Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ состояния вопроса в части пожарной безопасности в православных храмах 9
1.1. Православные храмы - важнейшая часть исторической и культурной составляющей россии 9
1.2. Архитектура и конструктивные особенности православных храмов 15
1.3. Особенности богослужения в православных храмах
1.4. Статистика происшедших пожаров на территории рф и на объектах культа 24
1.5. Нормативные документы, регламентирующие пожарную безопасность 35
1.6. Формулировка проблемы и постановка задач диссертационного исследования 38
2. Основные подходы к расчету времени эвакуации людей из православных храмов 42
2.1. Основные сведения об эвакуации людей 42
2.2. Расчет фактического времени эвакуации 45
2.3. Основы построения математических моделей 51
2.4. Методический аппарат, используемый при анализе риска чс 57
2.5. Оценка пожарного риска в храме 63
2.6. Модель управления риском пожарной опасности храма 72
2.7. Поведенческие особенности людей во время чс 77
3. Моделирование процессов эвакуации из православных храмов 83
3.1. Модели оценки рисков пожарной опасности 83
3.2. Модель оценки рисков пожарной опасности храма 85
3.3. Модель управления риском пожарной опасности храма 95
3.4. Поведенческая модель 107
3.5. Моделирование движения смешанного потока людей различных групп мобильности из православного храма 110
3.6. Моделирование движения людей «цепочкой» из православного храма 113
3.7. Моделирование движения смешанного потока людей различных групп мобильности из православного храма в программе "pyrosim" 116
Заключение 122
Список литературы
- Архитектура и конструктивные особенности православных храмов
- Нормативные документы, регламентирующие пожарную безопасность
- Оценка пожарного риска в храме
- Моделирование движения смешанного потока людей различных групп мобильности из православного храма
Введение к работе
Актуальность темы. Исторически Россия является страной, большинство населения которой исповедует Православную веру. Это обстоятельство обусловило наличие огромного числа Православных храмов в наших городах и селах. Географические особенности страны предопределили и тот факт, что многие храмы были деревянными или использовали древесину во внутренней отделке и регулярно страдали от пожаров. Пожарная опасность храмов обуславливалась ещё и их сложной планировкой, присутствием большого скопления верующих (как правило, всех групп мобильности – от здоровых и психологически устойчивых до инвалидов, престарелых и детей) во время службы, значительной пожарной нагрузкой и наличием открытого огня от свечей.
В этой связи пожары в Православных храмах представляют большую опасность для людей (прихожан, служителей храмов и самих пожарных), поскольку не всегда удавалось провести их успешную эвакуацию, а также осуществить спасение всех материальных и культурных ценностей. Помимо известных опасных факторов пожара особую угрозу представляет падение крестов и колоколов с высоты.
К сожалению, в 20-х - 80-х годах прошлого века в период гонений на Русскую Православную Церковь (РПЦ) и принижения ее роли в общественной жизни страны проблемой пожарной безопасности Православных храмов почти не занимались, за исключением музейного комплекса в Кижах и некоторых подобных объектов. И только в конце ХХ – начале XXI века, когда уцелевшие храмы стали возвращаться РПЦ и строиться новые храмы, проблема их пожарной безопасности встала с особой остротой. Она усугубилась еще и такими факторами, как значительное увеличение числа верующих (особенно массовое их присутствие в храмах в период Православных Праздников), участившиеся случаи пожаров (в т.ч. поджоги), гибель и травмирование людей.
К началу XXI века в деле обеспечения пожарной безопасности Православных храмов наметился определенный прогресс – разработан СП 31-103-99 «Здания, сооружения и комплексы Православных храмов», стали регулярно проводиться пожарно-тактические учения (например, на соборе Святой Софии в Псковском кремле, на храме в г. Колпино и др.), тщательная отработка планов тушения пожаров (ПТП) и планов эвакуации с учетом конкретных особенностей храмов и соответствующая работа с их служителями. Ведутся разработки в части адаптации известной теории людских потоков к вопросам совместной эвакуации людей различных групп мобильности, появились соответствующие компьютерные моделирующие программы.
Тем не менее, проблема обеспечения пожарной безопасности Православных храмов остается актуальной и требует проведения большого комплекса соответствующих исследований. Этому и посвятил автор свои усилия, основывающиеся на базе научных работ В.В. Холщевникова, Д.А. Самошина, С.В. Беляева, В.М. Предтеченского, А.И. Милинского, С.В. Пузача, А.А. Таранцева и др.
