民機(jī)應(yīng)急撤離實(shí)驗(yàn)與仿真研究進(jìn)展

彭浩軒，劉小川，白春玉，惠旭龍，牟讓科

(中國(guó)飛機(jī)強(qiáng)度研究所 結(jié)構(gòu)沖擊動(dòng)力學(xué)航空科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 西安 710065)

0 引 言

隨著全球民航業(yè)的快速發(fā)展，航班數(shù)量和空域流量迅速增長(zhǎng)，盡管民機(jī)運(yùn)營(yíng)中的安全事故發(fā)生概率總體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，但事故數(shù)量卻逐年上升。

出現(xiàn)緊急狀況時(shí)，軍機(jī)乘員有機(jī)會(huì)通過(guò)座椅彈射、跳傘、迫降撤離等方式脫離危險(xiǎn)，但民航飛機(jī)只能通過(guò)迫降后進(jìn)行應(yīng)急撤離的方式疏散乘員。因此，應(yīng)急撤離是民機(jī)發(fā)生事故時(shí)保障乘員安全的必經(jīng)環(huán)節(jié)，在伴隨有火災(zāi)等災(zāi)害的事故中，客艙人員安全且高效的撤離疏散尤為重要。

應(yīng)急撤離是指飛機(jī)發(fā)生可生存事故后，在穩(wěn)定停泊的狀態(tài)下，乘客和機(jī)組人員按照規(guī)定程序快速撤離至地面安全位置的過(guò)程，具有歷時(shí)短、人員密集、環(huán)境復(fù)雜、影響因素眾多等特點(diǎn)。在這一過(guò)程中有多個(gè)不確定因素，如乘客的生理與心理特征、乘客對(duì)緊急情況的應(yīng)對(duì)處理方式及能力、飛機(jī)撤離設(shè)備的可用性、撤離環(huán)境因素等，這些因素都會(huì)影響乘員的撤離活動(dòng)及其效率。

1962年，A.H.Hasbrook等[1]最早開始對(duì)飛機(jī)應(yīng)急撤離問(wèn)題進(jìn)行研究，通過(guò)整理49起飛機(jī)事故及66次全尺寸民機(jī)應(yīng)急撤離適航演示試驗(yàn)的資料，詳細(xì)分析了人員的撤離運(yùn)動(dòng)特征并提煉了應(yīng)急撤離問(wèn)題的一些重點(diǎn)研究因素，包括：座椅密度，主過(guò)道尺寸，出口數(shù)量、位置及尺寸，出口標(biāo)識(shí)，打開出口需要的力量，以及可生存墜撞事故中的人為因素等。

在可生存飛機(jī)事故中，高效的應(yīng)急撤離能夠使乘客和機(jī)組人員在事態(tài)失控前盡可能快速地遠(yuǎn)離危險(xiǎn)，是緊急情況下保護(hù)飛機(jī)乘員安全的重要途徑。根據(jù)國(guó)際民航組織(ICAO)1998-2007年間的飛機(jī)事故統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，這些事故中約有90%的乘客通過(guò)應(yīng)急撤離實(shí)現(xiàn)脫險(xiǎn)[2]；通過(guò)對(duì)20世紀(jì)末十余年內(nèi)有人員傷亡的航空事故統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，在事故發(fā)生后罹難的乘員中有近94.5%是因?yàn)槲醇皶r(shí)撤離而死于吸入過(guò)量有害煙塵或嚴(yán)重?zé)齻鸞3]。由上述統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可見，若在飛機(jī)事故發(fā)生后盡可能快速、安全地完成人員疏散，可減少事故次生災(zāi)害導(dǎo)致的傷亡人數(shù)，提高乘員生存率。由于飛機(jī)可生存事故中的應(yīng)急撤離對(duì)乘員安全影響重大，因此，應(yīng)急撤離成為民機(jī)安全性研究與適航審定的重點(diǎn)關(guān)注內(nèi)容之一。

