應對新冠肺炎疫情的船舶生活區防疫設計與分析

彭 輝 陶 勇 周清華 何小滿

（1.上海碧潔船舶管理有限公司 上海 200131；2.江南造船（集團）有限責任公司 上海 201913；3.武漢市中心醫院 武漢 430014）

0 引 言

2019年底爆發且快速蔓延的新冠肺炎（Corona Virus Disease 2019，COVID-19）疫情，對整個社會 生活層面產生了極大的沖擊，船舶行業也不可避 免地受到巨大影響。2020 年2 月1 日，鉆石公主 號豪華郵輪上1 名于1 月25 日下船的中國香港游客被確診為新冠肺炎。2 月18 日，感染人數增至542 例。截至2020 年3 月1 日，載有約3 700 人的 鉆石公主號郵輪累計確診新型冠狀病毒肺炎病例705 例。目前，已運營船舶的新冠肺炎疫情防范措施多數為被動常規方式，具有一定局限性。

船舶生活區處于一個狹小的密封空間，雖然安裝有空調系統以保障冬暖夏涼，但是為了節能其回風系統通常設置為50%~75%，其余的才是抽吸的外界新鮮空氣，這樣就為病毒的傳播提供了可乘之機。隨著我國阻擊新冠肺炎疫情蔓延所采取的科學措施（如建立建設方艙醫院、火神山及雷神山醫院等）取得了良好成效，也為新造船的防疫設計提供了重要的參考價值。同時，為了使新造船具備一定的衛生保障條件和疫情應對能力，船級社于 2020 年相繼發布了新冠肺炎病毒相關的防范指南和入級符號。如ABS 的《Guide for mitigation of infections disease transmission on board marine and offshore assets》和IDM-A 符號，以及CCS 的《船舶防疫安全指南》和EPC N 符號等。這些指南對應急預案、艙室布置、空調/通風和空氣過濾系統，以及負壓隔離房等方面提出了相關的規定和要求。因此，科學有效應對防控重大呼吸道流行性疫情，提升與改進船舶艙室設計理論和方法顯得尤為必要。

1 醫療區域總體布局的防疫優化設計

1.1 常規船舶醫務室的一般要求

根據國際勞工組織公約MLC2006 的要求，對航程時間超過3 天、船上海員15 人以上的船舶應設有獨立的醫務室，專供醫療使用。針對防止傳染性疾病的要求，通常設置為負壓通風、獨立的衛生單元及下水道系統、單獨床位等。

1.2 常規醫務室布局

常規醫務室設計僅能滿足1 人入住留觀及治療要求，無法適應COVID-19 傳播速度快、擴散廣的特點，增加病床位及疑似人員隔離床位勢在必行。初始設計中，醫務室安置在生活區A 甲板左舷前部，與船員餐廳對門并與高級船員娛樂室相鄰，該布置設計非常不利于呼吸性傳染病的隔離防控。

1.3 應急狀態醫務室內部布局優化設計

借鑒醫療機構的隔離區域布局要求，根據潔污分開原則，將醫務室移位至下一層主甲板右舷，與其他生活區形成物理隔離；在應急狀態下，將醫務室內部重新布置，取消藥品間和非必要的家具，預留出第2 個床位。

1.4 應急狀態醫務室周邊區域優化設計

針對新冠病毒傳播速度快、初期接觸無癥狀的特點，對所有密切接觸者、疑似病員及新上船換班人員進行有效隔離是關鍵管控措施。因此需要借鑒醫療機構的消毒隔離規范相關要求，對包括醫務室在內的整個隔離區域進行適當改造。除了增加醫務室床位數量，還將改造進出通道和輔助房間布局，使之符合“三區兩通道”原則要求。

為此，將船上現有的蘇伊士運河工人房從左舷主甲板尾部移位至新布置的醫務室外側，并將防火門移動到中部，從而將醫務室和蘇伊士運河工人房加上原有的公共衛生間作為一個整體，實現與其他生活區物理隔離。該區域均設有鋼制圍壁板，可以有效地保證氣密性。在應急狀態應用過程中，防火門將從內側鎖住，四周可用膠條封堵，防止不同區域間空氣流通。在防火門左側設有樓道門、機艙通道門、洗衣機間和更衣間等非長久人員逗留區域，見下頁圖1。

圖1 醫務室及隔離區域布局圖

結合艙室功能性設計特點，參照傳染病醫院的“三區原則”，劃分出清潔區、半污染區和污染區。其區分原則：將未被病毒污染的生活區域定義為清潔區（綠色及所有白色艙室區域）；將需更換防護服為病員提供服務，且需進行消殺的服務人員區域定義為半污染區（黃色區域），即將主甲板右舷外走道定義為潛在污染區；將病員居住活動艙室及其排風口附近（即醫務室、蘇伊士運河工人房及內走道）定義為污染區（紅色區域）。如圖2 所示。

圖2 三區的示意圖

主甲板外走道為開放式通風，無需額外控制，對人員進入清潔區應做好防護更衣和相應的消殺。日常人員可通過主甲板或上一層的A 甲板左舷出入生活區。明確“三區兩通道”，可最大程度避免人員感染機率。

