東南亞地區(qū)環(huán)境特征分析及產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性對策研究

吳帥，周堃，劉聰，楊小奎，王竟成，李旭，羅丹

環(huán)境試驗與觀測

東南亞地區(qū)環(huán)境特征分析及產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性對策研究

吳帥1,2，周堃1，劉聰1，楊小奎1，王竟成1，李旭1，羅丹1

（1.西南技術(shù)工程研究所，重慶 400039；2.西藏拉薩大氣環(huán)境材料腐蝕國家野外科學(xué)觀測研究站，拉薩 850100）

掌握東南亞地區(qū)環(huán)境特征，提出產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性工作對策。采用主成分分析法開展東南亞地區(qū)環(huán)境精細(xì)化分類，依據(jù)分類結(jié)果，開展環(huán)境特征分析和規(guī)律研究，并在產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性問題原因分析的基礎(chǔ)上，提出東南亞地區(qū)使用產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性工作對策。東南亞地區(qū)具有年溫度較高、相對濕度高、雨量充沛、太陽輻射較強等特征，但不同類別之間具有一定的差異性，D1、D2類環(huán)境呈現(xiàn)一定的季節(jié)性特征，D3、D4類全年環(huán)境較為穩(wěn)定，溫度、平均濕度、太陽輻射和降雨量均穩(wěn)定地保持在較高量值范圍內(nèi)，溫度常年保持在20～30 ℃，平均相對濕度在70%以上。東南亞地區(qū)環(huán)境整體較為嚴(yán)酷，在產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性論證、設(shè)計和使用維護等階段應(yīng)采取針對性措施，以保證東南亞地區(qū)使用產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性。

自然環(huán)境；環(huán)境特征；東南亞；環(huán)境適應(yīng)性

自然環(huán)境是產(chǎn)品面臨的最主要環(huán)境，對產(chǎn)品的影響具有長期性和普遍性，會影響或破壞產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及材料，造成器件、部件、產(chǎn)品性能劣化和功能失常[1-4]。在國民經(jīng)濟建設(shè)中，自然環(huán)境對產(chǎn)品和基礎(chǔ)設(shè)施的影響導(dǎo)致了巨大損失。2016年，全球腐蝕調(diào)查報告表明，世界平均腐蝕損失約占全球國民生產(chǎn)總值（GNP）的3.4%[5]。中國工程院開展的“我國腐蝕狀況及控制戰(zhàn)略研究”表明，2014年我國腐蝕成本約占我國GDP的3.34%，達(dá)到21 278.2億元人民幣[6-8]。

東南亞地區(qū)連接三洲（亞洲、非洲、大洋洲）、兩洋（大西洋、印度洋），戰(zhàn)略位置十分突出，且為“一帶一路”的核心區(qū)域。由中國企業(yè)投資的中泰鐵路、印尼雅萬高鐵、中馬友誼大橋等重大工程項目陸續(xù)建設(shè)，大量工程設(shè)備、通信產(chǎn)品、汽車等出口東南亞地區(qū)，但由于未掌握東南亞地區(qū)的環(huán)境特征，無法針對性開展產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計、試驗評價和維護保養(yǎng)等工作，造成產(chǎn)品的環(huán)境失效問題十分突出[9-12]。如某通訊公司在東南亞沿海區(qū)域布設(shè)的光纖，運行不到3年就發(fā)生了嚴(yán)重的腐蝕失效。工程結(jié)構(gòu)材料在印尼使用半年左右出現(xiàn)大面積的銹蝕失效，嚴(yán)重影響工程安全。國內(nèi)外相關(guān)學(xué)者開展了國內(nèi)典型環(huán)境特征分析[13-16]，提出了相應(yīng)的產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性工作對策[17-20]，但較少開展國外環(huán)境特征分析及產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性工作對策的研究。本文通過系統(tǒng)分析東南亞地區(qū)自然環(huán)境因素數(shù)據(jù)，獲取了主要環(huán)境特征，并依據(jù)環(huán)境特征，在產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性問題原因分析的基礎(chǔ)上，提出了產(chǎn)品在東南亞地區(qū)的環(huán)境適應(yīng)性工作對策。