為確保民航飛機(jī)具備較為可靠的應(yīng)急撤離能力，美國(guó)、中國(guó)、英國(guó)等國(guó)的航空管理機(jī)構(gòu)均通過(guò)適航條款對(duì)影響撤離效率的一些設(shè)計(jì)因素作了約束，如限制過(guò)道寬度、座椅排距等關(guān)鍵尺寸參數(shù)的取值，此外還規(guī)定新設(shè)計(jì)民機(jī)需要進(jìn)行全尺寸應(yīng)急撤離適航符合性演示試驗(yàn)[4]，即“黃金90 s”撤離試驗(yàn)。若在指定的撤離環(huán)境條件下于90 s內(nèi)完成撤離過(guò)程，新機(jī)型才有資格通過(guò)此項(xiàng)驗(yàn)證。

基于上述背景，國(guó)內(nèi)外針對(duì)民機(jī)應(yīng)急撤離開展了實(shí)驗(yàn)與仿真研究。本文梳理了適航標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)民機(jī)應(yīng)急撤離的要求，重點(diǎn)對(duì)應(yīng)急撤離實(shí)驗(yàn)、仿真相關(guān)研究方法及研究進(jìn)展進(jìn)行總結(jié)歸納，并對(duì)該問(wèn)題的一些研究趨勢(shì)進(jìn)行了展望。

1 適航標(biāo)準(zhǔn)對(duì)民機(jī)應(yīng)急撤離的相關(guān)要求

中國(guó)民用航空局運(yùn)輸類飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)CCAR-25-R4中明確規(guī)定，44座以上飛機(jī)須通過(guò)符合標(biāo)準(zhǔn)要求的應(yīng)急撤離演示試驗(yàn)表明其滿載乘員能在試驗(yàn)開始后的90 s內(nèi)從原位置撤離至地面[5]。空客A380和ARJ21-700飛機(jī)全尺寸地面應(yīng)急撤離適航演示試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)分別如圖1～圖2所示。

圖1 A380應(yīng)急撤離適航演示試驗(yàn)

圖2 ARJ21應(yīng)急撤離適航演示試驗(yàn)

為使應(yīng)急撤離演示試驗(yàn)具有典型代表性，適航標(biāo)準(zhǔn)從飛機(jī)應(yīng)急照明、應(yīng)急撤離設(shè)備、撤離出口、參試人員組成、機(jī)組指揮引導(dǎo)等方面對(duì)試驗(yàn)作了系統(tǒng)規(guī)范[6]，其中對(duì)參試人員組成的要求如下：

①均為身心狀態(tài)健康正常的人員；

②女性占比不低于40%；

③50歲以上人員占比不低于35%；

④50歲以上女性占比不低于15%；

⑤旅客攜帶3個(gè)真人大小的玩偶，以模擬不超過(guò)兩歲的嬰兒；

⑥擔(dān)任維護(hù)或操作飛機(jī)職務(wù)的正規(guī)機(jī)組人員、機(jī)械員和訓(xùn)練人員不能充當(dāng)旅客。

上述要求也常被用作建立民機(jī)應(yīng)急撤離仿真模型的參考及輸入條件[7]。

除演示試驗(yàn)外，標(biāo)準(zhǔn)還對(duì)飛機(jī)應(yīng)急出口尺寸及位置、應(yīng)急出口通道尺寸、應(yīng)急撤離輔助設(shè)施(如充氣滑梯)、過(guò)道寬度、應(yīng)急照明、民航應(yīng)急預(yù)案等影響應(yīng)急撤離效率的因素作出了限制與規(guī)定[8]，以保障應(yīng)急撤離的實(shí)施。

由于每起民航可生存事故中的飛機(jī)狀態(tài)及災(zāi)害情況各不相同，許多事故狀況難以在撤離試驗(yàn)中統(tǒng)一進(jìn)行安全且有效地模擬，因此現(xiàn)行的適航標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定應(yīng)急撤離演示試驗(yàn)須在飛機(jī)機(jī)體完好、無(wú)危險(xiǎn)災(zāi)情的狀態(tài)下進(jìn)行，未體現(xiàn)事故中可能出現(xiàn)的機(jī)身姿態(tài)傾斜、機(jī)體變形破壞、客艙內(nèi)部火災(zāi)及有毒煙霧等復(fù)雜情況。

