摘 要

目前国内对于船舶人员疏散的研究少之又少，这使得进行大型客船在疏散方面的设计发展受到严重的抑制。文本根据国内外对船舶火灾以及船舶人员疏散的研究学习对相关数据进行处理的方法，通过设计模拟发生火灾时船舶人员疏散试验，从中获得数据并得出船用防烟帘对疏散人员微观运动行为规律的影响，其中做了如下几方面的工作：

1.对国内外船舶火灾以及船舶人员疏散领域的现状进行了分析，概述了近些年国内外在船舶人员疏散方面的成果。

2.从试验中获得试验中人员运动行为规律数据，并进行分析处理得出各处人员的疏散速度，疏散所用时间，关键位置的流量等基本运动参数。这些参数为今后研究船舶人员疏散提供了帮助。

3.在获得关键运动参数的基础上，对参数进行分析处理，得出船用防烟帘种类与状态的不同，舰船倾斜状态以及模拟是否存在烟气对船舶人员疏散各参数所产生的影响。

关键词：防烟帘；人员疏散；船舶火灾；

Abstract

At present, there are few studies on evacuation of ship personnel in China. This has severely inhibited the design development of large passenger ships in evacuation. The text is based on domestic and foreign research on ship fires and evacuation of ship personnel to learn related data. Design of ship evacuation test, get data of evacuated and the effect of smoke curtains on evacuated personnel. Which has done the following work:

1. Describe the research results of evacuation of ship personnel at home and abroad.

2. Obtain basic data, analyze it to get the data of people evacuation speed, evacuation time, key position personnel flow. These data help to study the evacuation of ship personnel in the future.

3. It is concluded that the influence of the ship's smoke curtain on the evacuation parameters of the ship personnel due to the type and state of the smoke curtains and Ship tilt and simulate the presence of smoke.

Key Words：smoke curtains；Evacuation；Ship fire

目 录

第1章 绪论 1

1.1 课题研究背景及意义 1

1.2 课题研究现状 2

1.2.1船舶火灾研究现状 2

1.2.2船舶事故人员疏散研究现状 2

1.3 本文研究内容与方法 5

1.3.1 研究内容 5

1.32 研究方法 5

1.4 论文章节安排 5

第2章 防烟帘对人员疏散影响试验的参数分析 8

2.1 试验的场地、工况设置 8

2.2 试验数据采集 10

2.2 数据分析 23

结论 31

参考文献 32

致谢 34

第1章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

在历史的长河中，船舶一直是海上国际贸易的载体，现今，国际贸易运输量的90%都是由船舶承担的，随着世界经济的快速发展，大型邮轮的需求不断提升。伴随着船舶规模和数量需求的增大，船舶火灾作为船舶需要面对的主要灾难之一，发生的概率也必然增加，同时船舶火灾是世界上最难扑救的火灾之一。因此一旦发生船舶火灾，后果将不堪设想，不但造成经济损失，更重要的是对船舶人员生命安全造成了极大的威胁^[1-4]。1912年4月14日号称当时世界最豪华的客轮在其首航的路途中（英国南安普顿到纽约）发生了事故，导致1513人死亡，成为史上最大一次海难，这一事故为国际航运界敲响了警钟，英国政府也为此与1913年召开国际会议以解决海上安全问题，结果就是产生了第一个国际海上人命安全公约，即1914年SOLAS公约^[5]。而国际海事组织（IMO）则在二十一世纪初提出大型客船在开始生产建造之前就要完成人员疏散路线的规划任务的要求。而国际海事安全委员会（MSC）与2002年5月的第75次会议上通过了为一个客船人员疏散而制定的分析理论模型MSC/Circ.1033《新客船和现有客船撤离分析暂行指南》^[6]。国际海事组织（IMO）早在二十年前就已经对客船人员疏散规划提出了硬性规定，但是反观国内却不存在较为系统的研究体系，因此就使得船舶发生火灾等事故后船上人群的应急疏散逃生问题受到媒体以及公众的高度关注，对该问题的研究也就十分迫切与必要。

