Методологические основы нормирования безопасной эвакуации людей из зданий при пожаре Самошин Дмитрий Александрович

Содержание к диссертации

Введение

ГЛАВА 1 Проблемы нормирования пожарной безопасности людей в зданиях и сооружениях 17

1.1 Оценка роли автоматических систем противопожарной защиты в обеспечении безопасности людей при пожаре 17

1.2 Исследования процесса эвакуации и критерии безопасности людей при пожаре 28

1.3 Развитие теории людских потоков и проблемы нормирования эвакуационных путей и выходов 46

1.4 Эволюция запросов противопожарного нормирования к теории людских потоков 59

Выводы 66

ГЛАВА 2 Состав основного функционального контингента в зданиях различного назначения и моделирование взаимосвязи между параметрами его движения 68

2.1 Показатели функциональной пожарной опасности зданий 68

2.2 Исследование состава контингента людей в зданиях различных классов функциональной пожарной опасности 73

2.3 Закономерности связи между параметрами людских потоков различного состава 89

Выводы 109

ГЛАВА 3 Закономерности взаимосвязи между факторами, определяющими время начала эвакуации 111

3.1 Особенности поведения людей при получении сигнала о пожаре 111

3.2 Проблемы нормирования времени начала эвакуации 115

3.3 Разработка методологии нормирования времени начала эвакуации и установление характеризующих его количественных показателей 129

Выводы 152

ГЛАВА 4 Параметры людских потоков, состоящих из людей с нарушениями зрения, слуха и опорно-двигательного аппарата 154

4.1 Анализ результатов исследования маломобильных групп населения 154

4.2 Экспериментальные исследования параметров движения людских потоков с пониженной мобильностью 162

4.2.1 Люди с поражением опорно-двигательного аппарата 165

4.2.2 Слепые и слабовидящие люди 181

4.2.3 Глухие и слабослышащие люди 185

4.3 Классификация людей с ограниченными возможностями с учетом их мобильности 193

4.4 Расчетная численность маломобильных групп населения для решения задач пожарной безопасности 196

Выводы 210

ГЛАВА 5 Индивидуальные особенности и математическое моделирование индивидуально-поточного движения людей различных групп мобильности 211

5.1 Анализ математических алгоритмов и программных комплексов,

реализующих модель индивидуально-поточного движения пешеходов 211

5.2 Натурные наблюдения индивидуального движения людей

в общем потоке 227

5.3 Разработка математического алгоритма индивидуально-поточного

движения людей различных групп мобильности 253

Выводы 261

ГЛАВА 6 Основные принципы развития методологии нормирования эвакуационных путей и выходов и требования к системам противопожарнойзащиты 263

6.1 Своевременность эвакуации с учетом стохастичной природы развития пожара и эвакуации людей 263

6.2 Нормирование беспрепятственности эвакуации для различного состава основного функционального контингента зданий и сооружений 272

6.3 Учет влияния ограниченных возможностей людей на обеспечение их безопасности при пожаре 276

6.4 Нормирование размеров эвакуационных выходов с учетом движения людей различных групп мобильности 286

6.5 Время эвакуации как критерий для нормирования параметров функционирования элементов систем обеспечения пожарной безопасностина объекте защиты 292

Выводы 304

Заключение 307

Список литературы

• Развитие теории людских потоков и проблемы нормирования эвакуационных путей и выходов
• Исследование состава контингента людей в зданиях различных классов функциональной пожарной опасности
• Разработка методологии нормирования времени начала эвакуации и установление характеризующих его количественных показателей
• Люди с поражением опорно-двигательного аппарата

Введение к работе

Актуальность работы. Введение классификации зданий по функциональной пожарной опасности требует обеспечения заданного уровня безопасности людей. Однако в нашей стране в начале XXI века этот уровень существенно превышен.

Принимая во внимание высокую вероятность отказа автоматизированных систем противопожарной защиты, организация своевременной и беспрепятственной эвакуации становится самым эффективным способом обеспечения безопасности людей. Исходя из индивидуальности составляющих вовлеченных в этот процесс людей, характеризующие его параметры должны быть представлены в виде случайных величин, а связь между ними при расчетах процесса эвакуации должна описываться случайными функциями. В большинстве нормативных документов по проектированию эвакуационных путей и выходов (коммуникационных путей) и расчетов индивидуального пожарного риска используются лишь их средние значения. Динамика опасных факторов пожара (ОФП) также является стохастическим процессом, но в нормировании она описывается детерминированными зависимостями, характеризующими лишь одну из ее возможных реализаций. В результате использования в нормировании парадигм детерминизма при описании процессов эвакуации и распространения ОФП создается положение, при котором расчетный уровень индивидуального пожарного риска обеспечивается лишь для 50 % (приблизительно) находящихся в здании людей.

Негативность такого положения усугубляется происходящими в мире демографическими изменениями: по данным Всемирной организации здравоохранения в настоящее время в мире насчитывается около 1 млрд, а в нашей стране – свыше 12 млн инвалидов; к 2050 году число пожилых людей (в возрасте 60 лет и старше) в мире возрастет почти в три раза и достигнет 2 млрд чел., в России – до 50 млн чел.

