不同舱门开启条件下空客A330客舱人员疏散特性

Evacuation characteristics in Airbus 330 cabin crew under different hatch opening conditions

摘要

为探讨不同舱门开启条件下空客A330客舱人员疏散特性，使用Pathfinder软件数值模拟，探究全部舱门开启、应急舱门无法开启、前客舱门无法开启、后客舱门无法开启4种情形下的人员疏散特性。研究发现：全部舱门开启时，人员疏散用时63.3 s；应急舱门无法开启时，人员疏散用时118.3 s，3、4、7、8号舱门的人流量每秒分别下降0.09、0.20、0.09、0.04人，公务舱门和后客舱门出现堵塞；前客舱门无法打开时，人员疏散用时64.0 s，从3、4、5、6号舱门撤离人数分别为47、48、52、50人，表明前客舱门无法开启未对疏散时间造成显著影响；后客舱门无法开启时，人员疏散用时112.3 s，从3、4、5、6号舱门第一个人撤离到最后一个人撤离的时间间隔分别为67.7、67.6、109.9、107.1 s。这表明经济舱乘客更倾向于从5、6号舱门逃生，从而延长了疏散时间。研究结果对掌握不同舱门开启条件下人员疏散特性提供了参考。

Abstract

To study the evacuation characteristics in the Airbus 330 cabin crew under different hatch opening conditions，the Pathfinder software was used to simulate the evacuation characteristics.The evacuation characteristics of personnel were explored in four situations： all cabin doors opened， emergency doors could not be opened， front cabin doors could not be opened， and rear cabin doors could not be opened.The results show that the simulation time for evacuation is 63.3 s when all hatches are open，while 118.3 s when the emergency hatch cannot be opened.The per-unit-time flow of people at No.3，No.4，No.7，and No.8 hatches decreases by 0.09 people，0.20 people，0.09 people，0.04 people respectively.It takes 64.0 s to evacuate people when the front cabin door could not be opened.The number of people evacuated from No.3，No.4，No.5，and No.6 doors are 47，48，52，and 50 respectively，indicating that the failure to open the front cabin door does not have no significant impact on the evacuation time.When the rear cabin door could not be opened，the evacuation time is 112.3 s.The time interval from the first person to the last person from the No.3，No.4，No.5 and No.6 doors is 67.7 s，67.6 s，109.9 s and 107.1 s，respectively.This indicates that more passengers in the economy class choose to escape from the hatches No.5 and No.6，which increases the evacuation time.The research results provide a reference for understanding the evacuation characteristics of personnel under different hatch opening conditions.

Graphical abstract

关键词

客舱人员 / 疏散特性 / 应急舱门 / Pathfinder软件 / 疏散时长

Key words

cabin crew / evacuation characteristics / emergency hatch / Pathfinder software / duration of evacuation

飞机是人们远距离出行的首选交通工具，航空安全问题越来越受到重视。与汽车、火车等交通工具相比，民航客机所处环境复杂，一旦发生故障，会造成重大人员伤亡和财产损失。当客机出现险情紧急迫降后，快速安全地进行人员疏散对降低事故风险意义重大^［1-2］。客舱具有空间狭窄、人员密集等特点，不利于人员疏散，对适航安全疏散提出一定要求。

目前，在受限空间内人员安全疏散研究方面，国内学者采用不同方法取得了一定进展。陈琨等^［3］通过图像追踪获取试验人员撤离轨迹，获得了撤离瓶颈的形成规律；杜红兵等^［4］认为乘客年龄和舱门开启情况对乘员疏散时间有重要影响；田水承等^［5］提出3种客舱中部应急出口布置方式，对现有布置进行改进；张青松等^［6］对空客A380进行人员疏散模拟，设置不同疏散条件，得出影响疏散时间的因素，提升疏散安全性。此外，目前对公共场所人员疏散的研究也较多^［7-9］，而乘客逃生心理状态对疏散速率也有影响^［10-12］。针对飞机乘客年龄特点，在前期研究中分析了不同年龄比例条件下人员疏散速率^［13-15］。以上研究表明，采用数值方法对人员疏散的研究已有一定进展，不同舱门开启条件对人员疏散的影响十分重要，但针对不同舱门开启条件下人员疏散的研究尚未充分展开。

