Модели для расчета эвакуации людей устаревают
В недавних исследованиях [1-3] указана величина, до которой различные возрастные группы населения могут снизить общую скорость людского потока. Кроме того, хорошо зарекомендовавшие себя исследования позволили количественно оценить влияние размеров тела на скорость потока [4].
Прямых ссылок нет — публикация используется как справочный материал.
Объём оцифровки: 74,400 знаков. Ссылки внутри текста ведут на карточки источников и публикаций библиотеки.
БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ
ПЕРЕВОД. ОРИГИНАЛЬНАЯ ВЕРСИЯ:
out of time. Fire Safety Journal, 2015, vol. 78, pp. 251–261. DOI: 10.1016/j.firesaf.2015.09.004.
PETER THOMPSON (Autodesk Ltd., Farnborough, UK)
DANIEL NILSSON (Lund University, Lund, Sweden)
KAREN BOYCE (Ulster University, UK)
DENISE McGRATH (University College Dublin, Dublin, Ireland)
В. В. ХОЛЩЕВНИКОВ, д-р техн. наук, профессор, профессор кафедры пожарной безопасности в строительстве, Академия ГПС МЧС России
(Россия, 129366, г. Москва, ул. Бориса Галушкина, 4; e-mail: reglament2004@mail.ru)
МОДЕЛИ ДЛЯ РАСЧЕТА ЭВАКУАЦИИ ЛЮДЕЙ
УСТАРЕВАЮТ
В существующих моделях эвакуации представление о движении людей, как правило, основано на данных, собранных в 1950–1980-х годах, т. е. на данных, которым более 40 лет. С 1970-х годов характеристики населения во всем мире резко изменились. Отчеты показывают, что процент пожилых людей и показатели ожирения значительно увеличились, и эта тенденция, как прогно- зируется, будет продолжаться и в будущем. В недавних исследованиях [1–3] указана величина, до которой различные возрастные группы населения могут снизить общую скорость людского потока. Кроме того, хорошо зарекомендовавшие себя исследования позволили количественно оценить влияние размеров тела на скорость потока [4]. Однако многие существующие модели эвакуации не учитывают меняющихся характеристик населения. Цель настоящей работы – про- анализировать существующие демографические данные и динамику потоков населения, вы- вести ориентировочный коэффициент изменения потока для будущих групп населения и рас- смотреть последствия для компьютерных моделей и проектирования зданий в будущем.
The representation of crowd movement in existing evacuation models is typically based on data collected in the 1950s to 1980s, i. e., data that are more than 40 years old. Since the 1970s, population characteristics have changed dramatically around the world. Reports show that the percentage of elderly and obesity rates have increased significantly and this trend is predicted to continue into the future. Recent research [1–3] illustrates the magnitude by which different age cohorts of a popu- lation group can reduce the general speed and flow rates. In addition, well established studies have quantified the impact of body dimensions on speed and flow [4]. However, many existing evacuation models fail to take the changing characteristics of populations into account. This paper aims to review existing knowledge of population demographics and crowd dynamics, derive an indicative flow re- duction factor for future populations, and consider the implications for computer models and building design in the future.
Ключевые слова: эвакуация; модель; население; толпа; передвижение; поток; безопасность;
моделирование; демография; нормы в области чрезвычайных ситуаций.
Keywords: evacuation; model; population; crowd; walking; flow; safety; simulation; demographics;
emergency standards.