2 應(yīng)急撤離的模擬實(shí)驗(yàn)研究

民機(jī)事故現(xiàn)場(chǎng)情況具有復(fù)雜性與獨(dú)特性，這導(dǎo)致事故中的撤離過(guò)程難以被完整、準(zhǔn)確地復(fù)現(xiàn)，為了解典型情況下各種設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)應(yīng)急撤離結(jié)果的影響，研究中多采用替代實(shí)驗(yàn)方法，即基于真實(shí)飛機(jī)客艙或模擬客艙環(huán)境，在弱化不可控事故因素的情況下使參試人員按照一定的要求進(jìn)行“緊急撤離”實(shí)驗(yàn)，采集并分析人員的撤離運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，從而研究人員應(yīng)急撤離過(guò)程。

適航演示試驗(yàn)?zāi)苣M新機(jī)型條件下的人員撤離過(guò)程，并提供具有研究?jī)r(jià)值的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，但是適航演示試驗(yàn)成本高、周期長(zhǎng)、參試人員多、協(xié)調(diào)難度大且有人員受傷風(fēng)險(xiǎn)。受上述因素限制，適航規(guī)章規(guī)定新機(jī)型只需要進(jìn)行一次應(yīng)急撤離演示試驗(yàn)，但由于人員行為具有隨機(jī)性，一次試驗(yàn)的結(jié)果并不能完全代表飛機(jī)應(yīng)急撤離的性能，所獲取的信息也不足以滿足人員應(yīng)急撤離研究的需要，因此國(guó)內(nèi)外研究人員還參考民機(jī)客艙環(huán)境，按需搭建了多個(gè)不同規(guī)模的應(yīng)急撤離實(shí)驗(yàn)設(shè)施，通過(guò)進(jìn)行控制變量實(shí)驗(yàn)，深入研究了多種因素對(duì)人員撤離運(yùn)動(dòng)的影響。

1974年起，美國(guó)聯(lián)邦航空局(FAA)和國(guó)家運(yùn)輸安全委員會(huì)(NTSB)基于自行搭建的民機(jī)客艙模擬設(shè)施開展了多項(xiàng)人員應(yīng)急撤離實(shí)驗(yàn)，主要目的是研究客艙布局、撤離設(shè)施等要素對(duì)人員撤離的影響，主要結(jié)果為：出口寬度對(duì)人員總撤離時(shí)間影響比較顯著[9]；通過(guò)撤離滑梯從出口撤離到地面時(shí)，出口離地高度過(guò)低會(huì)大幅減少出口處的單位時(shí)間人員通過(guò)數(shù)量[10]。

1980年，英國(guó)克蘭菲爾德大學(xué)受英國(guó)航空管理局(CAA)和歐洲航空安全局(EASA)委托，開始研究客艙布局及內(nèi)外環(huán)境對(duì)人員撤離效率的影響規(guī)律。研究人員發(fā)現(xiàn)直線型過(guò)道設(shè)計(jì)和良好的客艙內(nèi)、外照明情況利于實(shí)現(xiàn)高效的人員撤離，并指出機(jī)組人員的合理指揮對(duì)提高撤離效率有較大幫助[11-12]。

2001年起，美國(guó)FAA的CAMI實(shí)驗(yàn)室基于所搭建的單通道客艙模擬設(shè)施組織了192場(chǎng)人員應(yīng)急撤離模擬實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明撤離過(guò)程中的人為因素具有關(guān)鍵影響力，甚至能在一定程度上掩蓋其他因素的影響，故提出在研究其他因素的影響時(shí)應(yīng)對(duì)人為因素加以控制[13-14]，如人員運(yùn)動(dòng)能力與積極性、出口選擇偏好等。此后，CAMI實(shí)驗(yàn)室又在2015年對(duì)一架從美國(guó)空軍退役的C-124運(yùn)輸機(jī)機(jī)身進(jìn)行了改裝，使之成為可以模擬從窄體支線飛機(jī)到大型單通道窄體飛機(jī)尺寸范圍內(nèi)的多種運(yùn)輸類飛機(jī)客艙的試驗(yàn)驗(yàn)證平臺(tái)“FlexSim”，如圖3所示。該平臺(tái)最多可容納120名乘客，設(shè)有頭等艙、盥洗室、廚房和乘客服務(wù)設(shè)施，并從外觀、尺寸及布置上高度還原了真實(shí)民機(jī)客艙環(huán)境[15]。

圖3 美國(guó)CAMI實(shí)驗(yàn)室“FlexSim”平臺(tái)[15]

