作業(yè)場(chǎng)所噪聲仿真分析及評(píng)價(jià)研究

徐祿文，鄒岸新，歐 熙

（國(guó)網(wǎng)重慶市電力公司電力科學(xué)研究院電磁與可聽噪聲環(huán)境影響重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 401123）

近年來我國(guó)頒布了一系列新的職業(yè)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)［1］，在職業(yè)衛(wèi)生工作的要求上更加規(guī)范化和精細(xì)化，這就對(duì)職業(yè)衛(wèi)生工作者的工作提出了更高的要求。這一點(diǎn)在噪聲作業(yè)環(huán)境的職業(yè)衛(wèi)生評(píng)價(jià)中體現(xiàn)得尤為明顯，體現(xiàn)為噪聲測(cè)點(diǎn)眾多，且涉及的相關(guān)計(jì)算較為繁瑣［2-4］，這些給職業(yè)衛(wèi)生評(píng)價(jià)分析工作帶來了一定困難和不便。因此，為了更好地推動(dòng)職業(yè)衛(wèi)生工作，促進(jìn)作業(yè)場(chǎng)所噪聲分析和評(píng)價(jià)效率，筆者對(duì)作業(yè)場(chǎng)所的噪聲進(jìn)行了仿真計(jì)算分析和評(píng)價(jià)研究，并以某發(fā)電廠磨煤車間為例，對(duì)其場(chǎng)所的空間噪聲進(jìn)行了預(yù)測(cè)和噪聲的職業(yè)衛(wèi)生評(píng)價(jià)。

1 噪聲作業(yè)場(chǎng)所職業(yè)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)介紹

GBZ/T 189.8—2007工作場(chǎng)所物理因素測(cè)量-噪聲，主要介紹了作業(yè)場(chǎng)所生產(chǎn)性噪聲的測(cè)量規(guī)范及測(cè)量結(jié)果的等效計(jì)算，即工作場(chǎng)所非穩(wěn)態(tài)噪聲等效為穩(wěn)態(tài)噪聲的計(jì)算，1 d實(shí)際工作時(shí)間內(nèi)接觸的噪聲強(qiáng)度等效為8 h的等效聲級(jí)計(jì)算，非每周5 d工作制的特殊工作所接觸的噪聲等效為每周40 h的等效聲級(jí)計(jì)算等。如公式（1） ～（3）：

GBZ 2.2—2007工作場(chǎng)所有害因素職業(yè)接觸限值物理因素規(guī)定了工作場(chǎng)所穩(wěn)態(tài)、非穩(wěn)態(tài)及脈沖噪聲的職業(yè)接觸限值，如表1～2所示。

表1 工作場(chǎng)所噪聲職業(yè)接觸限值

表2 工作場(chǎng)所脈沖噪聲職業(yè)接觸限值

GBZ 1—2010工業(yè)企業(yè)設(shè)計(jì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了進(jìn)行工業(yè)企業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)，生產(chǎn)噪聲車間和非噪聲作業(yè)車間的噪聲限值，除了要求勞動(dòng)者在噪聲作業(yè)場(chǎng)所應(yīng)滿足GBZ 2.2—2007的限值要求外，還規(guī)定了非噪聲工作地點(diǎn)噪聲聲級(jí)設(shè)計(jì)要求，見表3。

表3 非噪聲工作地點(diǎn)噪聲聲級(jí)設(shè)計(jì)要求

GBZ/T 229．4—2012工作場(chǎng)所職業(yè)病危害作業(yè)分級(jí)第4部分 噪聲是GBZ 2．2—2007的配套標(biāo)準(zhǔn)，噪聲作業(yè)分級(jí)是對(duì)噪聲暴露危害程度的評(píng)價(jià)，也是為控制噪聲危害及進(jìn)行量化管理、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供重要依據(jù)，如表4所示。

表4 噪聲作業(yè)分級(jí)

2 仿真軟件開發(fā)及校驗(yàn)

2.1 場(chǎng)景抽象

噪聲作業(yè)場(chǎng)所往往很復(fù)雜，除了聲源和作業(yè)點(diǎn)位置以外，還有各種物體形成的屏障（包含簡(jiǎn)化后的建筑物、圍墻和其它屏障等），共同組成了場(chǎng)景的元素。為了準(zhǔn)確分析噪聲作業(yè)場(chǎng)所的噪聲狀況和形象展示仿真場(chǎng)景，需要對(duì)場(chǎng)景空間中的主要元素進(jìn)行建模。以作業(yè)場(chǎng)所地平面為基礎(chǔ)，選取地面上某一點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，劃定X方向與Y方向，垂直于地面向上為Z方向，建立三維空間數(shù)學(xué)模型，如圖1所示。