1. Введение редине 20-го столетия. Справочные наборы дан- Стандартные анализы безопасности жизнедеятель- ных, используемые в текущих руководящих доку- ности в зданиях и транспортных системах исполь- ментах, были опубликованы более 50 лет назад [4–6] зуют простейший вид потока с некоторой скоростью и поэтому потенциально представляют собой не- ходьбы для расчета времени эвакуации. Действу- определенный риск для жизни групп с различными ющие документы по объемно-планировочным ре- характеристиками мобильности. В последние годы шениям обычно применяют общую скорость пото- эти давно опубликованные данные и соотношения ка для единой однородной массы людей, которая между скоростью, потоком и плотностью были по- не изменилась с тех пор, как размеры дверей и про- ставлены под сомнение. Действительно, создатели ходов были первоначально регламентированы в се- наиболее значимой базы данных в Северной Аме-
ISSN 2587-6201 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ / FIRE AND EXPLOSION SAFETY 2017 ТОМ 26 № 7
БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ
рике (Fruin [6] и Pauls [7]) заявили, что их наборы подходы, учитывающие соответствующие новые дан- данных больше не применимы и попросили удалить ные, необходимы для того, чтобы рассмотреть по- их из будущих руководств по проектированию [8]. следствия для безопасности жизни сейчас и в бу- Потеря уверенности в использовании прежних дущем. “однородных” данных объясняется признанием в Учитывая изменения характеристик посетите- нашем обществе все возрастающей доли пожилых лей зданий, т. е. увеличение возраста (приводящее к людей, людей, страдающих ожирением, и инвалидов возрастанию инвалидности [24], снижению скорости (United Nations [9, 10], OECD [11]). Эти пропорции ходьбы и расширению использования вспомогатель- значительно возросли с тех пор, как в 50–70-х годах ных средств передвижения) и растущие темпы ожи- были впервые проведены наблюдения за выходом рения (вызывающего снижение скорости ходьбы и и передвижением потоков, состоящих из офисных уменьшение количества людей, размещающихся на работников и пассажиров. Перемешивание состава единице площади), необходимо пересмотреть пред- потока до однородного может иметь драматический ставление движения многолюдных потоков в моде- эффект для оптимального движения потока толпы лях эвакуации. и, в конечном счете, безопасного выхода. Некоторые Цель представленной статьи — сделать важный недавние исследования содержат обзор данных и шаг в этом направлении путем: формул о потоках людей разного возраста на лест- 1) обсуждения тенденций изменения демогра- ницах [12] и горизонтальных поверхностях [1–3] фии населения за 80-летний период; и указывают, что основные значения параметров 2) обсуждения возрастающей изощренности ана- потока для однородных групп “здоровые взрослые” литических описаний эвакуационных моделей, ис- еще не изменились существенно, но наблюдается пользующих, тем не менее, простейшие математи- очень значительное снижение скорости потока, со- ческие закономерности; стоящего преимущественно из “пожилых” людей. 3) введения некоторых первичных математиче- Недавнее исследование Национального института ских упрощений для отображения демографических стандартов и технологий (NIST) показывает, что изменений; средняя скорость ходьбы пожилых людей по лест- 4) обсуждения возможного пути дальнейшего ницам составляла 0,28 м/с, в то время как несколько изучения многолюдных потоков, учитывающего био- источников [6, 13, 14] приводят значения между метрию и взаимодействие людей. 0,48 и 1,7 м/с для групп “здоровых взрослых людей”, спускающихся по лестницам. Снижение скоростей 2. Расчет эвакуации: и мобильности отдельных людей будет оказывать начальным исследованиям косвенное влияние на скорость потока. Мы знаем, потока толпы более 40 лет что следующие параметры влияют на индивидуаль- Большинство расчетов при анализе эвакуации ную скорость ходьбы, но не учитываются при ана- еще базируется на удельной пропускной способно- лизе потока толпы: сти потока, т. е. величине, с которой население будет l изменения в зависимости от возраста (Органи- “течь” через элементы путей эвакуации (коридор, зация Объединенных Наций (ООН) [9], Ando с дверной проем или лестница), выраженной в ко- соавт. [15]); личестве человек на единицу ширины в единицу l физические габариты населения — избыточный времени. Наше нынешнее понимание движения пе- вес и возрастание ожирения (OECD [11]); шеходов в населенных местах основано на относи- l наличие инвалидности (Boyce с соавт. [16]). тельно старых данных о движении в основном трудо- Предписывающие указания и руководства по про- способных людей. Наиболее существенные данные, ектированию [17–23] используют один общий стан- использованные при анализе движения и эвакуации дарт удельной пропускной способности потока (обыч- людей [4–7, 15, 25], получены из исследований, про- но 80 чел./(метр ширины· мин), а иногда больше для веденных в период между 1950-ми и 1980-ми годами стадионов), и даже современные имитационные (табл. 1). Эти совокупности данных получены на компьютерные модели применяют эти унифициро- основе наблюдений за движением здоровых пасса- ванные параметры для всего населения. Гомоген- жиров (Hankin и Wright [5], Fruin [6], Ando с соавт. ные обобщения населения теряют достоверность с [15]), пешеходов при обычном (спокойном) движе- увеличением количества различий в возможностях нии в различных типах зданий (Предтеченский и людей. Утверждения некоторых авторов, что суще- Милинский [4]) или в зданиях во время тренировок ствующие подходы моделирования “работают вне по эвакуации (Pauls [7], Предтеченский и Милин- времени”, приводят к тому, что основные математи- ский [4]). Эти ранние исследования сформировали ческие описания остаются прежними, тогда как де- основы нашего понимания явления “поток людей” мография населения продолжает меняться. Новые и составили основу документов по проектированию
40 ISSN 2587-6201 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ / FIRE AND EXPLOSION SAFETY 2017 ТОМ 26 № 7
БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ
Таблица 1. Итоги истории исследований удельной пропускной способности людского потока Максимальная Предельная расчетная удельная удельная про- Год Авторы Область данных/исследований пропускная способ- пускная способ- ность, чел./(м·с) ность, чел./(м· с) 1958 Hankin и Wright [5] 1,48 1,92 При обычных условиях 1969 Предтеченский 1,70 2,06 Максимальные потоки при высокой плотности и Милинский [4] для взрослых в летней одежде 1972 Отчет SCICON [20] 1,37 Данные по потокам футбольных болельщиков 1973 Guide to Safety at 1,82 (метод Исходя из японских данных, полученных из Sports Grounds [17] ширины выхода) расчета ширины выхода 1,0 чел./(0,55 м·с) 1971 Fruin [6] 1,37 4,37 Поток окончательно регламентирован, “при- вязан” к потокам солдат, находящихся в давке 1983 Polus с соавт. [26] 1,25–1,58 1,56 Данные, собранные в Израиле, по потокам на тротуарах 1988 Ando с соавт. [15] 1,7–1,8 Пассажиры в нормальных условиях
во всем мире, например Green Guide (Home Office ющее общество”, становятся все более распростра- [17]), SFPE Handbook of Fire Engineering (Nelson и ненными. Известно, что такие факторы, как возраст Maclennan [18]), PD 7974-6 (BSI [19]). и физические характеристики (например, габариты Некоторые выборки данных по удельной пропу- тела и т. д.), влияют на индивидуальную скорость скной способности, полученные во второй полови- движения. Однако из-за отсутствия специального на- не 20-го столетия, указаны в табл. 1. Общепринятое учного анализа эффектов их влияния на групповое значение, которое лежит в основе существующих ру- движение (т. е. “людской поток”) не следует ожидать ководящих документов Великобритании (утверж- каких-либо изменений в основных компьютерных денный документ B [21]), США (NFPA 101: Life Safety “поточных” моделях, определяющих стандартные Code [22]), а также Международной морской орга- способы описания эвакуации, сейчас или в следу- низации (ИМО [23]), составляет 80 чел./(м· мин), ющие 40 лет. или 1,33 чел./(м· с). Величина удельной пропускной способности мало изменилась с 70-х годов. Напри- 3. Фундаментальная природа “потока” мер, в более ранних версиях стандартов США и Ве- Основное уравнение “потока” толпы выражает- ликобритании с 70-х годов использовалась единица ся формулой (1), приведенной ниже: измерения ширины 40 чел./(21 дюйм· мин), что эк- q = vd, (1) вивалентно 74,99 чел./(м· мин). Фактически стандар- тизированные нормы удельной пропускной способ- где q — поток на единицу ширины, чел./(м· с); ности, как основы расчета, немного увеличились в v — скорость, м/с; последних документах, но не по очевидной науч- d — плотность, чел./м2. ной причине, а скорее по целесообразности приме- Мы не должны забывать, что модель “многолюд- нения единых значений. ного потока” как физическая модель есть выраже- Сомнения, возникающие в отношении некото- ние количества человек, проходящих через простран- рых исходных данных [6, 27], привели к сбору более ственную единицу (в эвакуационной системе) в еди- свежих данных и к новым исследованиям. Например, ницу времени. Если параметры изменяются, влияя исследование NIST [12] рассматривает совокупно- на скорость людского потока (скорость ходьбы) или сти данных о перемещении по лестницам пожилых плотность (концентрация и размер), то неизбежны людей, людей с ограниченными возможностями и физические взаимодействия между людьми в по- офисных служащих с анализом их движения при токе. Важно рассмотреть основную физику этого выходе на лестничные марши. В нем освещаются явления, поскольку мы рассматриваем значимость значительные различия в скоростях ходьбы пожи- сложных демографических изменений и физических лых людей. Однако в настоящее время не плани- взаимодействий. руется пересмотр или изменение “стандартных” скоростей движения потоков, принятых в текущих 4. Анализ эвакуации: использование понятий “поток” и “время” руководствах, в то время как демографические ха- рактеристики населения продолжают меняться. Та- Главная цель расчетов при обеспечении без- кие термины, как “эпидемия ожирения” и “старе- опасности жизни (включая анализ эвакуации) со-
