大型水面艦船適居性綜合評價方法及應用

楊超，陳子昂，陳芊菲，王紅瑀，黃天成

(中國船舶集團有限公司綜合技術經濟研究院，北京 100081)

1 引言

水面艦船適居性是衡量水面艦船配置的生活環境和設施滿足艦員艦上生活需求程度的艦船特性，是水面艦船重要的人機工效考核指標之一。其根本目的是對水面艦船生活資源進行以人為本的科學配置與優化，提升水面艦船生活保障水平，改善艦員物質文化生活條件，進而增強水面艦船戰斗力。

目前國內關于艙室適居性評價研究已在艦船、潛艇、空間站等多種平臺上開展，江奧[1]提出了基于情緒適居性的色彩設計，優化了空間站衛生區人-機-環系統的色彩環境；王慶敏[2]等人通過開展虛擬實驗、足尺空間建模以及使用語義解析法對半封閉居室布局及其設備設施進行了適居性評價；呂琳琳[3]對國內外典型大型豪華游艇的適居性設計進行了評估與優化；張麗妹[4]應用模糊-灰關聯分析評價方法對水下航行體居住艙室進行了適居性評價；周前祥[5]歸納了長期載人航天器適居性設計的主要內容。綜上所述，國內適居性研究大多按照待評估對象層級進行 劃分，缺乏以人為中心的維度考慮。

本文在既往研究基礎上提出一套以人為中心從環境適應性、功能保障性、操作合理性評價維度構建適居性性評估指標體系，擬建立一套適用于大型水面艦船適居性綜合評價方法，旨在對大型水面艦船開展適居性綜合評價。

2 方法

大型水面艦船適居性評價的核心問題，在于合理解決居住資源與生活需求的矛盾，即合理解決結構約束、技術約束、空間約束與環境需求、功能需求、操作需求間的矛盾，進而達到適居性和艦船生命力的高度統一。

大型水面艦船適居性評價對象層級較多，評價維度較廣，使用層次分析法[6]可對大型水面艦船適居性做出全面、科學、客觀的判斷。層次分析法可根據目標的層次對總目標進行分解，根據分解的因素間的相互關聯影響以及隸屬關系按照不同層次進行聚集組合，構建一個多層次的分析模型，把目標評價歸結為最底層相對與最高層的相對重要性權值的確定。因此，本文采用層次分析法提取影響艙室適居性水平的關鍵指標，構建關鍵指標間的邏輯關系，完成關鍵指標的權重分配，進而形成各關鍵指標的權重排序，輔助解決設計約束和生活需求下的居住資源合理分配。

3 評估指標體系構建

3.1 評估指標的遴選

大型水面艦船適居性評價指標體系是由一系列指標構成的整體，能全面真實地綜合反映艦船適居性各方面的情況。而建立一套完善、科學、合理的適居性評價指標體系需遵循以下原則：

(1)通用性原則：指標體系的構建應基于大型水面艦船適居性的共性特征，具有通用性；

(2)完整性原則：指標體系的構建應涵蓋大型水面艦船配置的與適居性相關的生活環境、居住設施、膳食設施和服務設施等內容，具有完整性；

(3)層次性原則：指標體系的構建應客觀反映大型水面艦船適居性評價指標之間的隸屬與層級關系，包括空間環境適宜、設施配置合理、使用方便順暢等，具有層次性；

(4)獨立性原則：指標體系的構建應避免大型水面艦船適居性評價指標的交叉與重復，指標之間具有相對獨立性；

(5)代表性原則：指標體系的構建應選取能真實反映大型水面艦船適居性的評價指標，評價指標具有代表性；

(6)定量和定性相結合原則：評價指標盡可能量化，難以量化的指標可采用定量指標和定性指標相結合的方式，通過量表將定性指標進行量化，將兩類指標進行歸一，可彌補單純定量指標的不足及定性指標無法度量等缺陷。

3.2 功能評估

大型水面艦船適居性評估維度主要從環境適應性、功能保障性、操作合理性三方面考慮，結合評估對象和評估維度分析影響因素，最終得到適居性評估指標。

(1)環境適應性

生活艙室環境主要包含熱環境、空氣品質、光環境、聲環境等方面。生活艙室環境應該空氣溫度、濕度、風速適宜，使人體易于保持熱均衡；有健康的空氣品質，使人體生理機能保持穩定；有溫和的燈光和安靜的環境，使人保持心情舒暢。

(2)功能保障性

生活艙室按功能大致分為人員居住艙、膳食保障艙(含貯藏艙)、醫療衛生艙、娛樂健身艙室、公共服務艙室等。生活區艙室各功能艙室存在著不同的作業流程和標準，并具有設備離散化和對象多變化的特點，因此應盡可能全面的評估生活區艙室室內不同的作業能力，更好地保障艦員日常起居。

(3)操作合理性

布局評估是生活艙室在日常使用過程中是否合理高效的主要因素，在功能分區上，應盡量保證功能相同或功能需求協調的艙室或設施集中布置，同時避免相互之間的干擾；在流通路線上，應盡量保證流通路線短捷、順暢；在使用方式上，應盡量保證大多數人的使用習慣或提供可調節的控制參數。

3.3 綜合評估

開展大型水面艦船適居性評估，首先明確評估對象，即對生活區域進行分解，建立區域、艙室和設施三級評估對象集；然后確定適居性評估維度，即從環境適應性、功能保障性和操作合理性三個維度上對評估對象集進行分析，確定影響適居性的各因素及因素間的關系，即對適居性進行結構分析分解，構建評估指標全集；最終形成分對象、多維度、動態可選的大型水面艦船適居性性評估體系。

