Содержание к диссертации
Введение
1 . Анализ состояния вопроса в части высотного строительства и пожарной безопасности высотных зданий 8
1.1 .Сведения из истории высотного строительства 8
1.2. Современное высотное строительство и его перспективы 15
1.3. Высотные здания - объект повышенной пожарной опасности .. 21
Выводы 26
2. Системы обеспечения безопасности людей в высотных зданиях ... 27
2.1.Особенности обеспечения безопасности людей в высотных зданиях 27
2.2. Требования к системам оповещения и управления эвакуацией людей из зданий и сооружений 32
2.3.Особенности алгоритмов работы систем оповещения и управления эвакуацией из высотных зданий 35
2.4.Средства и способы спасения людей из высотных зданий 40
Выводы 41
3. Моделирование движения людских потоков при эвакуации из высотных зданий 42
3.1.Стандартизованные модель движения людского потока и метод расчёта времени эвакуации 42
3.2.Модель учёта усталостных явлений при длительной эвакуации 56
3.3. Модель распределения эвакуирующихся при движении по открытой местности 59
Выводы 64
4.Расчётные примеры управляемой эвакуации людей из высотных зданий 65
4.1 .Краткая характеристика объекта 65
4.2.Моделирование управляемой эвакуации в случае пожара 67
4.3 .Моделирование управляемой эвакуации в случае угрозы ЧС или теракта 70
Выводы 72
Основные результаты работы 74
Литература
- Современное высотное строительство и его перспективы
- Высотные здания - объект повышенной пожарной опасности
- Требования к системам оповещения и управления эвакуацией людей из зданий и сооружений
- Модель распределения эвакуирующихся при движении по открытой местности
Введение к работе
Актуальность темы.
В настоящее время как во всём мире, так и в России, а особенно в её крупных городах, ведется интенсивное строительство зданий повышенной этажности и высотных зданий (ВЗ). Причины этого не только в высокой стоимости земли, но и в престижности таких зданий, и в желании продемонстрировать возможности своих строительных технологий. ВЗ, как правило, являются многофункциональными с массовым пребыванием людей и включают в себя офисные помещения, бизнес-центры, рестораны, супермаркеты, выставочные залы и смотровые площадки, отели, фешенебельные квартиры. Такие здания могут быть как отдельно стоящими, так образовывать целые комплексы (например, «Москва-сити») c соответствующей инфраструктурой и подземными многоярусными паркингами.
Однако ВЗ подвержены различным угрозам – пожарам (т.ч. на этапе строительства), природным катаклизмам – землетрясениям и др. ЧС, а также террористическим актам, являющимся характерной чертой конца ХХ – начала XXI века.
В этой связи особую актуальность принимают вопросы экстренной эвакуации людей как процесса организованного самостоятельного движения людей непосредственно наружу или в безопасную зону из помещений, в которых имеется возможность воздействия на людей опасных факторов пожара (ОФП) - персонала, посетителей, жильцов из таких зданий (хотя в ВЗ могут быть предусмотрены помещения для защиты от ОФП, но они не могут гарантировать безопасность при ЧС или теракте) и удаление их на безопасное расстояние вне зоны падения обломков, стёкол и др. предметов с высоты. Это, в свою очередь, выводит на первый план задачу эффективного управления эвакуацией, решение которой на этапе проектирования и реконструкции зданий осуществляется с учётом работы системы оповещения и управления эвакуацией (СОУЭ) и производится расчётными (в т.ч. компьютерными) методами.
В нас в стране проблемой оценки времени эвакуации людей из зданий из сооружений занимались многие известные специалисты – С.В.Беляев, В.И.Предтеченский А.И.Милинский, М.Я.Ройтман, В.В.Холщевников, Д.А.Самошин, И.И.Исаевич, А.А.Таранцев и др. За рубежом - T.J.Shields, К.Е.Boyce, J.L.Bryan, Н.Kuwabara, J.L.Pauls, Д.А.Полоз, И.И.Полевода, О.В.Кураев и др.
По результатам анализа многочисленных экспериментов общепринятой стала модель движения людского потока, скорость которого V зависит от его плотности D и вида участка эвакуационного пути. Эта модель была положена в основу соответствующих расчётных методов, которые у нас в стране регламентированы такими документами, как ГОСТ 12.1.004-91* (приложение 2*), ГОСТ Р 12.3.047-98 (приложение Ш), СНиП 35-01-2001 (приложение В) и др., а за рубежом – NFPA 14, 101, 5000* и др. Такие расчёты позволяют оценить время эвакуации tр и путём его сопоставления с необходимым временем эвакуации tнб, полученным по моделям развития пожара, оценить уровень пожарного риска и, при необходимости, выдать рекомендации по корректировке параметров эвакуационных путей.
