國(guó)外水面艦船艙室環(huán)境研究

胡忠平

（海軍駐上海滬東中華造船（集團(tuán)）有限公司軍事代表室 上海200129）

引 言

艙室環(huán)境是影響艦船綜合作戰(zhàn)能力的重要因素。美、英等國(guó)都將艦船艙室環(huán)境列為與武器系統(tǒng)同等重要的位置，并對(duì)其進(jìn)行了系統(tǒng)性研究，尤其對(duì)艙室適居性、色彩、照明、空氣環(huán)境、噪聲和新材料等艙室環(huán)境因素進(jìn)行了大量的研究工作，制定了一系列用于指導(dǎo)艦船艙室環(huán)境設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范［1-3］。

為了保證艦員的身心健康，使艦員的身體處于良好的狀態(tài)，美國(guó)早在1975年就宣布實(shí)施艦船適居性工程，并于1979年進(jìn)一步完善了該項(xiàng)目，以提高艦船的綜合作戰(zhàn)能力［4］。美國(guó)國(guó)家環(huán)境衛(wèi)生研究院隨后對(duì)美軍士兵進(jìn)行了調(diào)查，結(jié)果表明艦員對(duì)健康有關(guān)的生活質(zhì)量的滿(mǎn)意程度同他們所表現(xiàn)出來(lái)的工作狀態(tài)呈正相關(guān)性，這也是他們考慮是否繼續(xù)服役的重要因素。

本文從國(guó)外水面艦船的艙室設(shè)計(jì)、艙室環(huán)境包括：艙室內(nèi)裝環(huán)境、艙室空氣環(huán)境、艙室噪聲環(huán)境及新材料應(yīng)用等艙室環(huán)境影響因素出發(fā)、總結(jié)了國(guó)外在該領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀和所取得的成果，同時(shí)也結(jié)合我國(guó)艦船研究發(fā)展的現(xiàn)狀，提出一些合理的建議，以推動(dòng)我國(guó)艦船艙室環(huán)境設(shè)計(jì)的不斷發(fā)展。

1 艙室設(shè)計(jì)

在艦船艙室設(shè)計(jì)方面，國(guó)外多從居住性角度出發(fā)，針對(duì)艦船的生活保障問(wèn)題，制定一系列適居性規(guī)范用于指導(dǎo)艙室設(shè)計(jì)。

美國(guó)提出艦船適居性的概念，并通過(guò)改進(jìn)艙室設(shè)計(jì)改善艦船適居性進(jìn)行了一系列研究工作。如調(diào)查改進(jìn)艦船噪聲與照明的可行性；研究艦船熱應(yīng)激對(duì)艦員的影響及應(yīng)對(duì)措施；研制熱應(yīng)激暴露時(shí)間曲線(xiàn)圖；研制適合艦船不同崗位穿著的冷卻背心與抗菌服裝；建造更適于居住的新艦船等。

在艙室設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)方面，如每個(gè)居住艙室的大小，歐洲一些國(guó)家的海軍部門(mén)對(duì)這個(gè)問(wèn)題有不同的看法。荷蘭皇家海軍認(rèn)為，每個(gè)居住間內(nèi)最多允許10名艦員居??；法國(guó)、英國(guó)與北約的海軍則建議每個(gè)房間最多居住24名艦員；挪威皇家海軍稱(chēng)，每個(gè)房間最多只能允許6名艦員居?。欢聡?guó)海軍則建議在艦船上配備4人、6人或8人居住的房間。對(duì)于軍官和士兵餐廳也盡可能采用小型4～6人桌來(lái)提高就餐效率。法國(guó)水面艦船的生活服務(wù)艙室的設(shè)計(jì)風(fēng)格以休閑為主，為艦員枯燥的海上生活提供了非常好的緩解與放松環(huán)境，其艙室內(nèi)部環(huán)境設(shè)計(jì)很好地體現(xiàn)了“以人為本”、“物為人用”、“一切設(shè)計(jì)圍繞人來(lái)展開(kāi)”的設(shè)計(jì)理念，為改善艦員在海上長(zhǎng)期枯燥的生活提供了很好的解決方案。

