噪声与振动控制工程学的发展与环境

中国环境学会  2011年 06月22日

  姜鹏明 Ph.D  (北京绿创声学工程股份有限公司,北京 100080)

 

  摘  要:本文从中国声环境的现状,论述了城市发展模式与生态文明的内涵,分析了我国噪声与振动法规标准的现状与前景;提出了噪声与振动控制(NVC)工程的服务业本质,并指出NVC工程学的二大任务和三大发展趋势,最后,就NVC工程学在中国发展的市场环境、政策环境、体制环境做了探讨和分析。
  关键词:NVC,噪声控制,声环境,标准,市场,体制
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  1. 中国的声环境现状随着我国经济的飞速发展,在工业化、城市化的进程中,由于对声环境的建设处于凌散、随机的自发控制状态,声环境质量有不断恶化的趋势。
 
  1.1 数量:噪声源数量暴涨
  ①  流动噪声源:
  机动车保有量1.86亿辆,占全世界第二。内陆江河湖还有大量的机动船,特种车辆。航空客运超过1亿人/年,货运100亿吨公里;铁路、城铁超过8万公里。
  ②  动力噪声源:
  装机容量超过7亿千瓦。电网犹如天网;星罗棋布的输变电换流站、遍布各地的发电厂,自备电站,余热发电站犹如地网;
  ③  工业噪声源:
  我国的一产、二产成为世界制造厂,钢铁、水泥、机械加工、纺织规模世界领先;
  ④  建筑噪声源:
  07年竣工面积约50亿平方米,每年增幅超过20%。中国是个大建筑建材生产工地。施工装修噪声和建筑物的使用噪声(空调、电梯、采暖、上下水、通风等)普遍存在。
  ⑤  生活噪声源:
  例如吸尘、唱歌、练琴、吵架、搓麻、音响;在宠物商店、餐馆、影剧院、车站、各类商场超市等门口常有大音箱播放震耳的音乐;遍布全市的报刊亭也常使用小喇叭广播。
  1.2 范围:几乎覆盖了社会生活的各个角落;
  1.3 时间:模糊了昼夜的区别;
  1.4 空间:模糊了城区和乡镇的区别、建筑物高低的区别;
  1.5 强度:与人口的密集度成正相关。
  究其原因,工业化促进了城镇化,经济全球化加速了城镇化进程。工业化是因,城镇化、全球化是果。
 
  2. 迄今为止三个形态的人类文明,孕育了三种社会经济形态:自发文明-自然经济;自我文明-工业经济;自觉文明=生态文明-循环经济。自然生态有四个基本规律:
 
  ① 物物相连(系统思考的依据)
  ② 物质不灭(质能转换依据)
  ③ 自然趋向最可靠(人适天和)
  ④ 取此失彼(差异同一的辩证法)
  工业化、全球化促进了城镇化的发展。我国的城镇化从1949年的11.2%,增加到1979年的18%,30年增加6.8%,近2 亿人。从1979年到2005年的25年间,增长到43.35%,增长了25%,5.6 亿城市人口发达国家城市化率55-60%,中国还可能增加12-17%,达到 8-9 亿人。中国的农民工不再当候鸟,大量变成城市人口。再看看城镇人的生活质量,互联网全球流行的同时,流行病大面积传播,如非典,禽流感;公共饮食安全问题突出,如苏丹红,三聚氰胺;公共交通安全事故、停电的灾害(雪灾);水污染、空气污染、噪声污染、光污染,热污染…….。由于电网电站的数量增加,高压、超高压、特高压…能使人发疯的低频噪声,在全国各类环境污染投诉中,噪声污染投诉率高达64%!噪声引起的损伤以至于死亡,大幅增加!
  工业经济的边界已经显现。中国的工业文明刚刚姗姗来迟,自觉生态文明的晨钟便已经敲响。人们厌恶工业革命带来的恶果,却垂涎它所创造的物质财富;向往生态文明的天国,却迷茫眼前的得失。
  规模、效率、效益-工业文明中衡量发展的主要尺度。当这些尺度的使用扩大到社会各个方面,模糊了域定的范畴,就给社会造成了危害。由此形成了社会与生命的两个怪圈。
  文明的转型期的社会基本矛盾突出表现为个人欲望的无限性与自然资源的有限性。(个人欲望或称价值追求,包括精神与物质的需求)
  有人认为噪声与振动控制是环境保护领域的奢侈品。其实,良好的声环境,本质是环境中的物质在和谐的运动,这也是有限和宝贵的资源.
 
