某型客船简化撤离分析应用

王中华

（中国船级社规范与技术中心，上海 200135）

0 引 言

在航运领域，因消防工作不到位导致的海难事故层出不穷，日益引起人们的重视[1]。由于每艘客船都有其独特性，在结构和布置上有很大区别，尤其是船上的乘客大多不熟悉撤离程序，因此对客船（尤其是应满足安全返港要求[2]的大型客船）进行撤离分析，尽早发现并解决撤离过程中存在的问题，对于确保海上人命安全而言具有重要意义。

1 客船撤离分析

1.1 国内外研究现状

人员撤离相关研究起源于建筑行业，近年来得到深入发展。有许多数学模型都可用来描述撤离过程[3]，根据对环境和人员细节描述程度的不同，主要分为宏观模型和微观模型。

1) 宏观模型认为行人的运动类似于气体或液体的流动，包括博弈理论、决策理论和传播模型等[4]。宏观模型的优点是理论难度较小、建模简单、计算量较小；缺点是丢失了部分环境几何信息，忽略了人与人之间的差异。

2) 微观模型将行人视为相互作用的粒子，包括社会力模型、排队网络模型和元胞自动机模型等。微观模型的优点是对每个人的特性、位置和运动都有单独的描述，能有效提升仿真的可信度；缺点是计算量比较大，计算耗时比较长[5]。

人员撤离分析研究已在建筑行业得到广泛应用，可对商场、剧院、高层办公楼、地铁站和机场等人员密集型建筑的安全性能进行评估，但目前在船舶行业的应用相对较少，我国目前在这方面仍处于起步阶段[6]。精细复杂的撤离分析方法偏重于理论研究，并不适合于工程设计人员实际运用，本文依据国际海事组织（International Maritime Organization, IMO）最新颁布的撤离分析指南，对某型客船进行简化撤离分析，形成详尽的参考范例。

1.2 IMO最新进展

IMO MSC.404 (96)决议[7]对SOLAS公约第II-2章第13 条13.3.2.7节进行了修订：“1999年7 月1 日及之后建造的客滚船和 2020 年 1 月 1 日及之后建造的载运超过 36名乘客的其他客船要求进行撤离分析”。随后，在2016 年5 月IMO海上安全委员会（Maritime Safety Committee, MSC）第96次会议上通过了《经修订的新客船和现有客船撤离分析指南》（MSC.1/Circ.1533）通函（以下简称“指南”）[8]，该通函修订并取代了MSC.1/Circ.1238[9]，旨在为开展SOLAS公约要求的撤离分析提供指导。

