某型仿古复制船简化撤离分析

张 帆， 缪爱琴， 陈 琼， 李小灵

(江南造船(集团)有限责任公司， 上海 201913)

0 引 言

仿古复制一艘建造于20世纪20年代的船舶，并将其布置于某港口，进行海上展陈。考虑到登船的人数较多，船上空间狭小，应急情况下的人员撤离是前期研发设计时关注的重点。由于母型船的建造时间早于现行海事法规、规则的制定时间，当前的船舶设计和建造标准不具备可执行性，例如：《国际消防安全系统规则》(FSS Code)第13章要求客船梯道净宽度应不小于900 mm,而本船的梯道宽度均不满足该要求；《国内航行海船法定检验技术规则(2021)》第4篇要求船舶应为所有处所或处所群提供至少2条彼此远离且随时可用的脱险通道，而本船下甲板艉部和艏部起居处所都不满足该要求；机舱脱险通道必须有2条，且其中一条必须满足耐火等级要求，而本船并不满足该要求等。由于复造该船的目的是将其停靠在港口展陈，因此从原理性的安全要求看，仍可参考现有的规范和规则进行评估，由此支撑整体工程技术方案的制订。

根据国际海事组织(International Maritime Organization, IMO)发布的《经修订的新客船和现有客船撤离分析指南》(MSC.1/Circ.1533)对客船的附加要求[1]，应在前期设计阶段通过逃生撤离分析对脱险通道进行评估，以确定并尽可能地消除撤离过程中因乘客和船员沿脱险通道正常移动(包括船员沿这些通道朝着与乘客相反的方向移动)造成的拥挤。此外，这种分析还能证实逃生布置具有充分的灵活性，以适应事故引起的某些脱险通道、集合站、登乘站和救生艇筏不能使用的情况。对于新船而言，若在计算所得总撤离时间内不能完成撤离，则应在设计阶段通过修改影响撤离系统的布置来纠正措施，以达到所要求的总撤离时间；对于现有船而言，若在计算所得总撤离时间内不能完成撤离，则应审查船上的撤离程序，以采用适当的措施减轻分析所出现的场所的拥挤。

1 计算方法

在进行撤离分析时，通常作以下假定[2]：

1) 所有乘客和船员同时开始撤离，不相互干扰；

2) 乘客和船员通过主撤离通道撤离；

3) 初始人员流动速度取决于人员密度，假设沿撤离通道的方向流动，且无超越；

4) 没有因乘客和船员的健康问题导致正常人流严重受妨碍，人员可无干扰地移动；

5) 以逆流系数描述逆流；

6) 以安全系数描述船舶运动、人员年龄和行动的便利性、布置的灵活性、通道的不可用性及烟引起的能见度限制的影响。

1.1 移动时间计算方法

(γ+δ)t1

(1)

t1=tF+tdeck+tstair+tassembly

(2)

式(1)和式(2)中：T为移动总时间；γ为修正因子，安全系数，一般在主撤离情况下黑夜/白天都取2，在次级撤离情况下黑夜/白天都取1.3；δ为逆流修正因子，逆流系数，一般取0.3；t1为沿一条撤离通道至集合站所需的总时间；tF为每个撤离通道通过门、楼梯或走道的流动时间；tdeck为从每条撤离通道甲板的最远点到楼梯的时间；tstair为从每条撤离通道到集合站通过楼梯的移动时间；tassembly为从梯道的末端到集合站的移动时间。

从式(1)和式(2)中不难看出关键就是求解t1，该时间主要包含2部分，即门、楼梯或走道的流动时间和通过走道、梯道的移动时间，其中：流动时间是指通过门、楼梯或走道的人数与计算流量之比；移动时间是指走道或梯道的长度与移动速度之比。

1.2 撤离时间计算方法

撤离时间包含3部分，除了1.1节介绍的移动时间以外，还包含觉察期、登乘时间和下水时间。

1) 觉察期R是人员觉察紧急情况并准备撤离做出的反应时间，计算时认为白天为5 min，夜晚为10 min；

2) 登乘时间E和下水时间L决定了船上人员准备弃船所需时间，按《海上人命安全公约》(SOLAS公约)第III/21.1.3条[3]的规定，E+L=30 min。

因此，总撤离时间定义为1.25(R+T)+2(E+L)/3≤n。本船主竖区不超过3个，n=60 min。

1.3 撤离分析计算流程

撤离分析计算流程见图1。

图1 撤离分析计算流程

1) 整理出目标船上各层甲板人员的分布情况；

2) 根据撤离点和集合登乘站位置绘制出各层甲板人员撤离路线，梳理出各层甲板上的走道、门和梯道的主要尺寸参数；

3) 列出各层甲板上人员的初始条件，包括初始人数、初始密度、初始特定流量、初始计算流量和初始人员流速等；

4) 计算所有人员移动情况，包括所有走道、门和梯道的总人数，进入时的特定流量、计算流量和速度，并根据IMO的规定判断是否存在拥挤现象；

5) 计算所有撤离通道路线的用时，并根据所有路线中最长用时计算总撤离时间。

2 实例分析

2.1 船舶主尺度信息

本文研究的是一艘仿古复制船，其主尺度信息见表1。

表1 目标船主尺度信息

2.2 集合登乘站位置和面积计算

本船撤离的目的地是船舶主甲板艏艉码头梯对应连接的码头位置。按 SOLAS 公约第III/11 条的规定，“每个集合登乘站应有足够的场所，以容纳指定在该登乘地点集合的所有人员，每人的甲板面积至少为0.35 m2”。根据实际情况，该码头位置具有充裕的疏散空间(实际大于60 m2)，假定本船集合站的面积为60 m2，则每个人员所占甲板面积S=0.476 m2/人>0.350 m2/人，充裕满足SOLAS公约的要求。

