民用飞机火灾应急处置现状及发展趋势

2022-11-07鑫副研究员白荟琳周晓猛教授

安全 2022年10期

黄鑫副研究员白荟琳周晓猛教授

(中国民航大学民航热灾害防控与应急重点实验室，天津 300300)

0 引言

和其他交通工具相比，民用飞机在速度和用时方面具有明显优势，现已经成为连通世界的空中桥梁。随着我国经济的快速发展，民众出行及货物运输对飞机的需求越来越大。统计数据表明，在2015-2020年5年间，我国民用航空新增运输飞机1 253架[1]。在民航运输业快速发展的同时，民航安全形势日益严峻，安全保障压力也日益增大。飞机火灾是导致飞行安全事故的重要原因，国际民用航空组织(International Civil Aviation Organization，ICAO)统计数据显示，2005-2019年间，平均每年发生的飞机火灾事故约占当年民航事故总数的8.9%[2]。图1显示了美国国家交通安全部(National Transportation Safety Board，NTSB)事故数据库和航空安全网(Aviation Safety Network，ASN)数据库中发布的1990-2015年全球飞机火灾事故的相关统计数据，结果显示：飞机坠毁事故中，15%的人员伤亡由火灾造成；撞击事故中，40%的人员伤亡由火灾造成[2-5]。

(a)火灾事故(征候)数量

保证飞机着火后处置工作正确、快速、有效进行，是保障飞行安全、旅客生命安全和财产安全的重要举措。然而，飞机火灾发生的原因多种多样，其演变过程复杂，救援难度大，涉及部门多，应急处理难度较大。作为一个对安全高度重视的行业，飞机火灾应急处置能力的提升是保障民航安全的重要组成。本文分析飞机不同位置的火灾特点和扑救难点，介绍我国目前机场、空管、航空公司的飞机火灾应急处置现状，针对我国飞机火灾应急处置面临的挑战，预测未来飞机火灾应急处置的发展趋势，为推进民用飞机火灾应急处置的改进提供参考。

1 飞机火灾特点分析

图2显示了飞机不同位置发生火灾次数的占比[3]。根据飞机不同位置发生火灾的占比和事故发生后的后果分析，本文选择具有代表意义的发动机、油箱、货舱、客舱4个位置的火灾成因及特点规律进行总结和分析。

图2 飞机起火位置分布图

1.1 发动机火灾

民用飞机发动机使用大量低闪点的优质航空煤油做燃料，发动机内部及进、排气管温度极高[6]，舱内燃油、液压油管路及电子线路密布，工作中若发生可燃液体泄漏、机件严重磨损或电气故障等单个故障就可能导致起火，是较易发生火灾的区域[7-8]。发动机火灾突发性强，事故发生前可能没有明显征兆，但火灾蔓延迅速，一旦火焰通过管路蔓延至油箱，极易引起爆炸，留给机上人员应急处置的时间很短。发动机是飞机的心脏，发生火灾易导致其动力失效，极大可能造成机毁人亡的重大空难事故，因此是飞机的重点防火区域。2011年1月1日，一架从苏联苏尔古特飞往莫斯科的图-145客机在起飞过程中发动机突然起火燃烧，而后飞机油箱发生爆炸，爆炸引起的大火在半个多小时后被扑灭，事故共造成3人死亡，43人受伤。

1.2 油箱火灾

民用飞机在执行飞行任务时常携带大量航空燃油、液压油及润滑油等可燃油料，且油量随着飞行距离而增加，为单程用油量的1.5倍，如一架中型飞机波音747-800型油箱容量约为26 000L[9]。油箱一旦发生油箱开裂、输油管断裂等问题，泄漏的燃油或燃油蒸汽遇到高温表面、雷击等点火源，就会被引燃从而释放出巨大的能量与热量，并通过链式反应向周围传递，最终导致火灾及爆炸。由于燃烧过程中可燃气体的浓度不断变化，所以燃烧和爆炸交替发生，燃烧引起爆炸，爆炸扩大燃烧，且随着油品的流淌，着火面积增大，火势极易蔓延。另外，飞机机身是金属合金结构，具有良好的导热性能，局部起火时热量会迅速传导到机身的各个部位，使火灾在短时间内失去控制，扑救难度大。1996年7月17日，环球航空的波音747-100型班机从纽约肯尼迪国际机场起飞后不久便在纽约长岛上空附近因油箱起火爆炸，造成机上230人全部罹难。

