狭长通航隧洞船舶火灾人员应急疏散仿真研究.pdf

tunnelsJ.NaviggationofChina,2024):18-26.(in Chinese)4（1DENG J,ZENG X H,SHEN H,et al.Simulation study on personnel emergency evacuation from ship fire in long and narrow navigable引用格式：邓健，曾笑涵，沈狭长通航隧洞船舶火灾人员应急疏散仿真研究J：中国航海2 0 2 4，47（1）：18-2 6Mar.2024NAVIGATIONOFCHINA2024年3月Vol.47 No.1第47 卷第1期中国海航文章编号：10 0 0-46 53（2 0 2 4)0 1-0 0 18-0 9狭长通航隧洞船舶火灾人员应急疏散仿真研究邓 健 1 2,3,4,曾笑涵，沈慧，刘少勇，谢澄，干伟东5（1.武汉理工大学航运学院，湖北武汉430 0 6 3；2.武汉理工大学国家水运安全工程技术研究中心，湖北武汉430 0 6 3；3.武汉理工大学水路交通控制全国重点实验室，湖北武汉430 0 6 3；4.武汉理工大学内河航运技术湖北省重点实验室，湖北武汉430 0 6 3；5.交通运输部天津水运工程科学研究院，天津30 0 0 0 0）摘要：通航隧洞是一类为船舶穿越高山峡谷提供通航条件的新型通航建筑物，发生火灾时有害气体易于堆积、人员逃生路径狭窄、应急疏散难度大。针对待建的贵州乌江思林通航隧洞构建典型船舶火灾和人员疏散逃生模型，分析火灾事故发展过程中的特征参数变化情况，基于有毒有害气体和温度的安全限值，对横通道间距、船舶编队等因素影响下的人员疏散安全风险进行评估。结果表明：横通道间距为2 0 0 m时,3艘货船、2 艘货船和1艘客船的编队情况符合人员疏散安全评估；横通道间距为30 0 m和40 0 m时，所有编队情况均无法满足人员疏散安全评估，其主要危险因素为持续吸人有毒有害气体。因此，在保障安全前提下，隧洞不宜设置30 0 m及以上横通道间距，客船疏散难度大，应采取下船翻坝运输的方式过坝，关键词：通航隧洞；火灾事故；数值模拟；人员疏散中图分类号：U64文献标志码：AD0I:10.3969/j.issn.1000-4653.2024.01.003Simulation study on personnel emergency evacuation from ship firein long and narrow navigable tunnelsDENG Jianl.2.3.4,ZENG Xiaohan，SH EN H u i ，LIU Sh a o y o n g ，XIE Ch e n g ，G A N W e i d o n g 5(1.School of Navigation,Wuhan University of Technology,Wuhan 430063,China;2.National EngineeringResearch Center for Water Transport Safety,Wuhan University of Technology,Wuhan 430063,China;3.StateKey Laboratory of Maritime Technology and Safety,Wuhan University of Technology,Wuhan 430063,China;4.Hubei Key Laboratory of Inland Shipping Technology,Wuhan University of Technology,Wuhan 430063,China;5.Tianjin Research Institute for Water Transport Engineering,M.O.T,Tianjin 300000,China)Abstract:Navigable tunnel is a new type of navigable buildings that can provide navigation environment for ships to passthrough mountains and valleys.In the event of fire,harmful gases are easy to