基于速度的客船疏散模型外文翻译资料

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基于速度的客船疏散分析模型

关键词：疏散分析，客船，基于速度的出口模型，人类行为

摘要

本文提出了一个基于速度的疏散模型，该模型考虑了紧急情况下人类行为的不同方面，用于客船的疏散分析。假设出口模型包括三种行为：个体行为、群体行为和紧急行为。个体行为表现为每个乘客的体形、行走速度、行走方向和旋转角度。利用可视图求出每个乘客的基本步行方向，作为到达目的地的最短距离路线的解。乘客的群体行为由两部分组成：一是群体行为，是大量具有共同群体目标的互动乘客的集体行为形式；二是领导跟随行为，导致一名或多名乘客跟随另一名被指定为领队的移动乘客。乘客的紧急行为表现为逆流避让行为，以避免与其他朝相反方向行走的乘客发生碰撞。进行了11项基本试验和2个国际海事组织海事安全委员会/第1238号文件中规定的实例，并确认这些试验的所有要求均已满足。

一 导言

1.研究背景

泰坦尼克号是世界上最大的客轮，1912年4月10日，它从南安普敦出发，开始了它从南安普敦到纽约的处女航。第四天晚上11:40在过海时，它撞上了一座巨大的冰山，并于第二天凌晨2点20分沉没。这起事故导致1513人死亡，是历史上最致命的灾难之一。没人能想到这样一艘长269米、宽28米、高53.3米、吃水10.5米的巨轮会沉没。许多不幸的因素，特别是救生设备数量不足，使事故更加悲惨。灾难发生后，成立了国际海上人命安全会议。SOLAS通过采用一项新法规明确解决了这个问题，该法规规定船上所有逃生路线应在设计阶段早期进行评估。

图1.制定旅客疏散条例

“爱沙尼亚”号客轮于1994年9月28日在波罗的海沉没，造成852人死亡。滚装客船是设计用来运载轮式货物的船舶，如汽车、卡车、半拖车和拖车，这些货物由它们自己的轮子或使用平台车辆（如自行式模块化运输车）在船上和船下行驶。爱沙尼亚悲剧发生后，国际海事组织（IMO）的海事安全委员会（MSC）于1995年颁布了一项规定，要求客滚船在设计阶段早期进行分析，以确定和解决逃生路线和救生中的潜在临界点设计的电器。1999年1月，海事组织海安会制定了疏散分析指南。但是，认识到关于这个问题的经验和数据非常有限，MSC认为这些准则是可以改进和进一步改进的“临时”准则。最新的一套指南是IMO MSC/Circulation 1238（Circ.1238），新客船和现有客船疏散分析指南；其最新修订版是2007年（海事组织，2007年）。《海上人命安全公约》关于乘客疏散的“疏散方式”和国际海事组织海安会/中国保监会关于“疏散分析”的规定。1238，必须执行。图1总结了每一项规定。这两项规定将在审查乘客疏散阶段后详细讨论。

根据国际海事组织（IMO）海事安全委员会（MSC）第1238号文件（Circ.1238），题为“新客船和现有客船疏散分析指南”，是国际海事组织颁布的一项强制性规定，应对所有客船进行疏散分析。本法规的目的是确定船舶的总疏散时间是否小于本法规规定的允许时间。滚装客船最长允许时间为60分钟，客船最长允许时间为80分钟。

该指南提供了使用两种不同的疏散分析方法的可能性：简化疏散分析和高级疏散分析。前者是考虑到所有乘客具有相同的特征，通过简单的水力方案计算总疏散时间的确定方法。总撤离时间可采用国际海事组织提供的一个简单公式计算，计算结果应提交船东和船级社。另一方面，先进的疏散分析是一种随机的方法，通过微观的方法，通过考虑每个乘客的特点来估计总的疏散时间。在这种分析方法中，总疏散时间是通过基于计算机的模拟来估计的，模拟的是每个乘客和船只的详细布局。目前并不强制要求进行高级疏散分析，但预计未来需要进行这种分析。因此，本文对一种先进的疏散分析方法进行了研究。

本文的其余部分如下。本节的其余部分将回顾与本研究相关的先前工作。第二节介绍了客船的疏散顺序及其规则。第3节解释了本研究中使用的紧急情况下的乘客行为。其应用和仿真结果见第4节。最后一节对本研究进行了总结，并对下一步的研究进行了简要的讨论。

2.相关工作

紧急情况下疏散分析模拟程序的主要目标是建筑物的疏散（Tomomatsu et al.,2001）；船舶疏散程序自2000年初开始开发。为了模拟疏散情况，了解影响乘客行为的因素，建立考虑这些因素的乘客行为模型是非常重要的。考虑乘客行为的出口模型是疏散计划中最重要的部分（Kim等人，2001）。

图2.乘客行为模型：（a）基于速度的模型和（b）基于加速度的模型。

图3.maritimeEXODUS

根据考虑每个人运动的方法，出口模型分为三类：连续网络模型、粗糙网络模型和精细网络模型（Kuligowski and Peacock, 2005）。连续网络模型将二维（连续）空间应用于结构的楼层平面，允许居住者在整个空间中从一个空间点步行到另一个空间点。精细的网络模型将楼层平面划分为若干个小网格单元，供居住者来回移动。粗略的网络模型将楼层平面划分为房间、走廊、楼梯段等，并且居住者从一个房间移动到另一个房间。精细且连续的网络能够模拟空间中存在的障碍物和障碍物，这些障碍物和障碍物会影响个体的路径选择，而粗糙的网络只能将居住者从一个空间的一部分移动到另一部分。与精细网络模型相比，连续网络模型更准确地表示了每个人的位置，但它比精细网络模型耗费更多的计算时间。本文选择连续网络来表示每个乘客的准确位置。

