某型客船簡化撤離分析應(yīng)用

王中華

（中國船級社規(guī)范與技術(shù)中心，上海 200135）

0 引 言

在航運領(lǐng)域，因消防工作不到位導(dǎo)致的海難事故層出不窮，日益引起人們的重視[1]。由于每艘客船都有其獨特性，在結(jié)構(gòu)和布置上有很大區(qū)別，尤其是船上的乘客大多不熟悉撤離程序，因此對客船（尤其是應(yīng)滿足安全返港要求[2]的大型客船）進(jìn)行撤離分析，盡早發(fā)現(xiàn)并解決撤離過程中存在的問題，對于確保海上人命安全而言具有重要意義。

1 客船撤離分析

1.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

人員撤離相關(guān)研究起源于建筑行業(yè)，近年來得到深入發(fā)展。有許多數(shù)學(xué)模型都可用來描述撤離過程[3]，根據(jù)對環(huán)境和人員細(xì)節(jié)描述程度的不同，主要分為宏觀模型和微觀模型。

1) 宏觀模型認(rèn)為行人的運動類似于氣體或液體的流動，包括博弈理論、決策理論和傳播模型等[4]。宏觀模型的優(yōu)點是理論難度較小、建模簡單、計算量較小；缺點是丟失了部分環(huán)境幾何信息，忽略了人與人之間的差異。

2) 微觀模型將行人視為相互作用的粒子，包括社會力模型、排隊網(wǎng)絡(luò)模型和元胞自動機模型等。微觀模型的優(yōu)點是對每個人的特性、位置和運動都有單獨的描述，能有效提升仿真的可信度；缺點是計算量比較大，計算耗時比較長[5]。

人員撤離分析研究已在建筑行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，可對商場、劇院、高層辦公樓、地鐵站和機場等人員密集型建筑的安全性能進(jìn)行評估，但目前在船舶行業(yè)的應(yīng)用相對較少，我國目前在這方面仍處于起步階段[6]。精細(xì)復(fù)雜的撤離分析方法偏重于理論研究，并不適合于工程設(shè)計人員實際運用，本文依據(jù)國際海事組織（International Maritime Organization, IMO）最新頒布的撤離分析指南，對某型客船進(jìn)行簡化撤離分析，形成詳盡的參考范例。

1.2 IMO最新進(jìn)展

IMO MSC.404 (96)決議[7]對SOLAS公約第II-2章第13 條13.3.2.7節(jié)進(jìn)行了修訂：“1999年7 月1 日及之后建造的客滾船和 2020 年 1 月 1 日及之后建造的載運超過 36名乘客的其他客船要求進(jìn)行撤離分析”。隨后，在2016 年5 月IMO海上安全委員會（Maritime Safety Committee, MSC）第96次會議上通過了《經(jīng)修訂的新客船和現(xiàn)有客船撤離分析指南》（MSC.1/Circ.1533）通函（以下簡稱“指南”）[8]，該通函修訂并取代了MSC.1/Circ.1238[9]，旨在為開展SOLAS公約要求的撤離分析提供指導(dǎo)。