accumulate,while the escape path forpersonnel is narrow,and emergency evacuation is difficult.In this paper,a typical ship fire and personnel evacuationescape model is constructed for the to-be-built Silin Navigable Tunnel in Wujiang,Guizhou,and the change ofcharacteristic parameters during the development of the fire accident is analyzed.Based on the safety limits of toxic andhazardous gases and temperatures,the risk of personnel evacuation under the influence of factors such as the cross passagespacing and the formation of fleet was evaluated.The results show that:1)When the cross passage spacing is 200 m,thefleet of three cargo ships,or two cargo ships or one passenger ship can meet the safety assessment of personnel evacuation;收稿日期：2 0 2 2-10-2 9基金项目：国家自然科学基金（52 2 7 136 8）；贵州省科技重大专项（2 0 18 30 10）；湖北省自然科学基金计划项目资助（2 0 2 3AFB148）作者简介：邓健（197 7 一），男，教授，博士，研究方向为水上交通安全与环境。E-mail：D e n g j i a n _w h u t a l i y u n.c o m通信作者：曾笑涵（1999），女，硕士生，研究方向为水上交通安全与环境。E-mail：30 47 0 3w h u t.e d u.c n邓19健，等：狭长通航隧洞船息疏散仿真研究2)When the cross passage spacing is 300 m and 400 m,all formation conditions cannot meet the safety assessment ofpersonnel evacuation,and the main risk factor is the continuous inhalation of toxic and harmful gases.Therefore,under thepremise of ensuring safety,a cross passage spacing of 300 m or more should not be set in the tunnel,and it is dificult forpassenger ships to evacuate,so the way of getting off the ship and turning over the dam for transportation should be adoptedto cross the dam.Key words:navigable tunnel;fire accidents;numerical simulation;personnel evacuation船舶通航隧洞在我国内河水运，特别是在高山峡谷河流复杂枢纽建设和梯级开发中出现的一类新型船舶通航设施见图1，由于目前国内外船舶隧洞数量极少，对于隧洞的设计和运营缺乏健全的标准规范进行指导。由于狭长的通航隧洞采用半封闭形式，长度达12 km，而船舶隧洞内发生火灾时火灾功率较高，导致短时间内大量烟雾和有毒有害气体排出困难，同时，隧洞内应急处置和人员疏散难度大，极有可能造成严重的人员伤亡和经济损失。因此，呕须对此问题开展专门研究，为通航隧洞的设计和营运提供指导。