  3.我国噪声法规标准的现状与前景依据《中华人民共和国环境噪声污染防治法》,环境噪声标准分为声环境质量标准、噪声排放(或控制)标准和产品噪声辐射标准三个层面。
 
  3.1. 声环境质量标准:
  保证人健康的声环境质量标准:评价环境噪声的量化指标,制定高噪声活动或场所噪声排放(控制)标准和高噪声产品噪声辐射标准的法理基础和科学依据,其制订和实施来自环境噪声污染防治法律的授权。
  声环境质量标准是从受体保护(睡眠、交谈思考、听力损伤、主观烦恼度)的角度,分功能区(居住区、商业区、工业区、交通干线两侧区域等)或保护目标规定标准限值要求,遵循敏感点控制的原则。
  3.2. 噪声排放(或控制)标准
  我国《城市区域环境噪声标准GB3096-93》修订后,乡村亦纳入《声环境质量标准GB3096-2008》。针对高噪声活动或场所的噪声排放标准:政府及相关部门实施环境噪声管理的行政措施依据 ,具有法律约束力。噪声管制性质的标准有:《工业企业厂界环境噪声排放标准GB 12348-2008》,《建筑施工厂界噪声限值GB12523-90》,《社会生活环境噪声排放标准GB22337-2008》,《铁路边界噪声限值及其测量方法GB-12525-90》等。
  3.3. 产品噪声辐射标准
  针对高噪声产品的噪声辐射标准,噪声辐射水平主要针对建筑和家庭用设备、工程机械、机动车辆、铁路机车、飞机等高噪声产品而规定。与声环境质量或噪声排放(控制)标准采用的等效连续A声级(Leq)不同,它通常使用声功率级(Lw)或声压级(Lp)。我国对机动车、铁路列车、拖拉机等一些类别的高噪声产品已经制订了噪声辐射标准。今后将借鉴欧盟、美国等的噪声控制经验,重点制订室外移动设备的噪声辐射标准
  3.4. 相关噪声的标准与其他排放标准
  相关噪声的标准与其他排放标准相互制约的趋势明显。例如,
  ① 噪声与振动排放制约了“响动”工业产品四方面的发展:标准、性能、使用舒适度和成本。
  ② “执两用中”的中庸选择;
  ③ 以人为本的出发点和落脚点。
  例如,05年国家公布实施的三个汽车相关标准,1、轻型汽车污染物排放限值及测量方法(国III、IV阶段)GB18352.3-2005;2、汽车加速行驶车外噪声限值及测量方法GB1495-2002,3、乘用车燃料消耗量限值GB19578-2004,新车型第一阶段2005.7.1开始执行。同时满足排放、噪声、油耗三个标准是对传统设计理论的挑战。
  其他案例:汽车无级变速混合动力节能系统,技术发展受阻于噪声振动的案例,超级计算机服务器机柜设计。
  汽车百年前出生时“响亮的啼哭”-人类有缺陷的孩子。第一个汽车法规-红旗法,第一个汽车污染执法,第一个汽车排放控制专利,都是针对噪声而产生的。
 
  4. 噪声与振动控制工程的服务业本质NVC工程的本质是服务业。因此决定了NVC工程学的信息学特征。
 
  物质的存在形式决定了质量、能量和信息量是任何时候都不可分割地统一体。而物质的运动和联系则是质量流、能量流和信息流关于时间空间的变化。信息是一切能量形式的变化和质、能转换的中介,而噪声与振动则是物质运动过程中重要的信息表达形式。
  由此决定了,NVC是解决物质运动相互关系的和谐与平衡,由此决定了其具有“服务业”的本质。其工程形式为整体解决方案。从这个意义上说,噪声与振动就是工业化的“脚步声”。
  4.1NVC工程学的二大任务
  (一)根据人对物质运动所传递出的声动信息的主观感受调节其平衡;
  (二)根据物质运动所传递出的声动信息而判断物质运动的客观状况并加以干预;如:故障诊断,地震预测;
  4.2NVC工程学三个重要发展趋势
  4.2.1   技有界而用无疆。运动是物质的存在形式。理论上,噪声与振动控制可用于一切物体相互作用的场合。科学上的限制条件更加刚性,而噪声控制工程的应用范围随着经济发展领域的扩大而迅猛扩大。涉及到如下概念:
  1.         科学边界的重要性问题
  2.         声学概念的物理边界
  3.         控制技术与使用边界
  4.         不断扩大的应用领域
  5.         对人性的影响(以人为本)
  4.2.2   守其有而用其无。质能转换的同一性和信息形式的多样性,使得达到平衡目的的关键往往是各学科技术手段的平衡,而不在NVC技术本身。是在对其它学科技术的正确综合运用。
  根据NVC工程学的科学发展图式,无论在机理和应用层面,都与流体力学、固体力学,材料学、热力学,语言学、心理学和医学等有着多层面的交叉点。
  4.3.3   新材料,新方法,新评价。学科的综合运用使得原有技术已经不能完全满足现实的要求,需求呼唤技术创新。由此带来新的评价方法;
  新的应用需求带来大量信息的随机流动,这就可能触发新的有序,触发进入非线性远离平衡区的谐振,产生全新的信息稳定结构。这就是人们执着追求的顿悟和灵感生发的物理机制。
  例如,大量新的声学材料的产生往往是由于安全、美观和性价比所催生,引入流体力学原理和电学整流原理的声学设计结构,把声学和其他性能要求综合平衡考虑的评价方法层出不穷。
  4.3   噪声控制工程学的运用之道:一分为三
  由于NVC是实践性极强的工程学,效果立竿见影,涉及的对象庞杂,学科交叉,因此工程技术人员对NVC技术的运用在主观上往往表现为经过三个层级:
  首先从手中无“剑”(指技术手段),到“手中有剑”;这也是技有界,用无疆的要求。或称为认识一:具象,感性的认识;例如绿创声学公司遇到的许多中外首例的项目,或化工,或电力,数百声源,所用无非吸、隔、消、阻(尼)多种组合,无数变化;这叫看山是山;
  第二层级达到从手中有剑到“心中有剑”;这是守其有,用其无的境界,也是认识二:具象到抽象,现象到本质的理性升华。电力有电力的规律,化工有化工的要求,知道何时何地用何方法,并非易事。看山已不是山;
  第三层级,则是从心中有剑,到“手中无剑”。因为此时的手中之剑已不是彼时的手中之剑,而是经过创新的整体解决方案,已是可以举一反三,此时的化工电力,又在理性的层面上还原为NVC工程学。即认识三:现象与本质的合一。看山还是山。这就是悟性的产生。真正的优秀工程技术人员,是具备这样的能力的。
 
