5000t 起重鋪管船人員撤離系統(tǒng)分析與研究

高 慧 唐 山 劉可峰

（1.天海融合防務(wù)裝備技術(shù)股份有限公司 上海201612；2.江蘇科技大學(xué) 船舶與海洋工程學(xué)院 鎮(zhèn)江212003）

引 言

隨著航運(yùn)事業(yè)的發(fā)展，由船舶運(yùn)輸而引起的海上交通安全事故出現(xiàn)的數(shù)量也隨之加大，當(dāng)船舶破損或發(fā)生緊急火災(zāi)無法控制準(zhǔn)備棄船時(shí)，緊急且有序有規(guī)劃的人員逃生可以大大保障人命的安全。為此，第75 屆海上安全委員會通過的決議和通函MSC.1/Circ.1238 及消防安全系統(tǒng)（FSS）規(guī)則對船上人員的撤離分析等給出了明確的要求［1-2］。

下頁圖1 是5 000 t 起重鋪管船，除可承擔(dān)海上鋪管作業(yè)，還可用于水下沉船、沉物的搶險(xiǎn)救助打撈作業(yè)，具有應(yīng)對突發(fā)事件，進(jìn)行大噸位水下物體整體打撈、快速清障能力，還可在海上進(jìn)行大型組塊、平臺模塊、導(dǎo)管架等海洋工程結(jié)構(gòu)物的起重吊裝；同時(shí)具備平臺作業(yè)支持、潛水作業(yè)支持等功能。強(qiáng)大的功能需要很多海上作業(yè)人員，該船艙室布置可以滿足398 人同時(shí)在船上作業(yè)和住宿。

該船需要同時(shí)滿足CCS 和ABS 兩家船級社相關(guān)規(guī)范的要求。在設(shè)計(jì)中，當(dāng)出現(xiàn)兩家船級社相關(guān)規(guī)范不一致時(shí)，均按高要求規(guī)范執(zhí)行。為此，本文對該船的撤離系統(tǒng)進(jìn)行分析與驗(yàn)證/優(yōu)化。［3-5］

圖1 5 000 t 起重鋪管船

1 船舶概況

5 000 t 起重鋪管船總長199.0 m、垂線間長184.66 m、型寬47.60 m、型深15.00 m、實(shí)際吃水7.50 m，共有定員398 人，其中特種人員357 人，船員41 人。主甲板及其以上共有9 層甲板，見圖1，其中主甲板為鋪管作業(yè)甲板；B 甲板前部為人員活動公共場所，后部為載貨區(qū)域；C、D 甲板為特種人員居住甲板；E 甲板為船員居住甲板。 具體人員居住艙室布置見表1。

表1 人員居住艙室布置

2 選擇基準(zhǔn)撤離分析事例

根據(jù)防火區(qū)域劃分圖，該船上層建筑只有一個(gè)主豎區(qū)，根據(jù)國際消防安全系統(tǒng)（FSS）規(guī)則，每個(gè)主豎區(qū)基本撤離事例分為夜晚和白天，設(shè)定夜晚為情況1，白天為情況2。

夜晚：在起居艙中最大鋪位量全部被占據(jù)時(shí)的特種人員人數(shù)；在船員起居艙中最大鋪位量有2/3被船員占據(jù)的船員人數(shù)和被剩余船員占據(jù)的服務(wù)處所和公共處所。按此條規(guī)則該船夜晚人員大致分布情況見表2。

表2 情況1-夜晚人員分布 人

白天：在公共處所所有最大容量的3/4 被特種人員占據(jù)時(shí)的人數(shù)；公共處所的最大容量有1/3 被占據(jù)時(shí)的船員人數(shù)；被1/3 船員占據(jù)的服務(wù)處所；被1/3 船員占據(jù)的船員起居處所。

