封文春 李偉

摘要：為了分析影響應(yīng)急撤離的因素，基于動態(tài)客艙應(yīng)急撤離試驗環(huán)境，開展了多工況約1000多人次的應(yīng)急撤離試驗。試驗表明，迫降后的不利姿態(tài)對群體撤離時間有一定的影響，10°俯仰角的影響可達25.8%；取行李人員的行為對群體撤離速率有27%左右的影響；在應(yīng)急撤離試驗中，參試人員對較高滑梯的恐懼和在滑梯處的猶豫對試驗結(jié)果有著重要的影響，不正確的跳下滑梯姿勢嚴(yán)重影響撤離時間和滑梯撤離效率?？团搩?nèi)的煙霧和燈光對撤離的影響可以忽略。乘務(wù)員在應(yīng)急撤離中起著重要的作用，尤其是在處理參試人員面對較高滑梯時的猶豫或恐懼心理，對試驗結(jié)果有著較大的影響。研究結(jié)論對客艙安全設(shè)計和提升應(yīng)急撤離效率具有重要的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：應(yīng)急撤離；乘務(wù)員；不利姿態(tài)；應(yīng)急撤離試驗；應(yīng)急撤離速度

中圖分類號：V233+文獻標(biāo)識碼：ADOI：10.19452/j.issn1007-5453.2022.03.002

應(yīng)急撤離是民航客機緊急迫降后乘員逃生的重要方法。適航規(guī)章明確要求對客座數(shù)大于44座的飛機，需通過全尺寸地面應(yīng)急撤離演示驗證試驗，所有人員能夠在90s內(nèi)安全撤離至地面[1]。在適航標(biāo)準(zhǔn)的強制要求下，大多數(shù)民航飛機在出現(xiàn)緊急情況迫降后，人員能夠快速逃生。如2016年8月3日，阿聯(lián)酋航空公司的一架波音777飛機起火并迫降，機上282名乘客及機組人員在90s內(nèi)安全撤離，隨后飛機發(fā)生爆炸。但是仍有一些因素影響人員的撤離過程，如迫降后飛機的不利姿態(tài)、乘務(wù)員的指揮能力、客艙煙霧等，均會影響撤離效率。

早在1974年，美國聯(lián)邦航空局（FAA）和美國國家運輸安全委員會（NTSB）就基于搭建的民機客艙模擬設(shè)施開展了多項人員應(yīng)急撤離試驗。試驗結(jié)果表明，出口寬度對人員總撤離時間影響比較顯著，I型和III型應(yīng)急出口的疏散速率差距高達50%左右[2]；出口離地高度也有較大影響，出口離地高度過高會大幅減小出口處的單位時間人員通過數(shù)量[3]。FAA的CAMI實驗室開展的試驗表明，撤離過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[4-5]。中國民航大學(xué)的研究團隊針對波音737-800的模擬環(huán)境開展了過道寬度與競爭合作模式對應(yīng)急撤離過程的影響。試驗結(jié)果表明，當(dāng)過道寬度從0.43m增加至0.63m時，撤離效率有所提升，撤離速率差距為13%左右。但當(dāng)過道寬度大于0.63m時，撤離速率逐漸趨于穩(wěn)定[6]。

有大量學(xué)者對民用飛機應(yīng)急撤離進行了研究。他們研究的重點是應(yīng)急出口和過道，針對迫降后不利姿態(tài)、乘務(wù)員指揮能力、艙內(nèi)煙霧、撤離滑梯、取行李人員等因素對撤離效率的影響的相關(guān)研究相對較少。本文基于航空工業(yè)一飛院所建設(shè)的動態(tài)客艙應(yīng)急撤離試驗環(huán)境，針對上述影響應(yīng)急撤離的關(guān)鍵因素進行了試驗研究，為改進客艙安全設(shè)計和提高應(yīng)急撤離效率提供技術(shù)支持。

