某型仿古復制船簡化撤離分析

張 帆， 繆愛琴， 陳 瓊， 李小靈

(江南造船(集團)有限責任公司， 上海 201913)

0 引 言

仿古復制一艘建造于20世紀20年代的船舶，并將其布置于某港口，進行海上展陳。考慮到登船的人數(shù)較多，船上空間狹小，應急情況下的人員撤離是前期研發(fā)設計時關注的重點。由于母型船的建造時間早于現(xiàn)行海事法規(guī)、規(guī)則的制定時間，當前的船舶設計和建造標準不具備可執(zhí)行性，例如：《國際消防安全系統(tǒng)規(guī)則》(FSS Code)第13章要求客船梯道凈寬度應不小于900 mm,而本船的梯道寬度均不滿足該要求；《國內航行海船法定檢驗技術規(guī)則(2021)》第4篇要求船舶應為所有處所或處所群提供至少2條彼此遠離且隨時可用的脫險通道，而本船下甲板艉部和艏部起居處所都不滿足該要求；機艙脫險通道必須有2條，且其中一條必須滿足耐火等級要求，而本船并不滿足該要求等。由于復造該船的目的是將其停靠在港口展陳，因此從原理性的安全要求看，仍可參考現(xiàn)有的規(guī)范和規(guī)則進行評估，由此支撐整體工程技術方案的制訂。

根據(jù)國際海事組織(International Maritime Organization, IMO)發(fā)布的《經修訂的新客船和現(xiàn)有客船撤離分析指南》(MSC.1/Circ.1533)對客船的附加要求[1]，應在前期設計階段通過逃生撤離分析對脫險通道進行評估，以確定并盡可能地消除撤離過程中因乘客和船員沿脫險通道正常移動(包括船員沿這些通道朝著與乘客相反的方向移動)造成的擁擠。此外，這種分析還能證實逃生布置具有充分的靈活性，以適應事故引起的某些脫險通道、集合站、登乘站和救生艇筏不能使用的情況。對于新船而言，若在計算所得總撤離時間內不能完成撤離，則應在設計階段通過修改影響撤離系統(tǒng)的布置來糾正措施，以達到所要求的總撤離時間；對于現(xiàn)有船而言，若在計算所得總撤離時間內不能完成撤離，則應審查船上的撤離程序，以采用適當?shù)拇胧p輕分析所出現(xiàn)的場所的擁擠。

1 計算方法

在進行撤離分析時，通常作以下假定[2]：

1) 所有乘客和船員同時開始撤離，不相互干擾；

2) 乘客和船員通過主撤離通道撤離；

3) 初始人員流動速度取決于人員密度，假設沿撤離通道的方向流動，且無超越；

4) 沒有因乘客和船員的健康問題導致正常人流嚴重受妨礙，人員可無干擾地移動；

5) 以逆流系數(shù)描述逆流；

6) 以安全系數(shù)描述船舶運動、人員年齡和行動的便利性、布置的靈活性、通道的不可用性及煙引起的能見度限制的影響。

1.1 移動時間計算方法

(γ+δ)t1

(1)

t1=tF+tdeck+tstair+tassembly

(2)

式(1)和式(2)中：T為移動總時間；γ為修正因子，安全系數(shù)，一般在主撤離情況下黑夜/白天都取2，在次級撤離情況下黑夜/白天都取1.3；δ為逆流修正因子，逆流系數(shù)，一般取0.3；t1為沿一條撤離通道至集合站所需的總時間；tF為每個撤離通道通過門、樓梯或走道的流動時間；tdeck為從每條撤離通道甲板的最遠點到樓梯的時間；tstair為從每條撤離通道到集合站通過樓梯的移動時間；tassembly為從梯道的末端到集合站的移動時間。

從式(1)和式(2)中不難看出關鍵就是求解t1，該時間主要包含2部分，即門、樓梯或走道的流動時間和通過走道、梯道的移動時間，其中：流動時間是指通過門、樓梯或走道的人數(shù)與計算流量之比；移動時間是指走道或梯道的長度與移動速度之比。

