房斯明，刘正江，王新建，周翔宇

(大连海事大学 航海学院，辽宁 大连 116026)

近些年来不时发生的客滚船舶海难事故，使得航运业逐渐关注客滚船舶的人员疏散问题，2016年，国际海事组织海上安全委员会在其第96次会议上发布了《新造客船和现有客船疏散分析修订指南》(以下简称《指南》)[1]，旨在鼓励成员国利用《指南》中所提供的场景和参数开展疏散实验，分析疏散结果和评估疏散过程，优化现有的客船布置，为船舶人员疏散提供更有效的建议和科学的指导。相对于陆地和建筑物而言，船舶人员疏散的研究起步较晚[2]，相关的研究局限于人员速度、疏散路径和船舶布置等方面，较少考虑人员行为对疏散过程的影响[3-4]。针对这一问题，以大连海事大学教学实习船“育鲲”轮为研究对象，在疏散过程中加入不同比例的人员折返行为，仿真模拟分析对疏散效率的影响。

1 实验参数设置

1.1 折返人员比例设置

由于大型船舶的乘客往往都是临时性人员，对所乘坐的船舶构造不熟悉，因无法找到正确安全出口而出现折返行为；同时，逃生者会因遗留贵重物品或与亲人走散，也会出现折返现象；船员作为疏散过程中的领导者，会因为组织或业务上的需求与行人流方向产生不协调的行为，也可将其列为折返行为。根据其他领域紧急情况时人员疏散行为调查的结果显示，约有25%的人员可能会因为贵重物品选择折返，约有84%的人会选择折返救助家人[6-7]。而相比较其他交通领域内的人员疏散，船上人员因为乘坐时间长，携带物品多和有固定居住舱室等特点，折返人员的比例往往高于地铁等其他交通工具，因此，将折返比例分别设置为10%、20%、30%、40%和50%。

1.2 实验场景介绍

以大连海事大学教学实习船“育鲲”轮的游步甲板为主要研究区域，其作为连接学员房间最近的一层拥有外部走道的甲板，除了包含学生餐厅、教室等公共区域，还包含若干船员舱室，是全船疏散过程中最重要的一层甲板，游步甲板布置见图1。由于该层甲板通常会聚集较多的人员(吃饭、上课、开会等)，考虑其布置的特殊性，在该层考虑折返行为能比较客观地反映出对船舶整体疏散的影响[8]。

游步甲板上餐厅一和餐厅二最大容纳人数分别为104人和103人，2个教室容纳人数分别为36人。出口1、2、3处的楼梯可通往救生艇甲板，因此，在游步甲板的疏散实验中，以这3个楼梯为出口，穿过楼梯即视为从该层疏散成功，其中出口1、2是单跑楼梯，宽度为80 cm；出口3是剪刀式楼梯，宽度为180 cm。

采用《指南》提出的场景case 2，此时人员主要分布于公共区域内，并且需要全船疏散。

1.3 模型参数设置

考虑船舶的定员问题，结合实际的船舶实习人员男女比例，假设疏散场景总人数155人，包含140名男生和15名女生。人员年龄段分布在18～25岁，依据《指南》指导的速度公式(1)、(2)得到女生的速度范围在[1.3 m/s,1.385 m/s]区间内，男生速度范围在[1.53 m/s,1.6 m/s]区间内，且均按照正态分布。

图1 游步甲板布置

speed(male)=

(1)

speed(female)=

(2)

人员有初始位置分布于2个餐厅100人、2个教室35人，以及舷外20人。当正常疏散时，人员直接走向出口，而折返行为需要返回至折返区域后再进行疏散。考虑到实验的真实性和人员安全问题，将折返区域设置在空间较大的餐厅区域，折返区域是一个半径为1 m的圆，位于餐厅一和餐厅二交界处，具体人员分布和行人流向见图2。

图2 实验人员分布和主要行人流向

图2中给出的虚线箭头为主要的行人流向。不同折返比例下各房间的正常疏散人员和折返人员数量见表1。

表1 不同折返比例下的各位置折返人员的数量

2 结果与分析

(3)

(4)

(5)

