Безопасная эвакуация людей при строительстве и эксплуатации высотных зданий

Пожары и чрезвычайные ситуации: предотвращение, ликвидация. № 2. 2009

Инвесторы должны осознавать, что специальные технические условия на проектирование противопожарной защиты здания, столь модные в настоящее время, предназначены для прора- ботки комплексной системы, а не для подтверждения элементарных нарушений противопожар- ных требований.

Представителям экспертизы проектов необходимо владеть не только нормативными тре- бованиями, к сожалению часто допускающими неоднозначное решение, но и методами опреде- ления расчетного и необходимого времени эвакуации, расчета огнестойкости строительных кон- струкций в условиях реального пожара.

Представителям строительного надзора следует работать в тесном сотрудничестве с про- ектировщиками и не допускать отступлений от проектной документации.

УДК 614.841.334

Б. Б. Серков доктор технических наук, профессор, начальник учебно-научного комплекса проблем пожарной безопасности в строительстве Академии ГПС МЧС России

Д. А. Самошин кандидат технических наук, преподаватель кафедры пожарной безопасности в строительстве Академии ГПС МЧС России

B. Serkov, D. Samoshin

БЕЗОПАСНАЯ ЭВАКУАЦИЯ ЛЮДЕЙ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ И ЭКСПЛУАТАЦИИ

ВЫСОТНЫХ ЗДАНИЙ

Рассмотрены проблемы эвакуации людей из высотных зданий: образование продолжительных люд- ских скоплений высокой плотности, сложности организации эвакуации людей с физическими ограничения- ми, протяженность путей и продолжительность эвакуации в высотных зданиях, а также движение эвакуиро- ванных людей по территории здания. Проанализированы способы обеспечения своевременного и беспрепят- ственного движения людей на основе поэтапной комбинированной (с помощью лифтов) эвакуации.

Ключевые слова: эвакуация, высотные здания, эвакуационное движение.

SAFE EVACUATION DURING CONSTRUCTION AND OPERATION OF HIGH-RISE BUILDINGS

Crucial problems of high-rise building evacuation are discussed in the paper: prolonged high-dense con- gestions, evacuation of people with disabilities, time-consuming movement along lengthy egress routes, evacu- ees’ endurance problems and mass crowded moment on the building territory. Means for timely and unimpeded movement towards building exits based on staged combined (with elevators) evacuation are analyzed.

Keywords: evacuation, high-rise buildings, evacuation movement.

В настоящее время высота самой высокой башни мира Тайпей 101 (Тайвань) составляет

508 м, а к 2010 г. высота строящейся башни Бурж Дубаи (ОАЭ) достигнет проектной отметки

807 м. Проблемы обеспечения безопасности людей при пожаре (ЧС) в таких зданиях выходят на первый план. Так, за последние 10 лет произошло более 30 крупных пожаров в высотных зда- ниях, эвакуация из которых представляла сложную задачу. Погибли и были травмированы де- сятки человек.

Анализ проектных решений и результатов расчета процесса эвакуации людей из высотных зданий [1–3], позволяют сформулировать следующие основные проблемы.

Теоретические и практические аспекты обеспечения пожарной и комплексной безопасности. Системы безопасности

1. При эвакуации по лестничным клеткам (в типовом офисном высотном здании – как пра- вило, по двум) в результате слияния людей выходящих с этажей и идущих по лестнице вниз обра- зуются части потока, которые не успевают растекаться до малой плотности до того, как они дос- тигают мест выхода людей с нижележащего этажа. В результате на участках слияния образуются потоки такой величины, что пропускной способности сечений общего пути оказывается недоста- точно для обеспечения беспрепятственного движения, т. е. qi > qmax, а изменить ширину общего участка до такой величины, чтобы выполнялось условие qi < qmax, нет возможности. В таком слу- чае происходят продолжительные людские скопления высокой плотности (7–8 чел./м2) (рис. 1), ведущие к появлению риска гибели от компрессионной асфиксии.

Выполненные исследовательские работы позволяют оценить возможность образования скопления людей в лестничной клетке без выполнения расчетов (табл. 1).