1.3 货舱火灾

我国民航运输量快速增加，货运量和飞机货舱容量持续增大。2022年一季度，民航货运收入同比增长50%以上，占运输总收入的比重首次突破1/4。货舱运载的可燃物种类复杂、数量繁多，且包含易燃易爆危险品，如锂电池、液化气体及油类物品等[10]。货舱属于封闭式的低矮大空间，易积聚热量，使其火灾演变机理复杂；内部可燃物摆放密集，起火后易大规模蔓延；堆积可燃物的内部火灾，尤其是集装箱内的火灾极难扑灭；民用客机C级货舱机上人员无法进入，无法获知火灾发展信息；货舱围护构件烧穿将直接威胁到飞机和乘客的安全；在迫降后拆除过程中空气大量涌入舱内，极易造成复燃等[10-11]。飞机货舱可燃物种类繁多，火灾扑救困难，一旦发生火灾极易造成灾难性后果。2019年8月，首都机场一架国航A330客机货舱起火，机身被烧穿、结构被破坏，造成巨大的经济损失；2020年7月，上海浦东机场一架埃塞俄比亚航空波音777客机货舱起火，经济损失同样巨大。

1.4 客舱火灾

客舱是民用飞机的重要组成部分，是飞机在运行过程中旅客的主要活动区域，该处人员密度大、可燃材料多，是火灾的易发区域。客舱内的大多数可燃物品均为复合材料，如地毯、座椅、毛毯等，这些材料在高温燃烧后将释放大量的有毒气体，如一氧化碳、二氧化碳、氟化氢及氯化氢等[12]，在飞机内部不易排出。狭小的客舱空间使得烟气很快达到影响人员健康安全的最低浓度，且热量与烟气累积极易造成舱内热循环系统损坏并对舱内乘客的呼吸系统及生命造成威胁[13-14]。1980年8月，沙特阿拉伯一架洛克希德1101客机因舱内起火紧急返回机场，降落后未及时打开舱门致使舱内301人全部中毒死亡。此外，客舱内人员密集、应急通道狭窄、安全出口少，发生火灾后舱门可能变形无法打开；机上旅客和机组人员较多，少则几十人，多则几百人，疏散比较困难，也为应急救援带来难度[14]。

2 飞机火灾应急处置的困难和挑战

由于飞机火灾具有突发性强、火灾蔓延迅速、易爆炸、人员疏散困难、易导致人员伤亡等特点，因此飞机一旦发生火情，留给应急处置响应的时间很短。然而，民航火灾的应急处置涉及到机场、空管、航空公司等多个部门，因此对部门之间的配合要求很高。并且，由于民航的特殊性，突发飞机火灾事故后，机组的需求信息到达最终执行部门需要经过既定流程，即机组—塔台管制席(含助理)—塔台主任管制席—指挥中心—具体执行部门(消防队、医疗队等)，一旦中间信息传递失真或延误，都有可能影响灭火救援效率。故飞机着火后实现合理高效的应急处置具有极大的困难和挑战。

