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比分析

李 煒，崔魯寧

(海軍裝備研究院，北京 100161)

近年來艦船安全性與艦船生命力一樣越來越得到重視。為了更好地進行艦船安全性設計，在分析艦船安全性和生命力的內涵、技術途徑與設計方法的基礎上，從特點、作用條件、作用時段、作用范圍、度量指標、實現(xiàn)途徑和方法等方面對二者進行了對比分析，說明二者既有區(qū)別，又有共同點，而且密切相關。在艦船裝備研制中除了并行開展設計、研究和驗證工作外，還需要以事故風險為核心開展共性研究，以便系統(tǒng)地解決艦船安全性和生命力問題。

艦船;安全性;生命力

0 引言

海軍艦船是技術密集、構成復雜的武器系統(tǒng)，經常需要在復雜而惡劣的海洋環(huán)境中使用和作戰(zhàn)。在平時和戰(zhàn)時避免發(fā)生事故(即自身安全)是完成使命任務的基本要求，也是艦船設計建造的基本目標。各國海軍艦船每年都發(fā)生很多火災、爆炸、碰撞等事故，特別是俄羅斯海軍“庫爾斯克”號核潛艇于2000年8月12日在正常演習過程中失事沉沒，導致艇上118名官兵全部遇難所帶來的震驚，促使各國海軍進一步采取措施提高艦船裝備的安全性。與20世紀80年代馬島海戰(zhàn)后開始系統(tǒng)研究和提高艦船生命力相似，近年來國內開始重視艦船安全性問題，將其作為“五性”之一逐步開展系統(tǒng)性研究并納入到艦船總體設計中［1］。安全性和生命力作為保障艦船完好的2項重要性能，要在艦船研制中有效地加以落實和實現(xiàn)，把握住二者的異同點和相互關系是十分必要的。

1 艦船安全性的主要內容

安全性是指不發(fā)生事故的能力［2］，即不發(fā)生導致人員傷亡、職業(yè)病、設備損壞或財產損失等意外事件的能力。武器裝備既對敵方產生殺傷力，但同樣也可能造成己方人員自身傷亡和設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計特性，可以定義為裝備在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內以可接受的風險執(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)艦船的構成特點、使用特性和主要危險因素(油料、彈藥、高溫高壓氣體和液體、火源、電源、電磁輻射等危險物質，系統(tǒng)設備故障，設計缺陷，作業(yè)中的人為差錯，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)設備安全性和人員職業(yè)健康安全性3個方面。

1)艦總體安全性

艦船作為海上結構物在自身構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(作業(yè))安全性3個方面。

①船體安全性

指艦船在給定的海洋環(huán)境中正常使用時不發(fā)生結構損傷、斷裂和傾覆、沉沒等事故或船體雖然受損但不會斷裂、傾覆和沉沒的能力。主要包括穩(wěn)性、不沉性、適航性、結構強度與剛度、結構防火能力等，是艦總體設計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，某個區(qū)域(部位)雖然存在固有危險源，但不發(fā)生火災、爆炸、結構和設備損傷、人員傷亡等事故的能力。主要包括露天甲板、機庫、機艙、電站、燃料艙、彈藥艙、廚房等重點危險區(qū)域(部位)和人員活動區(qū)域(部位)的安全性，是艦總體設計中總布置設計、兼容性設計、消防設計等方面必須解決的問題。

③任務(作業(yè))安全性

指艦船在給定的海洋環(huán)境中正常使用時，按照規(guī)程進行某項具體作業(yè)過程中不發(fā)生或不因為出現(xiàn)意外事件而發(fā)生碰撞、擱淺、損傷、沉沒、火災、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、艦載機使用和海上補給等主要作業(yè)的安全性，屬于使用和保障安全性的范疇，需要在艦總體設計中專門研究解決。

2)系統(tǒng)設備安全性

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

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，艦員在高低溫、噪聲、振動、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題，實際上是裝備、環(huán)境和人三者之間相互作用產生的，與裝備設計、使用和訓練等壽命周期過程密切相關，需要以實現(xiàn)艦船裝備及人員安全為目的，應用系統(tǒng)安全工程原理和方法，在艦船研制階段，對艦船總體、主要系統(tǒng)設備及人員存在的危險因素進行識別與分析，判斷發(fā)生事故、災害和職業(yè)危害的可能性與嚴重程度，制定合理可行的安全保障技術措施及安全管理措施。因此，保障艦船安全性的核心在于進行系統(tǒng)性的艦船安全性設計(見圖1)。