1試驗環(huán)境

1.1試驗平臺

動態(tài)客艙應(yīng)急撤離試驗環(huán)境的結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖1所示，實物環(huán)境如圖2所示。試驗環(huán)境由多自由度運動平臺、客艙環(huán)境、照明裝置、監(jiān)控裝置和滑梯等組成?？团摓槿叽鐔瓮ǖ?-3布局模擬艙，共包含18排座椅，座椅間距810mm，過道寬510mm，如圖3所示。迫降后的不利姿態(tài)通過多自由度運動平臺調(diào)節(jié)不同支柱實現(xiàn)俯仰、橫滾以及二者組合的不利迫降姿態(tài)。試驗環(huán)境有一個C形登機門，兩個III型翼上應(yīng)急門，可實現(xiàn)俯仰角±15°和滾轉(zhuǎn)角±15°調(diào)整。

為了準(zhǔn)確測量并記錄參試人員的運動軌跡及生理狀態(tài)，試驗平臺使用高精度室內(nèi)超寬帶（UWB）定位設(shè)備以及無線可穿戴式生理參數(shù)記錄儀。參試人員攜帶的設(shè)備如圖4所示，定位基站及生理參數(shù)采集系統(tǒng)在客艙內(nèi)的布置如圖5所示。

UWB定位設(shè)備采用1GHz以上頻率納秒級非正弦波窄脈沖進行定位和傳輸數(shù)據(jù)，定位誤差最低可達厘米級，且較寬的頻譜可以使設(shè)備支持最高200人·Hz/s的總定位頻率（人數(shù)×每人的定位頻率）。

腕戴式生理參數(shù)記錄儀支持測量心率、EDA皮膚電、SKT皮膚溫度等生理信號以及ACC人體姿態(tài)等數(shù)據(jù)，總參數(shù)采樣頻率高達2048Hz。其數(shù)據(jù)通過無線射頻2.4GHz頻段進行傳輸，最多可同時對15名人員進行測試。

1.2試驗工況

本文主要分析迫降后不利姿態(tài)、取行李人員、應(yīng)急出口、乘務(wù)員、應(yīng)急滑梯和艙內(nèi)煙霧等因素對撤離過程的影響。迫降后不利姿態(tài)的影響通過群體（18人）在不同姿態(tài)下進行撤離試驗進行分析，試驗工況見表1。

對取行李人員和應(yīng)急滑梯等因素影響的研究，設(shè)置三個場景，招募5組試驗人員；每組18名，年齡分布在25～45歲之間。每組試驗人員隨機坐在艙內(nèi)第38～40排，共坐18個座椅。試驗工況見表2。

對應(yīng)急出口、乘務(wù)員和煙霧等因素影響的研究，通過多人多次的試驗進行分析，每次試驗人員30～100人不等，撤離中使用的應(yīng)急出口不同。共進行了16次試驗，共1002人次。試驗工況見表3，場景僅區(qū)分有煙和無煙，其他為正常撤離場景。

2試驗結(jié)果分析

2.1不利姿態(tài)的影響

在實際發(fā)生的事故中，飛機在迫降過程中可能由于起落架故障或迫降時的沖擊使得飛機迫降后處于不利姿態(tài)，即存在一定的傾斜角度。不利的姿態(tài)環(huán)境會對人員的運動產(chǎn)生不利影響[7]，進而影響撤離效率。2019年5月，俄羅斯航空公司一架SSJ100客機發(fā)生事故，飛機迫降后起火并處于異常姿態(tài)。應(yīng)急撤離時，55s內(nèi)僅37人撤離，事故造成41人死亡[8]。

各種不利姿態(tài)試驗所得的應(yīng)急撤離時間如圖6所示。由圖6可知，飛機不利姿態(tài)對參試人員的運動速度和人群的運動規(guī)律產(chǎn)生不利影響，進而影響總的撤離時間。以水平姿態(tài)平均撤離時間為基準(zhǔn)來衡量不利姿態(tài)對疏散效率的影響，由試驗數(shù)據(jù)計算可知：5°滾轉(zhuǎn)角為-5.2%，10°滾轉(zhuǎn)角為-14%，-10°俯仰角達到-5.35%，-5°俯仰角為7%，5°俯仰角為7%，10°俯仰角達到-25.8%。橫滾角對撤離時間的影響近似呈對稱關(guān)系，俯仰角為正（仰角）時的影響大于俯角。