1.3 目的

开展客船撤离分析的目的是确认拥挤点和/或紧要区域，并为确定这些拥挤点和紧要区域在船上的位置提供建议。

1.4 普遍假定

估算撤离时间的方法是基于一些理想化的基准场景，做出以下假定：

1) 乘客和船员通过主脱险通道向指定的集合站撤离，参见SOLAS公约第II-2/13 条；

2) 确定乘客载荷和初始分布的依据是FSS规则[10]第13章。

3) 脱险布置认为完全有效；

4) 协助的船员立刻在撤离值班位置准备帮助乘客；

5) 不考虑烟、热和有毒火灾产物对乘客和船员表现的影响；

6) 不考虑家庭群体行为；

7) 不考虑船舶的运动、横倾和纵倾。

1.5 应考虑的场景

在分析时应至少考虑以下4种场景：

1) 案例1，基本撤离案例，夜晚（根据FSS 规则第13章2.1.2.2.2.1节情况1）；

2) 案例2，基本撤离案例，白天（根据FSS 规则第13章2.1.2.2.2.1节情况2）；

3) 案例3，次级撤离案例，夜晚；

4) 案例4，次级撤离案例，白天。

1.6 衡准

1) 应遵循客船撤离分析衡准（见图1）。

(1) 计算的总撤离时间满足

式(1)中：R为响应时间；T为移动时间；E为登乘时间；L为下水时间；n为最大允许撤离时间。

(2) 登乘及下水时间满足

图1 客船撤离分析衡准

(3) 响应时间R应为夜晚10 min，白天5 min。

2) 在上述衡准1）中n的取值：

(1) 对于客滚船，n=60；

(2) 对于除客滚船以外的客船，主竖区≤3个时n=60；主竖区>3个时n=80。

2 移动时间（T）的计算方法

2.1 考虑的参数

1) 净宽（Wc）：走廊和楼梯的净宽指扣除栏杆后的宽度；门的净宽指门全开状态下的实际通过宽度。

2) 初始人员密度（D）：指人员数量（p）与人员在原来位置可用的脱险通道面积的比值。

3) 人员流速（S）：取决于人员的特定流量和脱险设施的类型，具体取值见表1（初始速度）和表2（转换点后的速度作为特定流量的函数）。

4) 人员的特定流量（Fs）：指每单位时间及所涉及通道的每单位净宽通过脱险通道中的一点的逃生人员的数量，具体取值见表1（初始Fs作为初始密度函数）和表3（最大值）。

表1 作为密度函数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) 计算的人流（Fc）：指每单位时间内通过脱险通道的特定点的预计人数。

6) 流动时间（tF）：指N个人通过出口系统的－点所需的总时间。

7) 转换处：指在出口系统中通道的类型或尺寸有变化，或通道发生分合处。在转换中，所有出口计算流量的总和等于所有入口计算流量的总和，即

式(6)中：γ为修正系数，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为逆流修正系数，取值为0.3；tI为理想条件下的以秒表示的最长移动时间。

2.2 计算理想条件下移动时间的程序

1) 为了说明计算理想条件下移动时间的程序，使用下列标记：

(1)tstair为从脱险通道至集合站的通过楼梯的时间；

(2)tdeck为从甲板脱险通道的最远点至楼梯的移动时间；

(3)tassembly为从楼梯末端至指定的集合站入口的移动时间。

2) 定量计算流动时间的基本步骤为：

(1) 将脱险通道抽象为水力管道，其中，管道为走廊和楼梯，阀为门，液舱为公共处所；

(2) 计算每层甲板的主脱险通道密度D；

(3) 根据表1，用线性内插法计算初始特定流量Fs；

(4) 计算通向指定的脱险楼梯的走廊和门的流量Fc；

(5) 一旦到达转换点，用式(5)得到出口计算流量Fc。若有2条以上通道离开转换点，可假定每条通道的流量Fc与其净宽相匹配。出口特定流量FS等于出口计算流量与净宽的比值。有以下2种可能：

①Fs小于等于表2中Fs的最大值，相应的出口速度（S）根据表3 ，用线性内插法求得，作为特定流量函数；

②Fs大于表2中Fs的最大值，在转换点会形成一列队伍（形成拥堵），Fs为表2中Fs的最大值，相

应的出口速度（s）从表3中获得。

(6) 对每层甲板都进行上述计算，从而得到进入指定脱险梯道的计算流量Fc和速度S。

(7) 根据进入楼梯或走廊的人数N和相关的流动时间tF计算每个楼梯和走廊的流动时间tF。每个脱险通道的流动时间tF在相应的脱险通道各部分的流动时间中是最长的。

(8) 从每个脱险通道的最远点至楼梯的移动时间tdeck为长度与速度的比值。对于脱险通道的不同部分，若这些部分连续，则移动时间应求和得到，否则应取其中的最大值。每层甲板都应进行这样的计算；由于假定人员在每层甲板上平行移至指定的楼梯，主要的tdeck应取其最大值。对于公共处所，无须计算tdeck。

(9) 对于每段楼梯，移动时间为倾斜的梯段长度与速度的比值。对于每层甲板，总的楼梯移动时间tstair为连接甲板与集合站的所有梯段的移动时间的总和。

(10) 计算从楼梯末端（集合站甲板）至集合站入口的移动时间tassembly。

(12) 对于白天和夜晚场景，应重复此程序。

(13) 拥挤点为：

① 初始密度大于等于3.5人/m2的处所；

② 入口与出口计算流量（Fc）差大于1.5人/s的场所。

(14) 对所有脱险通道进行计算之后，应选择最高的tI值，按式(6)计算移动时间T。

3 某型客船简化撤离分析实例

3.1 实船情况

1) 该船的主尺度为：长LOA=182.70m；型宽B=25.20m；型深D=12.10m；吃水Tdes.=7.20m，全船最多承载881人，其中，乘客810人，船员71人。

