基于灰色关联法的飞机火灾事故统计分析与启示.docx

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基于灰色关联法的飞机火灾事故统计分析与启示

基于灰色关联法的飞机火灾事故统计分析与启示

凤四海，李枣，贺元骅

【摘要】通过搜集整理2005—2014年十年间全球发生的105起飞机火灾事故案例，将其分为坠机火灾事故和非坠机火灾事故分别进行统计，并运用灰色关联法分析了影响伤亡人数和航空器损坏程度的主要原因。

结果表明：

坠机火灾事故的发生概率大，造成的伤亡人数多，对航空器的损坏程度也大；对于非坠机火灾事故，机组成员处置不当是造成人员伤亡的最主要原因，天气和危险品着火是造成航空器损坏的最主要原因。

针对飞机火灾事故原因进而提出改进防灭火硬件系统及阻燃材料工艺、更新有关灭火规程、加强机组灭火训练和飞行员应急处置能力训练等措施与建议，对降低飞机火灾事故、改善飞行安全具有重要意义。

【期刊名称】安全与环境工程

【年（卷）,期】2017（024）003

【总页数】7

【关键词】飞机火灾事故；灰色关联法；火灾原因；伤亡人数；航空器损坏程度

火灾是影响飞机安全飞行的重要原因，飞机作为一种科技含量高、结构复杂的交通工具，如果出现异常情况，如结构遭到破坏、操作失控或失误等，就有可能酿成重大火灾，出现机毁人亡的事故。

如1980年8月19日，一架沙特阿拉伯航空公司的洛克希德L-1011客机准备从沙特飞往约旦，中途经停卡拉奇，在卡拉奇机场起飞后，行李舱着火，接着一台发动机也起火，飞机在返回机场迫降后滑行期间，机舱内起火引起爆炸，导致机上301名人员全部死亡；2007年8月20日，执行华航CI120次航班的B-18616号波音737-809（WL）型客机于日本冲绳县那霸机场降落驶往停机坪后，右主翼燃料箱漏油起火引起强烈爆炸，机身烧焦断裂，幸好机上157名乘客（包括2名婴儿）和8名机组员总共165人都安全逃生，未造成任何人员伤亡。

由于民用航空飞机飞行时携带大量可燃液体且机舱为封闭空间，所以飞机火灾具有火势发展迅猛、疏散困难、扑救困难、且造成人员伤亡多和财产损失严重等特点，对社会造成的影响也是十分巨大的[1]。

因此，分析飞机火灾事故的类型和特点，制定火灾预防措施一直是飞机安全领域的重要研究课题。

为此，本文通过SKYbrary网和世界航空安全网搜集、整理了2005—2014年十年间全球有关飞机火灾事故案例调查报告，运用灰色关联法分析了影响伤亡人数和航空器损坏程度的主要原因，并针对原因进而提出了预防飞机火灾事故的具体措施与建议，对降低飞机火灾事故、改善飞机安全具有重要的意义。

1飞机火灾事故统计与分析

飞机火灾事故是一种随机、偶然的事件，每年发生的次数较少，表面上看毫无规律可言，但它也是有其统计规律性的，其偶然中蕴含着必然。

随着人们对航空安全问题的逐渐重视，量化分析飞机火灾，可为制定有效的消防应急管理预案提供参考。

飞机火灾事故案例的统计分析就是通过搜集、整理事故案例，从中提取有用信息进行统计分析，发现其中的规律，揭示现象本身，从而提出有针对性的飞机防灭火改进措施。

1.1飞机火灾事故发生率和致死率的统计分析

本文根据国际民航组织（ICAO）发布的《航空安全报告》[2]中关于2005—2014年全球飞机火灾事故的统计数据，计算了2005—2014年飞机火灾事故数量占航空事故总数的比例以及致死飞机火灾事故数量占该事故总数的比例，并将其绘制成图，见图1和图2。