Тенденция недостаточной защищённости особо уязвимых при пожаре групп населения просматривается уже в настоящее время. В 2015 году в нашей стране на пожарах погибло 9 419 человек. За 7 месяцев 2016 года уже погибло 4 875 и получили травмы 5 674 человека. Среди погибших людей 1 644 пенсионера, 313 инвалидов и 239 детей. Их численность среди погибших достигает 45 %, тогда как в общей численности населения страны эти группы людей составляют лишь около 30 %.

Развитие методологических основ прогнозирования времени эвакуации является актуальной проблемой повышения безопасности людей при пожарах. Принципы, заложенные системой технических регламентов (Федеральных законов от 27 декабря 2002 г. № 184-ФЗ «О техническом регулировании», от 22 июля 2008 г. № 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности», от 30 декабря 2009 г. № 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений»), создают возможность активного влияния на обеспечение безопасности людей путем совершенствования методологии нормирования эвакуационных путей и выходов в зданиях и сооружениях, требующей дифференцированного учета изменяющегося демографического и социального состава людей, находящихся в зданиях различного

функционального назначения. Для этого необходимо, прежде всего, провести анализ теории людских потоков, составляющей ее основу, и полноты реализации её положений в существующем нормировании.

В результате исследований особенностей процесса эвакуации основного функционального контингента людей в зданиях и сооружениях были проанализированы не только фундаментальные основы теории движения людских потоков (С. В. Беляев, 1938; А. И. Милинский, 1951, 1969; В. М. Предтеченский 1957–1978; В. В. Холщевников, 1983), но и особенности их формирования в зданиях различного назначения: кинотеатрах (В. А. Калинцев, 1966), на трибунах спортивных сооружений (Р. М. Дувидзон, 1968), в высотных зданиях (В. В. Холщевников, 1969, 2011; И. С. Кудрин, 2013), в условиях, приближающихся к аварийным (В. А. Копылов, 1974), на вокзалах (А. Г. Доценко, 1976), в транспортно-коммуникационных узлах (П. Г. Буга, 1974; В. С. Гвоздяков, 1978; А. А. Сопеловская, 1980), в зданиях торгового назначения (Р. Г. Григорьянц, 1971), в школах (М. А. Ерёмченко, 1978), дошкольных учреждениях (А. П. Парфененко, 2012), в производственных зданиях и на их территории (Х. Фёлькель, 1979; З. С.-А. Айбуев, 1989), в зданиях зрелищных сооружений (Ю. В. Алексеев, 1978; А. Н. Овсянников, 1983; Д. А. Полоз, 2010), в административных и общественных зданиях (С. А. Никонов, 1985), в метрополитене (И. И. Исаевич, 1990). Около 15 лет назад начались и в последние годы были продолжены исследования параметров движения маломобильных людей (В. В. Холщевников, 1999; Е. Т. Шурин, 2001; Р. Н. Истратов, 2014, С. В. Слюсарев, 2016).

Среди работ зарубежных исследователей в этом направлении выделяются труды Д. Фруина (1971), П. Вуда (1972), Д. Паулса (1984, 1980), Д. Шильдса (2000), К. Бойс (1996), Э. Галеа (1994, 2011), А. Зейфрида (2009, 2011), Кулиговски (2009, 2013). Однако ряд важных закономерностей, определяющих безопасность людей в здании, исследован недостаточно.

Нормирование времени начала эвакуации t_н.э на основе его одновременности не соответствует фактическим данным, и, более того, определяется в зависимости от факторов, в действительности не оказывающих на величину и параметры распределения значений t_н.э существенного воздействия.

Для нормирования и расчета эвакуации людей с нормальной мобильностью используются общие значения скорости, хотя состав потока в зданиях различных классов функциональной пожарной опасности существенным образом варьируется и средние скорости движения людей в ряде случаев ниже, чем приняты сегодня в нормировании; безопасность всех людей в здании не обеспечивается.

Существующая классификация людей с ограниченными возможностями по группам мобильности нуждается в серьезной переработке. Недооценка проблем обеспечения безопасности маломобильных людей ведет к их массовой гибели при пожаре. Так, 10 апреля 2003 года погибло 28 воспитанников в школе-интернате для глухих детей в г. Махачкала, 38 человек – 26 апреля 2013 года при пожаре в больнице в п. Раменский Дмитровского района Московской области, 63 человека – 20 марта 2007 года в доме-интернате для престарелых в станице Камышеватская Краснодарского края. На сегодняшний день риск гибели людей

с ограниченными возможностями превышает значение 110^–6, установленное Федеральным законом от 22 июля 2008 г. № 123-ФЗ, почти в 50 раз.

Существующие нормы рассматривают либо движение только маломобильных (СП 59.13330), либо только здоровых людей (СП 1.13130), параметры совместного движения людей различных групп мобильности не изучены, не нормированы и не учитываются при проектировании зданий и сооружений. Кроме того, в настоящее время отсутствуют модели для расчета процесса эвакуации либо спасения, разработанных с учетом индивидуальных особенностей поведения людей в случае чрезвычайной ситуации – при пожаре.

Анализ состояния проблемы позволил сформулировать цель работы – повышение безопасности людей различных групп мобильности при пожарах в зданиях на основе развития методологических основ нормирования процесса эвакуации.