Таблица 1

Допустимое количество людей на этажах здания для исключения образования высоких плотностей в лестничной клетке (при f = 0,125 м2)

Высота Допустимое количество человек на этаже при ширине марша, м этажа, м 1,05 1,2 1,35 1,5 1,8

2,8 32 40 47 56

3,0 34 41 49 57

3,3 36 44 52 60

3,6 38 46 54 63

4,2 49 60 71 83

4,8 53 64 76 89

6,0 68 83 98 115

L, м L, м

1

10

19

28

37

46

55

64

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

D, м2/ м2 б D, м2/ м2 а

Рис. 1. Значения плотностей людских потоков в лестничной клетке. Стрелками показаны места выхода людей с этажа в лестничную клетку: а – скопления происходят в местах выхода людей с этажа;

б – продолжительные скопления по всей лестничной клетке

Пожары и чрезвычайные ситуации: предотвращение, ликвидация. № 2. 2009

2. Эвакуация людей с физическими ограничениями представляет собой нерешенную зада- чу, так как идти по лестнице многие из них не в состоянии, а зоны безопасности проектируются, как правило, только на уровне технических этажей, а до них еще нужно дойти.

3. Продолжительность эвакуации составляет, как правило, 1–2 ч и более: высокая плот- ность потока, обусловленная высокой населенностью этажей, и низкая скорость движения ведут к высокому значению времени эвакуации людей (табл. 2).

Таблица 2

Минимальное время эвакуации высотного офисного здания по данным [4]

Ширина марша Минимальное время, мин, эвакуации высотного офисного здания (мин)

(проектная/ в зависимости от количества человек, эвакуирующихся через 1 лестницу эффективная*) 500 1000 2000 3000 4000 5000 6000

1078 / 882 9 17 33 50 66 83 99

1372 / 1176 7 13 25 36 48 60 72

1666 / 1470 6 10 19 29 38 48 57

Примечание. * Под эффективной шириной понимается ширина марша лестницы в свету: проектная ширина марша минуc ширина перил и т. п.

4. Высокие требования к физической подготовке людей, не имеющих нарушений функ- ций организма: для выхода людей из здания требуется пройти расстояние от 150 м до 1 км и более в потоке высотной плотности, что является тяжёлой нагрузкой на организм. Большин- ство людей испытывают «ужасную» усталость уже через 5 минут движения по лестнице вниз.

Жизненные ситуации подтверждают эти результаты, давая, к сожалению, «яркие» примеры.

Известно, например, что при взрыве в здании Всемирного торгового центра в Нью-Йорке в 1993 г.

одновременная эвакуация привела к травмированию людей в лестничных клетках и продолжа- лась около 6 ч [5].

Решением указанных проблем является поэтапная пешеходная и поэтапная комбинирован- ная (с использованием лифтов) эвакуация людей.

Использование лифтов для эвакуации людей вызывает наибольшее количество вопросов.

Использование защищенных лифтов для эвакуации в некоторых высотных зданиях официально разрешено [6]; анализ конструктивных и технических способов защиты лифтов и лестничных кле- ток в высотных зданиях в соответствии с МГСН 4.19, показал их фактически сопоставимый высо- кий уровень защиты [7].

Более того, результаты исследования поведения людей при пожарах показывают, что в случае, если лифты при пожаре не были отключены, то большая часть населения эвакуи- руются с помощью лифтов. До 15 % общего количества людей используют их для эвакуации даже в 5-этажных зданиях [8]. Результаты анкетного опроса, проведенного в Японии, пока- зали, что до 67 % людей при пожаре в 20-этажном здании с апартаментами использовали лифты для эвакуации (рис. 2) [9]. Исследование эвакуации людей из башен Всемирного торгового центра при атаке террористов в 2001 г. привело к выводу, что «использование лифтов позволило сохранить более 3000 жизней» [10].

Теоретические и практические аспекты обеспечения пожарной и комплексной безопасности. Системы безопасности

Этажи здания

3-5 36

6-9 22 67

13-10 44 44 6

14-17 75

18-20 67 22

0% 20% 40% 60% 80% 100%

Лифты Лестницы Лифты и лестницы Другое

Рис. 2. Результаты анкетного опроса [9] после пожара на предмет использования лифтов для эвакуации

Как уже отмечалось выше, наиболее эффективным способом обеспечения безопасной эвакуации людей при возникновении ЧС является поэтапное ее проведение. Разработка алгоритма поэтапной эвакуации людей включает в себя следующие действия.

1. Разработка концепции алгоритма организации эвакуации. Как правило, приоритет отда- ется эвакуации людей с этажа пожара и вышележащего этажа, затем вышележащих этажей (эта- жа), далее нижележащих этажей (этажа), а в дальнейшем – последовательной эвакуации с самых высоких до самых низких этажей здания.

