Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ проблем обеспечения безопасной эвакуации людей из высотных зданий 10
1.1 Анализ произошедших пожаров в высотных зданиях в России и за рубежом 10
1.2 Анализ результатов исследований параметров движения людских потоков в высотных зданиях 23
1.3 Анализ требований нормативных документов по обеспечению безопасности людей в высотных зданиях 31
1.4 Современные программы для моделирования эвакуации людей и распространения опасных факторов пожара 47
1.5 Выводы по первой главе 54
ГЛАВА 2. Проведение натурных наблюдений для выявления влияния планировочных решений лестничной клетки на параметры движения людских потоков в высотном здании 57
2.1 Организация и методика проведения экспериментов движения людских потоков в высотном здании ." 57
2.2 Выявление зависимости между скоростью движения и плотностью людских потоков при их движении по различным видам пути 66
2.3 Анализ закономерности слияния людских потоков в лестничной клетке 81
2.4 Влияние плотности движения людского потока на расчетную длину пути при движении по лестничной площадке и лестничному маршу 89
2.5 Выводы по второй главе 96
ГЛАВА 3. Моделирование движения людских потоков и опасных факторов пожара как случайного процесса с целью обеспечения безопасной эвакуации людей
3.1 Этапы эвакуации и расчетные схемы эвакуационных путей высотных зданий 99
3.2 Расчет времени эвакуации людей для типового этажа высотного здания с учетом стохастичности скорости движения людского потока 111
3.3 Расчет времени блокирования для типового этажа высотного здания с учетом стохастичности процесса распространения опасных факторов пожара 121
3.4 Выводы по третьей главе 137
ГЛАВА 4. Предложения по совершенствованию объемно-планировочных решений и систем противопожарной защиты высотного здания 140
4.1 Определение условий обеспечения своевременной эвакуации людей из высотного зданий при использовании различных систем противопожарной защиты 140
4.2 Требования к вертикальным коммуникационным путям в высотном здании 146
4.3 Проектирование зон безопасности в составе вертикального коммуникационного узла 151
4.4 Совершенствование организационно-технических мероприятий для обеспечения своевременной и беспрепятственной эвакуации людей
из высотных зданий 154
4.5 Выводы по четвертой главе 164
Заключение 165
Список литературы
- Анализ требований нормативных документов по обеспечению безопасности людей в высотных зданиях
- Выявление зависимости между скоростью движения и плотностью людских потоков при их движении по различным видам пути
- Расчет времени эвакуации людей для типового этажа высотного здания с учетом стохастичности скорости движения людского потока
- Требования к вертикальным коммуникационным путям в высотном здании
Введение к работе
Актуальность работы. Нормативные требования в области пожарной безопасности, отражающие особенности проектирования высотных зданий, устанавливаются специальными техническими условиями (СТУ), при подготовке которых производится расчет пожарного риска. При этом индивидуальный пожарный риск отвечает требуемому значению, только в том случае, если выполняется условие своевременности и беспрепятственности эвакуации.
Анализ процесса эвакуации из высотных зданий при крупных пожарах в России и за рубежом показал, что основными проблемами являются:
- высокие плотности людских потоков в лестничных клетках и, как
следствие, низкая скорость движения и увеличивающееся в результате этого
общее время эвакуации;
- протяженность пути эвакуации по лестнице от месторасположения чело
века до выхода наружу или в безопасную зону по лестнице может превышать 1
км (на примере здания комплекса «Меркурий Сити Тауэр», расположенного в г.
Москве);
- неудовлетворительная организация процесса эвакуации из высотных
зданий, что приводит к возникновению скоплений людей в лестничных клет
ках, ведущих к компрессионной асфиксии и их продолжительному выходу из
здания;
возможность воздействия опасных факторов пожара (ОФП) на людей на путях движения, несмотря на наличие систем противопожарной защиты;
исключение возможности использования лифта при эвакуации при пожаре, в особенности для групп населения с ограниченными возможностями передвижения (маломобильные группы населения, пожилые люди, люди с избыточным весом и др.).