Тем не менее, применительно ВЗ используемая в этих документах модель людского потока требует корректировки. А именно:
а) эвакуация людей с верхних этажей будет занимать длительное время (без учёта лифтов и помещений безопасности), что сопряжено с усталостью и снижением скорости движения;
б) в узких проходах необходимо учитывать движение людей «цепочкой»;
в) при движении вне здания необходимо учитывать случайный характер скорости движения людей.
Что касается работы СОУЭ, то в действующем СП 203.13130.2009 (ранее – НПБ 104-03), предусматривающем наличие 5-и типов СОУЭ и регламентирующем выбор её типа в зависимости от класса функциональной пожарной опасности (ФПО) здания или сооружения, числа пребывающих в нём людей, его площади и этажности. Но рекомендаций по порядку управления эвакуацией (тем более, из ВЗ) там не содержится. Однако очевидно, что при пожаре в ВЗ необходимо управлять движением людей с учётом этажа пожара и его динамики, возможности блокирования какого-либо эвакуационного пути ОФП и недопущения образования скоплений людей и задержек их движения. В функционировании СОУЭ при угрозе ЧС или теракта необходимо учесть некоторые особенности - в силе остаются условия недопущения задержек движения и скоплений людей, а также последовательность эвакуации людей с этажей ВЗ, но задействованы могут быть все эвакуационные пути.
Таким образом, целью работы является совершенствование моделей и методов управления эвакуацией людей из ВЗ с учётом особенностей длительного движения людских потоков.
Для достижения цели поставлены и решены следующие задачи:
исследование проблемы управления эвакуацией из ВЗ с учётом их конструктивных особенностей, перспектив развития и требований к СОУЭ;
создание моделей управляемого движения людского потока с учётом усталостных явлений и вероятностного характера этапа эвакуации по открытой местности от ВЗ в безопасную зону;
анализ особенностей построения СОУЭ из ВЗ и формирование критерия успешности эвакуации;
разработка метода управления эвакуацией при пожаре в ВЗ с учётом этажа пожара, а также при угрозе теракта или ЧС;
Объект исследования - система управления эвакуацией людей из ВЗ.
Предмет исследования составляют модели и методы расчёта времени эвакуации людей и управления эвакуацией из ВЗ.
Методы исследования: системный анализ, теория движения людских потоков, теория вероятностей и математическая статистика.
Основные положения, выносимые на защиту и обладающие научной новизной:
анализ-обзор особенностей эвакуации людей из ВЗ при пожаре и угрозе ЧС или теракта;
временной критерий успешности управления эвакуацией из ВЗ;
модели длительного движения потока эвакуирующихся с учётом усталостных явлений и эвакуации от ВЗ в безопасную зону с учётом распределения их на начальном участке и вероятностного характера скорости движения;
методы управления эвакуацией людей из ВЗ при пожарах, угрозах масштабной ЧС (землетрясения, цунами…) или теракта.
Достоверность и обоснованность основных положений исследования обеспечена применением современных расчётных методов, корректным использованием исходных данных и согласованностью полученных результатов с результатами работ других исследователей.
Практическая значимость работы заключается в разработке аналитических методов и моделей, которые позволяют решать задачи управления эвакуацией людей из ВЗ с учётом усталостных явлений, движения по открытой местности и вероятностного характера исходных данных.
Разработанные методы использовались при выполнении расчётов в процессе обучения курсантов и слушателей Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС России, а также при анализе проектов специалистами ГПС.
Апробация работы. Научные результаты, полученные в результате исследования, докладывались на заседаниях кафедры Организации пожаротушения и проведения аварийно-спасательных работ СПбУ ГПС МЧС России, а также на международных и отраслевых научно-практических конференциях:
- Международная НПК «Проблемы взаимодействия МВД и МЧС России в сфере обеспечения безопасности движения». СЗРЦ МЧС, СПбУ МВД, СПбИ ГПС МЧС России, 16-17.03.2005.
- V Международная НПК «Подготовка кадров в системе предупреждения и ликвидации последствий ЧС». СПбУ ГПС МЧС России, 16.09.2006.
- VI международная НПК «Подготовка кадров в системе предупреждения и ликвидации последствий ЧС». СПбУ ГПС МЧС России, 19.10.2007.