В этой связи целью работы является повышение безопасности людей в Православных храмах при возникновении пожаров или угрозе чрезвычайных ситуаций (ЧС).
Научная задача исследования – построение математических моделей движения людей при эвакуации из Православных храмов включая:
- выполнение анализа объемно-планировочных решений Православных храмов с учетом особенностей размещения верующих и групп их мобильности;
- построение математической модели движения смешанного потока людей различных групп мобильности по участкам эвакуационных путей при их эвакуации из Православных храмов;
- построение модели движения людей «цепочкой» при их движении по нестандартным эвакуационным путям;
- проведение сравнительной расчетной оценки времени эвакуации верующих на основе разработанных моделей и по программе «Pyrosim»;
- проведение натурного эксперимента движения смешанного потока людей различных групп мобильности с имитацией эвакуационных путей Православных храмов.
Объект исследования - процесс управления эвакуацией больших групп людей из Православных храмов при угрозе чрезвычайных ситуаций.
Предмет исследования – модели движения людских потоков и методики расчета времени эвакуации из Православных храмов при угрозе чрезвычайных ситуаций.
Научные результаты, выносимые на защиту:
- модель совместного движения людей различных групп мобильности при их эвакуации из Православных храмов;
- модель движения людей «цепочкой» при эвакуации по винтовым, прямым лестницам и по узким проходам в Православных храмах;
- методы расчета времени эвакуации потока людей различных групп мобильности из Православных храмов при угрозе чрезвычайных ситуаций.
Научная новизна результатов заключена:
В разработке модели совместного движения эвакуирующихся различных групп мобильности и модели движения людей «цепочкой» при эвакуации по винтовым и прямым лестницам и по узким проходам в Православных храмах во время эвакуации по ненормируемым эвакуационным путям и выходам.
Методы исследования: системный анализ, теория движения людских потоков, методы численного моделирования.
Достоверность результатов обеспечивается адекватностью используемых моделей, результатами тестирования программ, качественным и количественным соответствием результатов исследования теоретическим и экспериментальным результатам других авторов.
Практическая значимость исследования заключается в использовании его результатов при моделировании систем эвакуации людей в объектах РПЦ, а так же изменения в предложениях по совершенствованию нормативной базы в части обеспечения безопасности людей в культовых зданиях и сооружениях.
Результаты диссертационного исследования использованы в образовательном процессе Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС России, а также в СПбФ ВНИИПО МЧС России при анализе проектов реконструкции и строительства Православных храмов специалистами в области пожарной безопасности.
Апробация результатов исследования. Научные результаты диссертационного исследования нашли отражение в 3 статьях, опубликованных в изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ. Всего по теме диссертации имеется 16 публикаций.
Научные результаты, полученные в результате исследования, докладывались на заседаниях кафедр организации пожаротушения и проведения аварийно-спасательных работ, пожарной безопасности зданий и автоматизированных систем пожаротушения СПб университета ГПС МЧС России, а также на следующих международных и отраслевых научно-практических конференциях:
VI Международная научно-практическая конференция «Подготовка кадров в системе предупреждения и ликвидации, последствий ЧС», Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России, 19 октября 2007;
III Международная научно-практическая конференция «Технические средства противодействия террористическим и криминальным взрывам», Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России, 30-31 октября 2007;
Научно-практическая конференция «Сервис безопасности в России: опыт, проблемы, перспективы», Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России, 23-24 апреля 2008;
VIII Всероссийская научно-практическая конференция, «Проблемы прогнозирования ЧС», Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России, 8-10 октября 2008;
XVIII Международная научно-практическая конференция. «Культовые здания, сооружения и мероприятия с массовым пребыванием людей как объекты защиты от пожаров и ЧС», Академия гражданской защиты, г. Химки, 10 февраля 2009;
IV Всероссийская научно-практическая конференция «Проблемы обеспечения взрывобезопасности и противодействия терроризму», Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России, 21-22 апреля 2009;
Международная научно-практическая конференция «Технические средства противодействия террористическим и криминальным взрывам», Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России, 22 октября 2009;
Международная научно-практическая конференция. «Сервис безопасности: Опыт, проблемы и перспективы», Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России, 29-31 октября 2009;
V Всероссийская научно-практическая конференция «Проблемы обеспечения взрывобезопасности и противодействия терроризму», Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России, 20-21 апреля 2010;
Школа молодых ученых «Молодые ученые о системе обеспечения безопасности в условиях природных и техногенных чрезвычайных ситуациях в первой половине XXI века», Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России, 17 октября 2011.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трёх глав, заключения, списка литературы и приложений. Объем диссертации - 130 стр., из них 120 стр. основного текста (в том числе 15 рисунка, 10 таблиц), списка использованных источников из 115 наименований. Объем приложений - 10 стр.