1.2 撤離時間計算方法

撤離時間包含3部分，除了1.1節(jié)介紹的移動時間以外，還包含覺察期、登乘時間和下水時間。

1) 覺察期R是人員覺察緊急情況并準備撤離做出的反應時間，計算時認為白天為5 min，夜晚為10 min；

2) 登乘時間E和下水時間L決定了船上人員準備棄船所需時間，按《海上人命安全公約》(SOLAS公約)第III/21.1.3條[3]的規(guī)定，E+L=30 min。

因此，總撤離時間定義為1.25(R+T)+2(E+L)/3≤n。本船主豎區(qū)不超過3個，n=60 min。

1.3 撤離分析計算流程

撤離分析計算流程見圖1。

圖1 撤離分析計算流程

1) 整理出目標船上各層甲板人員的分布情況；

2) 根據(jù)撤離點和集合登乘站位置繪制出各層甲板人員撤離路線，梳理出各層甲板上的走道、門和梯道的主要尺寸參數(shù)；

3) 列出各層甲板上人員的初始條件，包括初始人數(shù)、初始密度、初始特定流量、初始計算流量和初始人員流速等；

4) 計算所有人員移動情況，包括所有走道、門和梯道的總人數(shù)，進入時的特定流量、計算流量和速度，并根據(jù)IMO的規(guī)定判斷是否存在擁擠現(xiàn)象；

5) 計算所有撤離通道路線的用時，并根據(jù)所有路線中最長用時計算總撤離時間。

2 實例分析

2.1 船舶主尺度信息

本文研究的是一艘仿古復制船，其主尺度信息見表1。

表1 目標船主尺度信息

2.2 集合登乘站位置和面積計算

本船撤離的目的地是船舶主甲板艏艉碼頭梯對應連接的碼頭位置。按 SOLAS 公約第III/11 條的規(guī)定，“每個集合登乘站應有足夠的場所，以容納指定在該登乘地點集合的所有人員，每人的甲板面積至少為0.35 m2”。根據(jù)實際情況，該碼頭位置具有充裕的疏散空間(實際大于60 m2)，假定本船集合站的面積為60 m2，則每個人員所占甲板面積S=0.476 m2/人>0.350 m2/人，充裕滿足SOLAS公約的要求。

2.3 梯道寬度計算

根據(jù)規(guī)范的要求，對新船的撤離分析應考慮主撤離工況(夜間)、主撤離工況(白天)、次級撤離工況(夜間)和次級撤離工況(白天)等4種工況。但是，由于本文分析的目標船為仿古復制船，因此撤離分析主要考慮主撤離工況(白天)。表2為撤離分析工況(白天)，給出了撤離分析中通過的梯道和各梯道經過的人數(shù)。

表2 撤離分析工況(白天)

根據(jù)FSS Code 第13章第2.1.1節(jié)的要求，梯道凈寬度應不小于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)都不滿足該要求。但是，由于開展該復制工程的目的是公開展陳，因此按照FSS Code第13章第2.1.2節(jié)中的考慮人員分布的最小梯道寬度計算方法來考察，該船各梯道的最小寬度計算見圖2，根據(jù)該要求設計的實際梯道寬度見表3，基本滿足要求。

圖2 最小梯道寬度計算

表3 梯道寬度計算

2.4 撤離人員分布

本文考慮白天主撤離情況，全船共126 人，位于各層甲板的船員和艙室中的人員分布如下：上甲板艏樓駕駛臺有5人；主甲板上露天艏艉各20人，辦公室、臥室和盥洗室各5人，廚房5人，展廳20人；下甲板辦公室和醫(yī)務室各3人，水兵艙20人，甲板上流動人員10人。因此，上甲板合計5人，主甲板合計85人，下甲板合計36人。