在连续网络范围内，根据影响乘客行为的因素，将出口模型分为两类。基于速度的模型将乘客行为视为步行速度，而基于加速度的模型将乘客行为视为受外力影响的质点或刚体的运动。两种乘客行为模型如图2所示。

图4.疏散指数（EVi）

“maritimeEXODUS”是一个商业软件，用于使用基于速度的出口模型对客船进行疏散分析（Galea and Perez Galparsoro, 1994; Gwynne et al., 2003）。空间、障碍物等空间的几何特征是基于离散单元来表示的，离散单元由具有其他环境属性的个体或区域所占据。默认路线由潜在地图确定（将0标记为出口，将所有其他节点标记为离出口越远的编号越高），该地图将乘客引导至最近的可用出口。乘客们总是移动到一个电位比他们现在所处的电位低的细胞上。乘客之间的相互作用是基于规则、概率和他们所在位置周围细胞的空性来表示的。在程序中，船舶姿态的影响反映为相对于正常的横摇运动速率的折减系数，但不考虑乘客的体型和旋转。

商业软件“EVi”是一种软件工具，用于模拟任何环境中的行人运动 (Guarin et al., 2004; V assalos et al., 2001)。它被广泛用于模拟人员的流动和疏散从船舶，海上结构物和建筑物从船舶，海上结构物和建筑物。EVi中的出口模型是基于速度的。在连续坐标系下对目标环境进行几何建模，使乘客在连续空间上运动。在每个目的地到每个门的连接图中，沿着最短距离路线确定乘客的步行方向，根据该区域的人口密度，用步行速度的折减系数表示乘客之间的相互作用。利用解析推导的函数计算的折减系数，将船舶倾斜角的影响计入旅客的行走速度。但由于乘客是用圆圈表示的，因此不考虑乘客的旋转。

“FDS Evac”是火灾动力学模拟器（FDS）的疏散模拟模块。该软件用于模拟人员在疏散情况下的移动。该软件采用基于加速度的出口模型(Korhonen and Hostikka, 2009; Heliouml;vaara et al., 2012)，并考虑了Helbing et al. (2000, 2002)等人的社会贡献 。基于连续坐标系建立空间几何模型，通过在出口门处放置一个虚拟排气扇并将虚拟流体吸出该区域而形成的流场来确定行走方向；流体的运动方向产生一个流场。乘客之间的相互作用是由外力模拟的，考虑到身体和心理的影响。虽然在FDS Evac中考虑了乘客的旋转，但不考虑船舶姿态的影响。

本文提出了一种基于速度的出口模型，其模型空间基于连续坐标。步行方向是预先确定的，并存储在基本步行方向网格中，基本步行方向网格由可见性图决定。基于flock算法对乘客之间的相互作用进行了建模，并考虑了真实的人体形状和乘客的旋转。表1对上述相关工作进行了总结，并与本研究进行了比较。

表1.相关工作

二. 客船疏散介绍

1.疏散阶段

IMO MSC/Circ规定的乘客疏散步骤。1238经历了几个阶段，每个阶段都按顺序覆盖（Schreckenberg和Sharma，2002）。在乘客疏散的各个阶段中，聚集在集合站进行疏散的称为“疏离”，通过下水救生艇完成疏散的称为“撤退”，如图6所示。在本节中，详细说明图6所示的疏散的每个步骤。

如果发生洪水或火灾等事故，警报响起，乘客意识到紧急情况，准备好逃生，如图6（a）所示。此时，一些机组人员被安置在战略位置，引导乘客做好可能出现的紧急情况的准备。当紧急情况发生时，机长应决定是否召集乘客。当机长决定召集乘客时，警报将被激活，广播（PA）将通知乘客和机组人员情况。旅客在接到通知后，开始离开舱室，沿着标记的逃生通道前往预定的集合站，机组人员将支持他们穿上救生衣，并引导他们前往集合站，如图6（b）所示。一些机组人员系统地搜索机舱，寻找仍在机舱内的乘客。

机组人员引导乘客前往集合站。所有乘客在集合站集合后，船员将额外的救生衣分发给乘客，并将乘客分配到救生艇上。如果情况恶化，船长在决定不能救人后，发出弃船命令。然后开始救生艇的登船。乘客按照船员的指示移动到登船站，如图6（c）所示。到达登乘站的旅客优先登上救生艇，按图6（d）所示下水完成疏散。

图6.旅客疏散阶段总结。

实际疏散阶段可能比上述更为复杂。例如，救生衣通常都有库存每个客舱都是为了节省空间，所以不穿救生衣的乘客必须回到自己的客舱。当必须返回客舱取救生衣的乘客遇到已经有救生衣的乘客时，可能会出现巨大的混乱。即使可能出现多种情况，也只考虑国际海事组织条例中规定的疏散情况。

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