大型水面舰船适居性综合评价方法及应用

2022-10-19杨超陈子昂陈芊菲王红瑀黄天成

人类工效学 2022年4期

杨超，陈子昂，陈芊菲，王红瑀，黄天成

(中国船舶集团有限公司综合技术经济研究院，北京 100081)

1 引言

水面舰船适居性是衡量水面舰船配置的生活环境和设施满足舰员舰上生活需求程度的舰船特性，是水面舰船重要的人机工效考核指标之一。其根本目的是对水面舰船生活资源进行以人为本的科学配置与优化，提升水面舰船生活保障水平，改善舰员物质文化生活条件，进而增强水面舰船战斗力。

目前国内关于舱室适居性评价研究已在舰船、潜艇、空间站等多种平台上开展，江奥[1]提出了基于情绪适居性的色彩设计，优化了空间站卫生区人-机-环系统的色彩环境；王庆敏[2]等人通过开展虚拟实验、足尺空间建模以及使用语义解析法对半封闭居室布局及其设备设施进行了适居性评价；吕琳琳[3]对国内外典型大型豪华游艇的适居性设计进行了评估与优化；张丽妹[4]应用模糊-灰关联分析评价方法对水下航行体居住舱室进行了适居性评价；周前祥[5]归纳了长期载人航天器适居性设计的主要内容。综上所述，国内适居性研究大多按照待评估对象层级进行划分，缺乏以人为中心的维度考虑。

本文在既往研究基础上提出一套以人为中心从环境适应性、功能保障性、操作合理性评价维度构建适居性性评估指标体系，拟建立一套适用于大型水面舰船适居性综合评价方法，旨在对大型水面舰船开展适居性综合评价。

2 方法

大型水面舰船适居性评价的核心问题，在于合理解决居住资源与生活需求的矛盾，即合理解决结构约束、技术约束、空间约束与环境需求、功能需求、操作需求间的矛盾，进而达到适居性和舰船生命力的高度统一。

大型水面舰船适居性评价对象层级较多，评价维度较广，使用层次分析法[6]可对大型水面舰船适居性做出全面、科学、客观的判断。层次分析法可根据目标的层次对总目标进行分解，根据分解的因素间的相互关联影响以及隶属关系按照不同层次进行聚集组合，构建一个多层次的分析模型，把目标评价归结为最底层相对与最高层的相对重要性权值的确定。因此，本文采用层次分析法提取影响舱室适居性水平的关键指标，构建关键指标间的逻辑关系，完成关键指标的权重分配，进而形成各关键指标的权重排序，辅助解决设计约束和生活需求下的居住资源合理分配。

3 评估指标体系构建

3.1 评估指标的遴选

大型水面舰船适居性评价指标体系是由一系列指标构成的整体，能全面真实地综合反映舰船适居性各方面的情况。而建立一套完善、科学、合理的适居性评价指标体系需遵循以下原则：

(1)通用性原则：指标体系的构建应基于大型水面舰船适居性的共性特征，具有通用性；

(2)完整性原则：指标体系的构建应涵盖大型水面舰船配置的与适居性相关的生活环境、居住设施、膳食设施和服务设施等内容，具有完整性；

(3)层次性原则：指标体系的构建应客观反映大型水面舰船适居性评价指标之间的隶属与层级关系，包括空间环境适宜、设施配置合理、使用方便顺畅等，具有层次性；

(4)独立性原则：指标体系的构建应避免大型水面舰船适居性评价指标的交叉与重复，指标之间具有相对独立性；

(5)代表性原则：指标体系的构建应选取能真实反映大型水面舰船适居性的评价指标，评价指标具有代表性；

(6)定量和定性相结合原则：评价指标尽可能量化，难以量化的指标可采用定量指标和定性指标相结合的方式，通过量表将定性指标进行量化，将两类指标进行归一，可弥补单纯定量指标的不足及定性指标无法度量等缺陷。

3.2 功能评估

大型水面舰船适居性评估维度主要从环境适应性、功能保障性、操作合理性三方面考虑，结合评估对象和评估维度分析影响因素，最终得到适居性评估指标。

(1)环境适应性

生活舱室环境主要包含热环境、空气品质、光环境、声环境等方面。生活舱室环境应该空气温度、湿度、风速适宜，使人体易于保持热均衡；有健康的空气品质，使人体生理机能保持稳定；有温和的灯光和安静的环境，使人保持心情舒畅。

(2)功能保障性

生活舱室按功能大致分为人员居住舱、膳食保障舱(含贮藏舱)、医疗卫生舱、娱乐健身舱室、公共服务舱室等。生活区舱室各功能舱室存在着不同的作业流程和标准，并具有设备离散化和对象多变化的特点，因此应尽可能全面的评估生活区舱室室内不同的作业能力，更好地保障舰员日常起居。

(3)操作合理性

布局评估是生活舱室在日常使用过程中是否合理高效的主要因素，在功能分区上，应尽量保证功能相同或功能需求协调的舱室或设施集中布置，同时避免相互之间的干扰；在流通路线上，应尽量保证流通路线短捷、顺畅；在使用方式上，应尽量保证大多数人的使用习惯或提供可调节的控制参数。

