国外水面舰船舱室环境研究

胡忠平

（海军驻上海沪东中华造船（集团）有限公司军事代表室 上海200129）

引 言

舱室环境是影响舰船综合作战能力的重要因素。美、英等国都将舰船舱室环境列为与武器系统同等重要的位置，并对其进行了系统性研究，尤其对舱室适居性、色彩、照明、空气环境、噪声和新材料等舱室环境因素进行了大量的研究工作，制定了一系列用于指导舰船舱室环境设计的标准和规范［1-3］。

为了保证舰员的身心健康，使舰员的身体处于良好的状态，美国早在1975年就宣布实施舰船适居性工程，并于1979年进一步完善了该项目，以提高舰船的综合作战能力［4］。美国国家环境卫生研究院随后对美军士兵进行了调查，结果表明舰员对健康有关的生活质量的满意程度同他们所表现出来的工作状态呈正相关性，这也是他们考虑是否继续服役的重要因素。

本文从国外水面舰船的舱室设计、舱室环境包括：舱室内装环境、舱室空气环境、舱室噪声环境及新材料应用等舱室环境影响因素出发、总结了国外在该领域的研究现状和所取得的成果，同时也结合我国舰船研究发展的现状，提出一些合理的建议，以推动我国舰船舱室环境设计的不断发展。

1 舱室设计

在舰船舱室设计方面，国外多从居住性角度出发，针对舰船的生活保障问题，制定一系列适居性规范用于指导舱室设计。

美国提出舰船适居性的概念，并通过改进舱室设计改善舰船适居性进行了一系列研究工作。如调查改进舰船噪声与照明的可行性；研究舰船热应激对舰员的影响及应对措施；研制热应激暴露时间曲线图；研制适合舰船不同岗位穿着的冷却背心与抗菌服装；建造更适于居住的新舰船等。

在舱室设计的细节方面，如每个居住舱室的大小，欧洲一些国家的海军部门对这个问题有不同的看法。荷兰皇家海军认为，每个居住间内最多允许10名舰员居住；法国、英国与北约的海军则建议每个房间最多居住24名舰员；挪威皇家海军称，每个房间最多只能允许6名舰员居住；而德国海军则建议在舰船上配备4人、6人或8人居住的房间。对于军官和士兵餐厅也尽可能采用小型4～6人桌来提高就餐效率。法国水面舰船的生活服务舱室的设计风格以休闲为主，为舰员枯燥的海上生活提供了非常好的缓解与放松环境，其舱室内部环境设计很好地体现了“以人为本”、“物为人用”、“一切设计围绕人来展开”的设计理念，为改善舰员在海上长期枯燥的生活提供了很好的解决方案。

2 舱室内装环境

舰船舱室内装环境直接影响到舰员的工作、生活质量。第二次世界大战以后，舰船内装日益受到重视，各国海军对舰艇内装有了具体的规定和要求。大型水面舰船普遍设有大型休息室、舰员休息区、学习室、图书室、餐厅、卧室、浴室、洗衣和熨衣室、文体活动室和会客室以及其他生活配套设施。随着新技术、新材料的不断应用和舰用设备、武器装备自动化程度的提高，舰船内装环境也在不断完善，主要体现在以下几个方面：

2.1 色 彩

舰员的工作和生活都在海上，活动范围狭小，会产生独特的心理特性，色彩环境对其尤为重要。不同的色彩环境对舰员的生理和心理会产生不同的刺激作用，从而对舰员的工作效率和生活质量带来不同的影响。因此，在大型水面舰船上营造适宜的色彩环境，对甲板、舱壁、地板、通道、居住、膳务、卫生、公共活动舱室等施以适当的色彩装饰，使舰员感到舒适、愉快，是保障舰员身心健康、提高工作效率的既经济又重要的途径，受到各国海军的重视。如德国海军某水面舰船居住舱室，使用蓝色地毯给人以安静、沉着和宽阔感，家具主体色为米黄色寓意光明、快乐，墙壁背景色为白色代表纯洁、朴素。该居住舱室整体给人一种安静、舒适感，能有效保证舰员的休息、睡眠。另外，美国舰船居住性手册与英国居住性规范都指出，要针对舰上的不同区域匹配适宜的颜色，并与灯光等环境要素协调一致。美国还专门制定了一些配色手册供设计人员或高级军官参考使用。