2.5 撤離路線

對于下甲板的人員，艏部水兵艙內的人員從就近樓梯S1.2往上撤離至主甲板艏部，艉部的人員從就近樓梯S1.1往上撤離至主甲板艉部(見圖3，其中，C表示通道，S表示梯道，下同)；對于上甲板的人員，從就近樓梯S3.1往下撤離至主甲板艏部(見圖4)；對于主甲板的人員，艏部的人員(包括廚房人員、露天流動人員、從水兵艙上來的人員和從駕駛臺下來的人員)都從碼頭梯S2.3撤離至集合站，艉部的人員(包括辦公室、盥洗室和臥室的人員，露天流動人員，從下甲板艉部上來的人員)均從碼頭梯S2.1撤離至集合站(見圖5和圖6，其中D表示門)。

a) 下甲板艉部隊員撤離路線

圖4 上甲板人員撤離路線

a) 主甲板艉部人員撤離路線

圖6 主甲板人員撤離至碼頭

2.6 移動時間計算

表4為3層甲板上人員的初始分布情況；表5為3層甲板上人員的移動情況；表6為tF、tdeck和tstair的計算結果。表4～表6中：初始密度D指某空間初始人數(shù)與該空間的可用撤離空間面積之比；初始特定流量Fs指撤離通道每單位時間每單位寬度逃脫的人數(shù)；人員流速S的值取決于初始特定流量和撤離設備的類型；計算流量Fc指每單位時間通過撤離路線的預計人數(shù)，計算式為

表4 3層甲板上人員的初始分布情況

表5 3層甲板上人員的移動情況

表6 tF、tdeck和tstair的計算結果

Fc=FsWc

(3)

流動時間指N個人從撤離通道里通過某一點的總時長，計算式為

tF=N/Fc

(4)

過渡點指撤離系統(tǒng)里路線的類型或尺寸發(fā)生改變或路線合并或分叉。在任一過渡點，所有流出流量等于所有流入流量。

2.7 撤離通道路線

撤離通道路線和用時見表7。

表7 撤離通道路線及用時

2.8 擁擠判斷

根據(jù)MSC.1/Circ.1533指南,同時滿足以下2點認為撤離時此處發(fā)生擁擠：

1) 某一空間初始密度大于等于3.5人/m2；

2) 進入某一空間和從該空間出去的計算流量差大于1.5人/s。

根據(jù)本次撤離分析設定,對于通道,同時滿足這兩個條件即為擁擠;對于梯道和門,假設本次撤離初始狀態(tài)為無人,只考慮入口與出口計算流量差,認為大于1.5人/s即為擁擠。基于如此嚴苛的考慮,在主甲板的碼頭梯S2.1和S2.3處易出現(xiàn)擁擠現(xiàn)象，實際按允許的最大流量計算并得出總撤離時間在標準允許范圍內，但為防止客流積壓產生危險，最終設計時將碼頭梯S2.1和S2.3的梯道寬度加寬到1 500 mm，提升安全性。

2.9 總撤離時間結果

由于該船為仿古復制船，長期停靠在碼頭，因此不存在登乘時間E和下水時間L。最終總撤離時間為1.25(R+T)=11.087 5 min≤60 min，因此滿足撤離時間要求。

3 結 語

本文介紹了修訂后的新客船撤離分析簡化計算方法和計算流程，并據(jù)此對某仿古復制船進行了撤離分析。根據(jù)撤離分析的結果，對船舶撤離系統(tǒng)設計進行優(yōu)化。將登/離船梯道寬度增加到1 500 mm，盡管該船是一個世紀前的設計,仍存在一些不滿足現(xiàn)有法規(guī)之處，如走廊、梯道寬度和脫險通道數(shù)量不足等，但滿足簡化撤離分析要求的撤離時間。對于海上航行客船而言，可繼續(xù)開展高級撤離分析[4]，甚至是數(shù)值仿真試驗[5]，以更好地布置撤離系統(tǒng)，諸如考慮撤離人員性別和年齡等對應不同的逃生速度等問題。這艘仿古復制船的簡化撤離分析方法可有效驗證和支持當下狀態(tài)的安全性,同樣適用于現(xiàn)代客船。