突發火災條件下波音737-800客艙煙氣與火焰傳播規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飛機客艙為研究對象，通過Pathfinder軟件對客艙以及艙內乘客進行建模，并設置了艙內乘客的不同疏散性質，如肩寬、身高、步行速度等，研究了客艙中部起火影響應急艙門無法開啟的情況下，乘客的疏散時間、擁擠程度，得到結論如下：客艙內乘客完全完成疏散時間為108s，公務艙乘客首先完成疏散，其次是明珠經濟艙乘客，經濟艙乘客最晚完成疏散。

關鍵詞：客艙；煙氣蔓延；火焰溫度；人員疏散

引言

在現代航空運輸中，航空安全一直是全球關注的焦點，飛機客艙火災及其人員疏散更是航空安全領域中備受關注的重要問題，機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，導致機毀人亡的同時造成重大損失。過去的航空事故調查和統計數據表明，飛機客艙火災事故的發生會產生很大影響。盡管航空業對于飛機客艙火災采取了多種預防和應對措施，但仍存在著火災發生風險。

目前，學者們針對飛機客艙火災和特定空間內人員疏散問題展開了一定研究。王智愚等通過FDS數值模擬方法探究了低壓環境下空中客車320客艙火災的煙氣傳播規律，研究表明在低壓環境下，飛機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客艙設計對于飛機客艙防火性能的影響，首次提出了火災疏散安全指數的概念，所提出的概念不僅可以對現有飛機的防火能力進行評估，還可以優化飛機的客艙布局以及人員疏散方案[2]；王準等利用FDS數值模擬重構了飛機客艙火災全尺寸燃燒實驗場景，得出飛機客艙發生火災時模擬轟燃時間與實驗轟燃時間基本吻合，驗證了利用數值模擬方法用于模擬飛機客艙火災的有效性[3]；張海鵬等利用元胞自動機理論，構建了一種火災環境下行人受溫度和可見度影響的疏散模型，并通過實例展開研究，研究表明提出的疏散模型可以更準確模擬行人因為溫度和可見度導致疏散能力下降的行為狀況[4]；Zhang Chunhua等提出了利用自動扶梯來增加疏散路徑的思路，模擬了自動扶梯防火卷簾對自動扶梯疏散路徑使用的影響，研究表明自動扶梯防火卷簾的不同狀態對應急疏散過程有很大影響[5]。綜上可知，目前對于飛機客艙火災研究主要集中在特殊環境下飛機客艙火災的傳播規律和飛機客艙防火性能方面，且由于飛機客艙內人員安全疏散是最根本的問題，對波音737-800飛機客艙火災情況下人員疏散問題研究至關重要。

鑒于此，利用Pathfinder軟件模擬客艙內不同類型人員疏散情況，研究結果對突發火災情況下乘客疏散路線和疏散出口的選擇具有參考價值，還可以為客艙內主動滅火設施布置提供理論依據。

一、波音737-800客艙模型建立與參數設置

如圖1，波音737-800客艙共164個座位，其中公務艙8個座位，明珠經濟艙24個座位，經濟艙132個座位。公務艙前部是1、2號艙門，經濟艙中部是3、4、5、6號艙門，經濟艙后部是7、8號艙門，其中3、4、5、6號艙門是應急艙門，用于應急環境下乘客逃生疏散。假設火災開始時客艙內滿載164人，客艙內乘客分為青年男性、青年女性、成年男性、成年女性、老年男性、老年女性，根據中國民航局CCAR-25-R4中對正常的人群組成比例規定：女性至少占比總人數的40%，老年人至少占比總人數的35%，老年女性至少占比總人數的15%[6]，參考此規定，對客艙內乘客參數設置如表1，并將不同類型乘客隨機分配到客艙內。