表2 不同折返比例下的实验结果

为了更加细致地对比不同折返人员比例对疏散时间的影响，根据不同折返比例下的实验数据，绘制未疏散人数和疏散时间的曲线见图3。

图3 不同折返比例在各时刻未疏散的人数

当无人员折返时，该层甲板的疏散时间t0%为51.5 s，此时未疏散人数与疏散时间曲线接近于一条直线，说明疏散效率比较稳定。加入人员折返行为后，疏散时间、人均疏散时间和人均拥堵时间都相较于正常疏散有明显的增大。当有10%人员折返时，疏散时间t10%比t0%增加了82.5%；当折返人员增加至30%以上时，疏散时间t40%较t30%再次有一个大的增加量(21.7 s)。当折返人员比例为50%时，此时未疏散人数与疏散时间再次接近一条直线，这种情况下由于折返人员数量较多，当他们再次到达出口时，正常疏散人员已经完成疏散，所以疏散效率再次稳定，但是相比于无折返行为，疏散效率降低了约56.5%。

由于船尾处的出口1距中间的公共区域比较远，根据就近选择出口原则，只有少量位于舷边走廊的人会选择该出口进行疏散，大多数人还是选择较近的出口2、3为疏散出口，导致在出口2、3的附近产生严重的拥堵现象。为了更好地描述各时刻的拥堵情况，以出口2、3附近走廊上的人数为参数，构建出口2和3附近的走廊人数随时间变化的见图4。

图4 各折返比例下出口2和出口3附近走廊内的人数

当走廊区域人数越多，表明拥堵程度越严重。相比较出口3，出口2距离人数较多的餐厅更近，且通往出口2的走廊和楼梯(即出口)宽度更窄，所以当正常疏散至10 s左右时，出口2附近拥堵较为严重，此时会有部分疏散者为了避免拥堵等待而选择出口3进行疏散，导致拥堵现象蔓延到出口3周围，见图4a)。但由于出口3作为主通道，其楼梯宽度是其他出口楼梯的2倍，因此，其走廊内的人员数量下降速度明显比出口2走廊处快，拥堵现象也在较短时间内得以缓解。

当折返人员加入后，由于运动方向的不一致，会使得2个出口处的拥堵现象变得更加严重，且持续时间更长。当折返人员比例达到30%及以后，不仅在出口2处有很大的疏散压力，见图4d)、e)、f)，出口3附近的走廊人数也急剧增加，并且随着折返人员比例增加，该处拥堵的持续时间也随之增加。图4e)表明，当折返人员比例为40%时，出口3的峰值人数达到了48人，是无折返时峰值的2倍，也是几种情况中最大值，同时出口2处的峰值也达到了几种情况中的最大值，为56人，比无折返时增加了24%。通过分析图4f)，当折返比例为50%时，拥堵的严重程度比40%折返时有所缓和，此时折返人数众多，疏散人员为了避开在走廊区域内的人数，从而选择穿过教室或绕行舷边走廊，同时也解释了在这种情况下，表2所示的疏散时间的增加量(t50%-t40%)也比其他相邻情况少的现象。

3 实验优化

图5 优化后的布置和新增行人流向

表3 优化后的实验结果

优化后的布置加入折返行为后，疏散效果得到改善，根据实验数据，绘出不同时刻下各比例折返实验中成功疏散人数的曲线见图6。

在分析中，加入不同比例下的正常疏散人数基准线，发现当成功疏散人数未达到正常疏散人数时，优化后的曲线斜率明显大于优化前，说明疏散速率较之前有明显加快；而当正常疏散的人员都已成功疏散后，疏散曲线接近平行，说明优化后，对这部分人员的疏散效率没有太大影响。

随着折返比例增加，优化布置后的疏散时间随之减少，尤其当折返比例为40%时，优化后的疏散时间减少量最多，为37.5 s，见图6e)，且人均拥堵时间比30%时还缩短了0.51 s。这是由于优化前出口2、3附近的拥堵最严重，而优化后减轻了出口2、3的疏散压力，从而缩短了人均拥堵时间，缓解了拥堵程度。

图6 布置优化前后的各折返比例下的实验结果

4 结论

在船舶疏散中加入人员折返行为后，实验模拟的疏散过程更加贴近现实。同时发现疏散效率并不是随着折返比例的增加而降低，而是当折返比例达到40%时，出口处的拥堵现象最为严重，疏散效率最低。通过观察实验过程，在适当的位置处新增出口后，疏散效率明显提高，各项疏散指标均有较大的优化。

实验没有充分考虑船舶运动状态(横摇、纵摇等)对人员的影响，这将在以后的工作中进一步完善。