圖1 作業(yè)場(chǎng)所空間模型示意

場(chǎng)景：作業(yè)場(chǎng)所內(nèi)場(chǎng)景的總體信息。包括場(chǎng)景的溫度t、濕度ρ、場(chǎng)景背景噪聲Loct，則場(chǎng)景的表示方式為：Scene（t，ρ，Loct）。

噪聲源：產(chǎn)生噪聲的各種元素。設(shè)作業(yè)場(chǎng)所共有n個(gè)噪聲源，第i（1≤i≤n） 個(gè)噪聲源的空間位置為（xsi，ysi，zsi），倍頻帶噪聲聲功率級(jí)為L(zhǎng)octsi，則噪聲源的表示方式為：S={Si（xsi，ysi，zsi，Loctsi）|i=1～n}。

作業(yè)點(diǎn)：將要預(yù)測(cè)噪聲值的某一空間位置。設(shè)作業(yè)點(diǎn)的空間位置為（xr，yr，zr），所處位置背景噪聲的倍頻帶聲壓級(jí)為L(zhǎng)octr，則預(yù)測(cè)點(diǎn)的表示方式為：R（xr，yr，zr，Loctr）

屏障：作業(yè)場(chǎng)所中各種起隔聲屏障作用的障礙物。設(shè)作業(yè)場(chǎng)所共有k個(gè)屏障，第i（1≤i≤k）個(gè)屏障在XOY平面上投影的起始點(diǎn)為（xbsi，ybsi），終點(diǎn)為（xbti，ybti），屏障的高度為hbi，則屏障的表示方式為：B={Bi（xbsi，ybsi，xbti，ybti，hbi）|i=1～k}。

2.2 作業(yè)場(chǎng)所噪聲計(jì)算方法

作業(yè)場(chǎng)所噪聲計(jì)算包括近場(chǎng)噪聲計(jì)算和遠(yuǎn)場(chǎng)噪聲計(jì)算。

為準(zhǔn)確判斷變電站作業(yè)場(chǎng)所職業(yè)衛(wèi)生狀況，需要對(duì)噪聲設(shè)備的近場(chǎng)噪聲進(jìn)行計(jì)算。假設(shè)計(jì)算結(jié)果為Rj，實(shí)測(cè)結(jié)果為Rc，如果離噪聲源距離為噪聲源半徑的m倍時(shí)，計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果一致，即可將聲源處理為遠(yuǎn)場(chǎng)聲源。當(dāng)m=1時(shí)，可得到：k1Rj≤Rc≤k2Rj（k1≤1，k2≥1），當(dāng)m越大時(shí)，與越接近于1，當(dāng)m達(dá)到某一值n時(shí)，k1=k2=1。因此，當(dāng)預(yù)測(cè)點(diǎn)離噪聲源距離為噪聲源半徑的m（n≥m≥1） 倍以內(nèi)，近場(chǎng)噪聲可以按照公式（4） 對(duì)理論值進(jìn)行一定的調(diào)整，超出這個(gè)范圍按照遠(yuǎn)場(chǎng)計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算。近場(chǎng)環(huán)境下，由于各個(gè)頻段的噪聲分布及衰減規(guī)律可能不一樣，因此，可以按照8個(gè)倍頻帶分別設(shè)置公式（1） 中的參數(shù)n和k2。

遠(yuǎn)場(chǎng)噪聲計(jì)算參照文獻(xiàn)［5］的計(jì)算方法。根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中噪聲戶外傳播聲級(jí)衰減計(jì)算的基本方法［6-8］，預(yù)測(cè)點(diǎn)的倍頻帶聲壓級(jí)計(jì)算按如下公式計(jì)算：

其中：Loctref（S）為由點(diǎn)聲源產(chǎn)生的倍頻帶聲功率級(jí)；Aoctdiv為幾何發(fā)散引起的衰減；Aoctbar為屏障引起的衰減；Aoctatm為大氣吸收引起的衰減；Aoctgr為地面效應(yīng)引起的衰減；Aoctexc為其它多方面效應(yīng)引起的衰減。其中聲屏障衰減計(jì)算公式如下：

式中：Ni為菲涅耳數(shù)，Ni=2δi/波長(zhǎng)；δi為聲程差，m。對(duì)于如圖2a所示的單屏障：

對(duì)于如圖2b所示的雙屏障：

其中：a是SR連線在圖2投影方向上的投影長(zhǎng)度。

2.3 軟件的校驗(yàn)