有效的应急处置需要合理的应急预案和有效的应急演练，但目前应急预案编制缺乏指导性文件，中小机场缺少预案编制专业人员，导致部分应急预案的可操作性不强，演练效果不尽人意。调查显示尽管中小机场普遍建立了应急救援预案，但仅有9%认为应急救援预案很实用，18%的机场应急救援预案每年修订不足1次，且44%的机场近3年未组织无脚本演练[14]。2015年12月10日，福州机场一航班在跑道道口出现发动机冒火花现象，跟随滑行的航班发现后及时通报，消防队员到场后错误地对跟随航班的飞机发动机喷洒灭火泡沫，导致泡沫进入发动机核心区，损失高达2000万美元。此事件表明，在应急预案编制和应急演练操作方面，应充分考虑应急处置过程的复杂性和不可预见性，加强无脚本演练和面向实战的演练。

此外，有效的应急处置需要科学的灭火救援策略、高效的应急救援装备的支持，但是飞机火灾的特点决定其灭火救援策略、方法及装备与普通建筑火灾和工业火灾有着很大不同，且不同位置发生火灾采取的灭火技术也有着很大区别。然而我国针对火灾、爆炸、过热等热灾害事故的应急处置技术与装备的研究主要集中于化工园区、高层建筑、煤矿、地铁车站等领域，面向民航行业的相关研究还存在较大不足。在高端民航应急救援装备方面，我国仍以进口和仿制为主，缺少足够的自主创新和制造能力。

3 飞机火灾应急处置现状

随着技术的发展和管理水平的提高，国内对于民用飞机火灾事故及事故征候的应急处置能力整体上有了较大进步，下文依次对机场、空管及航空公司的飞机火灾应急处置机制和技术现状进行分析。

3.1 机场对飞机火灾应急处置的职责、分工和技术现状

机场主要负责为着火飞机的安全落地提供必要保障以及后续的火灾处置工作。目前各大机场均建立了相应的应急救援体制，确定了各应急救援保障单位的职责分工。机场的运行指挥中心在接到火灾信息后，需要立即启动应急预案，通知机场管理部门、空中交通管制部门、公安保卫部门、驻机场消防部队及医疗救护等单位，并与当地政府的消防、急救等地方支援力量联系；在救援力量到达现场前与塔台确认需救援的民用飞机机型、所属航空公司、目前所处位置等相关信息，密切关注该飞机动态，及时收集、汇总现场信息，调动有关单位和人员。应急处置流程及各单位职责，如图3。随着互联网、物联网技术的发展，我国部分机场开始建设机场消防安全云平台，通过网络平台实现信息监控、设备管理、信息传达、资源分配、预案实施、隐患排查、风险评估等功能，提高了管理效率，提升了管理水平。

图3 机场飞机火灾应急处置组织机构

3.2 空管对飞机火灾应急处置的职责、分工和技术现状

我国CCAR—139—II—R1《民用运输机场突发事件应急救援管理规则》[15]第十三条规定了机场空中交通管理部门在机场应急处置工作中的主要职责，规定空中交通管理部门应急处置程序应依据机场应急处置预案制定；第四十一条规定了在空中的民用飞机发生突发事件需要紧急着陆时，空中交通管理部门应按照相应突发事件应急处置预案协助该民用飞机着陆，处置民用飞机空中失火的原则是：用最快、最短的时间保证飞机落地和旅客的疏散。应急处置程序如下：了解飞机的起火部位、程度，如果是发动机起火，则按照发动机失效程序处理；了解机上采取的灭火措施、人员伤亡情况及设备工作情况，通知有关机场做好地面救援准备工作；允许机长下降到最低安全高度，并调配其他航空器避让；将飞行状态、情况及调配预案通报给有关军航管制单位，协调军航机场组织避让；向失火飞机提供各种便利和优先着陆许可；保持跑道/迫降地带安全畅通；当机长报告需前往就近机场着陆或选择场地迫降时，应及时为其提供飞行情报服务，并按照搜寻援救程序进行相关工作。

为保障民用飞机的飞行安全，民航空中交通管理部门配备比较完备的通讯、指挥和监视系统，用于和机组人员联系、监控飞机的飞行状态以及飞行活动的指挥调度，且主用设备均配备备用应急设备。机场塔台设立与机场指挥中心联系的无线电通讯系统，使用专用频道与指挥中心保持不间断联系。

