考慮特殊場景的客滾船撤離分析

付翯翯，俞 劍，巴雅爾圖，陳 登

0 引言

隨著人們對美好生活需求的日益增長，沿海觀光和海上旅游成為新興的娛樂項目，客船作為新興產業的載體，也受到了船舶市場極大的關注。區別于貨船粗放型的設計和建造模式，客船強調建造的精細和協同，設計上更是對生命財產安全提出了極高的要求。

海事安全委員會（Maritime Safety Committee，MSC）于2016 年5 月通過通函MSC/Circ.1533[1]，發布了最新的客船撤離分析指南，對客滾船和2020年1 月1 日之后新建的客船生效。該指南參考建筑行業較成熟的疏散分析經驗，制定了火災危害時船舶上典型場景的模擬方法，為船舶設計人員提供了評估撤離的依據。使設計人員在設計階段，可以通過修改逃生路線、改善擁堵點等方式來優化撤離時間，保障船上人員的生命安全。

本文針對某系列客滾船，基于MSC/Circ.1533提出的簡化撤離分析方法，將撤離分析中的設計以及遇到的問題進行詳細闡述。

1 簡化撤離分析原理

通函提供了簡化和高級2種撤離分析方法[1]。雖然隨著船舶的復雜性增加，很多設定難以全部應用在簡化撤離方法中，如乘客年齡、性別、身體狀況的區分，艙室檔次和環境優劣的區分，甲板數量和樓梯數量等[2]，但輸入參數繁多，計算工作量較大。在船舶設計中，簡化撤離分析方法以其計算快速和簡便的優點，可在設計初期固化逃生路線，并對預期的撤離性能提供定量的評估。因此，本文采用簡化撤離分析方法評估某客滾船的撤離性能。

1.1 假定

假定所有乘客和船員同時通過主逃生通道撤離且互不干擾，人員移動不受火災煙塵影響，但考慮人員逆流產生的影響并保留一定的安全系數。在火災發生時，認為船員可立即在撤離點做好協助乘客撤離的準備工作。該假定不考慮船舶運動和傾斜對人員運動狀態的影響。

1.2 考慮的場景

主要需要考慮3 種工況：1）基本撤離情況，包括工況1（夜晚）和工況2（白天）；2）次級撤離情況，包括工況3（夜晚）和工況4（白天）；3）特殊撤離情況，工況5（開敞甲板）和工況6（登乘甲板）。

設計人員依據這些場景設計逃生路線，并采用人員流動網絡圖的方式計算撤離時間，將走廊和樓梯假定為管道，門假定為閥，人流假定為水流。

1.3 性能標準

簡化撤離分析方法中，評估客滾船撤離能力的計算公式為

式（1）和式（2）中：R為反應時間，白天為5 min，夜晚為10 min；T為移動時間；E為登乘時間；L為下水時間；n為最大允許撤離時間，n=60 min；一般假定(E+L)=30 min。

如圖1 所示，反應和移動時間與登乘和下水時間有部分重疊。在重疊時間內，先到達登乘點的人員會快速進入救生設備撤離船舶，不需等待全員聚集在登乘點后再撤離。

圖1 性能標準

1.4 移動時間計算

簡化撤離分析計算中最復雜的是移動時間的計算，移動時間是不同區域的乘客通過甲板、樓梯到達最近的集合站的時間之和，其計算公式為

式（3）和式（4）中：tI為理想狀態下人員從逃生通道到集合站的最長移動時間；γ為安全系數；δ為逆流系數；tDeck為人員從所在區域到樓梯入口的時間；tStair為人員經過樓梯的時間；tAssembly為人員從樓梯出口到集合站入口的時間；tF為該區域人員流動的時間。

一條通道的移動時間計算流程見圖2。圖2中轉換處表示走廊、門或者樓梯出口與下一個走廊、門或者樓梯入口的承接區域，在轉換處應滿足入口計算總流量和出口計算總流量相等。

圖2 移動時間計算流程

2 典型的簡化撤離分析

首先對某客滾船進行基本撤離分析的夜晚場景進行計算，選取3號主豎區9 甲板（M3D9，后同）的布置計算。在簡化撤離計算中，R、E和L均容易得到，本節重點對移動時間的計算進行介紹。