Несмотря на большое количество отечественных и зарубежных исследований, посвященных как развитию общей теории людских потоков и поведения людей при эвакуации (Беляев СВ., Милинский А.И., Предтеченский В.М., Калинцев В.А., Дувидзон P.M., Холщевников В.В., Григорьянц Р.Г., Копылов В.А., Алексеев Ю.В., Гвоздяков B.C., Еремченко М.А., Никонов С.А., Исаевич И.И., Овсянников А.Н., Айбуев 3. С.-А., Дмитриев А.С., Парфёненко А.П., Kimura К., Ihara S., Togawa К., Melinik S., Booth S., Fruin J.J., Marchant E.W., Pauls J.L., Boyce K.E., Shields T.J.), так и исследованию эвакуации людей из высотных и многоэтажных зданий (Холщевников В.В., Никонов С.А., Самошин Д.А., Таранцев А.А., Родичев А.Ю., Kubawara К, Doi К, Muta К., Sato К, Pauls J.L., Akihino Н., Templer J.A., Won-Hwa Н.), многие проблемы, касающиеся данного исследования, остаются неустановленными:
- закономерности между параметрами людских потоков при их движении
на участках эвакуационных путей разных видов в лестничных клетках высот
ных зданий;
кинематические закономерности процесса слияния людских потоков в них;
организация координации алгоритмов эвакуации и функционирования технических систем противопожарной защиты.
Таким образом, целью диссертационной работы является развитие основных методологических положений по проектированию эвакуационных путей и выходов в высотных зданиях на основании установления расчетных зависимостей между параметрами движения людских потоков для повышения уровня безопасности находящихся в них людей при возникновении пожара.
Достижение поставленной цели потребовало решения следующих задач:
разработать методику и провести эксперименты по исследованию движения людских потоков в лестничной клетке многоэтажного здания, позволяющие получить эмпирические данные, отражающие влияние на параметры людских потоков вида пути, уровня эмоционального состояния участвующих людей и изменения структуры сливающихся потоков;
на основании анализа полученных данных установить закономерности между параметрами людских потоков при движении по лестничным площадкам и маршам при различных уровнях эмоционального состоянии людей, участвующих в эксперименте;
установить закономерности между параметрами людских потоков при различных условиях слияния на лестничной площадке многоэтажного здания;
установить фактическую ширину участков эвакуационного пути в лестничной клетке высотных зданий и их расчётную длину в зависимости от изменения плотности людского потока;
проанализировать динамику распространения опасных факторов пожара и движения людских потоков и разработать предложения по совершенствованию организационно-технических мероприятий и систем противопожарной защиты для обеспечения безопасной эвакуации людей из высотных зданий, в том числе, с использованием лифтов.
Объектом исследования является процесс движения людских потоков в системе эвакуационных путей высотных зданий функциональной пожарной опасности класса Ф4.3.
В качестве предмета исследования рассматривались закономерности изменения параметров людских потоков при движении в лестничной клетке многоэтажного здания, определяющие нормируемые геометрические размеры эвакуационных путей и выходов и вероятность эвакуации (Рэ) при оценке пожарных рисков.
Научная новизна заключается в следующем:
-
Разработана методика проведения натурных наблюдений движения людских потоков в лестничных клетках с учетом их слияния.
-
Сформирована статистическая совокупность значений скорости движения людей во всех интервалах плотности для отдельных участков эвакуацион-
ных путей в лестничной клетке (лестничный марш, лестничная площадка, дверной проём).
-
Установлены значения коэффициентов (a, D0) и скорости свободного движения (Vq) общей закономерности между скоростью движения людей и плотностью людского потока при их движении по лестнице (лестничный марш, лестничная площадка) с учетом их эмоционального состояния.
-
Установлена зависимость между параметрами сливающихся людских потоков в лестничной клетке при различных условиях проведения эксперимента.
-
Определены значения скорости свободного движения отдельно для мужчин и женщин и установлены области их применения.
Практическая ценность работы:
- получены количественные значения коэффициентов (a, D0) и скорости
свободного движения {Vо) общей закономерности связи между параметрами
людских потоков при их движении по участкам эвакуационных путей в лест
ничной клетке, необходимые для установления требований к объемно-
планировочным решениям;
получены формулы расчетной длины пути по лестнице с учетом плотности людского потока, позволяющие повысить достоверность определения расчетного времени эвакуации;
предложены организационно-технические мероприятия по регулированию процесса эвакуации, способствующие её своевременности и беспрепятственности;
предложена концепция регламентации функционирования систем противопожарной защиты при сравнении расчётных значений времени эвакуации людей (t3e) и времени блокирования путей эвакуации (t6jl), повышающая надёжность выполнения условия t3e< t6jl.
