海洋核動力平臺生活區(qū)艙室環(huán)境設(shè)計(jì)

雷亞紅，郭 健，吳晨暉

（武漢第二船舶設(shè)計(jì)研究所，湖北 武漢 430064）

0 引 言

海洋核動力平臺（以下簡稱平臺）艙室環(huán)境設(shè)計(jì)是適居性設(shè)計(jì)中不可缺少的一部分。由于平臺作業(yè)周期長，平臺上的人員必須經(jīng)受惡劣的氣候條件和海洋環(huán)境的影響與考驗(yàn)；同時，受平臺尺度的限制，核動力裝置及其輔助設(shè)備需設(shè)置在同一船體上，工作區(qū)域和生活區(qū)域無法完全分開，使得適居性設(shè)計(jì)既是重點(diǎn)也是難點(diǎn)。適居性設(shè)計(jì)不僅需滿足基本的居住性因素要求，更要合理控制艙室的各種環(huán)境因素，人為改善船舶布置的各種條件。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

在軍用方面，國外的海上核動力潛艇建造技術(shù)已非常成熟，1945年就建造出了世界上第一艘核動力潛艇“鸚鵡螺”號；我國第一艘核潛艇于1970年下水。最初的潛艇無居住性可言，空間狹小、沒有床鋪；發(fā)展至今，居住性得到很大改善，不僅有個人床鋪，艙室環(huán)境控制等也有所進(jìn)步。在民用方面，全世界共建造有十幾艘核動力商船，主要包括美國“薩瓦娜”號客貨船、德國“奧托漢”號礦砂船和日本“陸奧”號 試驗(yàn)船等；國內(nèi)目前尚無民用的水面核動力船舶。

在艙室環(huán)境設(shè)計(jì)方面，外國海軍一直在努力提高艦員的生活質(zhì)量，改善艦艇的艙室環(huán)境，進(jìn)行了一系列研究[1]。例如：荷蘭皇家海軍，法國、英國和北約的海軍，挪威皇家海軍等，對艦船上的居住人數(shù)進(jìn)行規(guī)定；法國水面艦船艙室內(nèi)部的環(huán)境設(shè)計(jì)為改善艦員的生活提供了很好的解決方案[2]；美國和英國等國家對艙室環(huán)境、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)行研究，制定出一系列用于指導(dǎo)艦船艙室環(huán)境設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范[3-5]。

我國對艦船艙室環(huán)境的研究起步較晚，直到 1980年才開始制定有關(guān)水面艦船的居住性規(guī)范，且內(nèi)容相對簡單，很多重要指標(biāo)要求缺失。近年來，我國逐漸對艙室環(huán)境進(jìn)行廣泛而深入的研究，雖然在居住性方面取得了一些研究成果，但也存在不少問題[6]。對于艦船艙室環(huán)境評價，仍主要集中在空氣質(zhì)量評價、噪聲評價等單環(huán)境指標(biāo)評價，綜合評價很少[7]。

綜上所述，國內(nèi)民用方面的海洋核動力平臺研究尚屬空白，有必要對其艙室環(huán)境設(shè)計(jì)進(jìn)行深入研究。

2 平臺艙室環(huán)境設(shè)計(jì)參考標(biāo)準(zhǔn)及案例

平臺的艙室環(huán)境設(shè)計(jì)可參考某民用船舶及某核電廠的方案，對平臺生活區(qū)進(jìn)行規(guī)劃和布置。

2.1 船舶相關(guān)參考規(guī)范

平臺生活區(qū)設(shè)計(jì)需滿足船舶相關(guān)規(guī)范的要求。當(dāng)前2個最重要的規(guī)范[8-9]都對艙室環(huán)境有基本要求。

國際勞工組織（International Labour Organization，ILO）《海事勞工公約》和我國海事局（Maritime Safety Administration，MSA）的《國內(nèi)航行海船法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》均對艙室取暖和通風(fēng)、照明、噪聲和振動及起居艙室的隔熱、水密、氣密性、艙室通道和出入口、飲用水和淡水等做出了整體要求。

2.2 陸上核電廠設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

陸上核電廠設(shè)計(jì)準(zhǔn)則中與平臺生活區(qū)艙室環(huán)境設(shè)計(jì)緊密相關(guān)的內(nèi)容主要包括核電廠的通風(fēng)設(shè)計(jì)和通道管控設(shè)計(jì)。在對陸上核電廠進(jìn)行總體布置設(shè)計(jì)時，要求將通風(fēng)設(shè)計(jì)和通道管控設(shè)計(jì)等總體性布置設(shè)計(jì)要求具體落實(shí)到設(shè)計(jì)過程中。

