焦陽 李冰洋 王傳捷

航天建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司 北京 100000

1 研究背景

在全球商業(yè)航天市場發(fā)展的大背景下，中國創(chuàng)新技術(shù)、政策支持和市場需求共同推動(dòng)中國民營商業(yè)航天事業(yè)發(fā)展。隨著國家對于科研領(lǐng)域的不斷投入，我國航天航空事業(yè)已經(jīng)逐步從航天大國向航天強(qiáng)國不斷邁進(jìn)。

經(jīng)過60多年的發(fā)展，目前我國已擁有先進(jìn)的航空航天科學(xué)技術(shù)以及能掌握最前沿的航空航天科學(xué)信息，航天事業(yè)已經(jīng)突破運(yùn)載火箭、人造衛(wèi)星、載人航天、空間站和深空探索等多個(gè)關(guān)鍵階段。作為商業(yè)航天整個(gè)產(chǎn)品工藝鏈中的重要環(huán)節(jié)——產(chǎn)品總體裝配測試也處于高速發(fā)展的過程。作為其基礎(chǔ)配套的裝配測試廠房也經(jīng)歷了從零到一個(gè)基地再到多個(gè)基地的建設(shè)過程，只有基礎(chǔ)建設(shè)的不斷完善，才能為商業(yè)航天領(lǐng)域的發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

本文將從商業(yè)航天總裝測試廠房設(shè)計(jì)特點(diǎn)進(jìn)行入手分析，結(jié)合與現(xiàn)行規(guī)范的適應(yīng)性進(jìn)行深入剖析，給出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范修訂所需的建議，并對后續(xù)設(shè)計(jì)研究提出結(jié)論與展望。

2 裝配廠房設(shè)計(jì)特點(diǎn)

商業(yè)航天總裝廠房主要承擔(dān)相關(guān)產(chǎn)品的總體裝配，所需各部件都有配套廠家提供封裝好的產(chǎn)品，在總裝過程中無對裝藥的直接操作[1]。根據(jù)商業(yè)航天裝配的工藝技術(shù)要求，裝配測試工廠特點(diǎn)如下：

1）裝配測試工廠特點(diǎn)

(1) 裝配測試不對危險(xiǎn)部位進(jìn)行直接操作

產(chǎn)品裝配測試由裝配廠進(jìn)行，其主要危險(xiǎn)部段由相應(yīng)的配套單位提供。各部段出廠前均需進(jìn)行相應(yīng)的氣密試驗(yàn)，合格后，方可作為成品提供給裝配廠，各部段均處于密閉狀態(tài)，裝配廠在裝配測試過程中不存在對危險(xiǎn)部段的直接操作。

(2) 產(chǎn)品種類增多

我國商業(yè)航天行業(yè)發(fā)展初期，國內(nèi)主要以仿制為主，產(chǎn)品種類相對較少，大部分裝配廠同期只具備一、兩種型號。隨著技術(shù)的發(fā)展，目前產(chǎn)品主要以自主研制為主，多種產(chǎn)品都形成了系列化的發(fā)展趨勢。產(chǎn)品種類與以往項(xiàng)目，都有了大幅度增加。

(3) 產(chǎn)品數(shù)量快速增加

隨著技術(shù)發(fā)展，產(chǎn)品型號逐漸增多，總體產(chǎn)品數(shù)量有大幅度提升。

(4) 產(chǎn)品裝藥變化

隨著商業(yè)航天的出現(xiàn)，產(chǎn)品的外形尺寸、裝藥量及藥性也發(fā)生變化。如近期某大型運(yùn)載火箭總體裝藥量遠(yuǎn)超規(guī)范藥量上限值。同時(shí)，不同的裝藥種類的特性其對應(yīng)的當(dāng)量和感度也有所不同。

(5) 自動(dòng)化、智能化發(fā)展

隨著科技的發(fā)展 “機(jī)械化換人、自動(dòng)化減人、智能化無人”的提出，以機(jī)械化生產(chǎn)替代人工作業(yè)，以自動(dòng)化控制減少人為操作，自動(dòng)化、智能化設(shè)備進(jìn)入裝配工廠成為必然趨勢，從本質(zhì)上防范和遏制重特大事故。

3 現(xiàn)行規(guī)范適應(yīng)性分析

目前，火工安全標(biāo)準(zhǔn)大體可分為工程設(shè)計(jì)安全、科研試驗(yàn)安全、儲(chǔ)存運(yùn)輸安全、制造安全、銷毀安全等5類。其中國內(nèi)設(shè)計(jì)火工工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)7篇。各標(biāo)準(zhǔn)的名稱、制定單位和標(biāo)準(zhǔn)號如下表所示：