1 東南亞地區(qū)環(huán)境分類

東南亞地區(qū)地域廣闊，不同地區(qū)環(huán)境差異較大，為了針對性地開展環(huán)境特征分析，提出產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性工作對策，本文采用主成分分析法[21-22]，選用年平均溫度、最高溫度、最低溫度、年平均濕度、年平均太陽輻射、年平均降雨量和海拔作為評價指標(biāo)，開展東南亞地區(qū)27個城市與我國大氣環(huán)境試驗站環(huán)境特征的差異性分析，進(jìn)行精細(xì)化分類。

1）原始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理。對選取的環(huán)境因素評價指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，使各種不同指標(biāo)轉(zhuǎn)化為同度量的指標(biāo)，指標(biāo)轉(zhuǎn)換公式見式（1）。

2）計算相關(guān)系數(shù)矩陣。通過MATLAB數(shù)學(xué)軟件計算相關(guān)系數(shù)矩陣，見式（2）。

(2)

3）計算相關(guān)系數(shù)矩陣的特征值λ及其對應(yīng)特征向量，見式（3）。

4）計算主成分貢獻(xiàn)率，確定主成分個數(shù)，使得累積貢獻(xiàn)率達(dá)到85%以上，即：

5）計算主成分得分，根據(jù)主成分得分進(jìn)行相關(guān)性分析和綜合分類。

按照以上分類步驟選取3個主成分計算主成分得分，依據(jù)得分進(jìn)行綜合分類，分類結(jié)果見表1，并構(gòu)建聚類樹（如圖1所示）?？梢姈|南亞地區(qū)環(huán)境可細(xì)分為4類環(huán)境，分別定義為D1—D4，這4類環(huán)境通過值為2的虛線從層次樹中劃分出來。在虛線以左，同一類別內(nèi)城市之間的相異性均低于2，每一類別表征了1種環(huán)境類型。

表1 東南亞地區(qū)4類環(huán)境包含城市

Tab.1 Cities with four environmental types in Southeast Asia

2 東南亞地區(qū)環(huán)境特征分析

各類別環(huán)境特征與我國萬寧站和永興島站環(huán)境特征對比如圖2所示?？梢?，D1類各城市年平均溫度為26.4 ℃，最高溫度為43.8 ℃，最低溫度為5.2 ℃，年平均濕度為74%，平均太陽輻射為6 561.0 MJ/m2，平均降雨量為1 311.6 mm。D2類各城市年平均溫度為23.7 ℃，最高溫度為41.4 ℃，最低溫度為1.3 ℃，年平均濕度為81%，平均太陽輻射為5 037.4 MJ/m2，平均降雨量為1 637.1 mm。萬寧站年平均溫度為24.9 ℃，最高溫度為37.5 ℃，最低溫度為8.5 ℃，年平均濕度為84%，平均太陽輻射為4 879.0 MJ/m2，平均降雨量為1 947.2 mm，屬于D2類。D3類各城市年平均溫度為26.4 ℃，最高溫度為36.7 ℃，最低溫度為15.0 ℃，年平均濕度為83%，平均太陽輻射為6 363.1 MJ/m2，平均降雨量為2 023.1 mm。永興島站年平均溫度為27.0 ℃，最高溫度為33.4 ℃，最低溫度為18.0 ℃，年平均濕度為83%，平均太陽輻射為7 148.0 MJ/m2，平均降雨量為1 318.5 mm，屬于D3類。D4類各城市年平均溫度為26.2 ℃，最高溫度為33.0 ℃，最低溫度為16.6 ℃，年平均濕度為84%，平均太陽輻射為6 220.9 MJ/m2，平均降雨量為2 879.8 mm。D2類年最大溫差最大，達(dá)40 ℃以上，D4類年最大溫差最小，僅16.4 ℃。

