Методология проектирования эвакуационных путей вне зданий

БЕЗОПАСНОСТЬ ЛЮДЕЙ ПРИ ПОЖАРАХ

Ю. В. АЛЕКСЕЕВ, д-р архит., профессор Московского государственного строительного университета, г. Москва, Россия

УДК 614.849

МЕТОДОЛОГИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

ЭВАКУАЦИОННЫХ ПУТЕЙ ВНЕ ЗДАНИЙ

Возросшая этажность городской застройки определяет необходимость размещения зон без- опасности для людей в случае их эвакуации из зданий вне зоны их возможного обрушения при чрезвычайных ситуациях, в частности при пожаре. Однако существующая система противопо- жарного нормирования эвакуационных путей и выходов ограничивается только зданием. Рас- сматривается состояние разработки методов, необходимых для построения сети эвакуацион- ных путей на территории от выходов из зданий до зон безопасности, обеспечивающих беспрепятственность и своевременность эвакуации людей. Приводятся примеры использова- ния этих методов.

Ключевые слова: движение людей; эвакуация; зона безопасности; пешеходная сеть; жизне- способность; модели движения; система нормирования; четвертый этап эвакуации.

В настоящее время нормативные документы по про- порта. Ориентация пешеходного движения по направ- тивопожарной защите людей во время пожара рас- лениям к узлам и точкам контакта с коммуникаци- сматривают три этапа их эвакуации из зданий и со- онным каркасом города стимулирует формирование оружений: из помещения, с этажа, по лестничной многофункциональных комплексов и их развитие в клетке непосредственно до выхода на улицу или че- многоуровневые структуры на ограниченных тер- рез вестибюль. Но завершение третьего этапа еще риториях.

не является окончанием эвакуации, которая осуще- Многоаспектность проектирования многоуров- ствляется в целях обеспечения безопасности людей невой системы коммуникационных путей террито- при чрезвычайной ситуации в здании. Конечная цель рии, особенно при такой высокой концентрации их эвакуации — вывод людей за пределы здания на без- размещения, как, например, в ММДЦ “Москва – опасное расстояние, достаточное для исключения Сити”, диктует необходимость разработки общей возможного воздействия на них сопутствующих про- методологии планирования пешеходной системы в явлений опасных факторов пожара [1, ст. 9, п. 2] повседневных условиях эксплуатации зданий и со- или других чрезвычайных ситуаций (осколки, части оружений и в чрезвычайных ситуациях при эвакуа- разрушающихся конструкций и аппаратов, истека- ющие из них радиоактивные или токсичные веще- ства), либо вывод их в укрытие, защищающее от их воздействия.

Последствия трагедии 11 сентября 2011 г. в Нью-

Йорке напоминают нам о том, о чем писал еще в

1938 г. основоположник расчетного метода норми- рования эвакуационных путей и выходов С. В. Бе- ляев: “Четвертый этап эвакуации — от выхода из здания до рассеивания эвакуируемых в общем го- родском движении” [2, с. 30] (рис. 1).

Однако это не только этап эвакуации, но и кон- такт с городской средой. Для современной комму- никационной структуры города характерно четкое разделение функций транспортного и пешеходного передвижения: транспорт осуществляет общесис- темную интеграцию, пешеходное движение — связь между объектами дифференцированных элементов Рис. 1. Наглядная иллюстрация четвертого этапа эвакуации планировочной структуры через постоянные оста- — бегство людей от зданий Всемирного торгового центра новочные пункты наземного и подземного транс- 11 сентября 2011 г.

