外部噪声船级符号介绍与分析

王 墨，王毅娜

（1. 挪威船级社（中国）有限公司，上海 200336；2. 上海船用柴油机研究所，上海 201108）

0 引言

船舶外部空气传播噪声（船舶外部噪声）通常指船舶航行或停泊时因必要的机械设备工作而向外辐射的噪声。对于普通货船在港口时的外部噪声源主要有排烟管、机舱风机进/排气口、冷冻系统、吊机等；对于油船，位于开敞甲板的管路也会向外辐射噪声；对于客船或滚装船，其生活区或货舱风机的进/排气口也对外部噪声产生重要影响[1]。常见海船的外部噪声源见图1。

图1 船舶停泊时外部噪声源示意图

船舶过大的外部噪声排放将会干扰港口及港口附近的住宅、工作区域，对港口区域环境的影响较大。近年来，船舶的噪声排放已逐渐成为港口重点考虑的环境问题。减少船舶噪音排放以改善环境质量的需求不断增加。如欧盟的船舶减振降噪创新解决方案项目制定了船舶外部噪声的测量方法。此外世界港口可持续发展计划（World Ports Sustainability Program，WPSP）决定自 2020年起将船舶外部噪声纳入船舶环境指数（Environmental Ship Index，ESI）公式，对较为安静的船只其港口费用可予以折减。

外部噪声的要求常见于中小型游艇，针对游艇的外部噪声测量已有国际标准和国家标准供参考[2-3]。近几年国内新造的客滚船上常见有外部噪声要求，但主要因为此前没有可参照的统一标准或规范，外部噪声的具体技术指标均由船东进行指定。有些指标要求相对比较严格，如船厂早期没有对外部噪声的要求进行评估，后期可能要花费较大的成本以满足这项要求。

为衡量和把控船舶外部噪声的水平，截至2021年底已有3家主流的船级社发布了针对船舶外部噪声的志愿性船级符号。按发布时间的先后顺序为英国劳氏船级社（Lloyd’s Register，LR）的ABN[4]、挪威船级社（Det Norske Veritas，DNV）的QUIET[5]及美国船级社（American Bureau of Shipping，ABS）的AIRN/AIRN+/AIRN-M(a, b)[6]。本文主要对这3个船级符号的相关要求的特点进行介绍和对比，为相关技术人员把控船舶的外部噪声水平提供参考。

1 LR外部噪声船级符号ABN

LR的ABN符号发布于2019年1月，是各大船级社中第一个面向船舶外部噪声的船级符号[7]。截至 2021年底该符号的相关要求暂未进行更新。ABN符号针对不同的船型（主要区别海船与内河船）定义了5个外部噪声大小的等级，从最严格至最宽松依次为ABN(SQ)、ABN(Q)、ABN(S)、ABN(IW)和ABN(C)，见表1。船只需同时满足港内停泊和5节低速航行2种工况下的全船声功率及对应距离的声压级共四项指标时方可获得该入级符号。值得一提的是，LR的ABN是3家船级社中唯一对航行工况进行考核的符号。

表1 LR ABN符号衡准

为获得LR的ABN符号，规范建议船舶在早期设计阶段即对外部噪声水平进行建模计算预报。其目的是尽早判断船上各噪声源对外部噪声的影响并在设计阶段规避超标的风险。LR在规范中已对计算的过程提出具体要求及建议，模型和计算结果可参考图2和图3，此处不再进行赘述。

图2 LR建议的3D计算模型

图3 噪声云图

值得注意的是，LR要求计算时应至少覆盖31.5～8 000.0 Hz频率范围的倍频程噪声水平，而通常的设备商提供的噪声数据可能为63～8 000 Hz的倍频程噪声数据，31.5 Hz处的噪声数据有可能缺失。此外，一些商业噪声计算软件也仅可设置63～8 000 Hz倍频程噪声水平，对计算工具/软件的选择应额外注意。规范建议设计阶段的预报结果与限值间应保持至少3 dB余量。

