突发火灾条件下波音737-800客舱烟气与火焰传播规律及人员疏散特性研究

刘天奇，贾瑞衡

摘要：本文以波音737-800飞机客舱为研究对象，通过Pathfinder软件对客舱以及舱内乘客进行建模，并设置了舱内乘客的不同疏散性质，如肩宽、身高、步行速度等，研究了客舱中部起火影响应急舱门无法开启的情况下，乘客的疏散时间、拥挤程度，得到结论如下：客舱内乘客完全完成疏散时间为108s，公务舱乘客首先完成疏散，其次是明珠经济舱乘客，经济舱乘客最晚完成疏散。

关键词：客舱；烟气蔓延；火焰温度；人员疏散

引言

在现代航空运输中，航空安全一直是全球关注的焦点，飞机客舱火灾及其人员疏散更是航空安全领域中备受关注的重要问题，机组人员操作失误和乘客携带的可燃物品均可能酿成重大火灾，导致机毁人亡的同时造成重大损失。过去的航空事故调查和统计数据表明，飞机客舱火灾事故的发生会产生很大影响。尽管航空业对于飞机客舱火灾采取了多种预防和应对措施，但仍存在着火灾发生风险。

目前，学者们针对飞机客舱火灾和特定空间内人员疏散问题展开了一定研究。王智愚等通过FDS数值模拟方法探究了低压环境下空中客车320客舱火灾的烟气传播规律，研究表明在低压环境下，飞机客舱中火源热释放速率、温度以及有害气体浓度都有所降低[1]；张青松等研究了飞机客舱设计对于飞机客舱防火性能的影响，首次提出了火灾疏散安全指数的概念，所提出的概念不仅可以对现有飞机的防火能力进行评估，还可以优化飞机的客舱布局以及人员疏散方案[2]；王准等利用FDS数值模拟重构了飞机客舱火灾全尺寸燃烧实验场景，得出飞机客舱发生火灾时模拟轰燃时间与实验轰燃时间基本吻合，验证了利用数值模拟方法用于模拟飞机客舱火灾的有效性[3]；张海鹏等利用元胞自动机理论，构建了一种火灾环境下行人受温度和可见度影响的疏散模型，并通过实例展开研究，研究表明提出的疏散模型可以更准确模拟行人因为温度和可见度导致疏散能力下降的行为状况[4]；Zhang Chunhua等提出了利用自动扶梯来增加疏散路径的思路，模拟了自动扶梯防火卷帘对自动扶梯疏散路径使用的影响，研究表明自动扶梯防火卷帘的不同状态对应急疏散过程有很大影响[5]。综上可知，目前对于飞机客舱火灾研究主要集中在特殊环境下飞机客舱火灾的传播规律和飞机客舱防火性能方面，且由于飞机客舱内人员安全疏散是最根本的问题，对波音737-800飞机客舱火灾情况下人员疏散问题研究至关重要。

鉴于此，利用Pathfinder软件模拟客舱内不同类型人员疏散情况，研究结果对突发火灾情况下乘客疏散路线和疏散出口的选择具有参考价值，还可以为客舱内主动灭火设施布置提供理论依据。

一、波音737-800客舱模型建立与参数设置

如图1，波音737-800客舱共164个座位，其中公務舱8个座位，明珠经济舱24个座位，经济舱132个座位。公务舱前部是1、2号舱门，经济舱中部是3、4、5、6号舱门，经济舱后部是7、8号舱门，其中3、4、5、6号舱门是应急舱门，用于应急环境下乘客逃生疏散。假设火灾开始时客舱内满载164人，客舱内乘客分为青年男性、青年女性、成年男性、成年女性、老年男性、老年女性，根据中国民航局CCAR-25-R4中对正常的人群组成比例规定：女性至少占比总人数的40%，老年人至少占比总人数的35%，老年女性至少占比总人数的15%[6]，参考此规定，对客舱内乘客参数设置如表1，并将不同类型乘客随机分配到客舱内。

在飞机客舱发生火灾的情况下，乘客首先需要认识到火灾的存在。另外，客舱火灾会引发乘客们的恐慌，导致混乱并迷失方向，而后才开始解开安全带并从座位上站起来开始逃生。因此，延迟反应时间的设置是非常重要的，以考虑乘客在火灾紧急情况下的心理和行为因素[7]。由于客舱内包含多种类型的乘客，所以设置乘客的延迟反应时间为3.862s-4.43s。客舱发生火灾时，机组人员需要一定时间打开机舱门，其中包括应急舱门，设置火灾开始后舱门打开时间为15s[8]。

