CN113221060A - 一种通航隧洞船舶火灾人员疏散安全评价方法及装置 - Google Patents

一种通航隧洞船舶火灾人员疏散安全评价方法及装置 Download PDF

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CN113221060A CN202110777267.1A CN202110777267A CN113221060A CN 113221060 A CN113221060 A CN 113221060A CN 202110777267 A CN202110777267 A CN 202110777267A CN 113221060 A CN113221060 A CN 113221060A
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Abstract

本发明涉及一种通航隧洞船舶火灾人员疏散安全评价方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质，所述方法包括：获取不同通航隧洞船舶火灾场景下的最大火灾热释放率，确定不同通航隧洞船舶火灾场景下的临界风速；以不同通航隧洞船舶火灾场景及不同当前风速，确定不同火灾工况，获取不同火灾工况下，在特征高度上人体接触温度及燃烧热辐射达到人体可忍受范围外的时间，以两种时间的最小值作为对应火灾工况下的可用安全疏散时间；获取单船人员着陆时间及平台疏散时间，根据所述单船人员着陆时间及平台疏散时间确定人员疏散运动时间，根据所述人员疏散运动时间获取必需安全疏散时间。本发明所述方法实现了对通航隧洞船舶火灾情况下人员疏散的安全评价。

Description

一种通航隧洞船舶火灾人员疏散安全评价方法及装置
技术领域
本发明涉及火灾人员疏散安全评价技术领域，尤其涉及一种通航隧洞船舶火灾人员疏散安全评价方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质。
背景技术
通航隧洞在功能和结构上与公路隧道较为类似，隧洞的半封闭性决定了隧洞发生火灾事故时烟气难以排出，燃烧产生的大量的有毒气体在隧洞内不断积累，对人员生命造成严重的威胁。由于船舶通航隧洞往往长度较长，且船舶航行速度的限制导致其通过隧洞时间较长，远大于汽车、火车通过隧道的时间。同时，船舶通航隧洞内一旦发生火灾事故，人员无法像陆上隧道一样快速弃船逃生，通航隧洞与隧道的差异性使得无法直接套用公路、铁路等方面现有的火灾事故和人员疏散方面的研究成果。
目前对船舶火灾的研究主要集中于从船舶结构、船员等方面分析船舶火灾自身的影响因素，现有对于火灾数值模拟计算，多将火源简化为稳定的体积热源，将其稳定阶段热释放率的固定值作为整个火灾过程中火源规模，忽略了火灾发展阶段对于计算结果的影响，对于大型火灾而言，火灾的发展阶段往往时间较长，在此阶段内火源的热释放率与稳定阶段区别较大，因此隧洞内温度场的分布和烟气扩散规律也具有一定的差异，从而也会对火灾情况下的人员疏散造成一定的影响。现有技术中缺少对通航隧洞船舶火灾情况下的人员疏散安全评价方案。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种通航隧洞船舶火灾人员疏散安全评价方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质，用以实现对通航隧洞船舶的火灾人员疏散安全评价。
本发明提供一种通航隧洞船舶火灾人员疏散安全评价方法，包括：
获取不同通航隧洞船舶火灾场景下的最大火灾热释放率，根据所述不同通航隧洞船舶火灾场景下的最大火灾热释放率确定不同通航隧洞船舶火灾场景下的临界风速；
以不同通航隧洞船舶火灾场景及不同当前风速，确定不同火灾工况，获取不同火灾工况下，在特征高度上人体接触温度及燃烧热辐射达到人体可忍受范围外的时间，以两种时间的最小值作为对应火灾工况下的可用安全疏散时间；
获取单船人员着陆时间及平台疏散时间，根据所述单船人员着陆时间及平台疏散时间确定人员疏散运动时间，根据所述人员疏散运动时间获取必需安全疏散时间；
根据当前风速及临界风速的大小关系，以及可用安全疏散时间与必需安全疏散时间，确定不同火灾工况下的人员疏散安全性。
进一步地，根据所述不同通航隧洞船舶火灾场景下的最大火灾热释放率确定不同通航隧洞船舶火灾场景下的临界风速，具体包括：根据所述不同通航隧洞船舶火灾场景下的最大火灾热释放率、临界风速计算公式及热空气温度公式，确定不同通航隧洞船舶火灾场景下的临界风速；所述临界风速计算公式为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE001