圖1 東南亞地區(qū)環(huán)境分類結(jié)果

圖2 東南亞地區(qū)各類別環(huán)境特征對比

對比分析可知，東南亞地區(qū)整體具有年溫度較高、相對濕度高、雨量充沛、太陽輻射較強等特征，但不同類別之間又有一定的差異性。具體來說，D1類具有溫度高、太陽輻射強、相對濕度和降雨量相對較低的特征；D2類呈現(xiàn)平均溫度、太陽輻射相對較低，年溫差較大的特征；D3類和D4類表現(xiàn)為濕度高、降雨量大、溫差小等特征，而D4類溫度相對較低。

3 東南亞地區(qū)環(huán)境因素變化規(guī)律

在4類環(huán)境中分別選擇1個城市作為該類別的典型環(huán)境特征代表，開展環(huán)境規(guī)律研究。D1—D4類分別選擇泰國曼谷、越南榮市、馬來西亞馬六甲和文萊斯里巴加灣市。圖3分析了東南亞地區(qū)各類別環(huán)境平均溫度、極值溫度、平均濕度、太陽輻射累積量和降雨量等環(huán)境因素的變化規(guī)律?？梢?，D1類在每年3—5月的溫度最高，太陽輻射最強，而在9、10月的相對濕度較高，降雨量較大；D2類在每年5—7月的溫度最高、太陽輻射最強，8—10月降雨量較大，全年相對濕度均較高；D3類和D4類全年環(huán)境較為穩(wěn)定，溫度常年保持在20～30 ℃，平均濕度在70%以上，D4類更是常年保持在80%以上，太陽輻射和降雨量也穩(wěn)定地保持在較高量值范圍內(nèi)。

進(jìn)一步分析東南亞地區(qū)各類別環(huán)境溫濕度特征，如圖4和圖5所示?？梢姡珼1類全年日平均溫度幾乎均在20 ℃以上，在25～30 ℃的天數(shù)占全年的68%以上；D2類全年日平均溫度幾乎均在10 ℃以上，在25～30 ℃的天數(shù)占全年的41%以上；D3類和D4類全年日平均溫度均在25～30 ℃。此外，東南亞地區(qū)整體高溫高濕時間較長。東南亞地區(qū)4類環(huán)境2001—2018年間平均溫度高于20 ℃和濕度高于70%、80%的時間如圖6所示?？梢姡珼4類幾乎全年溫度均超過20 ℃、濕度高于80%；D3類幾乎全年溫度均超過20 ℃、濕度高于70%，濕度高于80%的時間也超過200 d；D2類全年日平均溫度超過20 ℃、濕度高于70%的時間達(dá)240 d以上，濕度高于80%的時間在150 d左右；D1類高溫高濕時間在不同年份波動較大，但全年日平均溫度超過20 ℃、濕度高于70%的時間也達(dá)200 d以上。

圖3 東南亞地區(qū)環(huán)境因素變化規(guī)律

圖4 東南亞地區(qū)各類別環(huán)境溫度低于t的天數(shù)分布

4 東南亞地區(qū)產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性工作對策

4.1 產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性問題原因分析

產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性問題是產(chǎn)品質(zhì)量綜合水平的反映，涉及到產(chǎn)品的使用環(huán)境、環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計水平、產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性考核驗證評價等多個方面。

1）使用環(huán)境嚴(yán)酷。綜合東南亞地區(qū)環(huán)境特征及規(guī)律分析結(jié)果，東南亞地區(qū)具有溫度高、濕度大、太陽輻射強、高溫高濕持續(xù)時間長等環(huán)境特征，且東南亞由中南半島和馬來群島組成，地區(qū)11個國家僅老撾為內(nèi)陸國，其余國家均緊靠海洋，鹽霧含量必然高，高溫、高濕、強太陽輻射再加上海風(fēng)帶來高濃度鹽霧，勢必造成產(chǎn)品金屬材料腐蝕、涂層開裂、脫落，高分子材料老化等環(huán)境適應(yīng)性問題。

