外部噪聲船級符號介紹與分析

王 墨，王毅娜

（1. 挪威船級社（中國）有限公司，上海 200336；2. 上海船用柴油機研究所，上海 201108）

0 引言

船舶外部空氣傳播噪聲（船舶外部噪聲）通常指船舶航行或停泊時因必要的機械設備工作而向外輻射的噪聲。對于普通貨船在港口時的外部噪聲源主要有排煙管、機艙風機進/排氣口、冷凍系統、吊機等；對于油船，位于開敞甲板的管路也會向外輻射噪聲；對于客船或滾裝船，其生活區或貨艙風機的進/排氣口也對外部噪聲產生重要影響[1]。常見海船的外部噪聲源見圖1。

圖1 船舶停泊時外部噪聲源示意圖

船舶過大的外部噪聲排放將會干擾港口及港口附近的住宅、工作區域，對港口區域環境的影響較大。近年來，船舶的噪聲排放已逐漸成為港口重點考慮的環境問題。減少船舶噪音排放以改善環境質量的需求不斷增加。如歐盟的船舶減振降噪創新解決方案項目制定了船舶外部噪聲的測量方法。此外世界港口可持續發展計劃（World Ports Sustainability Program，WPSP）決定自 2020年起將船舶外部噪聲納入船舶環境指數（Environmental Ship Index，ESI）公式，對較為安靜的船只其港口費用可予以折減。

外部噪聲的要求常見于中小型游艇，針對游艇的外部噪聲測量已有國際標準和國家標準供參考[2-3]。近幾年國內新造的客滾船上常見有外部噪聲要求，但主要因為此前沒有可參照的統一標準或規范，外部噪聲的具體技術指標均由船東進行指定。有些指標要求相對比較嚴格，如船廠早期沒有對外部噪聲的要求進行評估，后期可能要花費較大的成本以滿足這項要求。

為衡量和把控船舶外部噪聲的水平，截至2021年底已有3家主流的船級社發布了針對船舶外部噪聲的志愿性船級符號。按發布時間的先后順序為英國勞氏船級社（Lloyd’s Register，LR）的ABN[4]、挪威船級社（Det Norske Veritas，DNV）的QUIET[5]及美國船級社（American Bureau of Shipping，ABS）的AIRN/AIRN+/AIRN-M(a, b)[6]。本文主要對這3個船級符號的相關要求的特點進行介紹和對比，為相關技術人員把控船舶的外部噪聲水平提供參考。

1 LR外部噪聲船級符號ABN

LR的ABN符號發布于2019年1月，是各大船級社中第一個面向船舶外部噪聲的船級符號[7]。截至 2021年底該符號的相關要求暫未進行更新。ABN符號針對不同的船型（主要區別海船與內河船）定義了5個外部噪聲大小的等級，從最嚴格至最寬松依次為ABN(SQ)、ABN(Q)、ABN(S)、ABN(IW)和ABN(C)，見表1。船只需同時滿足港內停泊和5節低速航行2種工況下的全船聲功率及對應距離的聲壓級共四項指標時方可獲得該入級符號。值得一提的是，LR的ABN是3家船級社中唯一對航行工況進行考核的符號。

表1 LR ABN符號衡準

為獲得LR的ABN符號，規范建議船舶在早期設計階段即對外部噪聲水平進行建模計算預報。其目的是盡早判斷船上各噪聲源對外部噪聲的影響并在設計階段規避超標的風險。LR在規范中已對計算的過程提出具體要求及建議，模型和計算結果可參考圖2和圖3，此處不再進行贅述。

圖2 LR建議的3D計算模型

圖3 噪聲云圖

值得注意的是，LR要求計算時應至少覆蓋31.5～8 000.0 Hz頻率范圍的倍頻程噪聲水平，而通常的設備商提供的噪聲數據可能為63～8 000 Hz的倍頻程噪聲數據，31.5 Hz處的噪聲數據有可能缺失。此外，一些商業噪聲計算軟件也僅可設置63～8 000 Hz倍頻程噪聲水平，對計算工具/軟件的選擇應額外注意。規范建議設計階段的預報結果與限值間應保持至少3 dB余量。