对于交船前的验证性测量LR允许2种测量方法：

1）近场测量（Near-Field Method）

LR规定近场测量的流程首先要对各噪声源近场测量其声功率，然后将测量的声功率数据代入到前期预报计算时所使用的3D模型中重新计算分析以得到要求的声功率级及声压级。如由第三方认证公司进行的计算，其计算过程也要得到LR的批准/认可。

2）远场直接测量（Direct Measurements）

LR也接受远场直接测量指定距离的声压级和全船声功率。声压级须根据ISO 2922进行测量，声功率须根据ISO 8297进行测量。LR要求的考核点见图4，图4中d为水平方向测点与船体外板间的距离；H为海面以上船舶高度（含烟囱、排气管及吊机）。对于声压级的测量，LR允许测量倍频程声压级，但要求对于港内停泊工况测量要在至少3个高度测量，即3.5 m、H/2及H处，且同一高度相邻两测点间距不能大于5 m。这意味着对于尺寸稍大的船舶其要求的测点数量将非常多，并且需要特殊的工具或设备以在较高的高度进行声压级的测量，这可能对直接测量带来较大的挑战。

图4 LR要求的考核点示意图

2 DNV外部噪声船级符号Quiet

DNV的Quiet符号最初于2019年7月正式发布。自DNV发布该符号以来，国内外已有数条船获得或申请该符号。初版规范中该符号的目的主要为了体现船舶实际的外部噪声水平，而没有规定限值。这意味任何船只在进行了外部噪声测量后均可能获得该符号。Quiet符号的要求于2021年7月进行较大范围的更新，与之前版本相比最主要变化为新版规范制定了不同等级的衡准。为与另外两家船级社的外部噪声符号进行横向对比，本文仅讨论2021年7月版Quiet符号的要求。

DNV的Quiet符号适用于2个停泊工况，即停泊空闲工况和停泊工作工况。符号给出了3个等级的衡准要求，每个等级需同时满足3个指标，2工况可匹配不同的等级符号，见表2。

表1 DNV Quiet符号衡准

表2 ABS AIRN/AIRN+符号衡准

DNV没有要求船舶早期设计时预报船舶的外部噪声。判断船舶是否满足Quiet符号的要求完全取决于验证性测量的结果。对于验证性测量 DNV同样允许2种方式：

1）远场测量（Far Distance Measurements）

远场测量须测量距离船舶舷侧100 m处的声压级水平。此外也需要测量船上影响外部噪声的各局部噪声源的声功率，用于叠加计算得到全船声功率。

DNV对指定距离测量声压级的具体要求可参照具体的指导文件[8]。相比LR，DNV对指定距离处直接测量声压级的要求相对宽松一些，如：DNV仅要求测点需要高于海面3.5 m，而未要求更高位置的测量结果；相邻两侧点间距不高于10 m，也更为宽松。DNV允许船舶于码头停泊时进行测量，但也明确要求了测点位置须在海面上而不能选择在陆地/码头上，且船舶的左、右舷侧的外部噪声均须进行测量和记录。测点的布置可参考图 5。其中，D1为测点与船体外板的距离，应介于50～150 m；D2为每2个相邻测点的间距，不大于10 m；H1为舶水平面以上的高度（含排烟管结构）；H2为测点与海面间的高度，不低于3.5 m。

图5 DNV Quiet远场测量外部噪声的测点示意图

测量的声压级水平应至少比背景噪声高4 dB，否则应适当缩短测点与船体间的距离，但不能低于50 m。测量结果应根据实际的距离换算成100 m的声压级。

值得注意的是，DNV对记录数据的要求为25 Hz～10 kHz的1/3倍频程数据，这对测量设备及其设置有一定要求。

2）近场局部噪声源声功率测量（Individual Source Levels）

近场测量的工作量相对较少，仅须测量各局部噪声源的声功率，之后通过后续建模计算得到船侧100 m处的声压级；同样需要对各局部声源的声功率叠加计算得到全船声功率。

对于近场局部噪声源声功率测量，DNV要求后续建模计算所用的模型须体现船体外壳、上层建筑及船舶附近的水面的影响。噪声源要求以点声源的形式体现到模型中，并要考虑其指向性。DNV的指导文件列出了排烟管排气噪声的指向性系数供参考。