ISSN 0869-7493 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2012 ТОМ 21 № 3

БЕЗОПАСНОСТЬ ЛЮДЕЙ ПРИ ПОЖАРАХ

ции по ней людей в зону безопасности, т. е. за пре-     ками — прямая, то скорость движения пешехода VО
делы радиуса возможного обрушения здания. Ве-           равна скорости его приближения к цели VЦ. При от-
личина радиуса возможного обрушения R может             клонении маршрута от прямой линии под углом j
быть принята равной полуторной высоте здания Н          скорость приближения к цели определяется как
(R = 1,5H), которая в зависимости от нормируемой        VЦ = VО cosj. При увеличении угла j значение его
этажности зданий различных классов функциональ-         косинуса уменьшается, соответственно снижается
ной пожарной опасности может составлять от 15 м         и скорость приближения к цели. В этом случае воз-
(2–3-этажные здания детских дошкольных учреж-           никает дискомфорт движения, связанный с необхо-
дений Ф1.1) до 150 м и более (высотные здания от        димостью увеличения времени или энергетических
100 м и выше).                                          затрат на передвижение. До поры до времени, как
В состав общей методологии проектирования пе-       говорят, человек готов терпеть уровень возника-
шеходных путей территории городских комплексов          ющего дискомфорта, но когда он попадает в точку
зданий и сооружений при их повседневной эксплуа-        пути, в которой его терпению приходит конец, он ме-
тации и в условиях чрезвычайных ситуаций долж-          няет направление своего движения. Такая точка на-
ны входить:                                             зывается конфликтной.
l   метод построения оптимальной сети пешеход-              При движении ориентация человека в простран-
ных путей;                                          стве определяется расстоянием от него до объекта и
l   учет режимов функционирования источников            углом поворота луча зрения на объект относитель-
людских потоков — выходов из зданий и соору-        но выбранного человеком направления. При дви-
жений;                                              жении мозг легко контролирует совмещение обоих
l   методы определения параметров потоков и на          направлений, поскольку отклонение от нужного на-
их основе размеров пешеходных путей.                правления сразу же обнаруживается, так как цель
Поиск метода оптимизации сети и размеров ком-       оказывается не прямо впереди, а сбоку. При равен-
муникационных путей актуален для эвакуации не           стве длины возможных маршрутов движения меж-
только из зданий с большим количеством посетите-        ду точками О и Ц превалирующее значение имеет
лей [3, 4], но и по территории комплексов жилых и       угол направления движения. Его критическое зна-
общественных зданий различного назначения. Вхо-         чение jкр зависит от величины пешеходного пото-
ды и выходы зданий являются центрами тяготения          ка, состояния и рельефа окружающей территории,
и источниками людских потоков, особенно интен-          времени года, цели движения, возраста и эмоцио-
сивно функционирующими при краткосрочном од-            нального состояния пешехода.
новременном выходе людей в процессе эвакуации.              Предполагается, что угол jкр имеет меньшее зна-
В отличие от эвакуационных путей зданий, где они        чение для мощных потоков и при более благоприят-
ограничены строительными конструкциями, пеше-           ном состоянии территории (газон в летнее время).
ходные пути территории, как правило (за исключе-        Запроектированная для таких условий пешеходная
нием внеуличных переходов), не имеют “жестких”          сеть будет жизнеспособной и для более неблаго-
конструктивных ограничений. И это определяет до-        приятных условий. В среднем значение jкр принима-
статочно большую свободу выбора людьми марш-            ется равным 60°. Значение критического угла опре-
рутов своего движения. Неучет “человеческого            деляет границу поля возможных маршрутов, в пре-
фактора” при построении сетей пешеходных путей          делах которого находится маршрут, оптимальный
в городской застройке приводит к нежизнеспособ-         по критерию минимума длины. Вполне очевидно,
ности их практической реализации: потоки людей          что система эвакуационных путей на территории
осваивают собственные пути движения через газо-         должна соответствовать жизнеспособной пеше-
ны, хозяйственные площадки, зоны отдыха и искусс-       ходной сети.
твенные барьеры в виде оград, колючих кустарни-             Пример проверки пешеходной сети на жизне-
ков и т. п.                                             способность иллюстрируется схемами, приведен-
Это происходит потому, что участки пешеход-         ными на рис. 2. Здесь запроектированная пешеход-
ных путей, расположенные по прямоугольной схе-          ная сеть, связывающая исходные точки О1, О2, О3,
ме, противоречат психологии выбора направления          О4, О5 с целевой точкой Ц, показана сплошной ли-
движения пешеходом, которая всегда направлена на        нией. Известно критическое значение угла jкр = 60°.
сокращение времени передвижения. Именно поэто-          Соединим точку О4 с Ц и на отрезке О4Ц, как на хор-
му пешеход стремится выбрать кратчайший путь от         де, опишем дугу окружности О4mЦ, вмещающую
места своего нахождения (точка О) к цели своего         угол j = p – jкр = 120°. Известно, что маршрут от
движения (точка Ц), например к остановке обще-          О4 до Ц не может выходить за пределы рабочего
ственного транспорта или в зону безопасности. По-       поля О4Ц. Поскольку в имеющейся сети это требо-
скольку кратчайший путь между этими двумя точ-          вание нарушается, значит, она нежизнеспособна.

