一种客船人员疏散安全性能快速评估方法

本发明涉及船舶性能化设计，尤其涉及一种客船人员疏散安全性能快速评估方法。

背景技术：

1、目前，为保证客船运营阶段的安全性，在船舶设计阶段就需考虑疏散性能，评估校核船上舱房、餐厅、剧院等空间的布局和楼梯、走廊、门道等通道的设计。在发生数起造成大量人员伤亡的海难后，国际海事组织(international maritime organization，imo)发布并逐步完善了客船疏散分析指南，明确和加强了船舶设计过程中对疏散安全性的考虑。指南最新修订版为2016年发布的msc.1/circ.1533，于2020年对新造客船强制施行。

2、imo指南为客船设定了疏散性能标准：对于客滚船或主竖区不超过三个的客船，总的疏散时间不超过60分钟；对于主竖区超过三个的客船，不超过80分钟。指南设定了计算和评估疏散时间应考虑的基准场景，包括主要夜间场景、主要日间场景、次要夜间场景和次要日间场景等，各场景下乘客和船员的分布、反应时间以及所需考虑的船舶空间有所差异。与此同时，指南提供了两种可选的分析疏散性能的方法，基于水力网络的简化方法与基于计算机仿真的高级方法。相比于考虑详细船舶布局和人员特征的高级方法，简化方法将船舶通道简化为水力网络，将疏散人员抽象为同质流体，原理清晰、易于运用，只需手动计算即可得出疏散时间。简化方法借鉴了陆上建筑疏散性能评估方法，具有较强的实践性，该方法在客船性能化设计中，尤其是在船舶设计初期，被广泛应用于疏散性能评估。

3、就现有技术而言，采用imo简化疏散分析方法评估客船疏散性能仍然存在以下问题：该方法仅考虑时间作为疏散安全性能指标，较为单一，没有量化评估拥堵和逆流等指标，而拥堵和逆流可能会严重影响疏散过程，甚至导致踩踏事故发生；该方法依赖手动计算，过程繁琐，需要处理大量的数据输入和输出，计算周期较长、容易出现错误，导致最终的疏散评估不准确；同时，当船舶布局或疏散方案改变时，疏散网络需要重新绘制或进行较大调整，无法实时捕捉疏散性能的变化，降低船舶设计和应急管理效率。

技术实现思路

1、发明目的：本发明的目的是提供了一种客船人员疏散安全性能快速评估方法，能够结合客船舱室和通道布局以及人员分布，基于imo疏散分析指南中的水力网络模型，对客船的人员疏散时间、拥堵程度和逆流状况等安全疏散性能进行快速的评估，实时评估客船空间布置和疏散方案的合理性，从而降低客船人员疏散的安全隐患。

2、技术方案：本发明所述的一种客船人员疏散安全性能快速评估方法，包括以下步骤：

3、(1)通过邮轮总布置图和疏散规划方案采集客船疏散空间分布信息、人员分布信息和疏散规划方案信息；

4、(2)根据采集到的信息确定表示船舶布局要素的节点，并构建基于水力模型的疏散网络；

5、(3)结合疏散网络结构及其中的人员分布信息、节点几何参数，初始化起始节点并计算其他各节点的人流参数；

6、(4)根据各网络节点的人流参数，分别计算疏散时间、拥堵程度和逆流状况等性能指标；

7、(5)结合各性能指标计算结果和imo疏散指南设定的准则，评估客船疏散性能是否达标，并分析布局设计和疏散规划中可能存在的问题。

8、进一步的，步骤(1)中，客船总布置图获取的信息包括：各层甲板编号、主竖区分隔位置、乘客舱房和船员舱房的位置和类型、防火门位置、舱房区域和各公共空间面积、逃生通道和楼梯位置；从疏散规划方案获取的信息包括：集合站位置和容量、各区域甲板、人员的指定集合站和集合路径，区域甲板是由主竖区和甲板的纵横分隔产生。

9、进一步的，步骤(2)中，船舶布局要素的节点包括：舱房区域走廊、连通两层甲板的楼梯、集合站、各公共区域以及连接平面空间的通道和门；根据以上节点，基于imo水力模型构建自适应的疏散网络，包括：stair up和stair down节点、可根据疏散方案划分的corridor节点、潜在的逆流path和stair节点、各节点间的有向连接线。

10、进一步的，步骤(3)包括以下步骤：

11、(31)根据各区域甲板的指定集合站情况，划分舱房区域的corridor节点，确定各节点的长度、宽度和面积等几何参数以及初始节点中的初始人数；

12、(32)根据初始节点的初始人数和面积，计算初始人员密度d，进而通过下式计算初始特定流量fs和初始速度s：

13、

14、

15、(33)根据初始特定流量和疏散网络人流方向，依次计算网络各节点参数，包括计算流量fc、特定流量fs、人员速度s、人员数量n；具体如下：

16、首先，计算初始节点的流量，由下式可得：

17、fc＝fswc        (3)