國(guó)內(nèi)關(guān)于民機(jī)乘員應(yīng)急撤離問(wèn)題的研究開始的相對(duì)較晚，相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究積累也不夠系統(tǒng)，研究主要面向44座以上運(yùn)輸類飛機(jī)研制及適航取證的需求。此外，國(guó)內(nèi)部分高校基于相關(guān)課題研究需要，通過(guò)搭建人員應(yīng)急撤離簡(jiǎn)易實(shí)驗(yàn)環(huán)境開展人員撤離實(shí)驗(yàn)研究。

2012年，西北工業(yè)大學(xué)李占科等[16]基于模擬民機(jī)客艙座位布局的實(shí)驗(yàn)環(huán)境開展了實(shí)驗(yàn)研究，重點(diǎn)關(guān)注大型客機(jī)過(guò)道寬度對(duì)人員應(yīng)急撤離時(shí)間的影響，獲得了當(dāng)過(guò)道寬度在一定范圍內(nèi)(19、20.5、24和27 ft)變化時(shí)對(duì)撤離時(shí)間影響不顯著的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，其中1 ft=0.304 8 m。

2017年，中國(guó)民航大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)搭建如圖4所示的簡(jiǎn)易客艙環(huán)境模擬設(shè)施，進(jìn)行了“合作”與“競(jìng)爭(zhēng)”兩種行為模式下的多場(chǎng)人員撤離實(shí)驗(yàn)，基于高空攝像視頻采集并分析了撤離過(guò)程中的人員運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，得到兩種行為模式下平均總撤離時(shí)間接近，但人員密度-速度分布及最擁擠位置差異明顯的結(jié)論，為人員應(yīng)急撤離仿真模型的參數(shù)標(biāo)定與模型驗(yàn)證提供了數(shù)據(jù)支持[17]。

圖4 簡(jiǎn)易客艙環(huán)境模擬設(shè)施[17]

從全機(jī)應(yīng)急撤離適航演示試驗(yàn)，到基于客艙艙段平臺(tái)的撤離實(shí)驗(yàn)，再到簡(jiǎn)易模擬客艙環(huán)境撤離實(shí)驗(yàn)，構(gòu)成了規(guī)模由大到小、真實(shí)度由高到低、實(shí)施難度由難到易三個(gè)層級(jí)的應(yīng)急撤離實(shí)驗(yàn)方法體系，為多種因素影響下的民機(jī)乘員應(yīng)急撤離問(wèn)題研究、數(shù)值仿真建模及驗(yàn)證提供了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和參考資料。

3 應(yīng)急撤離的數(shù)值仿真研究

客艙或模擬客艙環(huán)境下的應(yīng)急撤離實(shí)驗(yàn)在反映人員撤離運(yùn)動(dòng)及行為特征，提供研究需要的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等方面發(fā)揮著重要作用，但參試人員的受傷風(fēng)險(xiǎn)卻不容忽視。通過(guò)對(duì)1972-1991年間19次適航演示試驗(yàn)的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，參試人員中的受傷人數(shù)約占總?cè)藬?shù)的4.5%，甚至出現(xiàn)過(guò)參試者嚴(yán)重受傷導(dǎo)致癱瘓的事故[18]。此外，出于對(duì)參試人員安全的考慮，一些在真實(shí)事故中具有重要影響的因素難以在撤離實(shí)驗(yàn)中體現(xiàn)，如火災(zāi)、機(jī)體變形等。鑒于應(yīng)急撤離實(shí)驗(yàn)存在上述不足之處，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，有研究人員開始尋求通過(guò)數(shù)值仿真手段進(jìn)行人員應(yīng)急撤離問(wèn)題研究。

飛機(jī)客艙乘員應(yīng)急撤離可被抽象為人-機(jī)-環(huán)境多因素耦合作用下的系統(tǒng)模型[19]，其主要組成部分有：

(1) 人員屬性模型：描述乘員個(gè)體的性別、年齡、腰圍等生理屬性，鎮(zhèn)靜、緊張、惶恐等心理屬性，以及國(guó)籍、文化背景、受教育程度等社會(huì)屬性；

(2) 人員行為模型：描述疏散過(guò)程中群體和個(gè)體的行為模式與規(guī)則，如群體跟隨移動(dòng)模式、個(gè)體最短路徑移動(dòng)規(guī)則等；

(3) 人員運(yùn)動(dòng)模型：描述個(gè)體運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)模型，包含人員的反應(yīng)時(shí)間、移動(dòng)速度等運(yùn)動(dòng)參數(shù)；