Материалы диссертации реализованы при разработке:
- новой редакции нормативного документа по пожарной безопасности:
«Методика определения расчётных величин пожарного риска в зданиях, соору
жениях и строениях различных классов функциональной пожарной опасности»:
ФГБУ ВНИИПО МЧС России, 2013 г.;
- нормативного документа по пожарной безопасности: «Специальные
технические условия для высотного здания многофункционального комплекса
«Империя Тауэр» в составе Московского международного делового центра
«Москва-Сити», М.: Институт Комплексной безопасности в строительстве,
2013 г.;
стандарта организации: «Системы обеспечения комплексной безопасности высотных зданий и сооружений» СТО НОСТРОЙ 2.35.73-2012. М.: ЗАО «ИСЗС-Консалт», 2013 г.;
организационно-технических мероприятий в высотном здании «Газойл Плаза» расположенном по адресу: г. Москва, ул. Намёткина, д. 12а: ООО «Сервис Менеджмент», 2012 г.;
курса лекций по дисциплине «Пожарная безопасность в строительстве» (2013 г.) в Академии ГПС МЧС России;
курса лекций по дисциплинам «Архитектура гражданских и промышленных зданий» (2013 г.), «Пожарная безопасность в строительстве» (2013 г.) в Московском государственном строительном университете.
Основные результаты работы доложены на: Научно-практической конференции «Высотное строительство» (г. Москва, Всероссийский выставочный центр, 2009); Научно-практической конференции молодых ученых и специалистов (г. Москва, Академия ГПС МЧС России, 2012); VI Международной научно-практической конференции курсантов (студентов), слушателей магистратуры и адъюнктов (аспирантов) (Республика Беларусь, г. Минск, 2012); Симпозиуме Международной организации по стандартизации {International Standards Organization) (г. Москва, Академия ГПС МЧС России, 2013); VI Европейской конференции по пожарной безопасности «Еи-roFire» (г. Базель, Швейцария, 2013).
На защиту выносятся:
1. Методика проведения натурных наблюдений движения людских пото
ков в лестничной клетке многоэтажных зданий, включающая:
анализ возможных вариантов слияния различных частей людских потоков;
метод установления участка слияния людских потоков на поэтажной лестничной площадке, определяющий его конфигурацию и границы с примыкающими к нему участками;
фиксацию параметров движения людских потоков посредством видеосъемки с проведением последующего статистического анализа полученных данных.
-
Значения коэффициентов (a, D0) и скорости свободного движения (Vo) общей закономерности между параметрами людских потоков при движении по эвакуационным путям лестничной клетки многоэтажных и высотных зданий с учётом многократных слияний, поворотов и изменений видов пути.
-
Метод определения фактической длины участков эвакуационного пути в лестничной клетке высотных зданий, показывающий необходимость увеличения расчётной длины эвакуационного пути на 30 % при расчётах пожарных рисков.
-
Концепция регламентации функционирования систем противопожарной защиты на основе определения случайной величины расчетного времени эвакуации и распространения опасных факторов пожара.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 научных работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Содержание работы изложено на 190 страницах текста, включает в себя 44 таблицы, 58 рисунков, список литературы из 165 наименований.
Анализ требований нормативных документов по обеспечению безопасности людей в высотных зданиях
Первые теоретические результаты натурных наблюдений движения людских потоков были получены в 1939 г. СВ. Беляевым [18]. Работа имела большое теоретическое и практическое значение. В ходе проведения натурных наблюдений были получены минимально наблюдаемые значения скоростей по различным видам пути: для горизонтального пути - 17 м/мин., по лестнице - 11 м/мин. Также впервые сформулированы условия безопасной эвакуации людей: «процесс эвакуации должен протекать по возможности кратковременно и в организационном порядке». Однако полученных данных было недостаточно, чтобы оценить зависимости между параметрами движения людских потоков.