Архитектура и конструктивные особенности православных храмов
Самые первые христиане (из иудеев) продолжали ревностно посещать Иерусалимский храм и молились в нём (Деян.21:26) до самого его разрушения — «И каждый день единодушно пребывали в храме и, преломляя по домам хлеб (совершая евхаристию и причащение)» - (Деян.2:46). Оказавшись вне Иерусалима, апостолы часто молились в синагогах и в частных домах благочестивых евреев и обращенных язычников. Во время гонений на христиан со стороны римских императоров, в качестве храмов христианами стали использоваться катакомбы — природные пещеры вблизи поселений и заброшенные шахты.
Когда император Константин Великий признал в 313 году христианство (на государственном уровне), то прежние языческие капища иногда стали перестраиваться под христианские храмы (выносились изваяния идолов, устанавливался престол и возвышенность для чтеца и др.). В то же время, мать Константина равноапостольная Царица Елена воздвигла в Иерусалиме величественный Храм Гроба Господня, ставший образцом в архитектуре и строительных приёмах для тысяч других, возводимых по всей империи христианских храмов и монастырей. Наиболее величественным и совершенным стал Софийский собор в Константинополе.
К этому времени сформировалась традиция, по которой все христианские храмы снаружи смотрелись либо как огромный крест, либо как круг (символ вечности), либо как корабль (Ноев Ковчег). В храмах притвор (и паперть) предназначались для оглашенных (ещё готовящихся ко крещению), и обуреваемых (кающихся). Внутри православных храмов появился иконостас — перегородка, отделяющая самую святую часть храма— алтарь (реже — кувуклия), куда могут входить только мужчины. Также стал отделяться клирос и хоры для певцов, чтецов и пономарей (алтарников), а посреди храма стал устанавливаться аналой с иконой праздника и (в соборах) архиерейская кафедра.
На Руси, с принятием христианства, православные храмы изначально имели своеобразную белокаменную архитектуру и оформление, несмотря на то, что каменные храмы строились под руководством греческих, итальянских и немецких мастеров (строящийся без участия иностранцев купол первого Успенского собора в московском Кремле трижды обрушивался, так как, секрет точного расчёта прочности сводов был неизвестен доморощенным умельцам). Поэтому в России гораздо чаще строили небольшие деревянные терема-церквушки, которые часто страдали от пожаров (при неосторожном обращении с кадилом, свечами и лампадами). Архитектура русских каменных храмов, колоколен и звонниц бывает нескольких стилей: древнее зодчество, русское барокко, классицизм, ампир и др.
Святой равноапостольный князь Владимир и его преемник, князь Ярослав Мудрый, стремились органически включить Русь во вселенский организм христианства. Воздвигнутые ими храмы служили этой цели, ставя верующих перед совершенным софийным образом Церкви. Эта ориентация сознания через литургически опытную жизнь определила во многом дальнейшие пути русского средневекового церковного искусства. Уже первые русские храмы духовно свидетельствуют о связи земли и неба во Христе, о Богочеловеческой природе Церкви. Киевский Софийский собор выражает идею Церкви как единства, состоящего из множественных, обладающих определенной самостоятельностью частей. Иерархический принцип устроения мироздания, ставший основной доминантой византийского мировоззрения, наглядно выражен как во внешнем, так и во внутреннем облике храма. Человек, входящий в собор, чувствует себя органически включенным в иерархически упорядоченную вселенную. Неразрывно связано со всем обликом храма его мозаичное и живописное убранство. Параллельно со сложением типа крестовокупольного храма в Византии шел процесс создания единой системы храмовой росписи, воплощающей богословско-догматическое выражение учения христианской веры. Своей предельной знаковой продуманностью эта роспись оказала огромное влияние на восприимчивое и раскрытое духу сознание русского человека, выработав в нем новые формы восприятия иерархической реальности. Роспись Киевской Софии стала определяющим образцом для русских храмов. В зените барабана центрального купола - изображение Христа как Господа Вседержителя (Пантократора), отличающееся монументальной мощью. Ниже четыре архангела, представители мира небесной иерархии, посредники между Богом и человеком. Изображения архангелов расположены по четырем сторонам света в знак их господства над стихиями мира. В простенках, между окнами барабана центрального купола, образы святых апостолов. В парусах образы четырех евангелистов. Паруса, на которых покоится купол, воспринимались в древней церковной символике как архитектурное воплощение веры в Евангелие, как основание спасения. На подпружных арках и в медальонах Киевской Софии - изображения сорока мучеников. Общий замысел храма духовно раскрыт в образе Богоматери-Оранты (с греч. Молящаяся) - "Нерушимая Стена", помещенном вверху центральной апсиды, который укрепляет целомудренную жизнь религиозного сознания, пронизывая его энергиями нерушимой духовной основы всего тварного мира. Под изображением Оранты - Евхаристия в литургическом изводе. Следующий ряд росписи - святительский чин - способствует переживанию духовного соприсутствия творцов православного богослужения - святых Василия Великого, Григория Богослова, Иоанна Златоуста, Григория Двоеслова. Так уже первые киевские храмы стали как бы материнской почвой для дальнейшего развития духовной жизни русского Православия.