2 艙室內(nèi)裝環(huán)境

艦船艙室內(nèi)裝環(huán)境直接影響到艦員的工作、生活質(zhì)量。第二次世界大戰(zhàn)以后，艦船內(nèi)裝日益受到重視，各國(guó)海軍對(duì)艦艇內(nèi)裝有了具體的規(guī)定和要求。大型水面艦船普遍設(shè)有大型休息室、艦員休息區(qū)、學(xué)習(xí)室、圖書(shū)室、餐廳、臥室、浴室、洗衣和熨衣室、文體活動(dòng)室和會(huì)客室以及其他生活配套設(shè)施。隨著新技術(shù)、新材料的不斷應(yīng)用和艦用設(shè)備、武器裝備自動(dòng)化程度的提高，艦船內(nèi)裝環(huán)境也在不斷完善，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

2.1 色 彩

艦員的工作和生活都在海上，活動(dòng)范圍狹小，會(huì)產(chǎn)生獨(dú)特的心理特性，色彩環(huán)境對(duì)其尤為重要。不同的色彩環(huán)境對(duì)艦員的生理和心理會(huì)產(chǎn)生不同的刺激作用，從而對(duì)艦員的工作效率和生活質(zhì)量帶來(lái)不同的影響。因此，在大型水面艦船上營(yíng)造適宜的色彩環(huán)境，對(duì)甲板、艙壁、地板、通道、居住、膳務(wù)、衛(wèi)生、公共活動(dòng)艙室等施以適當(dāng)?shù)纳恃b飾，使艦員感到舒適、愉快，是保障艦員身心健康、提高工作效率的既經(jīng)濟(jì)又重要的途徑，受到各國(guó)海軍的重視。如德國(guó)海軍某水面艦船居住艙室，使用藍(lán)色地毯給人以安靜、沉著和寬闊感，家具主體色為米黃色寓意光明、快樂(lè)，墻壁背景色為白色代表純潔、樸素。該居住艙室整體給人一種安靜、舒適感，能有效保證艦員的休息、睡眠。另外，美國(guó)艦船居住性手冊(cè)與英國(guó)居住性規(guī)范都指出，要針對(duì)艦上的不同區(qū)域匹配適宜的顏色，并與燈光等環(huán)境要素協(xié)調(diào)一致。美國(guó)還專(zhuān)門(mén)制定了一些配色手冊(cè)供設(shè)計(jì)人員或高級(jí)軍官參考使用。

2.2 燈 光

燈光環(huán)境的主要作用是為艦員提供良好的光照條件，獲得最佳的視覺(jué)效果，使室內(nèi)環(huán)境具有某種氣氛和意境，增加艙室環(huán)境的美感與舒適感，因此其具有實(shí)用和藝術(shù)的雙重性作用。另外，艦上不同艙室對(duì)燈光的照度和強(qiáng)度要求不同，燈光設(shè)計(jì)除滿(mǎn)足照度和強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)外，應(yīng)兼具對(duì)艙室有裝飾和虛擬劃分空間的作用。從人的視覺(jué)特性出發(fā)合理設(shè)計(jì)光照環(huán)境，改善艙室內(nèi)光照條件，改善艦船艙室環(huán)境，是提高艦員休息、睡眠質(zhì)量和工作效率的重要方面。美國(guó)海軍強(qiáng)調(diào)根據(jù)不同的功能區(qū)提供適合的照度，考慮人員的心理需求，使生活區(qū)溫馨自然。英國(guó)海軍重視燈具設(shè)計(jì)，光與色的搭配，同時(shí)強(qiáng)調(diào)了不同位置的照度要求。

2.3 美 學(xué)

