舰船装备安全性与生命力对比分析

李 炜，崔鲁宁

(海军装备研究院，北京 100161)

舰船装备安全性与生命力对比分析

李 炜，崔鲁宁

(海军装备研究院，北京 100161)

近年来舰船安全性与舰船生命力一样越来越得到重视。为了更好地进行舰船安全性设计，在分析舰船安全性和生命力的内涵、技术途径与设计方法的基础上，从特点、作用条件、作用时段、作用范围、度量指标、实现途径和方法等方面对二者进行了对比分析，说明二者既有区别，又有共同点，而且密切相关。在舰船装备研制中除了并行开展设计、研究和验证工作外，还需要以事故风险为核心开展共性研究，以便系统地解决舰船安全性和生命力问题。

舰船;安全性;生命力

0 引言

海军舰船是技术密集、构成复杂的武器系统，经常需要在复杂而恶劣的海洋环境中使用和作战。在平时和战时避免发生事故(即自身安全)是完成使命任务的基本要求，也是舰船设计建造的基本目标。各国海军舰船每年都发生很多火灾、爆炸、碰撞等事故，特别是俄罗斯海军“库尔斯克”号核潜艇于2000年8月12日在正常演习过程中失事沉没，导致艇上118名官兵全部遇难所带来的震惊，促使各国海军进一步采取措施提高舰船装备的安全性。与20世纪80年代马岛海战后开始系统研究和提高舰船生命力相似，近年来国内开始重视舰船安全性问题，将其作为“五性”之一逐步开展系统性研究并纳入到舰船总体设计中［1］。安全性和生命力作为保障舰船完好的2项重要性能，要在舰船研制中有效地加以落实和实现，把握住二者的异同点和相互关系是十分必要的。

1 舰船安全性的主要内容

安全性是指不发生事故的能力［2］，即不发生导致人员伤亡、职业病、设备损坏或财产损失等意外事件的能力。武器装备既对敌方产生杀伤力，但同样也可能造成己方人员自身伤亡和设备损坏等一系列意外事件的发生。安全性是武器装备的重要设计特性，可以定义为装备在规定条件下和规定时间内以可接受的风险执行规定功能的能力。

安全性是舰船的重要性能之一，是影响战斗力发挥的重要因素。根据舰船的构成特点、使用特性和主要危险因素(油料、弹药、高温高压气体和液体、火源、电源、电磁辐射等危险物质，系统设备故障，设计缺陷，作业中的人为差错，自然环境和作业环境)，其安全性以自然环境和作业环境为外界条件，面向装备和人员，主要包括舰总体安全性、系统设备安全性和人员职业健康安全性3个方面。

1)舰总体安全性

舰船作为海上结构物在自身构造上的安全性和使用中的安全性，主要包括船体安全性、区域(部位)安全性和任务(作业)安全性3个方面。

①船体安全性

指舰船在给定的海洋环境中正常使用时不发生结构损伤、断裂和倾覆、沉没等事故或船体虽然受损但不会断裂、倾覆和沉没的能力。主要包括稳性、不沉性、适航性、结构强度与刚度、结构防火能力等，是舰总体设计必须解决的基本性能要求。

②区域(部位)安全性

指舰船在给定的海洋环境中正常使用时，某个区域(部位)虽然存在固有危险源，但不发生火灾、爆炸、结构和设备损伤、人员伤亡等事故的能力。主要包括露天甲板、机库、机舱、电站、燃料舱、弹药舱、厨房等重点危险区域(部位)和人员活动区域(部位)的安全性，是舰总体设计中总布置设计、兼容性设计、消防设计等方面必须解决的问题。

③任务(作业)安全性

指舰船在给定的海洋环境中正常使用时，按照规程进行某项具体作业过程中不发生或不因为出现意外事件而发生碰撞、搁浅、损伤、沉没、火灾、爆炸、误击、人员伤亡等事故的能力。主要包括航行、停泊、舰载武器使用、舰载机使用和海上补给等主要作业的安全性，属于使用和保障安全性的范畴，需要在舰总体设计中专门研究解决。

2)系统设备安全性

指舰船在给定的海洋环境中正常使用时，舰上主要系统设备不发生断裂、破碎(裂)、脱落、失控、短路、漏电、泄漏、火灾、爆炸、污染和人员伤亡等事故的能力。主要包括动力系统及主要设备、电力系统及主要设备、船舶保障系统及主要设备、作战系统及主要设备、船舶装置及主要设备等的安全性，需要在系统设备的设计与研制中解决。

3)人员职业健康安全性

指舰船在给定的海洋环境中正常使用时，舰员在高低温、噪声、振动、冲击、电磁辐射等较差的物理环境下和存在有毒、腐蚀、放射性物质等有害环境中工作、生活而不损害其健康的能力。

舰船装备的安全性问题，实际上是装备、环境和人三者之间相互作用产生的，与装备设计、使用和训练等寿命周期过程密切相关，需要以实现舰船装备及人员安全为目的，应用系统安全工程原理和方法，在舰船研制阶段，对舰船总体、主要系统设备及人员存在的危险因素进行识别与分析，判断发生事故、灾害和职业危害的可能性与严重程度，制定合理可行的安全保障技术措施及安全管理措施。因此，保障舰船安全性的核心在于进行系统性的舰船安全性设计(见图1)。

舰船安全性设计可概括为:根据对以往事故的总结和相关规定的要求，提出安全性设计目标;对需要重点进行分析的危险源，利用风险评估方法(检查表法，PHA，FHA，FTA，FMECA，ETA，概率分析法，工程计算和分析等)，结合相关的安全性实验，确定每种风险发生的可能性以及后果的严重程度，以此构建风险矩阵(见表1);根据相关安全性准则确定可接受风险，对不可接受风险制定安全对策措施，直到满足安全性设计要求。

