李 煒，崔魯寧

(海軍裝備研究院，北京 100161)

艦船裝備安全性與生命力對(duì)比分析

李 煒，崔魯寧

(海軍裝備研究院，北京 100161)

近年來(lái)艦船安全性與艦船生命力一樣越來(lái)越得到重視。為了更好地進(jìn)行艦船安全性設(shè)計(jì)，在分析艦船安全性和生命力的內(nèi)涵、技術(shù)途徑與設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)上，從特點(diǎn)、作用條件、作用時(shí)段、作用范圍、度量指標(biāo)、實(shí)現(xiàn)途徑和方法等方面對(duì)二者進(jìn)行了對(duì)比分析，說(shuō)明二者既有區(qū)別，又有共同點(diǎn)，而且密切相關(guān)。在艦船裝備研制中除了并行開(kāi)展設(shè)計(jì)、研究和驗(yàn)證工作外，還需要以事故風(fēng)險(xiǎn)為核心開(kāi)展共性研究，以便系統(tǒng)地解決艦船安全性和生命力問(wèn)題。

艦船;安全性;生命力

0 引言

海軍艦船是技術(shù)密集、構(gòu)成復(fù)雜的武器系統(tǒng)，經(jīng)常需要在復(fù)雜而惡劣的海洋環(huán)境中使用和作戰(zhàn)。在平時(shí)和戰(zhàn)時(shí)避免發(fā)生事故(即自身安全)是完成使命任務(wù)的基本要求，也是艦船設(shè)計(jì)建造的基本目標(biāo)。各國(guó)海軍艦船每年都發(fā)生很多火災(zāi)、爆炸、碰撞等事故，特別是俄羅斯海軍“庫(kù)爾斯克”號(hào)核潛艇于2000年8月12日在正常演習(xí)過(guò)程中失事沉沒(méi)，導(dǎo)致艇上118名官兵全部遇難所帶來(lái)的震驚，促使各國(guó)海軍進(jìn)一步采取措施提高艦船裝備的安全性。與20世紀(jì)80年代馬島海戰(zhàn)后開(kāi)始系統(tǒng)研究和提高艦船生命力相似，近年來(lái)國(guó)內(nèi)開(kāi)始重視艦船安全性問(wèn)題，將其作為“五性”之一逐步開(kāi)展系統(tǒng)性研究并納入到艦船總體設(shè)計(jì)中［1］。安全性和生命力作為保障艦船完好的2項(xiàng)重要性能，要在艦船研制中有效地加以落實(shí)和實(shí)現(xiàn)，把握住二者的異同點(diǎn)和相互關(guān)系是十分必要的。

1 艦船安全性的主要內(nèi)容

安全性是指不發(fā)生事故的能力［2］，即不發(fā)生導(dǎo)致人員傷亡、職業(yè)病、設(shè)備損壞或財(cái)產(chǎn)損失等意外事件的能力。武器裝備既對(duì)敵方產(chǎn)生殺傷力，但同樣也可能造成己方人員自身傷亡和設(shè)備損壞等一系列意外事件的發(fā)生。安全性是武器裝備的重要設(shè)計(jì)特性，可以定義為裝備在規(guī)定條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)以可接受的風(fēng)險(xiǎn)執(zhí)行規(guī)定功能的能力。

安全性是艦船的重要性能之一，是影響戰(zhàn)斗力發(fā)揮的重要因素。根據(jù)艦船的構(gòu)成特點(diǎn)、使用特性和主要危險(xiǎn)因素(油料、彈藥、高溫高壓氣體和液體、火源、電源、電磁輻射等危險(xiǎn)物質(zhì)，系統(tǒng)設(shè)備故障，設(shè)計(jì)缺陷，作業(yè)中的人為差錯(cuò)，自然環(huán)境和作業(yè)環(huán)境)，其安全性以自然環(huán)境和作業(yè)環(huán)境為外界條件，面向裝備和人員，主要包括艦總體安全性、系統(tǒng)設(shè)備安全性和人員職業(yè)健康安全性3個(gè)方面。

