基于安全的輕武器射擊場防彈構(gòu)件優(yōu)化改造探析

趙梓翔，王 征，荀 平

(解放軍后勤工程學院， 重慶 401331)

隨著部隊軍事訓練日益頻繁，射擊場周邊的安全問題，越來越被人們重視。據(jù)報道，2016年9月12日，南京某小區(qū)一位女士在散步時被流彈擊傷，這顆流彈來自附近一處輕武器射擊場。而這樣的流彈襲擊并非第一次發(fā)生，附近小區(qū)的一些業(yè)主及其車輛此前多次被流彈擊中，流彈傷人事件引發(fā)了社會廣泛關(guān)注。如何確保射擊場周邊的安全已成為部隊輕武器射擊場建設(shè)改建中亟待解決的問題。

1 射擊場安全概況

大部分輕武器射擊場在建造前都經(jīng)過合理地規(guī)劃選址，遠離市區(qū)，有些巧借地形或者構(gòu)建高大的擋彈墻來防止子彈飛出射擊場。但是這些安全防護措施都具有局限性：規(guī)劃選址可以避開高壓線、交通要道和居民區(qū)，但是無法避開人們無處不在的活動，而且遠離營區(qū)的射擊場也給訓練造成不便；利用山勢或者構(gòu)建擋彈墻可以阻擋子彈，但是這種措施受地形地貌的限制，而且防護效果有限。例如高度為15 m擋彈墻，只能阻擋從射擊位射出發(fā)射角在9°以內(nèi)的子彈，但是發(fā)射角大于9°的子彈仍然對周圍造成威脅。總之，規(guī)劃選址和構(gòu)筑擋彈墻等措施無法滿足部隊對安全的要求。

相比部隊射擊場遠離營區(qū)、市區(qū)，北京射擊館(見圖2)、倫敦射擊館(見圖3)等國際射擊比賽場館卻建在城市內(nèi)部。因為它們通常在射擊區(qū)構(gòu)筑靶擋、圍墻和擋彈板等防彈構(gòu)件來確保安全。這種措施安全可靠，同時還具有造價便宜、方便操作、便于修建、靠近城市的優(yōu)點。部隊對現(xiàn)有的射擊場進行安全防護功改造，可以借鑒這種形式。

圖1 傳統(tǒng)射擊場的安全隱患

圖2 北京射擊館

圖3 倫敦射擊館

2 射擊場安全防護設(shè)計思路

與國際射擊比賽場館相比，部隊射擊場要相對簡單，比如觀眾席、運動更衣室、辦公附屬用房部分的設(shè)計可以不考慮。根據(jù)部隊射擊訓練習慣，訓練人員進入射擊待命區(qū)領(lǐng)取彈藥，而后來到射擊位裝填子彈，聽到指揮口令后完成射擊動作(見圖4)。射擊位是指射手進行射擊活動的規(guī)定位置[1]。因此要避免子彈飛出射擊場傷人，就應該圍繞射擊位設(shè)置防彈構(gòu)件。防彈構(gòu)件是射擊地線與目標之間上空和目標之后設(shè)置的阻擋子彈飛出的設(shè)施[2]，它包括3部分:① 在射擊位上方構(gòu)建防彈頂棚；② 在射擊區(qū)中間構(gòu)建多段擋彈梁；③ 在射擊場兩邊、后邊構(gòu)建擋彈墻。頂棚、擋彈梁和擋彈墻的組合，可以阻擋從射擊位向前射出的子彈，確保子彈無法飛出射擊場。

防彈構(gòu)件的設(shè)計，主要考慮頂棚、擋彈梁和擋彈墻之間的數(shù)量、位置關(guān)系。通過彈道射線的分析計算，在適當?shù)奈恢貌贾梅缽棙?gòu)件確保射擊場的絕對安全；并且通過控制所有防彈構(gòu)件的防彈面積減少建筑材料的使用，從而降低成本。

Matlab是一個功能強大的常用數(shù)學軟件，它可以解決計算問題，并且能夠方便地繪制出各種函數(shù)圖形[3]。

射擊場防彈構(gòu)件改造的內(nèi)容就是研究子彈在場地內(nèi)外的傷害范圍，以及通過設(shè)置防彈構(gòu)件阻擋子彈傷害[4-9]。因此，運用Matlab計算射擊場彈道射線中數(shù)學問題，將防彈構(gòu)件中數(shù)據(jù)進行量化分析，優(yōu)化射擊場安全防護改造方案。

圖4 射擊場訓練流程

圖5 射擊場安全防彈構(gòu)件示意圖

3 射擊場安全防護的改造方案研究

3.1 實例研究

以某部隊營區(qū)內(nèi)射擊場改造為例(圖6)，該射擊場較為簡單，四面由圍墻圍合，后面擋彈墻高度較高。

圖6 某部隊需要改建的射擊場

為方便分析計算，首先將改造方案的模型進行簡化(圖7)：

圖7 射擊場簡化模型剖立面圖

1) 通過彈道射線分析，可知臥姿射擊最不利于防彈構(gòu)件的設(shè)置，假設(shè)射擊點距地面高度近似為0；

2) 射擊區(qū)的防彈構(gòu)件由頂棚、n段擋彈梁、末端擋彈墻以及兩側(cè)擋彈墻組成；

3) 在不影響使用功能的前提下，頂棚高度越小，對防彈構(gòu)件設(shè)置越有利，所以頂棚及擋彈梁凈高高度取最小值 2.2 m[4]；

4) 為方便施工或模塊化配裝，假設(shè)所有擋彈梁高度一致，其上部梁高度為h；

5) A點為射擊位槍口位置，B點為末端擋彈墻位置，為方便計算，設(shè)AB間的距離為100 m；

6) 通過彈道射線分析，保證從A點射出的子彈被防彈構(gòu)件阻擋，則A、頂棚末端與第1道擋彈梁頂部在一條直線上，A、第1道擋彈梁底部與第2道擋彈梁頂部在一條直線上，…… 以及A、最后1道擋彈梁底部與擋墻頂部在一條直線上；