(4) 疏散環(huán)境模型：描述客艙座位、通道、出口(艙門)、人員等要素的信息，如狀態(tài)、位置和尺寸；

(5) 災(zāi)害模型：描述火災(zāi)、墜撞沖擊等事故災(zāi)害特征及影響，如火災(zāi)煙霧濃度分布、墜撞機(jī)體變形情況等。

上述各部分之間的典型作用關(guān)系如圖5所示。

圖5 人員應(yīng)急疏散系統(tǒng)模型

構(gòu)建人員應(yīng)急疏散仿真系統(tǒng)模型的核心問(wèn)題，是建立能夠合理描述人員動(dòng)態(tài)移動(dòng)過(guò)程且可以與人員屬性、環(huán)境等因素交互的人員運(yùn)動(dòng)模型。截至目前，研究人員已提出多個(gè)能在一定程度上反映人員疏散運(yùn)動(dòng)特征的計(jì)算機(jī)仿真模型，按各自運(yùn)行機(jī)制的連續(xù)性或離散性分為連續(xù)型模型和離散型模型。連續(xù)型模型的代表有磁場(chǎng)力模型[20]和社會(huì)力模型[21]，是基于連續(xù)的物理方程而建立；離散型模型的代表有排隊(duì)網(wǎng)格模型[22]和元胞自動(dòng)機(jī)模型[23]，是通過(guò)在離散的計(jì)算時(shí)空間中設(shè)置一系列演化規(guī)則而構(gòu)建的。

以上兩類人員運(yùn)動(dòng)模型均可用于實(shí)現(xiàn)民機(jī)乘員的應(yīng)急撤離仿真，但各有優(yōu)、劣勢(shì)。連續(xù)型模型的優(yōu)勢(shì)是可以較為真實(shí)地模擬人員個(gè)體位置、速度以及人群密度等狀態(tài)參數(shù)，劣勢(shì)是計(jì)算效率較低、對(duì)仿真場(chǎng)景變換比較敏感；離散型模型的優(yōu)勢(shì)是計(jì)算效率高、對(duì)不同撤離仿真場(chǎng)景通用性較好，劣勢(shì)是對(duì)撤離中的人員個(gè)體運(yùn)動(dòng)及人群間相互作用描述得不夠真實(shí)準(zhǔn)確。在進(jìn)行民機(jī)乘員應(yīng)急撤離仿真研究時(shí)，應(yīng)按照具體研究需求選用合適的人員運(yùn)動(dòng)模型。

20世紀(jì)70年代起，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，民機(jī)應(yīng)急撤離仿真研究得以廣泛開展，國(guó)外多家研究機(jī)構(gòu)基于不同人員運(yùn)動(dòng)模型開發(fā)了共十余種人員應(yīng)急撤離仿真程序及軟件[17]，例如英國(guó)格林威治大學(xué)基于排隊(duì)網(wǎng)格模型開發(fā)的Air-Exodus軟件(仿真界面如圖6所示)，可用于預(yù)測(cè)民機(jī)應(yīng)急撤離適航驗(yàn)證試驗(yàn)總撤離時(shí)間，也能在一定程度上模擬火災(zāi)等事故環(huán)境的影響。

圖6 飛機(jī)應(yīng)急撤離仿真軟件“Air-Exodus”界面[17]