- III Международная НПК «Технические средства противодействия террористическим и криминальным взрывам». СПбУ ГПС МЧС России, РАРАН, 30-31.10.2007.
- НПК «Сервис безопасности России: опыт, проблемы, перспективы». СПбУ ГПС МЧС России, РАРАН, 23-24.04.2008.
- VI Всероссийская НПК «Проблемы обеспечения взрывобезопасности и противодействия терроризму». СПбУ ГПС МЧС России, РАРАН, 19-20.04.2011.
- IV Международная НПК «Обеспечение комплексной безопасности при освоении северных территорий». СПбУ ГПС МЧС России, РСС 17.11.2011.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ (в т.ч. 2 работы в изданиях, рекомендованных ВАК).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка использованных источников и приложений. Общий объем работы 117 страниц, в т.ч. 28 рисунков и 16 таблиц.
Современное высотное строительство и его перспективы
Заметно выделяясь на силуэте нижнего Манхеттена, башня Сити Сервис является одной из основных его доминант, в особенности если наблюдатель обращает свой взгляд с востока, с Ист Ривер. Не может не восхищать узкий контур здания, словно лезвие режущий небо над Ман-хеттеном. Здание высотой 559 футов (170,4 м), включая 15-этажную башню, 24-этажные крылья U-образного здания, как будто стремятся объять здание Сити-холла, находящееся по соседству. Впервые составной частью здания стала станция метрополитена, находящаяся в его основании. Пройти на станцию можно было с тротуаров окружающих улиц, через входы, расположенные в здании.
С 1921 года в Нью-Йорке было построено 15 высотных зданий, 12 из которых перешагнули рубеж в 200 м.
Образ Муниципального здания оказал большое влияние на архитектуру высотных зданий в других городах США и послужил прототипом для здания Ригли в Чикаго (1924) и башню Кливлендского вокзала (1930), здания Фишера в Детройте (1928). А в более позднее время послужил образцом, с которого, вне всякого сомнения, копировались, хоть и со своими изменениями знаменитые сталинские московские высотки, достаточно посмотреть на главное здание МГУ (архитекторы Л. В. Руднев, С. Е. Чернышев, П. В. Абросимов и А. Ф. Хряков, 1949-53).
В те годы СССР во многом негласно копировал США. Например, известно, что еще в начале тридцатых годов делегацию советских зодчих отправили в командировку по городам Америки, изучать архитектуру капитализма. На примере американских городов хотели изучить закономерности развития капиталистических мегаполисов и постараться избежать у нас градостроительных ошибок, которые делались в условиях хаотической застройки. В те же годы начиналось строительство и первого советского небоскреба - Дворца Советов (наиболее известные ВЗ советского периода приведены на рис. 1.6), строительство которого так и не было осуществлено ввиду начавшейся войны. Здания классического советского стиля часто внешне были очень похожи на некоторые американские. Существенная разница состояла только в том, что они были значительно ниже. Причиной тому явились строгие советские строительные нормы!
До начала строительства ВЗ в Москве, у нас вообще отсутствовала практика возведения жилых и общественных зданий высотой свыше 10 этажей. Строительных норм на этот счет тоже никаких не существовало. Приходилось строить и проектировать параллельно.
Ограничение по этажности было связано с двумя основными причинами: во-первых, с более суровыми климатическими условиями в северной стране России, во-вторых, со сложной геологией московских грунтов. Суровость климата выдвигала как главную задачу предупреждение слишком резкого и обильного перемещения воздуха в здании, особенно при открывании наружных, внутренних и междуэтажных дверей. С этой целью отказались от расположения лестничных клеток по одной вертикали сверху донизу.
Интересен факт, о котором также сегодня уже почти не помнят - все московские высотки были заложены в один день - в день восьмисотлетия Столицы. В этом тоже состоял замысел вождя - рубеж своего 800-летия 12 сентября 1947 года Москва переступала, устремляясь ввысь.
Особый расцвет высотного строительства пришёлся на конец XX -начало XXI века. На рис. 1.7 приведена динамика высотного строительства, в табл. 1.1 и табл. 1.2 - рекордные небоскрёбы мира и их распределение по континентам, на рис. 1.8 представлены рекордные ВЗ.
Как видно из рис. 1.7, резкий скачок высотности произошёл в начале XXI века ввиду появления новых строительных технологий. С конца XX - начала XXI века ВЗ стали строиться даже в сейсмически неблагополучных районах Южной Америке и Азии. При этом использовались различные способы демпфирования подземных толчков - вплоть до маятниковых (рис. 1.9).