國(guó)外的水面艦船在設(shè)計(jì)時(shí)，注意色調(diào)和幾何形狀的和諧搭配，注意緩解艦員的視覺(jué)疲勞，同時(shí)結(jié)合艦船內(nèi)部不同位置的結(jié)構(gòu)特征采用曲面形態(tài)與直線(xiàn)形態(tài)對(duì)比結(jié)合的手法，體現(xiàn)空間的造型美感。在艙室形態(tài)環(huán)境設(shè)計(jì)方面，基于水面艦船艙室空間相對(duì)較為狹窄，如何合理利用好這有限的空間，讓艦員在視覺(jué)、觸覺(jué)、心理感覺(jué)等方面都能達(dá)到舒適程度是各國(guó)艙室形態(tài)環(huán)境設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。

3 艙室空氣環(huán)境［5］

為滿(mǎn)足大型水面艦船對(duì)艙室空氣環(huán)境的要求，歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家紛紛引入先進(jìn)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法、設(shè)計(jì)理念和管理模式，不斷對(duì)船用空氣設(shè)備進(jìn)行研發(fā)和升級(jí)換代，使艙室空氣環(huán)境得到明顯改善。主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

3.1 采用先進(jìn)的空調(diào)通風(fēng)設(shè)計(jì)技術(shù)

美國(guó)海軍將先進(jìn)的系統(tǒng)壓力平衡方法和負(fù)荷計(jì)算方法應(yīng)用到艦船艙室空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，在提高傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的精度、最大程度滿(mǎn)足艦員辦公和居住舒適性要求的同時(shí)，又保證了設(shè)備運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)合理性。通過(guò)利用計(jì)算流體力學(xué)方法（CFD），在設(shè)計(jì)階段對(duì)氣流組織進(jìn)行預(yù)測(cè)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)缺點(diǎn)，從而加以改進(jìn)和優(yōu)化。德國(guó)、英國(guó)等國(guó)也在積極嘗試把艦船各艙室作為一個(gè)整體，采用基于數(shù)值方法、圖論和最優(yōu)化理論的流體網(wǎng)絡(luò)法來(lái)分析和解算全船空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)，以對(duì)現(xiàn)有的設(shè)計(jì)、選型方法進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化。在大型水面艦船的通風(fēng)設(shè)計(jì)中，針對(duì)不同的航行狀態(tài)和不同的氣候條件有針對(duì)性地制定通風(fēng)方案。

3.2 注重細(xì)節(jié)和個(gè)性化

大型水面艦船上艙室眾多，且各艙室都有其相應(yīng)的職能和特點(diǎn)，國(guó)外海軍在艙室空氣環(huán)境設(shè)計(jì)時(shí)，為了獲得各艙室內(nèi)良好的空氣環(huán)境，針對(duì)重點(diǎn)艙室進(jìn)行相應(yīng)的個(gè)性化設(shè)計(jì)。例如，大型水面艦船上的洗衣間和廚房?jī)?nèi)所用的設(shè)備會(huì)消耗大量能量并產(chǎn)生過(guò)多的熱量和濕量，且洗衣物時(shí)的纖維，做飯時(shí)的油煙會(huì)積聚在管道內(nèi)，易限制管道內(nèi)氣流的流動(dòng)，降低管道的送排風(fēng)能力，使艙室內(nèi)溫度升高，造成人員的不舒適和勞動(dòng)效率低下。美國(guó)針對(duì)上述問(wèn)題，在洗衣間纖維濃度較高的地方安裝了局部排風(fēng)設(shè)備，廚房?jī)?nèi)采用一體化設(shè)備，減少了廚房設(shè)備的數(shù)量和空間及通風(fēng)系統(tǒng)的復(fù)雜性和維修費(fèi)用。