2.3 案例對比分析

2.3.1 民用船舶案例

圖1為某船舶的總布置簡圖，表1為該船舶的生活區(qū)艙室布置說明。由圖1和表1可知：生活區(qū)分布在艉部，上甲板以上是上層建筑區(qū)域，滿足居住需求，上甲板以下是娛樂艙室，底部是機(jī)械艙室；船舶中部是貨油艙和壓載水艙；艏部是機(jī)械艙和艏尖艙等。

圖1 某船舶的總布置簡圖

表1 某船舶的生活區(qū)艙室布置

2.3.2 核電廠案例

圖2為某核電廠總布置示意。通過分析可知：核電廠的總體布置要考慮通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以防止污染物擴(kuò)散，一旦廠房內(nèi)發(fā)生火災(zāi)，減少腐蝕性氣體、煙氣和放射性污染帶來的損害；進(jìn)行通道管控，以隔開外界的工作區(qū)和生活區(qū)等，減少生活區(qū)的噪聲干擾。

綜上所述，在對平臺的整個生活區(qū)進(jìn)行艙室環(huán)境設(shè)計(jì)時，不能忽略對生活區(qū)噪聲、通風(fēng)和照明等因素的合理規(guī)劃。參考民船和核電廠的布置，平臺生活區(qū)艙室環(huán)境設(shè)計(jì)需做到：布置合理，通風(fēng)、噪聲、色彩和光環(huán)境等因素控制良好，保證生活區(qū)的各艙室環(huán)境舒適、溫馨；居住艙布置在上層建筑區(qū)域，嘈雜的機(jī)械艙布置在下部，安靜的生活娛樂艙布置在上部。

3 平臺生活區(qū)艙室環(huán)境設(shè)計(jì)

圖2 某核電廠總布置示意

海洋核動力平臺的總布置框圖見圖3。平臺是一個搭載有核動力裝置的新型船舶，在總體設(shè)計(jì)上需充分考慮人員的心理。由于反應(yīng)堆艙區(qū)域位于平臺中部，因此在該區(qū)域與生活區(qū)之間設(shè)置過渡艙，設(shè)置醒目警示標(biāo)志，并實(shí)時監(jiān)測輻射劑量，使人員在心理上感覺到與堆艙區(qū)域有隔離。

圖3 平臺總布置框圖

圖4為平臺生活區(qū)總布置簡圖。由圖4可知，除需滿足一般船舶的布置要求以外，平臺在艙室設(shè)計(jì)上設(shè)置了更多的娛樂艙室，更加注重生活區(qū)的舒適性，如與居住性密切相關(guān)的通風(fēng)空調(diào)、艙室噪聲等，在內(nèi)裝設(shè)計(jì)上更加講究色彩和燈光對人員心理的影響。

圖4 平臺生活區(qū)總布置簡圖

3.1 平臺艙室通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

平臺生活區(qū)艙室通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)見圖5。平臺的空調(diào)機(jī)組應(yīng)能對各艙室進(jìn)行通風(fēng)、降溫、除濕和供暖，將艙室內(nèi)的溫度、濕度及空氣成分調(diào)節(jié)到規(guī)范容許的范圍內(nèi)[10-11]。

圖5 平臺生活區(qū)艙室通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

生活區(qū)空調(diào)系統(tǒng)主要由風(fēng)機(jī)盤管、新風(fēng)機(jī)組、布風(fēng)器、組合式空調(diào)機(jī)組和組裝式空調(diào)機(jī)組(含壓縮機(jī)等)等設(shè)備及相關(guān)管路附件組成，通過風(fēng)道定點(diǎn)送風(fēng)。風(fēng)機(jī)盤管、新風(fēng)機(jī)組和組裝式空調(diào)機(jī)組由生活區(qū)制冷站提供冷凍水，由采暖系統(tǒng)提供熱水，作為冷熱源承擔(dān)生活區(qū)各空調(diào)房間的冷熱負(fù)荷。

1) 指揮甲板和上甲板上分別配置1套新風(fēng)機(jī)組，居住艙室內(nèi)配置若干風(fēng)機(jī)盤管；

2) 主甲板上配置1套新風(fēng)機(jī)組，餐廳、醫(yī)院和商店內(nèi)配置若干風(fēng)機(jī)盤管；

3) 廚房內(nèi)配置1套組合式空調(diào)機(jī)組，對廚房操作工位進(jìn)行定點(diǎn)送風(fēng)；

4) 生活艙分為若干個分艙段，分別配置1套新風(fēng)機(jī)組、若干風(fēng)機(jī)盤管。

3.2 減振降噪設(shè)計(jì)