Нормативные документы, регламентирующие пожарную безопасность
При возникновении пожара основным условием безопасности является исключение воздействия на людей опасных факторов пожара (ОФП). При проектировании зданий необходимо предусмотреть такие объемно-планировочные и конструктивные решения, чтобы время выхода людей из здания было меньше, чем время наступления предельно допустимых значений ОФП, воздействующих на человека. Оценка времени выхода проводится на основе физических законов движения людей по путям эвакуации.
Эвакуация представляет собой процесс организованного самостоятельного движения людей непосредственно наружу или в безопасную зону из помещений, в которых имеется возможность воздействия на них опасных факторов пожара. Эвакуацией также следует считать несамостоятельное перемещение людей, относящихся к маломобильным группам населения, осуществляемое обслуживающим персоналом.
Для оценки времени эвакуации и проверке соблюдения условия безопасности необходимо для каждого здания определить пути эвакуации и непосредственно эвакуационные выходы.
Эвакуационный путь (путь эвакуации) - путь движения и/или перемещения людей, ведущий непосредственно наружу или в безопасную зону, удовлетворяющий требованиям безопасной эвакуации людей при пожаре.
Эвакуационный выход - выход, ведущий на путь эвакуации, непосредственно наружу или в безопасную зону. Перечень путей и выходов относящихся к эвакуационным определен нормативными документами по пожарной безопасности. К эвакуационным выходам из зданий относятся выходы, которые ведут: 1. Из помещений первого этажа наружу: а) непосредственно; б) через коридор; в) через вестибюль (фойе); г) через лестничную клетку; д) через коридор и вестибюль (фойе); е) через коридор, рекреационную площадку и лестничную клетку; 2. Из помещений любого этажа, кроме первого: а) непосредственно на лестничную клетку или на лестницу 3-го типа; б) в коридор, ведущий непосредственно на лестничную клетку или на лестницу 3-го типа; в) в холл (фойе), имеющий выход непосредственно на лестничную клетку или на лестницу 3-го типа; г) на эксплуатируемую кровлю или на специально оборудованный участок кровли, ведущий на лестницу 3-го типа; 3. В соседнее помещение, за исключением помещения класса Ф5 категорий А и Б, расположенное на том же этаже и обеспеченное выходами, указанными в пунктах 1 и 2 рассмотренных выше. Выход из технических помещений без постоянных рабочих мест в помещения категорий А и Б считается эвакуационным, если в технических помещениях размещается оборудование по обслуживанию этих взрывопожароопасных помещений. Эвакуационными выходами считаются также: 1. Выходы из подвалов через общие лестничные клетки в тамбур с обособленным выходом наружу, отделенным от остальной части лестничной клетки глухой противопожарной перегородкой 1-го типа, расположенной между лестничными маршами от пола подвала до промежуточной площадки лестничных маршей между первым и вторым этажами. Эвакуационные выходы из подвальных и цокольных этажей следует предусматривать таким образом, чтобы они вели непосредственно наружу и были обособленными от общих лестничных клеток здания. 2. Выходы из подвальных и цокольных этажей с помещениями категорий В4, Г и Д в помещения категорий В4, Г и Д и вестибюль, расположенные на первом этаже зданий производственного и складского назначения. 3. Выходы из фойе, гардеробных, курительных и санитарных помещений, размещенных в подвальных или цокольных этажах зданий классов Ф2, ФЗ и Ф4, в вестибюль первого этажа по отдельным лестницам 2-го типа; 4. Выходы из помещений непосредственно на лестницу 2-го типа, в коридор или холл (фойе, вестибюль), ведущие на такую лестницу, при условии соблюдения ограничений, установленных нормативными документами по пожарной безопасности; 5. Распашные двери в воротах железнодорожного и автомобильного транспорта.
