英语原文共 17 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

一种系统性评估船舶设计中人为因素影响的方法

S.J.Deere，E.R.Galea，P.J.Lawence

英国伦敦格林威治大学消防安全工程组，SE10 9LS

2007年2月12日收到；2007年12月10日收到修订版；2007

年12月11日录用，12月23日网上可获取

摘要

使用模拟软件(如maritimeEXODUS)评估船舶总布置对人为因素(HF)的影响是一个漫长而复杂的过程。分析时需要识别评估相关的场景：包括疏散时和正常行动时；制定适当的措施，用以规范船员的素质和船舶的性能；最后，得到大量模拟数据的解释。目前，唯一商定的准则中评估船舶设计中有人为影响的性能则是疏散。因此 ，由一位船舶设计师得出的总体适用性的结论可能与另一位设计师得出的结论大相径庭。任务的复杂性随着样本空间的大小和复杂性的增加以及考虑的评估场景的数量和类型的增加而增加。同样的，对船舶操作员来说，为新的概念船设定人为因素设计目标也是极其困难的。船舶工程师面临的挑战是开发一种程序，该程序能够准确、快速地评估与船舶总布置和船员操作程序相关的人为因素问题。本文提出了一种系统、透明的船舶设计人为因素性能判别方法，该方法是用一艘假想海军舰艇的两个变种来演示的。

copy;2007年爱思唯尔公司，保留所有权利

关键词：疏散分析；疏散仿真；人为因素；造船工程；船舶设计；行人动力学

1.引言

船舶结构的改变，如船体形状、长度、宽度、尺寸和内部隔间的位置，对船舶的稳性、动力、耐波性和强度有直接的影响。这些传统的设计参数很容易理解，可以用一种相对直接的方式确定。同样，在修改船的内部结构时，确定有些东西，比如人为因素(HF)可能带来的好处或坏处也很重要。如何评估这些方面还不太清楚。本文提出了一种基于计算机仿真的船舶设计人为因素性能评估方法。

对船舶内部布局或操作程序的修改将对船员和乘客产生很大影响，进而影响紧急情况下的整体安全水平和正常情况下的操作效率。用于执行特定任务的程序，如疏散或准备船只行动，可以修改以提高执行这些任务的效率。同样，改变客舱、公共设施、走廊系统、楼梯、集合地点等的位置，将直接影响船员和乘客在紧急情况下安全、有效地撤离船舶的能力。此外，对于客船来说，餐厅、电影院、酒吧等公共空间的大小、位置和配置将影响在NOP下进出、填充和清空的便利性。这将反过来影响船舶的操作特性。海军舰艇,车厢的位置和分布可能影响机组从一个状态到另一个状态的最小数量,它也可能影响在各种不同的条件安全、高效地运行下所需的人员的最小数量。这些因素将对船舶的整体运行效率、完成指定任务的能力以及与船员需求相关的寿命成本产生影响。

还应注意的是，配置上的变化可能会对人类活动的其他方面产生负面影响，比如集合时间等方面的改善，比如公共空间的便捷性等。

先进的船舶疏散模型如maritimeEXODUS可用于确定客船[1-4]和舰艇[5]在紧急情况下的人员表现，以及客船和舰艇人员的正常流动[5,6]。常见这种类型的模型代表了人口的能力作为一个独特的个人互动的集合,能够代表的空间的详细个人交互(即空间)的模型应该离散表示和指定的个人或团体的能力个人特定的任务来完成场景的一部分(参见[7,8]中对模型类型的综述)。这些模型产生各种各样的模拟输出,如组织时间,拥堵的经验水平,进行特定任务所需的时间,完成特定任务的操作数,行驶距离由个人在实现目标,造成火灾,可能的死亡人数可能损伤水平持续从火等。随着所研究的不同场景的数量的增加，输出数据的量也随之增加。因此，在大范围的场景和性能要求下，一致地评估人为因素性能的变化与容器配置的变化之间的关系变得越来越困难。

因此，所面临的挑战是开发一种程序，对人为因素仿真模型产生的大型模型输出进行准确和快速的评估，并确定对船舶布局或操作程序的特定修改是否会在一系列潜在的竞争需求下提高人员性能。