2.2取行李人員的影響

雖然民航運營規(guī)章和安全須知中明確要求乘客在應(yīng)急撤離時不能取行李和攜帶行李，但在實際民航客機迫降事故中，仍然多次出現(xiàn)乘客在撤離前在過道取自己行李的情況。例如，在2019年5月俄羅斯航空公司SSJ100客機迫降撤離時，在視頻畫面及后續(xù)報道發(fā)現(xiàn)，有部分先撤離的乘客攜帶了行李及衣物，并且是在應(yīng)急撤離過程中從行李架取出的。

在試驗中，安排第一個撤離人員進行取行李的行為，試驗結(jié)果對比如圖7所示。由圖7可知，除取行李人員之外的人員平均速度均與場景A對應(yīng)次序的人員存在一個相對穩(wěn)定的差值（0.2～0.4m/s），且差值逐漸減小，最后趨于穩(wěn)定。這是由于在取行李人員的影響下，先于此人撤離的幾名人員在撤離過程中必須在狹小的過道中側(cè)身越過該人員，從而引起其撤離速度的降低。由平均疏散時間的對比分析可知，取行李的惰性人員將對疏散速率有27%左右的影響。由于參與疏散試驗的人數(shù)相對真實撤離過程較少，所以影響程度可能偏高[9-11]。

2.3應(yīng)急出口的影響

應(yīng)急出口對應(yīng)急撤離效率起著至關(guān)重要的作用。適航條款（CCAR-25.807）中明確規(guī)定了機身每側(cè)的特定類型出口最大許可乘客座椅數(shù)。FAA也通過試驗測試了各型應(yīng)急出口的平均疏散人流量：I型和III型應(yīng)急艙門的平均疏散人流量為1.282s/人和1.565s/人，A型和C型艙門的平均疏散人流量為0.475s/人和0.937s/人。

本試驗環(huán)境的應(yīng)急出口有兩種，即一個C型前艙門，兩個III型翼上應(yīng)急出口。試驗所得平均疏散人流量見表4。與FAA的試驗結(jié)果相比，本文的翼上應(yīng)急出口疏散人流量較為接近，前艙門疏散流量有極大差距。引起此誤差的原因為FAA在測試前艙門時艙門外直接連接較短的平臺和坡道，沒有配置充氣滑梯。

2.4應(yīng)急撤離滑梯的影響

應(yīng)急撤離滑梯是民航客機應(yīng)急撤離的重要輔助設(shè)施，直接影響應(yīng)急撤離時間。

在本文試驗中，通過統(tǒng)計得到充氣滑梯的單人平均下滑時間為1.91s，與前人文獻中滑梯的單人平均下滑時間1.82s基本一致。但遠高于CTSO C69中對充氣滑梯撤離人流量70人/min（1.167s/人）的要求。通過試驗錄像及視頻分析，較大誤差的原因如下：

（1）參試人員能夠確認(rèn)自己在試驗中無安全隱患，盡快撤離的欲望不夠強烈。

（2）部分乘客會恐高，在跳下滑梯時出現(xiàn)猶豫。FAA試驗得出，艙門外高度增加9in（22.86cm），對疏散速率產(chǎn)生18.4%的影響。本試驗環(huán)境客艙地板離地高度3.47m，部分參試人員出現(xiàn)恐懼而沒有按照標(biāo)準(zhǔn)撤離姿勢跳下滑梯，如圖8所示。左側(cè)是實際撤離照片，右側(cè)是試驗錄像截圖。

（3）在撤離時，部分乘客會等待前方人員到達滑梯底部才跳下滑梯?；荽蠖鄷r間處于單人使用的狀態(tài)，而實際單個滑梯按適航標(biāo)準(zhǔn)最大可支持3人同時承載在滑梯上下滑。

由此可知，在應(yīng)急撤離試驗中，如果要保證滑梯的有效撤離率，需要對參試人員采取激勵競爭或其他有效措施，使其進入緊張狀態(tài)；同時，在應(yīng)急出口處應(yīng)有乘務(wù)員的指導(dǎo)，促使參試人員盡快撤離，這樣才能使試驗盡可能接近真實場景。