2.2 灯 光

灯光环境的主要作用是为舰员提供良好的光照条件，获得最佳的视觉效果，使室内环境具有某种气氛和意境，增加舱室环境的美感与舒适感，因此其具有实用和艺术的双重性作用。另外，舰上不同舱室对灯光的照度和强度要求不同，灯光设计除满足照度和强度标准外，应兼具对舱室有装饰和虚拟划分空间的作用。从人的视觉特性出发合理设计光照环境，改善舱室内光照条件，改善舰船舱室环境，是提高舰员休息、睡眠质量和工作效率的重要方面。美国海军强调根据不同的功能区提供适合的照度，考虑人员的心理需求，使生活区温馨自然。英国海军重视灯具设计，光与色的搭配，同时强调了不同位置的照度要求。

2.3 美 学

国外的水面舰船在设计时，注意色调和几何形状的和谐搭配，注意缓解舰员的视觉疲劳，同时结合舰船内部不同位置的结构特征采用曲面形态与直线形态对比结合的手法，体现空间的造型美感。在舱室形态环境设计方面，基于水面舰船舱室空间相对较为狭窄，如何合理利用好这有限的空间，让舰员在视觉、触觉、心理感觉等方面都能达到舒适程度是各国舱室形态环境设计的重点。

3 舱室空气环境［5］

为满足大型水面舰船对舱室空气环境的要求，欧美等发达国家纷纷引入先进的设计计算方法、设计理念和管理模式，不断对船用空气设备进行研发和升级换代，使舱室空气环境得到明显改善。主要体现在以下几个方面。

3.1 采用先进的空调通风设计技术

美国海军将先进的系统压力平衡方法和负荷计算方法应用到舰船舱室空调通风系统设计中，在提高传统设计的精度、最大程度满足舰员办公和居住舒适性要求的同时，又保证了设备运行的经济合理性。通过利用计算流体力学方法（CFD），在设计阶段对气流组织进行预测，可以及时发现设计方案的优缺点，从而加以改进和优化。德国、英国等国也在积极尝试把舰船各舱室作为一个整体，采用基于数值方法、图论和最优化理论的流体网络法来分析和解算全船空调通风系统，以对现有的设计、选型方法进行改进和优化。在大型水面舰船的通风设计中，针对不同的航行状态和不同的气候条件有针对性地制定通风方案。

3.2 注重细节和个性化

大型水面舰船上舱室众多，且各舱室都有其相应的职能和特点，国外海军在舱室空气环境设计时，为了获得各舱室内良好的空气环境，针对重点舱室进行相应的个性化设计。例如，大型水面舰船上的洗衣间和厨房内所用的设备会消耗大量能量并产生过多的热量和湿量，且洗衣物时的纤维，做饭时的油烟会积聚在管道内，易限制管道内气流的流动，降低管道的送排风能力，使舱室内温度升高，造成人员的不舒适和劳动效率低下。美国针对上述问题，在洗衣间纤维浓度较高的地方安装了局部排风设备，厨房内采用一体化设备，减少了厨房设备的数量和空间及通风系统的复杂性和维修费用。

3.3 采用高效节能的智能化空调设备

随着对舰船空气环境要求的不断提高，相关船用设备向着高效节能、安全可靠、寿命长、无污染，以及自动化、智能化、集成化、模块化、系列化等方向发展。例如，在需求较高的居住舱（如舰长室）内采用高性能的系统末端设备，可以根据个体需要任意调节风量等，提供高舱室的空气环境，同时具有良好的降噪和节能性能。