Интересно отметить, что идея экономии площади под застройку заставляет ВЗ расти не только вверх, но и вниз - под ВЗ часто размещаются многоярусные подземные автостоянки (рис. 1.10-6), снабжённые многочисленными вспомогательными системами - от очистки воздуха от выхлопных газов до подъёмников для автомашин. Такие автостоянки, как правило, связаны с ВЗ лифтами. Рис. 1.7 Динамика высотного строительства в мире (по горизонтальной оси - годы, по вертикальной оси - высота в метрах «рекордных» ВЗ). 1- Eqitable Building, 2 - муниципальное здание в Нью-Йорке, 3 - здание Крайслера, 4- «Сирс-Тауэр», 5 - «Петронас», 6 - «Тайбэй-101», 7 - Дубайская башня
Современная Россия также не отстаёт в «высотной гонке» - в Москве заканчивается строительство высотного комплекса «Город столиц» (Москва-Сити) - рис.1.10-а,б, проектируются башня «Россия» (рис. 1.1 О-в) и «Лахта-центр» в Санкт-Петербурге (рис.1.10-г). Проекты строительства ВЗ рассматриваются и в других российских городах.
ВЗ проектируются многофункциональными (с различными классами функциональной пожарной опасности - КФПО) - с офисными центрами, жилыми помещениями (квартиры, гостиницы), ресторанами, супермаркетами, выставочными залами и т.п. и могут представлять собой отдельные административно-территориальные единицы.
Высотные здания - объект повышенной пожарной опасности
Необходимо отметить, что в выражении (2.1) полагается, что время реагирования СОУЭ (инерционность) пренебрежимо мало по сравнению с общим временим движения людей, надёжность и правильность работы СОУЭ - полная. Кроме того, вычисление величины ta6 применительно к сложным объёмно-планировочным решениям ВЗ и динамике пожара в нём является исключительно трудной задачей, а при угрозе ЧС или теракта время ґНб вообще не может быть сколь-нибудь точно определено. В этой связи вместо условия (2.1) может быть предложен следующий критерий: и + вз + ом - min, (2.2) где ґи - инерционность СОУЭ, /вз - время эвакуации людей из ВЗ, t0M - время их движения по открытой местности от ВЗ в безопасную зону. Критерий (2.2) также предполагает соблюдение вышеуказанных условий применительно к СОУЭ.
Показано, что для обеспечения успешной эвакуации людей из ВЗ при пожаре, угрозе теракта или масштабной ЧС пользоваться лифтами ввиду их ограниченной пропускной способностью и уязвимостью эвакуацию целесообразно проводить пешим порядком, используя обычные пути - коридоры, ЛК и т.п. При этом должен применяться особый тип СОУЭ (выше 5-го, рекомендуемого СП 3.13130.2009 [30] - см.рис.2.2 с обязательной обратной связью и оповещение людей практически в каждом обитаемом помещении ВЗ и на путях эвакуации.
Такая СОУЭ предусматривает наличие видеокамер на путях эвакуации и в помещениях с людьми, а также переговорных устройств, что позволит операторам в ДП пожарных отсеков и ЕДП здания (рис.2.3) иметь полную информацию о развитии пожара в ВЗ и движении людских потоков, благодаря чему эффективно управлять процессом эвакуации. Кроме того, она сама и пути эвакуации оборудуются всеми имеющимися средствами, обеспечивающими безопасное и правильное движение людей различных групп мобильности [12, 18,28,29-37,40-43, 94,96,119-121].
Следует также учитывать различие подходов к управлению эвакуацией с одной стороны при пожаре, а с другой - при угрозе ЧС или теракта. При пожаре, как правило, наибольшая угроза воздействия ОФП будет для людей, находящихся на этаже пожара, немного меньшая - находящимся на вышележащих этажах и ещё меньшая - для людей на этажах под этажом пожара (рис.2.4-а). Рис.2.2 Возможная схема СОУЭ для ВЗ (1 - видеокамеры и извещатели, 2 -переговорные устройства, 3 - динамики, 4 - пожарные отсеки, 5 -ДП, 6 - ЕДП. Точечным пунктиром показаны координирующие связи)
При угрозе ЧС или теракта, место которого в ВЗ неизвестно, наибольшая опасность будет грозить людям, находящимся на верхних этажах - рис.2.4-б. Эти соображения и могут быть положены в основу алгоритмов работы СОУЭ. Рис.2.3 Единый диспетчерский пункт высотного здания
Указанный алгоритм управления может относиться как к ВЗ в целом, так и к его отдельному пожарному отсеку, откуда требуется эвакуация людей.