1.3 目的

開展客船撤離分析的目的是確認(rèn)擁擠點和/或緊要區(qū)域，并為確定這些擁擠點和緊要區(qū)域在船上的位置提供建議。

1.4 普遍假定

估算撤離時間的方法是基于一些理想化的基準(zhǔn)場景，做出以下假定：

1) 乘客和船員通過主脫險通道向指定的集合站撤離，參見SOLAS公約第II-2/13 條；

2) 確定乘客載荷和初始分布的依據(jù)是FSS規(guī)則[10]第13章。

3) 脫險布置認(rèn)為完全有效；

4) 協(xié)助的船員立刻在撤離值班位置準(zhǔn)備幫助乘客；

5) 不考慮煙、熱和有毒火災(zāi)產(chǎn)物對乘客和船員表現(xiàn)的影響；

6) 不考慮家庭群體行為；

7) 不考慮船舶的運動、橫傾和縱傾。

1.5 應(yīng)考慮的場景

在分析時應(yīng)至少考慮以下4種場景：

1) 案例1，基本撤離案例，夜晚（根據(jù)FSS 規(guī)則第13章2.1.2.2.2.1節(jié)情況1）；

2) 案例2，基本撤離案例，白天（根據(jù)FSS 規(guī)則第13章2.1.2.2.2.1節(jié)情況2）；

3) 案例3，次級撤離案例，夜晚；

4) 案例4，次級撤離案例，白天。

1.6 衡準(zhǔn)

1) 應(yīng)遵循客船撤離分析衡準(zhǔn)（見圖1）。

(1) 計算的總撤離時間滿足

式(1)中：R為響應(yīng)時間；T為移動時間；E為登乘時間；L為下水時間；n為最大允許撤離時間。

(2) 登乘及下水時間滿足

圖1 客船撤離分析衡準(zhǔn)

(3) 響應(yīng)時間R應(yīng)為夜晚10 min，白天5 min。

2) 在上述衡準(zhǔn)1）中n的取值：

(1) 對于客滾船，n=60；

(2) 對于除客滾船以外的客船，主豎區(qū)≤3個時n=60；主豎區(qū)>3個時n=80。

2 移動時間（T）的計算方法

2.1 考慮的參數(shù)

1) 凈寬（Wc）：走廊和樓梯的凈寬指扣除欄桿后的寬度；門的凈寬指門全開狀態(tài)下的實際通過寬度。

2) 初始人員密度（D）：指人員數(shù)量（p）與人員在原來位置可用的脫險通道面積的比值。

3) 人員流速（S）：取決于人員的特定流量和脫險設(shè)施的類型，具體取值見表1（初始速度）和表2（轉(zhuǎn)換點后的速度作為特定流量的函數(shù)）。

4) 人員的特定流量（Fs）：指每單位時間及所涉及通道的每單位凈寬通過脫險通道中的一點的逃生人員的數(shù)量，具體取值見表1（初始Fs作為初始密度函數(shù)）和表3（最大值）。

表1 作為密度函數(shù)的初始特定流量值和初始速度值

表2 最大特定流量值

表3 特定流量和流速值

5) 計算的人流（Fc）：指每單位時間內(nèi)通過脫險通道的特定點的預(yù)計人數(shù)。

6) 流動時間（tF）：指N個人通過出口系統(tǒng)的－點所需的總時間。

7) 轉(zhuǎn)換處：指在出口系統(tǒng)中通道的類型或尺寸有變化，或通道發(fā)生分合處。在轉(zhuǎn)換中，所有出口計算流量的總和等于所有入口計算流量的總和，即

式(6)中：γ為修正系數(shù)，在案例l和案例2中等于2.0，在案例3和案例4中等于1.3；δ為逆流修正系數(shù)，取值為0.3；tI為理想條件下的以秒表示的最長移動時間。

2.2 計算理想條件下移動時間的程序

1) 為了說明計算理想條件下移動時間的程序，使用下列標(biāo)記：

(1)tstair為從脫險通道至集合站的通過樓梯的時間；

(2)tdeck為從甲板脫險通道的最遠(yuǎn)點至樓梯的移動時間；

(3)tassembly為從樓梯末端至指定的集合站入口的移動時間。

2) 定量計算流動時間的基本步驟為：

(1) 將脫險通道抽象為水力管道，其中，管道為走廊和樓梯，閥為門，液艙為公共處所；

(2) 計算每層甲板的主脫險通道密度D；

(3) 根據(jù)表1，用線性內(nèi)插法計算初始特定流量Fs；

(4) 計算通向指定的脫險樓梯的走廊和門的流量Fc；

(5) 一旦到達(dá)轉(zhuǎn)換點，用式(5)得到出口計算流量Fc。若有2條以上通道離開轉(zhuǎn)換點，可假定每條通道的流量Fc與其凈寬相匹配。出口特定流量FS等于出口計算流量與凈寬的比值。有以下2種可能：