3.4 注重通风空调系统的减振降噪

在通风空调系统的设计中，采用各种措施降低系统的振动和噪声，提高舱室环境质量。

4 舱室噪声环境

西方发达国家非常重视舰船舱室声学环境问题，在舰船设计阶段就考虑了舱室噪声控制和低噪声设计，经过几十年的发展，他们已拥有比较先进的噪声预报方法和试验验证方法、系统的减震降噪措施和系列化的噪声控制产品、舱室噪声试验验证平台。目前西方发达国家大型水面舰船的居住舱和工作舱的噪声基本在55 dB以下，且随着技术的进步，舱室噪声还会越来越低。

5 新材料研究与应用

国外舰船内装新材料的研究重点和应用主要集中在舱壁材料和绝缘材料的研究上，研究的对象主要是结构-功能一体化材料。最常见的结构-功能一体化材料是夹层复合材料，其利用多种材料的组合，扬长避短、实现功能和结构的一体化，以其优异的力学性能和功能的可设计性特点，获得国际的广泛关注。对于结构-功能一体化材料，研究的主要对象主要是针对近年新出现的各种新型结构-功能一体化材料，如蜂窝夹层复合材料、泡沫金属夹层复合材料、聚氨酯弹性体夹层复合材料、中空层联纤维增强复合材料等等，研究其对应不同功能要求的多材料组合设计方法、基于舰船轻量化目标的优化设计手段以及新型结构-功能一体化材料结构的性能表征。

对应不同功能要求的多材料组合综合设计方法，是指在同时满足功能要求和安全性要求的情况下，在材料库中选择多种不同的功能材料进行组合设计，如轻型泡沫金属夹层结构，就有泡沫铝外夹镀锌钢板、外夹纤维增强复合材料、外夹薄铝板等不同的组合方式。同样，对于蜂窝夹层材料，有铝蜂窝夹层材料外夹钢板、铝板、纤维增强复合材料板等等。

综合国外对舰船内装新材料研究资料，发现有以下特点：

（1）新型结构-功能一体化复合材料的应用成为新的趋势。复合材料与结构，尤其是夹层复合材料，已经成为内装新材料研究的热点，新型内装复合材料，如泡沫金属夹层材料、蜂窝夹层材料、聚氨酯弹性体夹层材料、中空层联纤维增强复合材料等的研究和应用已经广泛开展。

（2）已经形成内装材料轻量化设计的系统方法和手段，内装材料的轻量化设计已经成为舰船内装设计的必要步骤。内装材料的多材料组合功能设计手段逐渐完善，不同类型内装材料的综合性能表征实验正在广泛开展。

（3）国外内装材料对环境的影响已经做了很多调查和研究，环境安全性的要求日益提高，内装环境的设计、内装材料选择、内装材料与结构的轻量化设计已经形成一个有机的整体，并具有产业化趋势。

（4）新型复合型内装涂料的开发和研制正在逐步成为舰船内装涂料的研究热点。绿色环保涂料已经得到普遍认同，根据舰船所处的环境以及所承担的任务，针对舰船内装特点，具有绿色环保、防火隔热、吸收噪声和辐射等功能的复合型新型内装涂料成为热点，并取得了一定的进展［6］。

6 结 论

多年来，我国舰船设计所和承造船厂等单位在海军舰船舱室环境方面做了大量努力。20世纪90年代，开展“两高”（即提高舰船建造质量和提高生活设施水平）工作，自2000年以来，又针对新一代舰船进行生活设施改进提高，参考国外相关标准、规范并结合我海军特点，颁布了舰船生活设施改进提高的相关要求，使新一代舰船的舱室环境有了较大幅度的改善。然而，由于我国目前对舱室环境还缺乏专业化、系统化研究，尤其缺乏有针对性的技术基础研究，致使舰船设计建造缺乏系统且全面的技术标准规范，因此，后期很有必要进一步加强舰船舱室环境的研究、完善相关标准规范，进一步提高我国舰船生活保障水平。

［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］ 陈文战.舰船舱室环境工程技术综述［J］.中国舰船研究，2012（4）：83-87.

［6］ 赵健，凌纯.舰船舱室防火设计研究［J］.船舶，2011（1）：57-60.