图1乌江构皮滩水电站通航隧洞Fig.1Navigation tunnel of Wujiang Goupitan hydropower station1）通航隧洞作为一类全新的通航设施尚无船舶火灾事故的记录，相关研究也极少，但国内外学者针对公路和铁路隧道火灾事故与人员疏散特性进行了大量研究。隧道火灾事故常规的研究手段主要为物理模型试验和数值模拟，其中：物理模型试验大多针对纵向隧道2 、分叉隧道34 和坡度隧道5-6 ，通过设计比例缩小模型隧道，提取影响因素对火灾发展规律、隧道结构可靠性进行研究；数值模拟多采用火灾动力学模拟工具7 8 （Fire Dynamics Simulator，FDS）、计算流体动力学软件Fluent等模拟隧道火灾工况场景，对火灾特征参数的变化进行讨论9。综合来看，数值模拟方法可适用于构建多种隧道场景及火灾工况，为人员安全性评估建立数据支撑。2）对于火灾隧道火灾人员疏散安全评估的研究大多通过数值模拟的研究方法来进行：以FDS、Pathfinder和Fluent为代表的各类仿真软件通过模拟火灾发展的具体过程，对人员安全进行评估。王娅芳等10 通过FDS研究不同风速下CO体积分数、人员接触时间，得出综合影响下的安全疏散参数。王星等 通过Phoenics和Pathfinder软件，以高温CO叠加伤害为原则对疏散逃生情况进行分析研究。XIE等12 使用Fluent软件建立通航隧洞全尺寸模型，对通航隧洞3种典型船舶火灾场景进行人员疏散安全性评估。另外，逐渐建立遗传算法（Genet-icAlgorithm，G A）、粒子算法和神经网络算法模型。GUO等13 采用随机森林和非主导分类遗传算法、ZHANG等14 通过改进的元胞自动机模型、周攀15和陈明仙16 利用蚁群算法构建优化的安全疏散模型，规划人员从火场疏散到安全区域的最佳路径。由于船舶通航隧洞与公路、铁路隧道的风险特征仍存在一定差异，呕需开展专门的研究工作。本文选取乌江思林二线通航隧洞（简称思林通航隧洞)作为研究对象，构建通航隧洞船舶火灾仿真模型对典型机舱火灾事故开展模拟试验。通过分析在火灾发展过程中各项特征参数的变化，评估隧洞在不同船舶编队、不同横通道间距下，人员逃生过程受有毒有害气体累加效应影响时的安全疏散判定标准的满足情况，为通航隧洞应急设计、船舶安全运营的可行性提供建议和论据。1研究对象概况思林二线通航建筑物为待建的乌江级航道建设的配套工程，根据设计方案，采用船闸+通航隧洞+垂直升船机的型式，思林通航建筑物示意见图2。船闸通航隧洞垂直升船机图2思林通航建筑物示意Fig.2Schematic diagram of Silin general aviation building思林通航隧洞设计通航净高为2 0 m，净宽=1.5m（逃生平台）+16.0 m（航道水域）+1.5m（逃生平台），设计水深为5.5m，总长达2 2 0 0 m。隧洞采用双洞单向通航的运行模式，上行隧洞与下行隧洞由横通道连接。思林隧洞横断面结构图见图3。2通航隧洞船舶火灾数值模拟2.1通航隧洞船舶火灾模型2.1.1隧洞模型构建结合思林通航隧洞的基本设计情况，采用FDS中国第47 卷第1期海航20单位：m人行横通道不122兼避难场所1220031.007433.20z431.605不纵向输水廊道44(宽高)1.516281.5161919K+图3思林隧洞横断面结构图Fig.3Cross section of Silin tunnel6.7.9软件搭建1：1比例的思林隧洞几何模型示意见图4，坐标轴原点位于火源中心处。根据思林通航隧洞采用的全射流纵向式通风排烟模式，向隧洞模拟区域注人空气以实现机械排风的效果17 ，隧洞顶部对称等距设置6 组，每组7 个，共42 个SDS系列射流风机，每组风机间隔距离为40 0 m如图4所示，每个射流风机可为通航隧洞提供纵向风量为50m/s。单位：m4004002002004003004001100X-01100图4思林隧洞几何模型示意Fig.4Geometry diagram of Silin tunnel此外对边界条件进行如下设置：1）温度、压强和自然通风：根据实际情况将隧洞内的初始环境温度设置为2 0；初始压强设为101.325kPa；自然通风设为0.5m/s。2）表面材料：隧洞的主体结构为混凝土，表面材料的相关参数设置为CONCRETE；水体参考FDS用户手册18 提供的相关参数设置为WATER。3）模拟时间：根据相关研究，在火灾发生后的10min内是生命安全保障的设计要求的时间，火灾发生后的10 12 0 min是财产保障的设计要求时间，因此，本次模拟将运行时间设置为10 min。