標(biāo)準(zhǔn)名稱和編號

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以上各標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)各自適用范圍均提出了相關(guān)的安全設(shè)計(jì)要求，但是其各自的內(nèi)容和側(cè)重點(diǎn)不相同。

《火藥、炸藥、彈藥、引信及火工品工廠設(shè)計(jì)安全規(guī)范》（以下簡稱原“90規(guī)范”）由原兵器工業(yè)總公司工程設(shè)計(jì)研究院修訂，自1990年5月1日起執(zhí)行。

該規(guī)范適用于中國兵器工業(yè)行業(yè)（包含直屬兵工單位、地方兵工、兵工動(dòng)員線）。該規(guī)范規(guī)定了火藥、炸藥、彈藥、引信、火工品工廠及有關(guān)靶場、試驗(yàn)場在新建、改建、擴(kuò)建時(shí)應(yīng)遵循的有關(guān)安全技術(shù)要求和規(guī)定，適用于部分生產(chǎn)分類和各種靶場和試驗(yàn)場的新建、擴(kuò)建及改建工程設(shè)計(jì)。凡屬適用范圍以外的生產(chǎn)分類、或采用了新工藝新技術(shù)后的危險(xiǎn)等級和防護(hù)措施，可根據(jù)有關(guān)資料和試驗(yàn)成果，參照規(guī)范提出建議，經(jīng)主管部門審批后方可實(shí)施。

該規(guī)范主要包含內(nèi)容有建筑物危險(xiǎn)等級和計(jì)算藥量、工廠規(guī)劃和外部距離、防護(hù)屏障、危險(xiǎn)品生產(chǎn)工藝布置、危險(xiǎn)品生產(chǎn)區(qū)和危險(xiǎn)品總倉庫區(qū)的總平面布置、危險(xiǎn)品貯存和運(yùn)輸、危險(xiǎn)性建筑物和構(gòu)筑物、消防給水、廢水處理、危險(xiǎn)性建筑物采暖、通風(fēng)和空氣調(diào)節(jié)、危險(xiǎn)場所的電氣、危險(xiǎn)品生產(chǎn)自動(dòng)控制、靶場和試驗(yàn)場、銷毀場共計(jì)十五個(gè)部分，附錄中給出了倉庫危險(xiǎn)品分組存放規(guī)定、防護(hù)土堤的防護(hù)范圍示例、衛(wèi)生特征分級舉例、安裝雨淋系統(tǒng)的廠房和工序舉例、危險(xiǎn)場所電氣類別和防雷類別舉例等。

“原90規(guī)范”在國防科技工業(yè)也逐漸難以完全滿足科研和生產(chǎn)需要，主要存在的問題如下：

(1) 危險(xiǎn)品覆蓋范圍不足，部分新型產(chǎn)品缺少危險(xiǎn)等級和設(shè)計(jì)藥量的判定依據(jù)

“原90規(guī)范”采用列舉法給出危險(xiǎn)品生產(chǎn)工序或廠房的危險(xiǎn)等級。由于”原90規(guī)范”編制時(shí)間較早（1990年），且到目前為止，危險(xiǎn)品的品種十分有限，對于近幾年新研制的產(chǎn)品，目前沒有規(guī)范約定，只能依照一定經(jīng)驗(yàn)確定建筑物的危險(xiǎn)等級和TNT當(dāng)量。另外原規(guī)范中雖已列出的某些產(chǎn)品生產(chǎn)工序或廠房的危險(xiǎn)等級，但隨著其配方的改變，炸藥量含量和組分出現(xiàn)了變化，藥性有較大的改變，產(chǎn)品的危險(xiǎn)性提升，規(guī)范中所涉及該類的生產(chǎn)工序和廠房的危險(xiǎn)等級也應(yīng)隨之發(fā)生改變[2]。

(2) 防護(hù)屏障覆蓋范圍不足，界定高度較為單一，部分單體防護(hù)屏障工程量大，且缺少部分新型防護(hù)屏障防護(hù)效果的判定依據(jù)

