作业场所噪声仿真分析及评价研究

徐禄文，邹岸新，欧 熙

（国网重庆市电力公司电力科学研究院电磁与可听噪声环境影响重庆市重点实验室，重庆 401123）

近年来我国颁布了一系列新的职业卫生标准［1］，在职业卫生工作的要求上更加规范化和精细化，这就对职业卫生工作者的工作提出了更高的要求。这一点在噪声作业环境的职业卫生评价中体现得尤为明显，体现为噪声测点众多，且涉及的相关计算较为繁琐［2-4］，这些给职业卫生评价分析工作带来了一定困难和不便。因此，为了更好地推动职业卫生工作，促进作业场所噪声分析和评价效率，笔者对作业场所的噪声进行了仿真计算分析和评价研究，并以某发电厂磨煤车间为例，对其场所的空间噪声进行了预测和噪声的职业卫生评价。

1 噪声作业场所职业卫生标准介绍

GBZ/T 189.8—2007工作场所物理因素测量-噪声，主要介绍了作业场所生产性噪声的测量规范及测量结果的等效计算，即工作场所非稳态噪声等效为稳态噪声的计算，1 d实际工作时间内接触的噪声强度等效为8 h的等效声级计算，非每周5 d工作制的特殊工作所接触的噪声等效为每周40 h的等效声级计算等。如公式（1） ～（3）：

GBZ 2.2—2007工作场所有害因素职业接触限值物理因素规定了工作场所稳态、非稳态及脉冲噪声的职业接触限值，如表1～2所示。

表1 工作场所噪声职业接触限值

表2 工作场所脉冲噪声职业接触限值

GBZ 1—2010工业企业设计卫生标准规定了进行工业企业设计时，生产噪声车间和非噪声作业车间的噪声限值，除了要求劳动者在噪声作业场所应满足GBZ 2.2—2007的限值要求外，还规定了非噪声工作地点噪声声级设计要求，见表3。

表3 非噪声工作地点噪声声级设计要求

GBZ/T 229．4—2012工作场所职业病危害作业分级第4部分 噪声是GBZ 2．2—2007的配套标准，噪声作业分级是对噪声暴露危害程度的评价，也是为控制噪声危害及进行量化管理、风险评估提供重要依据，如表4所示。

表4 噪声作业分级

2 仿真软件开发及校验

2.1 场景抽象

噪声作业场所往往很复杂，除了声源和作业点位置以外，还有各种物体形成的屏障（包含简化后的建筑物、围墙和其它屏障等），共同组成了场景的元素。为了准确分析噪声作业场所的噪声状况和形象展示仿真场景，需要对场景空间中的主要元素进行建模。以作业场所地平面为基础，选取地面上某一点为坐标原点，划定X方向与Y方向，垂直于地面向上为Z方向，建立三维空间数学模型，如图1所示。

图1 作业场所空间模型示意

场景：作业场所内场景的总体信息。包括场景的温度t、湿度ρ、场景背景噪声Loct，则场景的表示方式为：Scene（t，ρ，Loct）。

噪声源：产生噪声的各种元素。设作业场所共有n个噪声源，第i（1≤i≤n） 个噪声源的空间位置为（xsi，ysi，zsi），倍频带噪声声功率级为Loctsi，则噪声源的表示方式为：S={Si（xsi，ysi，zsi，Loctsi）|i=1～n}。

作业点：将要预测噪声值的某一空间位置。设作业点的空间位置为（xr，yr，zr），所处位置背景噪声的倍频带声压级为Loctr，则预测点的表示方式为：R（xr，yr，zr，Loctr）

屏障：作业场所中各种起隔声屏障作用的障碍物。设作业场所共有k个屏障，第i（1≤i≤k）个屏障在XOY平面上投影的起始点为（xbsi，ybsi），终点为（xbti，ybti），屏障的高度为hbi，则屏障的表示方式为：B={Bi（xbsi，ybsi，xbti，ybti，hbi）|i=1～k}。

2.2 作业场所噪声计算方法

作业场所噪声计算包括近场噪声计算和远场噪声计算。

为准确判断变电站作业场所职业卫生状况，需要对噪声设备的近场噪声进行计算。假设计算结果为Rj，实测结果为Rc，如果离噪声源距离为噪声源半径的m倍时，计算结果与实测结果一致，即可将声源处理为远场声源。当m=1时，可得到：k1Rj≤Rc≤k2Rj（k1≤1，k2≥1），当m越大时，与越接近于1，当m达到某一值n时，k1=k2=1。因此，当预测点离噪声源距离为噪声源半径的m（n≥m≥1） 倍以内，近场噪声可以按照公式（4） 对理论值进行一定的调整，超出这个范围按照远场计算方法进行计算。近场环境下，由于各个频段的噪声分布及衰减规律可能不一样，因此，可以按照8个倍频带分别设置公式（1） 中的参数n和k2。

远场噪声计算参照文献［5］的计算方法。根据有关标准中噪声户外传播声级衰减计算的基本方法［6-8］，预测点的倍频带声压级计算按如下公式计算：

其中：Loctref（S）为由点声源产生的倍频带声功率级；Aoctdiv为几何发散引起的衰减；Aoctbar为屏障引起的衰减；Aoctatm为大气吸收引起的衰减；Aoctgr为地面效应引起的衰减；Aoctexc为其它多方面效应引起的衰减。其中声屏障衰减计算公式如下：

