大型水面艦船適居性綜合評價(jià)方法及應(yīng)用

楊超，陳子昂，陳芊菲，王紅瑀，黃天成

(中國船舶集團(tuán)有限公司綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)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(huán)境和設(shè)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(jī)工效考核指標(biāo)之一。其根本目的是對水面艦船生活資源進(jìn)行以人為本的科學(xué)配置與優(yōu)化，提升水面艦船生活保障水平，改善艦員物質(zhì)文化生活條件，進(jìn)而增強(qiáng)水面艦船戰(zhàn)斗力。

目前國內(nèi)關(guān)于艙室適居性評價(jià)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(shè)計(jì)，優(yōu)化了空間站衛(wèi)生區(qū)人-機(jī)-環(huán)系統(tǒng)的色彩環(huán)境；王慶敏[2]等人通過開展虛擬實(shí)驗(yàn)、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(shè)備設(shè)施進(jìn)行了適居性評價(jià)；呂琳琳[3]對國內(nèi)外典型大型豪華游艇的適居性設(shè)計(jì)進(jìn)行了評估與優(yōu)化；張麗妹[4]應(yīng)用模糊-灰關(guān)聯(lián)分析評價(jià)方法對水下航行體居住艙室進(jìn)行了適居性評價(jià)；周前祥[5]歸納了長期載人航天器適居性設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。綜上所述，國內(nèi)適居性研究大多按照待評估對象層級進(jìn)行 劃分，缺乏以人為中心的維度考慮。

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

2 方法

大型水面艦船適居性評價(jià)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(jié)構(gòu)約束、技術(shù)約束、空間約束與環(huán)境需求、功能需求、操作需求間的矛盾，進(jìn)而達(dá)到適居性和艦船生命力的高度統(tǒng)一。

大型水面艦船適居性評價(jià)對象層級較多，評價(jià)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(xué)、客觀的判斷。層次分析法可根據(jù)目標(biāo)的層次對總目標(biāo)進(jìn)行分解，根據(jù)分解的因素間的相互關(guān)聯(lián)影響以及隸屬關(guān)系按照不同層次進(jìn)行聚集組合，構(gòu)建一個(gè)多層次的分析模型，把目標(biāo)評價(jià)歸結(jié)為最底層相對與最高層的相對重要性權(quán)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(guān)鍵指標(biāo)，構(gòu)建關(guān)鍵指標(biāo)間的邏輯關(guān)系，完成關(guān)鍵指標(biāo)的權(quán)重分配，進(jìn)而形成各關(guān)鍵指標(biāo)的權(quán)重排序，輔助解決設(shè)計(jì)約束和生活需求下的居住資源合理分配。

3 評估指標(biāo)體系構(gòu)建

3.1 評估指標(biāo)的遴選

大型水面艦船適居性評價(jià)指標(biāo)體系是由一系列指標(biāo)構(gòu)成的整體，能全面真實(shí)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(xué)、合理的適居性評價(jià)指標(biāo)體系需遵循以下原則：

(1)通用性原則：指標(biāo)體系的構(gòu)建應(yīng)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(biāo)體系的構(gòu)建應(yīng)涵蓋大型水面艦船配置的與適居性相關(guān)的生活環(huán)境、居住設(shè)施、膳食設(shè)施和服務(wù)設(shè)施等內(nèi)容，具有完整性；

(3)層次性原則：指標(biāo)體系的構(gòu)建應(yīng)客觀反映大型水面艦船適居性評價(jià)指標(biāo)之間的隸屬與層級關(guān)系，包括空間環(huán)境適宜、設(shè)施配置合理、使用方便順暢等，具有層次性；

(4)獨(dú)立性原則：指標(biāo)體系的構(gòu)建應(yīng)避免大型水面艦船適居性評價(jià)指標(biāo)的交叉與重復(fù)，指標(biāo)之間具有相對獨(dú)立性；

(5)代表性原則：指標(biāo)體系的構(gòu)建應(yīng)選取能真實(shí)反映大型水面艦船適居性的評價(jià)指標(biāo)，評價(jià)指標(biāo)具有代表性；

(6)定量和定性相結(jié)合原則：評價(jià)指標(biāo)盡可能量化，難以量化的指標(biāo)可采用定量指標(biāo)和定性指標(biāo)相結(jié)合的方式，通過量表將定性指標(biāo)進(jìn)行量化，將兩類指標(biāo)進(jìn)行歸一，可彌補(bǔ)單純定量指標(biāo)的不足及定性指標(biāo)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(huán)境適應(yīng)性、功能保障性、操作合理性三方面考慮，結(jié)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(biāo)。