Выходы не являются эвакуационными, если в их проемах установлены раздвижные или подъемно-опускные двери, вращающиеся двери, турникеты и другие предметы, препятствующие свободному проходу людей.
В отличие от обеспечения сохранности строительных конструкций безопасность людей должна гарантироваться во всех случаях и вне зависимости от экономических соображений. Поэтому каждое здание должно иметь объемно-планировочные и конструктивные решения исполнения эвакуационных путей, обеспечивающие безопасную эвакуацию людей при пожаре. Для обеспечения эвакуации людей должно быть предусмотрено следующее: 1. Установлены необходимое количество, размеры и соответствующее конструктивное исполнение эвакуационных путей и эвакуационных выходов; 2. Обеспечено беспрепятственное движение людей по эвакуационным путям и через эвакуационные выходы; 3. Оповещение и управление движением людей по эвакуационным путям с помощь системы оповещения людей о пожаре и управления эвакуацией (СОУЭ); 4. Обучение персонала объекта по проведению эвакуации.
Оценка пожарного риска в храме
Количество и расположение пожарной нагрузки не представляют опасности для устойчивости основных несущих элементов конструкций в первый час пожара, и основной проблемой будет являться блокирование путей эвакуации продуктами горения.
Т.к. все части храма имеют идентичную планировку, сопоставимы по площади отсека, то наиболее опасным представляется возникновение очага пожара в помещении главного зала, расположенного в центре здания возле выходов на фасадной стороне.
В случае пожара в помещении собора горение из очага пожара будет распространяться радиально в стороны и конусообразно вверх по пожарной нагрузке, в основном состоящей из горючих и негорючих материалов. При этом опасные факторы пожара в помещении, где расположен очаг пожара, за короткий период времени могут достичь значений, опасных для жизни и здоровья, находящихся там людей. Следовательно, в случае несвоевременной эвакуации людей из помещения, где произошел пожар, возможно получение людьми отравлений токсичными продуктами горения, а также их травмирование и гибель.
На начальной стадии пожара у конструкций и конструктивных элементов здания наступления предельных состояний по огнестойкости не произойдет.
Однако, при несвоевременном обнаружении и тушении пожара, первоначально произойдет обрушение светопропускающих и перегородок, затем плиты перекрытий могут получить критические деформации, вплоть до образования «пластического шарнира», а в дальнейшем возможно обрушение перегородок и колонн здания. На основании полученных данных произволен анализ пожарной опасности здания, при этом учитывались: возможная динамика развития пожара; состав и характеристики системы противопожарной защиты; возможные последствия воздействия пожара на людей и конструкции здания. Рассмотрены сценарии пожара, при которых ожидаются наихудшие последствия для находящихся в здании людей. Для построения полей опасных факторов пожара проводится экспертный выбор сценария или сценариев пожара, при которых ожидаются наихудшие последствия для находящихся в здании людей. Формулировка сценария развития пожара включает в себя следующие этапы: выбор места нахождения первоначального очага пожара и закономерностей его развития; - задание расчетной области (выбор рассматриваемой при расчете системы помещений, определение учитываемых при расчете элементов внутренней структуры помещений, состояния проемов); - задание параметров окружающей среды и начальных значений параметров внутри помещений. Выбор места нахождения очага пожара производится экспертным путем. При этом учитывается количество горючей нагрузки, ее свойства и расположение, вероятность возникновения пожара, возможная динамика его развития, расположение эвакуационных путей и выходов. 1. Первичным очагом загорания служит малокалорийный источник тепла - замыкание электропроводки (УЗО не сработало). Пожар происходит с максимальной пожарной нагрузкой по площади в 100 м2 на уровне пола. Пожар распространяется без задержки по рассредоточенной твердой горючей нагрузке. Схема пожара круговая. Пожар распространяется радиально. Распределение пожарной нагрузки по площади горения полагается равномерным, свойства пожарной нагрузки однородны. В первые минуты пожара продукты горения поднимаются к перекрытию помещения и распространяются под перекрытием, заполняя свободный объем. 2. Расчетная область пожара ограничена наружными стенами и перекрытиями отсека. Все стены, перегородки и перекрытия не адиабатичны и участвуют в процессе тепломассопереноса. Оборудование не адиабатично и участвует в процессе тепломассопереноса. 