受民機(jī)新型號(hào)研制及適航取證需求的牽引，國(guó)內(nèi)研究人員先后開展了多項(xiàng)民機(jī)應(yīng)急撤離仿真建模與研究工作。馬智[24]通過(guò)元胞自動(dòng)機(jī)模型進(jìn)行了民機(jī)應(yīng)急撤離仿真研究，但仿真結(jié)果未經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證；李杰、張煒等[25-26]在行人流問(wèn)題研究基礎(chǔ)上，基于民機(jī)環(huán)境約束下的元胞自動(dòng)機(jī)模型實(shí)現(xiàn)了民機(jī)應(yīng)急撤離仿真，并結(jié)合Delmia軟件進(jìn)行了三維可視化撤離演示；張玉剛等[27-28]使用Visual C++面向?qū)ο缶幊谭椒òl(fā)展了基于元胞自動(dòng)機(jī)模型的民機(jī)應(yīng)急撤離仿真系統(tǒng)(CAEESS)，通過(guò)典型客艙布局進(jìn)行了計(jì)算驗(yàn)證，應(yīng)用于多型民機(jī)和不同客艙布置條件下的應(yīng)急撤離仿真分析；徐進(jìn)津[29]基于含智能體的元胞自動(dòng)機(jī)模型，開發(fā)了飛機(jī)乘客緊急疏散仿真軟件Evacu-Simulation；張青松等[30-31]將基于計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)的火災(zāi)動(dòng)力學(xué)仿真與民機(jī)應(yīng)急撤離仿真相結(jié)合，模擬了雙層民機(jī)可生存事故后發(fā)生火災(zāi)情況下的人員撤離，通過(guò)分析不同出口選擇方案下的仿真結(jié)果，對(duì)適航驗(yàn)證試驗(yàn)方案及航空公司運(yùn)營(yíng)策略給出了建議，體現(xiàn)出仿真方法在研究危險(xiǎn)災(zāi)害對(duì)民機(jī)乘員撤離影響方面的優(yōu)勢(shì)；杜月娟[17]、吳義兵[32]基于社會(huì)力模型開發(fā)了人員應(yīng)急撤離仿真程序，使用簡(jiǎn)易客艙環(huán)境人員撤離實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)仿真模型參數(shù)進(jìn)行了標(biāo)定，并驗(yàn)證了所得仿真程序的合理性；潘立軍等[33]基于適航符合性進(jìn)行了翼身融合布局客機(jī)的客艙設(shè)計(jì)，并進(jìn)行了應(yīng)急撤離仿真分析，形成了符合適航標(biāo)準(zhǔn)的382座客艙布置方案。

綜合來(lái)看，民機(jī)應(yīng)急撤離的一個(gè)顯著特點(diǎn)是人群密集參與，因此仿真的難點(diǎn)在于如何考慮撤離環(huán)境中人員的個(gè)體、群體行為特點(diǎn)以及心理特性。早期的人員疏散仿真主要通過(guò)將人群的運(yùn)動(dòng)抽象為宏觀流動(dòng)[34](流體模型),或是把人員看作按擬定的規(guī)則運(yùn)動(dòng)、無(wú)需反應(yīng)時(shí)間的機(jī)械個(gè)體(如元胞自動(dòng)機(jī))以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)模擬[23]。為了較真實(shí)地反映實(shí)際撤離中人員的狀態(tài)，體現(xiàn)個(gè)體對(duì)周圍環(huán)境的判斷、撤離路線的選擇、心理情緒變化等行為，智能體技術(shù)逐漸被應(yīng)用于民機(jī)應(yīng)急撤離等人員疏散模擬[4]。通過(guò)將智能體技術(shù)與元胞自動(dòng)機(jī)等模型相結(jié)合，目前已在一定程度上實(shí)現(xiàn)了應(yīng)急撤離仿真中個(gè)體行為的智能化，如基于環(huán)境信息的實(shí)時(shí)目標(biāo)出口選擇與撤離路線規(guī)劃，考慮乘客恐慌情緒影響等[7,27,29,35-43]。

發(fā)展飛機(jī)乘員應(yīng)急撤離仿真模型及軟件可以輔助運(yùn)輸類飛機(jī)客艙布局設(shè)計(jì)與優(yōu)化、適航驗(yàn)證等工作，避開應(yīng)急撤離實(shí)驗(yàn)中的人員受傷風(fēng)險(xiǎn)。由于仿真研究手段具有低成本、低安全風(fēng)險(xiǎn)、便于改進(jìn)等優(yōu)勢(shì)，在目前已開展的應(yīng)急撤離相關(guān)研究中，數(shù)值仿真研究數(shù)量顯著多于實(shí)驗(yàn)研究，但仿真方法在真實(shí)性、通用性、智能性等方面還有進(jìn)一步提高的空間。

4 總結(jié)與展望

隨著國(guó)家大型民機(jī)研制的推進(jìn)以及民航市場(chǎng)的不斷發(fā)展，業(yè)界對(duì)相關(guān)民機(jī)技術(shù)和運(yùn)營(yíng)安全的要求也越來(lái)越高。其中，應(yīng)急撤離作為保障民機(jī)乘員安全的重要方式，圍繞其開展的研究已經(jīng)產(chǎn)生了較為顯著的成果及應(yīng)用價(jià)值，同時(shí)也有許多發(fā)展提升的空間。