При составлении и отработке плана тушения пожара (ПТП) расчёт времени /р проводится при условии, что один из эвакуационных выходов блокирован ОФП, а эвакуирующимся с этажей во избежание скоплений даётся команда на движение только после того, как люди с ранее эвакуируемого этажа уйдут из ЛК перед этажом, откуда начинается эвакуация. При этом, варьируя этаж пожара М, получают набор значений {?вз}? из ко 3? торого выбирают наибольшее значение - пожар на таком этажа считается самым опасным по продолжительности эвакуации. Сравнивая выбранную величину івзтах с необходимым временем эвакуации tHQ, полученным, например, с помощью компьютерной программы проф. С.В.Пузача, можно сделать вывод о величине риска для эвакуирующихся и, при необходимости, выработать соответствующие мероприятия по обеспечению безопасности.
При реальном пожаре в ВЗ данный алгоритм ложится в основу работы СОУЭ, но может корректироваться с ДП при получении информации (с видеокамер, от пожарных извещателей или по радиосвязи) о развитии пожара и возможности блокирования тех или иных эвакуационных путей.
В случае угрозы теракта или ЧС алгоритм, положенный в основу управления эвакуацией из Е-этажного ВЗ следующий: а) вначале люди эвакуируются из верхнего Е-го этажа; 3& б) затем последовательно с нижележащих этажей - TV-1-го, JV-2-го и т.д. до полного вывода людей в безопасную зону.
Как и ранее, по командам СОУЭ люди с нижележащего /-го этажа должны начинать движение только после того, как эвакуирующиеся с вышележащего z+1-го этажа пройдут лестничную площадку г-го этажа. Но, в отличие от эвакуации при пожаре, предполагается, что все эвакуационные пути и выходы не блокированы. При этом расчётное время эвакуации ґВз будет заведомо меньшим, чем время эвакуации при пожаре.
Если же в ходе эвакуации произойдёт теракт или ЧС с блокированием эвакуационных путей, то порядок эвакуации может меняться, исходя из складывающейся обстановки. Но ввиду многовариантности таких событий, это в диссертационной работе не рассматривается.
При проектировании ВЗ предусматривается, что люди при пожаре могут эвакуироваться в помещения безопасности, где и пережидать пожар. Однако такие помещение не гарантируют безопасности укрывшихся в них людей при ЧС или теракте. Даже в случае пожара большинство всё-таки предпочтут покинуть ВЗ, чем оставаться неопределённое время в относительно безопасном помещении, когда вокруг будет бушевать пожар. Что касается различных средств самоспасания из ВЗ - от тросовых до парашютных, то они в принципе не смогут обеспечить массовую эвакуацию большого числа людей за относительно короткое время. Таким образом, только эвакуация как самостоятельное управляемое движение людей из ВЗ может обеспечить их безопасность в случае пожара, угрозы ЧС или теракта.
При пожаре в ВЗ, оборудованном подземной автостоянкой, следует также предусматривать эвакуацию из неё. Это также должно быть предусмотрено алгоритмом работы СОУЭ.
В любом случае следует ожидать, что процесс эвакуации будет длительным и сопряжённым с усталостью людей, что неизбежно увеличит время ґвз и что необходимо учесть в моделях движения людского потока. Кроме того, в моделях целесообразно учесть и вероятностный характер движения людей от ВЗ в безопасную зону (на достаточное расстояние или в укрытие), когда на открытой местности они могут двигаться независимо друг от друга. Вероятностный характер движения по открытой местности обусловливается разбросом скоростей движущихся ввиду их разной степени утомлённости и мобильности, а также вероятностным распределением перед выходом из ВЗ. 2 АХ рек-1 на и способы спасения людей из высотных зданий
Помимо самого эффективного способа спасения людей из ВЗ при пожаре и угрозе ЧС или теракта, заключающегося в своевременной их эвакуации, большое внимание уделялось и уделяется средствам спасения - от штатных способов и средств, находящихся на вооружении пожарной охраны [73, 79, 109, 110, 127] до специальных [78], в частности, прыжковых (рис.2.5-а) канатно-спусковых (рис.2.5-6), парашютных, рукавных устройств, «одноразовых лифтов» и др.
