某型客船簡(jiǎn)化撤離分析應(yīng)用

王中華

（中國(guó)船級(jí)社規(guī)范與技術(shù)中心，上海 200135）

0 引 言

在航運(yùn)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(dú)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(duì)客船（尤其是應(yīng)滿(mǎn)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(guò)程中存在的問(wèn)題，對(duì)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(guó)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(lái)得到深入發(fā)展。有許多數(shù)學(xué)模型都可用來(lái)描述撤離過(guò)程[3]，根據(jù)對(duì)環(huán)境和人員細(xì)節(jié)描述程度的不同，主要分為宏觀(guān)模型和微觀(guān)模型。

1) 宏觀(guān)模型認(rèn)為行人的運(yùn)動(dòng)類(lèi)似于氣體或液體的流動(dòng)，包括博弈理論、決策理論和傳播模型等[4]。宏觀(guān)模型的優(yōu)點(diǎn)是理論難度較小、建模簡(jiǎn)單、計(jì)算量較?。蝗秉c(diǎn)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(guān)模型將行人視為相互作用的粒子，包括社會(huì)力模型、排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)模型和元胞自動(dòng)機(jī)模型等。微觀(guān)模型的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)每個(gè)人的特性、位置和運(yùn)動(dòng)都有單獨(dú)的描述，能有效提升仿真的可信度；缺點(diǎn)是計(jì)算量比較大，計(jì)算耗時(shí)比較長(zhǎng)[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(duì)商場(chǎng)、劇院、高層辦公樓、地鐵站和機(jī)場(chǎng)等人員密集型建筑的安全性能進(jìn)行評(píng)估，但目前在船舶行業(yè)的應(yīng)用相對(duì)較少，我國(guó)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(jì)人員實(shí)際運(yùn)用，本文依據(jù)國(guó)際海事組織（International Maritime Organization, IMO）最新頒布的撤離分析指南，對(duì)某型客船進(jìn)行簡(jiǎn)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(duì)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(yùn)超過(guò) 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(huì)（Maritime Safety Committee, MSC）第96次會(huì)議上通過(guò)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(jiǎn)稱(chēng)“指南”）[8]，該通函修訂并取代了MSC.1/Circ.1238[9]，旨在為開(kāi)展SOLAS公約要求的撤離分析提供指導(dǎo)。

1.3 目的

開(kāi)展客船撤離分析的目的是確認(rèn)擁擠點(diǎn)和/或緊要區(qū)域，并為確定這些擁擠點(diǎn)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(shí)間的方法是基于一些理想化的基準(zhǔn)場(chǎng)景，做出以下假定：

1) 乘客和船員通過(guò)主脫險(xiǎn)通道向指定的集合站撤離，參見(jiàn)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(xiǎn)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(duì)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(yùn)動(dòng)、橫傾和縱傾。

1.5 應(yīng)考慮的場(chǎng)景

在分析時(shí)應(yīng)至少考慮以下4種場(chǎng)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(jí)撤離案例，夜晚；

4) 案例4，次級(jí)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(jiàn)圖1）。

(1) 計(jì)算的總撤離時(shí)間滿(mǎn)足

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

(2) 登乘及下水時(shí)間滿(mǎn)足

圖1 客船撤離分析衡準(zhǔn)

(3) 響應(yīng)時(shí)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(duì)于客滾船，n=60；

(2) 對(duì)于除客滾船以外的客船，主豎區(qū)≤3個(gè)時(shí)n=60；主豎區(qū)>3個(gè)時(shí)n=80。

2 移動(dòng)時(shí)間（T）的計(jì)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(mén)的凈寬指門(mén)全開(kāi)狀態(tài)下的實(shí)際通過(guò)寬度。

2) 初始人員密度（D）：指人員數(shù)量（p）與人員在原來(lái)位置可用的脫險(xiǎn)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(xiǎn)設(shè)施的類(lèi)型，具體取值見(jiàn)表1（初始速度）和表2（轉(zhuǎn)換點(diǎn)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(shí)間及所涉及通道的每單位凈寬通過(guò)脫險(xiǎn)通道中的一點(diǎn)的逃生人員的數(shù)量，具體取值見(jiàn)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(jì)算的人流（Fc）：指每單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)脫險(xiǎn)通道的特定點(diǎn)的預(yù)計(jì)人數(shù)。

6) 流動(dòng)時(shí)間（tF）：指N個(gè)人通過(guò)出口系統(tǒng)的－點(diǎn)所需的總時(shí)間。

7) 轉(zhuǎn)換處：指在出口系統(tǒng)中通道的類(lèi)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(jì)算流量的總和等于所有入口計(jì)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(zhǎng)移動(dòng)時(shí)間。