對于交船前的驗證性測量LR允許2種測量方法：

1）近場測量（Near-Field Method）

LR規定近場測量的流程首先要對各噪聲源近場測量其聲功率，然后將測量的聲功率數據代入到前期預報計算時所使用的3D模型中重新計算分析以得到要求的聲功率級及聲壓級。如由第三方認證公司進行的計算，其計算過程也要得到LR的批準/認可。

2）遠場直接測量（Direct Measurements）

LR也接受遠場直接測量指定距離的聲壓級和全船聲功率。聲壓級須根據ISO 2922進行測量，聲功率須根據ISO 8297進行測量。LR要求的考核點見圖4，圖4中d為水平方向測點與船體外板間的距離；H為海面以上船舶高度（含煙囪、排氣管及吊機）。對于聲壓級的測量，LR允許測量倍頻程聲壓級，但要求對于港內停泊工況測量要在至少3個高度測量，即3.5 m、H/2及H處，且同一高度相鄰兩測點間距不能大于5 m。這意味著對于尺寸稍大的船舶其要求的測點數量將非常多，并且需要特殊的工具或設備以在較高的高度進行聲壓級的測量，這可能對直接測量帶來較大的挑戰。

圖4 LR要求的考核點示意圖

2 DNV外部噪聲船級符號Quiet

DNV的Quiet符號最初于2019年7月正式發布。自DNV發布該符號以來，國內外已有數條船獲得或申請該符號。初版規范中該符號的目的主要為了體現船舶實際的外部噪聲水平，而沒有規定限值。這意味任何船只在進行了外部噪聲測量后均可能獲得該符號。Quiet符號的要求于2021年7月進行較大范圍的更新，與之前版本相比最主要變化為新版規范制定了不同等級的衡準。為與另外兩家船級社的外部噪聲符號進行橫向對比，本文僅討論2021年7月版Quiet符號的要求。

DNV的Quiet符號適用于2個停泊工況，即停泊空閑工況和停泊工作工況。符號給出了3個等級的衡準要求，每個等級需同時滿足3個指標，2工況可匹配不同的等級符號，見表2。

表1 DNV Quiet符號衡準

表2 ABS AIRN/AIRN+符號衡準

DNV沒有要求船舶早期設計時預報船舶的外部噪聲。判斷船舶是否滿足Quiet符號的要求完全取決于驗證性測量的結果。對于驗證性測量 DNV同樣允許2種方式：

1）遠場測量（Far Distance Measurements）

遠場測量須測量距離船舶舷側100 m處的聲壓級水平。此外也需要測量船上影響外部噪聲的各局部噪聲源的聲功率，用于疊加計算得到全船聲功率。

DNV對指定距離測量聲壓級的具體要求可參照具體的指導文件[8]。相比LR，DNV對指定距離處直接測量聲壓級的要求相對寬松一些，如：DNV僅要求測點需要高于海面3.5 m，而未要求更高位置的測量結果；相鄰兩側點間距不高于10 m，也更為寬松。DNV允許船舶于碼頭停泊時進行測量，但也明確要求了測點位置須在海面上而不能選擇在陸地/碼頭上，且船舶的左、右舷側的外部噪聲均須進行測量和記錄。測點的布置可參考圖 5。其中，D1為測點與船體外板的距離，應介于50～150 m；D2為每2個相鄰測點的間距，不大于10 m；H1為舶水平面以上的高度（含排煙管結構）；H2為測點與海面間的高度，不低于3.5 m。

圖5 DNV Quiet遠場測量外部噪聲的測點示意圖

測量的聲壓級水平應至少比背景噪聲高4 dB，否則應適當縮短測點與船體間的距離，但不能低于50 m。測量結果應根據實際的距離換算成100 m的聲壓級。

值得注意的是，DNV對記錄數據的要求為25 Hz～10 kHz的1/3倍頻程數據，這對測量設備及其設置有一定要求。

2）近場局部噪聲源聲功率測量（Individual Source Levels）

近場測量的工作量相對較少，僅須測量各局部噪聲源的聲功率，之后通過后續建模計算得到船側100 m處的聲壓級；同樣需要對各局部聲源的聲功率疊加計算得到全船聲功率。

對于近場局部噪聲源聲功率測量，DNV要求后續建模計算所用的模型須體現船體外殼、上層建筑及船舶附近的水面的影響。噪聲源要求以點聲源的形式體現到模型中，并要考慮其指向性。DNV的指導文件列出了排煙管排氣噪聲的指向性系數供參考。