由于船舶结构以及舱内空间的特殊性，在船舶发生火灾时，实现火情的有效控制，顺利地完成人员疏散是存在一定难度的。现今，国内对于船舶发生火灾时人员疏散的研究正处于起步阶段，还未形成属于我国独立的体系。很多理论只能直接拷贝国外的研究，但是由于国内外存在个体差异以及生活方式、习惯的不同，不具有普遍性，国外的研究成果并不能够完全适用于与国内的事故情况，存在着一定的差异。我国在陆上建筑火灾人员疏散的研究已取得一些成果，但是对船舶火灾人员疏散的研究成果却不尽人意，船舶的结构以及所处的环境导致一旦发生火灾，造成的后果十分严重，因此尽快进行船舶火灾人员疏散的研究是必要的。本论文以已形成的船舶火灾特点的研究理论为基础，考虑船舶特殊结构、船体的晃动、烟气影响的情况下，分析疏散过程中防烟帘对于人员微观运动影响过程，得出影响规律。本论文所涉及的研究对得出船用防烟帘对船舶火灾人员疏散微观运动行为规律影响具有一定的理论意义，对船舶人员疏散方案的设计具有一定的指导作用。

1.2 课题研究现状

1.2.1船舶火灾研究现状

对于不同的事故类型，相对应的人员疏散方法也存在着很大的差异。要想研究船用防烟帘对人员疏散运动规律的影响首先就要对船舶火灾的特性有一定了解。我国目前对于船舶火灾的研究还停留在在火灾科学层面。如：杨志青，王志国，仲晨华，冯明初^[7]以区域模拟的方法针对船舶内部通道的火灾进行模拟研究；姜晓燕^[8]通过使用模糊综合评价方法分析了影响船舶消防系统安全的各种因素；董华，刘忠^[9]等人同样也是运用区域模拟的方法研究了在船舶内部通道烟气蔓延的现象。沈惠忠^[10]通过提出船舶具有客货运量大、可燃物质多、燃油储量大、热传导性能强和船体结构较复杂容易发生热对流以及烟囱效应等特点进行分析得出船舶火灾的以下特点，扑救难度大，火灾发生产生损失大（人员生命安全的损失及经济损失）、次生灾害易发。夏晓东^[11]提出船舶发生火灾的概率从高到低分别是起居室、机舱和货舱，同时船舶火灾常规来说经历五个阶段，其中“初起阶段”极其重要，要在这个阶段实施防护措施才能将火灾损失降到最低。以上为国内近期研究现状的一部分，研究成果多为揭示船舶火灾的特点：（1）灭火难度大：船舱、通道空间狭小，舱室数量多，难以快速找到着火点；（2）火灾产生危害大且伴随着巨大损失：船舶载客载物数量大，一旦船舱发生火灾难以救援；（3）救援难以实施：船舶火灾位于海上为一个独立体，发生火灾时难以快速得到救援；（4）易产生次生灾害：可危害救援人员，船舶的货物也可能造成环境污染^[12]。（5）由于船舶结构的独特性：通道由钢材构成且封闭、出口少、结构复杂层数多、房间布置密集、通道及出口处空间狭小，呈长方形，加上火灾发生初期会产生大量烟气^[13]，烟气可迅速在通道内蔓延。随着烟气地不断蔓延聚集，烟气的消光系数变高，产生遮光性^{[14, 15]}。所以船舶火灾的防治的关键在于火灾的预防以及火灾初期的抑制与消除，同时烟气所产生的影响也要十分注意。

1.2.2船舶事故人员疏散研究现状

处理船舶人员疏散问题时，应充分考虑船舶人员疏散与陆地人员疏散经验的异同，两者之间存在很多通性，但在具体细节部分还是存在着很大的差异，这些问题在研究初步阶段就该被考虑。其中船舶发生各种事故后与陆上有很大差异的一点就是：船体产生的浮摇状态对船上人员疏散有着重要的影响，其中船体的浮摇状态有：正浮、横倾、纵倾、任意倾。一般正常情况下船体都会保持接近正浮的状态，但是发生火灾等事故时，船体将会发生一定程度的倾斜（纵倾和横倾或者两者都有），这种倾斜的船体状态将会对人员疏散的顺利进行产生巨大的影响^{[16, 17]}。如“Saint-Malo”号的遭遇，船体因为触礁导致发生侧倾，虽没有造成人员死亡但是事发后人员疏散时间远大于事故演习疏散时间^{[18, 19]}。因此船体倾斜对人员疏散产生影响的研究是迫切需要的。国际海事组织（IMO）于2016年给出了最新的船舶乘客人口构成以及不同人员在不同的路况下最大最小行走速度的建议值，如表1。还指出每个撤离人员的行进速度与表1中规定的相应范围是一致的；任何出口的特定单位流量不超过1.33p/m/s（特定单位流量是所涉及的每单位宽度上单位时间经过该点的逃逸人数，以人数来度量）；但是船舶的静态和动态条件这些会影响人移动速度的参数却没有可靠的数字来进行评估，因此尚未进行考虑。