2.1.2船舶模型构建思林隧洞所在航道设计为级航道标准，设计船型为10 0 0 吨级单机动船。由于乌江流域主要通航船舶为干散货船和客运船舶，因此，研究选取1000吨级货船和7 0 客位客船作为主要研究对象，代表船型的主尺度参数见表1。2.1.3隧洞火灾工况设定考虑隧洞内单起事故的火灾场景以及火灾对隧洞内人员疏散影响的不利程度，选取船舶位于隧洞中间最不利的情况，隧洞上游风机正向运转，出风方表1代表船型的主尺度参数Tab.1Principal dimensions of representative ship type单位：m船舶类型船长船宽吃水1000吨级货船57.010.82.570客位客船28.03.50.7向为下游方向。相关研究显示19-2 0 ：在各类船舶火灾中，机舱火灾约占6 4.2 9%；货舱火灾约占2 0%；客舱、船员生活区等其他区域火灾约占15.7 1%。因此，结合思林乌江水运以货物运输为主的实际情况，选取货船机舱火灾作为研究的隧洞火灾场景。根据相关研究2 1 表明：船舶机舱发生火灾时，产生的热释放率与火灾起因和范围等密切相关,，所处区间较大。研究基于船舶机舱火灾最不利工况进行设计，假设机舱某处高压燃油管破裂后，燃油由内部压力为3MPa、半径为2 mm的小圆孔中喷射至温度较高的热壁上，形成喷射火的同时在机舱底部形成2 0 m油池，并引发油池火，通过式（1)计算2 1 可得油池与喷射火的叠加效应下火源热释放速率Q为54MW,取值为50 MW。Q=H,X(A C2 p p +m S/1 0 0 0)(1)式(1）中：H。为燃烧热，取值41MJ/kg;X为燃烧效率,取值0.9;A为小孔面积,m；C。为孔流系数，取值0.8 1;p为环境压力,Pa;p为燃油密度，取值940kg/m;m为燃烧速率,取值35g/（m s）;S为油池面积,m2.1.4模型网格划分FDS用于监测大型隧洞火灾中烟气流动和热传递过程时，采用大涡模拟的数值模拟方式，对瞬态流场的捕捉精度较高，计算时间较短。大涡模拟采用混合分数燃烧模型，当燃料与0 2 的混合分数达到某一临界值,两者快速反应形成CO和其他产物,若之后温度足够高且O2量充足，CO将逐步转换为CO,2。在此期间，数值求解主要受到网格尺寸的限制，过于稀疏的网格尺寸大大削弱燃烧的发展过程2 3。因此,考虑到模拟结果准确性和计算运行时间的平衡，需对FDS模拟中的网格尺寸进行讨论，火源特征直径D*的计算见式（2），在网格尺寸介于1/16 1/4D*时精度较高2 4D*=(Q/poC,Tog)(2）式(2)中：Q为火源热释放速率，取值50 MW;P为空气密度，取值1.2 0 5kg/m；C，为空气定压比热，取值1.0 0 5kJ/（k g K）；T。为环境温度，取值邓21健，等：狭长通航隧洞船息疏散仿真研究293.15K；g 为重力加速度，取值9.8 m/s。根据式(2)计算，初步判断网格尺寸介于0.2 91.15m之间，选择4种网格尺寸(0.3m、0.4m、0.5m0.6m)进行网格敏感性分析试验，某时刻不同网格尺寸下的垂直温度曲线见图5。图5中：当网格尺寸超过0.5m时，温度与其他情况下降幅度较大，表明网格尺寸过于稀疏，无法精准捕捉温度场，其余3种网格尺寸观测结果有细微的差距，但从实践的角度来看意义不大，权衡计算时间和模拟准确性，采用0.5m的网格尺寸进行模拟。500F0.3 m0.4 m0.5 m4000.6m0./3002001000246810垂直高度/m图5不同网格尺寸下的垂直温度曲线Fig.5Vertical temperature curves under different grid sizes2.2仿真结果分析基于火灾模型的构建和参数的设定，在人眼特征高度横截面（逃生通道地面上1.7 m处）和隧洞中线纵截面位置设置监测断面，并沿隧洞逃生通道每隔5m设置一个传感器，以监测隧洞内部烟气运移、CO体积分数、温度和能见度的变化情况，为人员疏散安全性分析提供数据支撑。2.2.1烟气运移情况根据上述工况条件，火源周边区域烟气扩散情况和风速随时间分布分别见图6 和图7。1）火灾发展初期，射流风机提供风量存在一定滞后，火源处产生的烟气不能被及时吹向下游，烟气最大回流距离约为115.0 m。2）大部分烟气向隧洞下游扩散，部分烟气下落至逃生平台，烟气出现分层结构，上层烟气厚度约为6.5 m。