本文选择空客A330为研究对象，使用Pathfinder软件探讨不同客舱逃生舱门开启时的人员疏散过程。该软件已被用于地铁、商场、超高层建筑、体育场馆等领域，近年也应用到客机上。通过人员疏散模拟，得到不同飞机舱门开启条件下人员疏散所需的时间与疏散特性，为人员安全疏散提供参考。

1 疏散原理与模型构建

1.1 人员疏散原理

Pathfinder软件是可用于人员疏散模拟的专业软件，其可对人体尺寸、行走速度、坐标等人员属性进行定义，也可直观反映出不同时刻、不同人员所处的具体位置和移动方向。疏散包含两种人员行为模式：一是基于就近原则，人员会选择离自己最近的疏散出口；另一种会考虑人员的行为，当发生拥堵，人员会主动寻找附近的通道，根据自身位置、距离和周边环境，自动调整路线，移动过程中会从图1展示的5个方向中选择一个最佳方向，相邻方向间夹角为45°。后者考虑人员碰撞规避，没有拥堵时，人员保持设定速度行走，一旦拥堵，行走速度会降低，能真实地反映紧急情况下人员运动特点。

1.2 人员疏散几何模型

空客A330是双发宽体机系列中机身较短的客机，客舱长度45.00 m，最大宽度5.28 m，舱内有34排247座，参数如表1所示，包括公务舱6排36座、经济舱28排211座。客舱共8个舱门（图2），包括6个非应急舱门和2个应急舱门。公务舱前方设有1、2号前客舱门，3、4号公务舱门，经济舱设有7、8号后客舱门，高度平均2.44 m，宽度平均1.70 m。1、2、3、4、7、8号舱门为非应急舱门。经济舱设有5、6号应急舱门，高0.95 m，宽1.06 m，应急舱门尺寸偏小。

突发状况时人员需要紧急疏散，8个舱门均可开启，但可能由于某些故障导致某些舱门无法正常使用。针对不同舱门开启条件下人员疏散问题进行研究。首先，绘制客舱内部三维立体图，俯视图如图2所示，图中客舱座椅椅面近似为矩形。

1.3 人员疏散参数设置

飞机客舱人员疏散受多因素影响，在设置疏散参数时，做出如下假设：

（1）飞机遇到故障完成迫降；

（2）疏散开始后，乘客位于各自座位上；

（3）忽略打开安全带时间；

（4）人员疏散前，针对不同疏散条件，相应舱门处于开启状态；

（5）人员通过安全出口疏散。

疏散人员参数如表2所示，客舱有成年男性与女性、老年男性与女性，移动速度最大1.19 m/s，最小0.48 m/s。由于乘客中儿童的比例极少，且两周岁以下的儿童不单独占用一个座位，因此暂未考虑儿童。将客舱三维模型导入Pathfinder软件，对几何模型进行识别后生成Room模型。假设客机人员满载，向客舱加入“乘员”单元，如图3所示。

2 不同舱门开启时人员疏散特性

2.1 全部舱门开启时人员疏散特性

首先考虑在6个非应急舱门和2个应急舱门全部开启时的人员疏散情况，对客舱内人员疏散过程进行模拟，结果如图4所示，t表示开始疏散后的时间，模拟发现客舱内人员全部疏散用时63.3 s，符合“逃生黄金90 s”。表3为全部舱门开启时各舱门模拟数据。从表3可以看出，疏散开始后2.4 s有两名人员由5、8号舱门撤离，最后一人由6号舱门撤离。1、2号舱门首名人员撤出时间分别为3.6、3.4 s，最后一人撤出时间分别为14.4、14.2 s，相差时间均为10.8 s，说明1、2号舱门逃生人数较少且闲置时间较长，这主要由于1、2号舱门远离公务舱和经济舱，不便于人员经此疏散。3、4、5、6号舱门首名人员撤出时间与最后一人撤出时间分别相差59.5、56.1、57.4、60.7 s，撤离人数分别为40、43、51、47人，单位时间人流量比1、2号舱门要大，表明大部分乘客从3、4、5、6号舱门逃生，因此这4个逃生舱门尤为重要。

