某型仿古復(fù)制船簡化撤離分析

張 帆， 繆愛琴， 陳 瓊， 李小靈

(江南造船(集團(tuán))有限責(zé)任公司， 上海 201913)

0 引 言

仿古復(fù)制一艘建造于20世紀(jì)20年代的船舶，并將其布置于某港口，進(jìn)行海上展陳?？紤]到登船的人數(shù)較多，船上空間狹小，應(yīng)急情況下的人員撤離是前期研發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)關(guān)注的重點(diǎn)。由于母型船的建造時(shí)間早于現(xiàn)行海事法規(guī)、規(guī)則的制定時(shí)間，當(dāng)前的船舶設(shè)計(jì)和建造標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)不小于900 mm,而本船的梯道寬度均不滿足該要求；《國內(nèi)航行海船法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則(2021)》第4篇要求船舶應(yīng)為所有處所或處所群提供至少2條彼此遠(yuǎn)離且隨時(shí)可用的脫險(xiǎn)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(jī)艙脫險(xiǎn)通道必須有2條，且其中一條必須滿足耐火等級(jí)要求，而本船并不滿足該要求等。由于復(fù)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(jìn)行評(píng)估，由此支撐整體工程技術(shù)方案的制訂。

根據(jù)國際海事組織(International Maritime Organization, IMO)發(fā)布的《經(jīng)修訂的新客船和現(xiàn)有客船撤離分析指南》(MSC.1/Circ.1533)對(duì)客船的附加要求[1]，應(yīng)在前期設(shè)計(jì)階段通過逃生撤離分析對(duì)脫險(xiǎn)通道進(jìn)行評(píng)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(xiǎn)通道正常移動(dòng)(包括船員沿這些通道朝著與乘客相反的方向移動(dòng))造成的擁擠。此外，這種分析還能證實(shí)逃生布置具有充分的靈活性，以適應(yīng)事故引起的某些脫險(xiǎn)通道、集合站、登乘站和救生艇筏不能使用的情況。對(duì)于新船而言，若在計(jì)算所得總撤離時(shí)間內(nèi)不能完成撤離，則應(yīng)在設(shè)計(jì)階段通過修改影響撤離系統(tǒng)的布置來糾正措施，以達(dá)到所要求的總撤離時(shí)間；對(duì)于現(xiàn)有船而言，若在計(jì)算所得總撤離時(shí)間內(nèi)不能完成撤離，則應(yīng)審查船上的撤離程序，以采用適當(dāng)?shù)拇胧p輕分析所出現(xiàn)的場(chǎng)所的擁擠。

1 計(jì)算方法

在進(jìn)行撤離分析時(shí)，通常作以下假定[2]：

1) 所有乘客和船員同時(shí)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(dòng)速度取決于人員密度，假設(shè)沿撤離通道的方向流動(dòng)，且無超越；

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

5) 以逆流系數(shù)描述逆流；

6) 以安全系數(shù)描述船舶運(yùn)動(dòng)、人員年齡和行動(dòng)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(dòng)時(shí)間計(jì)算方法

(γ+δ)t1

(1)

t1=tF+tdeck+tstair+tassembly

(2)

式(1)和式(2)中：T為移動(dòng)總時(shí)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(jí)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(shí)間；tF為每個(gè)撤離通道通過門、樓梯或走道的流動(dòng)時(shí)間；tdeck為從每條撤離通道甲板的最遠(yuǎn)點(diǎn)到樓梯的時(shí)間；tstair為從每條撤離通道到集合站通過樓梯的移動(dòng)時(shí)間；tassembly為從梯道的末端到集合站的移動(dòng)時(shí)間。

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

1.2 撤離時(shí)間計(jì)算方法

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

1) 覺察期R是人員覺察緊急情況并準(zhǔn)備撤離做出的反應(yīng)時(shí)間，計(jì)算時(shí)認(rèn)為白天為5 min，夜晚為10 min；

2) 登乘時(shí)間E和下水時(shí)間L決定了船上人員準(zhǔn)備棄船所需時(shí)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(shí)間定義為1.25(R+T)+2(E+L)/3≤n。本船主豎區(qū)不超過3個(gè)，n=60 min。

1.3 撤離分析計(jì)算流程

撤離分析計(jì)算流程見圖1。

圖1 撤離分析計(jì)算流程

1) 整理出目標(biāo)船上各層甲板人員的分布情況；

2) 根據(jù)撤離點(diǎn)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(jì)算流量和初始人員流速等；

4) 計(jì)算所有人員移動(dòng)情況，包括所有走道、門和梯道的總?cè)藬?shù)，進(jìn)入時(shí)的特定流量、計(jì)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(jì)算所有撤離通道路線的用時(shí)，并根據(jù)所有路線中最長用時(shí)計(jì)算總撤離時(shí)間。