3）随着通风的持续进行，隧洞内风速逐步提高并达到一个相对稳定状态,随着隧洞内风速的增加，t-100st-200st-300s-600s图6火灾烟气扩散情况Fig.6Fire smoke spread单位：m/s5.04.54.03.53.02.52.01.51.00.50t-100s(-150st-200s=600图7风速随时间分布图Fig.7Wind speed-time distribution diagram烟气回流得到有效抑制。4）火灾产生的所有烟气均向隧洞下游扩散，由隧洞出口排出，至隧洞出口的时间为2 6 0 s。2.2.2CO体积分数分布火灾发展过程中，隧道中线纵截面处的CO体积分数随时间分布见图8。试验结果表明：受射流风机纵向风速对烟气的作用，隧洞下游受影响较大，隧洞上游区域CO体积分数几乎为O，高浓度区域均位于隧洞下游。火灾发展初期，隧洞下游CO体积分数迅速上升，至2 6 0 s时隧洞内CO体积分数达到最高4.110 3L/L，人眼特征高度层CO达到最高体积分数3.7 10 3L/L；后期烟气分层现象渐渐消失，火源周围CO体积分数保持在310 3L/L，隧洞下游大部分区域的CO体积分数约在2 10 3uL/L。单位：10 L/L4.03.63.22.82.42.01.81.61.20.80.40(-100st-200s-300st-600 s图：CO体积分数随时间分布图Fig.8CO volume concentration-time distribution diagram2.2.3温度分布人眼特征高度离火源最近监测点的温度随时间变化曲线见图9。图9 中：从6 4s到145s，温度迅速上升，在短时间内出现多次快速上升和下降波动，最高温度可达58.0 7，并在此阶段后期18 s内，温度由最高点骤降至约2 2 C;145s后，温度继续处于稳定状态，稳定期内温度不超过2 5。70600./50403070288482030m0./-20m-10mx-=0mx=10m200100200300400500600t/s图9隧洞各点温度随时间变化曲线Fig.9The temperature of each point in the tunnel-timedistribution diagram中第47 卷第1期国海航222.2.4能见度分布随着烟气的扩散沉降，通航隧洞内能见度不断降低，隧洞内的能见度随时间分布图见图10。由于通风系统控制烟气向隧洞出口扩散，因此，隧洞左侧区域几乎不受烟气影响，能见度较好，维持在30 m以上；右端能见度下降明显,2 0 0 s时小范围区域内能见度下降，6 0 0 s时出口附近范围能见度极低，降至4m以下。单位：m3027242118151296301-100s1-150s-200s-600s图10能见度随时间分布图Fig.10Visibility-time distribution diagram2.3可用安全疏散时间火灾事故发展导致的低能见度并不会导致人员的失能或死亡，但却为逃生人员寻找和导航逃生路线增加了难度，导致逃生时间和接触有害产物的时间大大延长。持续吸人有毒燃烧气体是火灾事故中最常见的死亡原因。因此，为确保发生火灾时人员疏散区域在逃生时间内相对安全，以分数有效剂量（Fr a c t i o n a l Ef f e c t i v e D o s e，D Fe）、克拉尼公式作为人员安全逃生的判断标准2 5】,以获得可用安全疏散时间(Available Safe Egress Time,tAse)。DEE,tot是一个用于测量人员在失能或死亡之前吸收的有毒产物，是预测暴露于有毒气体的居住者的失能或死亡的指标。在消防工程师协会（Societyof FireProtectionEngineers，SFPE）提供的防火工程手册中2 6 ,运用CO、CO,和O,的浓度计算D;totDrE,olt=DrE,co Vco,+DrE,02(3）(4)XDexp(0.190 3 Vco2+2.000 4)Vco2(5)7.1DFE,02t(6)exp8.13-0.54(20.9-Vo,)式（3）式（6）中：Vco为2 0 下CO的体积分数;t为时间,min;V为每分钟呼吸的空气量，逃生时取参考值2 5L/min;D为暴露剂量，逃生时取参考值30L/min;Vco,为乘法因子;Vco,为CO,的体积分数；Vo2为0 2 的体积分数。