2. Расчет параметров движения людских потоков (время и интенсивность выхода людей с этажа, а также параметры движения по лестничной клетке).

3. Определение количества этажей, которые исключают образование скопления в лестничной клетке.

4. Определение расстояния между блоками одновременно эвакуируемых этажей, исклю- чающее слияния людских потоков: головной части потока с вышележащих этажей и замыкающей части потока с нижележащих этажей.

5. Определение интервалов подачи сигналов к началу эвакуации людей с этажей для исключения слияния потоков из различных расчетных блоков.

6. Использование лифтов для эвакуации людей требует выполнения расчета их провозной способности, величин времени ожидания прибытия на этаж и других параметров.

7. Составление алгоритма поэтапной эвакуации.

Расчеты показывают, что при полной поэтапной эвакуации людей с использованием лифтов по сравнению с полной одновременной эвакуацией удается добиться увеличения скорости дви- жения людей в 7 раз (с 7 до 50 м/мин), и уменьшения плотности людских потоков в лестничной клетке в 3 раза (с 9 до 3 чел./м2), что обеспечивает беспрепятственность эвакуации и ведет к снижению её продолжительности в 3–4 раза.

Недостаточное внимание уделяется движению людей по территории, хотя это представляет собой отдельную сложную задачу [3]. Сложность связана с тем, что при решении задач пожарной безопасности, безопасность людей считается обеспеченной, если люди успешно покинули зда- ние. Однако, например, при полной вместимости объектов «Москва–Сити», количество людей, которое необходимо эвакуировать с территории, составляет несколько сотен тысяч человек. Для решения таких задач в свое время был разработан программный комплекс SDLP [2], пример его использования приведен на рис. 3.

Пожары и чрезвычайные ситуации: предотвращение, ликвидация. № 2. 2009

Рис. 3. Пример моделирования движения людей по территории – распределение прибытия людей в точку сбора. Количество человек – 2140; время выхода людей из здания – 386 с;

расстояние от выхода из здания до точки сбора 150 м

Обобщая представленный материал, следует отметить, что своевременная и беспрепятст- венная эвакуация из высотных зданий (а также по их территории) представляет собой сложную и не в полной мере решенную в настоящее время задачу. Наиболее перспективными путями реше- ния является организация эвакуации с помощью лифтов, организация поэтапной эвакуации и их комбинация. Работа над совершенствованием алгоритмов и их правоприменительной практикой ведется.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Холщевников В. В. Оптимизация путей движения людских потоков. Высотные здания: Дис.… канд. техн. наук. – М.: 1969.

2. Холщевников В. В. Исследования людских потоков и методология нормирования эвакуации лю- дей из зданий при пожаре. – М.: МИПБ МВД России, 1999. – 93 с.

3. Холщевников В. В., Самошин Д. А. Эвакуация и поведение людей при пожарах: Учебное посо- бие. – М.: Академия ГПС МЧС России, 2009.

4. Pauls J., Elevator and Stairs for Evacuation: Comparison and Combination. ASME Workshop to Focus on Elevator Emergencies in High-Rise Buildings. New York, Dec. 11, 2003.

5. Isner M., Klem T. 1994. The World Trade Center Explosion and Fire, February 26, 1993. Fire Investiga- tion Report. National Fire Protection Association.

6. Arlida A. Review of Evacuation Procedure for the Petronas Twin Tower. Proceedings of the CIB-STBUH

International Conference on Tall Buildings. 20–23 October 2003, Malaysia.

7. Холщевников В. В., Самошин Д. А. К вопросу безопасности использования лифтов при эвакуа- ции из высотных зданий // Пожаровзрывобезопасность. – 2006. – № 6. – С. 45–46.

8. Siikonen M.-L., Bдrlund K., Kontturi R. Transportation Design for Building Evacuation. ASME Workshop to Focus on Elevator Emergencies in High-Rise Buildings NEW YORK, Dec. 11, 2003.

9. Sekizawa А., Nakahama S., Notake H. Study on Feasibility of Evacuation using Elevators in a High-rise

Building. ASME Workshop to Focus on Elevator Emergencies in High-Rise Buildings NEW YORK, Dec. 11, 2003.

10. Отчет NIST «Final Report on Collapse of the World Center Towers» / NIST NCSTAR 1.USA, 2005.