曹时
大连船舶重工集团设计研究院有限公司 116000
摘要：伴随着船舶的大型化，船舶内部结构更加复杂，船上搭乘人员数量增多，使紧急情况下的大规模人员疏散问题越发突出。由于船舶人员密度大且通道狭窄，当遇到紧急状况需要人员疏散时，往往会出现人员阻塞踩踏现象，严重威胁了船上人员的安全，因此船舶人员疏散路径优化问题有巨大的科研价值与工程意义。
关键词：船舶安全，人员疏散，模拟仿真
1.船舶人员安全疏散的研究背景及现状
水运作为基本的运输方式，与国民经济息息相关。随着航海与造船技术的不断提升，各类船舶功能更加全面，满足人类对货物运输的巨大需求与客运服务品质。与此同时，船舶内部结构更加庞大复杂，导致了系统可靠性的降低。当出现火灾或进水这类特殊状况时，船舶的安全将面临着严峻的考验。
船舶人员疏散与陆地人员疏散存在着较大差异。船舶的人员疏散过程十分复杂，不同于目前研究成果较多的陆地建筑物人员疏散。在这个过程中，需要涉及到在复杂移动平台上的大量人员管理问题。由于船上的乘客对船舶内部结构不够了解，导致船舶疏散与建筑物内疏散、交通工具（如飞机等）撤离有较大的差异。船舶人员疏散只涉及相对简单的几何结构，而陆地建筑物内和交通工具撤离疏散通常意味着有稳定的平台。在陆地建筑疏散过程中，一般不需要对其居住者提供援助，而船舶疏散后面对海洋这种极其危险的生存环境，在成功撤离后也不需要为其提供生存于严酷环境中的保障。由于这些问题的存在以及时间的限制，船舶人员疏散往往是很难实施的。
目前，船舶大规模人员疏散安全准则还不够完善，还有许多问题尚待解决。例如IMO MSC/Circ.1238等相关海上安全规范也有待完善，如何完善安全规范是一个重要的研究领域。
2.船舶人员安全疏散的研究方法
人员疏散研究分为两个方面：即路径优化与人员运动仿真。智能优化算法与人员运动仿真模型为解决人员路径优化问题提供了有效的方法。智能优化算法能够得出最优路径，但在船舶人员疏散过程中，由于拥挤阻塞和人员滞留等现象不可避免，仅使用算法得出的结果不能体现阻塞等现象对人员疏散效率的降低效应。人员运动仿真模型模拟的结果为人员随机疏散的结果，并不能根据优化目标进行优化，只有将两者结合才能够对船舶大规模人员疏散路径优化进行研究。
当前的路径优化研究主要分为两个方面，一方面为基于模拟仿真角度的疏散路径优化，另一方面就是基于优化算法的疏散路径规划。从优化算法方面研究的疏散路径优化主要有单目标路径优化和多目标疏散路径优化。一般解决多目标路径优化的方法为将多目标路径优化转化为单目标路径优化，而直接进行多目标疏散路径优化的研究则较少。
3.船舶人员疏散路径优化问题的研究方法
当前的路径优化研究主要分为两个方面，一方面为基于模拟仿真角度的疏散路径优化，另一方面就是基于优化算法的疏散路径规划。从优化算法方面研究的疏散路径优化主要有单目标路径优化和多目标疏散路径优化。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆一般解决多目标路径优化的方法为将多目标路径优化转化为单目标路径优化，而直接进行进行多目标疏散路径优化的研究则较少。
路径优化问题分为静态路径优化算法与动态路径优化算法两类，传统的狄克斯特拉（Dijkstra）算法、弗洛伊德（Floyd）算法、A-Star（A*）算法等路径优化算法属于求解静态路网中两点间的静态最短路径的静态优化算法；改进的狄克斯特拉（Dijkstra）算法，改进的D*（Dynamic）算法，粒子群算法、遗传算法、蚁群算法等智能算法属于动态路径优化算法，用来求解动态路网中的最短路径优化问题。
在路径优化仿真问题研究中，出现了多种适用于不同条件的仿真模型：寇嘉梁等人根据体育场特点，建立用于解决体育场人员疏散问题的人员疏散模型，提出与解决体育场人员疏散问题的分片化多目标疏散路径优化算法；刘毅等人提出了将演化算法理论改进的路径优化算法，以及偏重群体搜索的多目标疏散路径演化模型；李岩等人根据交通流理论，将道路交通分配中的用户最优原则和系统最优原则引入地铁站疏散路径优化中，并根据这两种原则设定疏散的分配方案；李清泉等人通过研究了大型场所应急疏散的人员路径分配问题并加入拥挤度，采用狄克斯特拉算法优化路径搜索的方法，制定路径优化方案;梅志斌等人考虑火灾时的人员疏散特点，提出火灾时建筑物内人员疏散路径优化的蚁群算法数学模型;Dunn和Newton提出了使用最大流方法进行路径选择，目标是在路径最大通行能力范围内使疏散者尽快撤离的路径优化算法；Yamada等人提出了最短路撤退规划(the shortest evacation plan ，SEP)方法，优化目标选择为最短总路程的情况下，每个路网中的车辆均会选择行驶至距其最近的区域出口撤离。
路径优化研究在陆地建筑物人员疏散方面已经取得了很大的发展，但是在船舶大规模人员疏散的方面暂时研究很少。与陆地建筑相比，船舶的内部结构和发生突发事件的条件有着较大的差异。在设计应用于船舶人员路径优化的智能优化算法时，应当根据船舶内部结构以及船舶人员疏散时行人的行为特点设计智能算法与模型，对船舶人员疏散问题进行研究。
4.船舶人员疏散的仿真模型研究
除人员疏散智能优化算法外，人员疏散仿真模型研究也是人员疏散科学中另一研究方向。随着计算机运算能力的提高，行人疏散动力学模拟仿真研究取得了突飞猛进的发展。在建筑、飞机、船舶等设计的初始设计阶段，设计师们可以利用人员疏散模型可以对所设计的方案的内部结构进行人员疏散评估，节省了大量的人力物力。除了人员仿真模型在工程设计上的应用外，人员疏散仿真模型也被广泛于疏散科学实验。人员疏散实验成本高，具有危险性；而利用计算机模拟可以对疏散科学进行细致的模拟，同时降低了成本并保证了安全。名的离散仿真模型有格子气模型、元胞自动机模型，连续模型常见的有社会力模型，Agent模型、游戏理论模型等。常见的连续人员仿真模型有流体力学模型、磁场力模型、社会力模型等。
参考文献:
[1].于洋. 基于Agent的舰船人员疏散模型研究[D]. 哈尔滨工程大学, 2013.
[2].张淳. 海难大盘点·国内[J]. 珠江水运, 2014(13):32-33.
[3].Lee D, Kim H, Park J H, et al. The current status and future issues in human evacuation from ships[J]. Safety Science, 2003, 41(10):861-876.
论文作者:曹时
论文发表刊物:《防护工程》2018年第10期
论文发表时间:2018/9/25
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