在SFPE和ISO13571中建议将Dre=1作为一般人群的阈值标准，超过限值将导致人员失能或死亡。火源附近人眼特征高度处CO、CO 2 和O2的体积分数和相应Dre指标见图11。DrE,co和DrE,0,随气体体积分数变化和时间的推进逐渐累加，6 0 0 s时分别达到0.8 1和0.0 1,可见火灾CO产物对人体安全的影响占绝对性，0，浓度的波动仍在可承受范围内，对人员安全影响极小，如图11a和图11c所示。Vco,仅随CO,体积分数变化波动，中后期数值稳定约在1.35,通过与DrE,co相互作用直接影响总DrE的累积速度如图11b所示。根据式（3）计算有毒有害气体总Dre结果如图11d所示，由于火灾发展初期1min内CO产生量极少,COz和O,体积分数也基本保持稳定，该时段的总De数值几近为0，对逃生人员产生的影响可忽略不计；火情发展到约2 50s，原本应向隧洞上游蔓延的有毒气体，在射流风机的作用下，短暂汇集在下游靠近火源处，CO体积分数即迅速攀升至顶峰3.7 10 L/L,CO，和0，体积分数也随之增长和骤降到1.7 10 L/L和1.7 7 10L/L，此时总De约为0.3，已对逃生人员的安全产生一定的影响；随后，由于射流风机持续的风速影响，隧洞下游的气体体积分数分布紊乱加剧，气体体积分数开始有不规则的上下浮动，但总体趋于保持稳定。综合以上气体体积分数的变化趋势，由图11d可知：在57 0 s时，总De值为1.0 3，将会导致人体的失能或死亡。根据克拉尼公式可绘出环境温度与忍耐时间的极限值曲线2 7 。如果发生火灾时,某处的温度变化曲线均位于该极限值曲线下方，即各个时刻的温度均小于极限忍受温度，那么该处的逃生人员将不会因高温而失能或死亡。极限值曲线及x=30m处温度与时间关系图见图12，由图12 可知：该点的温度变化曲线始终位于极限值曲线以下，且有相当一段余裕，曲线下方代表安全区域。考虑到火灾发生后x=30m是隧洞内温度最高的位置，同一时刻下其他位置温度均低于该处，可确定整个隧洞内的逃生人员不会因为高温而失能或死亡。综上，tAse是指从火灾发生到某项特征指标达到危险限值所经历的时间，有tasE=min(t,t2)(7)式（7)中：t为Dre从0 累积到1的时间，s;t2为温度因素，人体在高温下的极限忍受时间，s。各观测点的tAsE见图13。该点在57 0 s时超过安全限值，因此，t=570s。由图13可知：火灾事故中该点的温度变化始终低于安全极限曲线，故t600s。因此，该点的tAse主要通过Dre值来进行判定，为57 0 s。综上，各观测点的tAsE按照上述步骤计算见图13。邓23健，等：狭长通航隧洞船舶火灾人员应急疏散仿真研究4.0103+Vco1.02.0104-Vco1.5DFE.CO+Vco23.21030.81.61041.4(1/Tm)/0A(1/m)/00A2.41030.61.21041.331.61038.0 x1031.28.01020.24.01031.101.00100200300 4005006080100200300400 500 600t/st/s(a)CO 体积分数与 DrE,co(b)CO,体积分数与 Vco22.10105Vo20.0101.2-DFE2.05105+DFE,O21.00.0082.00105(1/Tm)/A0.81.951050.0060.61.901050.0040.41.801050.0021.801050.21.7510501002003004005006080100200300400500600t/st/s(c)02 体积分数与 DrE,02（d）总Dre随时间变化图11相关参数及DFE变化曲线Fig.11Relevant parameters and Dre variation curve200F一一极限值x=30m150100500246810t/min图12 x=30m处温度与时间关系图Fig.12The relationship between temperature and timeat.x.=30.m600-tASE590580570560550-1000-50005001000观测点/m图13各观测点的tASEFig.13Available safe evacuation tasE3通航隧洞人员疏散研究3.1通航隧洞人员疏散模型根据思林隧洞的工程设计方案，将模型的横通道沿中线对称分布，间距设定为2 0 0 m、30 0 m 和400m，数量根据间距调整为10 个、8 个和6 个，净宽度设定为2 m。