國外水面艦船艙室環(huán)境研究

胡忠平

（海軍駐上海滬東中華造船（集團）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，并對其進行了系統(tǒng)性研究，尤其對艙室適居性、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)，美國早在1975年就宣布實施艦船適居性工程，并于1979年進一步完善了該項目，以提高艦船的綜合作戰(zhàn)能力［4］。美國國家環(huán)境衛(wèi)生研究院隨后對美軍士兵進行了調(diào)查，結(jié)果表明艦員對健康有關(guān)的生活質(zhì)量的滿意程度同他們所表現(xiàn)出來的工作狀態(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。

本文從國外水面艦船的艙室設(shè)計、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)了國外在該領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀和所取得的成果，同時也結(jié)合我國艦船研究發(fā)展的現(xiàn)狀，提出一些合理的建議，以推動我國艦船艙室環(huán)境設(shè)計的不斷發(fā)展。

1 艙室設(shè)計

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

美國提出艦船適居性的概念，并通過改進艙室設(shè)計改善艦船適居性進行了一系列研究工作。如調(diào)查改進艦船噪聲與照明的可行性；研究艦船熱應(yīng)激對艦員的影響及應(yīng)對措施；研制熱應(yīng)激暴露時間曲線圖；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)計的細(xì)節(jié)方面，如每個居住艙室的大小，歐洲一些國家的海軍部門對這個問題有不同的看法。荷蘭皇家海軍認(rèn)為，每個居住間內(nèi)最多允許10名艦員居住；法國、英國與北約的海軍則建議每個房間最多居住24名艦員；挪威皇家海軍稱，每個房間最多只能允許6名艦員居住；而德國海軍則建議在艦船上配備4人、6人或8人居住的房間。對于軍官和士兵餐廳也盡可能采用小型4～6人桌來提高就餐效率。法國水面艦船的生活服務(wù)艙室的設(shè)計風(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)計很好地體現(xiàn)了“以人為本”、“物為人用”、“一切設(shè)計圍繞人來展開”的設(shè)計理念，為改善艦員在海上長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，各國海軍對艦艇內(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、圖書室、餐廳、臥室、浴室、洗衣和熨衣室、文體活動室和會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)在以下幾個方面：

2.1 色 彩

艦員的工作和生活都在海上，活動范圍狹小，會產(chǎn)生獨特的心理特性，色彩環(huán)境對其尤為重要。不同的色彩環(huán)境對艦員的生理和心理會產(chǎn)生不同的刺激作用，從而對艦員的工作效率和生活質(zhì)量帶來不同的影響。因此，在大型水面艦船上營造適宜的色彩環(huán)境，對甲板、艙壁、地板、通道、居住、膳務(wù)、衛(wèi)生、公共活動艙室等施以適當(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)濟又重要的途徑，受到各國海軍的重視。如德國海軍某水面艦船居住艙室，使用藍色地毯給人以安靜、沉著和寬闊感，家具主體色為米黃色寓意光明、快樂，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，美國艦船居住性手冊與英國居住性規(guī)范都指出，要針對艦上的不同區(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。美國還專門制定了一些配色手冊供設(shè)計人員或高級軍官參考使用。

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，因此其具有實用和藝術(shù)的雙重性作用。另外，艦上不同艙室對燈光的照度和強度要求不同，燈光設(shè)計除滿足照度和強度標(biāo)準(zhǔn)外，應(yīng)兼具對艙室有裝飾和虛擬劃分空間的作用。從人的視覺特性出發(fā)合理設(shè)計光照環(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。美國海軍強調(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。英國海軍重視燈具設(shè)計，光與色的搭配，同時強調(diào)了不同位置的照度要求。

2.3 美 學(xué)

國外的水面艦船在設(shè)計時，注意色調(diào)和幾何形狀的和諧搭配，注意緩解艦員的視覺疲勞，同時結(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)與直線形態(tài)對比結(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)計方面，基于水面艦船艙室空間相對較為狹窄，如何合理利用好這有限的空間，讓艦員在視覺、觸覺、心理感覺等方面都能達到舒適程度是各國艙室形態(tài)環(huán)境設(shè)計的重點。

3 艙室空氣環(huán)境［5］

為滿足大型水面艦船對艙室空氣環(huán)境的要求，歐美等發(fā)達國家紛紛引入先進的設(shè)計計算方法、設(shè)計理念和管理模式，不斷對船用空氣設(shè)備進行研發(fā)和升級換代，使艙室空氣環(huán)境得到明顯改善。主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

3.1 采用先進的空調(diào)通風(fēng)設(shè)計技術(shù)

