Исследование процессов образования и снижение шума

Разработка карты шума промышленного предприятия

Автор: Буторина М.В.

Проблема повышенного воздействия шума на работников предприятий остается важнейшим вопросом охраны труда. Воздействие шума, превышающее нормативные значения, может привести к ряду серьезных нарушений здоровья, в первую очередь, к возникновению тугоухости. По данным Государственного доклада Роспотребнадзора «О состоянии санитарно-эпидемиологического благополучия населения в Российской Федерации в 2017 году» на первом месте среди профессиональных заболеваний на первом месте среди профессиональных заболеваний стоят заболевания вследствие чрезмерного воздействия на работников физических факторов производственных процессов. В 2017 году доля таких заболеваний составила 48 % от общего числа профессиональных патологий. Среди профессиональных заболеваний, вызванных чрезмерным воздействием физических факторов, большую часть занимает нейросенсорная тугоухость, которая составляет 59 %. Помимо тугоухости повышенные уровни шума могут вызывать такие заболевания сердечно-сосудистой, нервной, эндокринной и пищеварительной системы. В связи с этим проблема снижения воздействия повышенных уровней шума на рабочих местах становится одной из важнейших задач в организации трудового процесса.
Наиболее удобным источником информации об акустической ситуации являются карты шума, они служат также действенным инструментом контроля и борьбы с шумом.
Борьба с шумом в Европе опирается на солидную нормативную базу, здесь действует практика принятия Директив Европейского Парламента, которые направлены на соблюдение единых требований, норм, измерительных процедур и пр. в области борьбы с шумом. Например:

  • Директива 2000/14/ЕС «О шуме оборудования во внешней среде»;
  • Директива 2002/49/ЕС «Об оценке шума в окружающей среде»;
  • Директива 2003/10/ЕС «О требованиях к безопасности и здоровью рабочих под действием шума».

В России составление карт шума в составе проектов строительства и реконструкции объектов является одним из основных требований, действующих строительных норм и правил (СП 51.13330.2011 Актуализированная редакция СНиП 23-03-2003 «Защита от шума»).
В современной практике используется два основных вида карт шума:
1. Карты шума, построенные по результатам натурных исследований.
2. Карты шума, полученные в результате расчетов.
Карты шума на текущий период, служащие для оценки существующего шумового режима и входящие в состав проектной документации при разработке технико-экономических основ развития города, выполняются по результатам натурных измерений уровней источников шума и расчетов распространения шума на территории и в помещениях. Основной задачей натурных измерений является мониторинг уровней шума.
Карты шума на расчетный и перспективный период разрабатываются расчетными методами. Процесс составления такой карты можно подразделить на следующие этапы:
1) сбор данных об источниках шума (транспорт, промышленные источники и т.п.);
2) составление модели местности (рельеф, здания, помещения и т.п.);
3) расчет распространения шума по действующим методикам;
4) анализ полученных данных и разработка рекомендаций.
Собранные на первом этапе данные используются для расчета распространения шума по стандартизованным методикам. При моделировании распространения звука в застройке или в помещении используется трехмерная модель зданий. Результаты расчетов накладываются на оцифрованную карту расчетного участка.
В зависимости от целей планирования применяются шумовые карты различных масштабов. Крупномасштабные карты применяются при принятии решений о выборе места размещения новых источников шума и объектов, требующих защиты. Такие карты составляется на основе официального издания карты местности, изображающей существенные детали отдельных зданий, автодорожных сооружений и промышленных зон, сельхозтерритории, зеленые насаждения, а также горизонтали, указывающие высоту над уровнем моря. На шумовой карте по результатам расчетов наносятся зоны с одинаковыми уровнями или вычерчиваются границы шумовых зон. При этом границы зон обозначаются кривыми между шумовыми зонами, кратными 5 дБА. Границы зон обозначаются их верхними и нижними пределами, а сами зоны выделяются различными цветами в зависимости от уровня шума.
Новое направление в разработке карт шума – это применение программного обеспечения для расчета уровней шума в любой точке предприятия или городской застройки. В качестве исходных данных для построения карты шума применяются цифровые карты местности и зданий, а также результаты инструментальных измерений и расчетов шума мобильных и стационарных источников. Калибровка карт шума производится при помощи замеров уровней шума в помещении, на территории предприятия и(или) городской застройки.
На основании западного опыта борьбы с шумом специалистами Германии и США была разработана расчетная компьютерная программа SoundPlan, которая в настоящее время является одним из мировых лидеров программных продуктов для построения карт шумового и прочего загрязнения воздушной среды и проектирования средств защиты от шума. Программный пакет работает под современными операционными системами, включает удобную двух и трехмерную графику, а также расчетные методики, позволяющие проводить картографирование зашумления и загрязнения как помещений, так и таких комплексных объектов со многими источниками шума как мегаполис. Математические модели, лежащие в основе расчетов, основаны на государственных стандартах европейских стран и США. Силами специалистов БГТУ «Военмех» произведен перевод программы на русский язык и адаптация ее к российским расчетным методикам. Исходные данные для построения карт шума в программе SoundPLAN могут быть получены как путем измерений, так и расчетным путем. Исходная информация о местности и защищаемых объектах вводится из геоинформационных систем, файлов AutoCAD либо путем сканирования и оцифровки карт в программе SoundPLAN.
При построении комплексной карты шума в расчет принимаются все виды источников. Для расчета распространения шума территория разбивается по сетке с определенным шагом, наиболее соответствующим целям картирования. После определения уровней шума в расчетных точках сетки точки с равными уровнями звука соединяются изолиниями, в результате чего получаются линии равного уровня звука на территории города с определенным шагом. Наиболее удобен шаг в 5 дБА, который соответствует условиям нормирования шума. Для каждой защищаемой территории в соответствии с ее назначением устанавливаются предельно допустимые уровни шума, и определяется превышение ПДУ. Затем производится разработка шумозащитных мероприятий.
Расчет распространения шума внутри предприятия позволяет ответить на следующие вопросы:

