淺析客船梯道設(shè)計(jì)

李 鑫，王 飛，陳 熙

（中船郵輪科技發(fā)展有限公司，上海 200137）

0 引言

隨著客船設(shè)計(jì)的日趨多樣化和大型化，要在如此復(fù)雜的水上建筑物中暢通無(wú)阻，作為連通不同甲板間的交通樞紐——樓梯通道起到了至關(guān)重要的作用，在客船的設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)該予以重視。梯道設(shè)計(jì)不僅要參照各項(xiàng)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)格書(shū)的要求來(lái)設(shè)計(jì)和建造，而且其設(shè)計(jì)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發(fā)揮，同時(shí)也能確保其安全度。

1 客船梯道類(lèi)型

客船結(jié)構(gòu)功能可以簡(jiǎn)單劃分為2部分：酒店功能部分和船舶自身運(yùn)行部分。酒店功能部分由客艙、餐廳、室內(nèi)外娛樂(lè)場(chǎng)所、酒吧以及商店組成。要到達(dá)上述各個(gè)區(qū)域就必須要提供四通八達(dá)的交通線，比如走廊、大廳、梯道和電梯。船員以及服務(wù)人員擁有專(zhuān)屬的走廊、梯道以及電梯以到達(dá)船舶工作區(qū)域和服務(wù)區(qū)域?？痛陨淼倪\(yùn)轉(zhuǎn)以確保其酒店功能的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，從而完成一個(gè)完整的客船功能。樓梯作為甲板之間垂直交通的重要構(gòu)件除了其使用功能，同時(shí)也要滿足安全疏散以及兼顧環(huán)境空間和藝術(shù)效果的要求。所以客船梯道大致可分為乘客梯道（圖1）和船員梯道（圖2）2大類(lèi)。對(duì)于客船上處于機(jī)器處所的船員梯道通常會(huì)設(shè)置在一個(gè)受保護(hù)的環(huán)圍內(nèi)，在此有防火等級(jí)的環(huán)圍內(nèi)根據(jù)實(shí)際情況布置鐵梯或樓梯。通常情況下客梯和船員梯會(huì)用作脫險(xiǎn)通道，但一些公共區(qū)域的美學(xué)裝飾客梯不會(huì)作為脫險(xiǎn)通道進(jìn)行設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)更加側(cè)重于美學(xué)設(shè)計(jì)并滿足其要求，如圖3中庭的客梯。

圖1 客船客梯

圖2 客船船員梯

圖3 客船美學(xué)客梯

2 梯道設(shè)計(jì)原則及要點(diǎn)

2.1 梯道位置布置

樓梯與過(guò)道走廊以及公共空間和工作區(qū)域的合理布置以充分發(fā)揮其接引和導(dǎo)向的作用。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，尤其作為脫險(xiǎn)通道的重要組成部分，除了滿足規(guī)范和合同以及技術(shù)規(guī)格書(shū)的要求，安全疏散的概念在郵輪設(shè)計(jì)過(guò)程中貫穿始終尤為重要。為提高防止意外事故措施及受損船只生存率，《國(guó)際海上人命安全公約》（International Convention for Safety of Life at Sea）[1]在2010年7月1日對(duì)船長(zhǎng)超過(guò)120 m及以上或有3個(gè)及以上主豎區(qū)新造客船實(shí)施“安全返港”規(guī)范要求。其中SOLAS II-2/13.3.2.7修正對(duì)有序疏散撤離分析的要求對(duì)客船初始概念設(shè)計(jì)產(chǎn)生了很大影響。現(xiàn)在有很多關(guān)于安全疏散撤離的優(yōu)化分析研究，Carlo Nasso等對(duì)客船在初始設(shè)計(jì)階段運(yùn)用不同的方法對(duì)撤離疏散的分析和模擬[2]。然而理論上的模擬計(jì)算分析有時(shí)較難真實(shí)反應(yīng)旅客和船員的實(shí)際行動(dòng)。樓梯是決定疏散時(shí)間長(zhǎng)短的一個(gè)主要因素，這在很大程度上決定了樓梯走道的布置。在《國(guó)際消防安全規(guī)則》（International Code for Fire Safety Systems，F(xiàn)SS Code）[3]中規(guī)定，所有尺度供90人以上使用的梯道應(yīng)為艏艉向梯道，即與船長(zhǎng)方向一致。另外，中國(guó)船級(jí)社的《船舶人體工程學(xué)應(yīng)用指南》[4]也給出了梯道布置的建議。