ISSN 2587-6201 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ / FIRE AND EXPLOSION SAFETY 2017 ТОМ 26 № 7
БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ
стоит в том, чтобы обеспечить для посетителей воз- В наше время возможности изменения этих зна- можность покинуть здание до того, как условия их чений состоят в том, что большинство современных пребывания станут невыносимыми и появится явный правил теперь позволяет применять более совершен- риск для их жизни. Основная идея заключается в том, ные подходы, основанные на характеристиках, при что время, имеющееся у эвакуирующихся для до- которых достаточная научная строгость может быть стижения безопасной зоны (требуемое безопасное продемонстрирована органу, обладающему юрисдик- время выхода — RSET (Required Safe Escape Time)), цией для утверждения проектного решения здания. должно быть меньше ожидаемого времени образо- Исполнительная база проектирования может вклю- вания небезопасных для них условий (доступное чать в себя использование простых ручных вычис- безопасное время — ASET (Available Safe Escape лений или более сложное компьютерное моделиро- Time)). Расчет ASET против RSET (BSI [19]) хорошо вание. Простые ручные вычисления зависят от на- обоснован и широко используется среди сообществ дежных предположений о скорости и потоке (часто пожарной безопасности. необходимо принимать во внимание плотность), Самой ранней оценкой времени (ASET) было которые должны быть такими же надежными, как и значение 2,5 мин, полученное при реальной эвакуа- исходные данные. Компьютерное моделирование, ции театра “Эмпайр” в Эдинбурге в 1911 году. В этом стремительно развивающееся в последние десяти- инциденте предупреждение о пожаре поступило пе- летия, также зависит от исходных данных. Если ис- ред началом исполнения государственного гимна. ходные данные или параметры движения для мо- Театр был эвакуирован примерно за время испол- дели являются несовершенными или устаревшими, нения гимна (пока оркестр продолжал играть), хотя то это оказывает реальное влияние на достоверность не обошлось без жертв. Важно отметить, что до сих результатов, а отсюда и уверенность, с которой ре- пор этот показатель (150 с) используется в норма- зультаты могут быть использованы для оценки без- тивных документах Великобритании [21] в качестве опасности жизнедеятельности. контрольного времени эвакуации людского потока. Такая длительность в сочетании с предполагаемой 5. Демографические тенденции пропускной способностью потока 1,33 чел./(м· с) народонаселения (80 чел./(м·мин)) приводит к наиболее часто исполь- Стандартные описания потока и зависимости, зуемой норме ширины выхода на человека (5 мм/чел.), которые используются сегодня при проектировании, которая применяется для расчета пропускной спо- были получены достаточно давно, исходя из дан- собности выхода в соответствии с руководством по ных, относящихся в основном к физически здоро- проектированию (уравнение (2)): вым офисным или пригородным группам населения, в период между 1950-ми и 1970-ми годами (некото- N p (people ) Np рые из них представлены в табл. 1). С тех пор до- q= \ = qt = 80 60 Ч 150 = 200 w (metres) w ступность зданий для людей с инвалидностью зна- t (sec.) чительно изменилась, как и демография населения w 1 во всем мире. В большинстве регионов доля по- \ = = 0,005, (2) жилых людей стала намного выше, и прогнозирует- Np 200 ся, что она станет еще более значимой к 2050 году (ООН). Кроме того, предполагается, что доля людей где q — поток на единицу ширины, чел./(м· с); с избыточным весом и ожирением среди взрослого Np — количество человек; населения продолжит значительно увеличиваться w — ширина выхода, м; (OECD [11]). t — общее время, с. Таким образом, ширина для “безопасного” вы- 5.1. “Стареющее общество” хода в расчете на одного человека = 0,005 м (5 мм). Прогнозируемые различия в доле пожилых лю- Это “стандартное” число ширины выхода 5 мм на дей в обществе в разных регионах мира как сейчас, человека, позволяющее “безопасно” эвакуироваться, так и в будущем, проиллюстрированные на рис. 1, от- используется в строительных нормах Великобрита- мечены в многочисленных источниках [9, 28]. Су- нии [21] и США [22], однако оно подходит лишь для ществует несколько причин столь значительного из- однородного, стандартного потока (понятие из сере- менения демографических показателей населения: дины 20-го столетия), способного уложиться во время 1. Поколение “бэби-бум” стареет: более высо- исполнения национального гимна Великобритании. кий уровень рождаемости в 1960-е годы определил Очевидно, что оба нормируемых значения: 2,5 мин в определенной степени “всплеск” численности на- и 80 чел./(м·мин) — могут быть оспорены относи- селения [29]. Например, современный уровень рож- тельно применимости для любого вида использова- даемости в США (в расчете на одну мать) снизился ния здания. почти вдвое по сравнению с 1960 годом.