18、其中，wc(m)表示布局要素的净宽度；其中，布局要素门、走廊、楼梯；

19、然后，人流从初始节点移动到其他节点，继续沿网络流动，最后汇聚到表示集合站的节点，流动过程中计算流量遵循以下流量守恒定理：

20、∑fc(in)i＝∑fc(out)j      (4)

21、其中，fc(in)i表示到达流，fc(out)j表示离开流。

22、其次，根据计算流量和公式(3)确定特定流量，当特定流量超过限定最大值时，设定其为最大值，不同节点类型特定流量最大值如下式：

23、

24、最后，根据特定流量和节点类型，可计算人员速度：

25、

26、

27、

28、各节点的人员数量由疏散规划方案以及节点所表示的布局要素的净宽度确定，当多个离开流通向同一节点时，各离开流的人员数量与净宽度大小成正比。

29、进一步的，步骤(4)包括以下步骤：

30、(41)根据得到的节点人员速度、人员数量参数，计算人流在各节点的通过时间tflow和移动时间ttravel：

31、tflow＝n/fc        (9)

32、ttravel＝l/s        (10)

33、其中，l表示节点的长度；

34、(42)每个初始节点，通过下式计算人员到达集合站的总时间ttotal：

35、ttotal(i)＝ttravel(i)+ttravel(imax)+max (tflow(i),tflow(imax))  (11)

36、其中，节点imax是节点i所通向的节点中ttotal最大的节点，该式是一个递归计算公式，当节点imax类型为assembly时即逐步返回计算值。

37、(43)确定用于评估疏散性能的疏散时间t、拥堵程度c、逆流状况f：

38、t＝(γ+δ)max (ttotal)      (12)

39、其中，γ为修正系数，δ为逆流修正系数；max(ttotal)为各节点总时间的最大值；

40、c＝∑ci        (13)

41、

42、其中，ci为节点i的拥堵程度衡量值，di为节点的初始密度，δfc为该节点进入和流出的计算流量之差，当进入该节点的特定流量超过最大特定流量时，进出的计算流量值将出现偏差；

43、f＝∑fi        (15)

44、fi＝min(na,nb)/wi      (16)

45、其中，fi为逆流节点对i的逆流状况衡量值，na和nb分别为节点对中的两个节点的人员数量，wi为节点对的净宽度。

46、进一步的，步骤(5)具体如下：结合imo疏散指南中设定的性能衡量标准，评估各项疏散性能指标是否达标，包括疏散时间t(s)、拥堵程度c和逆流状况f：

47、1.25(r+t)≤tlimit     (17)

48、

49、

50、其中，r为人员的反应时间，根据夜间疏散或日间疏散场景确定；nmvz为客船的主竖区数量；当疏散时间不达标时，对各节点的ttotal进行排序，分析ttotal较大节点的累积通过时间和累计移动时间，识别布局设计和疏散规划中存在的问题；

51、c≤0.1nitem      (20)

52、其中，nitem为疏散网络的总节点数。当拥挤程度指标过大时，对个节点的di和δfc

53、分别进行排序，分析di和δfc较大节点的位置分布，识别布局设计和疏散规划中存在的问题。

54、f≤max (ttotal)     (21)

55、其中，max(ttotal)为各节点总时间的最大值。当逆流状况不达标时，对各逆流节点对的fi进行排序，分析fi较大节点对的位置分布，识别布局设计和疏散规划中存在的问题。

56、本发明所述的一种客船人员疏散安全性能快速评估系统，包括：

57、信息采集模块：用于通过邮轮总布置图和疏散规划方案采集客船疏散空间分布信息、人员分布信息和疏散规划方案信息；

58、疏散网络模块：用于根据采集到的信息确定表示船舶布局要素的节点，并构建基于水力模型的疏散网络；

59、人流参数模块：用于结合疏散网络结构及其中的人员分布信息、节点几何参数，初始化起始节点并计算其他各节点的人流参数；

60、指标模块：用于根据各网络节点的人流参数，分别计算疏散时间、拥堵程度和逆流状况性能指标；

61、评估模块：用于结合各性能指标计算结果和imo疏散指南设定的准则，评估客船疏散性能是否达标，并分析布局设计和疏散规划中可能存在的问题。

62、本发明所述的一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被加载至处理器时实现任一项所述的一种客船人员疏散安全性能快速评估方法。

63、本发明所述的一种存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现任一项一种客船人员疏散安全性能快速评估方法。

64、有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：构建基于imo水力模型的自适应疏散网络，将船舶的公共空间、走廊、楼梯、集合站抽象为网络的节点，初始化各起始节点并计算其他节点的通过人数、行走速度、特定流量、计算流量等人流参数，进而构建递归方法计算各起始节点所需疏散时间，并计算拥堵程度和逆流状况等综合疏散性能指标，快速评估客船疏散安全性，为客船空间布局设计和疏散规划方案制定提供实时反馈，提高设计和规划效率，具有较强的实际应用效果。