2 舰船生命力的主要内容

舰船生命力是指舰船避免和承受自然环境与作战环境所造成损伤的能力，也即舰船在自然环境和作战环境中保持和恢复其功能的能力。从广义上讲，舰船生命力包括易感性、易损性和战伤恢复性3个方面。由于易感性主要指被敌方发现和探测、规避或拦截敌方武器以及不被命中的特性，已经分别在隐身性和作战系统中加以考虑，而战伤恢复性即战场抢修能力是一个很复杂的问题。因此，舰船生命力问题主要指易损性，即遭受敌方火力威胁和风浪自然环境威胁作用后造成的损伤特征，而火力威胁是重点。

生命力作为舰船的主要作战性能之一，是作战能力的重要保障。舰船在作战中面临着不断增大的威胁，损伤程度主要取决于武器的类型、装药量、命中部位和舰船抵御武器破坏效应的固有特性。因此，生命力以装备和人员为主要对象，以武器破坏为主要外界条件，主要考虑其损伤后保持安全漂浮、航行、供电等能力，以及剩余的执行作战任务能力。即舰船生命力的状态可以描述如下:

图1 舰船安全性设计基本流程Fig.1 The process of ship safety design

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1)平台完整性及任务保障能力包括防沉抗沉能力、船体结构抗损能力、防火灭火能力、供电能力;

2)机动能力包括航行能力、航行操控能力;

3)作战任务完成能力包括对海作战任务能力、对空作战任务能力、反潜作战任务能力、对陆攻击任务能力等。

提高舰船命中后的抗损伤能力是生命力的主要目的，主要取决于对舰船的生命力要求、舰船总体和系统的生命力设计以及所采取的具体防护措施。生命力设计是指通过设备和部件的冗余(备份)、分散、集中、区域化等手段来优化系统的构成和布置，使系统和全舰遭受打击后的损伤最小，重要功能得以保持(见图2)。

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生命力设计首先根据各种可能遭受到的武器类型、威力、命中部位确定其接触爆炸或非接触爆炸后在爆炸点和相关部位产生的破坏效应(破口、弹片、冲击波、高温热辐射、火灾、进水等)，判断结构、设备所受到的损伤，进而计算出系统以及全舰的损伤等级和概率。生命力设计系统分为2个部分:一部分是直接完成舰船使命任务的主要系统，包括船体、主动力、电力、操船和作战系统等;另一部分是保障舰船生命力的辅助系统，包括消防、通风、疏排水、喷淋浸水、损管监控等。全舰损伤等级划分按照GJBz 20244－94《舰船生命力大纲》分成A，B，C，D 4个等级，具体内涵以平台完整性及任务保障能力、机动能力、作战任务完成能力3个基本要素进行衡量(见表2)。分析破坏效应是生命力设计的关键，主要采用蒙特卡洛法反映武器攻击情况并计算概率;应用炸药爆轰、高速碰撞、冲击波和应力波的传播、流固耦合等理论，运用仿真计算与试验相结合的方法，分析武器命中后所产生的侵彻、冲击波超压、破片杀伤、高温热辐射、火灾、浸水、冲击等破坏效应［3］;采用损伤树(FTA)方法，建立自顶向下的全舰生命力树状分解结构。

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3 舰船安全性与生命力的区别与联系

从上述分析中可以看出，安全性和生命力是舰船装备的2个重要性能，具有保障舰船完成使命任务的共同目标。二者在作用条件、威胁源、作用范围、技术方法等方面有较大区别，但在作用时段、实现的途径和阶段、技术实现方法等方面有不少共同点，而且在保障舰船生命力上存在密切的相互关系(详见表3)。

4 结语

舰船装备的安全性和生命力作为保障舰船完好和完成作战使命的2项重要性能，既有区别，又有共同点，而且密切相关，是舰船装备研制中必须考虑和解决的主要问题。除了并行开展设计、研究和验证工作外，还需要以事故风险为核心开展共性研究，以进一步完善生命力的内容，同时，借鉴其他装备的经验，深入研究安全性的指标体系、分析方法和评价方法，使安全性问题在舰船总体设计和系统设备研制中能系统、有效地加以解决。

［1］李光辉.舰船安全性设计技术［J］.中国舰船研究，2007，2(2):63－66.LI Guang-hui.Safety design technolgy for ships［J］.Chinese Journal of Ship Research，2007，2(2):63 －66.

［2］GJB900－90，系统安全性通用大纲［S］.

［3］李炜，张凤香，崔鲁宁.舰船生命力论证方法研究［A］.军船学术委员会2007学术年会［C］.北京:2008.8－13.

Comparative analysis on the ship safety and the ship survivability

LI Wei，CUI Lu-ning
(Naval Academy of Armament，Beijing 100161，China)

The ship safety is paid more and more attention as the ship survivability in recent years.The main contents，technical ways and design methods of the ship safety and the ship survivability are presented，and then the features，external condition，affected period，affected range，measuring index，technical ways and methods between the two performances are analyzed comparatively.The similarities，differences and closed interrelation between them are explained.The parallel design，research and verification for them and the common research focused on accident risks are needed，which will help to realize the ship safety and survivability systematically.

ship;safety;survivability

U662.2

A

1672－7649(2012)04－0107－04

10.3404/j.issn.1672－7649.2012.04.025

2011－08－29;

2011－09－28

李炜(1963－)，男，研究员，从事舰船总体论证与总体技术研究。