按此條規(guī)則該船白天人員大致分布情況見表3。

表3 情況2-白天人員分布人

3 撤離分析假定

評定撤離分析時(shí)間的這一方法是基礎(chǔ)性的，因此，需應(yīng)作出如下一般的撤離分析假定：

（1）所有特種人員和船員同時(shí)開始撤離時(shí)并不互相干擾；

（2）所有特種人員和船員通過主脫險(xiǎn)通道撤離；

（3）人員的初始走路速度取決于人員密度，假設(shè)流動是沿脫險(xiǎn)通道的方向，且無超越；

（4）除非另有說明，脫險(xiǎn)布置計(jì)為完全有效；

（5）人員可無干擾地移動；

（6）以逆流系數(shù)說明逆流，一般取2.3；

（7）以安全系數(shù)說明船舶運(yùn)動、布置的靈活性、通道的不可用性及煙引起的可見度限制的影響。

4 撤離系統(tǒng)

4.1 集合站的識別

該船撤離人員為398 人，按第75 屆海上安全委員會通過的決議和通函MSC.1/Circ.1238 及消防安全系統(tǒng)（FSS）規(guī)則的相關(guān)要求，在人員棄船逃生時(shí)，可以安全快捷地到達(dá)救生設(shè)備。該船共有4個(gè)集合站，其中B 甲板2 個(gè)、C 甲板2 個(gè)，B 甲板2 個(gè)集合站也為登乘站。

登乘甲板即B 甲板兩舷各設(shè)有2 艘救生艇和3只救生筏，每艘救生艇可乘坐90 人，每只救生筏可乘坐25 人，見圖2 和下頁圖3。

圖2 集合站平面圖

4.2 撤離路線的識別

按照海安會通函MSC.1/Circ.1238 30 October 2007 的要求，采用模擬的計(jì)算方法，規(guī)劃最佳的撤離路線，合理疏導(dǎo)所有人員有序撤離，縮短撤離時(shí)間，提高安全性。

人員撤離時(shí)，同層甲板每個(gè)同等級別的逃生口人員應(yīng)盡量均勻分布，且應(yīng)盡量能夠首先選擇逃離圍蔽處所，到達(dá)甲板室外再通過外部通道到達(dá)集合站和登乘站。

根據(jù)表2、表3 可知，情況1 和情況2 人員主要集中在E、C、D、B 甲板。該船E、C、D 甲板艙室布置相同，所以布置的撤離路線也很相似。

圖3 集合站側(cè)視圖

經(jīng)過對該船人員的分配、撤離路線的布置及集合站的位置相結(jié)合的分析以及初步計(jì)算發(fā)現(xiàn)該船夜晚撤離時(shí)間最長的是D 甲板；白天撤離時(shí)間最長的是B 甲板。

以下通過情況1 著重介紹D 甲板撤離路線及時(shí)間分析，情況2 著重介紹B 甲板撤離路線及時(shí)間分析。

情況1： D 甲板撤離路線（見圖4）共有4 個(gè)出口即門D00A1、D00B1、D00C1、D00D1，人員均勻分布且左右舷對稱，所以下面只介紹了左舷具體的路線：

圖4 D甲板撤離路線（情況1）

路線1：走廊9—走廊8—走廊7—門D00C1—門D00C—樓梯DL1—C 集合站—樓梯CL1—B 集合站；

路線2：走廊6—走廊7—門D00C1—門D00C—樓梯DL1—C 集合站—樓梯CL1—B 集合站；

路線3：走廊4—走廊5—走廊7—門D00C1—門D00C—樓梯DL1—C 集合站—樓梯CL1—B 集合站；

路線4：走廊4—走廊3—走廊2—門D00A1—門D00A—樓梯DL2—C 集合站—樓梯CL1—B 集合站；

路線5：走廊1—走廊2—門D00A1—門D00A—樓梯DL2—C 集合站—樓梯CL1—B 集合站。

情況2：B 甲板撤離路線見圖5，撤離人員有303 人，大部分人員（257 人）集中在餐廳和影音室，餐廳和影音室包括廚房（6 人）撤離路線是同一路線。若263 人如果都往B 登乘站跑必然會非常擁擠，雖然路程短但不代表時(shí)間就短，為縮短撤離時(shí)間便安排餐廳一部分人員110 人改道從梯道BL1 到達(dá)C 甲板再通過梯道CL1&2 到達(dá)B甲板登乘站。所以B 甲板餐廳和影音室撤離路線有3 條如下方式：

