突發(fā)火災(zāi)條件下波音737-800客艙煙氣與火焰?zhèn)鞑ヒ?guī)律及人員疏散特性研究

劉天奇，賈瑞衡

摘要：本文以波音737-800飛機(jī)客艙為研究對(duì)象，通過Pathfinder軟件對(duì)客艙以及艙內(nèi)乘客進(jìn)行建模，并設(shè)置了艙內(nèi)乘客的不同疏散性質(zhì)，如肩寬、身高、步行速度等，研究了客艙中部起火影響應(yīng)急艙門無法開啟的情況下，乘客的疏散時(shí)間、擁擠程度，得到結(jié)論如下：客艙內(nèi)乘客完全完成疏散時(shí)間為108s，公務(wù)艙乘客首先完成疏散，其次是明珠經(jīng)濟(jì)艙乘客，經(jīng)濟(jì)艙乘客最晚完成疏散。

關(guān)鍵詞：客艙；煙氣蔓延；火焰溫度；人員疏散

引言

在現(xiàn)代航空運(yùn)輸中，航空安全一直是全球關(guān)注的焦點(diǎn)，飛機(jī)客艙火災(zāi)及其人員疏散更是航空安全領(lǐng)域中備受關(guān)注的重要問題，機(jī)組人員操作失誤和乘客攜帶的可燃物品均可能釀成重大火災(zāi)，導(dǎo)致機(jī)毀人亡的同時(shí)造成重大損失。過去的航空事故調(diào)查和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，飛機(jī)客艙火災(zāi)事故的發(fā)生會(huì)產(chǎn)生很大影響。盡管航空業(yè)對(duì)于飛機(jī)客艙火災(zāi)采取了多種預(yù)防和應(yīng)對(duì)措施，但仍存在著火災(zāi)發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。

目前，學(xué)者們針對(duì)飛機(jī)客艙火災(zāi)和特定空間內(nèi)人員疏散問題展開了一定研究。王智愚等通過FDS數(shù)值模擬方法探究了低壓環(huán)境下空中客車320客艙火災(zāi)的煙氣傳播規(guī)律，研究表明在低壓環(huán)境下，飛機(jī)客艙中火源熱釋放速率、溫度以及有害氣體濃度都有所降低[1]；張青松等研究了飛機(jī)客艙設(shè)計(jì)對(duì)于飛機(jī)客艙防火性能的影響，首次提出了火災(zāi)疏散安全指數(shù)的概念，所提出的概念不僅可以對(duì)現(xiàn)有飛機(jī)的防火能力進(jìn)行評(píng)估，還可以優(yōu)化飛機(jī)的客艙布局以及人員疏散方案[2]；王準(zhǔn)等利用FDS數(shù)值模擬重構(gòu)了飛機(jī)客艙火災(zāi)全尺寸燃燒實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景，得出飛機(jī)客艙發(fā)生火災(zāi)時(shí)模擬轟燃時(shí)間與實(shí)驗(yàn)轟燃時(shí)間基本吻合，驗(yàn)證了利用數(shù)值模擬方法用于模擬飛機(jī)客艙火災(zāi)的有效性[3]；張海鵬等利用元胞自動(dòng)機(jī)理論，構(gòu)建了一種火災(zāi)環(huán)境下行人受溫度和可見度影響的疏散模型，并通過實(shí)例展開研究，研究表明提出的疏散模型可以更準(zhǔn)確模擬行人因?yàn)闇囟群涂梢姸葘?dǎo)致疏散能力下降的行為狀況[4]；Zhang Chunhua等提出了利用自動(dòng)扶梯來增加疏散路徑的思路，模擬了自動(dòng)扶梯防火卷簾對(duì)自動(dòng)扶梯疏散路徑使用的影響，研究表明自動(dòng)扶梯防火卷簾的不同狀態(tài)對(duì)應(yīng)急疏散過程有很大影響[5]。綜上可知，目前對(duì)于飛機(jī)客艙火災(zāi)研究主要集中在特殊環(huán)境下飛機(jī)客艙火災(zāi)的傳播規(guī)律和飛機(jī)客艙防火性能方面，且由于飛機(jī)客艙內(nèi)人員安全疏散是最根本的問題，對(duì)波音737-800飛機(jī)客艙火災(zāi)情況下人員疏散問題研究至關(guān)重要。

鑒于此，利用Pathfinder軟件模擬客艙內(nèi)不同類型人員疏散情況，研究結(jié)果對(duì)突發(fā)火災(zāi)情況下乘客疏散路線和疏散出口的選擇具有參考價(jià)值，還可以為客艙內(nèi)主動(dòng)滅火設(shè)施布置提供理論依據(jù)。

一、波音737-800客艙模型建立與參數(shù)設(shè)置

如圖1，波音737-800客艙共164個(gè)座位，其中公務(wù)艙8個(gè)座位，明珠經(jīng)濟(jì)艙24個(gè)座位，經(jīng)濟(jì)艙132個(gè)座位。公務(wù)艙前部是1、2號(hào)艙門，經(jīng)濟(jì)艙中部是3、4、5、6號(hào)艙門，經(jīng)濟(jì)艙后部是7、8號(hào)艙門，其中3、4、5、6號(hào)艙門是應(yīng)急艙門，用于應(yīng)急環(huán)境下乘客逃生疏散。假設(shè)火災(zāi)開始時(shí)客艙內(nèi)滿載164人，客艙內(nèi)乘客分為青年男性、青年女性、成年男性、成年女性、老年男性、老年女性，根據(jù)中國(guó)民航局CCAR-25-R4中對(duì)正常的人群組成比例規(guī)定：女性至少占比總?cè)藬?shù)的40%，老年人至少占比總?cè)藬?shù)的35%，老年女性至少占比總?cè)藬?shù)的15%[6]，參考此規(guī)定，對(duì)客艙內(nèi)乘客參數(shù)設(shè)置如表1，并將不同類型乘客隨機(jī)分配到客艙內(nèi)。