在飛機客艙發生火災的情況下，乘客首先需要認識到火災的存在。另外，客艙火災會引發乘客們的恐慌，導致混亂并迷失方向，而后才開始解開安全帶并從座位上站起來開始逃生。因此，延遲反應時間的設置是非常重要的，以考慮乘客在火災緊急情況下的心理和行為因素[7]。由于客艙內包含多種類型的乘客，所以設置乘客的延遲反應時間為3.862s-4.43s。客艙發生火災時，機組人員需要一定時間打開機艙門，其中包括應急艙門，設置火災開始后艙門打開時間為15s[8]。

二、火災情況下波音737-800客艙人員疏散模擬分析

由于火源距離3號、5號應急艙門距離較近，人員無法從3號、5號應急艙門進行疏散，所以設置整個模擬過程中3號、5號艙門始終處于關閉狀態。使用Pathfinder軟件中的“Run Simulation”功能，對波音737-800客艙火災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，火災剛剛開始，由于反應延遲時間的設定，艙內人員還未開始疏散，只是剛剛注意到了火災的發生，公務艙人員密度較低，明珠經濟艙和經濟艙人員密度較大；t=5s時，人員已經開始疏散，延遲反應時間較短的乘客已經離開座位開始疏散，此時公務艙人員密度較小，明珠經濟艙后部過道處人員密度較大，靠近應急艙門的乘客已經開始向距離較近的應急艙門疏散，經濟艙過道處人員密度開始增大；t=10s時，由于機組開啟艙門需要15s的時間，公務艙乘客已經到達1號、2號艙門進行等待，此時由于明珠經濟艙、經濟艙乘客都已經離開座位進行疏散且人員比較密集，所以明珠經濟艙、經濟艙過道處人員都比較密集。因為經濟艙人員較多、過于擁擠，到達經濟艙后部艙門的乘客只有2人；t=15s時，此時機組人員剛剛打開艙門，乘客從此時開始向外疏散。客艙內的擁擠程度仍未有明顯變化，但各個艙門處的人員密度已經達到最大；t=20s時，隨著艙門的開啟，艙門處的人員密度開始降低，但明珠經濟艙和經濟艙過道處的人員擁擠情況仍未得到改善，此時頭等艙的乘客已經疏散完成；t=25s時，根據艙內人員密度圖可以觀察到明珠經濟艙隨著人員的疏散完成，其擁堵情況已經得到改善；t=30s時，明珠經濟艙的乘客已經可以開始進行快速圖2客艙人員疏散過程及人員分布密度圖

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

結語

本文針對波音737-800飛機客艙中部起火條件下，運用Pathfinder軟件對客艙內部乘客在火災情況下的人員疏散情況進行模擬仿真，研究了乘客整體疏散時間以及不同時刻乘客的疏散狀態特性，得到結論如下：客艙內乘客完全完成疏散時間為108s，公務艙乘客首先完成疏散，其次是明珠經濟艙乘客，經濟艙乘客最晚完成疏散。

參考文獻

[1]王智愚，朱杰.A320客艙在低壓環境下的火災及煙氣規律研究[J].消防科學與技術，2022，41（04）：468-472.

[2]莫勝鈞.小型航空點燃式重油活塞發動機點火及火焰傳播特性的模擬研究[D].北京交通大學，2012.

[3]王準，賈旭宏.不同通風條件下飛機客艙火災轟燃時間研究[J].消防科學與技術，2019，38（08）：1074-1077.

[4]李雨成，劉天奇，周西華.煤塵爆炸火焰傳播特性因子分析與BP網絡組合預測研究[J].中國安全科學學報，2015，25（10）：53-58.

[5]房志明.基于耦合火災影響疏散模擬的民航客機火災疏散安全評價[C].中國航空學會飛機防火系統專業委員會飛機防火系統學術研討會，2015.

[6]夏祖西，彭華喬，蘇正良，等.淺析飛機客艙防火[J].消防科學與技術，2009，28（07）：498-501.

[7]杜紅兵，解佳妮.飛行中煙火事件特征及預防[J].消防科學與技術，2012，31（12）：1352-1355.

[8]楊建忠，魏益祥，楊士斌，等.運輸類飛機貨艙煙霧擴散數值模擬研究[J].科學技術與工程，2016，16（24）：307-312+318.