(1)環(huán)境適應(yīng)性

生活艙室環(huán)境主要包含熱環(huán)境、空氣品質(zhì)、光環(huán)境、聲環(huán)境等方面。生活艙室環(huán)境應(yīng)該空氣溫度、濕度、風(fēng)速適宜，使人體易于保持熱均衡；有健康的空氣品質(zhì)，使人體生理機(jī)能保持穩(wěn)定；有溫和的燈光和安靜的環(huán)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(yī)療衛(wèi)生艙、娛樂健身艙室、公共服務(wù)艙室等。生活區(qū)艙室各功能艙室存在著不同的作業(yè)流程和標(biāo)準(zhǔn)，并具有設(shè)備離散化和對象多變化的特點(diǎn)，因此應(yīng)盡可能全面的評估生活區(qū)艙室室內(nèi)不同的作業(yè)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(qū)上，應(yīng)盡量保證功能相同或功能需求協(xié)調(diào)的艙室或設(shè)施集中布置，同時(shí)避免相互之間的干擾；在流通路線上，應(yīng)盡量保證流通路線短捷、順暢；在使用方式上，應(yīng)盡量保證大多數(shù)人的使用習(xí)慣或提供可調(diào)節(jié)的控制參數(shù)。

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(qū)域進(jìn)行分解，建立區(qū)域、艙室和設(shè)施三級評估對象集；然后確定適居性評估維度，即從環(huán)境適應(yīng)性、功能保障性和操作合理性三個(gè)維度上對評估對象集進(jìn)行分析，確定影響適居性的各因素及因素間的關(guān)系，即對適居性進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析分解，構(gòu)建評估指標(biāo)全集；最終形成分對象、多維度、動態(tài)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(xiàng)指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行獲取。評價(jià)小組由評價(jià)所需要的技術(shù)專家，管理專家和評價(jià)專家組成，比例維持在1:1:1左右，同時(shí)要注意專家的規(guī)模、知識結(jié)構(gòu)、年齡與性別的構(gòu)成。專家的數(shù)量可根據(jù)評價(jià)內(nèi)容的規(guī)模和重要度進(jìn)行確定。參加評價(jià)工作的專家資格、組成以及工作方式等都應(yīng)滿足評價(jià)目標(biāo)的要求，以保證評價(jià)結(jié)論的有效性和權(quán)威性。

根據(jù)文獻(xiàn)資料和大型水面艦船適居性評估經(jīng)驗(yàn)，適居性指標(biāo)從所處階段和評價(jià)維度出發(fā)，對環(huán)境適應(yīng)性類指標(biāo)，采用核查法對計(jì)算機(jī)仿真或物理測量結(jié)果進(jìn)行評估，并根據(jù)得到的結(jié)果與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、補(bǔ)充要求、設(shè)計(jì)要求[7-11]的量化指標(biāo)進(jìn)行對比；對功能保障性類指標(biāo)和操作合理性類指標(biāo)，均采用核查法和問卷法進(jìn)行評估，其中使用核查法進(jìn)行評估的指標(biāo)通過對圖紙數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、測量，并根據(jù)得到的結(jié)果與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、補(bǔ)充要求、設(shè)計(jì)要求的量化指標(biāo)進(jìn)行對比，而使用問卷法進(jìn)行評估的指標(biāo)通過專家根據(jù)自身對艙室適居性設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)對待評估的設(shè)計(jì)方案給出主觀評價(jià)打分結(jié)果。

通過對適居性的各項(xiàng)指標(biāo)開展評估，可以得到各指標(biāo)的測試結(jié)果。測試結(jié)果無法直接代入評估模型，需要評價(jià)其優(yōu)劣程度并進(jìn)行無量綱處理。因此，基于指標(biāo)的評估標(biāo)準(zhǔn)對測試結(jié)果進(jìn)行整理分析，可得到各項(xiàng)指標(biāo)的評價(jià)結(jié)果。依據(jù)各項(xiàng)評估指標(biāo)的測試結(jié)果與評價(jià)結(jié)果的對應(yīng)關(guān)系，可將指標(biāo)的評估標(biāo)準(zhǔn)分為主觀評估與客觀評估兩大類，對于指標(biāo)的客觀評估，通過將采用計(jì)算機(jī)仿真法和圖紙復(fù)核法得到的結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行比對，滿足標(biāo)準(zhǔn)記100分，反之0分；對于指標(biāo)的主觀評估，通過模糊綜合評判法設(shè)置評語級，每一評語指定得分，共設(shè)5檔，平均間隔25分，最后由專家對各項(xiàng)主觀指標(biāo)進(jìn)行打分。適居性指標(biāo)評分計(jì)算方法見表1。