式中：Ni为菲涅耳数，Ni=2δi/波长；δi为声程差，m。对于如图2a所示的单屏障：

对于如图2b所示的双屏障：

其中：a是SR连线在图2投影方向上的投影长度。

2.3 软件的校验

为了验证该软件计算结果的准确性，选择了某110 kV变电站1台主变压器周围1.5 m处的4个近场测点（测点1、2、3、4） 以及该变电站边界处的2个远场测点（测点5、6），进行现场噪声测试，测点示意如图3所示。将测试结果和本软件预测结果进行对照，如表5所示。从表5可以看到，本软件近场及远场预测结果与现场实测结果基本接近，证明了该软件预测结果可信度较高。

图2 声屏障衰减计算示意

图3 某变电站噪声测试点示意

表5 实测结果和软件预测对比 dB

由于在远场进行测试时，受环境噪声的影响较大，可能会出现较大的偏差；而在近场测试时，受环境噪声影响较小，所以测试结果准确度高。通过表5还可以看出，实际远场测试值与本软件预测值最大相差1.8 dB，实际近场测试值最小相差0.4 dB，这也从另一方面证明了该软件预测结果具有较高的准确性。

3 仿真分析及评价

3.1 建模分析

以某发电厂磨煤车间为例，进行作业场所噪声仿真分析及职业卫生评价建模。设置该场所及其元素的相关参数包括：磨煤车间的长度、宽度、温度、湿度，值班室、控制室、球磨机、排粉机空间位置、作业点空间位置及场景属性，作业人员噪声接触时间，噪声源声功率等。该磨煤车间的噪声职业卫生分析及评价模型如图4所示，图5为作业人员在各个作业点的噪声接触时间情况。

图4 某发电厂磨煤车间建模

图5 作业点噪声接触时间

3.2 作业点噪声分析与评价

3.2.1 作业点噪声接触时间限值分析及评价

为实现对该磨煤车间的噪声职业卫生状况进行评价，需要对每个作业点噪声进行预测，并根据噪声大小确定该作业点日/周接触时间限值，为现场作业人员的劳动保护提供重要依据。图6是该磨煤车间中10个噪声作业点的噪声及日/周接触时间限值预测情况。可以看出在作业点1，等效A声级是89.8 dB，在该噪声值下，作业人员在1 d的接触时间不得超过2.65 h，1周的接触时间不得超过13.25 h；而在非噪声作业点9，即值班室，其等效A声级是58.4 dB，该噪声值完全满足GBZ 1—2010中噪声车间观察（值班）室噪声声级设计要求，可以全天、整周进行接触。通过该预测和分析，可以快速得出多个作业点的噪声值及日/周接触时间限值。

3.2.2 作业点噪声危害程度评价

为实现对噪声暴露危害程度进行评价，根据GBZ/T 189.8—2007对该磨煤车间作业人员在1周内多个作业点每天的作业时间及噪声强度进行综合计算，给出LEX，8h与LEX，W，并根据GBZ/T 229.4—2012判定每天及整周的危害等级。图7是该磨煤车间作业人在实际噪声接触时间的基础上进行的职业卫生评价。从图7可以看出：作业人员在周一可以达到GBZ/T 229.4—2012中规定的限值要求，不存在职业危害，而在周二至周六的工作时间里，噪声值均达到了GBZT 229.4—2012中规定的轻度危害，而在一周的接触等效噪声值也达到了GBZT 229.4—2012中规定的轻度危害。

图6 作业点噪声预测

图7 作业点职业卫生评价

3.3 作业场景噪声分布图像分析

职工在不同作业点进行作业时，其接触的噪声值有可能会不同。为了全面评价作业场所的职业卫生状况，需要对作业场景的噪声分布进行预测与评价。利用该软件的图形输出功能可以对职工作业场所的噪声分布大小进行输出。该软件还将GBZ/T 189.8—2007中规定的限值纳入到图形中，能以二维等值线平面图的形式对作业场所职业卫生区域大小进行展示，某发电厂磨煤车间的作业场景噪声分布如图8所示。从图8可以看出职工作业在某一噪声卫生限制下的范围。该软件还可以根据需要设定不同的噪声职业卫生限值，进而通过等值线来展示不同噪声限值下的安全作业范围。并在红线范围内，超出了标准GBZ 1—2010中规定的限值，需要采取有效措施来降低噪声，保证作业人员的职业卫生安全。

图8 某磨煤车间噪声职业卫生分析

4 结论

基于噪声计算理论及相关噪声职业卫生标准，建立了职业卫生分析与评价模型，利用在此基础上开发的作业场所噪声仿真分析及评价软件对噪声作业场所职业卫生进行了研究。利用该软件实现了同时对多个作业点噪声值预测和个体日8 h/周40 h接触等效声级、等效接触时间限值计算，以及个体噪声职业危害分级评价。将该软件应用到作业场所噪声职业卫生分析中有利于提高噪声职业卫生评价效率，还可以为现场作业人员的劳动保护、噪声防护设施的设计等提供参考。

［1］卫生部．GBZ 149—2002职业性听力损伤诊断标准［S］．北京：中国标准出版社，2002.

［2］陈泽萍，李强.变电站环境噪声评价与防治［J］.电力环境保护，2008，24 （1）：61-62.

［3］高华北，张花玲，周湘晖，等.工作场所噪声评价模板的设计与应用［J］.中国职业医学，2009，36（2）：174-175.

［4］周新祥.噪声控制技术及其新进展［M］.北京：冶金工业出版社，2007.

［5］徐禄文，刘小玲.变电站环境噪声三维空间衰减模型及算法研究［J］.中国电机工程学报，2012（32）：175-180.

［6］全国声学标准化技术委员会．GB/T 17247.2—1998声学户外声传播的衰减第2部分：一般计算方法［S］．北京：中国标准出版社，1998.

［7］环境保护部．HJ 2.4—2009环境影响评价技术导则声环境［S］．北京：中国环境科学出版社，2009.

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