淺析客船梯道設計

李 鑫，王 飛，陳 熙

（中船郵輪科技發展有限公司，上海 200137）

0 引言

隨著客船設計的日趨多樣化和大型化，要在如此復雜的水上建筑物中暢通無阻，作為連通不同甲板間的交通樞紐——樓梯通道起到了至關重要的作用，在客船的設計過程中應該予以重視。梯道設計不僅要參照各項規范、標準和技術規格書的要求來設計和建造，而且其設計也要符合人的生理特征和心理特征，使梯道的功能得到充分發揮，同時也能確保其安全度。

1 客船梯道類型

客船結構功能可以簡單劃分為2部分：酒店功能部分和船舶自身運行部分。酒店功能部分由客艙、餐廳、室內外娛樂場所、酒吧以及商店組成。要到達上述各個區域就必須要提供四通八達的交通線，比如走廊、大廳、梯道和電梯。船員以及服務人員擁有專屬的走廊、梯道以及電梯以到達船舶工作區域和服務區域。客船自身的運轉以確保其酒店功能的正常運轉，從而完成一個完整的客船功能。樓梯作為甲板之間垂直交通的重要構件除了其使用功能，同時也要滿足安全疏散以及兼顧環境空間和藝術效果的要求。所以客船梯道大致可分為乘客梯道（圖1）和船員梯道（圖2）2大類。對于客船上處于機器處所的船員梯道通常會設置在一個受保護的環圍內，在此有防火等級的環圍內根據實際情況布置鐵梯或樓梯。通常情況下客梯和船員梯會用作脫險通道，但一些公共區域的美學裝飾客梯不會作為脫險通道進行設計，其設計更加側重于美學設計并滿足其要求，如圖3中庭的客梯。

圖1 客船客梯

圖2 客船船員梯

圖3 客船美學客梯

2 梯道設計原則及要點

2.1 梯道位置布置

樓梯與過道走廊以及公共空間和工作區域的合理布置以充分發揮其接引和導向的作用。在設計過程中，尤其作為脫險通道的重要組成部分，除了滿足規范和合同以及技術規格書的要求，安全疏散的概念在郵輪設計過程中貫穿始終尤為重要。為提高防止意外事故措施及受損船只生存率，《國際海上人命安全公約》（International Convention for Safety of Life at Sea）[1]在2010年7月1日對船長超過120 m及以上或有3個及以上主豎區新造客船實施“安全返港”規范要求。其中SOLAS II-2/13.3.2.7修正對有序疏散撤離分析的要求對客船初始概念設計產生了很大影響。現在有很多關于安全疏散撤離的優化分析研究，Carlo Nasso等對客船在初始設計階段運用不同的方法對撤離疏散的分析和模擬[2]。然而理論上的模擬計算分析有時較難真實反應旅客和船員的實際行動。樓梯是決定疏散時間長短的一個主要因素，這在很大程度上決定了樓梯走道的布置。在《國際消防安全規則》（International Code for Fire Safety Systems，FSS Code）[3]中規定，所有尺度供90人以上使用的梯道應為艏艉向梯道，即與船長方向一致。另外，中國船級社的《船舶人體工程學應用指南》[4]也給出了梯道布置的建議。

圖4 逃生撤離軟件模擬優化模型[3]

2.2 梯道寬度

根據《國際消防安全規則》（International Code for Fire Safety Systems，FSS Code）[3]第 13章脫險通道的布置要求；梯道的凈寬度（w）應不小于900 mm。對于超過90人的情況，每超過1人則梯道的凈寬度應至少增加10 mm。經由該梯道撤離的總人數應該假定為該梯道所服務區域內船員和旅客總人數的三分之二。梯道的寬度應不低于按下述方法所確定的寬度。本計算方法確定每一層甲板上梯道的最小寬度，同時考慮到通向該梯道的相鄰梯道。梯道寬度的計算應依據每一層甲板上負載的船員和旅客數而定。乘載負荷應由設計者按旅客和船員居住處所、服務處所、控制處所和機器處所的情況予以額定。就計算而言，公共處所的最大容量應按以下2個數值來定：按座位或類似布置的數目；或者按每人占甲板表面面積2 m2計算所得的數值。