3.3 航空公司对飞机火灾应急处置的职责、分工和技术现状

航空公司在飞机火灾应急处置事件中的主要职责是为事故处置提供技术支持，包括为机组人员和机上乘客提供飞机应急装备以及操作技术支持、为空管及机场提供航班信息(所载燃油量、货物、危险品情况及旅客信息等)；飞机迫降机场后，应急处置工作则主要交由机场承担，航空公司负责配合机场开展查询、接待安置和通知联络工作；应急处置工作结束后，航空公司负责飞机的搬移工作，以及货物、行李的清点和处理等。

国内各大航空公司在火灾应急预案建设、应急队伍构建、多部门协调、资源配置与管理，以及应急培训与演练等方面开展了较为全面的工作，如地面调度的优化以及对乘务和飞行员进行机载灭火培训等。当一架飞机在平飞阶段时客舱某处突然失火，监控客舱的乘务员发现该情况后，确认火灾发生的确切位置、类别，以及产生烟雾的形状、颜色与气味，将火灾详情报告机长；取最近的灭火瓶对失火部位展开灭火行动，并立即用客舱广播告知全体乘务员稳定旅客情绪，其他乘务员听到该广播后迅速进行分工，协助灭火和照顾旅客；灭火后，机组会根据具体情况决定飞机是否备降或返回。

4 飞机火灾应急处置未来发展方向

通过分析飞机火灾特点可知，民用飞机火灾事故过程较为复杂，不同部位火灾的发展特点各不相同；民用飞机的载客运输量大，货舱可燃物种类繁多，危险性极大；随着新技术和新材料在飞机上的应用，民用飞机的火灾发展又有了新的特点，灭火技战术需要与时俱进，相应的应急预案也需要根据火灾发展特点来制定，保证重大飞机火灾事故发生时，应急预案能指导机场及相关救援人员根据实际情况高效、有序地组织、开展救援工作。

4.1 应急过程管理

民用飞机火灾事故的应急处置需要机场、空管、航空公司的通力合作，同时还要民航局应急管理中心与地区管理局、监管办、航空保障单位的协作。因此需要各单位将权责划分明确，保证沟通顺畅，才能有效地履行职责，将突发事件的处置落到实处。

围绕飞机火灾事故应急处置过程中的资源配置不够合理和信息不畅通的问题，国内外学者[16-18]较为关注应急处置过程中的资源动态调配与协同联动机制研究。在实践和演练的基础上吸取经验与教训，完善飞机火灾应急处置机制，厘清机场、空管和航空公司等不同单位和各级应急管理及处置部门的责权边界，规范信息传递方式。飞机在飞行过程中发生火灾时，机组人员首先应对火情进行正确的处置，启动机载固定灭火系统或使用机上手提式灭火器灭火，并通报火情，确定需要就近机场着陆或迫降，保证落地过程中飞机的安全，并协助落地后的人员疏散；空管保证信息的高效正确传递，及时为飞机和机场提供情报服务，保证飞机安全飞行和落地的空域和地面条件；机场是飞机落地后应急救援的主体，需提供快速高效的灭火救援措施，航空公司提供技术支持和乘客服务。智慧消防平台的建设为飞机火灾事故应急处置的管理和信息传递提供了高效、快捷的方式，我国民航企业目前正处于智慧消防建设的关键时期。由于建设刚刚起步，尚未有成熟的模式和路径可供参考和借鉴，且民航企业的消防管理工作又相对繁杂，因此需要进一步开展研究，做好顶层设计。