在这篇论文中，我们探讨了一种方法来评估由于船舶配置或船员程序的变化引起的性能的变化。此外，该方法旨在确定对配置进行更改是否会带来净收益，并确定可以改进性能的特定领域。因此，该方法的目的是诊断和区别。确定的方法学是作者和伦敦大学学院设计研究中心(DRC)合作项目的一部分，由英国EPSRC资助，MoD[9]提供支持。虽然所提议的方法在本质上是通用的，但是发展的重点是海军舰艇，以证明一套苛刻的舰艇操作的概念证明。该方法在某些方面类似于建筑物消防安全等级的加权评分方案，在建筑物中，某些消防安全措施的存在或不存在将获得分数，而特定措施的相对重要性则由指定的权重[10]表示。这类方案在火灾风险定量评估中很常见，有时被称为“索引方案”[11]。这些方案与所提议的方法之间的一个关键区别是，性能度量是直接从选定场景的详细计算机模拟中确定的，而不是从过去的性能经验或专家判断中确定的。

2. 评估人为因素绩效的方法

为了测量船舶的人为因素性能，有必要定义一系列相关的评估场景(疏散场景)，以便对船舶进行测试。这些场景旨在定义的范围船舶将受到的挑战。为了评估船舶在一系列标准下的性能，疏散场景由疏散和NOP场景组成。

相关的疏散场景可能包括MSC通告1033[12]所要求的疏散场景，也可能包括IMO昼夜疏散场景或相应的海上疏散场景。NOP方案取决于船舶的性质和船级。例如，游轮应用程序可能需要的时间清空电影院是最小化的，而海军舰艇可能需要手表的变化在规定的时间内完成。

除了定义疏散场景之外，还必须定义一系列性能度量(评价指标)，这些度量在执行与疏散场景相关的任务时人员性能的各个方面。用于客船疏散场景的评价指标可能包括完成组装过程所需的时间，而对于海军舰艇NOP场景，打开和关闭水密门(WTD)的总数可能是相关的。船舶布置的适宜性将通过执行环境影响评价所产生的评价指标的一些组合来评估目的的适宜性。

综合而言，疏散场景和评价指标的特殊组合产生了对船员和船只性能的有意义的度量，这被称为人类评价指标。显然，人类评价指标将特定于被调查船只的类型和等级，因此，航空母舰与潜艇将有不同的人类评价指标。然而，人类评价指标的基本概念对所有类型的都是通用的，组成人类评价指标的一些组件在不同的船舶类型之间可能是相似的。人类评价指标通过系统地评估一个布局设计与另一个布局设计的优劣来工作，不管这是同一设计的两个变体还是两个完全不同的设计。

在这篇论文中，我们将集中讨论海军舰艇的应用，特别是护卫舰型水面舰艇。

2.1. 人类评价指标的组成部分

为了演示人类评价指标的概念，我们定义了海军水面战舰(即护卫舰级舰艇)的人类评价指标的关键组件。

2.1.1. 评估场景

为了评估船舶在一系列标准下的性能，疏散场景包括疏散和NOP场景，如表1所示。NOP场景表示船员在船舶周围执行特定任务的情况。海军舰艇NOP场景的一个例子是“状态1准备”。在这次演习中，这艘海军舰艇做好了作战准备。这种情况忽视了正常的非必要任务，并将人员、设备、机械和水密完整性组织到最高的准备状态，以应对任何可能发生的紧急情况。在这种情况下，工作人员要做的工作包括检查所有的消防设备，关闭所有的水密门，保护所有的松动物品。NOP场景的另一个例子是全面检查。在这种情况下，船舶伴行检查船上的每个隔间，寻找潜在的损害。