70 ISSN 0869-7493 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2012 ТОМ 21 № 3

БЕЗОПАСНОСТЬ ЛЮДЕЙ ПРИ ПОЖАРАХ

На рис. 2 пунктирной линией показана скоррек- жение людей (при плотности потока D = 0,05, т. е.

тированная сеть. Маршрут О4К3К2К1Ц представля- примерно 1 чел. на 2 м2). Значения индивидуальной ет собой теперь выпуклую ломаную линию, лежа- скорости V движения людей имеют нормальный за- щую в пределах поля О4Ц, что свидетельствует о кон распределения:

жизнеспособности сети, показанной пунктирной

(V - V ) 2 линией. 1 2S 2

Интенсивность функционирования источников f (V ) = e V , (1)

SV 2p людских потоков — выходов из зданий и сооруже- ний изменяется в течение суток в зависимости от где V — математическое ожидание;

функционального назначения здания и “биоритма” SV — среднеквадратичное отклонение скорости городской жизни. Очевидно, что максимальная ин- движения людей в потоке.

тенсивность выхода людей из зданий будет наблю- В силу этого закона при движении поток людей даться при их эвакуации во время чрезвычайной си- растекается. Распределение людей в момент t по дли- туации. При этом наибольшее количество людей, не пути описывается функцией [6]:

эвакуируемых из того или иного здания, определя- ется его посещаемостью в момент, когда произошла (l / t - V ) 2

1 2S 2 чрезвычайная ситуация. Биоритм городской жизни f t (V ) = e V , (2) определяет различные периоды максимальной по- tS V 2p сещаемости зданий различного функционального назначения, размещаемых в едином многофункци- а время пересечения людьми поперечного сечения ональном городском комплексе. Данные натурных пути, находящегося на расстоянии l от источника, исследований режимов эксплуатации зданий раз- — функцией

(l / t - V ) 2 личного назначения дают возможность подразделить

1 2S 2 их на несколько групп по режиму функционирова- f l (V ) = e V . (3) ния и определить максимальные значения их за- t SV 2p грузки в суточном цикле [5]. Это позволяет устано-

Эти распределения при одном функционирующем вить расчетные ситуации для проектирования пеше- источнике строятся достаточно просто, даже вруч- ходной сети путей эвакуации из комплекса зданий ную, хотя и требуют многочисленных расчетных опе- и сооружений при наиболее опасном времени на- раций.

ступления чрезвычайной ситуации.

Для описания движения людских потоков по

Для расчета необходимых размеров путей эва- участкам пути с многочисленными узлами пересе- куации необходимо моделирование людских по- чения и при большом количестве источников созда- токов установленной численности из источников на модель SDLP (что означает свободное движение движения по построенной жизнеспособной сети.

людских потоков) [6]. Применение модели к анализу

Их размеры должны обеспечивать свободное дви- фрагментов крупных транспортно-коммуникаци- онных городских узлов показало высокую степень соответствия ее результатов реально наблюдаемой в них картине процесса движения людских потоков

[7]. Модель реализуется при помощи программно- вычислительного комплекса, который совершенст- вуется по мере развития вычислительной техники и возможностей программного обеспечения.