Для создания достаточно представительной базы экспериментальных данных и выявления закономерностей между параметрами движения людских потоков с 1946 по 1948 г. были проведены серии натурных наблюдений под руководством к.т.н. А.И. Милинского [19]. В ходе проведенной работы было получено 2303 замеров плотности потоков и пропускной способности дверей, 3587 замеров плотности и скорости движения людского потока по горизонтальным путям, лестнице вниз и вверх. В результате обработки и анализа экспериментов были получены следующие данные [19]: - средние площади горизонтальной проекции людей; - пропускная способность дверей; - скорости движения при различных плотностях людских потоков в зданиях разного назначения. Ввиду того, что в зданиях различного назначения людские потоки значительно отличаются по составу, плотность потока Д было предложено выражать через горизонтальную проекцию людей/-, м2/чел.: Д=-і__. (1.6) brl, Проведенные обмеры людей различного возраста показали, что средние значения/- для взрослых людей составляют: 0,1 м2 - в домашней одежде, 0,113 м2 - в демисезонной и 0,125 м2 - в зимней одежде. Предложенный графоаналитический метод расчета [19] имел ряд недостатков при определении параметров движения людских потоков на смежных участках пути и требовал корректировок [20]. Для решения этих недостатков были проведены натурные наблюдения движений людских потоков под руководством профессора В.М. Предтеченского (на кафедре архитектуры гражданских и промышленных зданий Московского государственного строительного университета). В результате были сформулированы положения, позволяющие моделировать движение людских потоков на смежных участках пути (1.7) и (1.8): qtbi= qi+1bi+1, (1.7) где qh qi+i - интенсивность движения людского потока на предыдущем и последующем участках, м/мин.; fy, bi+1 - ширина предыдущего и последующего участков, м. qi=ViDi (1.8) где Vh - скорость движения людского потока, м/мин.; Д, - плотность людского потока, челУм2 или м2/м2. Формула (1.8) свидетельствует о том, что пропускная способность рассматриваемого участка пути равна пропускной способности пути на предшествующем участке в случае, если выполняется условие беспрепятственности.
Массива данных, полученных в результате натурных наблюдений, было достаточно, чтобы условно описать зависимость между плотностью и скорость в виде полинома. А на основе уже существующих теоретических предпосылок был переработан графоаналитический метод расчета эвакуации. Благодаря этому удалось промоделировать сложнейшие ситуации при движении людских потоков и обнаружить незамеченные ранее особенности процесса: переформирование, растекание потоков, образование и рассасывание скоплений [21].
Зарубежные исследователи и сейчас используют положения данной книги [21] как один из основополагающих методов изучения теории движения людских потоков [22, 23, 24], так как графоаналитический метод считается точным «инструментарием» для расчета. Недостаток только заключался в трудоемкости исследования, однако это сегодня успешно компенсируется использованием компьютерных моделей [25, 26].
Дальнейшим продолжением и существенным шагом в развитии научной школы «Теория людских потоков» являются исследования, проведенные В.В. Холщевниковым и изложенные в 1983 году [27, 28]. В.В. Холщевниковым было проведено обобщение ранее полученных данных. Эмпирические данные каждой серии проведенных экспериментов были представлены в виде вариационных рядов для каждого интервала плотности, которые анализировались на однородность содержащихся в них статистических данных. Впервые в истории исследований людских потоков им были проанализированы психофизиологические системы, которые могли бы определять суть проявляющихся в различных условиях зависимостей между параметрами людских потоков, и дано математическое описание людского потока как стохастического процесса, а основной функциональной связи V=f(D) - в виде элементарной случайной функции. В результате была получена закономерность между параметрами людских потоков, основанная на психофизическом законе Вебера-Фехнера [27, 28, 29]: V =v VDj V0j 1-Л.ІП—! v ; D»JJ (1.9) где V03j - случайная величина скорости свободного движения (при отсутствии влияния окружающих людей), зависящая от вида пути (/) и уровня эмоционального состояния людей (Э); о,- - коэффициент, определяющий степень влияния плотности потока при движении по j-му виду пути; Д - текущее значение плотности потока; Doj - пороговое значение плотности потока, по достижении которого плотность становится фактором, влияющим на скорость движения. Следует представлять значение и важность полученной закономерности движения людских потоков. В настоящее время при проектировании зданий различного назначения в России в специальных технических условиях, при проведении аудита пожарной безопасности, составлении декларации, обосновании объемно-планировочных решений используется эта закономерность для оценки обеспечения безопасной эвакуации людей. С использованием этого уравнения реализованы тысячи проектов и расчетных обоснований.
