防化兵作业能力评估体系的建立及量化

范雅莉，周小青，童一飞

(1.南京理工大学机械工程学院，江苏 南京 210094)(2.南通职业大学机械工程学院，江苏 南通 226007)

防化兵又称防化学兵，可担负对生物、燃烧武器防护的部分任务，是一支可以直接杀伤敌人的战斗力量[1]。由于防化兵与其他兵种不同，具有一定的特点，即专业性、技术性和完成任务的时效性强，执行任务分散，保障目标多，因而其具有较强的独立性、机动性和灵活性。现在的防化兵增强了野战条件下的群防能力和快速侦毒能力，成为我军一支技术程度较高的专业力量[2]。但是，由于防化兵的作业环境较为危险，在作业过程中可能会遇到运动量过大或运动量不足等情况，在这种情况下，防化兵不仅不能完成任务，甚至还会发生危险。因此，基于数据的防化兵作业能力评估显得尤为重要。

目前，关于防化兵的作业能力评估较少，防化兵的发展往往滞后于与其相对应的大规模杀伤性武器的发展，因此国内亟需提升防化兵作业能力，建立相应的评估系统，开发相应的预警机制，以为防化兵作战提供有力的决策支持与保障。

1 防化兵作业现状

防化兵由观测分队、侦察分队、洗消分队、喷火分队组成[3]。本文主要针对生化事故应急救援作业以及反生化恐怖作业，研究防化兵作业能力评估体系。作业分队包括防化侦查分队以及洗消分队，作业内容主要包括参加核生化应急救援、反生化恐怖作业、抢险救灾、突发公共卫生事件等。

针对生化事故应急救援以及反生化恐怖作业，防化兵主要任务包括鉴别毒剂以及洗消作业。防化分队抵达染毒地带之后，需要进行取样分析并调配消毒药水，对被污染车辆和道路进行洗消作业，其作业环境具有多样性、复杂性等特点。具体的作业流程如图 1所示。

图1 防化兵生化事故应急救援作业流程

根据防化兵的作业流程以及作业形式并结合OSHA标准要求，将防化兵的防护等级分为A、B、C、D4类，其中：A级的防护要求最高，对呼吸、皮肤、眼睛的防护要求为现有最高等级(空气呼吸器供气时间一般仅45～60 min，穿着防护服时的有效工作时间也非常有限，每次只有20～25 min) ；B级的呼吸防护等级与A级相同，但皮肤防护稍低；C级防护为皮肤液体溅出防护和低级别的呼吸防护；D级防护要求最低，无呼吸防护，轻微皮肤防护。具体防护要求以及环境要求见表 1。

表1 防化兵防护等级

2 防化兵作业能力体系建立

由于防化兵兵种的特殊性，其作业形式、作业环境以及作业流程与其他兵种并不相同。普通单兵作战能力主要从火力毁伤能力、战场生存能力、侦察能力、机动能力、指挥控制能力、战场适应性6个方面的综合能力进行效能评估[4]。防化兵作业能力评估体系既要选择与装备的技术性能有关的客观因素指标,也要选择与作业能力有关的主观因素指标。根据防化兵作业形式、作业环境以及作业流程，从生理因素、设备因素、环境因素以及能力因素4个方面构建防化兵作业能力评估体系，体系流程图如图 2所示。

图2 防化兵作业能力评估体系流程图

2.1 防化兵作业能力影响因素分析

由于防化兵作业能力影响因素与防化兵作业防护等级相关，因此根据作业防护等级进行分类。

A类、B类防护情况下，防化兵通过正压式空气呼吸器进行呼吸供给，外界环境空气因素对防化兵作业能力没有影响，通过鱼骨图分析影响防化兵作业能力的因素。具体影响因素如图3所示。

图3 防化兵作业能力影响因素图(A、B类)

C类、D类防护情况下，防化兵通过防毒面具以及滤毒罐进行作业，外界环境空气因素一定程度上影响防化兵作业能力，通过鱼骨图分析影响防化兵作业能力的因素。具体影响因素如图 4所示。

1)防化兵作业能力设备因素。

个人防护装备是防化装备的重要组成部分,是个人用于免受毒剂、生物战剂和放射性灰尘伤害的各种器材的总称,也称个人三防器材[5]。在防化兵作业过程中，主要用到的防护装备包括防毒面具、防毒衣、防毒手套、防毒靴(防毒鞋套)。本文将防护设备作为作业能力评估的重要因素。

图4 防化兵作业能力影响因素图(C、D类)

2)防化兵作业能力人为因素。

防化兵个人的身体素质、心理水平会影响作业过程中的执行效率、执行质量等因素，因此在防化兵作业过程中需要考虑防化兵的生理因素。体温能够快速判断防化兵的自身健康状况，通过体温能够大概判断出防化兵目前的身体状况能否继续作业[6]。呼吸频率、血氧、心率等生理特征的变化也会反映防化兵作业过程中的生理情况。因此，本文对防化兵的生理因素、心理因素进行评估。