為了驗(yàn)證該軟件計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，選擇了某110 kV變電站1臺(tái)主變壓器周圍1.5 m處的4個(gè)近場(chǎng)測(cè)點(diǎn)（測(cè)點(diǎn)1、2、3、4） 以及該變電站邊界處的2個(gè)遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)點(diǎn)（測(cè)點(diǎn)5、6），進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)噪聲測(cè)試，測(cè)點(diǎn)示意如圖3所示。將測(cè)試結(jié)果和本軟件預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)照，如表5所示。從表5可以看到，本軟件近場(chǎng)及遠(yuǎn)場(chǎng)預(yù)測(cè)結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果基本接近，證明了該軟件預(yù)測(cè)結(jié)果可信度較高。

圖2 聲屏障衰減計(jì)算示意

圖3 某變電站噪聲測(cè)試點(diǎn)示意

表5 實(shí)測(cè)結(jié)果和軟件預(yù)測(cè)對(duì)比 dB

由于在遠(yuǎn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)試時(shí)，受環(huán)境噪聲的影響較大，可能會(huì)出現(xiàn)較大的偏差；而在近場(chǎng)測(cè)試時(shí)，受環(huán)境噪聲影響較小，所以測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確度高。通過表5還可以看出，實(shí)際遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試值與本軟件預(yù)測(cè)值最大相差1.8 dB，實(shí)際近場(chǎng)測(cè)試值最小相差0.4 dB，這也從另一方面證明了該軟件預(yù)測(cè)結(jié)果具有較高的準(zhǔn)確性。

3 仿真分析及評(píng)價(jià)

3.1 建模分析

以某發(fā)電廠磨煤車間為例，進(jìn)行作業(yè)場(chǎng)所噪聲仿真分析及職業(yè)衛(wèi)生評(píng)價(jià)建模。設(shè)置該場(chǎng)所及其元素的相關(guān)參數(shù)包括：磨煤車間的長(zhǎng)度、寬度、溫度、濕度，值班室、控制室、球磨機(jī)、排粉機(jī)空間位置、作業(yè)點(diǎn)空間位置及場(chǎng)景屬性，作業(yè)人員噪聲接觸時(shí)間，噪聲源聲功率等。該磨煤車間的噪聲職業(yè)衛(wèi)生分析及評(píng)價(jià)模型如圖4所示，圖5為作業(yè)人員在各個(gè)作業(yè)點(diǎn)的噪聲接觸時(shí)間情況。

圖4 某發(fā)電廠磨煤車間建模

圖5 作業(yè)點(diǎn)噪聲接觸時(shí)間

3.2 作業(yè)點(diǎn)噪聲分析與評(píng)價(jià)

3.2.1 作業(yè)點(diǎn)噪聲接觸時(shí)間限值分析及評(píng)價(jià)

為實(shí)現(xiàn)對(duì)該磨煤車間的噪聲職業(yè)衛(wèi)生狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)，需要對(duì)每個(gè)作業(yè)點(diǎn)噪聲進(jìn)行預(yù)測(cè)，并根據(jù)噪聲大小確定該作業(yè)點(diǎn)日/周接觸時(shí)間限值，為現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的勞動(dòng)保護(hù)提供重要依據(jù)。圖6是該磨煤車間中10個(gè)噪聲作業(yè)點(diǎn)的噪聲及日/周接觸時(shí)間限值預(yù)測(cè)情況。可以看出在作業(yè)點(diǎn)1，等效A聲級(jí)是89.8 dB，在該噪聲值下，作業(yè)人員在1 d的接觸時(shí)間不得超過2.65 h，1周的接觸時(shí)間不得超過13.25 h；而在非噪聲作業(yè)點(diǎn)9，即值班室，其等效A聲級(jí)是58.4 dB，該噪聲值完全滿足GBZ 1—2010中噪聲車間觀察（值班）室噪聲聲級(jí)設(shè)計(jì)要求，可以全天、整周進(jìn)行接觸。通過該預(yù)測(cè)和分析，可以快速得出多個(gè)作業(yè)點(diǎn)的噪聲值及日/周接觸時(shí)間限值。

3.2.2 作業(yè)點(diǎn)噪聲危害程度評(píng)價(jià)

為實(shí)現(xiàn)對(duì)噪聲暴露危害程度進(jìn)行評(píng)價(jià)，根據(jù)GBZ/T 189.8—2007對(duì)該磨煤車間作業(yè)人員在1周內(nèi)多個(gè)作業(yè)點(diǎn)每天的作業(yè)時(shí)間及噪聲強(qiáng)度進(jìn)行綜合計(jì)算，給出LEX，8h與LEX，W，并根據(jù)GBZ/T 229.4—2012判定每天及整周的危害等級(jí)。圖7是該磨煤車間作業(yè)人在實(shí)際噪聲接觸時(shí)間的基礎(chǔ)上進(jìn)行的職業(yè)衛(wèi)生評(píng)價(jià)。從圖7可以看出：作業(yè)人員在周一可以達(dá)到GBZ/T 229.4—2012中規(guī)定的限值要求，不存在職業(yè)危害，而在周二至周六的工作時(shí)間里，噪聲值均達(dá)到了GBZT 229.4—2012中規(guī)定的輕度危害，而在一周的接觸等效噪聲值也達(dá)到了GBZT 229.4—2012中規(guī)定的輕度危害。