隧洞单洞允许多船前后单向通过，考虑船舶制动等方面对船舶航行安全的影响，隧洞内两船间的距离控制在30 0 m。当横通道间距400m时，隧洞船舶火灾人员疏散仿真模型示意见图14，船舶火灾发生时，逃生人员沿箭头方向通往横通道进行疏散。单位：m上游区域下游区域横通道横通道棋通道通道通下游区域300300300300驶出上游区域X=-1000X=-600X=-200X-200X-600X=1000图14疏散仿真模型示意Fig.14Schematic diagram of evacuation simulation model根据乌江流域设计船舶和内河船舶最低安全配员标准，试验设定货船船员组成为5名成年男性，客船船员组成为4名成年男性。客船乘客包括成年男性、成年女性、老人和儿童，综合相关文献28,考虑人员性别、年龄和能见度等因素对人员逃生速度的影响，最终考虑人员疏散初始速度设置见表2。表2 人员疏散初始速度设置Tab.2Initial speed setting for personnel evacuation人员类型老人成年男性成年女性儿童移动速度/(m/s)0.71.00.90.8中国海第47 卷第1期航24由于火灾发展会造成能见度的骤降，人员逃生往往不能保持初始速度，研究在仿真过程中根据设定无烟状态下人员逃生的初始速度，每个人员在烟雾中的实时逃生速度2 9 为v=min(vo,max(0.2,Vo-0.34 (3-Vis)(8)式(8)中：为表2 内人员疏散初始速度，m/s;Vs为人员所处位置的能见度，m。根据式（8）计算得到各类人员逃生速度随能见度变化见图15。1.2一老人1.0一儿童一成年女性(s/)/单平驱0.8一成年男性0.60.40.21100.51.01.52.02.53.03.5能见度/m图15不同能见度下的人员逃生速度Fig.15Personnel escape speed under different visibility由于火源位置设定位于隧洞中心，隧洞上游船舶将继续航行直至驶出隧洞，而处于下游的船舶将出现阻塞而滞留在原地，受困人员只能通过逃生平台至横通道或隧洞出口进行疏散。因此，人员载荷需综合考虑下游3艘船舶的组成和船舶配员情况，并结合横通道间距设置以下9组疏散模拟试验方案见表3，其中，下游编队由船舶进人隧洞的先后顺序进行说明。表3正疏散模拟试验方案Tab.3Evacuation simulation experiment plan下游编队载荷/人横通道间距/m试验编号3艘货船15200,300,4001.2.32艘货船、1艘客船84200,300,4004,5.61艘货船、2 艘客船153200,300,4007.8.9火灾发展过程中，从船舶发生火灾事故到人员开始逃生动作，这个过程所需的总时间为人员反应时间，主要包含火灾预警时间和预动作时间两部分见图16。通航隧洞内通常设有火灾应急系统，且船舶火灾比较容易被发现，同时，隧洞结构简单，但客船上的乘客对报警系统和疏散方案不太熟悉，通过声音广播发布警报，综合考虑上述因素将火灾预警时间取12 0 s30-31。对于船舶火灾事故而言，预动作时间主要是指停船以及放置船舶与逃生通道间临时通道的时间，通过船舶操纵仿真模拟试验测得各种状态下所需的最长预动作时间为38 s。综上，从火灾发生到疏散开始的人员反应时间设定为158 s。发出报获得火达到耐受起火警信号灾信息确认火灾疏散开始疏散结束极限火情发展探测时间报警时间识别时间停船时间运动时间安全裕量火灾预警时间（12 0 s）预动作时间（38 s)人员反应时间(158 s)必须疏散时间可用疏散时间图16火灾发展过程Fig.16Fire development process3.2疏散仿真结果分析基于图15中的各类人员逃生速度及表3中9组仿真工况的设定，模拟试验获取的疏散情况结果见图17。160c153200m300m-400m120丫/深丫真84804015020040060080010001200t/s图17不同工况下的人员疏散情况Fig.17Evacuation of personnel under differentworking conditions由图17 可知：各疏散工况下货船及客船人员逃生的最大必须安全疏散时间（Required SafeEgressTime,trse)见表4。