表1 居住性指標(biāo)評分計(jì)算方法

將單項(xiàng)評價(jià)值合成總評價(jià)值，要選擇科學(xué)合理的合成模型，對于大型水面艦船適居性評價(jià)來說，從不同評價(jià)角度來對評估對象進(jìn)行評估，評估體系結(jié)果表明了評估的全面性，在各級指標(biāo)獨(dú)立的基礎(chǔ)上，可采用加法合成，將單項(xiàng)評價(jià)值帶入該模型，即可得到大型水面艦船適居性評估結(jié)果。當(dāng)結(jié)果在90～100分時(shí)，綜合評估結(jié)果為優(yōu)；80～90分時(shí)，綜合評估結(jié)果為良；70～80分時(shí)，綜合評估結(jié)果為中；小于70分時(shí)，綜合評估結(jié)果為差。[12]

4 實(shí)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(duì)，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(fēng)較差，適居性矛盾表現(xiàn)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(diǎn)關(guān)注的區(qū)域。這里以某一典型士兵住艙為例開展適居性綜合評價(jià)。

根據(jù)前面提出的大型水面艦船適居性評估指標(biāo)體系，結(jié)合待評案例區(qū)域和所處設(shè)計(jì)階段，所以對現(xiàn)有指標(biāo)體系進(jìn)行動態(tài)篩減，得到適用于本案例的居住性評估指標(biāo)體系，如圖2所示。

圖2 某一典型士兵住艙區(qū)域適居性評估指標(biāo)體系

根據(jù)生活艙室居住性評估內(nèi)容以及所處圖紙?jiān)O(shè)計(jì)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(yīng)根據(jù)自身經(jīng)驗(yàn)對指標(biāo)內(nèi)容做出評估，同時(shí)專家之間應(yīng)互不干擾。各專家打分結(jié)果按照等權(quán)重處理。

通過對指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重分配和評估計(jì)算，得到該區(qū)域適居性評估結(jié)果如表2所示：

表2 某一典型士兵住艙區(qū)域適居性評估結(jié)果

計(jì)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(jià)結(jié)果為良，分析可得如下問題及建議：

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

(2)臉盆間設(shè)置在衛(wèi)生區(qū)域一側(cè)，且只設(shè)置單一入口，在艦員取用進(jìn)出過程中，易發(fā)生人群擁堵，建議更改衛(wèi)生區(qū)域布局。

(3)個(gè)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(jié)構(gòu)且滿足艦員使用容積需求下建議更改個(gè)人物品儲藏艙布置。

(4)淋浴間更衣區(qū)域未設(shè)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(jī)工效考核指標(biāo)之一，存在對象繁雜、維度廣泛和標(biāo)準(zhǔn)不一等典型特征。目前國內(nèi)大型水面艦船的適居性相關(guān)評價(jià)方法多以對象層級進(jìn)行劃分，缺乏站在人員使用的角度劃分評價(jià)維度。

基于上述問題的分析，本文根據(jù)大型水面艦船生活區(qū)域結(jié)構(gòu)進(jìn)行劃分，逐級分解，形成區(qū)域、艙室和設(shè)施三級評估對象集，以人為中心從環(huán)境適應(yīng)性、功能保障性、操作合理性評價(jià)維度對系統(tǒng)要素分解，構(gòu)建適居性性評估指標(biāo)體系，確定層次分析法計(jì)算居住性評估體系中各指標(biāo)的權(quán)重分配，根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)確定各項(xiàng)指標(biāo)的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，形成一套適用于大型水面艦船的適居性綜合評價(jià)方法。該方法不僅關(guān)注了對象層級(區(qū)域、艙室、設(shè)施)，還站在人員使用的角度劃分了評價(jià)維度，可對大型水面艦船適居性做出更加科學(xué)客觀的綜合評價(jià)。

6 小結(jié)

大型水面艦船適居性的好壞直接關(guān)系著整艘艦船戰(zhàn)斗力的生成。本文分析了大型水面艦船居住設(shè)施、膳食設(shè)施和服務(wù)設(shè)施的環(huán)境特點(diǎn)，提出了一套大型水面艦船適居性綜合評價(jià)方法，經(jīng)過應(yīng)用驗(yàn)證了評價(jià)方法的可行性。該評價(jià)方法可用于大型水面艦船的適居性綜合評價(jià)工作，為大型水面艦船適居性設(shè)計(jì)提供了技術(shù)支撐。