表1.1 人员构成及行走速度（不同路况下）

为了对船舶动态特点，即船舶在摇晃倾斜状态下对疏散人员的影响进行深入研究。国内外的学者对船体的倾斜对人员疏散影响进行了一系列研究且取得了一定的成果。国内刘红，刘佳忆^[20]通过引入图论概念，使用赋权图将船舶疏散网络进行表达，将疏散的各影响因素以当量系数的方式对通道长度进行加权，得出当量通道长度，最终使用图论中最短路径法解出最优路线。其中研究涉及的影响因素就有船舶发生倾斜对疏散进行的影响，且纵倾比横倾所产生的影响更大；廖守衡^[21]对现有客船疏散模型的研究进行了总结论述提出了以下几个方面还需发展：（1）独立的船舶环境模型需要被完善：现有的大部分船舶模型都是借鉴仿照陆上模型，不能完整体现船舶模型的独特性；（2）对属于国人的运动特性的研究不够，需加强：现被使用的数据多来自国外人群，对于国人模型的建立不一定适用；（3）理论方法需改进：可加入更多的修正因子；（4）三维模型：现行的大多是二维模型；李亚鹏^[22]在对诸多试验的结果进行总结得出了一些规律：在发生倾斜的试验中，发生横倾并且角度小于20°时人员的行进速度变化微小；当角度超过20°以后，人员的速度下降迅速；而角度达到35°时人员速度几乎为零；船体发生纵倾时，倾角为±20°左右时，人员行进速度轻微减少，超过该值时，速度快速下降；倾角达到30°时速度几乎为零。在船舶产生10°的晃动时疏散人员的运动速度相比静态速度下降了将近20%^{[23, 24]}。但是这些试验也存在着一些不足：（1）大部分试验中对疏散人员的性别、年龄、身体素质对速度产生影响考虑不周到；（2）人群密度对行进速度产生的影响试验中并未模拟到位^[25]；（3）试验对倾角对移动速度影响的研究不具有延伸性，缺少倾斜对人产生的停顿现象等^[26]；（4）试验对楼梯模拟的试验数量较少，需对各种楼梯种类进行深入研究；田伟，吕伟^[27]从现有的疏散模型进行总结，进而过渡对船舶疏散模型现有的成果进行总结且提出存在的缺陷：疏散模型主要有磁场力模型，排队模型、格子气模型、元胞自动机模型、社会力模型等而船舶疏散模型主要是借鉴上述方法，一般是使用元胞自动机或社会力方法结合船舶特点建立疏散模型，船舶疏散模型的研究还处于初步阶段，缺少真实的船舶疏散实验数据以及系统性的船舶疏散模型和方法的研究。可见船舶的晃动、倾斜对人员疏散产生的影响不可忽视,虽然国内现已进行了一些研究但是仍存在很多缺陷与不足，对于船舶特点的研究甚是缺乏，要想很好的解决船舶事故人员疏散问题，船舶特点的研究不可或缺，同时还需建立符合国内事故特点的船舶人员疏散模型，开发相应的软件。

陶阳^[28]通过模拟船舶火灾现场，测试多种船用防烟帘（防烟罩，垂降式导轨防烟帘，垂降式磁吸防烟帘，垂降式无卷轴防烟帘）的耐高温完整性、防烟性，结论为防烟帘能长时间在实际火灾中保持较好的完整性，具有隔热、隔烟的作用。

现今，对于船舶火灾特性的研究已有一些成果，已经大概掌握船舶火灾特性及应对措施，但是船舶人员疏散影响的研究多是借鉴陆上人员疏散，且不具体细化，更不用说是研究防烟帘的使用及防烟帘对于人员疏散微观运动影响的，缺少系统的研究。因此本文就防烟帘的使用对船舶人员疏散具体所产生的影响规律进行研究。

1.3本文研究内容与方法