圖5 東南亞地區(qū)各類別環(huán)境溫度區(qū)間分布

圖6 東南亞地區(qū)各類別環(huán)境日平均溫度高于20 ℃和相對濕度高于70%、80%的天數(shù)分布

2）環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計的針對性不強。在產(chǎn)品設(shè)計研制過程中，設(shè)計人員較少從環(huán)境對產(chǎn)品的影響角度來預(yù)先研究和總體考慮產(chǎn)品在東南亞使用的環(huán)境特點對材料/防護工藝/結(jié)構(gòu)設(shè)計、密封設(shè)計等所提出的不同要求，使得材料及防護工藝選擇不當(dāng)，結(jié)構(gòu)/密封設(shè)計不合理，造成產(chǎn)品過早出現(xiàn)腐蝕老化、故障失效等問題，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的效能發(fā)揮和可靠性水平。

3）環(huán)境適應(yīng)性考核驗證不充分。我國產(chǎn)品研制工作中，大都以實驗室加速試驗方式進(jìn)行環(huán)境適應(yīng)性考核，輔以國內(nèi)典型自然環(huán)境試驗站開展自然環(huán)境試驗。但東南亞地區(qū)地域廣闊，環(huán)境特征多樣，國內(nèi)環(huán)境無法覆蓋全部環(huán)境類型。因此，僅依靠單純的實驗室加速試驗或國內(nèi)自然環(huán)境試驗，難以真實反映產(chǎn)品在東南亞地區(qū)使用出現(xiàn)的環(huán)境適應(yīng)性問題，這也導(dǎo)致很多產(chǎn)品雖然通過了預(yù)定的環(huán)境試驗考核，但在東南亞地區(qū)使用過程中仍存在環(huán)境適應(yīng)性問題。

4.2 產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性工作對策

面對產(chǎn)品東南亞地區(qū)環(huán)境適應(yīng)性保障需求，亟需加強東南亞地區(qū)自然環(huán)境因素與環(huán)境效應(yīng)分析，掌握典型自然環(huán)境特征，從產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性論證、設(shè)計和使用維護等階段提出產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性對策，支撐產(chǎn)品在東南亞地區(qū)典型環(huán)境下的環(huán)境適應(yīng)性提升。

1）針對產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性論證階段。加強東南亞地區(qū)使用產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性調(diào)查，全面掌握產(chǎn)品環(huán)境腐蝕失效、使用維護的信息和經(jīng)驗，結(jié)合東南亞地區(qū)環(huán)境特征和規(guī)律，明確產(chǎn)品在壽命期內(nèi)可能經(jīng)歷的環(huán)境剖面，提出產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計和試驗中需考慮的環(huán)境因素類型、環(huán)境條件量值等建議。其中，自然環(huán)境因素應(yīng)重點考慮溫度、濕度、雨水、太陽輻射和鹽霧的影響，并結(jié)合文中給出的D1—D4類環(huán)境特征及環(huán)境條件量值，確定產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性要求。

2）針對產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計階段。根據(jù)環(huán)境特征和東南亞地區(qū)使用產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性調(diào)查情況，提出產(chǎn)品選材、總體設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、密封設(shè)計等方面的對策建議，尤其是針對濕度較為敏感的光學(xué)設(shè)備、電器設(shè)備等，應(yīng)著重加強密封設(shè)計和防潮設(shè)計。針對產(chǎn)品關(guān)鍵部位和薄弱環(huán)節(jié)，推薦環(huán)境試驗考核方法。在開展自然環(huán)境試驗考核工作時，在D2類環(huán)境中使用的產(chǎn)品，應(yīng)在萬寧站完成考核；在D1類環(huán)境中使用的產(chǎn)品，可在萬寧站開展自然環(huán)境加速試驗，適當(dāng)強化太陽輻射；在D3類環(huán)境中使用的產(chǎn)品，應(yīng)在永興島站或環(huán)境較為接近的島礁環(huán)境完成考核；在D4類環(huán)境中使用的產(chǎn)品，可參考D3類環(huán)境開展考核試驗，并根據(jù)實際使用情況，適當(dāng)強化環(huán)境濕度完成考核。

