浅析客船梯道设计

2020-03-31李鑫，王飞，陈熙

船舶标准化工程师 2020年2期

李鑫，王飞，陈熙

（中船邮轮科技发展有限公司，上海 200137）

0 引言

随着客船设计的日趋多样化和大型化，要在如此复杂的水上建筑物中畅通无阻，作为连通不同甲板间的交通枢纽——楼梯通道起到了至关重要的作用，在客船的设计过程中应该予以重视。梯道设计不仅要参照各项规范、标准和技术规格书的要求来设计和建造，而且其设计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发挥，同时也能确保其安全度。

1 客船梯道类型

客船结构功能可以简单划分为2部分：酒店功能部分和船舶自身运行部分。酒店功能部分由客舱、餐厅、室内外娱乐场所、酒吧以及商店组成。要到达上述各个区域就必须要提供四通八达的交通线，比如走廊、大厅、梯道和电梯。船员以及服务人员拥有专属的走廊、梯道以及电梯以到达船舶工作区域和服务区域。客船自身的运转以确保其酒店功能的正常运转，从而完成一个完整的客船功能。楼梯作为甲板之间垂直交通的重要构件除了其使用功能，同时也要满足安全疏散以及兼顾环境空间和艺术效果的要求。所以客船梯道大致可分为乘客梯道（图1）和船员梯道（图2）2大类。对于客船上处于机器处所的船员梯道通常会设置在一个受保护的环围内，在此有防火等级的环围内根据实际情况布置铁梯或楼梯。通常情况下客梯和船员梯会用作脱险通道，但一些公共区域的美学装饰客梯不会作为脱险通道进行设计，其设计更加侧重于美学设计并满足其要求，如图3中庭的客梯。

图1 客船客梯

图2 客船船员梯

图3 客船美学客梯

2 梯道设计原则及要点

2.1 梯道位置布置

楼梯与过道走廊以及公共空间和工作区域的合理布置以充分发挥其接引和导向的作用。在设计过程中，尤其作为脱险通道的重要组成部分，除了满足规范和合同以及技术规格书的要求，安全疏散的概念在邮轮设计过程中贯穿始终尤为重要。为提高防止意外事故措施及受损船只生存率，《国际海上人命安全公约》（International Convention for Safety of Life at Sea）[1]在2010年7月1日对船长超过120 m及以上或有3个及以上主竖区新造客船实施“安全返港”规范要求。其中SOLAS II-2/13.3.2.7修正对有序疏散撤离分析的要求对客船初始概念设计产生了很大影响。现在有很多关于安全疏散撤离的优化分析研究，Carlo Nasso等对客船在初始设计阶段运用不同的方法对撤离疏散的分析和模拟[2]。然而理论上的模拟计算分析有时较难真实反应旅客和船员的实际行动。楼梯是决定疏散时间长短的一个主要因素，这在很大程度上决定了楼梯走道的布置。在《国际消防安全规则》（International Code for Fire Safety Systems，FSS Code）[3]中规定，所有尺度供90人以上使用的梯道应为艏艉向梯道，即与船长方向一致。另外，中国船级社的《船舶人体工程学应用指南》[4]也给出了梯道布置的建议。

图4 逃生撤离软件模拟优化模型[3]

2.2 梯道宽度

根据《国际消防安全规则》（International Code for Fire Safety Systems，FSS Code）[3]第 13章脱险通道的布置要求；梯道的净宽度（w）应不小于900 mm。对于超过90人的情况，每超过1人则梯道的净宽度应至少增加10 mm。经由该梯道撤离的总人数应该假定为该梯道所服务区域内船员和旅客总人数的三分之二。梯道的宽度应不低于按下述方法所确定的宽度。本计算方法确定每一层甲板上梯道的最小宽度，同时考虑到通向该梯道的相邻梯道。梯道宽度的计算应依据每一层甲板上负载的船员和旅客数而定。乘载负荷应由设计者按旅客和船员居住处所、服务处所、控制处所和机器处所的情况予以额定。就计算而言，公共处所的最大容量应按以下2个数值来定：按座位或类似布置的数目；或者按每人占甲板表面面积2 m2计算所得的数值。