3 ABS外部噪声船级符号AIRN/AIRN+和AIRN-M(a, b)

ABS的外部噪声符号于2021年5月发布。符号给出了两个等级的限值，当满足相应限值时可授予AIRN或AIRN+符号。此外对于按照ABS规范进行外部噪声测量但未与其限值进行比对的也可授予AIRN-M(a, b)符号，其中a表示31.5～8 000 Hz范围的全频段A计权声压级，b表示31.5～160 Hz低频范围声压级。

与DNV的要求类似，ABS也未要求设计阶段的计算及预报，符号的授予取决于后期实船测量的结果。ABS要求的测量工况为码头停泊工作工况，但其要求的限值衡准较为简单，即仅需比对距离船体100 m处测量的声压级水平，见表3。

ABS也接受2种测量方法：

1）远场直接测量

ABS对远场测量的要求较为简单，测点高度须为水面上至少 3.5 m，距离船体前、后、左、右100 m各布置一个测点，共4个测点位置，见图6。

图6 ABS AIRN/AIRN+及AIRN-M(a, b)远场测量外部噪声的测点示意图

测量的声压级应高于背景噪声至少3 dB，否则可适当缩短测点与船体间的距离，最短可为80 m，然后对测量结果根据距离换算成100 m的声压级水平。

2）近场测量

与其他两家船级社的要求相似，ABS对近场测量的要求为测量局部噪声源声功率，根据测量的声功率数据进行数值计算得到距船100 m处的声压级。

4 3个船级社的外部噪声船级符号横向对比

各船级社对外部噪声的测量流程及细节要求均有所区别。但其中有一些近似内容可以进行横向对比，对比结果见表4。

表4 3家船级社外部噪声船级符号对比

根据表格的横向对比可得一些汇总信息：

1）ABS对测量工况的要求最简单，仅一个系泊工作工况。LR对测量工况要求更多，且是唯一要求对低速航行工况测量的船级社。

2）DNV在规范中明确说明姊妹船也须测量方可获得符号。其他2家船级社对姊妹船测量的要求没有具体说明。

3）LR更倾向于通过近场测量和3D模型计算模拟来反映船舶的外部噪声水平，并建议在设计早期需预报船舶的外部噪声水平。DNV与ABS也接受基于局部噪声源的声功率测量数据通过3D模型计算距离船舶指定距离的声压级，但同时也提出了较为实际的直接测量声压级的方法。

4）对于近场测量后的建模计算，3家船级社均要求考虑声源的指向性，但只有DNV在其指导文件中给出了排气噪声的指向性系数建议。

5）ABS对远场测量的要求最为简单，测点也最少。LR允许远场测量，但在H/2及H高度测量会比较困难。

6）LR及DNV除了要求指定距离的声压级，还对全船声功率级有所要求。ABS仅要求对比100 m处的声压级。

7）3家船级社外部噪声的测量参数不同，但根据可横向对比的参数即100 m处最大A计权声压级，3个符号所有等级中限值最宽松的为DNV的3级，即63 dB(A)，限值最严格的为LR的SQ，等效换算值约36 dB(A)。但需注意的是，ABS要求的测点较少，测点位置距离主要噪声源的位置也可能较远。这意味着存在测量数据满足ABS的AIRN但不满足DNV的Quiet(W-1)的可能性。

8）3家船级社均对建模计算所使用的数据有所要求，其中DNV要求最高，为25 Hz～10 kHz的1/3倍频程数据。

9）如都选择远场测量方法，3个符号中 ABS要求的测量工作量最少，LR的工作量最大。

5 结论

人们对环境的舒适度越来越重视，船舶的外部噪声问题预计也会逐渐由新兴变得流行。本文对现有船级符号的相关要求进行了汇总和对比，归纳了不同船级社对其外部噪测量或计算的要求的特点，可为相关技术人员节省信息搜集的时间成本，也可为船东、船厂和标准制定单位提供一定参考。