①Fs小于等于表2中Fs的最大值，相應(yīng)的出口速度（S）根據(jù)表3 ，用線性內(nèi)插法求得，作為特定流量函數(shù)；

②Fs大于表2中Fs的最大值，在轉(zhuǎn)換點會形成一列隊伍（形成擁堵），F(xiàn)s為表2中Fs的最大值，相

應(yīng)的出口速度（s）從表3中獲得。

(6) 對每層甲板都進(jìn)行上述計算，從而得到進(jìn)入指定脫險梯道的計算流量Fc和速度S。

(7) 根據(jù)進(jìn)入樓梯或走廊的人數(shù)N和相關(guān)的流動時間tF計算每個樓梯和走廊的流動時間tF。每個脫險通道的流動時間tF在相應(yīng)的脫險通道各部分的流動時間中是最長的。

(8) 從每個脫險通道的最遠(yuǎn)點至樓梯的移動時間tdeck為長度與速度的比值。對于脫險通道的不同部分，若這些部分連續(xù)，則移動時間應(yīng)求和得到，否則應(yīng)取其中的最大值。每層甲板都應(yīng)進(jìn)行這樣的計算；由于假定人員在每層甲板上平行移至指定的樓梯，主要的tdeck應(yīng)取其最大值。對于公共處所，無須計算tdeck。

(9) 對于每段樓梯，移動時間為傾斜的梯段長度與速度的比值。對于每層甲板，總的樓梯移動時間tstair為連接甲板與集合站的所有梯段的移動時間的總和。

(10) 計算從樓梯末端（集合站甲板）至集合站入口的移動時間tassembly。

(12) 對于白天和夜晚場景，應(yīng)重復(fù)此程序。

(13) 擁擠點為：

① 初始密度大于等于3.5人/m2的處所；

② 入口與出口計算流量（Fc）差大于1.5人/s的場所。

(14) 對所有脫險通道進(jìn)行計算之后，應(yīng)選擇最高的tI值，按式(6)計算移動時間T。

3 某型客船簡化撤離分析實例

3.1 實船情況

1) 該船的主尺度為：長LOA=182.70m；型寬B=25.20m；型深D=12.10m；吃水Tdes.=7.20m，全船最多承載881人，其中，乘客810人，船員71人。

2) 該船起居處所分2個主豎區(qū)（MVZl和MVZ2），5甲板和6甲板為登乘甲板。

3) 該船共有6個集合站，分別在5甲板和6甲板。

4) 乘客和船員分布：考慮夜晚場景（基本撤離案例1）下在起居艙中最大鋪位量全部被占據(jù)時的乘客人數(shù)和在船員起居艙中最大鋪位量有2/3被船員占據(jù)時的船員人數(shù)。本文之所以選擇夜晚場景，是考慮到夜晚大部分人員都在住艙內(nèi)熟睡，撤離所需時間較白天場景更長。

5) 救生設(shè)備情況：8甲板有2套救助艇和吊架；6甲板左右舷各有1套85人全封閉式救生艇和65人全封閉式救生艇，實際容納撤離人數(shù)300人；5甲板左右舷各有1套垂直撤離系統(tǒng)（含2只100人氣漲式自扶正救生筏和6只125人氣脹式自扶正救生筏），實際容納撤離人數(shù)950人。

3.2 簡化撤離分析

限于篇幅，本文僅以7甲板和8甲板乘客撤離為例進(jìn)行說明。7甲板艙室布置圖和8甲板艙室布置圖分別見圖2和圖3，撤離路線示意見圖4，其中：C為走廊或梯道走廊（如C1、C2、CS2）；D為門（如D1、D2）；S為梯道（如S11）；MST為集合站（如MST1、MST2）；MVZ為主豎區(qū)（如MVZ1、MVZ2）。