二、火灾情况下波音737-800客舱人员疏散模拟分析

由于火源距离3号、5号应急舱门距离较近，人员无法从3号、5号应急舱门进行疏散，所以设置整个模拟过程中3号、5号舱门始终处于关闭状态。使用Pathfinder软件中的“Run Simulation”功能，对波音737-800客舱火灾情况下的人员疏散情况开始模拟，为保证疏散过程的普遍性，疏散过程均使用模拟10次后的平均值，具体人员疏散过程如图2。

由图2可知，t=0s时，火灾刚刚开始，由于反应延迟时间的设定，舱内人员还未开始疏散，只是刚刚注意到了火灾的发生，公务舱人员密度较低，明珠经济舱和经济舱人员密度较大；t=5s时，人员已经开始疏散，延迟反应时间较短的乘客已经离开座位开始疏散，此时公务舱人员密度较小，明珠经济舱后部过道处人员密度较大，靠近应急舱门的乘客已经开始向距离较近的应急舱门疏散，经济舱过道处人员密度开始增大；t=10s时，由于机组开启舱门需要15s的时间，公务舱乘客已经到达1号、2号舱门进行等待，此时由于明珠经济舱、经济舱乘客都已经离开座位进行疏散且人员比较密集，所以明珠经济舱、经济舱过道处人员都比较密集。因为经济舱人员较多、过于拥挤，到达经济舱后部舱门的乘客只有2人；t=15s时，此时机组人员刚刚打开舱门，乘客从此时开始向外疏散。客舱内的拥挤程度仍未有明显变化，但各个舱门处的人员密度已经达到最大；t=20s时，随着舱门的开启，舱门处的人员密度开始降低，但明珠经济舱和经济舱过道处的人员拥挤情况仍未得到改善，此时头等舱的乘客已经疏散完成；t=25s时，根据舱内人员密度图可以观察到明珠经济舱随着人员的疏散完成，其拥堵情况已经得到改善；t=30s时，明珠经济舱的乘客已经可以开始进行快速图2客舱人员疏散过程及人员分布密度图

疏散，经济舱乘客的拥堵情况已经得到一定的改善；t=50s时，明珠经济舱的乘客已经疏散完成，经济舱中部的拥堵情况一直没有得到改善；t=70s时，经济舱中部的拥堵情况已经得到改善，经济舱前部的乘客已经可以开始进行快速疏散；t=90s时，舱内仅剩7名经济舱后部的乘客未完成疏散；t=108s时，客舱人员疏散完成。

结语

本文针对波音737-800飞机客舱中部起火条件下，运用Pathfinder软件对客舱内部乘客在火灾情况下的人员疏散情况进行模拟仿真，研究了乘客整体疏散时间以及不同时刻乘客的疏散状态特性，得到结论如下：客舱内乘客完全完成疏散时间为108s，公务舱乘客首先完成疏散，其次是明珠经济舱乘客，经济舱乘客最晚完成疏散。

参考文献

[1]王智愚，朱杰.A320客舱在低压环境下的火灾及烟气规律研究[J].消防科学与技术，2022，41（04）：468-472.

[2]莫胜钧.小型航空点燃式重油活塞发动机点火及火焰传播特性的模拟研究[D].北京交通大学，2012.

[3]王准，贾旭宏.不同通风条件下飞机客舱火灾轰燃时间研究[J].消防科学与技术，2019，38（08）：1074-1077.

[4]李雨成，刘天奇，周西华.煤尘爆炸火焰传播特性因子分析与BP网络组合预测研究[J].中国安全科学学报，2015，25（10）：53-58.

[5]房志明.基于耦合火灾影响疏散模拟的民航客机火灾疏散安全评价[C].中国航空学会飞机防火系统专业委员会飞机防火系统学术研讨会，2015.

[6]夏祖西，彭华乔，苏正良，等.浅析飞机客舱防火[J].消防科学与技术，2009，28（07）：498-501.

[7]杜红兵，解佳妮.飞行中烟火事件特征及预防[J].消防科学与技术，2012，31（12）：1352-1355.

[8]杨建忠，魏益祥，杨士斌，等.运输类飞机货舱烟雾扩散数值模拟研究[J].科学技术与工程，2016，16（24）：307-312+318.