3. Наружные дверные проемы открыты, проемы помещений открыты вследствие эвакуации людей из помещений. 4. Наружная температура воздуха 20 С, осадков нет. Скорость ветра ровна 0 м/с - штиль. Наружное давление 101,3 кПа. Начальные параметры внутренней среды, стен, перекрытий не отличаются от наружных. Система находится в состоянии покоя. 5. Тушение пожара не рассматривается. Первичные средства пожаротушения не сработали. 6. Реакция горения происходит мгновенно. 7. Пожар регулируется нагрузкой (ПРН) - горение происходит при достаточном количестве кислорода. 8. Нет точных данных о химическом составе горючего вещества -моделируется содержимое зданий и помещений с помощью усредненных данных из справочной литературы. 9. В пожарной нагрузке участвуют материалы: бумага, картон, полиэтилен, полистирол, масло, свечи. 10. Вследствие пожара будет блокироваться выходы из зала непосредственно наружу. В данном сценарии рассматривается эвакуация людей через выходы из залов непосредственно наружу, по основным путям эвакуации. Выбор конкретной модели расчета времени блокирования путей эвакуации осуществлен исходя из следующих предпосылок: интегральный метод: - для зданий, содержащих развитую систему помещений малого объема простой геометрической конфигурации; - для помещений, где характерный размер очага пожара соизмерим с характерными размерами помещения и размеры помещения соизмеримы между собой (линейные размеры помещения отличаются не более чем в 5 раз); - для предварительных расчетов с целью выявления наиболее опасного сценария пожара; зонный (зональный) метод: - для помещений и систем помещений простой геометрической конфигурации, линейные размеры которых соизмеримы между собой (линейные размеры помещения отличаются не более чем в 5 раз), когда размер очага пожара существенно меньше размеров помещения; для рабочих зон, расположенных на разных уровнях в пределах одного помещения; полевой метод: - для помещений сложной геометрической конфигурации, а также помещений с большим количеством внутренних преград (атриумы с системой галерей и примыкающих коридоров, многофункциональные центры со сложной системой вертикальных и горизонтальных связей и т.д.); - для помещений, в которых один из геометрических размеров гораздо больше (меньше) остальных; - для иных случаев, когда применимость или информативность зонных и интегральных моделей вызывает сомнение (уникальные сооружения, распространение пожара по фасаду здания, необходимость учета работы систем противопожарной защиты, способных качественно изменить картину пожара, и т.д.).
Учитывая геометрические параметры помещений, размер очага пожара, для целей настоящего расчета применяется полевая математическая модель для определения времени блокирования путей эвакуации опасными факторами пожара.
Моделирование движения смешанного потока людей различных групп мобильности из православного храма
Вероятность эвакуации людей по всем выходам составляет РЭ = 0,999. Была проведена оптимизация и моделирование эвакуации 600 человек, находящихся в начальный момент эвакуации внутри храма. Предлагаемый план эвакуации для рассматриваемого здания был оптимизирован методом полного перебора и генетическим алгоритмом. На рис 3.8, 3.9 и в таблицах 3.6, 3.7 приведены динамики расчета плотности людского потока и время существования скоплений людей на лестницах между 2-м и 1-м этажами. Из графиков видно, что лестницы представляют собой «узкие места». На лестницах достаточно быстро плотность людского потока D превышает плотность Д/тач (на рис. 3.8, 3.9 плотности Dqnax соответствует красная линия), которой соответствует максимальная интенсивность qmaK- Интенсивность людского потока q начинает уменьшаться, что приводит к образованию скоплений людей. На рис 3.8, 3.9 приведены динамики расчета скопления людей перед первым и вторым выходам. Продолжительность эвакуации при моделировании во всех трех случаях приведена в таблице 3.6. При оптимизации планов эвакуации время существования скоплений людей на первой лестнице уменьшается, на второй - увеличивается. Но в целом общее время эвакуации сокращается в среднем на 4 %. Из таблицы 3.6 видно, что время эвакуации через первый выход в среднем в 1,7 раза больше чем продолжительность эвакуации через второй выход. Идеальным вариантом в данном случае был бы такой план эвакуации, при котором время эвакуации через оба выхода были приблизительно равны. Большая разница между продолжительностями эвакуации через разные выходы объясняется тем, что методика расчета общей продолжительности эвакуации по ГОСТ 12.1.004-91 дает самый грубый расчет, не учитывая растекание и переформирование людского потока [102].