，所述热空气温度公式为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE002
，其中，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE003
为临界风速，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE004
为坡度修正系数，g为重力加速度，H为隧洞高度，K为无量纲数，Q为火灾的热释放率，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE005
为空气密度，Cp为空气的定压比热，A为隧洞的横截面积，T f为热空气温度，T0为环境温度。
进一步地，获取单船人员着陆时间，包括：根据待疏散人员数量、船舶到陆地可利用的通道宽度及疏散通道单位宽度的通过能力获取单船人员着陆时间。
进一步地，根据待疏散人员数量、船舶到陆地可利用的通道宽度及疏散通道单位宽度的通过能力获取单船人员着陆时间，具体包括：
根据待疏散人员数量、船舶到陆地可利用的通道宽度、疏散通道单位宽度的通过能力及人员着陆时间公式，获取单船人员着陆时间，所述人员着陆时间公式为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE006
，Q为待疏散人员数量，B为船舶到陆地可利用的通道宽度，F为疏散通道单位宽度的通过能力，T1为单船人员着陆时间。
进一步地，获取平台疏散时间，具体包括：根据人员上岸后至横通道最远距离、人员逃生速度及平台疏散时间公式，获取平台疏散时间，所述平台疏散时间公式为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE007
，其中，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE008
为路径安全系数，L t为人员上岸后至横通道最远距离，v为人员逃生速度。
进一步地，根据所述单船人员着陆时间及平台疏散时间确定人员疏散运动时间，根据所述人员疏散运动时间获取必需安全疏散时间，具体包括：将单船人员着陆时间与平台疏散时间相加得到人员疏散运动时间，将人员疏散运动时间与人员开始疏散时间相加得到必需安全疏散时间。
进一步地，根据当前风速及临界风速的大小关系，以及可用安全疏散时间与必需安全疏散时间，确定不同火灾工况下的人员疏散安全性，具体包括：
若当前风速大于或等于临界风速并且可用安全疏散时间大于必需安全疏散时间，对应火灾工况下人员疏散安全，否则，对应火灾工况下人员疏散不安全。
本发明还提供一种通航隧洞船舶火灾人员疏散安全评价装置，包括临界风速获取模块、可用安全疏散时间确定模块、必需安全疏散时间确定模块及疏散安全评价模块；
所述临界风速获取模块，用于获取不同通航隧洞船舶火灾场景下的最大火灾热释放率，根据所述不同通航隧洞船舶火灾场景下的最大火灾热释放率确定不同通航隧洞船舶火灾场景下的临界风速；
所述可用安全疏散时间确定模块，用于以不同通航隧洞船舶火灾场景及不同当前风速，确定不同火灾工况，获取不同火灾工况下，在特征高度上人体接触温度及燃烧热辐射达到人体可忍受范围外的时间，以两种时间的最小值作为对应火灾工况下的可用安全疏散时间；
所述必需安全疏散时间确定模块，用于获取单船人员着陆时间及平台疏散时间，根据所述单船人员着陆时间及平台疏散时间确定人员疏散运动时间，根据所述人员疏散运动时间获取必需安全疏散时间；
所述疏散安全评价模块，用于根据当前风速及临界风速的大小关系，以及可用安全疏散时间与必需安全疏散时间，确定不同火灾工况下的人员疏散安全性。
本发明还提供一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现如上述任一技术方案所述的通航隧洞船舶火灾人员疏散安全评价方法。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机该程序被处理器执行时，实现如上述任一技术方案所述的通航隧洞船舶火灾人员疏散安全评价方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：通过获取不同通航隧洞船舶火灾场景下的最大火灾热释放率，根据所述不同通航隧洞船舶火灾场景下的最大火灾热释放率确定不同通航隧洞船舶火灾场景下的临界风速；以不同通航隧洞船舶火灾场景及不同当前风速，确定不同火灾工况，获取不同火灾工况下，在特征高度上人体接触温度及燃烧热辐射达到人体可忍受范围外的时间，以两种时间的最小值作为对应火灾工况下的可用安全疏散时间；获取单船人员着陆时间及平台疏散时间，根据所述单船人员着陆时间及平台疏散时间确定人员疏散运动时间，根据所述人员疏散运动时间获取必需安全疏散时间；根据当前风速及临界风速的大小关系，以及可用安全疏散时间与必需安全疏散时间，确定不同火灾工况下的人员疏散安全性；实现了对通航隧洞船舶火灾情况下人员疏散的安全评价。