3 ABS外部噪聲船級符號AIRN/AIRN+和AIRN-M(a, b)

ABS的外部噪聲符號于2021年5月發布。符號給出了兩個等級的限值，當滿足相應限值時可授予AIRN或AIRN+符號。此外對于按照ABS規范進行外部噪聲測量但未與其限值進行比對的也可授予AIRN-M(a, b)符號，其中a表示31.5～8 000 Hz范圍的全頻段A計權聲壓級，b表示31.5～160 Hz低頻范圍聲壓級。

與DNV的要求類似，ABS也未要求設計階段的計算及預報，符號的授予取決于后期實船測量的結果。ABS要求的測量工況為碼頭停泊工作工況，但其要求的限值衡準較為簡單，即僅需比對距離船體100 m處測量的聲壓級水平，見表3。

ABS也接受2種測量方法：

1）遠場直接測量

ABS對遠場測量的要求較為簡單，測點高度須為水面上至少 3.5 m，距離船體前、后、左、右100 m各布置一個測點，共4個測點位置，見圖6。

圖6 ABS AIRN/AIRN+及AIRN-M(a, b)遠場測量外部噪聲的測點示意圖

測量的聲壓級應高于背景噪聲至少3 dB，否則可適當縮短測點與船體間的距離，最短可為80 m，然后對測量結果根據距離換算成100 m的聲壓級水平。

2）近場測量

與其他兩家船級社的要求相似，ABS對近場測量的要求為測量局部噪聲源聲功率，根據測量的聲功率數據進行數值計算得到距船100 m處的聲壓級。

4 3個船級社的外部噪聲船級符號橫向對比

各船級社對外部噪聲的測量流程及細節要求均有所區別。但其中有一些近似內容可以進行橫向對比，對比結果見表4。

表4 3家船級社外部噪聲船級符號對比

根據表格的橫向對比可得一些匯總信息：

1）ABS對測量工況的要求最簡單，僅一個系泊工作工況。LR對測量工況要求更多，且是唯一要求對低速航行工況測量的船級社。

2）DNV在規范中明確說明姊妹船也須測量方可獲得符號。其他2家船級社對姊妹船測量的要求沒有具體說明。

3）LR更傾向于通過近場測量和3D模型計算模擬來反映船舶的外部噪聲水平，并建議在設計早期需預報船舶的外部噪聲水平。DNV與ABS也接受基于局部噪聲源的聲功率測量數據通過3D模型計算距離船舶指定距離的聲壓級，但同時也提出了較為實際的直接測量聲壓級的方法。

4）對于近場測量后的建模計算，3家船級社均要求考慮聲源的指向性，但只有DNV在其指導文件中給出了排氣噪聲的指向性系數建議。

5）ABS對遠場測量的要求最為簡單，測點也最少。LR允許遠場測量，但在H/2及H高度測量會比較困難。

6）LR及DNV除了要求指定距離的聲壓級，還對全船聲功率級有所要求。ABS僅要求對比100 m處的聲壓級。

7）3家船級社外部噪聲的測量參數不同，但根據可橫向對比的參數即100 m處最大A計權聲壓級，3個符號所有等級中限值最寬松的為DNV的3級，即63 dB(A)，限值最嚴格的為LR的SQ，等效換算值約36 dB(A)。但需注意的是，ABS要求的測點較少，測點位置距離主要噪聲源的位置也可能較遠。這意味著存在測量數據滿足ABS的AIRN但不滿足DNV的Quiet(W-1)的可能性。

8）3家船級社均對建模計算所使用的數據有所要求，其中DNV要求最高，為25 Hz～10 kHz的1/3倍頻程數據。

9）如都選擇遠場測量方法，3個符號中 ABS要求的測量工作量最少，LR的工作量最大。

5 結論

人們對環境的舒適度越來越重視，船舶的外部噪聲問題預計也會逐漸由新興變得流行。本文對現有船級符號的相關要求進行了匯總和對比，歸納了不同船級社對其外部噪測量或計算的要求的特點，可為相關技術人員節省信息搜集的時間成本，也可為船東、船廠和標準制定單位提供一定參考。