В рассматриваемом примере это приводит к неправильному определению времени эвакуации через первый и второй выходы (результаты расчета времени эвакуации при помощи зависимостей ГОСТ 12.1.004-91 приведены в таблице 3.5). Но даже в этом случае оптимизация эвакуации позволяет сократить время существования скоплений на лестницах.
На рис. 3.10 и в таблице 3.3 приведены динамики расчета плотности людского потока перед проходами в стенах, ведущих из боковых коридоров на первую лестницу.
Графики, приведенные на рис. 3.9 показывают, что оптимизация позволила уменьшить время существования скоплений на первой лестнице, по которой эвакуируется из здания наибольшая часть людей (данные по количеству людей, эвакуирующихся через каждый выход, приведены в таблице 3.8).
Динамика расчета плотности людского потока D (м / м ) перед вторым выходом из здания в интервале t=0-750c.( а - без оптимизации,- оптимизация генетическим алгоритмом, - оптимизация методом перебора, - плотность м , что соответствует образованию скопления людей)
При моделировании эвакуации 600 человек случайным образом размещались внутри здания. Величина задается для каждого маркера случайным образом из диапазона 0,9-0,125 м2. Скорость свободного движения V0 .задается с учетом уровня эмоционального состояния и определяется по таблице в [101]. Моделирование эвакуации проводилось со скоростями Vo, соответствующими комфортному уровню эмоционального состояния. Выбор комфортного уровня эмоционального состояния определяется тем, что именно этот уровень характерен для учебных эвакуации, что позволяет сравнить экспериментальные данные с полученными в результате моделирования. При моделировании считалось, что эвакуация начинается. В реальности между моментом оповещения и началом эвакуации существует время задержки. Причем для каждого помещения это время будет различным. Однако для эвакуации из здания Казанского собора определение величин времени задержки требует проведения экспериментов. Поэтому в нашем случае время задержки эвакуации не учитывалось.
Моделирование позволило определить распределение плотностей потока людей при эвакуации. На рис. 3.13 приведены данные расчета параметров эвакуации здания через 1,5 и 4 минуты после начала эвакуации соответственно. Из рисунков видно, что наиболее неблагоприятными участками движения людей относительно плотности людского потока являются пространства перед проходами в стене. Для поэтапного эвакуационного плана общее время эвакуации составило t = 270,7 сек. Данные расчета плотностей потока для поэтапного плана приведены в Приложении.
Моделирование эвакуации позволило определить возможный временной диапазон, в котором может оказаться полное время эвакуации. В рассматриваемом случае этот диапазон составил t=200-280c.
Натурное моделирования движения смешанного потока людей различных групп мобильности проводилось в церкви «Вознесение Господне», город Колпино 23 сентября 2009 года, а так же на базе Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС России.
Для проведения эксперимента в качестве эвакуирующихся были задействованы слушатели Санкт - Петербургского университета ГПС МЧС России и администрация храма. «Прихожане» были распределены с максимальной плотностью, соответствующей «наполняемости» храма в праздничные дни.
При определении пропускной способности были задействованы 3 видеокамеры, регистрация времени движения людского потока на участках производилась хронометристами.
Предполагалось, что до начала эвакуации из храма все прихожане равномерно распределились по всему молельному залу. После объявления администрацией о начале эвакуации прихожане одновременно начали выходить из молельного зала.
Каждый из участков с помощью координатной сетки разбивался на элементарные площади горизонтальной проекции человек (в зависимости от группы мобильности). В начальный момент времени задавалось количество и расположение людей на каждом участке. Логическое построение алгоритма основывалось на анализе состояния элементарных соседних участков в направлении движения по координатной сетке. При условии, если следующий по ходу движения элемент свободен, в него производилось «перемещение человека». Если элемент являлся последним на рассматриваемом участке, «перемещение человека» проводилось на следующий участок эвакуационного пути.
