臺整體的安全性能。

由于文章為分析某海上鉆井平臺項目的居住處所隔音改進方案，由前述已知，該規(guī)則并不適用于此類海工項目，則主要了解NORSOK標準中對相關方面的規(guī)定。NORSOK標準中S-002部分有對居住處所的隔音要求（表1）。

表1 現(xiàn)場實測生活區(qū)艙室的最小許可聲衰減指數(shù)

將表1中的數(shù)據(jù)與《規(guī)則》中的計權隔聲指數(shù)（Rw）進行比較，可以發(fā)現(xiàn)，該指數(shù)普遍提高了不少，最小5dB，最大10dB。最明顯的就是居住艙室之間的隔聲量在NORSOK標準中被提高到了45dB，不過針對的只是單人住艙，而在雙人或多人住艙之間則要達到40dB及以上隔聲量的要求。

但是，對于材料供應商而言，提高1dB的隔聲量往往需要絞盡腦汁，很可能需要做大量的材料改進和試驗工作。

在實例中，隔音與吸音一般都需要考慮。在人員比較集中的一些公共區(qū)域，比如餐廳、娛樂室等艙室，壁板和天花板一般可以應用面板做微孔處理的方式，以達到吸音降噪的效果。而在相對人少的區(qū)域，一般屬于獨立的需要安靜的房間，比如臥室或辦公室等等區(qū)域，就需要進行隔斷隔音處理。

2 某海工項目實例

文章選用筆者親自設計的艙室耐火隔音系統(tǒng)材料的某海上鉆井平臺項目做為實例，進行分析說明。由于該項目將服務于挪威北海等海況條件非常惡劣的海域作業(yè)，除了必須遵守挪威海事局（NMD）、挪威船級社（DNV）等頒布的海事法規(guī)規(guī)范外，還必須同時符合挪威石油安全管理局（PSA）所頒布的石油工業(yè)法規(guī)規(guī)范。這些法規(guī)意味著全球最為苛刻的標準。因此，減振降噪方面的要求對于之前未參與過該類建造標準的公司來說是個全新的挑戰(zhàn)。由于在DNV NORSOK標準中對住艙間的隔音值要求是最高的，以下將是基于參考NORSOK標準所進行的方案分析。

2.1 住艙原始內裝耐火材料方案

1）圍壁板

為了便于拆裝，選用普通B30C、B50CGa型圍壁板。圍壁板有分設置在鋼圍壁與獨立隔斷處兩種。鋼圍壁處襯板使用的是B30C型普通襯板，獨立圍壁使用的是B50CGa型高隔音板，同時都能達到所要求的B-15級的防火等級。

經過某專業(yè)隔聲測試，計算得出該B30C型板的計權隔聲量Rw=34dB，該類襯板的空氣聲隔聲量曲線圖如圖1所示。由圖1可知，若將原該型板用于居住艙室，則其Rw值是嚴重不達標的。

圖1 B30C型板空氣聲隔聲量曲線圖

對于B50CGa型高隔音板，也同樣做測試得出其計權隔聲量Rw=45dB，該類襯板的空氣聲隔聲量試驗曲線圖如圖2所示。即，B50CGa型獨立圍壁隔斷（即C型50mm厚高隔音板）勉強可以達到住艙之間隔聲量的要求（45dB）。

圖2 B50CGa隔聲量試驗曲線圖

2）天花板

原設計采用普通T30A型天花板。眾所周知，兩個艙室之間的隔聲，更應注重的是壁板間的隔聲，而天花板作為艙室內均設有的材料，兩個艙室之間在天花板頂部就相當于有兩層的復合材料，隔音效果自然會比壁板好些，除非噪聲源是從天花板頂部傳遞下去，或者是天花板與壁板上的連接節(jié)點不夠密閉，導致可能會在搭接處漏音。由于文章所探討的主要是住艙之間的隔聲效果，故對前者例外情況可忽略不計。

3）防火門

主要考慮走廊進入住艙的防火門其最小隔聲值要求為40dB，當然，此處的圍壁板也應滿足該要求。而對于華南建材公司常規(guī)的防火門，是不能適用的，其中關于常規(guī)A60級門的隔聲測試顯示結果為39dB，盡管理論上可考慮偏差。

防火門的隔音性能主要取決于兩處：一是門扇板的隔音，二是膠條的選用。后者在選用正確、并在設計門扇與門框搭接合理的前提下，防火門的隔音性能是可以提升的。

4）衛(wèi)生單元

由于兩個住人艙室共用一套衛(wèi)生單元（衛(wèi)生設施），衛(wèi)生單元上在艙室內各安裝有一鏜單元上的防火門。為了節(jié)約艙室空間，將衛(wèi)生單元在艙室內的壁板設計為獨立圍壁式（正背面均可見），即不再設外圍的襯板，原始設計為普通的50mm厚防潮結構壁板。