42 ISSN 2587-6201 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ / FIRE AND EXPLOSION SAFETY 2017 ТОМ 26 № 7
БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ
Рис. 1. Доля населения старше 65 лет (%) среди всего населения сейчас и в будущем [28]
2. Люди стали жить дольше (медицинская наука, диета); продолжительность жизни в США за по- следние 40 лет выросла с 70 почти до 80 лет [30].
3. У матерей появляются дети в более зрелом возрасте [31], что влияет на временное увеличение пропорций “старения” общества.
Тенденции в области народонаселения создают значительные статистические изменения в странах
OECD (см. рис. 1). Предполагается, что средняя доля
“пожилых людей” среди взрослого населения уве- личится с 20 почти до 50 % к 2050 году; некоторыми странами (Япония, Испания, Италия) прогнозиру- ется, что среди взрослого населения значительное большинство будут составлять люди старше 65 лет.
Следует отметить, что эти люди старше 65 лет мо- гут оказаться более здоровыми, чем в предыдущих
Рис. 2. Показатели степени ожирения взрослых людей во мно- поколениях, что может повлиять на параметры мно- гих странах через 40 лет [28] голюдных потоков, однако степень этого влияния неясна.
кроватей, а также оборудование для подъема паци-
Уровень прогнозируемых демографических из- ента в машинах скорой помощи [36]. Эти тенденции менений будет оказывать значительное влияние отчетливо фиксируются документально и обуслов- на общество каждой отдельной страны, как и мира лены сочетанием доступности потребления боль- в целом. Правительства тщательно рассматрива- шего количества калорий на душу населения с со- ют финансовые последствия, а также последствия путствующей статистической тенденцией умень- для служб экстренной помощи [32] и разрабатыва- шения физических нагрузок в повседневной жизни ют меры, направленные на их преодоление. Важно, людей [37].
чтобы проектирование зданий, данные и методы, которые мы используем для инженерных анализов, были также адаптированы к происходящим измене- ниям в нашем обществе.
5.2. Увеличение размеров тела и “эпидемия ожирения”
В большинстве стран мира темпы роста ожире- ния и “избыточной массы тела” населения неуклон- но увеличивались в течение нескольких поколений, и, в итоге, за последние 25 лет эти изменения стали более быстрыми и очевидными (OECD [11]) (рис. 2).
Системы здравоохранения планируют для приема Рис. 3. Рост числа людей, страдающих ожирением, среди на- более крупных и тучных людей изменить размеры селения от 20 до 74 лет в США в 1960–2030 гг. [39]
ISSN 2587-6201 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ / FIRE AND EXPLOSION SAFETY 2017 ТОМ 26 № 7
БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ
Кроме того, растет детское ожирение [38], что ное пространство лимитирует для его участников воз- указывает на неизбежное продолжение наблюда- можность обгона, поэтому менее мобильные люди емых тенденций в будущем. Если мы посмотрим начинают диктовать скорость и характеристики по- на прогнозируемую тенденцию для США (рис. 3), тока. Предполагается, что даже незначительное ко- то к 2030 году ожирение у взрослых должно возрас- личество медленно идущих индивидуумов может ти до 50 % (Levy с соавт. [39]). оказать определяющее влияние на характеристики всего потока. Так, при предполагаемой плотности
6. Влияние демографии потока от 3 до 4 чел./м2 (показанной в серии иллюст- на скорость и поток раций на рис. 4, согласно Fruin [6], между зонами
Толпы состоят из людей в умеренно заполнен- с “касанием” и “зонами без касания”) обгон невоз- ном или переполненном пространстве, и это важно можен, так как медленно идущие участники люд- для понимания последствий того, что менее по- ского потока будут определять скорость движения движные, маломобильные или тучные люди могут этой группы людей и, следовательно, скорость всего участвовать в движении общего потока: ограничен- потока. Кроме того, для таких участков эвакуацион- ного пути, как дверные проемы и лестницы, мало- мобильные и, возможно, более тучные люди начнут диктовать скорость движения и всего потока, пото- му что они так проходят через участки ограничен- ной ширины.
