東南亞地區環境特征分析及產品環境適應性對策研究

吳帥，周堃，劉聰，楊小奎，王竟成，李旭，羅丹

環境試驗與觀測

東南亞地區環境特征分析及產品環境適應性對策研究

吳帥1,2，周堃1，劉聰1，楊小奎1，王竟成1，李旭1，羅丹1

（1.西南技術工程研究所，重慶 400039；2.西藏拉薩大氣環境材料腐蝕國家野外科學觀測研究站，拉薩 850100）

掌握東南亞地區環境特征，提出產品環境適應性工作對策。采用主成分分析法開展東南亞地區環境精細化分類，依據分類結果，開展環境特征分析和規律研究，并在產品環境適應性問題原因分析的基礎上，提出東南亞地區使用產品環境適應性工作對策。東南亞地區具有年溫度較高、相對濕度高、雨量充沛、太陽輻射較強等特征，但不同類別之間具有一定的差異性，D1、D2類環境呈現一定的季節性特征，D3、D4類全年環境較為穩定，溫度、平均濕度、太陽輻射和降雨量均穩定地保持在較高量值范圍內，溫度常年保持在20～30 ℃，平均相對濕度在70%以上。東南亞地區環境整體較為嚴酷，在產品環境適應性論證、設計和使用維護等階段應采取針對性措施，以保證東南亞地區使用產品的環境適應性。

自然環境；環境特征；東南亞；環境適應性

自然環境是產品面臨的最主要環境，對產品的影響具有長期性和普遍性，會影響或破壞產品結構及材料，造成器件、部件、產品性能劣化和功能失常[1-4]。在國民經濟建設中，自然環境對產品和基礎設施的影響導致了巨大損失。2016年，全球腐蝕調查報告表明，世界平均腐蝕損失約占全球國民生產總值（GNP）的3.4%[5]。中國工程院開展的“我國腐蝕狀況及控制戰略研究”表明，2014年我國腐蝕成本約占我國GDP的3.34%，達到21 278.2億元人民幣[6-8]。

東南亞地區連接三洲（亞洲、非洲、大洋洲）、兩洋（大西洋、印度洋），戰略位置十分突出，且為“一帶一路”的核心區域。由中國企業投資的中泰鐵路、印尼雅萬高鐵、中馬友誼大橋等重大工程項目陸續建設，大量工程設備、通信產品、汽車等出口東南亞地區，但由于未掌握東南亞地區的環境特征，無法針對性開展產品環境適應性設計、試驗評價和維護保養等工作，造成產品的環境失效問題十分突出[9-12]。如某通訊公司在東南亞沿海區域布設的光纖，運行不到3年就發生了嚴重的腐蝕失效。工程結構材料在印尼使用半年左右出現大面積的銹蝕失效，嚴重影響工程安全。國內外相關學者開展了國內典型環境特征分析[13-16]，提出了相應的產品環境適應性工作對策[17-20]，但較少開展國外環境特征分析及產品環境適應性工作對策的研究。本文通過系統分析東南亞地區自然環境因素數據，獲取了主要環境特征，并依據環境特征，在產品環境適應性問題原因分析的基礎上，提出了產品在東南亞地區的環境適應性工作對策。

1 東南亞地區環境分類

東南亞地區地域廣闊，不同地區環境差異較大，為了針對性地開展環境特征分析，提出產品環境適應性工作對策，本文采用主成分分析法[21-22]，選用年平均溫度、最高溫度、最低溫度、年平均濕度、年平均太陽輻射、年平均降雨量和海拔作為評價指標，開展東南亞地區27個城市與我國大氣環境試驗站環境特征的差異性分析，進行精細化分類。

1）原始數據標準化處理。對選取的環境因素評價指標進行標準化處理，使各種不同指標轉化為同度量的指標，指標轉換公式見式（1）。

2）計算相關系數矩陣。通過MATLAB數學軟件計算相關系數矩陣，見式（2）。

(2)