根據(jù)“原90規(guī)范”第4.0.12條，“一、當(dāng)防護(hù)屏障內(nèi)為單層建筑物時(shí)，宜高出建筑物的檐口1m，不應(yīng)低于檐口高度；建筑物為單坡屋面時(shí)，以低屋面檐口計(jì)算。”如某裝配測試廠房長70m，寬36m，檐口高度17m，按照規(guī)范規(guī)定進(jìn)行建設(shè)，防護(hù)屏障高度要求18m，其基底寬近37m，防護(hù)屏障土方量約為14萬m3。而且，目前防護(hù)屏障的做法有很多種，已經(jīng)超出了“原90規(guī)范”的種類，“原90規(guī)范”中缺少防護(hù)屏障防護(hù)效果的判定，新的防護(hù)屏障的防護(hù)效果難以評估，例如：山體自然防護(hù)屏障、堆土防護(hù)屏障、土工格柵防護(hù)屏障等。

(3) 固體發(fā)動(dòng)機(jī)全產(chǎn)品裝配測試過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)均處于封閉狀態(tài)，針對電氣、暖通的部分做法不適應(yīng)

按照“原90規(guī)范”要求，裝配測試廠房需要設(shè)置全新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)。而“原90規(guī)范”其制定是，大部分為小型廠房，體積較小，且生產(chǎn)過程中確實(shí)有爆炸性粉塵、氣體等產(chǎn)生，采用全新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)是合理可行的。但是對于裝配測試廠房，此條規(guī)范就存在不適應(yīng)。發(fā)動(dòng)機(jī)在裝配測試過程中，推進(jìn)劑均封裝在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部，并無裸藥狀態(tài)出現(xiàn)，也沒有對藥直接操作的過程，不會(huì)出現(xiàn)大量爆炸性粉塵或氣體。大型固體發(fā)動(dòng)機(jī)裝配測試廠房一般長數(shù)十米、寬二十多米、高十多米，按照規(guī)范采用全新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，在建設(shè)過程和使用過程中都造成大量能源消耗。

產(chǎn)品在裝配測試過程中，其裝藥均封閉在殼體內(nèi)部，無裸露部分，也無需對裝藥進(jìn)行直接的操作?！霸?0規(guī)范”將固體推進(jìn)劑發(fā)動(dòng)機(jī)的裝配區(qū)域的電氣危險(xiǎn)場所確定為Ⅱ類（有時(shí)可能存在能形成爆炸物的火藥、炸藥及其粉塵的工作間），規(guī)范與現(xiàn)狀存在不適應(yīng)性。

(4) 規(guī)范編制時(shí)間較早，部分內(nèi)容不能適應(yīng)新的發(fā)展要求

①防護(hù)對象材料的變化

“原90規(guī)范”“外部安全距離的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)為住宅區(qū)建筑物允許二級破壞；內(nèi)部安全距離的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)為相鄰建筑物允許達(dá)到四～五級破壞”?！痹?0規(guī)范”為90年發(fā)布，其針對的設(shè)防對象主要為磚混結(jié)構(gòu)形式，經(jīng)過二十多年的發(fā)展，現(xiàn)有的建筑物基本采用鋼筋混凝土框架、排架結(jié)構(gòu)形式。通過對比，現(xiàn)有鋼混形式與磚混形式相比，其抗破壞能力要強(qiáng)，在同等爆炸情況下，采用防護(hù)能力更強(qiáng)的結(jié)構(gòu)形式，再沿用“原90規(guī)范”設(shè)計(jì)，內(nèi)外部安全距離被無形增大。

②數(shù)字化和信息化發(fā)展

目前裝配測試過程對數(shù)字化、信息化的要求不斷提高，相關(guān)信息化設(shè)備并不具備防爆能力，按照“原90規(guī)范”的要求，相關(guān)信息化設(shè)備不能進(jìn)入到裝配測試廠房，嚴(yán)重制約了產(chǎn)品智能化、數(shù)字化和信息化的實(shí)現(xiàn)。

隨著危險(xiǎn)作業(yè)場所人員人數(shù)控制的提出，大量新的自動(dòng)化設(shè)備和機(jī)械化設(shè)備引入到危險(xiǎn)作業(yè)場所，針對新出現(xiàn)的各類傳感器、導(dǎo)航方式的能量影響等在規(guī)范中均沒有體現(xiàn)，制約了安全能力的提高。

(5) 受制于規(guī)范約束、國家發(fā)展，新建廠區(qū)選址難度大

產(chǎn)品的單發(fā)藥量大，受單體藥量和安全疏散的約束，單個(gè)建筑物的功能和建筑外形受到很大約束，為滿足生產(chǎn)綱領(lǐng)的需要，需要新建多個(gè)工房，占地面積大。