圖1 大型水面艦船適居性性評估體系

采用層次分析法對適居性的各項指標權重進行獲取。評價小組由評價所需要的技術專家，管理專家和評價專家組成，比例維持在1:1:1左右，同時要注意專家的規模、知識結構、年齡與性別的構成。專家的數量可根據評價內容的規模和重要度進行確定。參加評價工作的專家資格、組成以及工作方式等都應滿足評價目標的要求，以保證評價結論的有效性和權威性。

根據文獻資料和大型水面艦船適居性評估經驗，適居性指標從所處階段和評價維度出發，對環境適應性類指標，采用核查法對計算機仿真或物理測量結果進行評估，并根據得到的結果與相關標準規范、補充要求、設計要求[7-11]的量化指標進行對比；對功能保障性類指標和操作合理性類指標，均采用核查法和問卷法進行評估，其中使用核查法進行評估的指標通過對圖紙數據進行統計、測量，并根據得到的結果與相關標準規范、補充要求、設計要求的量化指標進行對比，而使用問卷法進行評估的指標通過專家根據自身對艙室適居性設計的經驗對待評估的設計方案給出主觀評價打分結果。

通過對適居性的各項指標開展評估，可以得到各指標的測試結果。測試結果無法直接代入評估模型，需要評價其優劣程度并進行無量綱處理。因此，基于指標的評估標準對測試結果進行整理分析，可得到各項指標的評價結果。依據各項評估指標的測試結果與評價結果的對應關系，可將指標的評估標準分為主觀評估與客觀評估兩大類，對于指標的客觀評估，通過將采用計算機仿真法和圖紙復核法得到的結果與標準要求進行比對，滿足標準記100分，反之0分；對于指標的主觀評估，通過模糊綜合評判法設置評語級，每一評語指定得分，共設5檔，平均間隔25分，最后由專家對各項主觀指標進行打分。適居性指標評分計算方法見表1。

表1 居住性指標評分計算方法

將單項評價值合成總評價值，要選擇科學合理的合成模型，對于大型水面艦船適居性評價來說，從不同評價角度來對評估對象進行評估，評估體系結果表明了評估的全面性，在各級指標獨立的基礎上，可采用加法合成，將單項評價值帶入該模型，即可得到大型水面艦船適居性評估結果。當結果在90～100分時，綜合評估結果為優；80～90分時，綜合評估結果為良；70～80分時，綜合評估結果為中；小于70分時，綜合評估結果為差。[12]

4 實證分析

軍士及士兵住艙包括相對低級別的軍士長、士官、列兵以及搭載部隊，其住艙位置距離各種噪聲源、振動源相對較近，并且人員密度大，自然光線較弱，通風較差，適居性矛盾表現最為突出。因此，士兵住艙的居住性改善一直是提高全船居住性重點關注的區域。這里以某一典型士兵住艙為例開展適居性綜合評價。

根據前面提出的大型水面艦船適居性評估指標體系，結合待評案例區域和所處設計階段，所以對現有指標體系進行動態篩減，得到適用于本案例的居住性評估指標體系，如圖2所示。

圖2 某一典型士兵住艙區域適居性評估指標體系

根據生活艙室居住性評估內容以及所處圖紙設計階段，確定評估專家由兩類人員組成：第一類為型號研制專家，第二類為人因測評專家。評估小組共有專家10名，其中型號研制專家6名，人因測評專家4名。在評估過程中，專家應根據自身經驗對指標內容做出評估，同時專家之間應互不干擾。各專家打分結果按照等權重處理。

通過對指標進行權重分配和評估計算，得到該區域適居性評估結果如表2所示：

表2 某一典型士兵住艙區域適居性評估結果

計算可得本文某一典型士兵住艙適居性評分為89分，綜合評價結果為良，分析可得如下問題及建議：

(1)住艙區域未設置足夠數量的衣物柜，建議在不影響通行前提下就近設置衣物柜，滿足每人一柜要求。

(2)臉盆間設置在衛生區域一側，且只設置單一入口，在艦員取用進出過程中，易發生人群擁堵，建議更改衛生區域布局。

(3)個人物品儲藏艙兩端置物架處通道較窄，不滿足通道要求，在不改變艙室結構且滿足艦員使用容積需求下建議更改個人物品儲藏艙布置。

(4)淋浴間更衣區域未設置更衣座位，建議增加更衣座位。

5 討論

適居性是水面艦船重要的人機工效考核指標之一，存在對象繁雜、維度廣泛和標準不一等典型特征。目前國內大型水面艦船的適居性相關評價方法多以對象層級進行劃分，缺乏站在人員使用的角度劃分評價維度。

基于上述問題的分析，本文根據大型水面艦船生活區域結構進行劃分，逐級分解，形成區域、艙室和設施三級評估對象集，以人為中心從環境適應性、功能保障性、操作合理性評價維度對系統要素分解，構建適居性性評估指標體系，確定層次分析法計算居住性評估體系中各指標的權重分配，根據相關標準確定各項指標的評價標準，形成一套適用于大型水面艦船的適居性綜合評價方法。該方法不僅關注了對象層級(區域、艙室、設施)，還站在人員使用的角度劃分了評價維度，可對大型水面艦船適居性做出更加科學客觀的綜合評價。

6 小結

大型水面艦船適居性的好壞直接關系著整艘艦船戰斗力的生成。本文分析了大型水面艦船居住設施、膳食設施和服務設施的環境特點，提出了一套大型水面艦船適居性綜合評價方法，經過應用驗證了評價方法的可行性。該評價方法可用于大型水面艦船的適居性綜合評價工作，為大型水面艦船適居性設計提供了技術支撐。