1、第 45 卷 第 1 期2023 年 2 月防护工程POTECTIVE ENGINEEINGVol.45 No.1Feb.2023收稿日期:20220708作者简介:周亭(1987)，女，硕士，工程师，主要研究方向为防护工程和结构工程。通讯作者:谷安鑫(1983)，男，硕士，工程师，主要研究方向为工程造价咨询和工程项目管理。Email:。引用格式:周亭，谷安鑫，潘凯星 快速部署防护结构发展研究 J 防护工程，2023，45(1):7278ZHOU Ting，GU Anxin，PAN Kaixing esearch on the development of rapid deployable p
2、rotection structureJ Protective Engineer-ing，2023，45(1):7278快速部署防护结构发展研究周亭1谷安鑫1潘凯星2(1.军事科学院国防工程研究院，北京 100036;2.军事科学院国防工程研究院，河南 洛阳 471023)摘要近年来防护领域无论是防弹抗爆材料的研制还是防护结构的研究都取得了长足发展，其中快速部署防护结构已成为防护技术发展的重要方向，快速部署防护结构因具有携带方便、可快速展开、防护性能较好等特点在防护领域得到了广泛应用。首先对快速部署防护结构的特点和分类进行介绍，其次系统分析了国内外快速部署防护技术的发展现状，最后对快速部署防护
3、技术在防护领域的发展趋势进行了研判。关键词防护技术;快速部署;防护性能esearch on the development of rapid deployable protection structureZHOU Ting，GU Anxin1，PAN Kaixing2(1.Defense Engineering Institute，AMS，PLA，Beijing 100036，China;2.Defense Engineering Institute，AMS，PLA，Luoyang 471023，China)AbstractIn recent years，there have been gre
4、at advancement in both the development of bullet and explosionproofmaterials and the research on personal protection structure in the protection field apidly deployable protection structurehas become one of the most important technological trends，and has been widely used in the protection field due
5、to itsconvenient carrying，rapid deployment and good protective performance This paper first introduces the characteristicsand categories of the rapid deployable protection structure，then systematically analyzes the development of this technolo-gy both at home and abroad，and finally predicts the futu
6、re trends of this technology in the protection fieldKeywordsprotection technology;rapid deployable;protective performance随着科学技术的发展、攻击式样的更新及武器性能的不断提升，特殊情况下人员与装备的防护能力得到了越来越多的关注12。为提高防护能力，各国大力研发了包含方舱、防爆墙等在内的各种防护技术。20 世纪 70 年代以后，方舱装备数量快速增加，方舱的型号、规格越来越多34。军用方舱虽具有较好的防护效能，但随着战争攻击式样的不断变化，军用方舱因体积较大、运输不便等缺点而无
7、法适应战场新要求。防爆墙可有效抵抗火灾爆炸事故造成的人员伤亡与财产损失5，在海洋石油开采平台上安装防爆墙，可防止爆炸影响到相邻区域产生二次毁伤6，但也因安装工序复杂且可移动性差在使用中存在一定的局限性。目前需要更加快速、简便和可靠的防护结构用于应对战场新要求及各种突发事件 812。快速部署防护结构将可展开机构和防护部件相结合，具有折叠起来占用空间小、可现场展开、可重复使用、方便携带和运输及储存方便等优点。最初可快速部署概念是在航空和航天领域被提出的 13，随后快速部署防护结构在航空航天、建筑结构、海上平台及军事防弹抗爆等领域得到了广泛应用 14。人类对快速部署防护结构的应用可追溯到古代游牧部落
8、的临时帐篷，其在紧急情况下第 45 卷 第 1 期周亭，等:快速部署防护结构发展研究可及时展开并起到保护人身安全或财物安全的作用，对人类社会发展具有重要意义 1516。1快速部署防护结构发展现状材料技术和结构设计技术的快速发展为快速部署防护技术进步奠定了坚实基础，另外在应急救援、临时掩体和机动防护等现实需求刺激下，近年来国内外快速部署防护结构发展迅猛。根据快速部署结构的运动机制，可以将其分为集装箱式、支杆装配式、伸缩式、气动式及可移动板式等，如图 1 所示。图 1快速部署防护结构基本类型1.1集装箱式结构依据国际标准化组织对集装箱的定义，集装箱是指具有一定强度、刚度和规格的大型装载容器1718
9、。集装箱式防护结构的优点在于:展开速度快;可以很好地保护人员或设备，避免天气或弹片的影响;维护成本低。存在不足:机动性能差(高度受限制，使用中的机动性差);受形状和尺寸的限制;笨重(材料的质量重/覆盖面积多);运输过程中占用空间大。集装箱式防护结构因其制造和安装简易方便，在军事、海边住宅及移动住所等领域均得到了应用。快速部署集装箱式防护装置从结构类型又可分为折叠式集装箱和装配式模块化集装箱，其中折叠式集装箱是把所有的部件简单折叠或分解，待使用时再组装并填充使用，而装配式模块化集装箱是指通过螺栓或其他连接方式将数块标准集装箱板材连接在一起，形成一个集装箱。英国 HESCO 公司 20 世纪 80
10、 年代最早研制了折叠式集装箱式防护墙，起初用于海滩或低洼地域的防侵蚀和防洪。20 世纪 90 年代，该装置被安全防护领域所接受，在国际维和、反恐等军事斗争中，以及抗洪、防台风、防海啸等民用工程中产生了一定的军事和社会效益。20 世纪 90 年代后期，尤其是“911”恐怖袭击以来，装配式防爆墙的研究和产品开发工作得到了加强1921。如美国 CBP 公司生产的装配式模注塑料砂土防爆墙、集装箱式防爆墙和模注塑料水体防爆墙。HESCO 联盟中的Hercules Protection 公司开发的折叠式防爆墙等，主要是利用墙内较大体积的砂土或水等就便材料的质量，抵抗撞击和爆炸作用来达到防护的效果22。Y.