艦船安全性設計可概括為:根據(jù)對以往事故的總結和相關規(guī)定的要求，提出安全性設計目標;對需要重點進行分析的危險源，利用風險評估方法(檢查表法，PHA，F(xiàn)HA，F(xiàn)TA，F(xiàn)MECA，ETA，概率分析法，工程計算和分析等)，結合相關的安全性實驗，確定每種風險發(fā)生的可能性以及后果的嚴重程度，以此構建風險矩陣(見表1);根據(jù)相關安全性準則確定可接受風險，對不可接受風險制定安全對策措施，直到滿足安全性設計要求。

2 艦船生命力的主要內容

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)傷恢復性3個方面。由于易感性主要指被敵方發(fā)現(xiàn)和探測、規(guī)避或攔截敵方武器以及不被命中的特性，已經分別在隱身性和作戰(zhàn)系統(tǒng)中加以考慮，而戰(zhàn)傷恢復性即戰(zhàn)場搶修能力是一個很復雜的問題。因此，艦船生命力問題主要指易損性，即遭受敵方火力威脅和風浪自然環(huán)境威脅作用后造成的損傷特征，而火力威脅是重點。

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的固有特性。因此，生命力以裝備和人員為主要對象，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 艦船安全性設計基本流程Fig.1 The process of ship safety design

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1)平臺完整性及任務保障能力包括防沉抗沉能力、船體結構抗損能力、防火滅火能力、供電能力;

2)機動能力包括航行能力、航行操控能力;

3)作戰(zhàn)任務完成能力包括對海作戰(zhàn)任務能力、對空作戰(zhàn)任務能力、反潛作戰(zhàn)任務能力、對陸攻擊任務能力等。

提高艦船命中后的抗損傷能力是生命力的主要目的，主要取決于對艦船的生命力要求、艦船總體和系統(tǒng)的生命力設計以及所采取的具體防護措施。生命力設計是指通過設備和部件的冗余(備份)、分散、集中、區(qū)域化等手段來優(yōu)化系統(tǒng)的構成和布置，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(見圖2)。

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生命力設計首先根據(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和相關部位產生的破壞效應(破口、彈片、沖擊波、高溫熱輻射、火災、進水等)，判斷結構、設備所受到的損傷，進而計算出系統(tǒng)以及全艦的損傷等級和概率。生命力設計系統(tǒng)分為2個部分:一部分是直接完成艦船使命任務的主要系統(tǒng)，包括船體、主動力、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、疏排水、噴淋浸水、損管監(jiān)控等。全艦損傷等級劃分按照GJBz 20244－94《艦船生命力大綱》分成A，B，C，D 4個等級，具體內涵以平臺完整性及任務保障能力、機動能力、作戰(zhàn)任務完成能力3個基本要素進行衡量(見表2)。分析破壞效應是生命力設計的關鍵，主要采用蒙特卡洛法反映武器攻擊情況并計算概率;應用炸藥爆轟、高速碰撞、沖擊波和應力波的傳播、流固耦合等理論，運用仿真計算與試驗相結合的方法，分析武器命中后所產生的侵徹、沖擊波超壓、破片殺傷、高溫熱輻射、火災、浸水、沖擊等破壞效應［3］;采用損傷樹(FTA)方法，建立自頂向下的全艦生命力樹狀分解結構。

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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個重要性能，具有保障艦船完成使命任務的共同目標。二者在作用條件、威脅源、作用范圍、技術方法等方面有較大區(qū)別，但在作用時段、實現(xiàn)的途徑和階段、技術實現(xiàn)方法等方面有不少共同點，而且在保障艦船生命力上存在密切的相互關系(詳見表3)。

4 結語

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項重要性能，既有區(qū)別，又有共同點，而且密切相關，是艦船裝備研制中必須考慮和解決的主要問題。除了并行開展設計、研究和驗證工作外，還需要以事故風險為核心開展共性研究，以進一步完善生命力的內容，同時，借鑒其他裝備的經驗，深入研究安全性的指標體系、分析方法和評價方法，使安全性問題在艦船總體設計和系統(tǒng)設備研制中能系統(tǒng)、有效地加以解決。

［1］李光輝.艦船安全性設計技術［J］.中國艦船研究，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］.軍船學術委員會2007學術年會［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研究。