Основные задачи исследования:

1. провести исследования состава людских потоков в зданиях различного назначения и выявить характерные группы образующих их людей;

2. на основе теории людских потоков определить параметры движения выявленных групп основного функционального контингента;

3. на основе натурных наблюдений и экспериментов установить значения параметров, характеризующие индивидуальное и поточное движение людей с нормальной и пониженной мобильностью;

4. развить концепцию нормирования времени начала эвакуации в зависимости от физического и физиологического состояния людей (включая состояние сна), а также уровня их вовлеченности в основной функциональный процесс, учитывая их психофизиологические и поведенческие особенности;

5. развить численные методы моделирования процесса индивидуального движения людей при эвакуации во время возникновении пожара в здании.

6. разработать рекомендации по нормированию размеров эвакуационных путей и выходов с учетом вариабельности значений параметров движения людей различных групп мобильности;

7) получить на основе расчета процесса эвакуации людей в зданиях
различного назначения аналитические соотношения, характеризующие требуемое
время функционирования систем противопожарной защиты;

Объект исследования – процессы эвакуации из зданий при пожаре людей нормальной и пониженной мобильности.

Предмет исследования – совокупность значений, характеризующих процессы эвакуации людей в дневное и ночное время и параметры индивидуального и поточного движении людей, определяющих вероятность эвакуации при расчётах пожарного риска и нормировании размеров эвакуационных путей и выходов.

Научная новизна работы заключается в развитии методологических основ обеспечения безопасной эвакуации при пожаре населения различных групп мобильности в зданиях различного назначения, а именно:

1) развита концепция нормирования времени начала эвакуации в зависимости от физического и физиологического состояний людей, а также уровня их вовлеченности в основной функциональный процесс здания или сооружения;

2. установлена связь между классом функциональной пожарной опасности здания и составом основного функционального контингента, а также определены значения параметров движения людских потоков смешанного состава;

3. выявлены закономерности, описывающие параметры поточного движения людей с поражением органов зрения, слуха и опорно-двигательного аппарата;

4. впервые установлено влияние мобильности, особенностей уровня эмоционального состояния, вида пути, размещения центра тяготения и движения в составе семейной или социальной группы на индивидуальные особенности поведения человека в общем потоке;

5. разработана классификация маломобильных групп населения с учетом вида дисфункций организма и установлена их численность для решения задач пожарной безопасности;

6. повышена точность численных методов решения задач по определению параметров эвакуации людей с учетом их возраста, физического и физиологического состояния;

7. разработана концепция нормирования размеров эвакуационных путей и выходов для помещений с массовым пребыванием людей различных групп мобильности;

8. впервые получены аналитические соотношения, которые позволяют обоснованно выполнить требования Федеральных законов от 22 июля 2008 г. № 123-ФЗ и от 30 декабря 2009 г. № 382-ФЗ в части проектирования комплекса систем противопожарной защиты на основе важнейшего показателя эффективности их функционирования, определяемого временем эвакуации людей.

Теоретическая и практическая значимость работы состоит в выявлении системы индивидуальных значений показателей физических и психофизиологических возможностей поведения ранее не установленных демографических групп людей в составе смешанного потока при эвакуации: время начала эвакуации, скорость движения людей в различном эмоциональном состоянии при движения по различным видам пути в различных интервалах плотности потока (от 0,5 до 9 чел./м²) в зданиях различного назначения. Полученные показатели определяют нормируемые размеры элементов структуры коммуникационных путей зданий и требования к параметрам функционирования устанавливаемых в них автоматических систем противопожарной защиты.

Методология и методы исследования. Основу теоретических исследований составляли методология теории людских потоков, методы теории вероятности и математического моделирования, синтеза и индукции. Моделирование и расчеты, связанные с анализом процесса эвакуации людей выполнены с помощью имитационно-стохастической модели и модели индивидуально-поточного движения. Полученные результаты подтверждены данными экспериментальных исследований, обработка которых проводилась в программно-вычислительном комплексе Statistical Package for Social Science (SPSS; Статистический комплекс для социальных наук).

На основе анализа возрастного состава потоков людей, времени начала эвакуации и параметров движения свыше 48 тыс. человек сформулированы

положения, выносимые на защиту:

1. Методологические принципы нормирования безопасности людей при
пожаре в зданиях различных классов функциональной пожарной опасности,
учитывающие стохастичность процессов эвакуации людей и распространения
опасных факторов пожара.

2. Система нормирования значений времени начала эвакуации, установленные в зависимости от физического и физиологического состояния людей, а также уровня их вовлеченности в основной функциональный процесс в здании или сооружении.

3. Классификация состава людских потоков для зданий различного класса функциональной пожарной опасности, исходящая из установленной структуры социально-демографических групп находящихся в них людей и кластерного анализа полученного массива эмпирических данных, состоящего из свыше 29 тысяч значений.

4. Методика установления расчётных зависимостей между параметрами
людских потоков для установленных социально-демографических групп населения,
составляющих людской поток в зданиях различных классов функциональной
пожарной опасности.

5. Закономерности связи между параметрами людских потоков, состоящих из людей с нарушениями зрения, слуха и опорно-двигательного аппарата.

6. Значения параметров индивидуального движения людей различных групп мобильности в общем потоке.

7. Расчетная численность людей с ограниченными возможностями для проектирования безопасной архитектурной среды в гражданских зданиях различного функционального назначения.