5）節(jié)點

頂部的天花板采用固定或接長節(jié)點，以及壁板底部的安裝節(jié)點均未采用減振構件搭接樣式，因而減振效果完全可以提升。

2.2 改進方案

改進的樣板間平面方案如圖3所示，以下將闡述主要改進要點。

圖3 改進的樣板間平面布置圖

1）圍壁板

鋼圍壁處襯板仍使用的是B30C型，由于其為“面板+巖棉芯材+背板”結構形式的復合材料，現(xiàn)將巖棉芯材的容重提高1/3，并將背面鋼板的基材厚度增加1倍。由于正面板為貼塑鋼板，考慮到生產設備對鋼板厚度的局限性，面板就暫不做修改，因該型襯板的性能已經有所提升。

在獨立圍壁處，以雙層中空襯板（SB25C型，25+20+25mm）來取代單層的獨立圍壁板（50mm）。25mm為襯板厚度，20mm為空氣層（可吸收聲波），并且住艙內的該襯板按前面B30C型襯板的改進做法，提高其芯材容重和背面鋼板基材的厚度。若對改進后的隔聲測試結果不滿意，則可以嘗試適當增加雙層襯板的間隙，比如將間隙增加到25mm或30mm，該變動基本不會影響到住艙內的家具設備布置。通過此類改進，既方便了現(xiàn)場走電纜線，同時也避免了兩個艙室之間壁板振動直接傳播噪聲，很好地達到降噪效果。

2）天花板

天花板的改進是從巖棉芯材容重以及復合板的總厚度兩方面著手：將原T30A型改為T50A型（即厚度由30mm改為50mm），并將芯材容重提升了1/3。

3）防火門

采用專門為該類項目制作并試燒取證的高隔音形式防火門（MB30CG-FYQM型）。首先，其防火級別達到了B-30級。另外，經過專業(yè)隔聲測試，得出其計權隔聲量可達到Rw(C;Ctr)=48(-2,-5)dB，其空氣聲隔聲量試驗曲線圖如圖4所示。

圖4 MB30CG-FYQM隔聲量試驗曲線

由于住人房間之間不設置防火門，故考核防火門隔聲量的位置就在于由走廊進入住艙的地方，只要滿足R=40dB即可。

4）衛(wèi)生單元

將衛(wèi)生單元壁板結構改為高隔音板形式，主要是對芯材部分的結構進行改進，內埋波紋的微孔吸音板，并具有一定尺寸的巖棉芯材中空層，達到較為良好的隔音效果。衛(wèi)生單元防火門也采用四周帶密封膠條的非常規(guī)樣式。有效阻止了由在廁所產生的聲音往住室內的傳播。另外，衛(wèi)生單元之間安裝在浮動地板上也可以減小平臺振動所產生的噪聲。

5）節(jié)點

隔音措施是解決居住艙室減噪的主要辦法，即切斷與有噪音源的結構性聯(lián)系是有效的辦法，比如地面阻尼系統(tǒng)采用A60級53mm厚浮動底部，上敷10mm甲板敷料的結構。

另外，在頂部區(qū)域的天花板的其固定可通過使用帶有緩沖橡膠墊的彈性構件與鋼甲板或鋼結構進行搭接，而底部可在安裝壁板的地槽下方墊上阻燃橡膠墊，這樣都有效達到了一定的減振效果。

2.3 改進后效果

通過對艙室內的壁板、天花、連接構件、衛(wèi)生單元、地面以及防火門等艙室系統(tǒng)部件的材料和節(jié)點改進，使得艙室的整體隔音性能有了較大提升。該海工項目樣板間的現(xiàn)場制作和安裝都修改了多遍，歷時長達一年多時間，最后經過某次專業(yè)的隔音測試，得出住艙之間的計權隔聲量達到了Rw (C;Ctr)=54(-3,-9)dB，終于得到了客戶的認可和贊賞。

另外，筆者對比接手設計其它類似要求安裝DNV NORSOK標準來建造的海工項目，本文所探討的該海工項目住人房間明顯偏小，實際上這樣就會對房間的隔音性能要求更嚴格些。

3 結束語

如果在項目內裝完成后的試航過程中發(fā)現(xiàn)振動、空氣等噪聲過大再來處理，其施工難度勢必會增加許多，而且減振降噪效果也不一定會理想。因為要有效減振，就要在裝修材料的有效部位使用阻尼材料，對船舶與海工類項目來說，主要涉及艙室底部、天花板的頂部以及材料的內部，如果在新船建好后的后期再進行阻尼處理，就意味著要拆除原有的裝修材料，這樣既浪費材料又影響工期，且施工難度也不言而喻。

對材料的減振隔音性能來說，提高的空間往往都是有限的，最終還是要增加材料的密實性，而這樣就會造成材料重量的增加，從而導致船舶需耗費更多能源的損失。雖然我們一直在努力提高產品的舒適、安全性能，但目前還沒能真正做到在能源方面的良好節(jié)約。因此，無論是在環(huán)保、美觀、安全以及舒適性能等方面，我們船舶配套商仍需加大力度投入研發(fā)新型材料和技術，以使得我國本身已嚴重滯后的船舶配套產業(yè)擠入國際前列，從而提升本國造修船產業(yè)的核心競爭優(yōu)勢。

[1]趙青雙.船舶噪音的產生及其控制方法[J].黑龍江科技信息, 2011(11):25.

[2]Code of Noise Level on board Ships, IMO resolution A468(XII)[S].

[3]C-002, NORSOK standard[S].2006.

[4]S-002, NORSOK standard[S].2006.