Анализ существующего уровня техники для эвакуации людей из высотных зданий при пожарах удручает. Даже для физически подготовленного и психологически устойчивого человека весьма затруднительно применение широко рекламируемых спасательных средств при эвакуации через внешние (фасадные) части ВЗ. А что уж говорить о МГН, пожилых и детях? Кроме того, по понятным соображениям не каждый человек решится «отсидеться» при пожаре в «пожаробезопасной комнате», например, на 32-ом этаже. А при угрозе ЧС или теракта это просто невозможно. У разрабатываемых средств самоспасения есть ещё один принципиальный недостаток - они не могут обеспечить покидание ВЗ людьми в массовом порядке.
В итоге остаётся традиционный и проверенный способ спасения -эвакуация из ВЗ «своим ходом» (в частности, по коридорам и незадым-ляемым ЛК типа НІ, Н2, НЗ), а также быстрейшее движение людей от ВЗ в безопасную зону - на достаточное расстояние или в укрытие, например, подземный переход.
Таким образом, во 2-й главе предложен критерий успешной эвакуации людей из ВЗ, справедливый как для случая пожара, так и при угрозе ЧС или теракта. Приведены базовые алгоритмы управления эвакуацией при пожаре (с учётом этажа пожара) и при угрозе ЧС или теракта. Представлена схема СОУЭ, реализующая эти алгоритмы и учитывающая постоянный мониторинг обстановки и связь с ДП отсеков и ЕДП ВЗ. Показана сложность и бесперспективность использования различных средств самоспасения для массовой эвакуации людей из ВЗ.
В дальнейшем представляется необходимым в моделях движения людского потока учитывать утомляемость и вероятностный характер движения.
Требования к системам оповещения и управления эвакуацией людей из зданий и сооружений
В расчётах сначала определяется плотность потока людей на 1-м участке по выражению (3.1), а затем - величина интенсивности q\ по выражению (3.2). Для 2-го и последующих участков определяются интенсивности движения людского потока (когда нет слияния потоков): (для горизонтальных путей qmax=l6,5 м/мин; для дверных проемов 7тах= 19,6 м/мин; для лестницы вниз 2W=16 м/мин; для лестницы верх #тах=11 м/мин), то скопления людей не образуется и At[ =0, а если условие (3.9) не выполняется, то образуется скопление людей и необходимо либо расширять і-й участок или проём, либо если это невозможно (например, в зданиях-памятниках архитектуры), учитывать возникающую задержку. Время задержки может быть определено по выражению [103]: где F - общая площадь проекции эвакуирующихся.
В дальнейшем будем полагать, что объёмно-планировочные решения ВЗ и порядок работы СОУЭ таковы, что скопления людей по причине узости участков эвакуационных путей и слияния потоков будут исключены, т.е. Atf=0.
Применение указанного подхода к расчёту времени эвакуации не обошлось без дискуссий. В частности, было отмечена неоднозначность определения скорости движения при интенсивности для некоторых случаев при переходе на следующий участок эвакуационного пути [103] - см. рис.3.9. Логично учитывать «наихудший» случай и выбирать наименьшую величину скорости - Vах. Предложение описывать поток эвакуирующихся с позиций теории массового обслуживания [102] вызвало отрицательную реакцию у некоторых специалистов [55, 117]. Была предложена модель движения людей «цепочкой» по узким проходам [106] и др.
Тем не менее, самым приемлемым оказывается «классический» подход к описанию процесса эвакуации, как наиболее проверенный, понятный и «прозрачный» - в отличие от большого комплекса компьютерных программ [115], моделирующих эвакуацию, проверить все этапы расчёта по которым практически невозможно.
Таким образом, «классическая» модель движения людского потока может быть принята при описании эвакуации людей из ВЗ. Однако её необходимо модифицировать путём учёта усталостных явлений [126] и вероятностного характера движения людей различных групп мобильности вне здания.
К вопросу о неоднозначности определения скорости по интенсивности движения при переходе не следующий участок эвакуационного пути
Для управляемого длительного движения в ВЗ может быть предложена следующая модель скорости движения, учитывающая усталостные явления и неоднородность групп мобильности эвакуирующихся при D DQ\ где ки- коэффициент учёта людей различных групп мобильности в потоке (км \ при том, что VQ, а И Z)0 соответствуют группе Ml); u(f) - «функция усталости» (рис.3.10) - некоторая монотонно убывающая функция от 1 (усталости нет) до 0 (полное утомление). Рис.3.10 Типичный вид функции усталости (а - при нахождении параметров функции, б - при вычислении пройденного пути) Возможно несколько способов математического представления функции усталости, из которых при расчётах времени /вз наиболее пригодны функции степенного и экспоненциального вида - соответственно: где X, т, ц. и п - параметры, определяемые экспериментально по двум точкам - на начальном (в момент /н) и на последующем (в момент tK) этапах движения. Экспоненциальная функция (3.13) была успешно применена К.В.Погорельской при учёте утомляемости операторов ДП и ЕДДС.