1) 8甲板內(nèi)由梯道DK8至S11共9人進(jìn)入DK6集合站1（MST1）、DK6集合站兼登乘站2和登乘站3（MST2和MST3）；由梯道DK8至S12共8人進(jìn)入DK6集合站1（MST1）、DK6集合站兼登乘站2和登乘站3（MST2和MST3）。

2) 7甲板內(nèi)由梯道DK7至S11共44人進(jìn)入DK6集合站1（MST1）、DK6集合站兼登乘站2和登乘站3（MST2和MST3）；由梯道DK7至S12和S13共217人進(jìn)入DK6集合站1（MST1）、DK6集合站兼登乘站2和登乘站3（MST2和MST3），其中100人通過DK6至S12和S13進(jìn)入DK5集合站4（MST4）、DK5集合站兼登乘站5和登乘站6（MST5和MST6）。

3) 7甲板100人通過梯道DK7至S12和S13、DK6至S12和S13往下撤離至DK5集合站4（MST4）、DK5集合站兼登乘站5和登乘站6（MST5和MST6）。

圖2 7甲板艙室布置圖

圖3 8甲板艙室布置圖

圖4 7甲板和8甲板撤離路線示意

4) 7甲板和8甲板初始項目計算見表4。

表4 7甲板和8甲板初始項目計算

5) 7甲板和8甲板過渡項目計算（流入流量>最大流量之處）見表5，僅列出會產(chǎn)生列隊的項目。

表5 7甲板和8甲板過渡項目計算

6)tF、tdeck、tstair和tI的計算見表6，僅列出撤離徒步時間最長的部分。流動時間tF為整個撤離路線中人員自開始撤離的甲板到集合站所用的最大流動時間；甲板或梯道時間tdeck/stair為人員自開始撤離的甲板到集合站甲板所經(jīng)過的甲板或梯道時間之和；撤離路線徒步時間tI為最大流動時間tF與甲板或梯道時間tdeck/stair之和。

表6 tF、tdeck、tstair和 tI的計算

7) 撤離結(jié)果分析。由表 6得出撤離最大徒步時間為 190.5s，撤離路線為主豎區(qū) 2中的DK6-C4-D6-CS2-CS4-S13-MST4(DK5)。

同理可得知該船其他甲板的夜晚基本撤離分析也滿足要求。

4 結(jié) 語

本文根據(jù)IMO MSC.1/Circ.1533通函的要求對某型客船進(jìn)行了簡化撤離分析，旨在發(fā)現(xiàn)該船是否存在不適當(dāng)?shù)拿撾U布置、擁擠點或撤離時間超標(biāo)等。盡管該船的脫險通道設(shè)置和撤離布置完全能滿足通函和相關(guān)公約的要求（包括夜晚、白天、基本和次級場景)，但算例結(jié)果顯示，人員撤離擁擠點（會產(chǎn)生列隊之處，流入流量率大于最大流量率）發(fā)生在DK8的D1、D4、S11、CS1和DK7的D4、D6、D8、D9、S11、S12、S13 處。因此，這些門和梯道或走廊的凈寬度可適當(dāng)?shù)乇菷SS規(guī)則中要求的最小900mm大一些，或考慮對艙室劃分和人員分布做進(jìn)一步優(yōu)化。此外，應(yīng)注意到隨著船舶復(fù)雜程度的提高（如豪華郵船，乘客類型、起居處所類型、甲板數(shù)量和樓梯數(shù)量有多種組合），簡化撤離分析的局限性越來越大，若有條件，建議進(jìn)一步采用MSC.1/Circ.1533通函附件3中的高級撤離分析方法進(jìn)行相關(guān)分析。本文所述簡化方法相對便捷，適于在船舶早期設(shè)計階段用來驗證所設(shè)計船舶的人員撤離能否滿足法規(guī)的要求。