  • Каково воздействие шума на население и работников предприятия;
  • Шум какого источника доминирует;
  • Какие мероприятия шумозащиты наиболее экономичны;
  • Каковы уровни шума в здании и на рабочих местах;
  • Может ли шум, проникающий из здания наружу, быть снижен при помощи новых дверей, окон или ворот;
  • Отвечает ли шумовая нагрузка нормативным требованиям;
  • Насколько эффективны шумозащитные мероприятия.

Расчет внутреннего уровня шума производится внутри помещения по результатам шумовых характеристик оборудования, полученных в результате измерений или по паспортам оборудования. Далее рассчитывается распространение шума наружу при помощи следующих шагов:
1. Подготовительный шаг в библиотеке: задаются формы спектров звукоизоляции, поглощения и эмиссии в библиотеке проекта.
2. Задается промышленное здание.
3. Выполняется преобразование фасадов в источники шума и присвоение им спектров звукоизоляции.
4. Определяются свойства спектра поглощения для расчета внутренних уровней шума.
5. Определяются источники шума в промышленном здании.
6. Рассчитывается проникновение внутреннего шума наружу через проемы и внешние ограждения
7. Производится расчет распространения шума снаружи
Пример расчета уровней шума внутри помещения (шаги 1-5) представлен на рис. 1.

Рис. 1. Распространение шума внутри производственного помещения

В результате моделирования шума внутри помещения автоматически создаются вторичные внешние источники шума, моделируя проникновение шума через окна, двери, ворота и т.п.
Рис. 2-3 показывают результат расчета плоской карты шума с учетом шума, проникающего из промышленных зданий.

Рис. 2. Расчет распространения шума из производственных помещений на прилегающую территорию

При помощи моделирования можно видеть значительную разницу уровней шума у фасада с проемами и у остальных фасадов.
Оценить уровни шума и основные источники, создающие превышения на прилегающей территории, а также внести данную информацию в BIM можно при помощи трехмерной карты распространения шума (рис. 3).

Рис. 3. Трехмерная карта распространения шума снаружи предприятия

SoundPLAN оценивает шумовое воздействие от объектов промышленного комплекса, которые насчитывают сотни различных источников, а также выбирать шумозащитные мероприятия. По результатам разработки карт шума определяются основные мероприятия, направленные на снижение шума в производственных помещениях и не прилегающей территории. Основными направлениями борьбы с шумом являются:
1. Подавление шума в источнике при помощи конструктивных методов (кожухи, капоты, глушители, применение малошумного оборудования).
2. Снижение шума на пути его распространения (рациональное планирование территорий, установка экранов, использование насыпей и выемок).
3. Снижение шума в объекте шумозащиты (шумозащитное остекление домов, повышение звукоизоляции конструкций).
Основным мероприятием по снижению шума промышленных предприятий является разработка и применение шумозащитных мероприятий (увеличение звукоизоляции ограждающих конструкций, применение локальных акустических экранов, применение глушителей вентиляционного оборудования, капотов и кожухов на шумном оборудовании, перенос компрессорных станций). Шумозащитные мероприятия ранжируются в соответствии с эффективностью, можно также произвести оценку по стоимости мероприятий и оценку рисков для работников до и после применения шумозащиты.