圖4 逃生撤離軟件模擬優(yōu)化模型[3]

2.2 梯道寬度

根據(jù)《國(guó)際消防安全規(guī)則》（International Code for Fire Safety Systems，F(xiàn)SS Code）[3]第 13章脫險(xiǎn)通道的布置要求；梯道的凈寬度（w）應(yīng)不小于900 mm。對(duì)于超過(guò)90人的情況，每超過(guò)1人則梯道的凈寬度應(yīng)至少增加10 mm。經(jīng)由該梯道撤離的總?cè)藬?shù)應(yīng)該假定為該梯道所服務(wù)區(qū)域內(nèi)船員和旅客總?cè)藬?shù)的三分之二。梯道的寬度應(yīng)不低于按下述方法所確定的寬度。本計(jì)算方法確定每一層甲板上梯道的最小寬度，同時(shí)考慮到通向該梯道的相鄰梯道。梯道寬度的計(jì)算應(yīng)依據(jù)每一層甲板上負(fù)載的船員和旅客數(shù)而定。乘載負(fù)荷應(yīng)由設(shè)計(jì)者按旅客和船員居住處所、服務(wù)處所、控制處所和機(jī)器處所的情況予以額定。就計(jì)算而言，公共處所的最大容量應(yīng)按以下2個(gè)數(shù)值來(lái)定：按座位或類(lèi)似布置的數(shù)目；或者按每人占甲板表面面積2 m2計(jì)算所得的數(shù)值。

梯道寬度最小值的計(jì)算方法[3]如下。在考慮每種情況下能容納及時(shí)從臨近的上、下甲板撤離到集合站的人流所用梯道寬度設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)采用下列計(jì)算方法：當(dāng)連接2層甲板時(shí)見(jiàn)式（1）；當(dāng)連接3層甲板時(shí)見(jiàn)式（2）；當(dāng)連接4層甲板時(shí)見(jiàn)式（3）；當(dāng)連接5層或更多層甲板時(shí)，梯道寬度應(yīng)通過(guò)對(duì)所考慮的甲板和相鄰甲板使用上述連接的4層甲板的公式來(lái)確定。

式中：W為所要求的梯道扶手間的行走寬度，mm；N為預(yù)計(jì)來(lái)自所考慮的每一相鄰甲板需要使用梯道的總?cè)藬?shù)；N1為使用該梯道人數(shù)最多的甲板，N2為人流直接進(jìn)入該梯道人數(shù)次多的甲板，依次類(lèi)推；在確定每一層甲板的梯道寬度時(shí)，N1＞N2＞N3＞N4。這些甲板假定為在所考慮的甲板或其上游（即離開(kāi)登離甲板方向）。

如果梯道在甲板層上設(shè)有面積為S的梯道平臺(tái)，則W的計(jì)算值可以減少。這種減少通過(guò)在Z中減去P來(lái)實(shí)現(xiàn)：

式中：Z為預(yù)計(jì)在所考慮的甲板上要撤離的總?cè)藬?shù)；P為暫時(shí)躲避在平臺(tái)上的人數(shù)，該人數(shù)可從Z中減去，Pmax=0.25Z；S為平臺(tái)面積減去開(kāi)門(mén)所需要的面積，再減去人流接近梯道所需的面積，m2。