8. Требования к нормируемой ширине эвакуационных выходов из помещений с массовым пребыванием людей нормальной и пониженной мобильности с учетом их совместного движения при эвакуации.

9. Требования к временным показателям функционирования систем противопожарной защиты, обеспечивающие своевременную эвакуацию людей установленных групп мобильности.

Степень достоверности и апробация результатов. Обоснованность и достоверность научных положений и выводов подтверждается высоким значением показателей тесноты корреляционной связи ( 0,96) параметров в установленных теоретических закономерностях, эмпирическими данными, практикой их реализации.

Основные результаты исследования доложены на:

– 9-й научно-технической конференции «Системы безопасности» (г. Москва, Академия ГПС МВД России, 1999);

– 10-й научно-технической конференции «Системы безопасности» (г. Москва, Академия ГПС МВД России, 2000);

– 2-й Международной конференции «Pedestrian and Evacuation Dynamics» (г. Лондон, Гринвичский университет, 2003);

– 4-м Международном семинаре «Fire and Explosion Hazards» (г. Лондондерри, Северная Ирландия, Ольстерский университет, 2003);

– 3-м Международном симпозиуме «Human Behaviour in Fire» (г. Белфаст, Ольстерский университет, 2004);

– 13-й научно-практической конференции «Системы безопасности» (г. Москва, Академия ГПС МЧС России, 2004);

– Х Международном форуме «Технологии безопасности» (г. Москва, МВЦ «Крокус-Экспо», 2005);

– 8-м Международном симпозиуме «Fire Safety Science» (г. Пекин, Китай, 2005);

– 14-й научно-технической конференции «Системы безопасности» (г. Москва, Академия ГПС МЧС России, 2005);

– научном семинаре «Городские сооружения в условиях многовариантных угроз: уроки 9/11 и будущие уроки» (г. Москва, 2008);

– 3-й Международной конференции «Pedestrian and Evacuation Dynamics» (г. Вупперталь, Германия, Университет Вупперталя, 2008);

– Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы пожарной безопасности» (г. Москва, ВНИИПО МЧС России, 2008);

– 4-м Международном симпозиуме «Human Behaviour in Fire» (г. Кембридж, Великобритания, Кембриджский университет, 2009);

– 8-й Международной конференции «Traffic and Granular Flow» (г. Шанхай, Китай, Шанхайский университет, 2009);

– XXII международной научно-практическая конференция «Актуальные проблемы пожарной безопасности» (г. Москва, Международный салон «Комплексная безопасность – 2010»);

– Международной конференции «Производство. Технология. Экология» (г. Ижевск, Удмуртский государственный университет, 2010);

– Международной научно-технической конференции «Emergency evacuation of people from buildings» (г. Варшава, Польша, Главная школа пожарной службы, 2011);

– 20-й Международной научно-технической конференции «Системы безопасности» (г. Москва, Академия ГПС МЧС России, 2011);

– 5-м Международном симпозиуме «Human Behaviour in Fire» (г. Кембридж, Великобритания, Кембриджский университет, 2012);

– 13-й Международной конференции «Interflam 2013» (г. Лондон, Великобритания, Лондонский университет, 2013);

– 2-й Международной научно-практической конференции «Проблемы техносферной безопасности – 2013» (г. Москва, Академия ГПС МЧС России, 2013);

– научно-практическом семинаре по совершенствованию профессиональной подготовки сотрудников МЧС России (МО, г. Балашиха, ФГБУ ВНИИПО МЧС России, 2015);

– 14-й Международной конференции «Interflam 2016» (г. Лондон, Великобритания, Лондонский университет, 2016);

– научно-практической конференции «Проектирование комфортной и доступной среды. Актуальные вопросы нормирования» (г. Москва, 2016);

– заседании комиссии по пожарной безопасности Общероссийской общественной организации «Деловая Россия» (г. Москва, 2016);

– семинаре для работников органов исполнительной власти г. Москвы по вопросам приспособления объектов городской инфраструктуры для инвалидов и других маломобильных граждан: «Доступная среда – безбарьерный дизайн» (г. Москва, Московский архитектурный институт, 2016);

– семинаре «Совершенствование и применение методик определения пожарного риска» (МО, г. Балашиха, ФГБУ ВНИИПО МЧС России, 2016 г.);

– научно-практической конференции «Комплексные проблемы техносферной безопасности» (г. Воронеж, Воронежский государственный технический университет, 2016).

Практическая значимость работы подтверждена использованием результатов исследования при разработке:

– нормативного документа по пожарной безопасности «Приказ МЧС России от 30 июня 2009 г. № 382 «Об утверждении методики определения расчетных величин пожарного риска в зданиях, сооружениях и строениях различных классов функциональной пожарной опасности»» и его новой редакции, утвержденной Приказом МЧС России от 02 декабря 2016 г. № 632;

– нормативного документа по пожарной безопасности «Свод правил. СП 1.13130.2009. Системы противопожарной защиты. Эвакуационные пути и выходы»;

– строительного нормативного документа «Свод правил. СП 136.13330.2012 Здания и сооружения. Общие положения проектирования с учетом доступности для маломобильных групп населения»;

– проектной документации на реконструкцию и реставрацию с приспособлением для современного использования объекта ФГУК «Политехнический музей», расположенного по адресу: г. Москва, Новая площадь, д.3/4;