Преимуществом функций (3.12) и (3.13) является то, что их параметры могут быть определены всего лишь по двум измерениям замедления движения людей - в моменты времени tH и 4 - рис.3.1-а. Определяя при этом соответствующие значения функции ин и ик, можно вычислить параметры Хит или ци п.
В частности, для степенной функции (3.12) величины X, и п могут быть найдены из выражений:
Графическое представление приведённого расстояния для (3.13) в соответствии с интегралом (3.20) при ҐНІ=0 ний в ВЗ, где люди различных групп мобильности движутся единым потоком, предполагает независимое движение людей. Т.е. люди группы мобильности Ml могут двигаться быстрее людей групп М2 и МЗ, исходя из физических возможностей каждого человека, ввиду чего распределение скоростей на этом участке может носить случайный характер, описываемый плотностью фу(Ул?)- Распределение людей на предпоследнем участке эвакуационного пути в ВЗ перед выходом наружу также может носить случайный характер и описываться распределением с плотностью р.().
Тогда распределение людей на последней участке эвакуационного пути при их движении по открытой местности в каждый момент времени t (отсчитывается от момента выхода из ВЗ) также будет случайным с плотностью ф(х,0, где х - координата на открытой местности, отсчитываемая от выхода из ВЗ.
В этом случае может быть оценена вероятность своевременного отхода людей в безопасную зону, отстоящую на расстоянии Хбз от выхода из ВЗ: где Т - момент времени, когда людям вне ВЗ начнёт угрожать опасность, например, от падения предметов с высоты (отсчитывается от момента выхода из ВЗ).
Плотность распределения эвакуирующихся p(x,t), в свою очередь, может быть найдена, исходя из того, что случайная величина х является суммой случайных координат нахождения человека на участке перед выходом из ВЗ и его пути z, пройденного вне ВЗ за время t со случайной скоростью УГв. Т.е. искомая плотность q (x,t) - композиция плотностей щ{Ь) и yz(z)=fx\\ \izlt).
В табл.3.10 приведены выражения для нахождения плотности вероятности ф(х,ґ) и вероятности своевременного отхода людей в безопасную зону/?бз согласно выражению (3.21).
Например, если предположить, что перед выходом из ВЗ распределены по закону равномерной плотности Rn(-Z,,0) на участке длиной L (рис.3.14), а скорость их на открытой местности лежит в пределах от Vm\n до Vmax и также подчиняется закону равномерной плотности Rn(Kmin,Fmax), то при движении в безопасную зону поток эвакуирующихся на момент t будет распределен трапециедально Tr{Vm\nt-L i,B,VmaJ) (рис.3.12), а параметры А и В находятся по выражениям:
Модель распределения эвакуирующихся при движении по открытой местности
Типовой этаж гостиницы (рис.4.1) вмещает 63 человека, имеет 7 лифтов и 2 ЛК. С 4-го по 12-й этажи к типовому этажу примыкают дополнительные корпуса, образующие другой пожарный отсек, откуда эвакуация может производиться независимо. Эвакуация людей из 1-3 этажей также может осуществляться независимо через отдельные эвакуационные выходы, а время эвакуации рассчитываться стандартным методом по ГОСТ 12.1.004-91 [7], поскольку для таких расстояний эвакуационных путей усталостные факторы сказываться не будут.
В этой связи далее будет моделироваться эвакуация только с типовых этажей (рис.4.1) и только по лестничным клеткам (без использования лифтов), поскольку эвакуация будет занимать длительное время и без эффективной работы СОУЭ не будет успешной.
При эвакуации как в случае пожара, так при угрозе теракта или ЧС алгоритм работы СОУЭ предполагает индивидуальное оповещение номеров по каждому из этажей отдельно. После получения сообщения, проживающие должны были взять документы, деньги и т.п. и выйти в коридор, после чего получить указание в какую ЛК двигаться. Весь их путь был под контролем - велось наблюдение по видеокамерам, сопровождение персоналом, в коридорах и ЛК размещались переговорные устройства, в случае необходимости из ЕДП в тот или иной участок эвакуационного пути могли подаваться корректирующие указания, задействовалось аварийное освещение, световые указатели [13,14,43] и т.п.