3.3 采用高效節(jié)能的智能化空調(diào)設(shè)備

隨著對(duì)艦船空氣環(huán)境要求的不斷提高，相關(guān)船用設(shè)備向著高效節(jié)能、安全可靠、壽命長(zhǎng)、無(wú)污染，以及自動(dòng)化、智能化、集成化、模塊化、系列化等方向發(fā)展。例如，在需求較高的居住艙（如艦長(zhǎng)室）內(nèi)采用高性能的系統(tǒng)末端設(shè)備，可以根據(jù)個(gè)體需要任意調(diào)節(jié)風(fēng)量等，提供高艙室的空氣環(huán)境，同時(shí)具有良好的降噪和節(jié)能性能。

3.4 注重通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的減振降噪

在通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，采用各種措施降低系統(tǒng)的振動(dòng)和噪聲，提高艙室環(huán)境質(zhì)量。

4 艙室噪聲環(huán)境

西方發(fā)達(dá)國(guó)家非常重視艦船艙室聲學(xué)環(huán)境問(wèn)題，在艦船設(shè)計(jì)階段就考慮了艙室噪聲控制和低噪聲設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，他們已擁有比較先進(jìn)的噪聲預(yù)報(bào)方法和試驗(yàn)驗(yàn)證方法、系統(tǒng)的減震降噪措施和系列化的噪聲控制產(chǎn)品、艙室噪聲試驗(yàn)驗(yàn)證平臺(tái)。目前西方發(fā)達(dá)國(guó)家大型水面艦船的居住艙和工作艙的噪聲基本在55 dB以下，且隨著技術(shù)的進(jìn)步，艙室噪聲還會(huì)越來(lái)越低。

5 新材料研究與應(yīng)用

國(guó)外艦船內(nèi)裝新材料的研究重點(diǎn)和應(yīng)用主要集中在艙壁材料和絕緣材料的研究上，研究的對(duì)象主要是結(jié)構(gòu)-功能一體化材料。最常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)-功能一體化材料是夾層復(fù)合材料，其利用多種材料的組合，揚(yáng)長(zhǎng)避短、實(shí)現(xiàn)功能和結(jié)構(gòu)的一體化，以其優(yōu)異的力學(xué)性能和功能的可設(shè)計(jì)性特點(diǎn)，獲得國(guó)際的廣泛關(guān)注。對(duì)于結(jié)構(gòu)-功能一體化材料，研究的主要對(duì)象主要是針對(duì)近年新出現(xiàn)的各種新型結(jié)構(gòu)-功能一體化材料，如蜂窩夾層復(fù)合材料、泡沫金屬夾層復(fù)合材料、聚氨酯彈性體夾層復(fù)合材料、中空層聯(lián)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料等等，研究其對(duì)應(yīng)不同功能要求的多材料組合設(shè)計(jì)方法、基于艦船輕量化目標(biāo)的優(yōu)化設(shè)計(jì)手段以及新型結(jié)構(gòu)-功能一體化材料結(jié)構(gòu)的性能表征。

對(duì)應(yīng)不同功能要求的多材料組合綜合設(shè)計(jì)方法，是指在同時(shí)滿(mǎn)足功能要求和安全性要求的情況下，在材料庫(kù)中選擇多種不同的功能材料進(jìn)行組合設(shè)計(jì)，如輕型泡沫金屬夾層結(jié)構(gòu)，就有泡沫鋁外夾鍍鋅鋼板、外夾纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、外夾薄鋁板等不同的組合方式。同樣，對(duì)于蜂窩夾層材料，有鋁蜂窩夾層材料外夾鋼板、鋁板、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料板等等。

綜合國(guó)外對(duì)艦船內(nèi)裝新材料研究資料，發(fā)現(xiàn)有以下特點(diǎn)：

（1）新型結(jié)構(gòu)-功能一體化復(fù)合材料的應(yīng)用成為新的趨勢(shì)。復(fù)合材料與結(jié)構(gòu)，尤其是夾層復(fù)合材料，已經(jīng)成為內(nèi)裝新材料研究的熱點(diǎn)，新型內(nèi)裝復(fù)合材料，如泡沫金屬夾層材料、蜂窩夾層材料、聚氨酯彈性體夾層材料、中空層聯(lián)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料等的研究和應(yīng)用已經(jīng)廣泛開(kāi)展。