美國海軍將先進的系統(tǒng)壓力平衡方法和負(fù)荷計算方法應(yīng)用到艦船艙室空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計中，在提高傳統(tǒng)設(shè)計的精度、最大程度滿足艦員辦公和居住舒適性要求的同時，又保證了設(shè)備運行的經(jīng)濟合理性。通過利用計算流體力學(xué)方法（CFD），在設(shè)計階段對氣流組織進行預(yù)測，可以及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計方案的優(yōu)缺點，從而加以改進和優(yōu)化。德國、英國等國也在積極嘗試把艦船各艙室作為一個整體，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)法來分析和解算全船空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)，以對現(xiàn)有的設(shè)計、選型方法進行改進和優(yōu)化。在大型水面艦船的通風(fēng)設(shè)計中，針對不同的航行狀態(tài)和不同的氣候條件有針對性地制定通風(fēng)方案。

3.2 注重細(xì)節(jié)和個性化

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，國外海軍在艙室空氣環(huán)境設(shè)計時，為了獲得各艙室內(nèi)良好的空氣環(huán)境，針對重點艙室進行相應(yīng)的個性化設(shè)計。例如，大型水面艦船上的洗衣間和廚房內(nèi)所用的設(shè)備會消耗大量能量并產(chǎn)生過多的熱量和濕量，且洗衣物時的纖維，做飯時的油煙會積聚在管道內(nèi)，易限制管道內(nèi)氣流的流動，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效率低下。美國針對上述問題，在洗衣間纖維濃度較高的地方安裝了局部排風(fēng)設(shè)備，廚房內(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)雜性和維修費用。

3.3 采用高效節(jié)能的智能化空調(diào)設(shè)備

隨著對艦船空氣環(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、無污染，以及自動化、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（如艦長室）內(nèi)采用高性能的系統(tǒng)末端設(shè)備，可以根據(jù)個體需要任意調(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)計中，采用各種措施降低系統(tǒng)的振動和噪聲，提高艙室環(huán)境質(zhì)量。

4 艙室噪聲環(huán)境

西方發(fā)達國家非常重視艦船艙室聲學(xué)環(huán)境問題，在艦船設(shè)計階段就考慮了艙室噪聲控制和低噪聲設(shè)計，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，他們已擁有比較先進的噪聲預(yù)報方法和試驗驗證方法、系統(tǒng)的減震降噪措施和系列化的噪聲控制產(chǎn)品、艙室噪聲試驗驗證平臺。目前西方發(fā)達國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)的進步，艙室噪聲還會越來越低。

5 新材料研究與應(yīng)用

國外艦船內(nèi)裝新材料的研究重點和應(yīng)用主要集中在艙壁材料和絕緣材料的研究上，研究的對象主要是結(jié)構(gòu)-功能一體化材料。最常見的結(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，揚長避短、實現(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)計性特點，獲得國際的廣泛關(guān)注。對于結(jié)構(gòu)-功能一體化材料，研究的主要對象主要是針對近年新出現(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)纖維增強復(fù)合材料等等，研究其對應(yīng)不同功能要求的多材料組合設(shè)計方法、基于艦船輕量化目標(biāo)的優(yōu)化設(shè)計手段以及新型結(jié)構(gòu)-功能一體化材料結(jié)構(gòu)的性能表征。

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

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

（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。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，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)纖維增強復(fù)合材料等的研究和應(yīng)用已經(jīng)廣泛開展。

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

（3）國外內(nèi)裝材料對環(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、內(nèi)裝材料選擇、內(nèi)裝材料與結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計已經(jīng)形成一個有機的整體，并具有產(chǎn)業(yè)化趨勢。

（4）新型復(fù)合型內(nèi)裝涂料的開發(fā)和研制正在逐步成為艦船內(nèi)裝涂料的研究熱點。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)，針對艦船內(nèi)裝特點，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，并取得了一定的進展［6］。

6 結(jié) 論

多年來，我國艦船設(shè)計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，又針對新一代艦船進行生活設(shè)施改進提高，參考國外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范并結(jié)合我海軍特點，頒布了艦船生活設(shè)施改進提高的相關(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，由于我國目前對艙室環(huán)境還缺乏專業(yè)化、系統(tǒng)化研究，尤其缺乏有針對性的技術(shù)基礎(chǔ)研究，致使艦船設(shè)計建造缺乏系統(tǒng)且全面的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，因此，后期很有必要進一步加強艦船艙室環(huán)境的研究、完善相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，進一步提高我國艦船生活保障水平。

［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］.中國艦船研究，2012（4）：83-87.

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