在飛機(jī)客艙發(fā)生火災(zāi)的情況下，乘客首先需要認(rèn)識(shí)到火災(zāi)的存在。另外，客艙火災(zāi)會(huì)引發(fā)乘客們的恐慌，導(dǎo)致混亂并迷失方向，而后才開始解開安全帶并從座位上站起來開始逃生。因此，延遲反應(yīng)時(shí)間的設(shè)置是非常重要的，以考慮乘客在火災(zāi)緊急情況下的心理和行為因素[7]。由于客艙內(nèi)包含多種類型的乘客，所以設(shè)置乘客的延遲反應(yīng)時(shí)間為3.862s-4.43s。客艙發(fā)生火災(zāi)時(shí)，機(jī)組人員需要一定時(shí)間打開機(jī)艙門，其中包括應(yīng)急艙門，設(shè)置火災(zāi)開始后艙門打開時(shí)間為15s[8]。

二、火災(zāi)情況下波音737-800客艙人員疏散模擬分析

由于火源距離3號(hào)、5號(hào)應(yīng)急艙門距離較近，人員無法從3號(hào)、5號(hào)應(yīng)急艙門進(jìn)行疏散，所以設(shè)置整個(gè)模擬過程中3號(hào)、5號(hào)艙門始終處于關(guān)閉狀態(tài)。使用Pathfinder軟件中的“Run Simulation”功能，對(duì)波音737-800客艙火災(zāi)情況下的人員疏散情況開始模擬，為保證疏散過程的普遍性，疏散過程均使用模擬10次后的平均值，具體人員疏散過程如圖2。

由圖2可知，t=0s時(shí)，火災(zāi)剛剛開始，由于反應(yīng)延遲時(shí)間的設(shè)定，艙內(nèi)人員還未開始疏散，只是剛剛注意到了火災(zāi)的發(fā)生，公務(wù)艙人員密度較低，明珠經(jīng)濟(jì)艙和經(jīng)濟(jì)艙人員密度較大；t=5s時(shí)，人員已經(jīng)開始疏散，延遲反應(yīng)時(shí)間較短的乘客已經(jīng)離開座位開始疏散，此時(shí)公務(wù)艙人員密度較小，明珠經(jīng)濟(jì)艙后部過道處人員密度較大，靠近應(yīng)急艙門的乘客已經(jīng)開始向距離較近的應(yīng)急艙門疏散，經(jīng)濟(jì)艙過道處人員密度開始增大；t=10s時(shí)，由于機(jī)組開啟艙門需要15s的時(shí)間，公務(wù)艙乘客已經(jīng)到達(dá)1號(hào)、2號(hào)艙門進(jìn)行等待，此時(shí)由于明珠經(jīng)濟(jì)艙、經(jīng)濟(jì)艙乘客都已經(jīng)離開座位進(jìn)行疏散且人員比較密集，所以明珠經(jīng)濟(jì)艙、經(jīng)濟(jì)艙過道處人員都比較密集。因?yàn)榻?jīng)濟(jì)艙人員較多、過于擁擠，到達(dá)經(jīng)濟(jì)艙后部艙門的乘客只有2人；t=15s時(shí)，此時(shí)機(jī)組人員剛剛打開艙門，乘客從此時(shí)開始向外疏散?？团搩?nèi)的擁擠程度仍未有明顯變化，但各個(gè)艙門處的人員密度已經(jīng)達(dá)到最大；t=20s時(shí)，隨著艙門的開啟，艙門處的人員密度開始降低，但明珠經(jīng)濟(jì)艙和經(jīng)濟(jì)艙過道處的人員擁擠情況仍未得到改善，此時(shí)頭等艙的乘客已經(jīng)疏散完成；t=25s時(shí)，根據(jù)艙內(nèi)人員密度圖可以觀察到明珠經(jīng)濟(jì)艙隨著人員的疏散完成，其擁堵情況已經(jīng)得到改善；t=30s時(shí)，明珠經(jīng)濟(jì)艙的乘客已經(jīng)可以開始進(jìn)行快速圖2客艙人員疏散過程及人員分布密度圖

疏散，經(jīng)濟(jì)艙乘客的擁堵情況已經(jīng)得到一定的改善；t=50s時(shí)，明珠經(jīng)濟(jì)艙的乘客已經(jīng)疏散完成，經(jīng)濟(jì)艙中部的擁堵情況一直沒有得到改善；t=70s時(shí)，經(jīng)濟(jì)艙中部的擁堵情況已經(jīng)得到改善，經(jīng)濟(jì)艙前部的乘客已經(jīng)可以開始進(jìn)行快速疏散；t=90s時(shí)，艙內(nèi)僅剩7名經(jīng)濟(jì)艙后部的乘客未完成疏散；t=108s時(shí)，客艙人員疏散完成。

結(jié)語

本文針對(duì)波音737-800飛機(jī)客艙中部起火條件下，運(yùn)用Pathfinder軟件對(duì)客艙內(nèi)部乘客在火災(zāi)情況下的人員疏散情況進(jìn)行模擬仿真，研究了乘客整體疏散時(shí)間以及不同時(shí)刻乘客的疏散狀態(tài)特性，得到結(jié)論如下：客艙內(nèi)乘客完全完成疏散時(shí)間為108s，公務(wù)艙乘客首先完成疏散，其次是明珠經(jīng)濟(jì)艙乘客，經(jīng)濟(jì)艙乘客最晚完成疏散。

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