表1

评估场景示例表

疏散场景包括准备弃船的人群。在许多情况下，在弃船之前，人们会聚集在一个应急站。北约海军正在为海军舰艇[13]的撤离设定标准制定规则，很像国际海事组织MSc通告1033[12]。从本质上讲，这是几种不同的场景，用来测试船只的疏散效率是否合适。不同的场景在船舶的初始位置和WT完整性条件下是不同的。舰艇有三个等级的水密完整性;X, Y, Z。一个W水密完整性条件的X表明，所有的水密门可以不加锁和打开。这通常是船只在安全水域的情况。水密完整性条件Y允许部分水密门处于开放状态。最后，在水密完整性条件Z下，关闭所有水密门。

《海军舰艇规范》(Naval Ship Code)草案[13]建议对最初处于三种不同状态的船员进行疏散分析，即“正常日间巡航”、“正常夜间巡航”和“行动站”。在“正常日巡航”的情况下，船员的位置不一定是已知的，因为船舶的放松性质，虽然他们通常会在一个特定的区域内，例如在一个特定的水密区。船员中只有一半人在值班，另一半人可能在船舱、餐厅或船上其他任何地方。在基于海军的撤离场景中，当警报响起时，船员们会转移到他们的应急站，等待弃船的命令。

在表1中列出了一些疏散场景，可以作为人类评价指标的一部分来评估海军水面作战人员的表现。在本文中，我们将给出一个使用一个疏散和一个NOP的应用实例。疏散场景基于海军舰艇代码“正常日巡航”场景，而NOP 疏散场景是“状态1准备”场景。

2.1.2. 功能组

由于船舶补体的成员在特定的疏散场景中可能参与不同的任务，所以船舶补体被划分为不同的子组。每个子组的成员资格由特定环境中的个人承担的任务的性质决定，每个子组由承担公共任务的人组成。这些子群被称为功能组。功能组的引入使得分析可以集中在重要的船员亚群的表现上，当考虑到船舶的整体性能时，他们的贡献可能会超过其他功能组或被其他功能组所淹没。

功能组的一个例子是“损害控制和消防”组。这个功能组有责任在发生损坏的情况下保持船只的操作能力。损害控制和消防小组的每名成员均接受了全面训练，包括灭火、修复船体结构、处理水浸、检查流动泵等所有灭火设备是否运作正常、检查通讯等。火灾损失控制和消防功能组是一个典型的功能组在循环系统中的应用。

除了由特定的子种群定义的功能组外，所有疏散场景中还包括一个特殊的功能组，即船舶伴行。与其他识别特定亚群的功能组不同，此功能组用于表示整个船的总体。当作为一个整体时，它被用来提供对船舶人员的性能的一个全面的测量。

在实际操作中，船上可能有许多功能组，这些功能组的性能必须加以评估。每个疏散场景必须至少有一个功能组，每个疏散场景可以使用不同的功能组。在不同的疏散场景中，机组人员可以处于不同的功能组中，例如，在一个循环场景中，机组人员可以处于“损害控制和消防”功能组中，然后在疏散场景中处于疏散功能组中。表2列出了海军战斗员可能使用的功能组。本文将利用功能组;“船舶伴行”和“损害控制和消防”。

2.1.3.评价指标

评估每个成品的性能在每个疏散场景,一组评价指标已经定义,每一个都独一无二的评估场景的一个特定方面,无论是个人走多远为了履行自己的义务或需要多长时间完成分配的任务,如关闭所有水密门。每个评价指标返回一个由疏散场景的计算机模拟确定的值，然后该值部分用于完成人类评价指标。在疏散场景中，评价指标值越高，功能组的性能越差。总的来说, 评价指标s提供了对容器性能的洞察，以及区分不同设计的方法。

大约31点已经被定义，用来评估护卫舰船员的许多方面的表现。这些评价指标是与我们在皇家海军的项目合作者一起定义的，并被认为代表了正在考虑的船舶类型的相关性能指标。评价指标可以是维度参数，也可以是非维度参数。尺寸参数是用SI单位来测量的，比如“移动的距离”，而非尺寸参数只是返回数值参数，比如“使用的WTD门的数量”。大多数经前综合症都与一个特定的主题相关，因此被分成不同的组。目前，已确定6个评价指标小组，涵盖以下标准;拥挤，环境，程序，人口，几何和一般。本文分析中使用的评价指标的选择如下所示，并在表3中进行了总结。

表格2