由图1和图2可见，2005—215年十年间全球平均每年发生的飞机火灾事故数量约占当年航空事故总数的8%，其中2006年、2013年分别达到11.61%和15.56%，且并没有明显的改善趋势；而有平均高达50%的飞机火灾事故会造成人员死亡，且致死飞机火灾事故比例有逐渐增加的趋势。

这两项数据表明，飞机火灾事故的发生率较高，且事故致死率极高。

1.2飞机火灾事故数量和平均死伤人数的统计分析

本文将2005—2014年全球飞机火灾事故数量、死亡人数和受伤人数进行了传统统计，列入表1，并根据表1计算出每年每起飞机火灾事故的平均死伤人数，利用折线-柱状组合图描述计算结果，见图3。

结合表1和图3可见，2005—2015年十年间全球每年发生的飞机火灾事故总数并没有明显减少；除个别年份（2010年）外，飞机火灾事故中总的死亡人数、受伤人数近年来虽有所减少，但每年每起事故平均死亡和受伤人数下降趋势并不明显。

1.3飞机火灾事故发生区域和所处飞行阶段统计分析

本文通过搜集相关文献，发现杜红兵等[3-4]已对飞机事故进行了传统数据统计，其按照CAST/ICAO通用分类小组（CommonTaxonomyTeam,CICTT）制定的民航不安全事件的分类标准对每年发生的事故数量、伤亡人数进行统计，并绘制趋势图。

其中，航空器起火事故类型包括由非事故撞击引起的和事故撞击引起的航空器起火/冒烟[5]，但只着重分析了飞行中的烟火事件，分析内容包括火灾发生区域、飞行阶段以及火灾原因，并根据分析结果提出预防措施，指出我国在研究飞机防灭火安全方面还有很大的空间，与国外还存在较大的差距。

本文根据所收集的飞机火灾事故调查报告，按照初期火灾发生区域和发生时所处的飞行阶段分别进行了统计，其统计结果见图4和图5。

由图4和图5可见，飞机火灾事故很明显地被划分为坠机火灾事故和非坠机火灾事故。

对于坠机火灾事故，由于发生速度快且范围大，火势几乎是瞬间蔓延至全机，故将整机着火划分为一类，约占41%，其发生阶段为撞击后[在CCAR发布的《民用航空安全信息管理规定》（CCAR—396-R2）中明确将“撞击后”单独划分为一个飞行阶段]，约占47%；对于非坠机火灾事故，最容易发生火灾的部位是引擎（12%），其次是驾驶舱（8%），而最容易发生火灾的飞行阶段是上升阶段（13%），巡航阶段发生火灾的概率也较大（12%），可能原因是巡航阶段所占时间最长。

1.4坠机火灾事故和非坠机火灾事故死伤人数及航空器损坏程度的统计分析

对于飞机火灾事故的分析，人们往往最关心的是它给人员带来的伤亡及其造成的经济损失。

本文根据所搜集的飞机火灾事故报告，将飞机火灾事故划分为坠机火灾和非坠机火灾两类事故，并对其造成的死伤人数分别进行统计，其统计结果见图6。

由图6可见，86%的受伤人数及99%的死亡人数都是由坠机火灾事故造成的；非坠机火灾事故所造成的人员受伤比例占14%，死亡人数比例仅占1%。

造成这一结果的原因可能是：

非坠机火灾事故初期的影响范围较小，有统计资料显示，从一起飞机火灾被发现到飞机实施紧急迫降、飞机安全着陆或不幸坠毁的平均时间为17min[6]，这给机组成员留出了足够的处理时间；而坠机火灾事故往往是瞬间发生且火势大，事故后果通常都是机毁人亡，因此它造成的死伤人数会更多。