2.1 逃生布置和人員流動網絡圖

本船分為3 個主豎區（主豎區1～3）和3 個水平區（甲板7～9），共有9個計算區域，2個集合站位于M2D8和M1D7。計算中涉及到的樓梯有2個，4號樓梯位于3 號主豎區，3號樓梯以梯道環圍的形式被2號和3號主豎區共用，登乘甲板位于M2D8。M3D9逃生布置圖見圖3。根據逃生布置圖設計撤離路線，并將其簡化為人員流動網絡圖，見圖4。

圖3 M3D9 逃生布置圖

圖4 人員流動網絡圖

2.2 初始條件

撤離分析的初始條件為人員的初始分布和逃生通道的面積。根據逃生布置圖，可量取樓梯、走廊和門的凈寬WC和長度L，即可獲得逃生通道的面積。參考國際消防安全系統規則第13 章，可通過每個區域內人員數N，得到單位面積的人數，即為人員的初始密度D。根據MSC/Circ.1533給出的初始密度對應的初始特定流量FS和初始人員流速S的關系，可計算流量FC，逃生通道參數和人員初始分布情況見表1。

2.3 轉換點計算

轉換點是計算移動時間最容易出錯的部分，即判斷入口總流量和出口總流量相等，其相關計算見表2。最大特定流量FSmax為規范給出的極限值，用來判斷計算得到的特定流量FS-in是否超過極限值，由此判斷是否存在擁堵現象，并確定最終的流量和人員流速。當最終流量和初始流量之差大于1.5 人/秒時，表示該處產生擁堵。當初始密度大于3.5 人/平方米時，表示人員密度較大，也視為存在擁堵問題。轉換點計算需要根據逃生路線判斷承接區域，計算時應對設計路線認知清晰。當設計路線改變時，轉換點會相應發生改變，轉換點計算需進行相應調整。

2.4 確定移動時間

轉換點計算得到人員速度后，即可求得該區域的每個樓梯和走廊的流動時間tF，根據通道的長度和速度求得經過樓梯時間tStair或所在區域到樓梯入口時間tDeck，最后總結出該區域最長的流動時間，計算結果見表3。表3 描述的逃生路線為M3D9 區域人員通過走廊進入3 號梯道，再下到8 甲板梯道間。該路線計算得到的流動時間tF=94.95 s，tDeck=73.64 s，tStair=7.71 s。

表3 M3D9 人員逃生通道時間計算

M3D9 區域人員的完整逃生路線如下：先通過走廊進入3 號樓梯，再下到8 甲板梯道間，隨后穿過門進入M2D8 區域（集合站）。而其他區域使用3號樓梯進入M2D8集合站的人員同樣需要穿過門進入M2D8 區域。因此，進入M2D8 區域的門是各區域人員流入集合站的重要轉換點。抵達集合站的流動時間tF=154.49 s，tStair=0，tDeck=0。

由于M2D8 就是集合站，故從樓梯出口到集合站時間tAssembly=0。而人員流動、經過甲板和梯道移動時間應選取各區域中最大時間，分別為tF=154.49 s，tDeck=73.64 s，tStair=7.71 s。由此得到最長移動時間tI=235.84 s。

計算移動時間T還需要考慮安全系數γ和逆流系數δ，在基本撤離算例中，γ=2，δ=0.3。因此，經過3 號梯道撤離的人員移動時間T=543.43 s。

2.5 總撤離時間計算

本算例為基本撤離計算的夜晚場景，因此反應時間R=10 min，登乘時間與下水時間(E+L)為30 min，移動時間為542.43 s。總撤離時間1.25(R+T)+2/3(E+L)=43.8 min，計算的撤離時間小于60 min，認定該撤離路線可滿足人員安全撤離要求，設計可行。

3 特殊場景的簡化撤離分析

除典型算例外，計算中還需要考慮次級撤離算例和特殊場景。已有文獻[3-5]主要介紹基本撤離計算，很少提及非典型算例的簡化撤離分析，然而特殊場景才是主要影響撤離時間是否滿足要求的因素，是撤離計算中需要重點分析的場景。本文在典型案例的基礎上，基于2 條客滾船的逃生布置，分別介紹次級撤離情況、登乘甲板情況以及開敞甲板的情況。

3.1 次級撤離案例計算

次級撤離情況也分為夜晚和白天這2 個場景。針對各區域到集合站的多條撤離路線，規范只要求考慮人員移動時間最長的主豎區撤離情況，此時初始人員分布沿用基本撤離計算方法。規范對次級撤離情況還提出了以下2 種場景：