3）針對產(chǎn)品使用維護階段。根據(jù)東南亞地區(qū)使用產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性調(diào)查情況，確定東南亞嚴(yán)酷環(huán)境下使用產(chǎn)品的薄弱環(huán)節(jié)，結(jié)合產(chǎn)品的環(huán)境效應(yīng)數(shù)據(jù)，以及產(chǎn)品在東南亞具體使用地區(qū)環(huán)境特征及季節(jié)性變化規(guī)律，合理評估產(chǎn)品使用周期，制定產(chǎn)品維護保養(yǎng)工作方案建議等。如東南亞地區(qū)4種環(huán)境類型全年均有200 d以上溫度高于20 ℃，濕度高于70%，D3和D4類更是全年高溫高濕，必須加強產(chǎn)品防潮控濕手段，提高光學(xué)設(shè)備、電器設(shè)備巡檢維護頻率等。

5 結(jié)論

1）東南亞地區(qū)環(huán)境可細(xì)分為4類，整體具有年溫度較高、相對濕度高、雨量充沛、太陽輻射較強等特征，但不同類別之間具有一定的差異性。

2）D1、D2類環(huán)境呈現(xiàn)一定的季節(jié)性特征，D3、D4類全年環(huán)境較為穩(wěn)定，溫度、平均濕度、太陽輻射和降雨量均穩(wěn)定地保持在較高量值范圍內(nèi)。

3）東南亞地區(qū)使用環(huán)境嚴(yán)酷，應(yīng)針對產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性論證、設(shè)計和使用維護等階段，采用加強密封設(shè)計和防潮設(shè)計，提高光學(xué)設(shè)備、電器設(shè)備巡檢維護頻率等針對性措施，以保證東南亞地區(qū)使用產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性。

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Environmental Characteristics and Countermeasures for Environmental Adaptability of Product in Southeast Asia

WU Shuai1,2, ZHOU Kun1, LIU Cong1, YANG Xiao-kui1, WANG Jing-cheng1, LI Xu1, LUO Dan1

(1. Southwest Institute of Technology and Engineering, Chongqing 400039, China; 2. Tibet Lhasa Material Atmospheric Corrosion Station of National Outdoor Scientific Observation and Research, Lhasa 850100, China)

The work aims to master the environmental characteristics of Southeast Asia and put forward the working countermeasures for environmental adaptability of product.Fine classification of environment in Southeast Asia was conducted by principal component analysis. According to the classification results, the environmental characteristics and laws were analyzed. Based on the analysis of the causes on environmental adaptability of product, the countermeasures for environmental adaptability of service product in Southeast Asia were proposed. Southeast Asia was characterized by high annual temperature, high relative humidity, abundant rainfall and strong solar radiation.However, there were certain differences among different environmental categories. The environment of D1 and D2 presented certain seasonal characteristics. The environment of D3 and D4 was relatively stable throughout the year, and their temperature, average humidity, solar radiation and rainfall were stably maintained in a high value range,their temperature was kept between 20 ℃?30 ℃ and their average humidity was more than 70%. The environment is relatively harsh in Southeast Asia. Targeted measures should be taken in the stages of environmental adaptability demonstration, design, use and maintenance of product to ensure the environmental adaptability of product service in Southeast Asia.

natural environment; environmental characteristics; Southeast Asia; environmental adaptability

TJ07；P468.1

A

1672-9242(2023)01-0135-07

10.7643/ issn.1672-9242.2023.01.019

2021–11–04；

2021-11-04；

2021–12–17

2021-12-17

吳帥（1991—），男，碩士，工程師，主要研究方向為環(huán)境試驗與環(huán)境適應(yīng)性評價。

WU Shuai (1991-), Male, Master, Engineer, Research focus: environment adaption test and evaluation.

吳帥, 周堃, 劉聰, 等. 東南亞地區(qū)環(huán)境特征分析及產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性對策研究[J]. 裝備環(huán)境工程, 2023, 20(1): 135-141.

WU Shuai, ZHOU Kun, LIU Cong, et al.Environmental Characteristics and Countermeasures for Environmental Adaptability of Product in Southeast Asia[J]. Equipment Environmental Engineering, 2023, 20(1): 135-141.

責(zé)任編輯：劉世忠