本文对坠机火灾事故和非坠机火灾事故所导致的航空器损坏程度分别进行统计，航空器损坏程度按照由重到轻的顺序依次为：

完全损坏、损坏、大体损坏、轻微损坏和无损坏，其统计结果见图7。

由图7可知，两类火灾事故导致航空器损坏程度都是十分严重的，其中，坠机火灾事故造成27%航空器完全损坏和58%航空器损坏，非坠机火灾事故虽然没有造成航空器完全损坏，但造成了39%航空器损坏，换句话说，85%坠机火灾事故和39%非坠机火灾事故使航空器彻底失去维修价值，从侧面说明飞机火灾事故造成的经济损失是十分严重的。

通过上述的统计分析，更体现出研究飞机火灾事故原因的必要性，只有分析飞机火灾事故原因与死伤人数和航空器损坏程度之间的关系，才能找出最重要的事故原因，并据此进行有针对性的防范。

为此，本文拟在上述统计分析的基础上，运用灰色关联法对飞机火灾事故原因进行深入的分析，以为改进飞机防灭火措施、消防应急管理预案提供更有价值的参考。

2灰色关联分析法

灰色关联分析法是通过灰色关联度来分析和确定系统因素间的影响程度或因素对系统主行为的贡献测度的一种方法。

其基本原理是通过对系统设定参考序列和比较序列，检测序列的几何关联程度，以分析各因素间的关联程度。

系统中两个因素随时间或对象不同而变化的关联性大小的量度，称为关联度。

在系统发展过程中，用关联度对各因素的重要性进行，关联度越大，则因素越重要，对系统发展的贡献越大，且各因素的相对重要性具有稳定性[7]。

通过计算灰色关联度，可对系统内部因素进行量化评价，分析系统内部各因素之间的关系强弱和相关程度。

灰色关联分析法有效弥补了数理统计方法的缺陷，它对样本量的多少和样本有无规律都同样适用，且计算量小、十分方便，更不会出现量化结果与定性分析结果不符的情况。

目前该方法已被广泛用于工程控制、交通运输、社会系统、经济管理等领域进行预测、评估和规划等。

在航空领域，也有学者运用该方法成功分析了诸如跑道侵入[8]、事故征候诱因[9]及人为差错[10]等问题。

鉴于该方法的特点，本文将其运用到飞机火灾事故致因的分析中，量化各因素的优劣性，为有针对性地提出飞机火灾事故预防措施提供依据。

灰色关联分析法的具体步骤如下[11]：

（1）确定参考序列和比较序列。

设有参考标准j级，评价因子h个，样品总数i个，则参考序列记为xi（h）（i=1,2,…,n;h=1,2,…,m），比较序列记为yj（h）（j=1，2，…，t；h=1，2，…，m）。

其中，xi（h）表示第i个样品中第h项评价因子的实测值;yj（h）表示第j级参考标准中第h项评价因子的取值。

（2）原始数据标准化处理。

在进行灰色关联分析计算前，需要对原始数据进行无量纲规范化处理，消除量纲使其具有可比性。

常用的处理方法有初值化法、均值化法、标准化法和区间值变换法。

由于均值化方法适用于无规律、零乱的数据序列，可减少无规律数据造成的不稳定影响，因此本文采用均值化法对原始数据进行无量纲化处理，即

（1）

（3）计算序列绝对差Δij（h）、两级最大差值和两级最小差值。

其计算公式如下：

（2）

（3）

（4）

（4）计算关联系数。

即求第i个比较序列与第j级参考序列对应的第h个指标的相对差，其计算公式为

（5）

式中:

ξij（h）为xi对yj的关联系数;ρ为分辨系数，其取值范围为0～1，通常取0.5。

（5）计算关联度。

即用关联度表示各数据间的关联程度，其计算公式为

（6）

3基于灰色关联法的飞机火灾事故原因分析

3.1数据来源

本文从ASN航空事故数据库及Skybrary网站火灾数据库中搜集了2005—2014年十年间全球所发生的飞机火灾事故调查报告，并整理出有用数据（见表2），利用灰色关联法分析了飞机火灾事故人员伤亡情况与火灾事故原因之间的关系，从而明确了造成人员伤亡的主要原因。