1)艦總體安全性

艦船作為海上結(jié)構(gòu)物在自身構(gòu)造上的安全性和使用中的安全性，主要包括船體安全性、區(qū)域(部位)安全性和任務(wù)(作業(yè))安全性3個(gè)方面。

①船體安全性

指艦船在給定的海洋環(huán)境中正常使用時(shí)不發(fā)生結(jié)構(gòu)損傷、斷裂和傾覆、沉沒(méi)等事故或船體雖然受損但不會(huì)斷裂、傾覆和沉沒(méi)的能力。主要包括穩(wěn)性、不沉性、適航性、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與剛度、結(jié)構(gòu)防火能力等，是艦總體設(shè)計(jì)必須解決的基本性能要求。

②區(qū)域(部位)安全性

指艦船在給定的海洋環(huán)境中正常使用時(shí)，某個(gè)區(qū)域(部位)雖然存在固有危險(xiǎn)源，但不發(fā)生火災(zāi)、爆炸、結(jié)構(gòu)和設(shè)備損傷、人員傷亡等事故的能力。主要包括露天甲板、機(jī)庫(kù)、機(jī)艙、電站、燃料艙、彈藥艙、廚房等重點(diǎn)危險(xiǎn)區(qū)域(部位)和人員活動(dòng)區(qū)域(部位)的安全性，是艦總體設(shè)計(jì)中總布置設(shè)計(jì)、兼容性設(shè)計(jì)、消防設(shè)計(jì)等方面必須解決的問(wèn)題。

③任務(wù)(作業(yè))安全性

指艦船在給定的海洋環(huán)境中正常使用時(shí)，按照規(guī)程進(jìn)行某項(xiàng)具體作業(yè)過(guò)程中不發(fā)生或不因?yàn)槌霈F(xiàn)意外事件而發(fā)生碰撞、擱淺、損傷、沉沒(méi)、火災(zāi)、爆炸、誤擊、人員傷亡等事故的能力。主要包括航行、停泊、艦載武器使用、艦載機(jī)使用和海上補(bǔ)給等主要作業(yè)的安全性，屬于使用和保障安全性的范疇，需要在艦總體設(shè)計(jì)中專門研究解決。

2)系統(tǒng)設(shè)備安全性

指艦船在給定的海洋環(huán)境中正常使用時(shí)，艦上主要系統(tǒng)設(shè)備不發(fā)生斷裂、破碎(裂)、脫落、失控、短路、漏電、泄漏、火災(zāi)、爆炸、污染和人員傷亡等事故的能力。主要包括動(dòng)力系統(tǒng)及主要設(shè)備、電力系統(tǒng)及主要設(shè)備、船舶保障系統(tǒng)及主要設(shè)備、作戰(zhàn)系統(tǒng)及主要設(shè)備、船舶裝置及主要設(shè)備等的安全性，需要在系統(tǒng)設(shè)備的設(shè)計(jì)與研制中解決。

3)人員職業(yè)健康安全性

指艦船在給定的海洋環(huán)境中正常使用時(shí)，艦員在高低溫、噪聲、振動(dòng)、沖擊、電磁輻射等較差的物理環(huán)境下和存在有毒、腐蝕、放射性物質(zhì)等有害環(huán)境中工作、生活而不損害其健康的能力。

艦船裝備的安全性問(wèn)題，實(shí)際上是裝備、環(huán)境和人三者之間相互作用產(chǎn)生的，與裝備設(shè)計(jì)、使用和訓(xùn)練等壽命周期過(guò)程密切相關(guān)，需要以實(shí)現(xiàn)艦船裝備及人員安全為目的，應(yīng)用系統(tǒng)安全工程原理和方法，在艦船研制階段，對(duì)艦船總體、主要系統(tǒng)設(shè)備及人員存在的危險(xiǎn)因素進(jìn)行識(shí)別與分析，判斷發(fā)生事故、災(zāi)害和職業(yè)危害的可能性與嚴(yán)重程度，制定合理可行的安全保障技術(shù)措施及安全管理措施。因此，保障艦船安全性的核心在于進(jìn)行系統(tǒng)性的艦船安全性設(shè)計(jì)(見(jiàn)圖1)。