2) 该船起居处所分2个主竖区（MVZl和MVZ2），5甲板和6甲板为登乘甲板。

3) 该船共有6个集合站，分别在5甲板和6甲板。

4) 乘客和船员分布：考虑夜晚场景（基本撤离案例1）下在起居舱中最大铺位量全部被占据时的乘客人数和在船员起居舱中最大铺位量有2/3被船员占据时的船员人数。本文之所以选择夜晚场景，是考虑到夜晚大部分人员都在住舱内熟睡，撤离所需时间较白天场景更长。

5) 救生设备情况：8甲板有2套救助艇和吊架；6甲板左右舷各有1套85人全封闭式救生艇和65人全封闭式救生艇，实际容纳撤离人数300人；5甲板左右舷各有1套垂直撤离系统（含2只100人气涨式自扶正救生筏和6只125人气胀式自扶正救生筏），实际容纳撤离人数950人。

3.2 简化撤离分析

限于篇幅，本文仅以7甲板和8甲板乘客撤离为例进行说明。7甲板舱室布置图和8甲板舱室布置图分别见图2和图3，撤离路线示意见图4，其中：C为走廊或梯道走廊（如C1、C2、CS2）；D为门（如D1、D2）；S为梯道（如S11）；MST为集合站（如MST1、MST2）；MVZ为主竖区（如MVZ1、MVZ2）。

1) 8甲板内由梯道DK8至S11共9人进入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人进入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甲板内由梯道DK7至S11共44人进入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人进入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人通过DK6至S12和S13进入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人通过梯道DK7至S12和S13、DK6至S12和S13往下撤离至DK5集合站4（MST4）、DK5集合站兼登乘站5和登乘站6（MST5和MST6）。

图2 7甲板舱室布置图

图3 8甲板舱室布置图

图4 7甲板和8甲板撤离路线示意

4) 7甲板和8甲板初始项目计算见表4。

表4 7甲板和8甲板初始项目计算

5) 7甲板和8甲板过渡项目计算（流入流量>最大流量之处）见表5，仅列出会产生列队的项目。

表5 7甲板和8甲板过渡项目计算

6)tF、tdeck、tstair和tI的计算见表6，仅列出撤离徒步时间最长的部分。流动时间tF为整个撤离路线中人员自开始撤离的甲板到集合站所用的最大流动时间；甲板或梯道时间tdeck/stair为人员自开始撤离的甲板到集合站甲板所经过的甲板或梯道时间之和；撤离路线徒步时间tI为最大流动时间tF与甲板或梯道时间tdeck/stair之和。

表6 tF、tdeck、tstair和 tI的计算

7) 撤离结果分析。由表 6得出撤离最大徒步时间为 190.5s，撤离路线为主竖区 2中的DK6-C4-D6-CS2-CS4-S13-MST4(DK5)。

同理可得知该船其他甲板的夜晚基本撤离分析也满足要求。

4 结 语

本文根据IMO MSC.1/Circ.1533通函的要求对某型客船进行了简化撤离分析，旨在发现该船是否存在不适当的脱险布置、拥挤点或撤离时间超标等。尽管该船的脱险通道设置和撤离布置完全能满足通函和相关公约的要求（包括夜晚、白天、基本和次级场景)，但算例结果显示，人员撤离拥挤点（会产生列队之处，流入流量率大于最大流量率）发生在DK8的D1、D4、S11、CS1和DK7的D4、D6、D8、D9、S11、S12、S13 处。因此，这些门和梯道或走廊的净宽度可适当地比FSS规则中要求的最小900mm大一些，或考虑对舱室划分和人员分布做进一步优化。此外，应注意到随着船舶复杂程度的提高（如豪华邮船，乘客类型、起居处所类型、甲板数量和楼梯数量有多种组合），简化撤离分析的局限性越来越大，若有条件，建议进一步采用MSC.1/Circ.1533通函附件3中的高级撤离分析方法进行相关分析。本文所述简化方法相对便捷，适于在船舶早期设计阶段用来验证所设计船舶的人员撤离能否满足法规的要求。