导致飞机火灾事故的原因主要可分为飞行机组、天气、飞机、管理和其他几类影响因素，其中，飞行机组因素包括飞行员操作失误导致飞机发生坠毁或撞击事故，或飞行中发生火灾时飞行机组处置不当造成火势扩大等；天气因素包括雷电、雨雪天气导致飞机飞行环境恶劣，飞机失控坠毁的几率增大；飞机（设计、制造、维修）因素包括：

飞机本身设计制造缺陷导致飞机起火（如飞机上的电气火灾）或飞机维修时出现失误，少装或装错零部件导致飞机起火；管理因素包括机场空管塔台工作的失误，导致飞机滑错跑道撞击起火，或局方监管不到位导致事故发生；其他因素就是除以上几类因素以外的因素，如机载危险品发生火灾、机库着火导致飞机烧毁等。

由于每一年发生飞机火灾事故的数量较少，用来做分析明显不足，可能会影响分析结果的科学性和准确性，经过多次计算验证发现如果将2年作为一个时间段进行分析则更加科学合理，因此将2005—2014年这十年平均分为5个时间段进行飞机火灾事故统计，主要统计各影响因素对伤亡人数和航空器损坏的影响程度，即可得到量化统计结果，见表2。

3.2飞机火灾事故原因的灰色关联分析

为了使结果更加直观，本文分别研究了死亡人数、受伤人数和航空器损坏程度与飞机火灾事故原因的关系，即以2005—2014年死亡人数、受伤人数及航空器损坏程度为参考样本序列，以飞机火灾事故原因为比较样本序列，计算出对应的关联系数和关联度，并分析得出结果。

本文以死亡人数作为参考序列、飞机火灾事故原因作为比较序列为例，根据上述灰色关联法分析步骤，说明具体计算过程如下：

（1）首先使用表2中前6行作为原始计算数据，其中死亡人数（x1）作为参考序列，影响因素（y1,y2,y3,y4,y5）作为比较序列,利用均值化法[公式

（1）]对上述原始数据进行无量纲化处理，其处理结果见表3。

（2）利用公式

（2）、（3）、（4）计算序列绝对差、两级最大差值和两极最小差值，其计算结果见表4，并计算得到：

Δmin=0.1213，Δmax=4.7596。

（3）利用公式（5）和（6）计算关联系数εi和关联度ξi，其计算结果见表5和表6。

关联度排序为：

β1>β2>β5>β3>β4，即死亡人数与各飞机火灾事故原因之间的关联度大小顺序为：

飞行机组>天气>其他>飞机（设计、制造、维修）>管理。

同理，重复上述步骤，可计算得出：

（1）受伤人数与各飞机火灾事故原因之间的关联度大小顺序同样为：

飞行机组>天气>其他>飞机（设计、制造、维修）>管理。

（2）航空器完全损坏与各飞机火灾事故原因之间的关联度大小顺序为：

天气>飞行机组>其他>飞机（设计、制造、维修）>管理。

（3）航空器损坏与各飞机火灾事故原因之间的关联度大小顺序为：

其他>飞机（设计、制造、维修）>飞行机组>天气>管理。

3.3飞机火灾事故的特征分析

通过上述计算结果，可以总结出飞机火灾事故的一般规律如下：

（1）大部分飞机火灾事故是由于飞机坠机产生的，这类火灾事故的特点是产生速度快、强度大，且突发性强、事先难以预测，若未坠毁在机场附近，消防救援力量难以迅速到达，所以此类事故往往伴随着大量人员伤亡，航空器破损也最为严重。

（2）飞机引擎失火通常是由于燃油泄漏，导致燃油蒸汽与空气混合燃烧；驾驶舱冒烟着火通常是由于电子舱发生短路，产生电弧而引发的。

（3）飞行机组失误是造成人员伤亡的最主要原因，不难理解，机组对飞机初期火灾的处理不当会使火灾得不到及时控制而蔓延或者使飞机直接失控撞地，这两种情况都会造成人员伤亡。