– проектной документации на строительство и реконструкцию стадиона ЦСКА по адресу: г. Москва, 3-я Песчаная улица, владение 2;

– проектной документации на строительство и реконструкцию зданий музейно-выставочного комплекса «Музеи московского Кремля» по адресу: Москва, Красная площадь, дом 5;

– проектной документации на строительство многофункционального медицинского центра по адресу: г. Санкт-Петербург, Курортный район, г. Сестрорецк, Авиационная ул., д. 15 участок 1;

– проектной документации на строительство аэровокзального комплекса АО «Международный аэропорт Шереметьево» (Терминалы С, Е, F) по адресу: Московская область, г. Химки, а/п Шереметьево;

– проектной документации на реконструкцию центра эксплуатации объектов наземной космической инфраструктуры (ФГУП «ЦЭНКИ»), расположенного по адресу: г. Москва, Бережковская набережная, дом 22;

– проектной документации на строительство здания ФГБУ «Детский медицинский центр» Управления делами Президента РФ по адресу: г. Москва, Старопанский пер., д. 3, строение 1;

– документации, связанной с анализом нарушений нормативных требований в области пожарной безопасности, прогнозировании и экспертном исследование их последствий судебно-экспертным центром Федеральной противопожарной службы по городу Москве;

– нормативно-технических документов, направленных на обеспечение доступной и безопасной среды для маломобильных групп населения Федеральным центром нормирования, стандартизации и технической оценки соответствия в строительстве Минстроя;

– методических рекомендаций по повышению пожарной безопасности людей с нарушениями органов зрения на предприятиях Всероссийского общества слепых;

– учебных пособий «Натурные наблюдения людских потоков» (2009), «Эвакуация и поведение людей при пожарах» (2009, 2015), «План эвакуации при пожаре» (2016), учебника «Пожарная профилактика на объектах защиты» (2016), а также учебно-методических материалов (рабочие программы, курсы лекций и др.) по дисциплинам «Пожарная безопасность в строительстве» и «Безопасность людей при пожарах».

Публикации. По теме исследования опубликовано 66 научных работ, в том числе 1 монография.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы и приложений. Содержание работы изложено на 357 страницах текста, включает в себя 86 таблиц, 138 рисунков, список литературы из 258 наименований.

Развитие теории людских потоков и проблемы нормирования эвакуационных путей и выходов

Усложнение объемно-планировочных решений зданий, увеличение их населенности и ограниченность физических возможностей человека в борьбе с пожаром определяют ведущую роль систем пожарной автоматики, целью проектирования которых является «… защита людей и имущества от воздействия опасных факторов пожара и (или) ограничение его последствий» [2, статья 51]. При этом: «Системы противопожарной защиты должны обладать надежностью и устойчивостью к воздействию опасных факторов пожара в течение времени, необходимого для достижения целей обеспечения пожарной безопасности» [2, статья 51]. До этого в противопожарном нормировании в качестве единственной постоянно функционирующей системы противопожарной защиты людей являлась фактически только лишь система эвакуационных путей и выходов, которой в случае пожара становятся коммуникационные пути зданий и помещений.

В настоящее время существуют следующие автоматические системы пожарной автоматики: пожарная сигнализация [52], система оповещения и управления эвакуацией [53]; система автоматического пожаротушения [52] и система дымоудаления [54].

Назначение этих систем подразумевает, что речь идет о защите тех людей, которые находятся в здании в момент возникновения пожара: человеку предоставляется информации о пожаре, ведется борьба с пожаром и обеспечивается его защита в процесс эвакуации. Логично предположить, что системами пожарной автоматики защищаются здания, где находится большое количество людей, в том числе наиболее уязвимые представители общества: дети, пожилые люди, маломобильные группы населения. Однако анализ документов [52–55] показывает, что это далеко не так.

В настоящее время практически все здания должны быть оборудованы пожарной сигнализацией и системой оповещения. Ситуация же с оборудованием зданий автоматическими установками пожаротушения имеет выраженные особенности (рисунок 1.1). Автоматические установки пожаротушения Здания и сооружения складского и производственного назначения (свыше 10 типов объектов защиты) Здания предприятий торговли (6 типов объектов защиты) Здания и сооружения для хранения автомобилей Рисунок 1.1 – Оснащение зданий автоматическими установками пожаротушения в соответствии с [52] В соответствии с приведенной схемой, количество типов зданий и сооружений, которые должны быть оснащены установками пожаротушения, составляет: – для зданий класса Ф1 – 0, – для Ф2–Ф4 – 11, – для Ф5 – 13. Это указывает не то, что концепция построения СП 5.13130–2009 [52] направлена на учет пожарно-технических свойств пожарной нагрузки и особенностей тушения пожара, а не на защиту людей. Действительно, гораздо сложнее потушить склад категории В1 в подвальном этаже (в таком случае АУП требуется независимо от площади), чем пожар в больнице или в доме престарелых (по нормам система пожаротушения не требуется). Это прямо указывает на то, что [52] не ставит своим приоритетом защиту людей в здании от воздействия опасных факторов пожара.

Взгляд на свод правил [56] с этой точки зрения подтверждает выявленную особенность – пожарно-техническим свойствам пожарной нагрузки уделяется значительное внимание и в зависимости от этого строится весьма сложная и дорогостоящая система противопожарной защиты здания. К сожалению, такого внимания не уделяется физическим возможностям находящихся в здании людей.