Возрастающее количество пожилых людей и лю- дей, страдающих ожирением, достигает такой ве- личины, что они будут иметь определяющее влияние на мобильность и антропометрические характери- стики населения, а затем и на параметры движения людского потока.
6.1. Влияние возраста на скорость движения потока
Возраст напрямую связан с ухудшением физи- ческих, умственных и неврологических функций
(Reeves с соавт. [33], Kang и Dingwell [34]), которые отрицательно влияют на индивидуальное движе- ние, например на скорость и длину шага. Иллюстра- ционная диаграмма Ando с соавт. [15], приведенная на рис. 5, показывает, что “пожилые люди” (старше
65 лет) передвигаются примерно на 20–25 % мед- леннее, чем взрослые в возрасте 18–40 лет. Другим исследованием Fujiyama и Tyler [35] фиксируется, что люди в возрасте 60–84 лет спускаются по лестни- це при свободном движении со скоростью от 0,60 до
1,11 м/с в зависимости от геометрии и уклона лест-
Рис. 5. Связь между скоростью и возрастом при движении
Рис. 4. Зона “с касанием” и “зона без касания” по Fruin [6] по горизонтальному участку пути (Ando [15])
44 ISSN 2587-6201 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ / FIRE AND EXPLOSION SAFETY 2017 ТОМ 26 № 7
БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ
ницы, что намного ниже, чем типичные скорости бес- препятственного спуска, достигаемые более молоды- ми людьми. Последующее исследование NIST [12] показывает, что скорость, с которой пожилые люди спускаются по лестнице (с чужой помощью или без нее), может быть намного ниже (на 50 %) по сравне- нию со здоровыми взрослыми людьми.
Если прогнозы отчетов OECD [11] верны, то в бу- дущем доля “пожилых людей” в некоторых странах превзойдет остальную часть взрослого населения.
Из этого следует, что средняя скорость ходьбы насе- ления будет уменьшаться, поэтому важно понять, какое влияние это может оказать на параметры по- тока в разных ситуациях.
Рис. 6. Зависимость скорости движения людского потока
Если мы рассмотрим статистические данные, от плотности для различных возрастных групп по данным приведенные на рис. 1–5, то возможно снижение Холщевникова [1–3] скорости и характеристик потока для групп со значи- тельным меньшинством пожилых или ослаблен- ных людей на 20–25 %, поскольку более молодые участники потока теперь, при таких высоких плот- ностях, естественно, уже не могут их обгонять. Этот эффект станет, вероятно, больше, когда в потоке бу- дут “доминировать” менее подвижные люди, а также в том случае, когда рассматривается скорость пере- движения пожилых людей (с чужой помощью и без нее), как в исследовании NIST [12], на 50 % ниже, чем скорость здоровых взрослых людей.
Недавние исследования Холщевников и др. [1–3] имеют явную количественную оценку эффекта вли- яния демографии населения на скорость и интен- сивность движения людского потока (рис. 6 и 7).
Эти исследования при сопоставлении данных пре- дыдущих им исследований с более новыми данными Рис. 7. Зависимость интенсивности движения людского по- дают очень полезный анализ выявленных тенден- тока от плотности для различных возрастных групп по дан- ным Холщевникова [1–3] ций и влияния их последствий на движение всего людского потока по горизонтальным путям.
Три типа популяции, включенные в исследова- этих формулах, составляли: 1,1 м/с для взрослых, ние (а именно взрослые, дети и пожилые люди), ра- 0,63 м/с для пожилых людей и 0,75 м/с для детей до- зумно полагать, имеют разные возрастные и габа- школьного возраста.
ритные характеристики, но мы оперируем средними Наибольшая пропускная способность потока, со- значениями, указанными в результатах этих иссле- стоящего из пожилых людей (1,06 чел./(м·с) (см.
дований. При построении графиков на рис. 6 и 7 рис. 7), на 41 % меньше, чем пропускная способность нами были использованы значения скорости свобод- потока здоровых взрослых людей (1,80 чел./(м· с)).
ного движения в интервале между “спокойным” и Кроме того, этот пик “пожилого” потока на 20 % мень-
“активным” движением взрослых и детей дошколь- ше, чем типичное расчетное значение 1,33 чел./(м·с) ного возраста. Порог спокойный/активный был (80 чел./(м·мин)), обсуждаемое в разделе “Введение”.