3）計算相關系數矩陣的特征值λ及其對應特征向量，見式（3）。

4）計算主成分貢獻率，確定主成分個數，使得累積貢獻率達到85%以上，即：

5）計算主成分得分，根據主成分得分進行相關性分析和綜合分類。

按照以上分類步驟選取3個主成分計算主成分得分，依據得分進行綜合分類，分類結果見表1，并構建聚類樹（如圖1所示）。可見東南亞地區環境可細分為4類環境，分別定義為D1—D4，這4類環境通過值為2的虛線從層次樹中劃分出來。在虛線以左，同一類別內城市之間的相異性均低于2，每一類別表征了1種環境類型。

表1 東南亞地區4類環境包含城市

Tab.1 Cities with four environmental types in Southeast Asia

2 東南亞地區環境特征分析

各類別環境特征與我國萬寧站和永興島站環境特征對比如圖2所示?？梢?，D1類各城市年平均溫度為26.4 ℃，最高溫度為43.8 ℃，最低溫度為5.2 ℃，年平均濕度為74%，平均太陽輻射為6 561.0 MJ/m2，平均降雨量為1 311.6 mm。D2類各城市年平均溫度為23.7 ℃，最高溫度為41.4 ℃，最低溫度為1.3 ℃，年平均濕度為81%，平均太陽輻射為5 037.4 MJ/m2，平均降雨量為1 637.1 mm。萬寧站年平均溫度為24.9 ℃，最高溫度為37.5 ℃，最低溫度為8.5 ℃，年平均濕度為84%，平均太陽輻射為4 879.0 MJ/m2，平均降雨量為1 947.2 mm，屬于D2類。D3類各城市年平均溫度為26.4 ℃，最高溫度為36.7 ℃，最低溫度為15.0 ℃，年平均濕度為83%，平均太陽輻射為6 363.1 MJ/m2，平均降雨量為2 023.1 mm。永興島站年平均溫度為27.0 ℃，最高溫度為33.4 ℃，最低溫度為18.0 ℃，年平均濕度為83%，平均太陽輻射為7 148.0 MJ/m2，平均降雨量為1 318.5 mm，屬于D3類。D4類各城市年平均溫度為26.2 ℃，最高溫度為33.0 ℃，最低溫度為16.6 ℃，年平均濕度為84%，平均太陽輻射為6 220.9 MJ/m2，平均降雨量為2 879.8 mm。D2類年最大溫差最大，達40 ℃以上，D4類年最大溫差最小，僅16.4 ℃。

圖1 東南亞地區環境分類結果

圖2 東南亞地區各類別環境特征對比

對比分析可知，東南亞地區整體具有年溫度較高、相對濕度高、雨量充沛、太陽輻射較強等特征，但不同類別之間又有一定的差異性。具體來說，D1類具有溫度高、太陽輻射強、相對濕度和降雨量相對較低的特征；D2類呈現平均溫度、太陽輻射相對較低，年溫差較大的特征；D3類和D4類表現為濕度高、降雨量大、溫差小等特征，而D4類溫度相對較低。

3 東南亞地區環境因素變化規律

在4類環境中分別選擇1個城市作為該類別的典型環境特征代表，開展環境規律研究。D1—D4類分別選擇泰國曼谷、越南榮市、馬來西亞馬六甲和文萊斯里巴加灣市。圖3分析了東南亞地區各類別環境平均溫度、極值溫度、平均濕度、太陽輻射累積量和降雨量等環境因素的變化規律?？梢姡珼1類在每年3—5月的溫度最高，太陽輻射最強，而在9、10月的相對濕度較高，降雨量較大；D2類在每年5—7月的溫度最高、太陽輻射最強，8—10月降雨量較大，全年相對濕度均較高；D3類和D4類全年環境較為穩定，溫度常年保持在20～30 ℃，平均濕度在70%以上，D4類更是常年保持在80%以上，太陽輻射和降雨量也穩定地保持在較高量值范圍內。