В 2010 г. для расчета свободно движущихся по- токов была создана программа FMT1.0, получившая государственную регистрацию [8]. На рис. 3 приве- ден пример использования программы для опреде- ления времени, необходимого для движения людей на остановку городского транспорта (сток) из ваго- нов поезда на железнодорожной платформе вокза- ла, а на рис. 4 — пример распределения времени, необходимого для прихода людей в зону безопасно- сти при эвакуации из многоэтажных зданий жилого

Рис. 2. Проверка пешеходной сети на жизнеспособность: комплекса.

K1…K4 — точки пересечения дуг, построенных аналогично Расчет интенсивности выхода людей при эваку-

О4mЦ, на хордах ации из зданий произведен по имитационно-стоха-

ISSN 0869-7493 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2012 ТОМ 21 № 3

БЕЗОПАСНОСТЬ ЛЮДЕЙ ПРИ ПОЖАРАХ

Рис. 3. Расчетная схема (сверху) и график (снизу) распределения времени, необходимого для прихода людей из вагонов поез- да на остановку городского транспорта, находящуюся на расстоянии l = 200 м от первого выхода из вагона

Рис. 4. Распределение времени, необходимого для прихода людей в зону безопасности из подъ- ездов жилых зданий при эвакуации из них

стической модели [9]. Имитационно-стохастическая              рования пешеходных путей на территории комп-
модель и модель свободного движения людских по-               лексов зданий и сооружений в условиях их повсед-
токов совместимы, поскольку они основаны на об-               невной эксплуатации и в чрезвычайных ситуациях.
щих закономерностях связи между параметрами люд-              Возможность учета четвертого этапа эвакуации в
ских потоков [6, 10].                                         противопожарном нормировании повысит уровень
Таким образом, к настоящему времени разрабо-               обеспечения безопасности людей при чрезвычай-
таны все три составляющие методологии проекти-                ных ситуациях.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Технический регламент о требованиях пожарной безопасности : Федер. Закон от 22.07.2008 г.

№ 123-ФЗ ; принят Гос. Думой 04.07.2008 г. ; одобр. Сов. Федерации 11.07.2008 г. // Российская газета. — 2008. — № 163 ; Собр. законодательства РФ. — 2008. — № 30.

2. Беляев С. В. Эвакуация зданий массового назначения. — М. : Изд-во Всесоюз. акад. архит., 1938.

— 72 с.

3. Холщевников В. В. Оптимизация путей движения людских потоков. Высотные здания : дис. … канд. техн. наук (науч. рук. В. М. Предтеченский). — М. : МИСИ, 1978.

4. Алексеев Ю. В. Формирование движения людских потоков в проходах зрелищных сооружений :

дис. … канд. техн. наук (науч. рук. В. М. Предтеченский). — М. : МИСИ, 1969.

72 ISSN 0869-7493 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2012 ТОМ 21 № 3

БЕЗОПАСНОСТЬ ЛЮДЕЙ ПРИ ПОЖАРАХ

5. Холщевников В. В. Влияние закономерностей передвижения городского населения на пропуск- ную способность пунктов доступа многофункциональных высотных зданий // Пожаровзрыво- безопасность. — 2008. — № 1. — С. 34–43.

6. Холщевников В. В. Людские потоки в зданиях, сооружениях и на территории их комплексов :

дис. … д-ра техн. наук. — М., 1983.

7. Холщевников В. В. Расчет оптимальных вариантов пешеходных путей в городских узлах // На строй- ках России. — 1993. — № 3.

8. Свидетельство о государственной регистрации программ для ЭВМ № 2011614752 — Федераль- ная служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам.

9. Методика определения расчетных величин пожарного риска в зданиях, сооружениях и строениях различных классов функциональной пожарной опасности : приказ МЧС России от 30.06.2009 г.

№ 382 ; введ. 30.06.2009 г. // Российская газета. — 2009. — № 161.

10. Закономерность связи между параметрами людских потоков : диплом № 24-S Открытие в облас- ти социальной психологии // Научные открытия. — М. : РАЕН, МААНОИ, МААНО, 2006.

Материал поступил в редакцию 28 февраля 2012 г.

Электронный адрес авторов: reglament2004@mail.ru.

ISSN 0869-7493 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2012 ТОМ 21 № 3