применен потому, что эти значения соответствуют Интересно, что, несмотря на то что дети дошколь- нижним значениям неторопливой ходьбы, указан- ного возраста имеют более низкую скорость свобод- ным в других источниках [6, 15] для нормальных ного движения, они обеспечивают более высокую условий движения, и оказались бы непропорцио- пропускную способность потока, поскольку имеют нально более низкими, если бы мы использовали гораздо меньшие размеры тела и, как правило, нахо- средние значения из интервала “спокойного” дви- дятся в хорошей физической форме и здоровы. Таким жения. Для пожилых людей доступны только ско- образом, потоки населения со значительной долей рости “спокойного” движения. Таким образом, ско- пожилых людей будут иметь пропускную способ- рости беспрепятственной ходьбы, используемые в ность на 20 % ниже, чем это предполагается.
ISSN 2587-6201 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ / FIRE AND EXPLOSION SAFETY 2017 ТОМ 26 № 7
БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ
6.2. Влияние размеров тела на скорость и величину людского потока
Влияние значительно более тучных людей, стра- дающих ожирением, пока еще не учитывается долж- ным образом применительно к движению людского потока, однако результаты одного исследования, про- веденного Spearpoint и Maclennan [40], показали, что
“…общее время эвакуации будет увеличиваться по мере старения населения и роста тучности жите- лей. Эти увеличения могут быть от 5–8 % при срав- нении сценариев 2006 и 2031 гг. в Новой Зеландии до
20 % при сравнении канадского сценария 1971 г. и новозеландского сценария 2031 года…”. Предпола- гаемое увеличение времени эвакуации до 20 % в те- чение 60 лет указывает на высокую степень потен-
Рис. 8. Показатель Паулса потока людей в пальто и без него циального влияния ожирения на людской поток. по данным [7] (Эффективная ширина — ширина потока, опре-
Если мы обратимся к основному уравнению по- деленная по габаритам тела человека без учета его раскачи- тока (1), где поток рассматривается как складыва- вания при ходьбе. Эта величина идентична ширине эллипса ющийся из скорости и плотности, то мы могли бы горизонтальной проекции тела человека f, используемой в России после выхода диссертационной работы Милинско- начать понимать значение увеличения пространcт- го А. И. (1953). За рубежом использование этой величины на- ва, занимаемого каждым человеком, и его влияние стойчиво рекомендует Pauls J. L. — Прим. науч. редактора) на измеряемую плотность людского потока. Если мы рассмотрим результаты исследований Паулса, из-за меньших размеров тела (детей). Для того что- наблюдавшего движение потока людей в пальто и бы учесть в расчетах размер людей, эти российские без него [7], то они могут считаться схожими (с точ- исследователи выражали плотность в м2 занимаемой ки зрения пространственного анализа) с сопостав- человеком площади, отнесенной к площади (м2) лением движения людей с избыточным весом и свободного пространства, как показано на рис. 9, стройных людей (однако вполне понятны связанные поэтому интенсивность движения также выража- с этим дополнительные вопросы идентичности эф- лась в соответствующих единицах, т. е. в м/мин.
фекта, определяемой физическим состоянием, сво-
Предтеченский и Милинский определяли “площадь бодой передвижения, вторичными болезнями, ко- горизонтальной проекции” человека как 0,1 м2 для лебаниями тела и т. д.).
взрослых людей в летней одежде и 0,125 м2 —
Это сравнение показало, что имеется 10–20 %-ное в зимней одежде. Следовательно, если мы хотим сокращение пропускной способности потока людей оценивать поток в чел./(м·с), то можно прийти к за- в пальто по сравнению с потоком людей без пальто. ключению, что увеличение размера тела за счет пе-
Рис. 8 содержит ограниченное число точек, тем не менее он позволяет определить разницу между средним потоком эвакуирующихся (количество че- ловек в секунду на метр эффективной ширины лест- ницы) и потоком эвакуирующихся в пальто. В ин- тервале 200–450 чел., эвакуирующихся через 1 м эф- фективной ширины, эвакуационный поток, состо- ящий из людей в пальто, был меньше, чем соответ- ствующий поток людей без пальто.
Следует добавить, что ожирение может изменить не только размеры тела, но потенциально и другие характеристики движения, например колебания тела, скорость движения и т. д. Однако в настоящее время сложно оценить влияние этих взаимосвязанных па- раметров движения.
