新冠肺炎疫情對船舶建造的影響

高饒翔，劉 成，胡昱宙，徐慧萍

（1. 中國艦船研究設計中心，武漢 430064；2. 上海電器科學研究所（集團）有限公司，上海 200063；3. 上海船舶設備研究所，上海 200031）

0 引言

新型冠狀病毒肺炎（COVID-19）是二戰后人類社會所面臨的最為嚴峻的全球性傳染病。病原體為新型冠狀病毒（SARS-CoV-2或HCov-19），具有傳染力強（R0=3.77）、傳播途徑多、潛伏期長和無癥狀傳播的特點，對公共安全衛生造成了嚴重威脅。

在新冠肺炎疫情爆發之后，“鉆石公主”號、“至尊公主”號和“紅寶石公主”號等郵輪相繼爆發了聚集性傳染，美國海軍“羅斯?！碧枴ⅰ袄锔碧柡侥敢舶l生了聚集性傳染。船上疫情的發生，引發了業界與公眾對船舶衛生環境的擔憂，不僅對郵輪行業造成重大打擊，還對航運、海洋開發、海上防務產生了隱患。

現有的船舶檢疫措施無法預防疫情發生，現有的船舶通風系統也沒有考慮過船員患病隔離的需求。在已知的船上聚集性傳染案例中，船舶的通風系統加速了病毒在人群中的傳播。如何預防、限制新冠肺炎疫情或其他呼吸道疾病在船上傳播，將成為未來船舶通風系統設計、建造與使用所必須面臨的問題。

防御傳染病的手段有3種：隔離傳染源、保護易感人群和切斷傳播途徑。新冠肺炎的傳染源是患者，由于該病具有病毒潛伏期長、無癥狀感染、可存留物體表面時間較長以及傳染力強等特點，在船上阻斷外來病毒、識別病人、隔離病人和保護健康人群變得極為復雜和困難。目前人群對新冠病毒普遍易感；因此防御新冠肺炎或其他呼吸道疾病傳播的關鍵在于切斷傳播途徑。

1 船上空間內新型冠狀病毒的傳播途徑

新冠病毒的主要傳播途徑有3種：直接傳播、接觸傳播與氣溶膠傳播[1]。直接傳播指患者噴嚏、咳嗽、說話的飛沫，呼出氣體近距離直接接觸吸入，可以構成感染；接觸傳播值飛沫沉積在物體表面，接觸污染手后，再接觸口腔、鼻腔、眼睛等黏膜引發感染；氣溶膠傳播指飛沫混合在空氣中形成氣溶膠，吸入后引發感染。

直接傳播與接觸傳播的傳播距離有限，傳染對象是密切接觸者，較為容易甄別。船上空間對這2種傳播方式的防護和陸上沒有明顯區別。氣溶膠傳播的概率與濃度有關，在開放環境中氣溶膠會迅速稀釋，傳播概率很低；然而在密閉空間內（如會議室、船艙），患者呼出的氣溶膠會聚集到較高的濃度，具有較高的傳染性。在幾起聚集性傳染案例中，氣溶膠是重要的傳播途徑。

船上大部分空間都屬于密閉空間，除開會議室、餐廳等顯性的人員聚集場所，其他通過空通系統的回風-送風循環連接起來的的艙室構成了一個隱形人員聚集場所。在這種環境下，患者呼出的氣溶膠通過回風口污染空通系統，再由風管進入其他艙室。這種傳播途徑更加隱蔽，范圍更廣，病原體污染也更加難以清除。

因此，從防御新冠肺炎或其他呼吸道傳染病的角度出發，切斷回風-送風循環中的傳播途徑是十分重要的一環?？梢灶A見在將來，對乘員衛生安全要求較高的船型，其空通系統的設計與建造會額外考慮防御新冠肺炎和其他呼吸道傳染病的需求。新冠肺炎疫情將對船舶的設計、建造、工藝產生影響，催生新的行業需求和技術發展趨勢。