3)防化兵作业能力环境因素。

人的体感并不单纯受温度或湿度的影响[7]，温度、湿度以及压强三者综合影响防化兵作业时的周围环境。氧气含量过高，容易造成爆炸的危险；氧气含量过低，则会造成防化兵呼吸困难。毒气浓度、种类、形态、危害时间的不同会造成防化兵作业过程的形式有所区别。因此，本文选取作业环境中的空气因素、毒剂因素进行评估。

4)防化兵过程能力因素。

防化兵作业过程中，定位毒剂位置、鉴别毒剂种类、调配消毒溶液以及洗消作业都是受作业能力影响。因此，本文选择作业过程中的侦查能力、洗消能力进行评估。

5)防化兵作业能力表征信号。

在防化兵作业过程中，防化兵需要与上级进行实时沟通与反馈，上级指挥员也需要实时观察防化兵的作业环境以防发生事故。本文中在两公里范围内需要语音、视频信号实时传输，因此需对语音、视频信号进行评估。

根据指标选取的系统性、客观性、可行性建立整体的防化兵作业能力评估体系，一级指标包括设备因素、人为因素、环境因素以及能力因素，二级指标包括防毒面具、防毒衣、生理因素、侦察能力等12个指标，三级指标包括防护时间、故障率、防护时间、呼吸阻力等42个指标。

2.2 防化兵作业能力评估体系分类

A、B类防护情况下防化兵作业能力评估体系如图 5所示。C、D类防护情况下防化兵作业能力评估体系如图6所示。

图5 防化兵作业能力评估体系(A、B类)

在防化兵作业过程中，各个影响因素通过不同层级影响防化兵的作业能力。具体层级包括项目级、人员级以及单元级。项目级指的是防化兵不同作业任务之间的影响因素，人员级指的是不同的防化兵作业过程中的影响因素，单元级指的是同一位防化兵作业过程中的影响因素。具体如图 7所示。

通过图7可以看出，在不同的作业过程(项目级)中，环境因素、设备因素、人为因素以及能力因素均会影响防化兵的整体作业能力；不同的防化兵作业人员(人员级)在同一作业过程中，环境因素相同，主要是设备因素、人为因素以及能力因素影响防化兵的作业能力；在同一作业过程(单元级)中，每个防化兵的个人作业能力主要受人为因素以及能力因素影响。

图6 防化兵作业能力评估体系(C、D类)

图7 防化兵作业能力影响层级图

3 防化兵作业能力指标无量纲化处理

为了统一评分标准，对防化兵作业能力评估指标采用无量纲化的方法进行处理。无量纲化也叫数据的标准化、规格化，也就是通过数学变换来消除原始变量(指标)量纲影响的方法[8]。而指标的属性与指标无量纲化方法的选取具有密切的关系，不同的指标具有不同的无量纲特点，指标的无量纲化必须反映出这些特点。采用直线型无量纲化法进行标准值与测量值的分析，不同的定量指标则需要不同的无量纲化的方式。防化兵作业能力评估体系指标可分为以下4类。

1)极大值型指标：随着状态值的增加，防化兵的作业能力增加。

2)极小值型指标：防化兵作业能力随着状态值的增加而降低。

3)区间型指标：指标数值落在某一个确定的区间内时，防化兵作业能力最高。

4)定性指标：指防毒衣适体性指标、防化兵生理因素、毒剂因素。

用Uq(q=1,2,3,4)分别代表以上4类防化兵评价指标集，Xi(i=1,2,…)表示评价指标的集合，Mi，mi分别表示第i个指标的原始数据中最大和最小的数，i=1,2,…。上述4类防化兵作业能力指标无量化标准函数如下：

1)极大值型指标的无量纲化标准函数Si1(Xi∈U1)。

2)极小值型指标的无量纲化标准函数Si2(Xi∈U2)。

3)区间型指标的无量纲化标准函数Si3(Xi∈U3)，其属性区间为[Li1,Li2]，其中Li1,Li2分别为区间最小值与最大值。

4)定性指标(Xi∈U4)其原始数据均在[0,1]之内，并且有正负之分，其无量纲化标准函数为Si4：

4 结束语

本文对防化兵的作业现状进行需求分析，结合防化兵的防护等级、人为因素、设备因素、环境因素以及能力因素建立了防化兵作业能力评估体系。根据防化兵的作业形式以及作业流程，将防化兵作业能力评估体系进行分层，从不同的层级分析各种因素对防化兵作业能力的影响。最后，对采集到的防化兵作业能力数据进行无量纲化处理，为后续的防化兵作业能力评估做准备。