Алгоритм работы СОУЭ и объёмно-планировочные решения гостиницы предполагают отсутствие скоплений людей и задержек их движения при эвакуации как в случае пожара, так и при угрозе ЧС. Это достигается за счёт соответствующей ширины коридора и дверных проёмов, а также за счёт последовательной эвакуации с этажей посредством команд СОУЭ - с каждого этажа эвакуация начинается только тогда, когда ранее эвакуирующиеся люди уже освободили ЛК на данном этаже. При управлении эвакуацией как при пожаре, так и при угрозе ЧС или теракта из ДП и ЕДП ведётся постоянное наблюдение за потоками людей и учитывается возможность падения на лестнице кого-либо из людей с пониженной группой мобильности.
Как видно из планировок ВЗ (рис.4.1, приложение 3), для постояльцев гостиницы и персонала будут иметь место 3 основных участка эвакуационного пути в ВЗ - коридор этажа (Гз) лестница вниз (Лн) в ЛК и вестибюль (Гз), а вне ВЗ - горизонтальный участок (Гв) до безопасного расстояния от ВЗ. Согласно имеющейся статистике, на типовом этаже гостиницы из 63 человек - 45 группы мобильности Ml, а остальные 18 - группы М2 (хотя излагаемые методы позволяют учесть любые другие исходные данные по количеству людей в группах мобильности).
В случае пожара в расчётах принимался сценарий эвакуации из гостиницы, когда блокирована центральная ЛК («худший» вариант, /і=90 м), а эвакуационный путь с этажа проходил по коридору в дальнюю незадым-ляемую ЛК (рис.4.1-а), затем через вестибюль (/з=20 м) наружу (рис.4.2). 16 15 14 И 9 7
Алгоритм работы СОУЭ предполагает, что эвакуация начинается с этажа пожара М, а затем последовательно с вышележащих этажей. После этого последовательно эвакуировались этажи, начиная с этажа под этажом пожара (рис.2.4-а). Команда на движение с каждого этажа подаётся только после того, как люди с предыдущего эвакуируемого этажа уходят ниже выхода в ЛК из этажа, откуда планируется эвакуация. Это предполагает организацию искусственных задержек для эвакуации с каждого этажа.
Моделирование управляемой эвакуации при пожаре на М-ом этаже гостиницы дало следующие результаты. С учётом исключения скоплений людей в ЛК длительность эвакуации с каждого этажа гостиницы оценивалась по выражению:
Задержка начала эвакуации су-го этажа под этажом пожара складывается из времени выхода людей из вышележащих этажей и их прохода вниз по ЛК мимо выхода из этажа, откуда планируется эвакуация. При этом учитываются длины эвакуационных путей между этажами: А/і7_іб=ЛАб_і5=ДА5_і4=6,0 м, Д/і4_і2=7,2 м, A/i2ji=...=A/s_4=6,6 м. Величины задержек Atj, вычисленные с учётом времени прохождения этажей (табл.4.1),в зависимости от этажа пожара М, приведены в табл.4.2.
Как следует из результатов моделирования, при данном алгоритме работы СОУЭ, если пожар произойдёт на 4-ом этаже, то критичным будет время эвакуации из самого высокого 17-го этажа: /17=10,80+0,90+1,02+0,20=12,92 мин. А если пожар произойдёт на любом этаже выше 4-го, то критичной будет эвакуация 4-го этажа, хотя время останется таким же: ґ4=11,58+0,90+0,24+0,20=12,92 мин. Необходимо отметить, что при моделировании предполагалось, что эвакуируются люди самой высокой группы мобильности Мій они не чувствуют усталости.
Однако представляет необходимость исследовать влияние утомляемости эвакуирующихся и наличие групп мобильности ниже Ml на время эвакуации из данной гостиницы. В качестве функции усталости при движении участкам эвакуационного пути были взяты степенные функции (3.12) - по горизонтальным участкам иГз(0=[1+(0,100 954] \ а при движении по лестнице - илн(0=[1+(0»20, 365Г1- Наличие различных групп мобильности Ml и М2 учитывалось также коэффициентом км: kuHNMi+VMiVu NwyiNui+Nm), (4.4) где NMI, NM2 - число человек в группах мобильности Ml и М2 соответственно; Рмь Рм2 скорости движения соответствующих групп мобильности (в данном случае, поскольку у обеих групп одинаковые скорости движения как по горизонтальному пути, так и по лестнице вниз одинаковы, Рмі=100 м/мин, Рш=30 м/мин).