作為特色廠區(qū)，在選址時(shí)需考慮生產(chǎn)布點(diǎn)情況、征地面積、搬遷情況、地形條件、交通運(yùn)輸?shù)扰涮讞l件及城市規(guī)劃、自然災(zāi)害等因素?，F(xiàn)有裝配廠房在選址建設(shè)時(shí)，根據(jù)所存藥性、藥量，確定危險(xiǎn)等級后保留相應(yīng)的內(nèi)外部安全距離。

對于人員聚集少的僻遠(yuǎn)地區(qū)，缺少各項(xiàng)配套條件，尤其是供電、運(yùn)輸?shù)葪l件不足，建設(shè)工程費(fèi)用以及后期維護(hù)費(fèi)用大幅增加。距離人員較近的山區(qū)，一方面人員住戶較多，對于人員聚集少的僻遠(yuǎn)地區(qū)，缺少各項(xiàng)配套條件，尤其是供電、運(yùn)輸?shù)葪l件不足，建設(shè)工程費(fèi)用以及后期維護(hù)費(fèi)用大幅增加。距離人員較近的山區(qū)，一方面人員住戶較多，另一方面隨著國家對山區(qū)建設(shè)，山區(qū)園林、生態(tài)區(qū)、農(nóng)家樂等建設(shè)項(xiàng)目較多，導(dǎo)致新區(qū)建設(shè)所涉及拆遷戶數(shù)較多。

4 建議

通過對現(xiàn)有安全工程設(shè)計(jì)安全標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)研與分析，現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)已逐漸無法滿足商業(yè)航天裝配廠房特殊環(huán)境下的建設(shè)需求，為解決這一問題，在參照國外主流安全標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，建議對“原90規(guī)范”進(jìn)行修訂，形成適合我國軍工行業(yè)新時(shí)代發(fā)展的工程設(shè)計(jì)安全標(biāo)準(zhǔn)是非常有必要的，通過以上分析，主要需包含以下關(guān)鍵要點(diǎn)：

新型固體推進(jìn)劑TNT當(dāng)量的確定和危險(xiǎn)等級的判定

各類產(chǎn)品的覆蓋和特殊工序的危險(xiǎn)等級的確定

建筑單體內(nèi)部設(shè)計(jì)

內(nèi)外部安全距離的確定

(1) 建筑、結(jié)構(gòu)。通過對國外標(biāo)準(zhǔn)的分析，不同的結(jié)構(gòu)形式下，其防護(hù)效果是不一致的，對外界的影響也是不一致的。該部分主要解決的是目前國外普遍采用的防護(hù)墻體、防護(hù)結(jié)構(gòu)、防護(hù)屏障的防護(hù)效果的分析，通過理論計(jì)算、數(shù)值模擬結(jié)合試驗(yàn)得出不同藥量下，不同防護(hù)結(jié)構(gòu)的防護(hù)效果。此外，還可以考察新型抗爆材料等在建筑物中的應(yīng)用。(2) 暖通。該部分主要是確定是否需要全回風(fēng)，其主要是考慮環(huán)境中存在易燃易爆粉塵、氣體。該部分主要是在已有的各類廠房現(xiàn)場安裝可燃?xì)怏w或粉塵的濃度采集裝置，通過不間斷的取樣來判定現(xiàn)場是否存在燃爆的氣體或粉塵，如果有，其濃度范圍是多少，能否達(dá)到爆炸范圍。(3) 電氣。該部分主要確定是否需要電氣防爆，其主要是考慮環(huán)境中存在易燃易爆粉塵、氣體。該部分主要是在已有的裝配測試廠房的現(xiàn)場安裝可燃?xì)怏w或粉塵的濃度采集裝置，通過不間斷的取樣來判定現(xiàn)場是否存在燃爆的氣體或粉塵，如果有，其濃度范圍是多少，能否達(dá)到爆炸范圍。此外，在該部分還需要考慮電氣電火花對推進(jìn)劑引爆的作用和影響。

5 結(jié)論與展望

商業(yè)航天裝配廠房設(shè)計(jì)與現(xiàn)有規(guī)范的適應(yīng)性差等問題，在一定程度上影響商業(yè)航天裝配廠房建設(shè)，對商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)發(fā)展有一定制約；制定符合商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，使航天裝配廠房設(shè)計(jì)有更加合理的依據(jù)，在當(dāng)今商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的新形勢下顯得尤為迫切。