В ходе развития научного направления «Теория движения людских потоков» решались задачи, которые охватывали различные области исследования. Ка-линцев В.А. с помощью метода кинофотосъемки изучал особенности движения людских потоков в залах кинотеатров [30]. Дувидзон P.M. рассматривал в своей работе параметры движения людей в спортивных сооружениях, где уделил особое внимание наклонным путям на трибунах [31]. Работа Григорьянца Р.Г. посвящена длительно существующим людским потокам в зданиях и на прилегающих к ним территориях [32]. Копылов В.А. исследовал параметры движения людей при вынужденной эвакуации, уделяя большое внимание высоким плотностям движения людских потоков, наблюдаемых при аварийных условиях [33]. Буга П.Г. провел исследования пешеходного движения вне зданий [34]. Доценко А.Г. - на вокзалах и прилегающих территориях (на примере крупных железнодорожных вокзалов) [35]. Работы Ерёмченко М.А. посвящены нормированию с учетом движения людских потоков в средних образовательных учреждениях [36]. Гвоздяков B.C. проводил научные исследования движения людских потоков в транспортно-коммуникационных сооружениях [37]. Работа Алексеева Ю.В. как дополнение к [30] [31] посвящена изучению влияния формы и размеров проходов в зрелищных учреждения на формирование параметров и на особенности движения людских потоков [38]. Фёлькель X. рассматривал вопросы эвакуации из производственных зданий [39], Овсянников А.Н. - из крытых зрелищных сооружений [40].
Выявление зависимости между скоростью движения и плотностью людских потоков при их движении по различным видам пути
«Размещение людей в потоке (как по длине, так и по ширине) имеет всегда неравномерный и часто случайный характер. Расстояние между идущими людьми постоянно меняется, возникают местные уплотнения, которые затем рассасываются и возникают снова. Эти изменения неустойчивые во времени...» [21]. Следовательно, на участке, занимаемым потоком, образуются части с различными параметрами. При этом головная и замыкающая части состоят из небольшого числа людей, двигающихся, соответственно, с большей или меньшей скоростью, чем основная масса людей в потоке. При эвакуации, головная часть потока уходит с большей скоростью вперед и по длине и числу людей возрастает, а замыкающая часть, наоборот, уменьшается. Таким образом, слияние людского потока, выходящего с этажа на лестничную площадку, может происходить с различными частями людского потока, двигающегося по лестнице вниз. Или наоборот, людской поток, двигающийся по лестнице вниз, может сливаться с различными частями потока, выходящего с этажа. Поэтому, условия проведения экспериментов были направлены на обеспечение возможности наблюдения перечисленных вариантов слияний различных частей потоков, для чего было проведено четыре серии эксперимента.
Первая серия - головные части потоков с этажа и с лестницы вниз попадают на лестничную площадку одновременно - рисунок 2.1а. Вторая серия - слияние головной части потока, спускающегося по лестнице, и основной части потока, выходящего с этажа, которая уже движется по лестничной площадке этажа - рисунок 2.1 б. Третья серия - слияние головной части потока, выходящего с этажа, с замыкающей частью потока, спускающегося по лестнице - рисунок 2.1 в. Четвёртая серия - аналогична второй, но перед дверным проёмом выхода с одного из этажей устанавливается препятствие, сужающее участок пути перед проёмом, что может повлиять на изменение величины потока, выходящего с этажа - рисунок 2.1 г. а - головные части потоков с этажа и с лестницы вниз попадают на лестничную площадку одновременно; б - слияние головной части потока, спускающегося по лестнице, и основной части потока, выходящего с этажа; в - слияние головной части потока, выходящего с этажа, с замыкающей частью потока, спускающегося по лестнице; г - аналогична второй, но перед дверным проёмом выхода с одного из этажей устанавливается препятствие Эксперимент проводился в шестнадцатиэтажном здании общежития Академии Государственной Противопожарной службы МЧС России. Геометрические размеры планировочных решений этажа и лестничной клетки, которая использовалась для фиксирования движения людских потоков, представлены на рисунке 2.1.
С учетом ранее проведенных исследований [62, 63, 64] было принято, что в эксперименте должно участвовать 4 потока эвакуирующихся; их расположение показано на расчётной схеме эвакуации, приведённой на рисунке 2.2. Такое количество потоков обеспечит различные вариации последовательности слияния на лестнице и может создать высокие плотности потоков на лестничном марше и на площадке. При планировании эксперимента для определения количества участников и их подразделения на группы, определения момента времени подачи сигнала для обеспечения выполнения вышеперечисленных условий предварительно проводилось моделирование движения людских потоков с использованием имитационно-стохастической модели [17] по программе «ФЛО-УТЕК-ВД» [26].
В эксперименте принимали участие юноши и девушки в возрасте 20 - 23 года - учащиеся Академии ГПС МЧС России. Распределение участников эксперимента по группам, их численность и время подачи сигнала (от общего начала) приведены в таблице 2.1.
Более детальное описание динамики планируемых экспериментов, смоделированных с использованием имитационно-стохастической модели, состоит в следующем. В первой серии принято, что людской поток, выходящий с верхнего (8 этажа), попадает на лестничную клетку первым, далее поэтапно подаются сигналы для начала движения на нижерасположенных этажах: сначала на 7, затем на 6, и последним на лестничную площадку выходит поток с 5 этажа. То есть, когда головная часть потока, двигающегося по лестнице, попадает на лестничную пло 61 щадку 7 этажа, людской поток на 7 этаже начинает своё движение, таким образом, на лестничной площадке сливаются головная часть потока, двигающегося с этажа, и головная часть потока, двигающегося по лестнице вниз. То же происходит на лестничной площадке 5 и 6 этажей.
Во второй серии сигнал одновременно подается на всех этажах, т.е. группы людей с 8,7,6 и 5 этажей выходят с этажа на лестничный марш в одно и то же время. В результате при дальнейшем движении потоков по лестнице на лестничных площадках каждого из этажей сливаются головные части потоков, двигающихся по лестнице вниз, и основная часть потока, выходящего с этажа.
В третьей серии поток с 8 этажа выходит на лестницу первым. Когда головная часть потока с 8 этажа достигает лестничной площадки 7 этажа, подается сигнал для движения 7 этажа; при этом сливаются головные части обоих потоков. Далее слившийся поток продолжает своё движение. Сигналы для начала движения на 5 и 6 этажах подаются тогда, когда замыкающая часть слившегося потока с 8 и 7 этажа достигнет лестничной площадки 6 этажа. Таким образом, обеспечивается слияние на лестничной площадке замыкающей частей потока, двигающегося по лестнице, и головной части потока, выходящего с 6 этажа, а на лестничной площадке 5 этажа сливаются головная часть потока с этажа и основная часть потока, двигающегося по лестнице.
В четвертой серии эксперимента сигналы подавались в соответствии со второй серией, кроме 6 этажа, где сигнал подавался при достижении головной части потока с 7 этажа лестничной площадки 6 этажа. Кроме того, перед дверным проемом 5 этажа устанавливалось препятствие, которое уменьшало проход перед дверным проемом до 0,8 м, что могло влиять на изменение величины потока с 5 этажа в сравнении с предыдущей серией эксперимента.
Перед проведением эксперимента для фиксации характеристик движения людского потока была спланирована расстановка видеокамер (рисунок 2.3). Технические характеристики видеокамер представлены в таблице 2.2.
Расчет времени эвакуации людей для типового этажа высотного здания с учетом стохастичности скорости движения людского потока
В соответствии с формулой (2.21) величина потока зависит от скорости, с которой движется поток, плотности в месте определения величины потока и ширины участка пути, которую занимает поток при движении. С учетом формул (2.16) и (2.21) представим равенство величин потоков в общем виде: (2.22)
Для каждого периода слияния определим параметры движения людского потока (уи A, bi) для потока, выходящего с этажа через дверной проем, спускающегося по лестничному маршу на лестничную площадку, выходящего с лестничной площадки на лестничный марш. Скорость и плотность движения определялась как среднее значение. Ширина потока определялась в соответствии с геометрией лестничной клетки и дверного проема. Результаты расчета представлены в таблице 2.16.
Данные таблицы 2.16 свидетельствуют, что значения величины общего потока зависят от значений параметров составляющих его сливающихся потоков. Например, для этажа 6 эксперимента: 60-2,6-1,15 = 47-1,5-1,15+32-3,8-0,86.
Именно это и является объяснением «долей участия» каждого потока в слиянии, которые изыскиваются экспериментаторами [62, 63, 64], не учитывающими закономерности слияния людских потоков.
Так, в диссертационной работе японского исследователя [62] для характеристики слияния людей используют такие показатели, как коэффициент вливания (Ny(Na+Nb)), и отмечается его нестабильный количественный показатель. Таблица 2.16 - Параметры движения людских потоков, участвующих в слиянии на лестничной площадке - это доля участия потока, спускающегося с верхнего этажа в общем потоке. В ходе данного натурного наблюдения также рассматривались доли участия потоков в моменты слияния при плотности на лестничной площадке 2,5 чел./м2 и более. Образование таких плотностей вызывает торможение движения потока из-за некоторой его задержки при переходе с площадки на нижерасположенный марш. В таблице 2.17 определена доля участия потока из дверного проема. Таблица 2.17 - Доля участия потока до и после места слияния на лестничной площадке в моменты повышенной плотности
Доля участия перед слиянием на лестничной площадке, уло % Доля участия после слияния на лестничной площадке, уПосле % Экс. 1 Экс. 2 Экс. 3 Экс. 4 Экс. 1 Экс. 2 Экс. 3 Экс. 4 5 этаж 38,4 35,3 37 25,9 39,5 51,1 40 31 6 этаж 56,3 47,9 - - 58,1 42,9 — Данные таблицы указывают на увеличение влияния выходящего потока в сравнении с входящим, что объясняется тем, что первоначально выходящий поток был больше, чем входящий, но при приостановке движения их величина начинает выравниваться. Это видно в сериях эксперимента 1, 3 на 5 этаже, в сериях эксперимента 1, 2 на 6 этаже. Поскольку интенсивности движения сливающихся потоков в ситуации начала образования скопления людей становятся, согласно [20, 21], равными, то определение доли участия у людских потоков с различных этажей в лестничной клетке при слиянии при повышенной плотности может быть произведено по формуле: где у - доля участия потока; Ь]„ - ширина участка пути перед местом, где происходит приостановка движения, равная ширине участка пути движения общего (слившегося) потока, м; ЕЪп- суммарная ширина участков пути перед местом, где происходит приостановка движения, м.
Проверим теперь достоверность формулы (2.23) для случая слияния людского потока на лестничной площадке. Для данного случая доля участия потока - при условии, что ширина двери с этажа равна Ь]п = 0,9 м, а ширина лестничного мар 88 ша равна Ьл = 1,15 м, - суммарно для всех экспериментов составит 0,439, или 43,9 %. По данным эксперимента, у для дверного проема составляет 0,438, соответственно, для лестничного марша: у =1 - 0,438 = 0,562. Погрешность составляет 2,28 %. Таким образом, данные, полученные в ходе эксперимента, подтверждают достоверность уравнения, полученного профессором В. М. Предтеченским [20, 21] для высоких плотностей потоков на лестнице.
При слиянии людских потоков наблюдается ряд выраженных особенностей этического поведения людей, например, «джентльменство», когда мужчины, спускающиеся по лестнице с верхнего этажа, выходят на лестничную площадку и приостанавливаются, пропуская женщин, выходящих с этажа. Данные особенности носят индивидуальный характер, и выявить какую-то функциональную зависимость не представляется возможным. Так, при повышении интенсивности или изменении эмоционального состояния эта особенность нивелируется и наоборот может привести к обратному эффекту: женщины приостанавливаются при виде эмоционально настроенных мужчин и пропускают их вперед, в особенности, когда мужчины в повышенном эмоциональном состоянии выбивают дверь во время выхода с этажа.
Подобные особенности движения указывают на имеющиеся различия в параметрах движения людей, отличающихся по половой принадлежности. Поэтому был проведен анализ скоростей свободного движения по горизонтальному пути (лестничной площадке) и лестничному маршу для мужчин и женщин с целью выявления таких различий.
Требования к вертикальным коммуникационным путям в высотном здании
После того, как было установлено оптимальное положение клапана, определялись количественные показатели системы дымоудаления. Расход воздуха повышался до таких значений, при которых опасные факторы пожара перестали выходить за пределы помещения. Для данного помещения требуемый расход воздуха через клапан дымоудаления, как видно из таблицы 3.4, составил 10 м3/с, при этом расход, подсчитанный по [82, 145] составляет 4 м3/с, что подчеркивает имеющиеся разногласия между нормативными требованиями и моделированием распространения опасных факторов пожара.
Данные третьего варианта моделировании пожара в помещении позволили установить два показателя: момент времени достижения температуры срабатывания спринклерного оросителя и время, требуемое для локализации горения.
В результате было установлено, что АУПТ срабатывает после достижения опасными факторами пожара критических значений ОФП. Это объясняется тем, что спринклерная система срабатывает от теплового воздействия, которое наступает позже потери видимости. Кроме того, после достижения температуры срабатывания оросителя необходимо учитывать время инерционного действия (номинальное время срабатывания). Только после этого происходит вскрытие колбы и поступление огнетушащего вещества в очаг пожара. (Согласно [146] время инерционного действия оросителя составляет 300 с).
Отсюда следует, что для выполнения требований [16] о недопущении распространения пожара за пределы помещения и удаления продуктов горения для безопасной эвакуации людей возможно одно из двух решений: 1) разработка установки спринклерной системы, срабатывающей от термочувствительных спринклерных оросителей с гораздо более низким номинальным временем срабатывания, и устройство системы дымоудаления, которое будет рас 127 считано на удаление количества дыма, образовавшегося до срабатывания системы пожаротушения; 2) установка автоматической системы пожаротушения, срабатывающей от дымовых пожарных извещателей с минимальным временем инерционности [147], что позволит обеспечить быструю локализацию и ликвидацию горения до достижения опасными факторами пожара критических уровней воздействия на людей. Второй этап. Распространение ОФП по этажу пожара
Если пожар не удается локализовать в помещении, то образовавшаяся газовоздушная смесь опускается ниже верхней отметки двери, после чего опасные факторы пожара проникают в смежные помещения, коридор и распространяются в пределах этажа. Так же, как и на первом этапе моделирования, основной задачей числового эксперимента является поиск решений, ограничивающих распространение опасных факторов пожара.
При проведении моделирования были рассмотрены такие активные противопожарные системы, как дымоудаление из коридоров и автоматическая установка пожаротушения. В качестве исследуемого объекта был выбран этаж с коридорным типом планировки (как наиболее распространенный в высотных зданиях). Геометрические параметры помещения с очагом пожара, а также горючая нагрузка в нем были приняты такими же, как и при моделировании пожара в помещении. Длина коридора 40 м, ширина 1,8 м. По всей длине коридора с шагом 6 м расставлены контрольные точки, определяющие значения опасных факторов пожара (рисунок 3.22).
После моделирования пожара без применения систем противопожарной защиты осуществлялся подбор местоположения дымового клапана в коридоре. В результате моделирования девяти различных вариантов пожара клапан дымоуда-ления был расположен в противоположной стороне от помещения на высоте 2 м от пола, ввиду того что данный вариант считается наихудшим. В случае, когда дымоудаление явно не справляется с поставленной задачей, рассматривались дру 128 гие варианты расположения клапана дымоудаления, в том числе напротив помещения. Данные о выборе расположения клапана представлены в таблице
Следующая задача данного этапа моделирования состояла в определении оптимального режима функционирования системы противодымной защиты, исходя из требования обеспечения нераспространения опасных факторов по коридору этажа пожара до завершения процесса эвакуации с него людей. Для анализа возможностей выполнения этого условия варьировались: расположение помещения -источника ОФП и расходы системы дымоудаления (от нормативного значения 3,3 до100м3/с).
В результате было установлено, что при использовании системы противодымной защиты с нормативной производительностью удаления дыма, время достижения критических уровней воздействия ОФП увеличивается на 34 % по сравнению с тем, которое было получено без использования системы, хотя система и не обеспечила полного удаления продуктов горения. При повышении производительности системы эта разница увеличилась в 2-3 раза. Однако для полного удаления продуктов горения потребовались бы огромные расходы, равные 80-100 м/с, что превышает нормативные в 30 раз, что обусловлено притоком холодного воздуха в зону расположения клапана, таким образом, большая часть забираемого воздуха системой дымоудаления - это чистый воздух, а не продукты горения [148].
В связи с этим было также проведено моделирование пожара при использовании системы дренчерной завесы перед входом в помещение очага пожара (без функционирования системы дымоудаления). Из результатов семи вариантов моделирования с различными расходами дренчерной завесы стало очевидно, что увеличение производительности этой установки не дает требуемого эффекта (разница по времени наступления опасных факторов пожара при применении системы с нормативным расходом и без нее составила всего 9%, а при увеличении расходов в 100 раз - лишь 45 %).
Поэтому было рассмотрено ее функционирование в комбинации с системой дымоудаления. Объединение двух систем при нормативных расходах позволило достичь увеличения времени наступления ОФП в 1,3 раза, но, тем не менее, не обеспечило нераспространение продуктов горения по этажу. Это объясняется тем, что при большой площади пожара, которая образуется за 3-4 мин., продукты горения распространяются за пределы помещения и блокируют коммуникационные пути на этаже, вне зависимости от работы систем противопожарной защиты за пределами помещения с очагом горения.
Результаты моделирования распространения опасных факторов пожара в пределах этажа представлены в таблице 3.5.
Использование различных активных систем противопожарной защиты и значений параметров их функционирования, возможные варианты размещения помещения очага пожара в коридоре определяют различные значения времени наступления опасных факторов пожара в каждой из контрольных точек. Полученные значения времени были сведены в общий график, представляющий собой область, где каждая точка определяет: по оси ординат - время наступления опасных факторов пожара в зависимости от производительности используемых средств противопожарной защиты, по оси абсцисс - местоположение точки по длине коридоров (рисунок 3.23).