路線1：走廊1—門B00A1—門B00A—門B33A—B 登乘站（P）；

路線2：走廊4—門B00B1—門B00B—門B28A—B 登乘站（S）；

路線3：樓梯BL1—C 甲板集合站（P&S）—樓梯CL1&2—B 登乘站（P&S）。

另B 甲板健身房和娛樂室共40 人，有單獨(dú)的路線，初步分析計(jì)算下來撤離到左右舷的時(shí)間不長，這里就不作詳談了。

圖5 B甲板撤離路線（情況2）

4.3 撤離路線尺寸及人員分布

撤離通道好比水力網(wǎng)絡(luò)，其中走廊和樓梯為管道，門為筏，人員所在場所為液艙。我們都知道水的流量及流速由管道的直徑而決定，細(xì)窄的地方單位時(shí)間流出的水量比寬的地方少，自然撤離通道也是一樣。所以撤離時(shí)間的計(jì)算，自然離不開撤離通道的尺寸，比如走廊、樓梯的凈寬度和長度，門的通孔尺寸等。

表4 和下頁表5 為針對情況1 的D 甲板以及情況2 的B 甲板所作的一些統(tǒng)計(jì)。

表4 情況1-D甲板主脫險(xiǎn)通道凈寬和長度

續(xù)表5

表5 情況2-B甲板餐廳影音室廚房的主脫險(xiǎn)通道凈寬和長度

4.4 撤離過程的分析

4.4.1 撤離初始流量

人員從開始撤離到走廊，由于通道的面積限制，在初始走廊里就會形成一初始密度D，見式（1）、初始特定流量Fs以及初始速度S。初始特定流量Fs指單位時(shí)間單位寬度內(nèi)通過人數(shù)，單位為人/ms。初始特定流量Fs以及初始速度S數(shù)據(jù)是根據(jù)MSC.1/Circ.1238 中的TABLE1.1 插值所得。單位時(shí)間內(nèi)通過某一通道的人數(shù)為人流Fc，見式（2）。

式中：D為初始人員密度，人/m2；P為需通過的總?cè)藬?shù)；A為初始走廊的面積，m2。

式中：Fc為計(jì)算的人流，人/s；Fs為初始特定流量，人/（m·s）；Wc為通道凈寬，m。

結(jié)合表4 和表5 的脫險(xiǎn)通道的尺寸及人員分布，情況1 的D 甲板和情況2 的B 甲板的初始流量見表6 和表7。

表6 情況1-D甲板脫險(xiǎn)通道初始狀態(tài)

表7 情況2-B甲板脫險(xiǎn)通道初始狀態(tài)

4.4.2 撤離轉(zhuǎn)換情況計(jì)算

轉(zhuǎn)換點(diǎn)指撤離路線中類型變化（如從走廊到樓梯到門）、尺寸變化，或者路線合并或分叉的那些點(diǎn)。在轉(zhuǎn)換點(diǎn)處，流入該點(diǎn)的流量之和等于流出的流量之和：

式中：∑Fc（進(jìn)）i= 達(dá)到轉(zhuǎn)換點(diǎn)的通道（i）的計(jì)算流量；∑Fc（出）j= 離開轉(zhuǎn)換點(diǎn)的通道（j）的計(jì)算流量。

若進(jìn)來的流量FSin（指進(jìn)入該點(diǎn)的流量乘以該點(diǎn)的寬度）大于該點(diǎn)能承受的最大特定流量FSmax，則該點(diǎn)就會形成隊(duì)伍呈擁擠狀態(tài)。

經(jīng)分析情況1-D 甲板人員撤離的擁擠點(diǎn)（參見下頁表8）有：D 甲板走廊2、D 甲板門D00A1、D 甲板走廊7、D 甲板門D00C1、D 甲板樓梯DL1、D 甲板樓梯DL2、C 甲板樓梯CL1；右舷的擁擠點(diǎn)與左舷對稱。

情況2-B 甲板人員撤離的擁擠點(diǎn)（見下頁表9）有：B 甲板門B33A、B 甲板門B01A、B 樓梯BL1 以及C 甲板樓梯CL1；同樣右舷的擁擠點(diǎn)與左舷對稱。