从图4可以看出，客舱前段的公务舱未出现明显的拥堵，而客舱中后部的经济舱的拥堵状况则相对严重。当人员被疏散至第30.0 s时，公务舱内人员已全部疏散，而经济舱内显得拥挤。疏散至第50.0 s时，经济舱的拥挤得到一定缓解，但仍有34人未从舱内撤离，第63.3 s时舱内人员全部疏散。公务舱和经济舱两部分人员疏散过程存在明显差异，选择从应急舱门和后客舱门疏散的人员数量较多，因此造成明显短时拥堵。

2.2 应急舱门无法开启时人员疏散特性

客舱应急舱门在紧急疏散人员时需要开启的，但在一些突发状况下，飞机故障等因素会导致应急舱门失效，极大增加了人员伤亡风险，具有重要的研究意义。在疏散的早期阶段的40.0 s内，舱内人员密集集中于过道，流向出口时出现了明显的拥堵，尤其是在靠近出口处由于过道容量有限，形成了瓶颈效应。到80.0 s时，疏散进程已进入中晚期，舱内登机密度显著下降，出口处的拥堵情况得到了缓解，人群拥挤程度逐渐降低，表明通道的疏散效率有所提升。至118.3 s时，舱内几乎没有剩余人员，如图5、6和表4所示。由疏散模拟得出，5、6号应急舱门无法开启时，客舱内全部人员疏散成功共用时118.3 s，不符合“逃生黄金90 s"。

由表4可知，疏散开始后2.4 s，首名人员由8号舱门撤离，而最后一名人员由3号舱门撤离。1、2号舱门首名人员撤出时间分别为3.6、3.4 s，最后一人撤出时间分别为14.4、14.2 s，相差时间均为10.8 s，说明1、2号舱门并不是人员逃生的主要舱门。而3、4、7、8号应急舱门的首名人员撤离时间与最后一名人员的撤离时间分别相差115.2、114.3、103.3、108.4 s，撤离人数分别是68、64、49、54人，与所有舱门开启时的撤离人数相比，分别增加了28、21、22、27人，3、4、7、8号舱门的单位时间人流量分别下降了0.09、0.20、0.09、0.04人/s，说明5、6号应急舱门无法开启时，经济舱部分人员会选择3、4、7、8号舱门逃生，由于距离舱门较远，从而增加了疏散时间。

疏散过程中，公务舱未出现堵塞，但经济舱拥堵严重。40 s时，公务舱人员已全部疏散。80 s时，经济舱拥堵有所改善，仍有67名人员未疏散，118.3 s时，客舱所有人员均疏散。长时间拥堵主要是因为大多乘客聚集在经济舱。应急舱门不能打开时，经济舱中央人员只能选择公务舱门和后客舱门逃生，这无疑加剧了拥堵，降低了疏散速度，延长了疏散时间。

2.3 前客舱门无法开启时人员疏散特性

针对1、2号舱门无法开启情况下的人员疏散进行了模拟，结果如图7、8和表5所示。模拟得到客舱人员全部疏散用时64.0 s。疏散开始后第2.4 s有两名人员5、8号舱门撤离，最后一名人员由6号舱门撤离。在3、4、5、6号舱门，首名人员的撤离时间与最后一名人员的撤离时间分别有55.3、58.9、59.6、61.4 s的差距。撤离的人数分别是47、48、52、50人。与所有舱门开启时的人数相比，分别增加了7、5、1、3人。3号和4号舱门的单位时间人流量分别增加了0.18、0.05人/s，说明1、2号前客舱门无法开启时，公务舱的乘客会选择3、4号舱门逃生，由于离舱门较近，并未对整体逃生疏散时间产生很大影响。