表4最大必须安全疏散时间Tab.4The maximum necessary safe evacuation time单位：s试验编号货船客船1421257038304421529557086068301 0417421732857087498301 066邓25健，等：狭长通航隧洞船舶火灾人员应急疏散仿真研究从上述的试验结果表明：1）由同一船舶编队、不同横通道间距情况下的试验结论可知：同一船舶编队下横通道的间距越小，疏散所需时间也越短；不同横通道间距下，人员在逃生平台上的移动距离不同，逃生时的能见度不同导致移动速度也不相同,因此，人员安全疏散所需总时间存在差距。2）由同一横通道间距、不同船舶编队情况下的试验结论可知：同一横通道间距，客船数量与最大tRse成正比。当隧洞内存在客船时，人员载荷大大增加，且由于客船上存在老人和儿童旅客，大部分乘客未经过专业的逃生训练演习，使客船的疏散效率远小于货船的疏散效率，需要的安全疏散时间大大增加。3）由货船的试验结论可知：不同船舶编队情况下货船的tRsE没有变化。在含有货船的编队情况中,起火货船周围能见度的降幅极大且速度极快,其中，逃生人员的疏散速度相较更低，导致tRsE较其他位置的货船更长。因此，处于着火船舶中的逃生人员受危险程度最高、疏散情况最为紧急。4人员疏散安全性分析目前，国际上公认的人员安全疏散的性能化判定标准为tASE必须大于tRSE，有tRSEEtASE(9)式(9)中：在进行通航隧洞人员安全疏散判断时，tRsE为最后隧洞逃生人员撤离的时间;tAse为隧洞达到危险状态的时间。要确保思林隧洞人员的疏散安全，tAsE的最小值要求高于tRsE的最大值，通过计算对比试验数据可知，仅有试验1和试验4满足安全疏散要求；其余试验结果均不符合式（9），逃生难度大。由此得出，思林通航隧洞横通道间距取2 0 0 m时，能基本满足火灾时除客船情况外的人员安全疏散准则要求。5结束语本文通过构建通航隧洞船舶机舱火灾模拟试验以及考虑船舶类型、疏散人数和横通道间距的9组模拟疏散试验，对可用tAsE和tRse进行评估，分析是否满足人员安全疏散的性能化判定标准，研究得出以下结果：1）火灾事故特性方面：船舶机舱火灾发生初期，烟气生成较少且集中于隧洞上方，沿着射流风机的送风方向蔓延，并出现部分烟气回流现象；后期在重力和风力的作用下，烟气分层现象遭到破坏，回流现象得到抑制逐渐消失，且部分烟气下沉至隧洞下层的人员逃生平台，导致CO体积分数和能见度的不利程度逐步上升，人员安全疏散风险愈来愈高。2）人员安全性评价：伴随火灾事故的发展，火源周边及下游部分区域CO、CO 2 体积分数迅速升高、0 2 体积分数迅速降低，有毒有害气体的累积在火灾发展57 0 s时将超过安全限值，极有可能导致人员的死亡和失能；隧洞内环境温度始终保持约在50，对于人员安全疏散的影响不大。3）应急疏散建议：在人员疏散过程中，隧洞内能见度不断下降将导致逃生速度降低，缩短横通道间距是减小火灾条件下人员逃生时间的最有效途径之一，根据tRsE与tAse的比对情况，思林通航隧洞取300m及以上横通道间距时，无法满足火灾时的人员逃生需要；当客船通过隧洞时，人员载荷极大增加，难以满足安全疏散准则要求，因此，客船在通过隧洞时，船上人员应下船采用翻坝运输，参考文献1干伟东，李延伟，乔华倩隧洞通航风险评价指标体系构建J船海工程，2 0 2 1，50（1）：12 2-12 5.GAN W D,LI Y W,QIAO H Q.Construction of riskassessment index system of ship in navigable tunnel J.Ship&Ocean Engineering,2021,50(1):122-125.(in Chinese)2LI Y Z,LEI B,INGASON H.Study of critical velocityand backlayering length in longitudinally ventilatedtunnel firesJ.Fire Safety Journal,2010,45(6):361-370.3YANG X，LU O Y,LI Z,e t a l.Ex p e r im e n t a linvestigation on the smoke back-layering length in abranched tunnel fire considering different longitudin