2.5乘務(wù)員的影響

乘務(wù)員在應(yīng)急撤離中起著舉足輕重的作用。為了在試驗中分析乘務(wù)員對應(yīng)急撤離過程的影響，以S4為基礎(chǔ)對照組，其可以在無特殊因素下進行快速撤離。S5和S7在基礎(chǔ)試驗條件下在前艙門及翼上應(yīng)急出口處各設(shè)置一名乘務(wù)員，協(xié)助撤離。試驗結(jié)果對比見表5。通過計算得出，乘務(wù)員能明顯提高應(yīng)急撤離過程中的疏散速率，提高比例為18.3%。

2.6煙霧及燈光的影響

迫降后客艙著火是影響人員撤離和造成人員傷亡的主要因素?？团撝饘?dǎo)致的主要結(jié)果是客艙充滿煙霧。在試驗中，為了分析煙霧及燈光對應(yīng)急撤離過程的影響，利用舞臺發(fā)煙器在客艙后部發(fā)煙，模擬客艙著火情況。

試驗以S7為基礎(chǔ)對照組，在無煙霧和燈光不利影響因素下進行快速撤離。S8和S9在此基礎(chǔ)上加入燈光及煙霧的影響。S8在撤離警報前發(fā)煙并降低燈光照度，S9在撤離警報前發(fā)煙照度正常。煙霧于客艙尾部發(fā)出，蔓延至客艙中部時開始撤離。試驗結(jié)果對比見表6。

通過分析試驗數(shù)據(jù)及視頻得出，煙霧及燈光對應(yīng)急撤離速率的影響較為復(fù)雜。對比S7與S8，在煙霧和降低照度的情況下，由于環(huán)境變化導(dǎo)致人員緊張程度增加，進而使得人員的運動速度增加，撤離速率變快。但當(dāng)人員適應(yīng)了煙霧環(huán)境后，人員撤離速度又恢復(fù)到了常規(guī)狀態(tài)，如S9的疏散速率所示。在不考慮人員吸入煙霧導(dǎo)致運動能力下降的情況下，煙霧的出現(xiàn)能加快平均疏散速率3.1%?？紤]單通道客艙內(nèi)乘客路線較為單一，疏散目標(biāo)較為確定，所以單純的煙霧造成視野受阻或光線減弱在試驗中幾乎無影響。

各因素影響程度相對大小如圖9所示。綜合來看，雖然影響應(yīng)急撤離的因素在適航規(guī)章中均有相關(guān)規(guī)定，但是通過試驗發(fā)現(xiàn)，仍有很多因素會影響應(yīng)急撤離效率。其中，對應(yīng)急撤離過程中有極大限制的因素有：出口寬度、出口滑梯高度、取行李等行為以及過大的仰角等。在飛機應(yīng)急撤離系統(tǒng)設(shè)計中，應(yīng)著重關(guān)注這些因素。乘務(wù)員的指揮與協(xié)助能夠提高應(yīng)急撤離的效率。

3結(jié)論

通過應(yīng)急撤離影響因素試驗研究，得到如下結(jié)論：

（1）不利姿態(tài)對應(yīng)急撤離有一定的影響。滾轉(zhuǎn)姿態(tài)和俯仰姿態(tài)對應(yīng)急撤離的影響程度不同；不利姿態(tài)對群體撤離中撤離速度的影響整體上與不利姿態(tài)對個體運動的影響類似。

（2）取行李的人員會影響緊隨其后的幾名人員的撤離速度。由平均疏散時間的對比分析可知，取行李的惰性人員將對疏散速率有27%左右的影響。

（3）在應(yīng)急撤離試驗中應(yīng)采取激勵競爭或其他措施，以消除參試人員在較高滑梯處的恐懼或猶豫對試驗結(jié)果的影響。

（4）在應(yīng)急撤離試驗中，煙霧及燈光幾乎對撤離沒有影響。

（5）乘務(wù)員對應(yīng)急撤離起著非常重要的作用，尤其是參試人員在較高滑梯處猶豫或恐懼時，乘務(wù)員的協(xié)助可促使人員撤離。

參考文獻

[1]Xue Z，Bloebaum C. A particle swarm optimization based aircraft evacuation simulation model VacateAir[C]//46th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit，2008.