11、Y.Hu 等24 设计出了多种功能的集装箱式结构，用于医疗救援、人员掩蔽和指挥控制等方面，具体如图 2 所示。图 2集装箱式结构美军典型的集装箱防护结构包括 S658、S280、N1080 等型号。美军S280 方舱可抵御7.62 mm 子弹和 40 g、弹着速度为 600 m/s 破片侵彻，同时能够承受5.0104Pa 超压。方舱质量为635 kg，有效载荷3 223 kg。其防弹材料主要为 9 层织物的 Kevlar49 复合材料，层间使用环氧树脂粘接。美军生产的标准方舱可根据需要进行多种组合，如组合形成人员通道、野战医院、指挥所等，具体如图 3 所示25。图 3集装箱掩体结构1.2支杆装
12、配式结构支撑杆是以气体和液体为工作介质的一种弹性元件，由压力管、活塞、活塞杆及若干联接件组成。支杆装配可分为标准化平面构件和标准化空间构37防护工程2023 年件，在跨度较大的体系中，可以利用预应力代替起重器来提高其展开速度。支杆装配式结构的主要优点是其形状和尺寸的结构效率高和适应性强，但展开的准备过程耗时较长并且要求人力多，和一般的施工技术接近，速度较慢且改进空间不大。防弹伞是典型的支杆装配式快速部署防护装置，张元庆等26 发明了一种防弹伞，以可抵挡子弹射击的多层防弹纤维材料制作成伞面，伞内的支撑骨架采用高强度轻质合金制作如同普通伞的结构，具有快速展开及防护功能。吕俊等27 发明了一种模块化
13、多功能组合式折叠防弹盾牌，该装置包括可折叠支撑架及设置在可折叠支撑架上的模块化防护板，可折叠支撑架上设置有把手，能够快速展开和折叠，模块化防护板通过凸轮压紧装置可实现快速组合固定，且当盾体防弹板遭受弹损后可任意替换。Vu Khac Kien 等28 研制了一种张力支杆掩蔽结构，通过将伸缩系统和支杆装配集合在一起形成快速可展开能力，该种张力支杆掩蔽结构可应用于飞机棚等大跨度结构上，如图 4 所示。图 4张力支杆结构模型的展开1.3伸缩式结构伸缩机构一般是指沿着某个轴的方向或直线方向，该机构的总长度能伸长或缩短，在工业、农业以及国防等领域中被广泛使用29。而可伸缩装置或剪式组件是展开设计中的普通构
14、件，这是因为将剪式组件连接，其即为运动学链接，展开便捷，使用范围广。伸缩式结构可以在目标外围迅速构筑起防护屏障，通过直接反射爆炸产生的空气冲击波，自身变形及填料的飞散、摩擦吸收和消耗爆炸冲击波能量来达到防护目的，是一种新型、多用途防护器材，其具有结构新颖、储运方便、展开灵活、构筑迅速、防护强度高等特点，在野战和应急救援时可提供高强度的防护 16。典型的伸缩式结构有 HESCO 防爆墙，由土工布和金属网筐组成，平时处于折叠和收缩状态，部署时快速展开并填充土、沙、砾石、碎石、垃圾等就便材料，具有防水、防火、防潮等特性，可替换沙袋。HESCO 防爆墙具有携带方便，安装快捷，结构多变，快速撤收等特点，
15、所以较传统沙袋用途更广，可用于组建库房、靶场、宿舍、弹药库、指挥所、车库、飞机库、油库、器材室、临时仓库、拆弹所、战地医院、检查站等军用工事、防护屏障，快速组建不同规模的营区、营地或工事，现已被联合国及各国军方所认可，并已投入大量使用。图 5 为利用HESCO 墙建成的工事和固定型防爆墙 15，30。图 5HESCO 防爆墙另外一些大型掩蔽帐篷也采用伸缩式结构，如图 6 所示，此类帐篷可根据需要进行伸缩开展，以满足不同大小的空间需要，伸缩方式包括滑轮式和旋转式，具有伸缩可靠度高、掩蔽空间大等特点。图 6伸缩式掩蔽帐篷陶西贵等3132 设计了一种自卸式野战防护装置，这种防护装置是将一定数量的防护
16、装置折叠压缩后，放置于装置内部或上面，通过通用工程装备的牵引作用，自动展开并设置成型的一种装置，在野战时具有较好的防护效果。日本 MELC 公司33 研制的爆炸物处理专用袋，用于防护、隔离邮件炸弹引爆产生的碎片，或将邮件炸弹及可疑邮件装入后带离现场，在不使用时可以将其折叠放入 A4 纸尺寸、厚约 4 cm 的信封，非常便捷。1.4气动式结构气动式结构是一种建筑与结构结合的结构体系，采用高强度柔性膜材料与辅助结构通过一定方式使其内部产生一定的预应力，并形成应力控制下的某种空间形状作为覆盖结构或建筑物主体，并具有足够刚度以抵抗外部荷载作用的一种结构类型。国外气动式结构主要特点是质量轻，比相应的机械展开结构轻 50%以上;折叠后体积小，包装后的体积不到相应的机械展开结构折叠包装后体积的 25%;制作成本低，制作工具简单，材料普遍;展开可靠性好，只有气体泄漏才会导致展开失败;稳定性好，承受荷载表面积大，受力比较均匀，结构也不容易被破坏;47第 45 卷 第 1 期周亭，等:快速部署防护结构发展研究在很少用到特殊连接和约束的条件下制作成一系列曲面，容易设计成各种形状;动力学特性有利，表面变形只与