客船安全性设计中,保障乘客的人身安全是解决安全问题的首要目标和任务。紧急情况发生时,使处于危险区域的人员快速、安全地疏散到指定的安全集合站是其中的重要内容之一。但因为客船内的乘客多为异质性人群,个员间的差异性涉及了性别、年龄、身体尺寸、移动性及决策行为等方面,极大地增了人群疏散过程的复杂性。同时,由于客船内部舱室连通复杂、人群数量众多、各类人员应急路线及任务也不尽相同,再加上紧急事故发生时常伴有船体摇晃等复杂因素影响,导致应急条件下的快速、有效的疏散工作变得极其困难。为了对客船异质性人群疏散过程进行可视化模拟,对影响客船人员疏散过程的各方面因素进行定性定量地分析,为决策者提供更直观的疏散方案评价和更科学的建议,本文建立了考虑人员差异性的客船疏散仿真模型,对静止状态及横摇运动状态下的客船内的异质性人群疏散过程进行了一系列的仿真及细致的研究。本文采用社会力模型及相应的力矩模型描述客船人员的移动及转体行为。通过引入人员的“视觉区域”、对空间可用性的不同敏感度参数、直行偏好及基于社会“交通规范”的行走方向偏好等,建立了基于最优决策理论的客船异质性单向流疏散模型。通过将仿真结果与实验数据及其它模型结果的对比验证了本文模型的适用性和有效性。单向流人群行为仿真结果表明,异质性人群的疏散行为容易受到人群初始分布的影响。如密集人群中,慢速行人的分布位置及密度的变化将导致走廊结构中不同的人群流动模式;而稀疏人群中,随着慢速行人间横排距离的增大,走廊结构内的快速行人的疏散时间先减小后保持不变,而舱室结构内的快速行人的疏散时间先减少后增加,即舱室结构内存在使快速行人疏散时间达到最小值的人群初始化分布。在客船异质性单向流疏散模型的基础上,考虑了对流人群的影响,建立了基于最优决策理论的客船异质性人群对流疏散模型,可对异质性人群行为实验中所观测到的“人群渠化”自组织现象、人群渠道相变过程及人员超越行为进行同时的模拟仿真。通过将仿真结果与实验观测数据及其它模型仿真结果的对比,验证了所提出模型的合理性及准确性。通过对异质性对流人群的仿真研究,发现适当比例的人群渠道不仅可以提高人群通行效率,而且还可以引起同向行人位置的重新分布,有利于快速行人超越前方的慢速行人,减少疏散时间;另外,走廊的宽度越宽,快速行人的超越行为越容易实现,异质性人员间的拥挤及推搡现象越少,人群中安全性隐患随之降低;稀疏异质性人群中的超越行为以及密集人群中较强右侧通行的方向偏好都将导致异质性对流人群流量的降低;此外,行人较强的右侧通行偏好可以形成稳定的两条分离的人群渠道,且与走廊宽度变化及人群密度的变化无关。而当右侧交通规范偏好减弱时,行人的躲闪行为将比最短路径行为引起更多的人群渠道,直到达到走廊结构本身的人群渠道最大容量。根据IMO国际海事组织最新颁布的客船人群安全疏散分析指南,分析了客船人员的疏散方式及疏散研究的重点内容。为了研究客船的晃动对人员疏散行为的影响,建立了不同风况海面上客船的横摇运动方程。同时,基于船舶模拟器人群行为实验观测结果建立了做横摇运动的客船内的人员速度衰减模型。对客船内造成人员速度衰减的各方面因素进行了分析,发现随着客船横摇角度的不断增大,行人速度衰减程度也逐渐增加;同时,随着人员分布位置离客船横摇轴的距离越远,行人速度衰减也越明显;而另一方面,健康年轻男性的速度受客船横摇运动的影响较小,其速度衰减程度也较小,而老年人等易受伤害群体受客船横摇运动的影响较明显,速度衰减程度较大。基于前文所提出的客船异质性人群对流疏散模型及做横摇运动的客船内的人员速度衰减模型,在FDS+Evac仿真平台框架内建立了考虑人员异质性的客船疏散仿真系统。参照某大型客滚船的结构数据建立了客船人员疏散场景的三维结构模型,并制定了人员疏散仿真流程,开展了客船异质性人群疏散的仿真研究。针对客船内部通行结构、人群密度、个体差异性、船舶横摇运动、救援人员流动等因素对人群疏散过程的影响进行了细致的分析及研究,发现较宽走廊不仅可以提高人群通行效率,而且可以避免走廊所经过的舱室内的人群拥堵;异质性人群中慢速行人数量的增加引起了人群间更多的相互作用,容易导致瓶颈结构处的人群拥堵;随客船横摇角度的增加,行人的速度衰减程度逐渐增大,人群通过各安全出口完成疏散所需要的时间逐渐增长。而老年人等易受伤害人群由于对客船横摇运动较敏感,所以速度衰减更加严重,极大地延长了人群的疏散时间;考虑救援人员流动情况的客船异质性人群疏散仿真表明,通往集合站的安全出口处将出现“人群震荡”或人群拥堵现象,而在连接安全出口及各舱室的走廊内将形成对流及交叉流的人群区域;另外,救援人员的初始分布位置及救援人数对人群疏散过程有较为明显的影响。应尽量避免在较窄通道或瓶颈出口处与反向疏散的乘客人群相遇,以免形成人群堵塞,延误客船人员疏散及救援抢险的时间。