附图说明
图1为本发明提供的通航隧洞船舶火灾人员疏散安全评价方法一实施例的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的构皮滩三级枢纽平面布置图；
图3为本发明实施例提供的通航隧洞物理模型三维示意图；
图4为本发明实施例提供的通航隧洞内船舶布置的示意图；
图5为本发明实施例提供的通航隧洞火灾模拟几何模型区域条件和边界条件的设置示意图；
图6为本发明实施例提供的火灾场景1观测点C温度随时间的变化情况；
图7为本发明实施例提供的火灾场景2观测点C温度随时间的变化情况；
图8为本发明实施例提供的火灾场景3观测点C温度随时间的变化情况；
图9为本发明实施例提供的火灾场景1观测点C点处热辐射强度随时间的变化情况；
图10为本发明实施例提供的火灾场景2观测点C点处热辐射强度随时间的变化情况；
图11为本发明实施例提供的火灾场景3观测点C点处热辐射强度随时间的变化情况；
图12为本发明实施例提供的通航隧洞人员疏散仿真的几何模型；
图13为本发明实施例提供的通航隧洞疏散通道的几何模型；
图14为本发明实施例提供的疏散全过程待疏散人数的变化图；
图15为本发明实施例提供的通航隧洞人员疏散时间轴示意图。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
本发明的一个具体实施例，公开了一种通航隧洞船舶火灾人员疏散安全评价方法，其中流程示意图如图1所示，在该实施例中，所述通航隧洞船舶火灾人员疏散安全评价方法，包括：
S1、获取不同通航隧洞船舶火灾场景下的最大火灾热释放率，根据所述不同通航隧洞船舶火灾场景下的最大火灾热释放率确定不同通航隧洞船舶火灾场景下的临界风速；
S2、以不同通航隧洞船舶火灾场景及不同当前风速，确定不同火灾工况，获取不同火灾工况下，在特征高度上人体接触温度及燃烧热辐射达到人体可忍受范围外的时间，以两种时间的最小值作为对应火灾工况下的可用安全疏散时间；
S3、获取单船人员着陆时间及平台疏散时间，根据所述单船人员着陆时间及平台疏散时间确定人员疏散运动时间，根据所述人员疏散运动时间获取必需安全疏散时间；
S4、根据当前风速及临界风速的大小关系，以及可用安全疏散时间与必需安全疏散时间，确定不同火灾工况下的人员疏散安全性。
需要说明的是，火灾模型通常包含两种形式，一种为稳态火灾，即放热量为常数的火灾，另外一种为非稳态火灾，即放热量会随时间呈现规律性变化的火灾。对于非稳态火灾，火灾热释放率是一个非常重要的参数。火灾热释放率能客观的反映火灾释放能量的强度及扩散的速度。火灾热释放率与火灾可燃物的组成成分以及燃烧是否充分等因素相关，不同的火灾场景下的火灾热释放率值也不尽相同。
作为一个优选的实施例，根据所述不同通航隧洞船舶火灾场景下的最大火灾热释放率确定不同通航隧洞船舶火灾场景下的临界风速，具体包括：根据所述不同通航隧洞船舶火灾场景下的最大火灾热释放率、临界风速计算公式及热空气温度公式，确定不同通航隧洞船舶火灾场景下的临界风速；所述临界风速计算公式为
Figure DEST_PATH_IMAGE009
，所述热空气温度公式为
Figure DEST_PATH_IMAGE010
，其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE011
为临界风速，
Figure DEST_PATH_IMAGE012
为坡度修正系数，g为重力加速度，H为隧洞高度，K为无量纲数，Q为火灾的热释放率，
Figure DEST_PATH_IMAGE013
为空气密度，Cp为空气的定压比热，A为隧洞的横截面积，T f为热空气温度，T0为环境温度。
一个具体实施例中，选取构皮滩通航隧洞为实例，构皮滩通航隧洞属于构皮滩水电站的附属工程，构皮滩三级枢纽平面布置图，如图2所示。结合构皮滩通航隧洞的实际情况，对通航隧洞的进行一定的几何化处理，按照隧洞的实际尺寸进行几何建模，隧洞拱顶半径为8.5m，隧洞长为470.7m，隧洞宽为12m，两侧应急疏散通道宽2m；通航隧洞物理模型三维示意图，如图3所示。
烟气的运动以及其他燃烧有毒有害气体的运动，均取决于燃烧过程中隧洞内大气的流动情况，因此，可将其简化为研究燃烧过程中的湍流效应，可将火源简化为具有一定体积的热源，其体积取决于火灾场景中燃烧物的大小，而其热释放率则通过计算不同火灾场景下的火灾曲线，从而可以获取不同热释放率下通航隧洞内的火灾烟气扩散和温度场的分布情况。考虑到实际通航过程中，隧洞内可能存在多条船舶同时通过的情况，按照通航隧洞的要求，对于多艘船舶同时通过隧洞而言，两条船舶需保持200米左右的安全距离，防止因船舶失控或其他因素造成的船舶碰撞事故，在船舶模型及布置上，根据通航隧洞的实际尺寸，考虑2艘船舶同时通过隧洞时的较危险情况，设定其中离隧洞入口处较远的船舶在通过时发生火灾，通航隧洞内船舶布置的示意图，如图4所示。