適航驗(yàn)證方面，當(dāng)前適航標(biāo)準(zhǔn)以“全尺寸飛機(jī)地面應(yīng)急撤離90 s演示試驗(yàn)”為民機(jī)應(yīng)急撤離能力的驗(yàn)證手段，演示試驗(yàn)考慮了人員生理屬性、環(huán)境照明條件、機(jī)組指揮引導(dǎo)、人員攜帶嬰孩等影響因素，并對(duì)其作了相應(yīng)規(guī)定。出于參試人員安全、試驗(yàn)可重復(fù)性等方面的考慮，該試驗(yàn)在狀態(tài)完好的真實(shí)飛機(jī)上進(jìn)行，未模擬火災(zāi)、有毒煙霧等事故場(chǎng)景。未來(lái)可基于具有大帶寬、低延時(shí)特性的5G通信網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)、混合現(xiàn)實(shí)(MR)等技術(shù)[44]提高撤離演示試驗(yàn)真實(shí)感，如基于AR技術(shù)[45]的事故情景實(shí)時(shí)3D顯示等。

實(shí)驗(yàn)研究方面，不論是研究各種因素影響下的人員應(yīng)急撤離，還是建立并驗(yàn)證民機(jī)乘員應(yīng)急撤離仿真模型，都離不開充足實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的支持。根據(jù)應(yīng)急撤離實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等資料分析并提取不同因素影響下的人員行為模式及關(guān)鍵運(yùn)動(dòng)參數(shù)，用于構(gòu)建較為真實(shí)的民機(jī)乘員應(yīng)急撤離模型。從國(guó)內(nèi)民機(jī)發(fā)展需求角度考慮，未來(lái)遠(yuǎn)程寬體客機(jī)乃至翼身融合布局客機(jī)等新機(jī)型的發(fā)展都需要滿足適航標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)急撤離能力的要求，但目前國(guó)內(nèi)缺乏針對(duì)這些客艙布局的模擬撤離實(shí)驗(yàn)研究。

仿真研究方面，目前已有的人員疏散仿真模型可以體現(xiàn)人員的動(dòng)態(tài)移動(dòng)過(guò)程和一些智能行為，已被應(yīng)用于人員疏散動(dòng)態(tài)模擬、疏散時(shí)間預(yù)測(cè)和環(huán)境因素影響分析，但還有改進(jìn)提升的空間。擁有不同國(guó)籍、文化背景、受教育水平等社會(huì)屬性的人員在緊急情況下的心理及行為特點(diǎn)具有差異性，以歐美人群為樣本的研究結(jié)果可能不適用于國(guó)內(nèi)乘員的撤離仿真建模。現(xiàn)有仿真模型中的人員運(yùn)動(dòng)規(guī)則是根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果或調(diào)研報(bào)告人為設(shè)置的，智能程度低，而隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，可以使用基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能體建模等方法，通過(guò)基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的深度學(xué)習(xí)[46]等手段發(fā)展更加真實(shí)、通用、智能的民機(jī)乘員應(yīng)急撤離仿真模型。

5 結(jié)束語(yǔ)

研究民機(jī)乘員的應(yīng)急撤離問(wèn)題有助于深入了解應(yīng)急撤離過(guò)程中的人員行為特征和多種因素對(duì)人員撤離的影響方式及規(guī)律，為民機(jī)安全設(shè)計(jì)、客艙布局設(shè)計(jì)與優(yōu)化、適航驗(yàn)證等工作提供支持，有利于提高民機(jī)應(yīng)急撤離的效率，降低可生存事故的傷亡率，更好地保護(hù)乘員的安全。

本文從民機(jī)應(yīng)急撤離問(wèn)題的背景出發(fā)，由相關(guān)適航要求、實(shí)驗(yàn)研究和仿真研究三個(gè)方面展開，對(duì)該問(wèn)題研究的主要發(fā)展脈絡(luò)、現(xiàn)狀及進(jìn)展進(jìn)行了分析總結(jié)，并結(jié)合未來(lái)民用航空發(fā)展需求和5G等新技術(shù)應(yīng)用展望了民機(jī)應(yīng)急撤離研究的部分發(fā)展趨勢(shì)，以供參考。