4.5 撤離時(shí)間的計(jì)算

4.5.1Tf、T甲板和T樓梯的計(jì)算

Tf為從脫險(xiǎn)通道至集合站的所經(jīng)過的樓梯和走廊的流動時(shí)間；

表8 情況1-D甲板撤離轉(zhuǎn)換情況

表9 情況2-B甲板撤離轉(zhuǎn)換情況

T甲板為從甲板脫險(xiǎn)通道的最遠(yuǎn)點(diǎn)至樓梯的時(shí)間；

T樓梯為從脫險(xiǎn)通道至集合站的通過樓梯時(shí)間。

情況1 的D 甲板人員撤離時(shí)間與情況2 的B甲板撤離人員時(shí)間相關(guān)計(jì)算見下頁表10 和表11。

4.5.2 撤離時(shí)間匯總

結(jié)合人員分布和撤離路線分析，D 甲板5 條撤離路線，只有路線1、4、5 具有可比性（見下頁表12）；B 甲板因路線1 與路線2 是左右對稱，且人員也是對稱分布，所以下頁表13 只對路線1 與路線3 進(jìn)行了比較。

由表12 各路線比較可知，路線1 的移動時(shí)間是最長的，故該5 000 t 起重鋪管船人員在夜間撤離移動時(shí)間為1 023.13 s。由表13 路線比較可知，路線3 的移動時(shí)間是最長的，故該船人員在白天撤離移動時(shí)間為1 488.88 s.

表10 情況1-D甲板Tf 、T甲板、T樓梯計(jì)算

表11 情況2-B甲板Tf 、T甲板、T樓梯計(jì)算

表12 情況1—D甲板撤離路線時(shí)間匯總s

表13 情況2—B甲板撤離路線時(shí)間匯總s

5 安全撤離時(shí)間評估

根據(jù)海安會通函MSC.1/Circ.1238，人員安全撤離時(shí)間是由覺察期（A）、計(jì)算移動時(shí)間（T）、登乘時(shí)間（E）及下水時(shí)間（L）組成：

式中：E+L≤30 min，覺察期A指人員對狀況產(chǎn)生反應(yīng)的時(shí)間，夜間為10 min，白天為5 min。

安全撤離時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)：海安會通函MSC.1/Circ.1238 中對于客滾船n= 60 min。 對于客滾船以外的客船，如果船舶的主豎區(qū)不超過3 個(gè)，則n= 60 min ；如果船舶的主豎區(qū)超過3 個(gè)，則n= 80 min。由于本船不屬于客滾船，而只有一個(gè)主豎區(qū)，所以n= 60 min。

由表12 可知該5 000 t 起重鋪管船夜間計(jì)算移動時(shí)間為1 023.13 s，即T= 17.1 min，則總撤離時(shí) 間 ：1.25（A+T）+ 2/3（E+L）= 1.25（10 + 17.1）+2/3×30 = 53.8 min 。該值小于60 min， 滿足安全撤離時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)。

由表13 可知該5 000 t 起重鋪管船白天計(jì)算移動時(shí)間為1 488.88 s，即T= 24.8 min，則總撤離時(shí)間：1.25（A+T）+ 2/3（E+L）= 1.25（5+24.8）+2/3×30=57.3 min。該值小于60 min， 滿足安全撤離時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)。

由此可知，本船安全撤離時(shí)間滿足海安會通函MSC.1/Circ.1238 的要求，因此，本船的總布置設(shè)計(jì)合理。

6 結(jié) 語

本文是在5 000 t 起重鋪管船撤離分析計(jì)算的基礎(chǔ)上分別挑選夜間和白天逃生耗時(shí)相對最長的D甲板和B 甲板作分析介紹。通常情況下的船舶撤離路線為對稱分布，人員分布也遵循均勻分布原則，所以在進(jìn)行撤離分析計(jì)算時(shí)，只需計(jì)算一舷的撤離時(shí)間。如果設(shè)計(jì)時(shí)發(fā)現(xiàn)撤離時(shí)間超過標(biāo)準(zhǔn)，就應(yīng)及時(shí)修改撤離路線，如對走廊、門和梯道的寬度進(jìn)行修改或增加幾條撤離路線進(jìn)行分流等。