对于数值模拟计算而言，网格划分的质量往往影响计算结果的准确性，对于通航隧洞船舶火灾的数值模拟而言，主要关注燃烧时隧洞内烟气的扩散和温度场的分布情况，且通航隧洞自身尺度较大，全局网格密度过大时会导致整体网格数量过多，因此为保证火灾数值模拟计算精度的同时节约计算资源。通航隧洞船舶火灾数值模拟时，船体表面由于燃烧的作用温度较高，与周围控制体之间的温度梯度较大，各控制体之间的热交换过程剧烈，因此在船体表面的面网格进行局部加密。对于规模较大的火灾而言，考虑到其辐射传热在总的能量传递中占据一定的比例，因此对于事故船附近50m的体网格采用较小的网格尺寸，远离事故船的计算区域网格密度可适当增大。根据通航隧洞火灾特点，火灾中产生的烟气在上升过程中受隧洞顶部的阻碍由竖直扩散转变为沿隧洞顶部的纵向扩散，且在湍流效应的影响下，烟气扩散路径上动量梯度变化较大，因此，在隧洞顶面进行局部加密。根据通航隧洞火灾数值模拟的实际情况，需设定的定解条件有区域条件和边界条件两种，其中区域条件主要为模拟船舶稳定燃烧的单元体区域条件，边界条件则有速度入口、压力出口及壁面边界条件三种。
各边界条件的设置情况包括体积热源区域条件，对于模拟船舶稳定燃烧这一过程而言，需将事故船定义为与隧洞相独立的单元体，将船体表面的边界条件为壁面边界条件，其区域条件为单元体区域条件，定义该单元体的表面热释放率，模拟该体积热源的热释放率随时间变化的规律；还包括速度入口，考虑到隧洞船舶火灾模拟下的存在多组不同风速下的模拟工况，因此将隧洞入口设置为速度入口，定义为流体流动入口，适用于不可压缩气体；压力出口，将隧洞出口处设置为压力出口边界条件，表示流体流动的出口，给定出口处静压，对于可能存在回流的情况能够提升数值模拟计算的收敛性；对于壁面，船体和隧洞表面均设置为无滑移的壁面边界条件，由于隧洞船舶火灾发展过程中，烟气与船体和隧洞表面均存在热量传递，其热量传递形式主要以热传导为主，故不能设置为恒温壁面，将其传热定义为方向垂直于隧洞和船体表面的一维热传导模式。通航隧洞火灾模拟几何模型区域条件和边界条件的设置示意图，如图5所示。
另一个具体实施例中，对于通航隧洞内的船舶火灾主要由船舶所携带的可燃物性质及规模决定，所选取的多用途干散货船的实际情况，确定通航隧洞内可能火灾场景为以下三种，火灾场景1，多用途干散货船的机舱发生燃烧；火灾场景2，多用途干散货船货舱发生燃烧；火灾场景3，多用途干散货船整船发生燃烧。
火灾规模的确定本质上是计算不同火灾场景下的火灾曲线，根据不同火灾场景下可燃物的性质，考虑通航隧洞船舶火灾具有的特点，分别对上述三种火灾场景的HRR（火灾热释放率）曲线进行计算。考虑到一般而言，船舶通航隧洞内的火灾演变较快，人员需要在较短时间内弃船逃生，此时火源热释放率可能并未达到峰值，因此，在火灾规模的确定上，区别于现有研究中利用最大HRR值代替火源功率的变化从而导致忽略了火灾发展阶段的人员疏散的影响，本实施例采用平方增长模型分别对上述三种燃烧场景的火灾曲线进行计算。
对于火灾场景1，
Figure DEST_PATH_IMAGE014
对于火灾场景2，
Figure DEST_PATH_IMAGE015
对于火灾场景3，
Figure DEST_PATH_IMAGE016
对于三种火灾场景的火灾规模而言，所确定的HRR随时间变化的曲线表达式分别可用下述三个分段函数进行表示，其对应的最大HRR值分别为52MW、325MW以及1056MW。
通过临界风速的计算指导纵向风速的选取，临界风速表示使烟气向与人员逃生方向相反一侧流动时所需的最小风速，当隧洞内风速处于临界风速及以上时，烟气回流现象被有效抑制，此时利于人员逆风方向疏散，临界风速可通过联系下式进行计算，
Figure DEST_PATH_IMAGE017
Figure DEST_PATH_IMAGE018
式中，Vcr为临界风速，单位为m/s；g为重力加速度，取9.81m/s2；H为隧洞高度，单位为m；Q为火灾的热释放率，单位为W；A为隧洞的横截面积，单位为m2；Cp为空气的定压比热，单位为J/(kg k)；
Figure DEST_PATH_IMAGE019
为空气密度，单位为kg/m3；Kg为坡度修正系数，对于水平隧洞取1；K为无量纲数，一般取0.61；Tf为热空气温度，T0为环境温度，单位为K。考虑到确定的火灾规模为随时变化的曲线，因此在求解临界风速时，将热释放率的最大值代入计算，通过联立上式求解，三种火灾场景下的临界风速分别为2.4m/s、3.1 m/s及4.2m/s。
同时，若一味增大模拟纵向风速，由于人员疏散的方向与风速方向相反，超过临界风速以上过高的风速虽控制了火灾烟气的回流现象，但同时也增加了人员疏散的困难程度，因此，在模拟纵向风速的选取上，应综合考虑上述三个临界风速的模拟，以及考虑到过大的风速会影响人员的行走两个方面，综合选取通航隧洞火灾数值模拟的纵向风速情况。根据火灾规模的确定以及模拟纵向风速的选取，分别对火灾规模和纵向风速进行组合，共形成8种火灾模拟工况，如下表1所示。
表1
Figure DEST_PATH_IMAGE020
作为一个优选的实施例，获取单船人员着陆时间，包括：根据待疏散人员数量、船舶到陆地可利用的通道宽度及疏散通道单位宽度的通过能力获取单船人员着陆时间。
另一个具体实施例中，选取燃烧热辐射、人体接触温度为可用安全疏散时间的确定指标，同时以人眼距离地面高度1.6m的水平面作为人体的特征高度，计算在特征高度上人体接触温度和燃烧热辐射达到人体可忍受范围外的最小时间，ASET可用下式，
Figure DEST_PATH_IMAGE021
式中，t1表示距离火源10m人体特征高度面上温度达到80℃时所需要的时间，单位为s；t2表示距离火源10m人体特征高度面上热辐射强度达到2.5kW/m2时所需要的时间，单位为s。对于ASET的计算，定义观测点C为人员疏散方向上离火源距离10m处且位于人体特征高度平面上的点，t1和t2的值可通过通航隧洞火灾数值模拟的结果得到。
对于t1的计算而言，对于纵向风速（当前风速）小于临界风速的火灾工况而言，由于不满足人员疏散条件，因此在计算可能安全疏散时间时不考虑风速小于临界风速的火灾工况。火灾场景1观测点C温度随时间的变化情况，如图6所示；火灾场景2观测点C温度随时间的变化情况，如图7所示；火灾场景3观测点C温度随时间的变化情况，如图8所示。
对于t2燃烧热辐射对人员疏散的影响而言，同样选取观测点C上的热辐射强度随时间变化的曲线，计算观测点C上的热辐射强度大于2.5kW/m2时间，从而确定t2的取值；火灾场景1观测点C点处热辐射强度随时间的变化情况，如图9所示；火灾场景2观测点C点处热辐射强度随时间的变化情况，如图10所示；火灾场景3观测点C点处热辐射强度随时间的变化情况，如图11所示。
基于上述结果，对观测点C上温度到达80℃和热辐射达到2.5 kW/m2的时间进行对比，根据可用安全疏散时间的计算公式，可用安全疏散时间应该为观测点C上火灾特征指标达到危害值时的最小时间，因此，最终得到各火灾工况下的人员可用安全疏散时间，如表2所示。
表2
Figure DEST_PATH_IMAGE022
作为一个优选的实施例，根据待疏散人员数量、船舶到陆地可利用的通道宽度及疏散通道单位宽度的通过能力获取单船人员着陆时间，具体包括：
根据待疏散人员数量、船舶到陆地可利用的通道宽度、疏散通道单位宽度的通过能力及人员着陆时间公式，获取单船人员着陆时间，所述人员着陆时间公式为
Figure DEST_PATH_IMAGE023
，Q为待疏散人员数量，B为船舶到陆地可利用的通道宽度，F为疏散通道单位宽度的通过能力，T1为单船人员着陆时间。
一个具体实施例中，在船舶建模方面，选用2艘尺度为55m×10.8m×1.6m（总长×型宽×吃水）的500吨级多用途干散货船，隧洞拱顶半径为8.5m，隧洞长为470.7m，宽为12m，两侧应急疏散通道宽2m，建立的通航隧洞人员疏散仿真的几何模型，如图12所示。由于对人员疏散的重点主要集中于对人员疏散的路径计算，因此，忽略船舶流线型结构对空气对流的影响。对船舶模型进行适当简化；同时，考虑到船员一般只能从甲板撤离，且甲板距离地面一般较高，在建立船舶模型的同时，设置船舶下落到陆地的连接通道，通航隧洞疏散通道的几何模型，如图13所示。
在隧洞火灾事故发生后，人员是否能安全疏散，与疏散人员的特征息息相关，人员性别、年龄、身体素质等方面的差异，导致其对待船舶火灾的处理方式也不尽相同。因此，需对人员年龄、数量、肩宽及速度等相关参数进行科学合理的设置，以保证疏散结果的准确有效。人员年龄参数选取为16~60岁。对各船舶疏散人员在实际的基础上适当上浮，每艘船舶的疏散人员设置为10人，共计20人。将人员默认为一个个圆柱体区域，圆柱直径即为人员肩宽，在人员疏散过程中，由于隧洞的空间有限，肩宽过大会降低人员步行速度，增加疏散时间，将青年男性肩宽设为0.4m，青年女性设为0.37m。在火灾疏散过程中，人员疏散速度对安全疏散的结果起至关重要的作用。由于人员之间的健康程度、身体素质等条件各有差异，其行走速度也不尽相同，一般来说，青壮年相较于老弱病残人员速度快，且在火灾中反应速度更为迅捷。因此，根据对人员速度相关数据的统计资料，青年男性的速度设定为1.1~1.8m/s左右，青年女性设置为1~1.7m/s左右。
根据对通航隧洞人员疏散的仿真模拟结果，绘制的疏散全过程待疏散人数的变化图，如图14所示，从待疏散人数整体变化来看可分为四个阶段，第一阶段（t=0~91s），两艘船的疏散人数共计20人全部处于疏散过程中，直至实验开始的91s时，疏散人群中的第一人到达隧洞入口处，疏散成功；第二阶段（t=91~103s），正常航行船的疏散人群陆续疏散成功，待疏散人数随着时间的推移呈线性下降，从一定程度上说明人员疏散过程中未出现扎堆到达隧洞入口的情况，人员疏散较为有序；第三阶段（t=103~214s），由于正常航行船的人员全部疏散成功，事故船的疏散人员全部继续沿疏散通道往隧洞入口处移动，因此疏散人数保持10不变，直至实验开始的214s时，事故船的第一个疏散人员到达隧洞入口处，疏散成功。第四阶段（t=214~228s）与第二阶段类似，由于事故船其他人员陆续疏散成功，因此此阶段待疏散人数随着时间推移呈线性下降，人数疏散过程未出现扎堆到达隧洞入口的情况，人员疏散较为有序。
根据人员疏散安全时间中必需安全疏散时间的计算方法，REST主要通过计算疏散开始时间tstart和人员疏散运动时间taction得到。对于疏散开始时间tstart的计算，一般而言受事故船火灾报警、船内人员调度、人员预动作等因素影响，同时，根据通航隧洞人员疏散的模拟场景，通航隧洞内同时存在2艘船舶需进行疏散，考虑正常航行的船舶与事故船之间存在一定的安全距离，正常航行船舶上的船员只有看到可视火灾烟气时才会开始疏散，因此正常航行的船舶与事故船的开始疏散时间相比存在一定的延时。设定事故船的人员疏散开始时间为30s，正常航行船舶开始疏散时间为60s。
人员疏散运动时间taction主要通过计算人员着陆时间T1和平台疏散时间T2得到；对于T1而言，单船的人员着陆时间T1可用下式进行计算；
Figure DEST_PATH_IMAGE024
式中，Q为待疏散人员数量，可取10；B为船舶到陆地可利用的通道宽度，单位为m；F为疏散通道单位宽度的通过能力，单位为人/（min·m）；参考公路隧洞相关规范结合通航隧洞火灾工况下人员疏散的实际情况，B的取值取0.55m，F为此处取90。经计算，T1为13.4s。
作为一个优选的实施例，获取平台疏散时间，具体包括：根据人员上岸后至横通道最远距离、人员逃生速度及平台疏散时间公式，获取平台疏散时间，所述平台疏散时间公式为
Figure DEST_PATH_IMAGE025
，其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE026
为路径安全系数，L t为人员上岸后至横通道最远距离，v为人员逃生速度。
一个具体实施例中，对于平台疏散时间T2而言，人员成功着陆疏散平台上后按照人员疏散方向，沿疏散通道快速转移至隧洞入口处所用的时间可用下式进行计算；
Figure DEST_PATH_IMAGE027
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE028
为路径安全系数，一般取值为1~1.2，；L t为人员上岸后至横通道最远距离，对于事故船而言L t为350m，对于正常航行的船舶而言其L t为150m；v为人员逃生速度，单位为m/s；通过计算，对于事故船而言T2为205.9s，对于正常航行船舶而言T2为88.3s。
考虑到通航隧洞内存在2艘船舶同时进行人员疏散，因此，利用人员疏散的时间轴对通航隧洞船舶火灾工况下的人员必需安全疏散时间进行计算，通航隧洞人员疏散时间轴示意图，如图15所示，图15中船1代表事故船，船2代表正常通航的船舶。
根据图15可以看到，对于事故船而言人员必需安全疏散时间为249.3s，对于正常通航的船舶而言人员必需安全疏散时间为161.7s，因此对于通航隧洞船舶火灾工况下人员疏散而言，取两船人员必需安全疏散时间的最大值为249.3s。
作为一个优选的实施例，根据所述单船人员着陆时间及平台疏散时间确定人员疏散运动时间，根据所述人员疏散运动时间获取必需安全疏散时间，具体包括：将单船人员着陆时间与平台疏散时间相加得到人员疏散运动时间，将人员疏散运动时间与人员开始疏散时间相加得到必需安全疏散时间。
具体实施例时，将单船人员着陆时间与平台疏散时间相加得到单船人员疏散运动时间，将单船人员疏散运动时间与人员开始疏散时间得到单船必需安全疏散时间，最后根据人员疏散时间轴获取通航隧洞内某一火灾事故场景下人员疏散的必需安全疏散时间。
作为一个优选的实施例，根据当前风速及临界风速的大小关系，以及可用安全疏散时间与必需安全疏散时间，确定不同火灾工况下的人员疏散安全性，具体包括：
若当前风速大于或等于临界风速并且可用安全疏散时间大于必需安全疏散时间，对应火灾工况下下人员疏散安全性，否则，对应火灾工况下下人员疏散不安全性。
一个具体实施例中，根据必需疏散时间和可用安全疏散时间的计算结果，对比REST（必需安全疏散时间）和ASET（可用安全疏散时间）之间的相互关系，从而对通航隧洞船舶火灾工况下的人员疏散安全性进行评价，各火灾工况下REST和ASET的对比情况，如表3所示。
表3
Figure DEST_PATH_IMAGE029
根据表4可以看到，对于火灾场景1机舱燃烧和对于火灾场景2货舱燃烧而言，不同火灾工况下对应的ASET均大于REST，因此符合人员疏散安全准则，能够确保该火灾场景下的人员安全疏散；对于火灾场景3整船燃烧而言，当风速在4.6m/s时，ASET比REST小，此时不利于人员疏散。
对于机舱燃烧而言，其火灾纵向通风风速大于风速临界值时，此时，ASET均大于REST，可满足人员安全疏散条件，对于货舱燃烧时，其火灾纵向通风风速大于风速临界值时，此时，ASET均大于REST，可满足人员安全疏散条件，对于整船燃烧时，在当风速在4.6m/s时下无法满足人员安全疏散准则，应在此基础上进一步增加火灾工况下的纵向通风风速，从而确定人员在该火灾工况下的安全疏散。
本发明实施例提供了一种通航隧洞船舶火灾人员疏散安全评价装置，包括临界风速获取模块、可用安全疏散时间确定模块、必需安全疏散时间确定模块及疏散安全评价模块；
所述临界风速获取模块，用于获取不同通航隧洞船舶火灾场景下的最大火灾热释放率，根据所述不同通航隧洞船舶火灾场景下的最大火灾热释放率确定不同通航隧洞船舶火灾场景下的临界风速；
所述可用安全疏散时间确定模块，用于以不同通航隧洞船舶火灾场景及不同当前风速，确定不同火灾工况，获取不同火灾工况下，在特征高度上人体接触温度及燃烧热辐射达到人体可忍受范围外的时间，以两种时间的最小值作为对应火灾工况下的可用安全疏散时间；
所述必需安全疏散时间确定模块，用于获取单船人员着陆时间及平台疏散时间，根据所述单船人员着陆时间及平台疏散时间确定人员疏散运动时间，根据所述人员疏散运动时间获取必需安全疏散时间；
所述疏散安全评价模块，用于根据当前风速及临界风速的大小关系，以及可用安全疏散时间与必需安全疏散时间，确定不同火灾工况下的人员疏散安全性。
本发明实施例提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现如上述任一实施例所述的通航隧洞船舶火灾人员疏散安全评价方法。
本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机该程序被处理器执行时，实现如上述任一实施例所述的通航隧洞船舶火灾人员疏散安全评价方法。
本发明公开了一种通航隧洞船舶火灾人员疏散安全评价方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质，通过获取不同通航隧洞船舶火灾场景下的最大火灾热释放率，根据所述不同通航隧洞船舶火灾场景下的最大火灾热释放率确定不同通航隧洞船舶火灾场景下的临界风速；以不同通航隧洞船舶火灾场景及不同当前风速，确定不同火灾工况，获取不同火灾工况下，在特征高度上人体接触温度及燃烧热辐射达到人体可忍受范围外的时间，以两种时间的最小值作为对应火灾工况下的可用安全疏散时间；获取单船人员着陆时间及平台疏散时间，根据所述单船人员着陆时间及平台疏散时间确定人员疏散运动时间，根据所述人员疏散运动时间获取必需安全疏散时间；根据当前风速及临界风速的大小关系，以及可用安全疏散时间与必需安全疏散时间，确定不同火灾工况下的人员疏散安全性；实现了对通航隧洞船舶火灾情况下人员疏散的安全评价。
本发明技术方案，定量分析隧洞火灾烟气扩散和温度场的分布情况，对各火灾工况下的人员疏散进行安全性评价，针对性地提出人员安全疏散优化策略，对于保障隧洞火灾工况下的人员安全疏散具有重要的意义，也为隧洞的安全营运和管理提供可借鉴的理论参考。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种通航隧洞船舶火灾人员疏散安全评价方法，其特征在于，包括：
获取不同通航隧洞船舶火灾场景下的最大火灾热释放率，根据所述不同通航隧洞船舶火灾场景下的最大火灾热释放率确定不同通航隧洞船舶火灾场景下的临界风速；
以不同通航隧洞船舶火灾场景及不同当前风速，确定不同火灾工况，获取不同火灾工况下，在特征高度上人体接触温度及燃烧热辐射达到人体可忍受范围外的时间，以两种时间的最小值作为对应火灾工况下的可用安全疏散时间；
获取单船人员着陆时间及平台疏散时间，根据所述单船人员着陆时间及平台疏散时间确定人员疏散运动时间，根据所述人员疏散运动时间获取必需安全疏散时间；