梯道寬度最小值的計算方法[3]如下。在考慮每種情況下能容納及時從臨近的上、下甲板撤離到集合站的人流所用梯道寬度設計時，應采用下列計算方法：當連接2層甲板時見式（1）；當連接3層甲板時見式（2）；當連接4層甲板時見式（3）；當連接5層或更多層甲板時，梯道寬度應通過對所考慮的甲板和相鄰甲板使用上述連接的4層甲板的公式來確定。

式中：W為所要求的梯道扶手間的行走寬度，mm；N為預計來自所考慮的每一相鄰甲板需要使用梯道的總人數；N1為使用該梯道人數最多的甲板，N2為人流直接進入該梯道人數次多的甲板，依次類推；在確定每一層甲板的梯道寬度時，N1＞N2＞N3＞N4。這些甲板假定為在所考慮的甲板或其上游（即離開登離甲板方向）。

如果梯道在甲板層上設有面積為S的梯道平臺，則W的計算值可以減少。這種減少通過在Z中減去P來實現：

式中：Z為預計在所考慮的甲板上要撤離的總人數；P為暫時躲避在平臺上的人數，該人數可從Z中減去，Pmax=0.25Z；S為平臺面積減去開門所需要的面積，再減去人流接近梯道所需的面積，m2。

2.3 梯道凈高

梯段部位和平臺部位的凈空高度（e）能保證人流通行踏步前緣到頂部梯段底面的垂直距離不宜小于2 130 mm[4]，使旅客在上下樓梯時不會碰頭和產生壓抑感。不帶樓梯平臺的梯道的豎向高度（H）不應超過3.5 m。

2.4 梯道坡度和踏步

樓梯坡度指梯段中各級踏步前緣的假定連線與水平之間的夾角（α），FSS Code要求坡度傾斜角不大于 45°，對于客梯坡度的選擇要考慮旅客上下的舒適度，一般選擇在35°左右。

圖5 樓梯各部分示意圖[6]

確定樓梯踏步寬度（t）和踢面高度（h），要綜合考慮人的行為習慣和人體尺寸。基于牛美玲和張興任的基于安全人機工程學的樓梯設計[5]的結論，因為踏步為人足的最小功能尺寸，所以踏步寬度最佳為275 mm～289 mm，踢面高度一般為127 mm～200 mm。通常設計客船樓梯時，踏步與踏步之間會有一個搭接部分（r），此長度一般不小于10 mm。通常級距（g）和踢面高度（h）之間要滿足600 mm≤g+2h≤660 mm。踏步前緣的表面應防滑，其潮濕時的實測摩擦系數（COF）應為0.6或以上。

2.5 梯道平臺

FSS Code除了服務于公共處所直接通向梯道圍壁的梯道平臺外，每一層甲板上的梯道平臺的面積應不小于 2 m2，如果使用該平臺的人數超過 20人，每增加10人增加1 m2，但不必超過16 m2。

2.5 梯道安全

FSS Code要求梯道兩側應安裝扶手，扶手間的最大凈寬度為1 800 mm。實際上，客船上的樓梯與陸地建筑中的樓梯不同的是，船上的樓梯會隨船發生傾斜。根據荷蘭應用科學研究所[7]的實驗結果表明人的行走速度會因為走廊和樓梯的傾斜運動的不同而不同，根據不同的周期和傾斜角度，不管是傾斜還是橫搖，行走速度都會降低15%左右，60歲以上的人則會比其他人慢10%～15%，但在有扶手的情況下行走速度會有所增加。因此扶手的存在不僅能保障梯道正常使用情況下的安全，而且有利于緊急情況下的疏散撤離。

對于結構安全方面，雖然梯道不會作為船體結構的一部分來分擔結構強度，但梯道本身的強度建議所建造的梯道具有預計高于正常工作載荷5倍的承載能力，但小于544 kg（1000 lb）[4]的移動集中載荷。

3 結論

本文主要根據《國際海上人命安全公約》，《國際消防安全規則》以及《船舶人體工程學應用指南》并結合人機工程學原理統計分析了客船上非機器處所的梯道設計要點，并需要根據合同和技術規格書的要求等實際情況來分析決定設計參數。