Предтеченский и Милинский [4] также рассмат- ривали эффект этого влияния на поток, связанный с устанавливаемыми размерами тела (включая зим- Рис. 9. Зависимость интенсивности движения людского по- нюю одежду), базируясь на 5000 измерениях. Они тока для аварийных/нормальных условий от его плотности и также рассматривали противоположный эффект площадь, занимаемая одним человеком [4]
46 ISSN 2587-6201 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ / FIRE AND EXPLOSION SAFETY 2017 ТОМ 26 № 7
БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ
рехода от летней одежды к зимней может привести вают успешное сравнение динамики смешанных к 25 %-ному снижению пропускной способности групп населения. из-за больших габаритных размеров людей в зимней одежде. Следует, однако, отметить, что основным 7. Анализ эвакуации: ограничением этого подхода является то, что, хотя “эволюция” компьютерных моделей размер тела в какой-то мере и учитывается, но не при- С течением времени сложность имитационных нимается в расчет длина шага и другие особенности моделей, используемых для анализа эвакуации, про- пешеходного движения. грессировала. В литературе имеется ряд подробных Показатели Паулса [7], Предтеченского и Ми- обзоров имитационных моделей и их характеристик линского [4], рассматривавших различия между (Kuligowski и Peacock [43], Gwynne и Galea [44]). летней и зимней одеждой, являются единственны- Подходы к моделированию приняли три хроноло- ми показателями, которые у нас есть и которые ил- гические формы: люстрируют потенциальное влияние увеличения размеров тела на поток. Фактически, Паулс поставил 1. Поток в сети (или сети “узлов”), где каждое под сомнение обоснованность и применимость неко- помещение или пространственный “узел” в здании торых своих собственных данных (Pauls с соавт. [8]) имеет определенную численность людей и каждый из-за изменения численности населения и возраста- узел соединен с проходом или дверным проемом ющего увеличения степени ожирения. При попыт- максимальной пропускной способности. Эти модели ке количественно оценить влияние ожирения насе- впервые появились в 1980-х годах и были усовер- ления прежде, чем ограниченное влияние перехода шенствованы в целях комплексности и возможно- от летней к зимней одежде, в первом приближении стей их применения в период с 1980-х по 1990-е годы мы должны использовать показатель 25 %-ного сни- (BFIRES (Stahl [45]), EVACNET+ (Kisko и Francis жения пропускной способности потока из россий- [46]), EXIT89 (Fahy, [47]) и т. д.). ских исследований. Ясно, что этот вопрос подлежит 2. Сетчатые модели, где пространство здания дальнейшему изучению, но сейчас важнее выбрать подразделяется на модульные ячейки — “сито”, со- эмпирически определенное значение, чем совсем стоящее из элементов, соответствующих приблизи- ничего не иметь. тельно площади тела человека (около 0,5ґ0,5 м2). Абсолютное влияние различных размеров тела Движение происходит по основе, разделенной на на поток трудно оценить количественно, поскольку “шаговые камни” (ячейки), каждый из которых ими- динамика движения достаточно сложна. Было по- тирует перемещение человека из одной ячейки в дру- казано, что ожирение коррелирует со снижением гую. Эти модели впервые появились в 1990-е годы скорости движения (Hulens с соавт. [41]) и увеличе- и продолжают развиваться и использоваться сегод- нием раскачивания тела при ходьбе (He и Baker [42]) ня в более изощренных формах, например Egress и оба эти параметра, несомненно, являются важны- (Ketchell и Cole [48]), building EXODUS (Galea и др. ми, связанными с индивидуальным движением в [49]), STEPS (Mott McDonald [50]) и т. д. населенных местах. Поэтому трудно полностью по- 3. Непрерывные модели, где перемещение посе- нять влияние размера тела как такового на динами- тителей по пространству здания не ограничивается ку потока, поскольку невозможно раздельно опре- сеткой простой формы, а заменяется “непрерывным” делить влияние большего размера тела и снижения движением через геометрические элементы здания; скорости на динамику потока без дальнейшего ис- при этом “векторы движения” изображают пере- следования. Другие исследования с участием детей, мещения посетителей через декартовы координаты т. е. с малыми размерами тел по сравнению со взрос- модели. Эти модели возникли в конце 1990-х годов; лыми, привели к отношениям скорости потока/ при этом большинство новых моделей использует плотности, которые показывают более высокие ско- разные математические подходы для представления рости при одинаковых плотностях потоков по срав- “непрерывности” моделируемого движения (Pedgo нению со стандартной кривой для взрослого насе- [51], Legion [54], Simulex [55], PathFinder [56], