Após um pouso de emergência, é essencial evacuar rapidamente uma aeronave. Normalmente, é definido um limite máximo de tempo, que não depende do número de passageiros a bordo, da hora (dia/noite) ou do número de saídas de emergência inoperantes. Para desenvolver estratégias e protocolos para evacuações eficientes, é importante definir todas as características da aeronave, analisar vários cenários que possam surgir, realizar um estudo abrangente do comportamento dos passageiros e considerar fatores externos que possam afetar o tempo de evacuação. Atualmente, existem ferramentas de simulação flexíveis e poderosas orientadas a objetos que permitem a criação de modelos realistas, úteis para avaliar estratégias de evacuação por meio do estudo de diferentes cenários. Nesse contexto, este documento apresenta um modelo para analisar cenários realistas para a evacuação do Airbus 380, que deve ser feita em menos de 90 segundos.
As estatísticas mostram que viajar de avião é um dos meios de transporte mais seguros. No entanto, pode haver situações de risco, como sair da pista, um pouso de emergência, uma ameaça terrorista ou problemas de funcionamento que podem exigir uma evacuação de emergência. O perigo pode vir de impactos, fogo, fumaça, gases tóxicos ou explosões. O comandante é o responsável por iniciar a evacuação de emergência, tentando manter todos os ocupantes em segurança. Durante a evacuação, os riscos aumentam com o passar do tempo, portanto, é essencial minimizar o tempo de evacuação.
Foi comprovado que procedimentos eficientes de evacuação de emergência são capazes de reduzir drasticamente o número de vítimas em acidentes aéreos com sobreviventes. Dessa forma, os Centros de Controle Aéreo (ACC) consideram que esses procedimentos e a capacidade de aplicá-los corretamente são extremamente importantes para a segurança aérea. Para obter a certificação de um tipo de aeronave, o fabricante deve fazer uma demonstração de que a evacuação de emergência foi concluída de acordo com os códigos de aeronavegabilidade de seu estado. O ACC do estado é o responsável por conceder essa certificação. A demonstração analisa o seguinte:
As normas de evacuação para aeronaves estão resumidas nas Especificações de Certificação para Aviões de Grande Porte CS-25 (Emenda 4 - seção 28.803) da Agência Europeia para a Segurança da Aviação (EASA) e, para os Estados Unidos, no Código de Regulamentações Federais, Título 14 Aeronáutica e Espaço, Capítulo I Administração Federal de Aviação, Departamento de Transportes. Todas as áreas da tripulação e dos passageiros exigem elementos de emergência suficientes para permitir uma evacuação rápida em pousos de emergência, com ou sem o trem de pouso acionado, considerando que a aeronave pode estar em chamas. Para uma aeronave com capacidade para mais de 44 passageiros, é necessário garantir que o número máximo de pessoas, incluindo os membros da tripulação, possa ser evacuado em menos de 90 segundos em condições de emergência. A conformidade com esse requisito deve ser demonstrada por meio de uma simulação real, usando os critérios de teste indicados no Apêndice J do CS-25, a menos que a agência encontre uma combinação de análise e teste que forneça dados equivalentes.
Este documento descreve um modelo simples, porém realista, para avaliar as estratégias de evacuação. Ele emprega as características da aeronave A-380 da empresa AirFrance. O modelo permite o estudo do fluxo de passageiros e a detecção de possíveis gargalos devido ao acúmulo de passageiros nas áreas próximas às saídas de emergência. Um conjunto de experimentos foi projetado para analisar como o nível de ocupação e a proporção de portas inoperantes afetam o procedimento de evacuação em termos de tempo. A estrutura do artigo é a seguinte. A Seção 2 apresenta trabalhos relacionados. Em seguida, a Seção 3 define os procedimentos de emergência. A Seção 4 apresenta o modelo de simulação, discutindo as suposições e os detalhes da implementação. A Seção 5 explica os experimentos realizados e analisa os resultados obtidos. Por fim, algumas conclusões e linhas de pesquisa futura são descritas na Seção 6.
Há vários estudos que analisam fatores de risco em cabines. Por exemplo, Hsu e Liu (2012) discutem os fatores de risco relacionados à sua estrutura. Chang e Yang (2011) analisam as percepções dos passageiros sobre a segurança em um acidente real. A partir desses trabalhos, pode-se concluir que tanto os procedimentos quanto a assistência da tripulação são elementos-chave para o processo de evacuação de uma aeronave. Chang (2012) compara a segurança de passageiros com mobilidade reduzida com a de passageiros comuns em caso de acidente. Os primeiros dependem da assistência prestada por pessoas que os acompanham ou pela tripulação da cabine durante os procedimentos de evacuação e têm maior chance de serem feridos quando surge uma emergência devido à sua incapacidade de movimentação (U.S. Department of Transportation 2009, U.S. Department of Transportation 2003).
Uma emergência constitui um conjunto de eventos adversos concentrados em um curto período de tempo, o que pode causar ansiedade e estresse aos passageiros. Esses fatores devem ser levados em conta ao analisar os processos de evacuação, pois a incerteza associada pode alterar muito os resultados. De fato, a modelagem do comportamento dos passageiros tende a ser uma tarefa extremamente difícil, pois é influenciada por uma mistura complexa de fatores sociopsicológicos e físicos (Poudel et al. 2005). No campo de pedestres e evacuação, Helbing et al. (2002) comparam a simulação de situações normais e de pânico. Os autores propõem microssimulações do tipo dinâmica molecular com base em um modelo de força generalizada da dinâmica interativa de pedestres. De acordo com eles, o "nervosismo" em situações de pânico influencia significativamente as forças de flutuação, as velocidades desejadas e a tendência de agrupamento. Além disso, são considerados efeitos paradoxais como "congelamento por aquecimento", "mais rápido é mais lento" e o desconhecimento das saídas disponíveis. Poudel et al. (2005) discutem a necessidade de modelagem de evacuação de aeronaves como consequência das limitações inerentes às demonstrações reais (por exemplo, não há fogo nem fumaça, e crianças e passageiros com deficiência geralmente não participam). Eles argumentam que as evacuações "reais" podem se tornar muito desorganizadas, com indivíduos competindo para passar pelas saídas. Os autores sugerem uma abordagem baseada em lógica difusa que considera parâmetros comportamentais, como a capacidade de conscientização da situação, o estado físico, o tempo médio de resposta a uma nova situação, a velocidade de saída individual livre e os vínculos de grupo. Sharma et al. (2008) também analisam o comportamento humano em evacuações de aeronaves. Eles combinam um modelo de força social e um modelo geométrico, e integram a lógica difusa para considerar o impacto de fatores como pânico e estresse.
Chang e Yang (2011) analisam as percepções dos passageiros em relação à segurança da cabine a partir de suas experiências de evacuação de emergência em um acidente aéreo. Os dados foram obtidos por meio de pesquisas de questionário e entrevistas em profundidade com passageiros da empresa China Airlines. Os autores concluem que os passageiros precisam de mais instruções sobre o uso de equipamentos de emergência e protocolos relacionados. Além disso, fica comprovado que a assistência da tripulação e os procedimentos de emergência são cruciais para uma evacuação correta. Em Liao (2014), o departamento de turismo da Universidade de Aletheia (em Taiwan) apresenta um estudo para avaliar a educação recebida por crianças do ensino fundamental relacionada à segurança em aeronaves. O programa educacional foi elaborado com base nas instruções de segurança na cabine. As crianças responderam a uma pesquisa antes e depois do curso. Os autores concluem que é necessário treinar as crianças para explicar "o que", "quando", "como" e "por que" devemos agir no caso de um acidente aéreo. A televisão e a Internet são recursos relevantes para informar as crianças (e as pessoas em geral) sobre a segurança na cabine, mas pode ser mais eficaz que um instrutor ensine os alunos sobre esses tópicos. Os resultados mostram que o programa foi útil para melhorar o conhecimento e as atitudes das crianças, independentemente de sua escola, local e experiência em viagens aéreas. A educação sobre segurança na cabine é cada vez mais importante devido ao número crescente de pessoas que viajam de avião. Além disso, o número de crianças que viajam sozinhas segue a mesma tendência. Na verdade, a necessidade de educação relacionada à segurança da cabine tem sido discutida tanto do ponto de vista acadêmico quanto prático (Chang e Liao 2008, Muir e Thomas 2004). Entretanto, poucos programas de treinamento foram desenvolvidos. É necessário desenvolver programas de treinamento completos, pois eles podem aumentar a probabilidade de sobrevivência.
A grande maioria das emergências ocorre durante as fases de decolagem e/ou aterrissagem sem qualquer aviso prévio. Essas emergências tendem a ser repentinas e inesperadas, dando pouco espaço para a tripulação e os passageiros reagirem.
Um pouso de emergência pode ocorrer devido a vários fatores. Esses fatores podem ser externos, como condições climáticas adversas, ou internos, por exemplo, uma falha de energia em um motor ou falhas técnicas da aeronave. Nesse caso, o comandante transmite as informações ao responsável pela cabine o mais rápido possível, para que ele as transmita ao restante da tripulação da cabine e aos passageiros. Posteriormente, a tripulação se prepara para o pouso de emergência, seguindo os protocolos correspondentes em uma ordem específica, que são detalhados em uma lista comumente chamada de "checklist".
Os pousos de emergência podem ser preventivos e não exigir uma evacuação de emergência. Isso depende dos critérios do comandante, que avalia o perigo da situação para os passageiros e a tripulação. Em um pouso de emergência inesperado, não há tempo para reagir. Isso acontece quando a aeronave passa por uma emergência "real" (ou seja, não programada) e precisa fazer um pouso o mais rápido possível. O tempo para os pilotos e a tripulação reagirem é pequeno, e eles precisam informar rapidamente os passageiros.
A tripulação da cabine deve estar permanentemente pronta para evacuar a aeronave em caso de emergência e estar alerta a qualquer sinal de perigo, como fumaça, fogo, faíscas ou ruídos incomuns. Há dois tipos de movimentos de evacuação: (i) planejado, no qual há tempo suficiente para informar os passageiros e a tripulação; e (ii) inesperado, no outro caso. A Figura 1 mostra os procedimentos de informações de segurança para a aeronave A-380.
Conforme comentado anteriormente, o modelo é baseado no avião A-380 da empresa AirFrance. A estrutura do avião, que tem dois decks, é mostrada na Figura 2. O convés principal é composto por 354 assentos distribuídos em vários espaços, 5 saídas de emergência do lado direito e 5 do lado esquerdo e 10 rampas de emergência (uma por saída). O andar superior tem 168 assentos, 3 saídas de emergência do lado direito e 3 do lado esquerdo e 6 rampas de emergência.
Com base nessa estrutura, o modelo representa diferentes áreas, conforme mostrado na Figura 3.
O convés principal é composto por:
P → Classe de viagem: "Premiere" (10 assentos)
E0 → Classe de viagem: "Seat Plus" (4 assentos)
E1 → Classe de viagem: "Econômica 1" (144 assentos)
E2 → Classe de viagem: "Econômica 2" (122 assentos)
E3 → Classe de viagem: "Econômica 3" (74 assentos)
O convés superior é composto por:
B1 → Classe de viagem: "Business 1" (30 assentos)
B2 → Classe de viagem: "Business 2" (54 assentos)
PE → Classe de viagem: "Econômica Premium" (38 assentos)
E4 → Classe de viagem: "Econômica 4" (46 assentos)
As medidas introduzidas no modelo são detalhadas para os decks superior e principal nas Figuras 4 e 5, respectivamente. A Figura 6 revela as distâncias da frente da aeronave até cada saída. Essas medidas são levadas em conta para distribuir os assentos dentro das cabines do avião e para criar as rotas que os passageiros seguem ao acessar as saídas de emergência.
As suposições feitas para completar a descrição do modelo são: (i) a distância entre grupos de assentos é dada pelo comprimento de um assento; (ii) os caminhos para as saídas de emergência definem as rotas seguidas pelos passageiros; e (iii) o comprimento do corredor é aproximado a partir das informações da Figura 6. O modelo de simulação foi implementado com o SIMIO c. A Figura 7 inclui todas as medidas consideradas. As linhas conectam os diferentes elementos do modelo, definindo as rotas que os passageiros seguem para sair da aeronave. Uma representação em 3D (Figura 8) é usada para validar e entender melhor o modelo, verificando se os caminhos seguidos pelos passageiros são os esperados.