Однако каких людей защищает эта система? Анализ блок-схемы, приведенной на рисунке 1.2 позволяет говорить о том, что и эта система во многом ориентирована на поддержку действий по тушению пожара. Так, согласно данным в своде правил [54] из гардеробных площадью свыше 200 м2 в обязательном порядке требуется дымоудаление, а в доме престарелых или в детском саду такая система требуется лишь при определенных обстоятельствах (например, из коридоров без естественного проветривания длиной свыше 15 м, из помещений с массовым пребыванием людей). Действительно, надо снижать риск гибели пожарных (по данным [57] в мире ежегодно погибает около 500 сотрудников) при ликвидации пожаров и проведении аварийно-спасательных работ. Поэтому естественно, что системы противодымной защиты защищают пожарных (заметим – подготовленных физически здоровых мужчин в защитном снаряжении). Но неестественно, что такие системы не защищают людей, в том числе детей, инвалидов, пожилых и немощных в местах их массового пребывания.

Как видно, в настоящее время для общественных и промышленных зданий обязательными являются лишь системы пожарной сигнализации и системы оповещения. Однако в целом нельзя говорить о том, что системы пожарной автоматики нацелены на защиту людей. Более того, даже при наличии таких систем их надежность можно считать крайне невысокой. По данным [58] системы пожарной сигнализации срабатывают и справляются со своей задачей в 89 % случаев, системы оповещения и управления эвакуацией – в 96 %, системы автоматического пожаротушения – в 23 %. Крайне малочисленные данные по системам противодымной защиты указывают, по всей видимости, на то, что в зданиях, где происходили пожары, таких систем установлено не было. В целом системы пожарной автоматики срабатывают и выполняют свою задачу лишь в 83 % случаев [58].

Статистика [58] показывает, что большинство людей гибнет при пожарах в жилых домах. Причем чем ниже этажность жилого дома и выше показатель степени огнестойкости здания, тем большее количество людей в них погибает (рисунки 1.3 и 1.4): в жилых зданиях до 9 этажей гибнет свыше 10 тыс. человек в год (более 90 % от всех погибших).

Исследование состава контингента людей в зданиях различных классов функциональной пожарной опасности

Эти распределения значений скоростей свидетельствуют о вероятностной природе их распределения, статистически описывая то наблюдаемое свойство людского потока, на которое постоянно обращается внимание в исследованиях ЦНИИПО и словесно описывается С. В. Беляевым, вплоть до того, что «скорость становится неопределенной». Однако функции V = f(D) и q = DV, построенные по их средним значениям, детерминированные.

Источник этого противоречия становиться ясен в свете широко обсуждаемой сегодня философией познания борьбы парадигм детерминизма и вероятности [80, 81] – разработчики теории людских потоков, следуя парадигме детерминизма, стремились к однозначности устанавливаемых зависимостей и описания процесса, поскольку «случайность» интерпретировалась как недостаточное знание о предмете исследования. Отсюда проистекало и стремление к обобщенности описания самого объекта исследования то в виде шагающих в затылок друг другу рядов людей, то в виде однородной массы, представляемой площадью неких элементов – эллипсов. В этом отношении показательно, что сложившееся к тому времени описание структуры потока, достаточно адекватное действительности, подменялось в расчетах ради упрощения его формализованным представлением, далеким от реальности. Так, в [13, 74] находим, что людской поток имеет сигарообразную форму (рисунок 1.16), что необходимо учитывать растекание потока, что ширина потока меньше ширины участка пути, что размещение людей в потоке носит случайный характер.

Эти рекомендации практически уничтожают ту феноменологию и стохастичность процесса, которая отображена в словесном описании потока как явления, присущего массовому движению именно людей в отличие от движения потоков веществ другой природы или совокупности механических частиц с присущими им закономерностями (гидравлика, движение в сыпучих средах, магнитные поля и т. п.). Показательно, что такая опосредованная формализованная схема людского потока подтолкнула представителей других областей науки к попыткам его моделирования с позиций имеющихся у них знаний. При этом характерно, что они демонстрируют не только свое непонимание отличия живой системы с присущей ей синергетикой и спецификой взаимодействия между её элементами – людьми, но не замечают отличия установленных закономерностей изменения значений параметров людских потоков в процессе движения по коммуникационным путям от тех, которые присущи процессам, которые предлагаются ими в качестве аналогов. В этом отношении показательно, что достаточно часто используемая за рубежом «гидравлическая модель» людского потока игнорирует даже такой очевидный факт: сужение трубопровода ведет к увеличению скорости движения жидкости; при движении же людского потока, наоборот – с уменьшением ширины участка скорость потока снижается. Однако возможность подобных аналогий еще в большей степени подчеркивает ущербность моделирования людского потока в форме прямоугольника однородной массы. Этим игнорируется физическая и психическая индивидуальность составляющих его людей (рисунок 1.17), которая и определяет природу вариабельности значений скорости их движения.

В исследованиях людских потоков к началу 80-х годов прошлого столетия сложилась ситуация, когда, имея крупнейшую в мире эмпирическую базу данных 70 серий натурных наблюдений (рисунок 1.18), её создатели не сумели разработать модели процесса, опирающейся на сущность закономерностей связи между его параметрами, проявляющихся в зависимостях при их наблюдаемых реализациях.