另外，天气因素也是造成人员伤亡的一个主要因素，一般是由于在雨雪天气中飞行情况不良，导致飞机产生故障后撞地起火。

（4）与航空器损坏最为密切的是天气因素和其他因素，不良的天气状况会损坏航空器，其他因素中主要包括外来火源对航空器造成的伤害，如货舱装载的危险品自燃或停放飞机的机库着火引起飞机燃烧。

（5）管理因素表面上看是与直接造成人员伤亡和航空器损坏关系最小的因素，但根据经验可知它往往是造成事故的根本原因，大部分事故的发生归根结底都是由于管理的缺失。

（6）坠机后起火属于飞机坠机事故的二次事故，所以很难定量分析由火灾直接导致的死伤人员比例，但坠机后飞机起火，一定会加重人员的伤亡和航空器的损坏程度。

4改进措施与建议

针对上述飞机火灾事故原因分析，本文提出如下需要改进的防灭火措施与建议：

（1）研究改进具有防坠机起火的飞机外壳材料，提高飞机外壳材料的结构稳定性，以降低飞机在遭受巨大冲击力时产生结构变形的可能[12]；改进飞机内饰材料的耐火性能，延缓飞机火灾的燃烧进程，尽可能延长救援有效时间。

（2）针对易发生火灾的驾驶舱，应该做好防止电气短路的措施。

由于驾驶舱起火主要属于C类火灾，适合用二氧化碳灭火器扑灭，所以除了提升驾驶舱现有的电子电器冷却系统烟雾探测器的灵敏度以外，还应在舱内配备手持式二氧化碳灭火器，以便在不影响电路工作的情况下及时扑灭电气起火。

（3）对于飞机发动机火灾来说，虽然发动机配备有火警检测系统和灭火系统[13]，但在实际运用过程中，发动机灭火系统的灭火效果并不是十分理想，往往不能完全扑灭火灾，对此应该改进发动机灭火系统的设计，提高灭火效率。

（4）针对飞机的C类和E类货舱，应该提高现有火灾探测器的灵敏程度以及驾驶舱控制的灭火系统灭火的有效性，重新布置喷头位置，确保灭火剂能辐射到货舱每个角落，并提高货舱排烟系统能力、衬板耐火性能，延长救援疏散的时间[14]。

（5）提高飞机灭火硬件系统整体水平，加强对飞机内部隐蔽区域火灾的探测与扑灭，并在现有机载灭火系统的基础之上研究新型机载灭火系统。

（6）对于机场消防应急救援部门，应该认真培训消防救援人员，缩短响应时间和到达现场的时间。

在本文所搜集的案例中，有很大一部分事故是由于消防力量到位不及时、消防装备不完善以及应对方法有问题而使损失进一步扩大，所以消防救援工作要时刻保持警惕，确保一旦发生事故能尽可能快地妥善解决。

以上提到的飞机防灭火硬件系统、消防应急救援这两个方面一直是国内外专家对于应对飞机火灾的研究重点[15-16]，但被忽略的一个很重要的方面是对飞行员和机组成员的培训。

根据统计分析可知，大部分飞机坠机事故都是由于人为失误导致的，其中包括飞行员操作失误、空管人员指挥失误或地勤工作人员工作失误等。

所以，机务维修人员应该认真对待飞机日常检查维护，尽可能保证飞机不出现故障；空管人员应时刻注意每架飞机的状况，与飞行员及时沟通，遇见紧急情况及时通报并安排合理的处置方式；管理部门要及时完善更新灭火规程，加强对各子部门的监督管理，定期检查，及时改进。

对航空公司来说，一方面应该加强对飞行员应急能力方面的培训，尤其是在飞机失控的情况下如何妥善解除危机；另一方面应加强机组人员防灭火操作能力和应急处置能力的培训，包括能正确有效地处理机上火灾事故，提高旅客应急疏散效率等，同时要积极修改完善运行手册，给机组成员提供正确的指导[17-18]。

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