圖6 作業(yè)點(diǎn)噪聲預(yù)測(cè)

圖7 作業(yè)點(diǎn)職業(yè)衛(wèi)生評(píng)價(jià)

3.3 作業(yè)場(chǎng)景噪聲分布圖像分析

職工在不同作業(yè)點(diǎn)進(jìn)行作業(yè)時(shí)，其接觸的噪聲值有可能會(huì)不同。為了全面評(píng)價(jià)作業(yè)場(chǎng)所的職業(yè)衛(wèi)生狀況，需要對(duì)作業(yè)場(chǎng)景的噪聲分布進(jìn)行預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià)。利用該軟件的圖形輸出功能可以對(duì)職工作業(yè)場(chǎng)所的噪聲分布大小進(jìn)行輸出。該軟件還將GBZ/T 189.8—2007中規(guī)定的限值納入到圖形中，能以二維等值線平面圖的形式對(duì)作業(yè)場(chǎng)所職業(yè)衛(wèi)生區(qū)域大小進(jìn)行展示，某發(fā)電廠磨煤車間的作業(yè)場(chǎng)景噪聲分布如圖8所示。從圖8可以看出職工作業(yè)在某一噪聲衛(wèi)生限制下的范圍。該軟件還可以根據(jù)需要設(shè)定不同的噪聲職業(yè)衛(wèi)生限值，進(jìn)而通過等值線來展示不同噪聲限值下的安全作業(yè)范圍。并在紅線范圍內(nèi)，超出了標(biāo)準(zhǔn)GBZ 1—2010中規(guī)定的限值，需要采取有效措施來降低噪聲，保證作業(yè)人員的職業(yè)衛(wèi)生安全。

圖8 某磨煤車間噪聲職業(yè)衛(wèi)生分析

4 結(jié)論

基于噪聲計(jì)算理論及相關(guān)噪聲職業(yè)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，建立了職業(yè)衛(wèi)生分析與評(píng)價(jià)模型，利用在此基礎(chǔ)上開發(fā)的作業(yè)場(chǎng)所噪聲仿真分析及評(píng)價(jià)軟件對(duì)噪聲作業(yè)場(chǎng)所職業(yè)衛(wèi)生進(jìn)行了研究。利用該軟件實(shí)現(xiàn)了同時(shí)對(duì)多個(gè)作業(yè)點(diǎn)噪聲值預(yù)測(cè)和個(gè)體日8 h/周40 h接觸等效聲級(jí)、等效接觸時(shí)間限值計(jì)算，以及個(gè)體噪聲職業(yè)危害分級(jí)評(píng)價(jià)。將該軟件應(yīng)用到作業(yè)場(chǎng)所噪聲職業(yè)衛(wèi)生分析中有利于提高噪聲職業(yè)衛(wèi)生評(píng)價(jià)效率，還可以為現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的勞動(dòng)保護(hù)、噪聲防護(hù)設(shè)施的設(shè)計(jì)等提供參考。

［1］衛(wèi)生部．GBZ 149—2002職業(yè)性聽力損傷診斷標(biāo)準(zhǔn)［S］．北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2002.

［2］陳澤萍，李強(qiáng).變電站環(huán)境噪聲評(píng)價(jià)與防治［J］.電力環(huán)境保護(hù)，2008，24 （1）：61-62.

［3］高華北，張花玲，周湘暉，等.工作場(chǎng)所噪聲評(píng)價(jià)模板的設(shè)計(jì)與應(yīng)用［J］.中國(guó)職業(yè)醫(yī)學(xué)，2009，36（2）：174-175.

［4］周新祥.噪聲控制技術(shù)及其新進(jìn)展［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2007.

［5］徐祿文，劉小玲.變電站環(huán)境噪聲三維空間衰減模型及算法研究［J］.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2012（32）：175-180.

［6］全國(guó)聲學(xué)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)．GB/T 17247.2—1998聲學(xué)戶外聲傳播的衰減第2部分：一般計(jì)算方法［S］．北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1998.

［7］環(huán)境保護(hù)部．HJ 2.4—2009環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則聲環(huán)境［S］．北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2009.

［8］The International Organization for Standardization.ISO9613-2 Acoustics：Attenuation of sound during propagation outdoors［S］.1996．