艦船安全性設(shè)計(jì)可概括為:根據(jù)對(duì)以往事故的總結(jié)和相關(guān)規(guī)定的要求，提出安全性設(shè)計(jì)目標(biāo);對(duì)需要重點(diǎn)進(jìn)行分析的危險(xiǎn)源，利用風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法(檢查表法，PHA，F(xiàn)HA，F(xiàn)TA，F(xiàn)MECA，ETA，概率分析法，工程計(jì)算和分析等)，結(jié)合相關(guān)的安全性實(shí)驗(yàn)，確定每種風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的可能性以及后果的嚴(yán)重程度，以此構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)矩陣(見(jiàn)表1);根據(jù)相關(guān)安全性準(zhǔn)則確定可接受風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)不可接受風(fēng)險(xiǎn)制定安全對(duì)策措施，直到滿足安全性設(shè)計(jì)要求。

2 艦船生命力的主要內(nèi)容

艦船生命力是指艦船避免和承受自然環(huán)境與作戰(zhàn)環(huán)境所造成損傷的能力，也即艦船在自然環(huán)境和作戰(zhàn)環(huán)境中保持和恢復(fù)其功能的能力。從廣義上講，艦船生命力包括易感性、易損性和戰(zhàn)傷恢復(fù)性3個(gè)方面。由于易感性主要指被敵方發(fā)現(xiàn)和探測(cè)、規(guī)避或攔截?cái)撤轿淦饕约安槐幻械奶匦裕呀?jīng)分別在隱身性和作戰(zhàn)系統(tǒng)中加以考慮，而戰(zhàn)傷恢復(fù)性即戰(zhàn)場(chǎng)搶修能力是一個(gè)很復(fù)雜的問(wèn)題。因此，艦船生命力問(wèn)題主要指易損性，即遭受敵方火力威脅和風(fēng)浪自然環(huán)境威脅作用后造成的損傷特征，而火力威脅是重點(diǎn)。

生命力作為艦船的主要作戰(zhàn)性能之一，是作戰(zhàn)能力的重要保障。艦船在作戰(zhàn)中面臨著不斷增大的威脅，損傷程度主要取決于武器的類型、裝藥量、命中部位和艦船抵御武器破壞效應(yīng)的固有特性。因此，生命力以裝備和人員為主要對(duì)象，以武器破壞為主要外界條件，主要考慮其損傷后保持安全漂浮、航行、供電等能力，以及剩余的執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)能力。即艦船生命力的狀態(tài)可以描述如下:

圖1 艦船安全性設(shè)計(jì)基本流程Fig.1 The process of ship safety design

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1)平臺(tái)完整性及任務(wù)保障能力包括防沉抗沉能力、船體結(jié)構(gòu)抗損能力、防火滅火能力、供電能力;

2)機(jī)動(dòng)能力包括航行能力、航行操控能力;

3)作戰(zhàn)任務(wù)完成能力包括對(duì)海作戰(zhàn)任務(wù)能力、對(duì)空作戰(zhàn)任務(wù)能力、反潛作戰(zhàn)任務(wù)能力、對(duì)陸攻擊任務(wù)能力等。

提高艦船命中后的抗損傷能力是生命力的主要目的，主要取決于對(duì)艦船的生命力要求、艦船總體和系統(tǒng)的生命力設(shè)計(jì)以及所采取的具體防護(hù)措施。生命力設(shè)計(jì)是指通過(guò)設(shè)備和部件的冗余(備份)、分散、集中、區(qū)域化等手段來(lái)優(yōu)化系統(tǒng)的構(gòu)成和布置，使系統(tǒng)和全艦遭受打擊后的損傷最小，重要功能得以保持(見(jiàn)圖2)。