2 實(shí)例分析

2.1 船舶主尺度信息

本文研究的是一艘仿古復(fù)制船，其主尺度信息見表1。

表1 目標(biāo)船主尺度信息

2.2 集合登乘站位置和面積計(jì)算

本船撤離的目的地是船舶主甲板艏艉碼頭梯對(duì)應(yīng)連接的碼頭位置。按 SOLAS 公約第III/11 條的規(guī)定，“每個(gè)集合登乘站應(yīng)有足夠的場(chǎng)所，以容納指定在該登乘地點(diǎn)集合的所有人員，每人的甲板面積至少為0.35 m2”。根據(jù)實(shí)際情況，該碼頭位置具有充裕的疏散空間(實(shí)際大于60 m2)，假定本船集合站的面積為60 m2，則每個(gè)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(jì)算

根據(jù)規(guī)范的要求，對(duì)新船的撤離分析應(yīng)考慮主撤離工況(夜間)、主撤離工況(白天)、次級(jí)撤離工況(夜間)和次級(jí)撤離工況(白天)等4種工況。但是，由于本文分析的目標(biāo)船為仿古復(fù)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(jīng)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(yīng)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(fù)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(jì)算方法來考察，該船各梯道的最小寬度計(jì)算見圖2，根據(jù)該要求設(shè)計(jì)的實(shí)際梯道寬度見表3，基本滿足要求。

圖2 最小梯道寬度計(jì)算

表3 梯道寬度計(jì)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(tái)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(wù)室各3人，水兵艙20人，甲板上流動(dòng)人員10人。因此，上甲板合計(jì)5人，主甲板合計(jì)85人，下甲板合計(jì)36人。

2.5 撤離路線

對(duì)于下甲板的人員，艏部水兵艙內(nèi)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(duì)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(duì)于主甲板的人員，艏部的人員(包括廚房人員、露天流動(dòng)人員、從水兵艙上來的人員和從駕駛臺(tái)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(dòng)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(duì)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(dòng)時(shí)間計(jì)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(dòng)情況；表6為tF、tdeck和tstair的計(jì)算結(jié)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(shí)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(shè)備的類型；計(jì)算流量Fc指每單位時(shí)間通過撤離路線的預(yù)計(jì)人數(shù)，計(jì)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(dòng)情況

表6 tF、tdeck和tstair的計(jì)算結(jié)果

Fc=FsWc

(3)

流動(dòng)時(shí)間指N個(gè)人從撤離通道里通過某一點(diǎn)的總時(shí)長，計(jì)算式為

tF=N/Fc

(4)

過渡點(diǎn)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(diǎn)，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(shí)見表7。

表7 撤離通道路線及用時(shí)

2.8 擁擠判斷

根據(jù)MSC.1/Circ.1533指南,同時(shí)滿足以下2點(diǎn)認(rèn)為撤離時(shí)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(jìn)入某一空間和從該空間出去的計(jì)算流量差大于1.5人/s。

根據(jù)本次撤離分析設(shè)定,對(duì)于通道,同時(shí)滿足這兩個(gè)條件即為擁擠;對(duì)于梯道和門,假設(shè)本次撤離初始狀態(tài)為無人,只考慮入口與出口計(jì)算流量差,認(rèn)為大于1.5人/s即為擁擠?；谌绱藝?yán)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(shí)際按允許的最大流量計(jì)算并得出總撤離時(shí)間在標(biāo)準(zhǔn)允許范圍內(nèi)，但為防止客流積壓產(chǎn)生危險(xiǎn)，最終設(shè)計(jì)時(shí)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(shí)間結(jié)果

由于該船為仿古復(fù)制船，長期?？吭诖a頭，因此不存在登乘時(shí)間E和下水時(shí)間L。最終總撤離時(shí)間為1.25(R+T)=11.087 5 min≤60 min，因此滿足撤離時(shí)間要求。

3 結(jié) 語

本文介紹了修訂后的新客船撤離分析簡化計(jì)算方法和計(jì)算流程，并據(jù)此對(duì)某仿古復(fù)制船進(jìn)行了撤離分析。根據(jù)撤離分析的結(jié)果，對(duì)船舶撤離系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)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(gè)世紀(jì)前的設(shè)計(jì),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(xiǎn)通道數(shù)量不足等，但滿足簡化撤離分析要求的撤離時(shí)間。對(duì)于海上航行客船而言，可繼續(xù)開展高級(jí)撤離分析[4]，甚至是數(shù)值仿真試驗(yàn)[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(duì)應(yīng)不同的逃生速度等問題。這艘仿古復(fù)制船的簡化撤離分析方法可有效驗(yàn)證和支持當(dāng)下狀態(tài)的安全性,同樣適用于現(xiàn)代客船。