1）場景1，模擬在主豎區中容納最大容量的完整梯道不能使用的情況。

2）場景2，與該主豎區相鄰的主豎區有50%被迫進入該區域，并前往相關集合站。應選擇相鄰主豎區人員最多的進行計算。

對于客滾船，在計算時必須考慮場景1。

已知3 號梯道為容量最大的梯道，因此在次級撤離計算時應假定該梯道發生火災時不能使用，此時人員不能直接通過3 號梯道從3 號主豎區進入位于M2D8 的集合站，移動路徑應調整為M3D9 區域的人員通過4 號樓梯撤離到M3D7，再橫穿7 甲板到達艏部的集合站。次級撤離路線的人員流動網絡圖見圖5。在次級撤離計算時，安全系數γ和逆流系數δ分別取1.3和0.3，計算移動時間T=1 212.56 s，總時間為57.76 min。

圖5 次級撤離路線的人員流動網絡圖

需特別注意的是，在計算移動時間時，應保證不重復不遺漏。人員從4 號樓梯下到7 甲板的路線為：從樓梯出口橫穿7 甲板到船首的集合站，如使用梯道出口到集合站的移動時間tAssembly表示該段時間，則不需要重復計入人員在7 甲板上的移動時間tDeck。

3.2 登乘甲板案例計算

登乘甲板情況考慮集合站和登乘甲板分離的場景，規范要求應計算人員從集合站到登乘甲板的時間，并將該時長計入(E+L)，人員在登乘甲板進入逃生設備的擁堵對時間的影響應計入時長。此場景中，假定所有人員在船員的指引下有秩序的撤離。

如果撤離的移動時間T過長，超過了1 320 s（夜晚）或者1 620 s（白天），使用前文假定的登乘和下水時間(E+L)=30 min，可能導致總時長超過60 min。為保證計算滿足規范要求，除調整逃生路線以及走廊、梯道的設計參數外，還可以單獨計算E和L，使(E+L)小于30 min。根據規范要求，滿足以下3種情況之一的，可將(E+L)分開計算：

1）擁有相似船型和相似撤離系統的實船數據。

2）擁有采用逃生設備撤離的模擬數據。

3）擁有廠家提供的數據。

在次級撤離案例中，存在集合站和登乘甲板不在一起的情況，需要單獨計算集合站到登乘甲板時間。救生設備廠家提供的下水時間L在20 min左右。模擬人員從集合站到登乘甲板的登乘時間E，與計算移動時間流程類似。集合站到登乘甲板的人員流動網絡圖見圖6。因為規范提到該場景有船員引導，因此移動時間只考慮理想狀態，不考慮安全系數和逆流系數，即登乘時間E=tDeck+tF= 59.02 s。

圖6 集合站到登乘甲板的人員流動網絡圖

3.3 開敞甲板案例計算

開敞甲板情況考慮開敞甲板用于乘客作為休閑娛樂的場景，規范要求如開敞甲板用于乘客使用的總面積大于400 m2或者可容納超過200 人，應新增白天計算場景，各區域人員數量以基本撤離計算的白天場景為基礎，將開敞甲板設置為新增的公共區，開敞甲板的初始人員分布按0.5 人/平方米計算。

案例為該船的后續船，根據船東需求在陽光甲板上增加了休閑區和兒童游樂區，使得用于乘客活動的面積增加至980 m2，需要考慮開敞甲板作為公共區域的場景。此時開敞甲板的初始人員分布計算為490 人，作為新增公共區域，應考慮75%的初始人員分布，即該區域最多有368 人。其他公共區域的人數應根據該船基本撤離計算的白天場景做適當調整，人員分布見表5。撤離時間計算與前文類似，最后得到開敞甲板場景的撤離時間為49.5 min，比基本撤離場景（白天）的撤離時間要多約8 min。

表5 公共區域人員數變化 單位：人

4 結論

本文主要介紹了最新的客滾船簡化撤離分析方法，并重點介紹了特殊場景的幾個不同的計算方法。撤離分析作為客船安全性非常重要的設計因素，其對應的逃生路線的規劃和撤離時間的評估應在設計初期階段確定。研究發現：規范新增的特殊場景會增加撤離的時長，在設計時需要重點考慮。若存在撤離時間超時或某轉換點擁擠的情況，可通過調整梯道和走廊的參數、人員分布以及逃生路線等方式進行布置優化，避免協調困難、改善代價高等問題，即能保證人員的生命安全，又能有效降低修改成本。