7) 射擊場兩側(cè)擋彈墻原有高度為2.2 m；

8) 射擊場設(shè)有12個射擊位，總寬度為25 m。

3.2 數(shù)學模型

根據(jù)以上模型，將H、h設(shè)為兩個自變量，當n一定時，利用相似三角形的幾何關(guān)系，求出各參數(shù)與H、h關(guān)系。具體計算公式為：

dn=(H-2.2)×100/H

(1)

(2)

(3)

(4)

式中：h為擋彈梁的高度；n為射道區(qū)擋彈梁數(shù)量；di為第i+1道擋彈梁與第i道擋彈梁水平距離(i

基于模型分析，射擊場改造內(nèi)容主要包括新建頂棚、擋彈梁部分和增建擋彈墻部分。射擊場的最優(yōu)化改造就是讓這兩部分的所需的建筑材料盡可能少，所以通過控制改造防彈面積來達到目的。S為安全防護改造的防彈面積的總和，則有：

(5)

擋彈梁段數(shù)n取整數(shù)，為方便計算分析，將自變量末端擋彈墻高度H取3～10 m范圍內(nèi)整數(shù)。將上述5個公式代入到Matlab進行計算(見圖8)，運行后可以得到n取不同值時S隨H、h變化的曲面變化圖(見圖9)，分析S對應的最小值。并且將H取不同值時S對應的最小值進行匯總(見表1)。通過分析比較表1數(shù)據(jù)，找出射擊場改造最優(yōu)化方案。

圖8 n=5時Matlab運行計算截圖

3m4m5m6m7m8m9m10m1957．6810．3760．7760．0787．4832．4889．1954．22680．1611．4608．2638．2687．0747．8816．9891．23556．7522．8540．2583．2642．0709．4783．9862．74489．0473．6502．9552．7616．6688．2765．1846．65446．5443．6478．4533．7601．4674．4753．3836．56417．4423．1462．3520．3590．2666．0745．3828．87397．4406．8452．5511．2581．0658．4740．8825．88382．5396．3441．1504．2577．9654．5735．1819．6

圖9 n取不同值時，S與H、h之間關(guān)系

3m4m5m6m7m8m9m10m14．44．24．03．83．63．43．23．023．02．82．62．42．42．22．02．032．22．02．01．81．81．61．61．441．81．61．61．41．41．21．21．251．41．41．21．21．01．01．01．061．21．21．01．01．00．80．80．871．01．01．00．80．80．80．80．681．00．80．80．80．80．60．60．6

3.3 結(jié)果分析

從圖9可知，當n≤5時，S存在最小值；當n>5時，S隨H、h的增加而增加。

表1可知，其中粗體數(shù)字為n取不同值時S的最優(yōu)解，最優(yōu)解S隨n的增大而減少，所以擋彈梁越多，擋彈面積越小。，n取1時S的最優(yōu)解是n取8時的近兩倍，所以對S的最優(yōu)值的分析研究可以起到節(jié)省材料的作用。當擋彈梁n為1道或2道時，其高度h大于2 m，擋彈梁相對不夠穩(wěn)定，而且其最小面積S相對較大，所以1、2道擋彈梁并不實用；當n=3時，其頂棚長度接近8 m，這將會造成光線不足，所以3道擋彈梁也不實用；n=8時，通過計算可得，y=1.7,d1=2.4,d3=3.5，這3個數(shù)據(jù)分別為第1道梁距頂棚邊緣距離第1、2道梁之間距離和第2、3道梁之間距離，梁頂端距地面3.2 m，寬度25 m但是梁之間小于3.5 m，過于密集，所以擋彈梁段數(shù)超過8組也不實用。通過分析，得出n取4～7時4種方案。

將4種方案H、h值代入公式，計算擋彈梁位置，得表3。可以發(fā)現(xiàn)n為4、5時，最后一道擋彈墻距射擊位距離接近50 m。如果這段距離為50 m，可以起到對50 m靶區(qū)遮擋風雨功能，所以對這兩種方案進一步優(yōu)化(見表4)。

優(yōu)化后的4種方案有各自的優(yōu)點：4、5段擋彈梁的方案，內(nèi)部空間較簡潔，50 m靶區(qū)上方有提供遮擋風雨的建筑構(gòu)件；6、7段擋彈梁的方案，改建后建筑高度整體較低，兩邊擋彈墻的改建比較節(jié)省材料。

表3 4種方案中各參數(shù)值

表4 4種方案優(yōu)化后各參數(shù)值

4 結(jié)論

本文通過彈道射線分析，建立安全防護改造模型，并運用Matlab計算分析，在確保安全性和實用性的前提下，得出射擊場安全防護改造的4種優(yōu)化方案。這4種方案確保射擊場的安全，實彈射擊訓練不會對周圍造成威脅，達到節(jié)省建筑材料的目的。部隊進行射擊場改建時，可以參考這4種方案中的數(shù)據(jù)，達到使用最少建筑材料構(gòu)建安全的射擊場。

[1] DB11/T 1230—2015,射擊場設(shè)置與安全要求[S].

[2] GB 19079.8—2013,體育場所開放條件與技術(shù)要求 第8部分：設(shè)計場所[S].

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