2.3 梯道凈高

梯段部位和平臺(tái)部位的凈空高度（e）能保證人流通行踏步前緣到頂部梯段底面的垂直距離不宜小于2 130 mm[4]，使旅客在上下樓梯時(shí)不會(huì)碰頭和產(chǎn)生壓抑感。不帶樓梯平臺(tái)的梯道的豎向高度（H）不應(yīng)超過(guò)3.5 m。

2.4 梯道坡度和踏步

樓梯坡度指梯段中各級(jí)踏步前緣的假定連線與水平之間的夾角（α），F(xiàn)SS Code要求坡度傾斜角不大于 45°，對(duì)于客梯坡度的選擇要考慮旅客上下的舒適度，一般選擇在35°左右。

圖5 樓梯各部分示意圖[6]

確定樓梯踏步寬度（t）和踢面高度（h），要綜合考慮人的行為習(xí)慣和人體尺寸?；谂Ｃ懒岷蛷埮d任的基于安全人機(jī)工程學(xué)的樓梯設(shè)計(jì)[5]的結(jié)論，因?yàn)樘げ綖槿俗愕淖钚」δ艹叽?，所以踏步寬度最佳?75 mm～289 mm，踢面高度一般為127 mm～200 mm。通常設(shè)計(jì)客船樓梯時(shí)，踏步與踏步之間會(huì)有一個(gè)搭接部分（r），此長(zhǎng)度一般不小于10 mm。通常級(jí)距（g）和踢面高度（h）之間要滿足600 mm≤g+2h≤660 mm。踏步前緣的表面應(yīng)防滑，其潮濕時(shí)的實(shí)測(cè)摩擦系數(shù)（COF）應(yīng)為0.6或以上。

2.5 梯道平臺(tái)

FSS Code除了服務(wù)于公共處所直接通向梯道圍壁的梯道平臺(tái)外，每一層甲板上的梯道平臺(tái)的面積應(yīng)不小于 2 m2，如果使用該平臺(tái)的人數(shù)超過(guò) 20人，每增加10人增加1 m2，但不必超過(guò)16 m2。

2.5 梯道安全

FSS Code要求梯道兩側(cè)應(yīng)安裝扶手，扶手間的最大凈寬度為1 800 mm。實(shí)際上，客船上的樓梯與陸地建筑中的樓梯不同的是，船上的樓梯會(huì)隨船發(fā)生傾斜。根據(jù)荷蘭應(yīng)用科學(xué)研究所[7]的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明人的行走速度會(huì)因?yàn)樽呃群蜆翘莸膬A斜運(yùn)動(dòng)的不同而不同，根據(jù)不同的周期和傾斜角度，不管是傾斜還是橫搖，行走速度都會(huì)降低15%左右，60歲以上的人則會(huì)比其他人慢10%～15%，但在有扶手的情況下行走速度會(huì)有所增加。因此扶手的存在不僅能保障梯道正常使用情況下的安全，而且有利于緊急情況下的疏散撤離。

對(duì)于結(jié)構(gòu)安全方面，雖然梯道不會(huì)作為船體結(jié)構(gòu)的一部分來(lái)分擔(dān)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，但梯道本身的強(qiáng)度建議所建造的梯道具有預(yù)計(jì)高于正常工作載荷5倍的承載能力，但小于544 kg（1000 lb）[4]的移動(dòng)集中載荷。

3 結(jié)論

本文主要根據(jù)《國(guó)際海上人命安全公約》，《國(guó)際消防安全規(guī)則》以及《船舶人體工程學(xué)應(yīng)用指南》并結(jié)合人機(jī)工程學(xué)原理統(tǒng)計(jì)分析了客船上非機(jī)器處所的梯道設(shè)計(jì)要點(diǎn)，并需要根據(jù)合同和技術(shù)規(guī)格書(shū)的要求等實(shí)際情況來(lái)分析決定設(shè)計(jì)參數(shù)。