3.3 综合评估

开展大型水面舰船适居性评估，首先明确评估对象，即对生活区域进行分解，建立区域、舱室和设施三级评估对象集；然后确定适居性评估维度，即从环境适应性、功能保障性和操作合理性三个维度上对评估对象集进行分析，确定影响适居性的各因素及因素间的关系，即对适居性进行结构分析分解，构建评估指标全集；最终形成分对象、多维度、动态可选的大型水面舰船适居性性评估体系。

图1 大型水面舰船适居性性评估体系

采用层次分析法对适居性的各项指标权重进行获取。评价小组由评价所需要的技术专家，管理专家和评价专家组成，比例维持在1:1:1左右，同时要注意专家的规模、知识结构、年龄与性别的构成。专家的数量可根据评价内容的规模和重要度进行确定。参加评价工作的专家资格、组成以及工作方式等都应满足评价目标的要求，以保证评价结论的有效性和权威性。

根据文献资料和大型水面舰船适居性评估经验，适居性指标从所处阶段和评价维度出发，对环境适应性类指标，采用核查法对计算机仿真或物理测量结果进行评估，并根据得到的结果与相关标准规范、补充要求、设计要求[7-11]的量化指标进行对比；对功能保障性类指标和操作合理性类指标，均采用核查法和问卷法进行评估，其中使用核查法进行评估的指标通过对图纸数据进行统计、测量，并根据得到的结果与相关标准规范、补充要求、设计要求的量化指标进行对比，而使用问卷法进行评估的指标通过专家根据自身对舱室适居性设计的经验对待评估的设计方案给出主观评价打分结果。

通过对适居性的各项指标开展评估，可以得到各指标的测试结果。测试结果无法直接代入评估模型，需要评价其优劣程度并进行无量纲处理。因此，基于指标的评估标准对测试结果进行整理分析，可得到各项指标的评价结果。依据各项评估指标的测试结果与评价结果的对应关系，可将指标的评估标准分为主观评估与客观评估两大类，对于指标的客观评估，通过将采用计算机仿真法和图纸复核法得到的结果与标准要求进行比对，满足标准记100分，反之0分；对于指标的主观评估，通过模糊综合评判法设置评语级，每一评语指定得分，共设5档，平均间隔25分，最后由专家对各项主观指标进行打分。适居性指标评分计算方法见表1。

表1 居住性指标评分计算方法

将单项评价值合成总评价值，要选择科学合理的合成模型，对于大型水面舰船适居性评价来说，从不同评价角度来对评估对象进行评估，评估体系结果表明了评估的全面性，在各级指标独立的基础上，可采用加法合成，将单项评价值带入该模型，即可得到大型水面舰船适居性评估结果。当结果在90～100分时，综合评估结果为优；80～90分时，综合评估结果为良；70～80分时，综合评估结果为中；小于70分时，综合评估结果为差。[12]

4 实证分析

军士及士兵住舱包括相对低级别的军士长、士官、列兵以及搭载部队，其住舱位置距离各种噪声源、振动源相对较近，并且人员密度大，自然光线较弱，通风较差，适居性矛盾表现最为突出。因此，士兵住舱的居住性改善一直是提高全船居住性重点关注的区域。这里以某一典型士兵住舱为例开展适居性综合评价。

根据前面提出的大型水面舰船适居性评估指标体系，结合待评案例区域和所处设计阶段，所以对现有指标体系进行动态筛减，得到适用于本案例的居住性评估指标体系，如图2所示。

图2 某一典型士兵住舱区域适居性评估指标体系

根据生活舱室居住性评估内容以及所处图纸设计阶段，确定评估专家由两类人员组成：第一类为型号研制专家，第二类为人因测评专家。评估小组共有专家10名，其中型号研制专家6名，人因测评专家4名。在评估过程中，专家应根据自身经验对指标内容做出评估，同时专家之间应互不干扰。各专家打分结果按照等权重处理。

通过对指标进行权重分配和评估计算，得到该区域适居性评估结果如表2所示：

表2 某一典型士兵住舱区域适居性评估结果

计算可得本文某一典型士兵住舱适居性评分为89分，综合评价结果为良，分析可得如下问题及建议：

(1)住舱区域未设置足够数量的衣物柜，建议在不影响通行前提下就近设置衣物柜，满足每人一柜要求。

(2)脸盆间设置在卫生区域一侧，且只设置单一入口，在舰员取用进出过程中，易发生人群拥堵，建议更改卫生区域布局。

(3)个人物品储藏舱两端置物架处通道较窄，不满足通道要求，在不改变舱室结构且满足舰员使用容积需求下建议更改个人物品储藏舱布置。

(4)淋浴间更衣区域未设置更衣座位，建议增加更衣座位。

5 讨论

适居性是水面舰船重要的人机工效考核指标之一，存在对象繁杂、维度广泛和标准不一等典型特征。目前国内大型水面舰船的适居性相关评价方法多以对象层级进行划分，缺乏站在人员使用的角度划分评价维度。

基于上述问题的分析，本文根据大型水面舰船生活区域结构进行划分，逐级分解，形成区域、舱室和设施三级评估对象集，以人为中心从环境适应性、功能保障性、操作合理性评价维度对系统要素分解，构建适居性性评估指标体系，确定层次分析法计算居住性评估体系中各指标的权重分配，根据相关标准确定各项指标的评价标准，形成一套适用于大型水面舰船的适居性综合评价方法。该方法不仅关注了对象层级(区域、舱室、设施)，还站在人员使用的角度划分了评价维度，可对大型水面舰船适居性做出更加科学客观的综合评价。