在疏散过程中，客舱前方的公务舱基本上没有出现人员拥堵，但经济舱的拥堵情况则相对严重。在第30.0 s，公务舱的人员已经完全疏散，但经济舱的人流状况相对拥挤。到第50.0 s，经济舱的拥堵状况有所改善，但仍有68人未完成疏散，到第64.0 s，客舱的所有人员都已完全疏散。与全部舱门开启使用时的疏散时间无明显差异，这是因为公务舱人员较少，通过3、4号舱门疏散时未造成拥堵。客舱前后两部分人员疏散分布较为平均，虽存在短时拥堵，但可满足快速疏散要求。

2.4 后客舱门无法开启时人员疏散特性

最后针对7、8号后客舱门无法开启时进行人员疏散模拟，结果如图9、10和表6所示。由图9、10和表6可知，客舱内全部人员疏散成功共用时112.3 s。疏散开始后2.4 s首名乘客由5号舱门撤离，最后一名乘客由5号舱门撤离。1、2号舱门首名人员撤离时间分别为3.6、3.4 s，3、4号舱门首名人员撤离时间分别为3.1、3.4 s，5、6号舱门首名人员撤离时间分别为2.4、2.6 s。

最后一个人的撤离时间分别是14.4、14.2 s，两者之间的时间间隔均为10.8 s，这表明1、2号舱门并不是进行人员疏散的首选舱门。在3、4、5、6号舱门，首名人员的撤离时间与最后一名人员的撤离时间分别有67.7、67.6、109.9、107.1 s的差异，而撤离的人数则是46、45、70、74人。与所有舱门打开时的撤离人数相比，分别增加了6、2、19、27人，3号舱门单位时间人流量上升0.01人/s，4、5、6号舱门单位时间人流量分别下降0.10、0.26、0.09人/s，说明7、8号舱门无法开启时，乘坐经济舱的旅客更倾向于选择5号或6号应急舱门进行逃生，但由于他们与舱门的距离较远并可能出现拥堵情况，这可能会导致人员疏散所需的时间增加。

疏散过程中，客舱前方的公务舱基本上没有出现拥堵的情况，而经济舱的拥堵状况则较为严重。在每个时刻都有大量乘客进入舱室进行活动。第40.0 s，公务舱已经完全疏散，但经济舱的人流状况相对拥挤。到了第80.0 s，经济舱的拥堵状况得到了缓解，但仍有27名乘客未完成疏散，而到第112.3 s，客舱内的所有人员都已完全疏散。由于7、8号舱门无法开启，导致客舱后部乘客更多选择5、6号舱门撤离，造成了较长时间的拥堵，增加了疏散时间。

3 结论

（1）在应急疏散条件下，应急舱门的可用性直接影响整体疏散时间。当所有舱门开启时，疏散时间明显降低至63.3 s，反之关闭部分应急舱门会导致疏散时间增加至118.3 s。为此，建议在疏散培训中引导经济舱登机尽量优先选择前客舱门，以减少后部舱门的拥堵，提高整体疏散效率。

（2）当前客舱门无法开启时，3、4号舱门的方差和人流量有所增加，但对总体疏散时间影响不大。这说明前客舱门的关闭不会显著影响整体疏散效率，建议通过路径引导确保在前客舱门关闭情况下乘客能合理分流至其他可用舱门。

（3）后客舱门关闭会导致经济舱乘客集中于5、6号舱门、造成区域集中堵塞，疏散时间增加至112.3 s。为避免关键舱门处的人员拥堵严重，应在应急疏散设计中增加乘客引导标识，并鼓励乘客在合适的客舱门进行逃生，以平衡各个舱门的压力并减少拥堵现象。

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基金资助

国家自然科学基金(12102271)

辽宁省自然科学基金(2020-BS-175)

辽宁省教育厅基本科研项目(JYTMS20230262)