根据当前风速及临界风速的大小关系，以及可用安全疏散时间与必需安全疏散时间，确定不同火灾工况下的人员疏散安全性。
2.根据权利要求1所述的通航隧洞船舶火灾人员疏散安全评价方法，其特征在于，根据所述不同通航隧洞船舶火灾场景下的最大火灾热释放率确定不同通航隧洞船舶火灾场景下的临界风速，具体包括：根据所述不同通航隧洞船舶火灾场景下的最大火灾热释放率、临界风速计算公式及热空气温度公式，确定不同通航隧洞船舶火灾场景下的临界风速；所述临界风速计算公式为
Figure DEST_PATH_IMAGE001
，所述热空气温度公式为
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE003
为临界风速，
Figure DEST_PATH_IMAGE004
为坡度修正系数，g为重力加速度，H为隧洞高度，K为无量纲数，Q为火灾的热释放率，
Figure DEST_PATH_IMAGE005
为空气密度，Cp为空气的定压比热，A为隧洞的横截面积，T f为热空气温度，T0为环境温度。
3.根据权利要求1所述的通航隧洞船舶火灾人员疏散安全评价方法，其特征在于，获取单船人员着陆时间，包括：根据待疏散人员数量、船舶到陆地可利用的通道宽度及疏散通道单位宽度的通过能力获取单船人员着陆时间。
4.根据权利要求3所述的通航隧洞船舶火灾人员疏散安全评价方法，其特征在于，根据待疏散人员数量、船舶到陆地可利用的通道宽度及疏散通道单位宽度的通过能力获取单船人员着陆时间，具体包括：
根据待疏散人员数量、船舶到陆地可利用的通道宽度、疏散通道单位宽度的通过能力及人员着陆时间公式，获取单船人员着陆时间，所述人员着陆时间公式为
Figure DEST_PATH_IMAGE006
，Q为待疏散人员数量，B为船舶到陆地可利用的通道宽度，F为疏散通道单位宽度的通过能力，T1为单船人员着陆时间。
5.根据权利要求1所述的通航隧洞船舶火灾人员疏散安全评价方法，其特征在于，获取平台疏散时间，具体包括：根据人员上岸后至横通道最远距离、人员逃生速度及平台疏散时间公式，获取平台疏散时间，所述平台疏散时间公式为
Figure DEST_PATH_IMAGE007
，其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE008
为路径安全系数，L t为人员上岸后至横通道最远距离，v为人员逃生速度。
6.根据权利要求1所述的通航隧洞船舶火灾人员疏散安全评价方法，其特征在于，根据所述单船人员着陆时间及平台疏散时间确定人员疏散运动时间，根据所述人员疏散运动时间获取必需安全疏散时间，具体包括：将单船人员着陆时间与平台疏散时间相加得到人员疏散运动时间，将人员疏散运动时间与人员开始疏散时间相加得到必需安全疏散时间。
7.根据权利要求1所述的通航隧洞船舶火灾人员疏散安全评价方法，其特征在于，根据当前风速及临界风速的大小关系，以及可用安全疏散时间与必需安全疏散时间，确定不同火灾工况下的人员疏散安全性，具体包括：
若当前风速大于或等于临界风速并且可用安全疏散时间大于必需安全疏散时间，对应火灾工况下人员疏散安全，否则，对应火灾工况下人员疏散不安全。
8.一种通航隧洞船舶火灾人员疏散安全评价装置，其特征在于，包括临界风速获取模块、可用安全疏散时间确定模块、必需安全疏散时间确定模块及疏散安全评价模块；
所述临界风速获取模块，用于获取不同通航隧洞船舶火灾场景下的最大火灾热释放率，根据所述不同通航隧洞船舶火灾场景下的最大火灾热释放率确定不同通航隧洞船舶火灾场景下的临界风速；
所述可用安全疏散时间确定模块，用于以不同通航隧洞船舶火灾场景及不同当前风速，确定不同火灾工况，获取不同火灾工况下，在特征高度上人体接触温度及燃烧热辐射达到人体可忍受范围外的时间，以两种时间的最小值作为对应火灾工况下的可用安全疏散时间；
所述必需安全疏散时间确定模块，用于获取单船人员着陆时间及平台疏散时间，根据所述单船人员着陆时间及平台疏散时间确定人员疏散运动时间，根据所述人员疏散运动时间获取必需安全疏散时间；
所述疏散安全评价模块，用于根据当前风速及临界风速的大小关系，以及可用安全疏散时间与必需安全疏散时间，确定不同火灾工况下的人员疏散安全性。
9.一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现如权利要求1-7任一所述的通航隧洞船舶火灾人员疏散安全评价方法。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机该程序被处理器执行时，实现如权利要求1-7任一所述的通航隧洞船舶火灾人员疏散安全评价方法。
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