[2]Fennell P J. The influence of hatch weight and seating configuration on the operation of a Type III hatch[M]. Great Britain：CivilAviationAuthority，1993.

[3]National Transportation Safety Board. Emergency evacuation of commercial airplanes[M]. Washington DC：NTSB，2000.

[4]McLean G A. Access-to-egress：A meta-analysis of the factors that control emergency evacuation through the transport airplane type-III overwing exit[J]. Aviation Safety，2001，30（3）：15-26.

[5]McLean G A，Corbett C L. Access-to egress III：Repeated measurement of factors that control the emergency evacuation of passengers through the transport airplane type-III overwing exit[R]. DOT /FAA/AM-04/2，Washington，F(xiàn)AA，2004.

[6]杜月娟.大型客機應(yīng)急撤離仿真及參數(shù)影響性分析[D].天津：中國民航大學(xué)， 2017. Du Yuejuan. Civil aircraft emergency evacuation simulation and analysis of parameter influence[D]. Tianjin： Civil Aviation University of China， 2017. （in Chinese）

[7]Veloz M V，Zhou K，Bosman L，et al. Cerebellar control of gait and interlimb coordination[J]. Brain Structure and Function，2015，220（6）：3513-3536.

[8]Interstate Aviation Committee. RRJ-95B RA- 89098 interim report[R]. Moscow，IAC，2019.

[9]白春玉，劉小川，慧旭龍，等.民機適墜性研究中的垂向墜撞速度問題探討[J].航空科學(xué)技術(shù)， 2020， 31（9）：11-17. Bai Chunyu， Liu Xiaochuan， Hui Xulong， et al. Discussion on the problem of vertical crash velocity in the study of the crashworthiness of civil aircraft[J]. Aeronautical Science & Technology， 2020， 31（9）： 11-17. （in Chinese）

[10]劉小川，王彬文，白春玉，等.航空結(jié)構(gòu)沖擊動力學(xué)技術(shù)的發(fā)展與展望[J].航空科學(xué)技術(shù)， 2020， 31（3）：1-14. Liu Xiaochuan， Wang Binwen， Bai Chunyu， et al. Progress and prospect of aviation structure impact dynamics[J]. Aeronautical Science & Technology， 2020， 31（3）：1-14. （in Chinese）

[11]李哲，張浩馳，王輝，等.民用飛機機載系統(tǒng)與設(shè)備適航取證研究[J].航空科學(xué)技術(shù)， 2019， 30（12）： 30-37. Li Zhe， Zhang Haochi， Wang Hui， et al. A study on airworthiness of civil airborne systems and equipment[J]. Aeronautical Science & Technology， 2019， 30（12）：30-37. （in Chinese）

Test Research on the Influencing Factors of Civil Aircraft Emergency Evacuation

Feng Wenchun，Li Wei

AVIC The First Aircraft Institute，Xi’an 710089，China

Abstract： In order to analize the factors influencing emergency evacuation， emergency evacuation test based on the dynamic cabin emergency evacuation test environment is performed. The test result shows that adverse attitude of landing has effects on the evacuation times. The effects to average evacuation times can reach about 25.8% at 10°pitch angle. The person taking baggage during evacuation has effects about 27% to group evacuation rate. On the evacuation test， the fear and hesitation of participants at slide because of the height have important effects to the test result. Improper attitude of participants jumping slide have vital effects to evacuation times and efficiency of slide evacuation. The smokes and light exerting on the test has negligible effects to the evacuation. Attendants play an important role when dealing with the participants fear and hesitate when facing the higher slide which has an important effect on test results. The conclusion has the important instructions for cabin safety design and emergency evacuation efficiency improvement.

Key Words： emergency evacuation； attendant； adverse attitude； emergency evacuation test； emergency evacuation speed