详情

原文传递大型邮轮人员宏微观疏散建模及舱室布局设计研究

论文题名：	大型邮轮人员宏微观疏散建模及舱室布局设计研究
关键词：	大型邮轮;舱室布局;优化设计;安全疏散
摘要：	作为国家重大创新工程，大型邮轮研发中有许多亟待攻关的技术。大型邮轮通常载有数千名人员，包括大量的乘客和船员，保障他们的生命安全是船舶设计中的重要工作，而其中安全疏散作为应对紧急情况的主要措施尤其需要重视。针对安全疏散中的关键技术，本文依次开展了四个方面的工作。　　利用智能算法优化宏观的邮轮疏散网络，更高效地规划疏散过程。疏散规划能够指导疏散人员快速到达安全点，该工作通常需要通过求解邮轮空间疏散网络完成。然而疏散网络参数目前主要由人工确定，可能导致无法构建最优的网络。本文提出了两阶段遗传算法优化空间网络中节点和边的服务水平，进而确定网络参数，构建网络流模型，最后采用著名的容量受限的路径规划器算法（CapacityConstrainedRoutePlanner，CCRP）得到较优的疏散规划方案。本文利用一个三层楼建筑疏散和一个十二层甲板邮轮疏散对提出的方法进行了检验，结果显示，疏散网络在优化后均能减少大约10%的疏散时间。　　结合邮轮人员特点构建疏散仿真模型，更准确地评估疏散性能。疏散仿真是国际海事组织（InternationalMaritimeOrganization，IMO）指定的高级疏散分析方法，常被用于评估邮轮、客滚船的疏散安全性。然而现有仿真模型中的寻路模型大多采用最短路径，该模型忽视了邮轮人员不熟悉邮轮布局、结伴逃生等特点，可能得出过于乐观的仿真结果。本文提出标记点方法，标记布局中的寻路关键点，并构建疏散人员对布局的感知地图。在标记点的基础上，对人员的布局熟悉度和社会关系特征进行建模，结合离散选择模型构建适用于邮轮人员疏散的路径选择模型，并将其与基于智能体的仿真模型整合。本文利用了两个针对性的简单场景、IMO撤离指南的12个场景、疏散试验场景和邮轮单层甲板场景对仿真模型进行了验证。　　考虑疏散安全优化邮轮舱室布局，更合理地布置人员流动空间。在船舶总布置工作中，疏散性能常常被看作是一个次要性能，在布局基本完成后只需检验一下即可，但倘若疏散性能不达标，则可能造成大量的返工。本文对在邮轮初始设计阶段考虑疏散安全的问题进行了探究，将邮轮舱室布局问题看作是一种空间分配问题，对邮轮空间进行甲板和主竖区的交错划分，形成区域甲板；结合IMO简化疏散分析方法中的水力模型，提出一种在无详细布局情况下评估疏散性能的方法，并使用模拟退火算法对各舱室空间在各区域甲板上的分配进行了优化。本文利用该方法分别对一艘五层甲板的邮轮和一艘十一层甲板的邮轮进行了布局优化。　　以我国首制大型邮轮Vista邮轮为案例船，综合应用提出的邮轮疏散建模与布局优化方法提升其疏散安全性，并对本文方法作进一步的验证。首先以Vista原有布局为初始解，应用本文的空间分配算法得到优化布局。然后采用本文的宏观疏散网络优化算法，分别得到两种布局下的优化疏散网络和疏散规划方案；最后采用本文的仿真模型与商业疏散仿真软件Pathfinder对2种布局与2种规划共4种组合场景进行仿真。结果表明，本文的研究成果能够在一定程度上提升Vista邮轮的疏散安全性。　　对邮轮人员安全疏散的研究有助于为国产大型邮轮提供相应的安全保障：基于遗传算法和服务水平优化邮轮空间疏散网络，有利于制定清空时间更短的疏散规划方案；基于标记点方法和离散选择模型提出新的路径选择模型用于疏散仿真中，有助于对邮轮疏散性能进行更准确的评估；基于水力模型和模拟退火算法提出考虑疏散安全的邮轮布局设计方法，为在邮轮设计初期考虑疏散性能提供一种可行的途径。
作者：	李亚朋
专业：	船舶与海洋结构物设计制造
导师：	吴卫国;蔡薇
授予学位：	博士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2022