進一步分析東南亞地區各類別環境溫濕度特征，如圖4和圖5所示。可見，D1類全年日平均溫度幾乎均在20 ℃以上，在25～30 ℃的天數占全年的68%以上；D2類全年日平均溫度幾乎均在10 ℃以上，在25～30 ℃的天數占全年的41%以上；D3類和D4類全年日平均溫度均在25～30 ℃。此外，東南亞地區整體高溫高濕時間較長。東南亞地區4類環境2001—2018年間平均溫度高于20 ℃和濕度高于70%、80%的時間如圖6所示?？梢?，D4類幾乎全年溫度均超過20 ℃、濕度高于80%；D3類幾乎全年溫度均超過20 ℃、濕度高于70%，濕度高于80%的時間也超過200 d；D2類全年日平均溫度超過20 ℃、濕度高于70%的時間達240 d以上，濕度高于80%的時間在150 d左右；D1類高溫高濕時間在不同年份波動較大，但全年日平均溫度超過20 ℃、濕度高于70%的時間也達200 d以上。

圖3 東南亞地區環境因素變化規律

圖4 東南亞地區各類別環境溫度低于t的天數分布

4 東南亞地區產品環境適應性工作對策

4.1 產品環境適應性問題原因分析

產品環境適應性問題是產品質量綜合水平的反映，涉及到產品的使用環境、環境適應性設計水平、產品環境適應性考核驗證評價等多個方面。

1）使用環境嚴酷。綜合東南亞地區環境特征及規律分析結果，東南亞地區具有溫度高、濕度大、太陽輻射強、高溫高濕持續時間長等環境特征，且東南亞由中南半島和馬來群島組成，地區11個國家僅老撾為內陸國，其余國家均緊靠海洋，鹽霧含量必然高，高溫、高濕、強太陽輻射再加上海風帶來高濃度鹽霧，勢必造成產品金屬材料腐蝕、涂層開裂、脫落，高分子材料老化等環境適應性問題。

圖5 東南亞地區各類別環境溫度區間分布

圖6 東南亞地區各類別環境日平均溫度高于20 ℃和相對濕度高于70%、80%的天數分布

2）環境適應性設計的針對性不強。在產品設計研制過程中，設計人員較少從環境對產品的影響角度來預先研究和總體考慮產品在東南亞使用的環境特點對材料/防護工藝/結構設計、密封設計等所提出的不同要求，使得材料及防護工藝選擇不當，結構/密封設計不合理，造成產品過早出現腐蝕老化、故障失效等問題，嚴重影響產品的效能發揮和可靠性水平。

3）環境適應性考核驗證不充分。我國產品研制工作中，大都以實驗室加速試驗方式進行環境適應性考核，輔以國內典型自然環境試驗站開展自然環境試驗。但東南亞地區地域廣闊，環境特征多樣，國內環境無法覆蓋全部環境類型。因此，僅依靠單純的實驗室加速試驗或國內自然環境試驗，難以真實反映產品在東南亞地區使用出現的環境適應性問題，這也導致很多產品雖然通過了預定的環境試驗考核，但在東南亞地區使用過程中仍存在環境適應性問題。

4.2 產品環境適應性工作對策

面對產品東南亞地區環境適應性保障需求，亟需加強東南亞地區自然環境因素與環境效應分析，掌握典型自然環境特征，從產品環境適應性論證、設計和使用維護等階段提出產品環境適應性對策，支撐產品在東南亞地區典型環境下的環境適應性提升。

1）針對產品環境適應性論證階段。加強東南亞地區使用產品的環境適應性調查，全面掌握產品環境腐蝕失效、使用維護的信息和經驗，結合東南亞地區環境特征和規律，明確產品在壽命期內可能經歷的環境剖面，提出產品環境適應性設計和試驗中需考慮的環境因素類型、環境條件量值等建議。其中，自然環境因素應重點考慮溫度、濕度、雨水、太陽輻射和鹽霧的影響，并結合文中給出的D1—D4類環境特征及環境條件量值，確定產品環境適應性要求。