以全球首制的99 000 m超大型液化乙烷運輸船（VLEC）為例，在應急狀況下，制定了以下管控措施：

（1）主甲板：右舷的防火門應完全緊閉并做好相應的氣密，確保生活區的空氣不會串流到紅色的病員污染區；該區內的所有門應保持常閉狀況，非必要不使用該層甲板的更衣間、洗衣間、樓梯通道與機艙通道；出入機艙建議使用后部的機艙棚門。為病員送餐的人員應在后部的黃色區域做好防護后，將餐飲放在右舷水密門后的餐桌。

（2）A甲板：因醫務室及蘇伊士室出風口延伸到上一層的A甲板，其周圍應嚴格限定人員進入。同時，A甲板的右舷門應嚴密關閉并做好相應的氣密，非緊急狀況下不得啟用。人員應以該甲板左舷門作為通道出入生活區。

經過優化后的艙室布置，可將醫務室確診人員和蘇伊士運河房內疑似人員分別隔離，類似醫院和隔離方艙。該區域也和生活區其他區域完全隔離，最大程度阻隔了病毒的傳播，保護船員的身體健康。蘇伊士運河房的利用，不僅增加了更多的床位，且能滿足同時6~8名船員換班以及新上船人員隔離觀察的要求。同時，在疫情完全解除后，所有通道均可方便地開放，滿足日常船舶操作，達到平疫結合的目的。

2 艙室通風系統的防疫優化設計

2.1 常規船舶艙室通風

普通商船人員通常控制在30 人以內，采用集中式空調裝置。集中式空調裝置原理如下：船舶空調一般都是將空氣經過集中處理（過濾，制冷或加熱）后再分送到各艙室，僅某些特殊艙室（廚房、駕駛室及機艙集控室）單設專用的空氣調節器，這樣的空調裝置即稱為集中式空調裝置。船舶集中式空調系統的通風機從新風吸口及回風吸口分別吸入新風（外界空氣）和回風，兩者混合后經空氣調節器處理，然后由主風管、支風管送至艙室的布風器，艙室中多余空氣通過房門下部的格柵或留出的空隙流入走廊。

走廊有回風風閘，將各層的回風送到通風機回風吸口。這樣既能使艙室溫度快速達到設定值，同時也可達到降低能耗的目的，減少設備投資成本。新風吸口和回風吸口各裝有1 個可調節風門，可以根據外界環境和氣溫調節新風與回風的比例。船舶設計時通常將回風率設定在50%~75%。回風率越高，所需要的設備越小、投資越低、能耗越低，反之亦然。艙室內布風方式見圖3。

圖3 艙室內布風方式

非空調艙室（如廁所、浴室、配餐室等）以及走廊設有抽風口。空氣由抽風口抽出，從高處排入大氣。這樣，由于非空調艙室中形成一定負壓，空調艙室中的空氣會自動流入，使之達到一定的空調效果，并避免不良氣味散發到其他艙室。

2.2 應急狀態下船艙通風的布置優化

傳染病醫院對通風系統的要求，是應合理控制氣流流向，保證有序的壓力梯度，以有效阻斷病毒傳播，保證人員安全健康。氣流沿著“清潔區→潛在污染區→污染區”的方向流動，相鄰相通但不同污染等級房間的壓差不小于5 Pa。負壓程度由高到低依次為病房衛生間、病房房間、緩沖前室與半污染走廊，清潔區相對室外大氣應保持正壓。

為了保障整個隔離病員區域的負壓通風，故需要進行以下改進：

（1）將醫務室通風改造為“上送下排”式，即：上部新風進（選取艙室布風方式為頂式，圖3（c）所示），下部（抽風口距地面100 mm）機械式抽排風，保證病員呼吸、咳嗽等廢氣從底部迅速抽出室外。

（2）抽風口加裝高效過濾器經管系延伸至室外舷側附近，以利迅速擴散。

（3）新增蘇伊士運河工人房的抽排風裝置，設置要求與醫務室相同。

2.3 壓差控制數值計算

壓差與艙室的氣密性、送風量和排風量三者密切相關。相同縫隙下壓差大的門窗處滲透風量大；同樣，相同壓差下，門窗縫隙大的滲透風量亦大。開口流量與壓差的關系式為：

式中：為泄漏風量，m/h；0.827 為計算常數；為縫隙面積，m；△為縫隙兩側空間壓差，Pa；為指數，對于門縫及較大漏風面積取2，對于窗縫取1.6；1.25 為不嚴密處附加系數。

根據計算，醫務室送風量為465 m/h，排風量為625 m/h；蘇伊士間送風量為298 m/h，排風量為465 m/h；醫務室衛生間排風量為95 m/h；公共衛生間排風量為75 m/h；為避免走廊1 和走廊2之間壓差過大，走廊1 送風量為165 m/h。