2.3 梯道宽度计算

根据规范的要求，对新船的撤离分析应考虑主撤离工况(夜间)、主撤离工况(白天)、次级撤离工况(夜间)和次级撤离工况(白天)等4种工况。但是，由于本文分析的目标船为仿古复制船，因此撤离分析主要考虑主撤离工况(白天)。表2为撤离分析工况(白天)，给出了撤离分析中通过的梯道和各梯道经过的人数。

表2 撤离分析工况(白天)

根据FSS Code 第13章第2.1.1节的要求，梯道净宽度应不小于900 mm，本船C3.1(600 mm)、S3.1(600 mm)、D2.1(660 mm)、S2.2(600 mm)、C1.2(450 mm)、C1.2(450 mm)、C1.3(450 mm)、S1.1(720 mm)和S1.2(760 mm)都不满足该要求。但是，由于开展该复制工程的目的是公开展陈，因此按照FSS Code第13章第2.1.2节中的考虑人员分布的最小梯道宽度计算方法来考察，该船各梯道的最小宽度计算见图2，根据该要求设计的实际梯道宽度见表3，基本满足要求。

图2 最小梯道宽度计算

表3 梯道宽度计算

2.4 撤离人员分布

本文考虑白天主撤离情况，全船共126 人，位于各层甲板的船员和舱室中的人员分布如下：上甲板艏楼驾驶台有5人；主甲板上露天艏艉各20人，办公室、卧室和盥洗室各5人，厨房5人，展厅20人；下甲板办公室和医务室各3人，水兵舱20人，甲板上流动人员10人。因此，上甲板合计5人，主甲板合计85人，下甲板合计36人。

2.5 撤离路线

对于下甲板的人员，艏部水兵舱内的人员从就近楼梯S1.2往上撤离至主甲板艏部，艉部的人员从就近楼梯S1.1往上撤离至主甲板艉部(见图3，其中，C表示通道，S表示梯道，下同)；对于上甲板的人员，从就近楼梯S3.1往下撤离至主甲板艏部(见图4)；对于主甲板的人员，艏部的人员(包括厨房人员、露天流动人员、从水兵舱上来的人员和从驾驶台下来的人员)都从码头梯S2.3撤离至集合站，艉部的人员(包括办公室、盥洗室和卧室的人员，露天流动人员，从下甲板艉部上来的人员)均从码头梯S2.1撤离至集合站(见图5和图6，其中D表示门)。

a) 下甲板艉部队员撤离路线

图4 上甲板人员撤离路线

a) 主甲板艉部人员撤离路线

图6 主甲板人员撤离至码头

2.6 移动时间计算

表4为3层甲板上人员的初始分布情况；表5为3层甲板上人员的移动情况；表6为tF、tdeck和tstair的计算结果。表4～表6中：初始密度D指某空间初始人数与该空间的可用撤离空间面积之比；初始特定流量Fs指撤离通道每单位时间每单位宽度逃脱的人数；人员流速S的值取决于初始特定流量和撤离设备的类型；计算流量Fc指每单位时间通过撤离路线的预计人数，计算式为

表4 3层甲板上人员的初始分布情况

表5 3层甲板上人员的移动情况

表6 tF、tdeck和tstair的计算结果

Fc=FsWc

(3)

流动时间指N个人从撤离通道里通过某一点的总时长，计算式为

tF=N/Fc

(4)

过渡点指撤离系统里路线的类型或尺寸发生改变或路线合并或分叉。在任一过渡点，所有流出流量等于所有流入流量。

2.7 撤离通道路线

撤离通道路线和用时见表7。

表7 撤离通道路线及用时

2.8 拥挤判断

根据MSC.1/Circ.1533指南,同时满足以下2点认为撤离时此处发生拥挤：

1) 某一空间初始密度大于等于3.5人/m2；

2) 进入某一空间和从该空间出去的计算流量差大于1.5人/s。

根据本次撤离分析设定,对于通道,同时满足这两个条件即为拥挤;对于梯道和门,假设本次撤离初始状态为无人,只考虑入口与出口计算流量差,认为大于1.5人/s即为拥挤。基于如此严苛的考虑,在主甲板的码头梯S2.1和S2.3处易出现拥挤现象，实际按允许的最大流量计算并得出总撤离时间在标准允许范围内，但为防止客流积压产生危险，最终设计时将码头梯S2.1和S2.3的梯道宽度加宽到1 500 mm，提升安全性。

2.9 总撤离时间结果

由于该船为仿古复制船，长期停靠在码头，因此不存在登乘时间E和下水时间L。最终总撤离时间为1.25(R+T)=11.087 5 min≤60 min，因此满足撤离时间要求。

3 结 语

本文介绍了修订后的新客船撤离分析简化计算方法和计算流程，并据此对某仿古复制船进行了撤离分析。根据撤离分析的结果，对船舶撤离系统设计进行优化。将登/离船梯道宽度增加到1 500 mm，尽管该船是一个世纪前的设计,仍存在一些不满足现有法规之处，如走廊、梯道宽度和脱险通道数量不足等，但满足简化撤离分析要求的撤离时间。对于海上航行客船而言，可继续开展高级撤离分析[4]，甚至是数值仿真试验[5]，以更好地布置撤离系统，诸如考虑撤离人员性别和年龄等对应不同的逃生速度等问题。这艘仿古复制船的简化撤离分析方法可有效验证和支持当下状态的安全性,同样适用于现代客船。