  5. 中国NVC工程学发展环境的探讨5.1 NVC工程的市场、体制和政策环境
 
  (1)      需求:由于其服务业的特性,分散于各个行业中的隐性需求逐步发展为显性需求;
  工程的数量和规模迅速扩大。数千万以上的单个工程开始出现;
  (2)      企业:没有行政性垄断企业;有利有弊,利多弊少;非公经济企业是发展的主体。
  (3)      行业:从咨询、研发、设计、制造、工程、评价的产业链已经形成;行业分工逐步从内化到外化;骨干企业整合资源将服务流程内化,以满足客户对整体解决方案的需求;
  (4)      竞争:投标已成为主体格局;专家评审为特色。政府采购开始出现;
  (5)      产品:-工程产品化。从产品-设备-装备的发展历程。价值数千万的成台套装备开始出现。
  (6)      专业化:专营企业明显增加;可有可无,兼设兼造的企业有所减少。噪声与振动控制工程已经发展成为:NVC工程学。
  5.2 国内环保市场政策环境的历史性转变
  中国的环保政策出现了重大的“三个转变”:
  从重经济增长轻环境保护转变为保护环境和经济增长并重;从环境保护滞后于经济发展转变为环境保护和经济发展同步;从主要用行政办法保护环境转变为综合运用法律、经济、技术和必要的行政办法解决环境问题。-摘自2006年在《第六次全国环保大会上的讲话》
  从“谁污染,谁治理”这样幼稚的政策,转变为“谁开发谁保护、谁破坏谁恢复、谁受益谁补偿、谁排污谁付费 ”。“加强环境保护,必须发展环保产业。要积极发展环保装备制造业,加快发展环保服务业,支持各类所有制企业参与污染治理和环保产业发展,培育一批有实力、有竞争力的环保企业和企业集团,促进环保产业成为具有良好经济效益和社会效益的新兴支柱产业。”——摘自2006年在《第六次全国环保大会上的讲话》
  5.3行业骨干企业的快速发展
  在这样的市场环境下,产生了一批从事声学工程的骨干企业。例如北京绿创声学工程股份有限公司,是绿创环保集团旗下专营声学工程的股份制企业,以民营资本为主,首钢、劳保所和声学所国有法人股参股的产权机制;其研发平台是劳保所带领下建立的国家城市环境噪声与振动控制技术工程中心,建立了完整的消声器实验室和生产制造平台,完成了数个国内首创NVC工程:
  第一座大型输变电换流站噪声综合达标工程
  首例环境噪声一类标准的燃气电厂
  首座城市燃煤发电厂噪声达标工程
  首座水泥厂环境噪声达标工程设计
  第一个在国际设计评审中获得七项第一的汽车消声器……
  在2009年,绿创在行业专家、客户、政府的关注和支持下,完成了声学工程行业值得记住的两个事件:
  ① 注册成立了中国第一个专营甲级声学工程设计研究院;
  ② 两个5000万以上的大型综合NVC工程,一次验收达标。这标志着在闹市区大型工业电厂可以达到环境噪声一类标准,为国内外类似工程提供了整体解决案例;实践了NVC与多个学科、多种设备、城市景观环境融合协调的成功案例。
 
  The Environment & Development of Noise and vibration Control Engineering
  Pengming  Jiang  (Ph.D)
  (Beijing Greentec Acoustics Engineering Holdings Co., Ltd,100080,Cnina)
  Abstract:According to Acoustics environment in China, the city’s actual structure model & the key values of Eco-civilization are discussed. The legislations and technical standard system and its revision of NVC engineering in China are analysis. The article point out NVC belongs to service industry, its two mission & three developing trends are point out. Also, the Government legislation, principles , and economical system are discussed.
  Keywords:NVC,Noise control,Acoustics environment,legislations
 
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