大型客机紧急逃生仿真建模及机舱相关设施布局优化研究

大型客机的设计必须满足90秒乘客安全撤离的强制要求。考虑到真人紧急逃生演示试验花费多、耗时长以及不安全等缺点，使用高性能计算机来完成乘客逃生过程仿真日益成为对大型客机进行安全性评估的重要手段。本项目将通过构建乘客紧急逃生行为测试平台来获取真人逃生行为试验数据，并在此基础上建立乘客个体特征、机舱物理环境和乘客紧急逃生个体表现之间的数学模型，然后结合乘客逃生表现模型和逃生路径智能优化算法构建大型客机乘客紧急逃生仿真模型。本项目还通过比较已取得适航证的各大型客机真人紧急逃生测试结果与相应机型紧急逃生仿真结果，进一步校正仿真模型，从而实现更为准确的紧急逃生仿真。最后，本项目将以机舱设计满足90秒撤离时间的可信度最大化为设计目标，基于乘客紧急逃生计算机仿真进行机舱设施布局优化设计，得到舱门、座位、服务设施等与逃生相关机舱设施的最佳位置，为大型客机机舱前期设计提供指导性方案。

民航客机在紧急状况下的疏散时间是衡量其安全性的一个非常重要的指标，按照美国联邦航空管理局（FAA）的规定，在模拟的无外界照明及只打开机舱一侧出口的紧急状况之下，客机上所有乘客和机组人员必须在90秒内完全疏散到地面。然而，为验证新型客机的紧急疏散能力而开展的真人疏散试验常常面临着高昂的试验费用和对参试人员的安全隐患。近年来，以计算机软硬件技术为基础的客机疏散仿真技术的兴起为验证客机的紧急疏散能力提供了新途经，但这种新的客机疏散验证方法的准确度完全依赖于仿真模型对真实疏散环境和疏散人员行为描述的吻合程度，而现有计算机模型在细节上的简化处理导致了它们对疏散过程模拟的准确度不高。为了使仿真模型更接近实际情况，同时通过机舱疏散标识系统提高客机的疏散效率，我们在国家自然科学基金（61179059）的资助下开展了大型客机紧急疏散仿真及其标识系统优化课题的研究，具体的研究内容和成果包括以下几部分：.（1）使用混合精细网格离散表示方式搭建了机舱的疏散环境模型，在此基础上提出了一种自由网格按序编号的疏散地图生成方法，虚拟乘客可以通过对比不同出口的疏散地图实现疏散移动；同时，疏散模型通过控制乘客间距的方式来避免虚拟乘客之间出现重叠，克服了现有疏散模型中采用的每个网格仅能被一个乘客占据的方式所造成的仿真真实性不足。.（2）建立了具有个体生理差异、能自主规划疏散路径的虚拟乘客模型，考虑了乘客生理特征（如：腰围、性别、年龄及残疾）对乘客疏散移动的影响，并且随机生成的虚拟乘客所具有的生理特征数据与真实飞机乘客的生理特征数据有着相同的统计分布；此外，还对乘客的路径选择策略进行了研究，建立了综合排队长度和路径距离的乘客选路准则，可解决机舱出口利用率不平衡的问题。.（3）提出一种可以提高客机疏散效率的疏散标识系统，并利用代理模型技术和序列采样方法对不同出口状态下的疏散标识范围进行优化设计。该标识系统可以有效地降低实际疏散过程中乘客普遍存在的盲目移动现象。优化结果表明，合理的疏散方向指示能显著地提高客机的疏散效率。