對于平臺的隔聲設(shè)計(jì)，為達(dá)到聲源與接受者隔離的目的，采取措施使平臺各艙室的空氣噪聲指標(biāo)滿足規(guī)范要求。平臺生活區(qū)的噪聲源主要分為機(jī)械設(shè)備噪聲、通風(fēng)空調(diào)噪聲和娛樂艙室噪聲等3類?？刹捎玫慕翟氪胧┯校郝曉锤袈曉O(shè)計(jì)，用隔聲結(jié)構(gòu)將噪聲源封閉起來，使噪聲局限在一個小的空間內(nèi)；接收者的隔聲設(shè)計(jì)，是把需保持安靜的場所用隔聲結(jié)構(gòu)圍閉起來，屏蔽外面的噪聲；采用浮動地板等。

平臺減振降噪設(shè)計(jì)見圖4。根據(jù)平臺的情況：將生活區(qū)和機(jī)艙分開布置在船首和船尾，使兩者處在相距較遠(yuǎn)的位置；將生活區(qū)中較為嘈雜的艙室布置在底層，居住單元布置在上層甲板。

平臺生活區(qū)減振降噪設(shè)計(jì)是按照動靜分區(qū)的原則，從下到上依次分割為機(jī)械設(shè)備處所、休閑娛樂處所、生活服務(wù)處所（包括洗衣房、食品貯藏、廚房、餐廳和醫(yī)院等）和上層建筑區(qū)域居住處所。

3.3 色彩設(shè)計(jì)

平臺人員的工作和生活都在海上，活動范圍狹小，會產(chǎn)生獨(dú)特的心理特性，色彩環(huán)境對這些人員而言尤為重要。不同的色彩環(huán)境會對平臺人員的生理和心理產(chǎn)生不同的刺激作用，從而對其工作效率和生活質(zhì)量產(chǎn)生不同的影響[2]。因此，平臺色彩明度、彩度和色相的選擇需與平臺大氣、莊重、得體的風(fēng)格一致，崇尚簡潔、溫馨、自然，充滿活力并洞悉細(xì)節(jié)。例如，圖6為平臺高級船員餐廳、會議室內(nèi)裝方案之一：餐廳的天花板和壁板都采用米黃色，地板為木紋色，家具為木紋色和與之匹配的其他配色，輔助色、點(diǎn)綴色為彩度較高的紅色、墨綠色等，整體較為休閑、活潑；會議室內(nèi)的天花板和壁板采用淺黃色，地板采用象征大海的點(diǎn)綴色，掛畫為峻嶺水墨畫，沙發(fā)和椅子采用軟包與木紋結(jié)合的設(shè)計(jì)，整體較為大氣、莊重。

圖6 平臺高級船員餐廳、會議室內(nèi)裝方案效果圖

3.4 光環(huán)境設(shè)計(jì)

燈光環(huán)境的主要作用是為平臺人員提供良好的光照條件，獲得最佳的視覺效果，增加艙室環(huán)境的美感和舒適感，具有實(shí)用性和藝術(shù)性雙重價值[2]。

平臺上燈光的設(shè)計(jì)首先需滿足明視照明的需求，確保室內(nèi)工作面滿足：有足夠的照度，且照度穩(wěn)定而均勻；視野范圍內(nèi)的亮度差不宜過大，無耀眼的眩光；技術(shù)臺、桌球面等特殊的工作面上無陰影；光色柔和，顯色逼真等。

此外，要進(jìn)行藝術(shù)照明，例如：利用投射光束作為背景，突出視覺中心；利用反光頂棚改變空間感；利用不同照明方式組織室內(nèi)虛擬空間；利用藝術(shù)頂棚與吸頂燈相結(jié)合的方式給大廳增添豪華感等。例如圖7所示的高級船員餐廳，休息區(qū)背景墻采用木紋裝飾板與軟包、LED燈光相結(jié)合的方式是根據(jù)電力標(biāo)志變形而來的，營造獨(dú)特的視覺感受；會議室的圓形吊頂配合周圍的LED燈，營造莊重感。

4 結(jié) 語

船員長期在海上工作，生活區(qū)艙室環(huán)境的優(yōu)劣直接關(guān)系到其身體健康水平和精神狀態(tài)，因此在設(shè)計(jì)平臺時，不僅要滿足規(guī)范的要求，還要對生活區(qū)的噪聲、通風(fēng)和照明等因素進(jìn)行合理規(guī)劃。

平臺的艙室環(huán)境設(shè)計(jì)在符合船舶和核電廠設(shè)計(jì)規(guī)范要求的前提下，參考成熟海洋平臺和核電廠案例，明確平臺生活區(qū)環(huán)境設(shè)計(jì)的目標(biāo)和任務(wù)，對艙室空調(diào)與通風(fēng)、減振降噪、色彩、光環(huán)境的設(shè)計(jì)進(jìn)行詳述，可為平臺生活區(qū)艙室設(shè)計(jì)提供有意義的參考。

平臺生活區(qū)艙室環(huán)境設(shè)計(jì)還包括對艙室水密、氣密等因素的控制，有待做進(jìn)一步的研究。