（2）已經(jīng)形成內(nèi)裝材料輕量化設(shè)計(jì)的系統(tǒng)方法和手段，內(nèi)裝材料的輕量化設(shè)計(jì)已經(jīng)成為艦船內(nèi)裝設(shè)計(jì)的必要步驟。內(nèi)裝材料的多材料組合功能設(shè)計(jì)手段逐漸完善，不同類(lèi)型內(nèi)裝材料的綜合性能表征實(shí)驗(yàn)正在廣泛開(kāi)展。

（3）國(guó)外內(nèi)裝材料對(duì)環(huán)境的影響已經(jīng)做了很多調(diào)查和研究，環(huán)境安全性的要求日益提高，內(nèi)裝環(huán)境的設(shè)計(jì)、內(nèi)裝材料選擇、內(nèi)裝材料與結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計(jì)已經(jīng)形成一個(gè)有機(jī)的整體，并具有產(chǎn)業(yè)化趨勢(shì)。

（4）新型復(fù)合型內(nèi)裝涂料的開(kāi)發(fā)和研制正在逐步成為艦船內(nèi)裝涂料的研究熱點(diǎn)。綠色環(huán)保涂料已經(jīng)得到普遍認(rèn)同，根據(jù)艦船所處的環(huán)境以及所承擔(dān)的任務(wù)，針對(duì)艦船內(nèi)裝特點(diǎn)，具有綠色環(huán)保、防火隔熱、吸收噪聲和輻射等功能的復(fù)合型新型內(nèi)裝涂料成為熱點(diǎn)，并取得了一定的進(jìn)展［6］。

6 結(jié) 論

多年來(lái)，我國(guó)艦船設(shè)計(jì)所和承造船廠等單位在海軍艦船艙室環(huán)境方面做了大量努力。20世紀(jì)90年代，開(kāi)展“兩高”（即提高艦船建造質(zhì)量和提高生活設(shè)施水平）工作，自2000年以來(lái)，又針對(duì)新一代艦船進(jìn)行生活設(shè)施改進(jìn)提高，參考國(guó)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范并結(jié)合我海軍特點(diǎn)，頒布了艦船生活設(shè)施改進(jìn)提高的相關(guān)要求，使新一代艦船的艙室環(huán)境有了較大幅度的改善。然而，由于我國(guó)目前對(duì)艙室環(huán)境還缺乏專(zhuān)業(yè)化、系統(tǒng)化研究，尤其缺乏有針對(duì)性的技術(shù)基礎(chǔ)研究，致使艦船設(shè)計(jì)建造缺乏系統(tǒng)且全面的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，因此，后期很有必要進(jìn)一步加強(qiáng)艦船艙室環(huán)境的研究、完善相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，進(jìn)一步提高我國(guó)艦船生活保障水平。

［1］ Department of the Navy，Sea System Command.Shipboard habitability desigh criteria manual［S］.1995.

［2］ The European Standard EN ISO 7730：2005 has the status of a British Standard.Ergonomics of the Thermal Environment-analytical Determination and Interpretation of Thermal Comfort Using Calculation of the PMV and PPD Indices and Local Thermal Comfort［S］.2005.

［3］ International Marine Organization（IMO）.Code on noise levels on board ship（IMO A468）［S］.1981.

［4］ Shipboard Habitability Improvement Program ［EB/OL］.http://www.habit ability.net.

［5］ 陳文戰(zhàn).艦船艙室環(huán)境工程技術(shù)綜述［J］.中國(guó)艦船研究，2012（4）：83-87.

［6］ 趙健，凌純.艦船艙室防火設(shè)計(jì)研究［J］.船舶，2011（1）：57-60.