2）針對產品環境適應性設計階段。根據環境特征和東南亞地區使用產品的環境適應性調查情況，提出產品選材、總體設計、結構設計、密封設計等方面的對策建議，尤其是針對濕度較為敏感的光學設備、電器設備等，應著重加強密封設計和防潮設計。針對產品關鍵部位和薄弱環節，推薦環境試驗考核方法。在開展自然環境試驗考核工作時，在D2類環境中使用的產品，應在萬寧站完成考核；在D1類環境中使用的產品，可在萬寧站開展自然環境加速試驗，適當強化太陽輻射；在D3類環境中使用的產品，應在永興島站或環境較為接近的島礁環境完成考核；在D4類環境中使用的產品，可參考D3類環境開展考核試驗，并根據實際使用情況，適當強化環境濕度完成考核。

3）針對產品使用維護階段。根據東南亞地區使用產品的環境適應性調查情況，確定東南亞嚴酷環境下使用產品的薄弱環節，結合產品的環境效應數據，以及產品在東南亞具體使用地區環境特征及季節性變化規律，合理評估產品使用周期，制定產品維護保養工作方案建議等。如東南亞地區4種環境類型全年均有200 d以上溫度高于20 ℃，濕度高于70%，D3和D4類更是全年高溫高濕，必須加強產品防潮控濕手段，提高光學設備、電器設備巡檢維護頻率等。

5 結論

1）東南亞地區環境可細分為4類，整體具有年溫度較高、相對濕度高、雨量充沛、太陽輻射較強等特征，但不同類別之間具有一定的差異性。

2）D1、D2類環境呈現一定的季節性特征，D3、D4類全年環境較為穩定，溫度、平均濕度、太陽輻射和降雨量均穩定地保持在較高量值范圍內。

3）東南亞地區使用環境嚴酷，應針對產品環境適應性論證、設計和使用維護等階段，采用加強密封設計和防潮設計，提高光學設備、電器設備巡檢維護頻率等針對性措施，以保證東南亞地區使用產品環境適應性。

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Environmental Characteristics and Countermeasures for Environmental Adaptability of Product in Southeast Asia

WU Shuai1,2, ZHOU Kun1, LIU Cong1, YANG Xiao-kui1, WANG Jing-cheng1, LI Xu1, LUO Dan1

(1. Southwest Institute of Technology and Engineering, Chongqing 400039, China; 2. Tibet Lhasa Material Atmospheric Corrosion Station of National Outdoor Scientific Observation and Research, Lhasa 850100, China)

The work aims to master the environmental characteristics of Southeast Asia and put forward the working countermeasures for environmental adaptability of product.Fine classification of environment in Southeast Asia was conducted by principal component analysis. According to the classification results, the environmental characteristics and laws were analyzed. Based on the analysis of the causes on environmental adaptability of product, the countermeasures for environmental adaptability of service product in Southeast Asia were proposed. Southeast Asia was characterized by high annual temperature, high relative humidity, abundant rainfall and strong solar radiation.However, there were certain differences among different environmental categories. The environment of D1 and D2 presented certain seasonal characteristics. The environment of D3 and D4 was relatively stable throughout the year, and their temperature, average humidity, solar radiation and rainfall were stably maintained in a high value range,their temperature was kept between 20 ℃?30 ℃ and their average humidity was more than 70%. The environment is relatively harsh in Southeast Asia. Targeted measures should be taken in the stages of environmental adaptability demonstration, design, use and maintenance of product to ensure the environmental adaptability of product service in Southeast Asia.

natural environment; environmental characteristics; Southeast Asia; environmental adaptability

TJ07；P468.1

A

1672-9242(2023)01-0135-07

10.7643/ issn.1672-9242.2023.01.019

2021–11–04；

2021-11-04；

2021–12–17

2021-12-17

吳帥（1991—），男，碩士，工程師，主要研究方向為環境試驗與環境適應性評價。

WU Shuai (1991-), Male, Master, Engineer, Research focus: environment adaption test and evaluation.

吳帥, 周堃, 劉聰, 等. 東南亞地區環境特征分析及產品環境適應性對策研究[J]. 裝備環境工程, 2023, 20(1): 135-141.

WU Shuai, ZHOU Kun, LIU Cong, et al.Environmental Characteristics and Countermeasures for Environmental Adaptability of Product in Southeast Asia[J]. Equipment Environmental Engineering, 2023, 20(1): 135-141.

責任編輯：劉世忠