2 通風分區及對設計建造的要求

氣溶膠的傳播概率與濃度正相關，而通風是稀釋氣溶膠濃度、降低傳播風險的最佳手段。普遍而言位于上層甲板的房間通風條件優于下層甲板的房間，位于舷側的房間通風條件優于位于內部的房間。不同用途的艙室對潔凈度和通風效率有不同的需求，因此隔離病房、會議室、餐廳等人員房間適合置于上層建筑和舷側等通風條件較好的位置，而貯藏室、設備間等通風要求較低的房間可以位于下層和內部的艙室。

將潔凈度要求不同、通風需求有差異的艙室區分開來，對船艙通風區域進行劃分是限制病原體傳播的有效途徑。不同分區的空調系統分別獨立運作，區域之間保持一定的氣壓梯度，可以避免一兩個患者污染一大片船上空間的情況，提高船上核心區域在極端情況下的安全性。張楊等在船舶傳染病隔離艙空調系統設計中進行了探討，提出了傳染病隔離負壓艙二級三區的設計方案[2]。

船艙通風分區的關鍵在于各區域間建立氣壓梯度。如圖1所示，新風進入船艙上游高壓區域，之后再流向下游低壓區域，最后由排風出口離開船艙。不同區域間的氣壓梯度一般不會超過30 Pa，一方面由于新風量是有限的，另一方面過高的氣壓梯度會給人員進出艙門帶來不便。

圖1 區域間建立氣壓梯度

在現有氣壓梯度條件下，成功建立區域間氣壓梯度要求船艙區域具備良好的氣密性。圖2展示了發生漏氣情況下，氣壓梯度建立失敗的一種情況。這種情況下氣流方向會破壞通風區域劃分的設計示意圖。

圖2 氣密性不足導致氣壓梯度建立失敗

船艙區域的氣密性與建造工藝密切相關，目前在工程實踐中船艙氣密性的實現需要完整的建造過程控制。目前工程經驗表明，通風區域多數是非水密區，在設計建造上與水密艙室差別較大，因此密性檢驗難度加大。氣密性邊界上的各類通艙件、艙門、窗戶是漏氣點高發位置。艙門、窗戶等舾裝件的單件氣密性能并不等價于在船上安裝后的氣密性性能。單個門窗符合氣密性要求，而安裝后由于艙壁變形、門/窗框貼合不嚴密等問題是造成漏氣的常見原因。因此船艙氣密性不能等到整體接近完工后再檢驗，應當在各個建造階段加強過程檢驗試驗，首先保證局部區域的密性，才能保證整體密性。

船舶通風區域劃分越復雜，氣密性檢驗與施工的工作量也就越大。基于經濟性考慮，現有的船舶對氣密性要求都較為單一，且試驗過程難以受控。只有對公共衛生安全要求較高的船舶（如郵輪、醫療船和特種船等）會對船上通風區域進行細致的劃分，相應的船舶建造過程中氣密性工藝也更為復雜?？梢灶A見未來出于對船上公共安全衛生的考慮，采用通風分區的船舶比例會增加，對船舶非水密區密性試驗和質量保證的要求會提高。

3 空調系統安全性能對設計建造的要求

船上有人活動的艙室不開空調是不現實的，因此空調系統的病毒防護是防御新冠肺炎或其他呼吸道傳染病的不可缺少的環節。避免病毒在回風-送風循環中傳播將是未來船上空調系統發展的方向。黃翔等[3]研究了新冠疫情期間生產車間應對疫情的管理措施，可用的空調系統消毒手段有紫外線和過濾吸附。船上可以借鑒陸上車間所采取的措施。除了消毒措施之外，新型空調系統將回風與新風進行隔離也是可行方案。

獨立新風系統是一種全新風系統，沒有回風-送風循環，在防止病毒、細菌擴散方面極具優勢。再配合紫外消毒、過濾器等措施，可以使空調系統具有優良的安全性能[4]。近年來新建的郵輪開始采用配備獨立新風系統的中央空調，獨立新風系統的構造參見圖3，可見排風與進風是互相獨立的，可以有效避免船艙內部空氣反復循環導致的送風管道污染問題。

圖3 獨立新風系統原理

獨立新風系統主要由冷源設備、新風處理單元、室內顯冷設備、誘導風口和管道系統組成。新風處理單元內設有熱交換機，回風與送風在此處進行換熱以降低能耗，不會直接接觸，見圖4。