4.2 应急预案编制和演练

应急预案为真实飞机火灾的应急处置提供蓝本，应急演练服务于应急预案，以应急演练来检验应急预案的可行性和可操作性。由于飞机火灾的特殊性和复杂性，一方面对应急预案编制提出很高的要求，要求其能够适应飞机火灾的动态发展过程；另一方面由于难以模拟真实的火灾场景，导致应急演练和实际战斗差距较大，容易使应急演练变成单纯的“演”。

提高飞机火灾事故应急预案编制与应急预案实地处置的科学性和准确度，是国内外重点关注的科学技术问题。目前民用飞机上火灾探测系统误报问题严重，且无法对火灾发展态势进行研判。针对火灾事故的提前预知和动态预测，可利用量子光网、生物仿生、5G融合等技术，实现飞机火灾孕育—发展—演化—湮没全生命周期典型火灾特征参数的实时采集与传输，不仅可以综合研判飞机火灾发展态势，实现极早期、高精准的火灾探测，还可以使得机场应急处置部门获得准确的火情数据，避免语言传递导致的信息失真，有针对性地采取应急处置措施，同时有助于完善民航各火灾应急处置相关部门之间以及与当地政府、外部协议单位等的信息共建共用制度以及协同处置机制。

在应急演练方面，民航应急演练模拟仿真技术是目前的研究热点。通过充分运用信息科技手段，开发和完善应急演练模拟软件，比如运用VR技术将虚拟和现实进行完美结合，将不再受制于时间和空间的影响，从源头解决演练场地和人员安全问题，同时提高演练人员对真实火灾场景的感受。未来需要解决的问题是提高模拟飞机火灾场景的真实性，更准确地反应飞机火灾场景的各方面特征[19-22]。

4.3 应急处置策略与装备

目前我国飞机火灾应急处置技术方面的研究成果较少，相关的一些研究也多停留在基本的技战术层面，而随着飞机制造技术的快速发展和飞机结构的日趋复杂化，飞机火灾的发生发展特性也更为复杂多变，对应急处置也提出更高的要求。因此，需要根据飞机不同位置发生火灾的特点，更有针对性地提出相应的应急处置措施。对于发生在发动机和油箱的火灾，要采取防止油箱爆炸的措施，并防止流淌的燃油造成火灾的大规模蔓延，因此快速冷却和抑爆防爆的技战术研究至关重要。对于发生在飞机货舱的火灾，需根据货舱中运输的物质确定相应的灭火措施，当运输锂电池和氧气瓶等危险品时，要谨慎选择灭火剂，防止爆炸；而运输普通固体物品时，要防止打开舱门或破拆导致大量新鲜空气涌入引发轰燃，伤害灭火救援人员。无论火灾发生在飞机何处，根据飞机结构特点和起火位置确定破拆部位建立疏散通道，以及高效的客舱排烟措施是亟待研究的课题。

此外，由于高端民航应急救援装备依赖进口，而我国进口消防装备的技术服务网络建设不够成熟，一旦技术服务网络出现问题，会严重影响进口装备(器材)的使用和维护保养，大大降低设备的实战效能；单一设备采购并不能解决装备的系统性和配套性问题，比如进口高喷车如果没有与之配套的大型供水车，会严重限制高喷车在灭火救援过程中的功能；进口装备在使用中还存在操作规程不易掌握、功能未被完全挖掘、训练保障机制不完备等问题[23-24]。因此，亟需开展国产民机应急救援装备研究，实现飞机应急装备的自主可控。

在新技术的应用方面，国内外相关研究机构对无人机、智能机器人、地理信息等新技术装备在民航灭火救援方面的应用开展过一些研究[25-27]，旨在充分利用科技发展带来的突破性成果和颠覆性技术，实现民航应急装备的集成创新。未来将基于智能驾驶、智能感知技术开发适用于飞机火灾多场景全天候的自主可控智能救援装备；基于飞机舱内火情态势感知数据，研究舱内人员管控技术和地面消防救援智能决策方法；开发高效人机协同技术，实现多场景下的消防人员与应急装备的高效共融。