基于Pathfinder的客轮人员应急诱导疏散仿真研究开题报告

 2020-02-20 09:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

随着国家改革开放不断深化,我国经济持续向前发展,水上客运及邮轮旅游等行业也发展迅速。根据我国《2017年交通运输行业发展统计公报》,我国水路运输全年完成客运量2.83亿人,比上年增长3.9%,旅客周转量77.66亿人公里,增长7.4%。全国港口完成旅客吞吐量1.85亿人,比上年增长0.2%。其中,沿海港口完成0.87亿人,增长5.7%;内河港口完成0.98亿人,下降4.1%。全年我国邮轮旅客运输量243万人,增长11.6%。但是我国水上客运量在增长的同时,水上安全事故也频频发生,其安全问题日益受到社会各界的关注。2014年,韩国“世越号”客轮由于发生浸水事故而下沉,导致死亡304人,受伤142人,失踪9人。2015年,东方之星轮船在航行到长江湖北石首段时,因为恶劣天气的影响,最终导致船舶沉没,船上454名人员最终只有12人存活,损失巨大。2017年,一艘运载150人的客船在雅加达水域航行时发生火灾,最终导致23人死亡,17人失踪。

船舶火灾是一种较易发生的船舶安全事故,据统计,其数量约占各类船舶事故总数的11%。客轮发生火灾事故时,燃烧会造成大量有毒气体产生,视距能见度降低,乘客逃生途中不仅可能出现昏倒和迷路,而且由于客轮空间狭小且逃生路线有限,乘客在逃跑过程中容易造成拥挤、踩踏等现象,从而导致人员逃生时间延长,最终可能会造成严重的人员死亡及财产损失。为保障客船的安全运营,有效提高火灾事故下人员疏散的时间,降低火灾事故对客轮可能造成的人员死亡及财产损失,国内外许多学者借鉴人群疏散理论对客轮人员应急疏散进行了深入研究。对于人群疏散,研究内容主要有宏观和微观两个方面。宏观研究把整个人群作为仿真和建模对象,较少关注单个个体的运动行为,比较常见的宏观模型有气体动力学模型、流体力学模型、排队网络模型等。henderson于1971年基于传统流体理论,在行人满足动量守恒和能量守恒的前提下,使用maxwell-boltzman分布,利用概率分布公式来描述行人在疏散过程中的运动,但该模型将人群作为整体进行研究,忽略了个体差异,导致结果与实际相比误差较大。微观研究把每个个体作为仿真和建模的对象,重视每个个体的行为及其相互之间的作用,常见的微观模型有元胞自动机模型、格子气模型、社会力模型等。社会力模型出现最早,helbing 以自驱动力、朋友间相互影响力、附近障碍物对行人的影响这三个方面来刻画行人的受力状态,并由此提出了社会力模型,此模型能够很好模拟一般情况下的人群运动状态;元胞自动机模型在对空间进行均匀化网格划分的基础上,将行人运动描述为受到限制状态的变量(或称元胞)构成的离散、分离及可扩展的动力系统,该模型比较直观、灵敏及扩展性强;格子气模型则是元胞自动机模型的一种特殊形式,主要用来描述一些在时间及空间上都是离散的人群运动行为。

对于火灾情景下的人员疏散,格林威治大学的消防安全工程组创建了exodus疏散模型,用于对火灾的人群疏散过程进行仿真;silviu等利用pyrosim软件对公路隧道发生火灾的情况进行研究,获得了隧道内温度随时间的变化数据,并设置喷头精确模拟了灭火过程;piotr等对逃生楼梯的逆流效应进行研究,为人群疏散过程建模和计算提供数据,并将实验结果与疏散软件模型的结果进行对比;sihui dong等基于pyrosim软件构建超市的三维物理模型,分析火灾危险时间及安全出口时间,为改善超市的安全疏散状况提供了依据。

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2. 研究的基本内容与方案

2.1基本内容

①对人群疏散和客轮人员应急疏散国内外的研究现状进行分析;②pyrosim软件及pathfinder软件的功能及使用方法的简介;③根据某一客轮内部空间结构图,建立客轮内部空间三维模型并基于用fds软件设置起火点对客轮火灾烟气扩散过程进行仿真研究;④在基于fds软件对客轮火灾烟气扩散过程进行仿真的基础上,基于pathfinder软件的sfpe模式及steering模式,在无诱导和有诱导情况下对客轮火灾烟气扩散过程中人员的应急疏散过程分别进行仿真和对比分析。

2.2目标

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3. 研究计划与安排

1.2月20日-3月25日,查阅相关文献资料,学习pyrosim软件及pathfinder软件,联系导师指导论文,编写开题报告,确定毕业论文的大体内容框架和研究方向。

2.3月25日-4月01日,根据导师意见进一步修正和确定论文方向和具体内容。

3.4月01日-5月10日,按任务书要求开始论文撰写,进一步完成论文撰写的技术环节,查阅文献,充实内容,保持与指导教师的联系,在此期间完成论文初稿。

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4. 参考文献(12篇以上)

1. 赵哲, 陈清光, 王海蓉等. 基于pathfinder的公众聚集场所的应急诱导疏散[j]. 建筑防火设计, 2013,12: 1327- 1330.

2. 高路. 渤海湾客滚船火灾安全评价的研究[d]. 大连:大连海事大学,2009.

3. 徐澄. 基于元胞自动机人员疏散仿真的客船布置优化研究[d]. 武汉:武汉理工大学,2014.

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