圖4 獨立新風系統熱交換機

獨立新風系統在艙室內安裝有多種形式，如風機盤管、輻射冷吊頂和多聯式空調等，其布置形式與傳統的船上中央空調系統有一定的區別。可以預見的是，隨著空調系統安全性需求的提升，空通專業在船舶設計與建造工藝中的重要性會提高，在船舶舾裝作業中會更多考慮空通專業的需求和優先級。

4 住艙內裝布置對設計建造的要求

以往住艙內裝的布置與工藝主要是依賴經驗，在船舶設計建造過程中，并沒有嚴謹地論證哪種布局更加有利于衛生安全。新冠肺炎疫情的爆發，對住艙內裝的科學性提出了新的要求。

利用計算流體動力學（Computational Fluid Dynamics，CFD）等手段對艙室內氣流組織進行分析、利用仿真等手段對艙室內解除傳播風險進行估算，并且對艙室內裝布置與工藝進行優化將是未來的一項研究內容。利用限制患者的飛沫在艙室內擴散和殘留是降低傳染風險的有效手段。鄭立捷等對居住艙室內人員咳嗽時呼出的氣溶膠在艙室內擴展進行了模擬，比較了由頂部布風器送入新風、回風口回風、近地板處置換通風等不同的艙內通風布置，探討了不同通風模式下氣溶膠在艙室內聚集的風險[5]。該研究表明，不同的艙內通風模式、不同的布置形式，對艙內氣溶膠分布和濃度有明顯的影響。

根據對新冠肺炎患者病房的采樣研究，患者房間的馬桶、洗手池、儲物柜、桌子、地板、窗戶和水槽等均檢出病毒[6]。DOREMALEN等[7]對新冠病毒在空氣中和物體表面留存時間進行了研究。研究表明，新冠病毒在空氣中半衰期約為1.2 h，在銅表面半衰期約為0.8 h，在紙板表面半衰期約為3.5 h，在不銹鋼表面半衰期約為5.6 h，在塑料表面半衰期約為6.8 h。研究實驗數據指出，新冠病毒可以在物體表面長時間存留，樣本置于銅表面約8小時轉陰性，紙板表面與不銹鋼表面約24 h轉陰性，而塑料表面要72 h后才能轉陰性。

基于上述研究，艙室內的消毒清潔工作對于防止病毒傳染十分重要。即使是病毒半衰期最短的銅制表面，也需要8 h后才能轉陰性；不銹鋼、紙板與塑料都是船舶內裝的常見材料，病毒的留存期更長。因此經常對艙內把手、扶手、開關等物件進行消毒可以減少直接接觸傳染的風險。雖然研究認為病毒在不銹鋼、銅等光滑表面能夠存活很長時間，但是金屬和塑料的光滑表面方便清洗與消毒作業，相反紡織物表面由于難以徹底清潔容易殘留病毒。

預計未來從公共衛生安全的需求出發，船舶的內裝材料將更加偏向金屬、塑料等方便清洗和消毒的材料，如硬質地板和墻壁；而地毯等具有紡織物表面的內裝難以清洗，不利于消毒工作。另外，對于消毒來說，是配置獨立的消毒裝置或機器人，還是設立覆蓋這些需消毒部位的消毒系統，也是研究方向。

5 結論

本文搜集了醫院、車間、空調等行業在面對呼吸道傳染病的應對辦法，總結了船上面對新冠肺炎或類似呼吸道疾病疫情時可能采取的措施，并分析了對船舶行業未來設計和建造的影響，結論如下：

1）船舶的總體設計方面將更加重視通風分區，構建船艙內氣壓梯度。這一趨勢對船舶建造過程中氣密性提出要求，未來快速可靠的氣密性檢驗與修補工藝將會是研發重點。

2）獨立新風系統具有良好的安全性能，將是未來船上空調系統的發展方向。配合這種新型的空調系統，船舶舾裝作業中空通專業的重要性將會提高。

3）未來艙室內裝的布置與工藝優化的重要性凸顯，合理的艙室內氣流組織分析、艙內人員流動模擬等可以降低傳播的風險，內裝材料的選擇將會更加重視衛生安全。