Более пристальный анализ сложившейся ситуации показывает, что ведущие исследователи отлично понимали, что наблюдаемые колебания значений скоростей при одной и той же плотности потока «объясняются различным психологическим и физическим состоянием массы людей в потоке, а также личными причинами, заставляющими отдельных людей сокращать время движения» [13, с. 124]. Но нет ни одной работы ни у нас в стране, ни за рубежом, в которой была бы сделана попытка хотя бы разделить влияние этих факторов. Такая работа впервые была осуществлена [82, 83] в ходе пересмотра строительных норм и правил в области противопожарного нормирования, необходимость которого была определена постановлением Совета Министров СССР (приложение к постановлению Государственного комитета Совета Министров СССР по науке и технике от 14 января 1975 г.). Её результаты определили следующий этап развития и становления научной школы «Теория людских потоков», который точно соответствует гносеологии научного знания – переход от регистрации эмпирических наблюдений к их теоретическому обоснованию.

Разработка методологии нормирования времени начала эвакуации и установление характеризующих его количественных показателей

Критерием выделения из полученного массива данных характерных групп является их проверка на однородность. Стандартным приемом для проверки

однородности двух (или нескольких) независимых случайных выборок является построение критерия согласия. Наиболее распространенными в данном случае являются критерий Колмогорова – Смирнова и 2-критерий Пирсона. Первый применяется только для непрерывных случайных величин, тогда как второй применим и в дискретном случае, и в непрерывном (путем дискретизации непрерывной случайной величины). Данные о составе людского потока по возрасту носят дискретный характер: например, возрастная группа человека – до 2 лет, с 2 до 6 лет и т. д. Важной для нас особенностью 2-критерия Пирсона является возможность анализа любого количества выборок, поэтому для рассматриваемой задачи он более предпочтителен [120].

Пусть имеется k независимых выборок дискретной случайной величины (возрастных групп людей в различных зданиях), которая может принимать s возможных значений (в нашем случае s = 11). Тогда решающей статистикой критерия при проверке на однородность является следующая величина: t = її (2.2) где nj – количество испытаний (объем) j-й выборки; ij – количество испытаний j-й выборки с i-м исходом; n = n1 + … + nk; i = i1 + ik.

Асимптотически данная величина имеет 2-распределение c (s – 1) (k – 1) – степенями свободы. Отсюда вытекает следующий критерий: гипотеза об однородности данных отвергается (при уровне значимости 1 – ), если выполнено следующее неравенство t 21–,(s–1)(k–1), (2.3) где 21–,(s–1)(k–1) – (1 – )-квантиль 2-распределения c (s – 1)(k – 1) – степенями свободы; в противном случае – эти данные считаются однородными. Результаты расчета t-статистики представлены в таблице 2.4.

Результаты анализа данных таблицы 2.3 показывают явное деление зданий на группы в зависимости от наличия в составе их основного функционального контингента людей различных возрастных групп. Например, наиболее близки по составу основного функционального контингента здания гостиниц, музеев и предприятий торговли. И наоборот, данные таблицы 2.3 показывают, что однородность выборок для жилого здания и театра, соответственно, не подтверждается.

Следующей задачей являлась группировка данных на основе рассчитанных значений 2-критерия Пирсона. При этом, из-за зависимости ґ-статистики от объема выборки для каждой пары зданий, для задачи кластеризации в качестве меры отличия между составом людей в здании было выбрано описанное ниже условное расстояние, которое отличается от ґ-статистики коэффициентом, зависящим от объема выборки [120]. Оценка дивергенций (значимых различий) выполнялась на основе расчета матрицы расстояний. При расчете оценивалось условное расстояние между зданиями различного назначения в зависимости от частотного распределения по возрастам основного функционального контингента зданий X и Y. Далее определялось условное расстояние между группами зданий (кластерами) с учетом весового коэффициента людей определенного возраста в группе зданий. Условное расстояние между зданиями различного назначения рассчитывалось по выражению (2.4), а условное расстояние между группами зданий (кластерами) -по выражению (2.5): Dist{X,Y) = ( wt (Xt - Yl)2)m, (2.4) где Xj - частотное распределение по возрастам / здания X; Yj - частотное распределение по возрастам / здания Y; w{ = 1/Д - весовой коэффициент; Д - распределение основного функционального контингента по возрасту; Dist(C( … Х % С(Г«… tm)) =—У У Dist #Л (2.5) пт где - вектор /-го здания в входящих в кластер С{Х … )6п)); Ґ-г) - вектору-го здания в входящих в кластер C(Y{l) … Ґ-т)); С - расстояние между двумя кластерами; п,т- число зданий в каждом кластере.

В результате расчетов (таблица 2.5) с помощью дивизивных (разделяющих) алгоритмов, реализованных с помощью свободной программной среды вычислений с открытым исходным кодом для статистической обработки данных и работы с графикой R (www.r-project.org) был получен граф, показывающий четкое деление гетерогенного состава контингента людей на 4 группы (рисунок 2.7).