A evacuação do Airbus 380 é uma estratégia de emergência que deve garantir que mais de 500 passageiros saiam o mais rápido possível. O fabricante projetou duas estratégias de evacuação independentes, uma por deck, evitando o uso das escadas internas. Alguns especialistas criticariam essa estratégia porque ela não leva em conta o medo que causa a um passageiro ter de saltar pelos paraquedas de emergência ou deslizar de um ponto mais alto. Assim, eles recomendariam uma estratégia de evacuação que combinasse a evacuação das duas plantas. Nesse caso, a diferença é relativamente pequena, 20 metros. O modelo considera cinco ações e define uma distribuição de probabilidade para cada uma delas. Essas informações estão detalhadas na Tabela 1.
Como não foi possível encontrar dados detalhados sobre evacuações para um modelo específico de aeronave, o processo de validação contou com especialistas que analisaram o modelo e os vídeos gerados pelo Simio. Em seguida, definimos um conjunto de cenários para analisar a estratégia de evacuação. A Tabela 2 descreve o projeto experimental com três cenários baseados no nível de ocupação. Foram realizadas 50 replicações por cenário.
Para resumir os resultados, as seguintes medidas são armazenadas: tempo médio de evacuação e tempos de evacuação do primeiro e do último passageiro a deixar a aeronave. Os valores obtidos para todas as replicações são agregados por meio do cálculo dos valores médios. A Tabela 3 mostra os resultados por cenário quando todas as portas estão funcionando, enquanto a Tabela 4 considera que apenas metade delas está funcionando. A Figura 9 exibe um boxplot por cenário que representa os tempos completos de evacuação. Todas as distribuições são simétricas e têm uma variabilidade relativamente semelhante. Pode-se concluir que tanto o nível de ocupação quanto a proporção de portas inoperantes têm efeitos significativos sobre o tempo de evacuação.
A evacuação de emergência em uma aeronave comercial é um processo muito complexo em que os passageiros devem deixar a aeronave o mais rápido possível de forma controlada. De acordo com a literatura, esse processo pode gerar situações com altos níveis de caos, estresse, nervosismo, etc. Portanto, é necessária uma coordenação eficiente da tripulação de cabine e um plano de evacuação completo e bem elaborado, priorizando a segurança dos passageiros e da tripulação de cabine. Após estudar a evacuação de uma aeronave de grande porte com capacidade para mais de 500 passageiros, pode-se afirmar que realizá-la em menos de 90 segundos é um desafio devido a fatores que podem aumentar o tempo esperado e a variabilidade.
Este trabalho apresentou um modelo de simulação com o objetivo principal de reproduzir graficamente a evacuação do Airbus A-380. Com isso, o comportamento dos passageiros dentro da aeronave pode ser analisado, e é possível comparar diferentes situações que podem ocorrer durante um voo comercial. Como esperado, foi comprovado que o nível de ocupação tem um efeito significativo sobre o tempo necessário para a evacuação. Da mesma forma, a diminuição do número de saídas de emergência que estão em operação aumenta o tempo esperado e a variabilidade. A análise da execução do modelo com ferramentas de visualização adequadas ajuda a verificar se os passageiros em diferentes conveses precisam de um tempo significativamente diferente para deixar a aeronave. Isso pode levar ao aprimoramento do projeto de planos de evacuação. Por último, mas não menos importante, as representações gráficas em 3D podem ser particularmente úteis para ensinar procedimentos e protocolos de evacuação e para avaliar novas alternativas.
Várias linhas de pesquisa futura derivam deste trabalho, como: (i) analisar passageiros com características diferentes, por exemplo, crianças, idosos ou passageiros com mobilidade reduzida; (ii) empregar distribuições de probabilidade empíricas para a simulação; (iii) comparar diferentes estratégias de evacuação (por exemplo, uma que combine os dois conveses) e uma gama mais ampla de cenários; e (iv) projetar um modelo mais complexo que inclua decisões relacionadas ao projeto da aeronave, como a colocação das portas de emergência.
Este trabalho recebeu apoio parcial do Ministério da Economia e Competitividade da Espanha e do FEDER (TRA2013-48180-C3-P e TRA2015-71883-REDT) e do programa Erasmus+ (2016-1- ES01-KA108-023465). Agradecemos também o apoio do programa de doutorado da UOC.