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生命力設(shè)計(jì)首先根據(jù)各種可能遭受到的武器類型、威力、命中部位確定其接觸爆炸或非接觸爆炸后在爆炸點(diǎn)和相關(guān)部位產(chǎn)生的破壞效應(yīng)(破口、彈片、沖擊波、高溫?zé)彷椛洹⒒馂?zāi)、進(jìn)水等)，判斷結(jié)構(gòu)、設(shè)備所受到的損傷，進(jìn)而計(jì)算出系統(tǒng)以及全艦的損傷等級(jí)和概率。生命力設(shè)計(jì)系統(tǒng)分為2個(gè)部分:一部分是直接完成艦船使命任務(wù)的主要系統(tǒng)，包括船體、主動(dòng)力、電力、操船和作戰(zhàn)系統(tǒng)等;另一部分是保障艦船生命力的輔助系統(tǒng)，包括消防、通風(fēng)、疏排水、噴淋浸水、損管監(jiān)控等。全艦損傷等級(jí)劃分按照GJBz 20244－94《艦船生命力大綱》分成A，B，C，D 4個(gè)等級(jí)，具體內(nèi)涵以平臺(tái)完整性及任務(wù)保障能力、機(jī)動(dòng)能力、作戰(zhàn)任務(wù)完成能力3個(gè)基本要素進(jìn)行衡量(見(jiàn)表2)。分析破壞效應(yīng)是生命力設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，主要采用蒙特卡洛法反映武器攻擊情況并計(jì)算概率;應(yīng)用炸藥爆轟、高速碰撞、沖擊波和應(yīng)力波的傳播、流固耦合等理論，運(yùn)用仿真計(jì)算與試驗(yàn)相結(jié)合的方法，分析武器命中后所產(chǎn)生的侵徹、沖擊波超壓、破片殺傷、高溫?zé)彷椛?、火?zāi)、浸水、沖擊等破壞效應(yīng)［3］;采用損傷樹(shù)(FTA)方法，建立自頂向下的全艦生命力樹(shù)狀分解結(jié)構(gòu)。

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3 艦船安全性與生命力的區(qū)別與聯(lián)系

從上述分析中可以看出，安全性和生命力是艦船裝備的2個(gè)重要性能，具有保障艦船完成使命任務(wù)的共同目標(biāo)。二者在作用條件、威脅源、作用范圍、技術(shù)方法等方面有較大區(qū)別，但在作用時(shí)段、實(shí)現(xiàn)的途徑和階段、技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法等方面有不少共同點(diǎn)，而且在保障艦船生命力上存在密切的相互關(guān)系(詳見(jiàn)表3)。

4 結(jié)語(yǔ)

艦船裝備的安全性和生命力作為保障艦船完好和完成作戰(zhàn)使命的2項(xiàng)重要性能，既有區(qū)別，又有共同點(diǎn)，而且密切相關(guān)，是艦船裝備研制中必須考慮和解決的主要問(wèn)題。除了并行開(kāi)展設(shè)計(jì)、研究和驗(yàn)證工作外，還需要以事故風(fēng)險(xiǎn)為核心開(kāi)展共性研究，以進(jìn)一步完善生命力的內(nèi)容，同時(shí)，借鑒其他裝備的經(jīng)驗(yàn)，深入研究安全性的指標(biāo)體系、分析方法和評(píng)價(jià)方法，使安全性問(wèn)題在艦船總體設(shè)計(jì)和系統(tǒng)設(shè)備研制中能系統(tǒng)、有效地加以解決。

［1］李光輝.艦船安全性設(shè)計(jì)技術(shù)［J］.中國(guó)艦船研究，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，系統(tǒng)安全性通用大綱［S］.

［3］李煒，張鳳香，崔魯寧.艦船生命力論證方法研究［A］.軍船學(xué)術(shù)委員會(huì)2007學(xué)術(shù)年會(huì)［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

李煒(1963－)，男，研究員，從事艦船總體論證與總體技術(shù)研究。