Люди с поражением опорно-двигательного аппарата

В современных условиях процесс эвакуации людей из здания при пожаре не может быть инициирован без решения двух принципиально важных и взаимосвязанных технических задач: обнаружение пожара и оповещение людей о пожаре. Однако оснащение здания системами автоматической пожарной сигнализацией и оповещения и управления эвакуацией не гарантирует того, что оповещенные о пожаре люди без промедления приступят к эвакуации.

Подготовка к эвакуации связана с психологическими и физиологическими особенностями оповещаемых людей. Получив сигнал о пожаре, человек, за крайне редким исключением, не будет немедленно эвакуироваться, а постарается завершить тем или иным образом деятельность, в которую он вовлечен, перепроверить сигнал о пожаре, обсудить ситуацию с окружающими людьми, принять меры к организации защитных действий.

Время реагирования на сигнал тревоги по психофизиологическим данным составляет всего 0,1–0,2 с [127]. Однако результаты наблюдений, проведенных в реальных ситуациях, показывают, что реакция на сигнал крайней (смертельной) опасности бывает значительно замедленной и может достигать десятков минут [128].

Многие авторы получили данные, подчеркивающие, что информация о пожаре воспринимается скептически. Такое поведение проявляется особенно ярко, если люди не видят непосредственных признаков развивающегося пожара. При пожаре в здании у людей также отмечается тенденция к потере чувства времени, которая часто приводит к трагическим последствиям.

Следует иметь в виду, что определенный процент людей (до 45 % в жилых зданиях [37]) не эвакуируются вообще или эвакуируются с существенной задержкой из-за несрабатывания пожарной сигнализации, неподготовленности к действиям при пожаре, либо неуверенности в безопасности эвакуации.

Исследования поведения людей при пожаре позволили установить зависимость их действий от трех факторов [129]: – индивидуальные качества человека (физическое состояние, подготовленность к действиям при пожаре и др.); – его деятельность на момент пожара (сон или работа за пультом оператора атомной станции и др.); – влияние окружающей среды (задымление путей эвакуации, функционирование указателей направление движения и др.).

В рамках концепции постулируется, что окружающая среда и пожар оказывают влияние на деятельность человека, имеющего ряд индивидуальных психофизиологических особенностей, в экстремальной ситуации. В ходе рассмотренных ниже исследований удалось получить яркое подтверждение данной концепции. Установленные факторы, влияющие на поведение при пожаре, можно условно разделить на две группы: устойчивые факторы (пол, возраст [37, 127], темперамент [130], ограничение органов чувств, физические ограничения [43, 131]), и вре е ые факторы (сон/бодрствование [132, 133]), усталость, стресс [134], состояние опьянения), а также ряд дополнительных обстоятельств: – система оповещения [104, 135]; – действия персонала [139, 140]; – динамика ОФП [37, 229]; – социальные и родственные связи человека [37, 138–140]; – противопожарный тренинг и обучение [23]; – тип здания [37]. Что касается дальнейших результатов исследований, то было установлено, что женщины более склонны к оповещению о пожаре, мужчины – к тушению

113 пожара; пожилые люди в целом менее склонны к активным действиям [37, 127]. Экспериментально подтверждена более высокая вероятность пострадать от пожара при отсутствии противопожарной подготовки. Видимость пламенного горения, мощность теплового потока, распространение и плотность дыма будут влиять на намерение немедленно покинуть здание либо тушить пожар, на выбор направления движения и др. Например, чем ближе находится человек к очагу пожара, тем ниже вероятность звонка в пожарную охрану. Если же люди находятся далеко от очага пожара, то они стремятся исследовать ситуацию и разузнать, где произошел пожар. Поведение людей в значительной мере зависит также и от назначения здания, как комплексного показателя отношения человека к окружающей среде. Так, в жилых зданиях люди ведут себя иначе, чем во всех других типах здания. Это связано, как правило, с нежеланием покидать свое жилье, беспокойством за близких, склонностью к защите имущества, продолжительностью сбора вещей и др. Фактические данные о характере действий людей при пожарах приведены в таблицах 3.1 и 3.2.

Закрыть двери, оказать помощь окружающим, собратьвещи, выключить газ/электричество, одеться,бездействоватьТушить пожарИсследовать ситуациюПозвонить в пожарную охрануОповестить окружающихПокинуть зданиеИсследовать источник пожараУвести членов семьи 35,7 14,9 12,2 10,28,1 7,9 5,6 5,4

Как видно из приведенных таблиц, действия людей при получении сигнала о пожаре имеют разную направленность и не связаны, как это иногда постулируется, с немедленным стремлением людей покинуть здание. Именно таким характером действий и обуславливаются траты времени в начальной стадии пожаре. Любопытной особенностью, подмеченной авторами [141], является то, что при проведении учений непродуктивные траты времени существенно выше, чем при возникновении реального пожара.

Сложность чрезвычайной ситуации обычно заключается не в недостатке времени на реагирование, а в отсутствии времени на исправление допущенных ошибок. Поведение субъекта в опасной ситуации зависит не только от ее объективных условий, но и от того, насколько адекватно эти условия отражаются в его сознании. Степень же адекватности отражения субъектом опасных ситуаций, как показывают исследования, в значительной мере зависит от его индивидуальных качеств [142, 143], которые определяют поведение личности в экстремальной ситуации. Такое поведение и обуславливает траты времени в начальной стадии пожара, характеризующееся понятием время начала эвакуации – интервал времени от возникновения пожара до начала эвакуации людей.