為驗證設計的合理性，根據艙室布置進行數值計算。數值計算結果表明：醫務室衛生間靜壓約為101 280 Pa，醫務室、蘇伊士間、公共衛生間約為101 285 Pa，走廊1 靜壓約為101 292.5 Pa，走廊2 靜壓約為101 305 Pa。不同污染等級房間的壓差不小于5 Pa，確保了負壓隔離病房區有序的壓力梯度以及氣流有序流動。各個艙室的壓力云圖如圖4 所示。

圖4 艙室壓力云圖

3 艙室的滅菌殺毒

3.1 隔離病員區的空氣消殺

紫外線能消殺各種微生物，如細菌、結核桿菌、真菌、細菌芽孢和各種病毒。試驗證明，照射劑量在30 000 μW/s.cm以上，對空氣中的流感病毒、麻疹病毒、金黃色葡萄球菌和結核桿菌殺滅率達到99.9%以上。因此，紫外線燈作為室內空氣和物體表面的一種消殺手段，在醫院被廣泛應用。

由于紫外線穿透性差，一般的紫外線只能在有限距離照射時起到消殺作用。紫外線燈輻射強度隨照射距離延長而降低，如30 W 紫外線燈照射距離大于1 m，其對物體表面的消殺便達不到預測效果。空氣濕度和灰塵也會影響其作用。

臭氧作為強氧化劑，可以和任何生物組織發生反應。有資料顯示0.5 ppm 的臭氧可滅活空氣中99%的甲型流感病毒。臭氧對病毒的滅活機理首先是病毒的衣體殼蛋白的4 條多肽鏈，并使RNA受到損傷，特別是形成它的蛋白質。噬菌體被臭氧氧化后，電鏡觀察可見其表皮被破碎成許多碎片，從中釋放出許多核糖核酸，干擾其吸附到寄存體上。空氣消殺時，臭氧濃度應為5 ppm;對物體表面消殺時，臭氧濃度應達到10 ppm。

為了達到紫外線和臭氧的消殺作用，在醫務室、蘇伊士運河工人房及走廊1 分別安裝有帶臭氧功能紫外線消殺燈。紫外線燈選用有臭氧雙端燈30W型號，安裝在天花板上并距地面2 m 高度。紫外線燈的配置按照《醫院空氣凈化管理規范 WS/T368-2012》要求≥1.5 W/m，具體配置見表1。

表1 艙室紫外線燈配置

紫外線的長期照射下會對人體產生傷害，如色素沉著、電光性眼炎、皮膚灼傷及嚴重情況下引發皮膚癌等。臭氧因其強氧化性，同樣也對人體的組織、細胞產生損傷甚至引起癌變，同時也對眼睛、呼吸道有刺激作用，進而會影響人的視力和肺功能損傷。因此使用帶臭氧紫外線燈，應在無人的時候使用。

選用的紫外線燈帶有定時功能，可選15 min、30 min 和60 min 工作時長。該紫外線燈應在隔離人員進入前一天及隔離人員撤離后投入使用。為達到使用的最佳效果，使用時應關閉通風，以便臭氧濃度達到10 ppm 并維持30 min 以上。消殺后，可以開啟排風機、空調新風供風及門窗，待徹底消除異味后方可用于下次使用。

3.2 中央空調濾器原位消殺

雖然對全船的生活區進行功能性分隔有效地阻隔了病毒在清潔區的傳播，但為了從源頭避免病毒通過中央空調系統在整個生活區的傳播，有必要對空調的濾器進行原位消殺，徹底切斷病毒傳染途徑。

中央空調濾器原位消殺的方法主要有以下幾種：等離子體消殺、紫外線消殺和氣體熏蒸消毒，如甲醛、氣體二氧化氯和過氧化氫滅菌。氣體消殺僅應用在專業醫院和生物試驗室，而在陸地上的大型醫院和酒店等，中央空調濾器的原位消殺仍是以裝設等離子消殺器或紫外線殺毒為主。另外，定期更換濾器也是重要的方法。

一種排架紫外線殺菌模塊安裝在新風與回風的混合箱內。其風阻小（<20 Pa）且安裝方便，最大處理風量可達20 000 m/h，對原有設備影響小，不需要額外設計，能夠很好地滿足原位殺毒的作用。由于該裝置安裝在通風通道內，風速快、流量大，如果使用帶臭氧功能的紫外線燈達不到臭氧消殺濃度要求，只能在空調停止運行進行檢修期間使用臭氧消殺功能。考慮到船舶中央空調長期運行，不論是制冷、制熱或通風，都不能停止風機運行，因此紫外線對空調系統濾器的原位消殺只需要紫外線功能即可，不需要帶臭氧功能。

在半污染區和污染區的通風末端安裝有高效過濾送風末端裝置。由于該裝置體積小、成本低，并且更換高效過濾網也很簡便，因此無需額外設置原位消殺裝置。

4 結 語

本文針對全球首制99 000 mVLEC 生活區的重大呼吸道流行性疫情防控需求，兼顧ABS 最新防疫入級符號和醫療機構防疫要求，提出醫療區域”三區兩通道”的總體布局、艙室通風系統、艙室滅菌殺毒等防疫設計方案，最大程度地阻隔病毒傳播，保證船員健康。該方案已成功應用于全球首艘獲得ABS 防疫入級符號IDM-A 的國際商船。