梯道宽度最小值的计算方法[3]如下。在考虑每种情况下能容纳及时从临近的上、下甲板撤离到集合站的人流所用梯道宽度设计时，应采用下列计算方法：当连接2层甲板时见式（1）；当连接3层甲板时见式（2）；当连接4层甲板时见式（3）；当连接5层或更多层甲板时，梯道宽度应通过对所考虑的甲板和相邻甲板使用上述连接的4层甲板的公式来确定。

式中：W为所要求的梯道扶手间的行走宽度，mm；N为预计来自所考虑的每一相邻甲板需要使用梯道的总人数；N1为使用该梯道人数最多的甲板，N2为人流直接进入该梯道人数次多的甲板，依次类推；在确定每一层甲板的梯道宽度时，N1＞N2＞N3＞N4。这些甲板假定为在所考虑的甲板或其上游（即离开登离甲板方向）。

如果梯道在甲板层上设有面积为S的梯道平台，则W的计算值可以减少。这种减少通过在Z中减去P来实现：

式中：Z为预计在所考虑的甲板上要撤离的总人数；P为暂时躲避在平台上的人数，该人数可从Z中减去，Pmax=0.25Z；S为平台面积减去开门所需要的面积，再减去人流接近梯道所需的面积，m2。

2.3 梯道净高

梯段部位和平台部位的净空高度（e）能保证人流通行踏步前缘到顶部梯段底面的垂直距离不宜小于2 130 mm[4]，使旅客在上下楼梯时不会碰头和产生压抑感。不带楼梯平台的梯道的竖向高度（H）不应超过3.5 m。

2.4 梯道坡度和踏步

楼梯坡度指梯段中各级踏步前缘的假定连线与水平之间的夹角（α），FSS Code要求坡度倾斜角不大于 45°，对于客梯坡度的选择要考虑旅客上下的舒适度，一般选择在35°左右。

图5 楼梯各部分示意图[6]

确定楼梯踏步宽度（t）和踢面高度（h），要综合考虑人的行为习惯和人体尺寸。基于牛美玲和张兴任的基于安全人机工程学的楼梯设计[5]的结论，因为踏步为人足的最小功能尺寸，所以踏步宽度最佳为275 mm～289 mm，踢面高度一般为127 mm～200 mm。通常设计客船楼梯时，踏步与踏步之间会有一个搭接部分（r），此长度一般不小于10 mm。通常级距（g）和踢面高度（h）之间要满足600 mm≤g+2h≤660 mm。踏步前缘的表面应防滑，其潮湿时的实测摩擦系数（COF）应为0.6或以上。

2.5 梯道平台

FSS Code除了服务于公共处所直接通向梯道围壁的梯道平台外，每一层甲板上的梯道平台的面积应不小于 2 m2，如果使用该平台的人数超过 20人，每增加10人增加1 m2，但不必超过16 m2。

2.5 梯道安全

FSS Code要求梯道两侧应安装扶手，扶手间的最大净宽度为1 800 mm。实际上，客船上的楼梯与陆地建筑中的楼梯不同的是，船上的楼梯会随船发生倾斜。根据荷兰应用科学研究所[7]的实验结果表明人的行走速度会因为走廊和楼梯的倾斜运动的不同而不同，根据不同的周期和倾斜角度，不管是倾斜还是横摇，行走速度都会降低15%左右，60岁以上的人则会比其他人慢10%～15%，但在有扶手的情况下行走速度会有所增加。因此扶手的存在不仅能保障梯道正常使用情况下的安全，而且有利于紧急情况下的疏散撤离。

对于结构安全方面，虽然梯道不会作为船体结构的一部分来分担结构强度，但梯道本身的强度建议所建造的梯道具有预计高于正常工作载荷5倍的承载能力，但小于544 kg（1000 lb）[4]的移动集中载荷。