2.2 計(jì)算理想條件下移動(dòng)時(shí)間的程序

1) 為了說(shuō)明計(jì)算理想條件下移動(dòng)時(shí)間的程序，使用下列標(biāo)記：

(1)tstair為從脫險(xiǎn)通道至集合站的通過(guò)樓梯的時(shí)間；

(2)tdeck為從甲板脫險(xiǎn)通道的最遠(yuǎn)點(diǎn)至樓梯的移動(dòng)時(shí)間；

(3)tassembly為從樓梯末端至指定的集合站入口的移動(dòng)時(shí)間。

2) 定量計(jì)算流動(dòng)時(shí)間的基本步驟為：

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

(2) 計(jì)算每層甲板的主脫險(xiǎn)通道密度D；

(3) 根據(jù)表1，用線(xiàn)性?xún)?nèi)插法計(jì)算初始特定流量Fs；

(4) 計(jì)算通向指定的脫險(xiǎn)樓梯的走廊和門(mén)的流量Fc；

(5) 一旦到達(dá)轉(zhuǎn)換點(diǎn)，用式(5)得到出口計(jì)算流量Fc。若有2條以上通道離開(kāi)轉(zhuǎn)換點(diǎn)，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(jì)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(xiàn)性?xún)?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(diǎn)會(huì)形成一列隊(duì)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(duì)每層甲板都進(jìn)行上述計(jì)算，從而得到進(jìn)入指定脫險(xiǎn)梯道的計(jì)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(dòng)時(shí)間tF計(jì)算每個(gè)樓梯和走廊的流動(dòng)時(shí)間tF。每個(gè)脫險(xiǎn)通道的流動(dòng)時(shí)間tF在相應(yīng)的脫險(xiǎn)通道各部分的流動(dòng)時(shí)間中是最長(zhǎng)的。

(8) 從每個(gè)脫險(xiǎn)通道的最遠(yuǎn)點(diǎn)至樓梯的移動(dòng)時(shí)間tdeck為長(zhǎng)度與速度的比值。對(duì)于脫險(xiǎn)通道的不同部分，若這些部分連續(xù)，則移動(dòng)時(shí)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(jì)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(duì)于公共處所，無(wú)須計(jì)算tdeck。

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

(10) 計(jì)算從樓梯末端（集合站甲板）至集合站入口的移動(dòng)時(shí)間tassembly。

(12) 對(duì)于白天和夜晚場(chǎng)景，應(yīng)重復(fù)此程序。

(13) 擁擠點(diǎn)為：

① 初始密度大于等于3.5人/m2的處所；

② 入口與出口計(jì)算流量（Fc）差大于1.5人/s的場(chǎng)所。

(14) 對(duì)所有脫險(xiǎn)通道進(jìn)行計(jì)算之后，應(yīng)選擇最高的tI值，按式(6)計(jì)算移動(dòng)時(shí)間T。

3 某型客船簡(jiǎn)化撤離分析實(shí)例

3.1 實(shí)船情況

1) 該船的主尺度為：長(zhǎng)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(gè)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(gè)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(chǎng)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(shí)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(shí)的船員人數(shù)。本文之所以選擇夜晚場(chǎng)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(shí)間較白天場(chǎng)景更長(zhǎng)。

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(shí)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(shí)際容納撤離人數(shù)950人。

3.2 簡(jiǎn)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(shuō)明。7甲板艙室布置圖和8甲板艙室布置圖分別見(jiàn)圖2和圖3，撤離路線(xiàn)示意見(jiàn)圖4，其中：C為走廊或梯道走廊（如C1、C2、CS2）；D為門(mén)（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(guò)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(guò)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(xiàn)示意

4) 7甲板和8甲板初始項(xiàng)目計(jì)算見(jiàn)表4。

表4 7甲板和8甲板初始項(xiàng)目計(jì)算

5) 7甲板和8甲板過(guò)渡項(xiàng)目計(jì)算（流入流量>最大流量之處）見(jiàn)表5，僅列出會(huì)產(chǎn)生列隊(duì)的項(xiàng)目。

表5 7甲板和8甲板過(guò)渡項(xiàng)目計(jì)算

6)tF、tdeck、tstair和tI的計(jì)算見(jiàn)表6，僅列出撤離徒步時(shí)間最長(zhǎng)的部分。流動(dòng)時(shí)間tF為整個(gè)撤離路線(xiàn)中人員自開(kāi)始撤離的甲板到集合站所用的最大流動(dòng)時(shí)間；甲板或梯道時(shí)間tdeck/stair為人員自開(kāi)始撤離的甲板到集合站甲板所經(jīng)過(guò)的甲板或梯道時(shí)間之和；撤離路線(xiàn)徒步時(shí)間tI為最大流動(dòng)時(shí)間tF與甲板或梯道時(shí)間tdeck/stair之和。

表6 tF、tdeck、tstair和 tI的計(jì)算

7) 撤離結(jié)果分析。由表 6得出撤離最大徒步時(shí)間為 190.5s，撤離路線(xiàn)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(mǎn)足要求。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文根據(jù)IMO MSC.1/Circ.1533通函的要求對(duì)某型客船進(jìn)行了簡(jiǎn)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(xiǎn)布置、擁擠點(diǎn)或撤離時(shí)間超標(biāo)等。盡管該船的脫險(xiǎn)通道設(shè)置和撤離布置完全能滿(mǎn)足通函和相關(guān)公約的要求（包括夜晚、白天、基本和次級(jí)場(chǎng)景)，但算例結(jié)果顯示，人員撤離擁擠點(diǎn)（會(huì)產(chǎn)生列隊(duì)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(mén)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(duì)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(lèi)型、起居處所類(lèi)型、甲板數(shù)量和樓梯數(shù)量有多種組合），簡(jiǎn)化撤離分析的局限性越來(lái)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(jí)撤離分析方法進(jìn)行相關(guān)分析。本文所述簡(jiǎn)化方法相對(duì)便捷，適于在船舶早期設(shè)計(jì)階段用來(lái)驗(yàn)證所設(shè)計(jì)船舶的人員撤離能否滿(mǎn)足法規(guī)的要求。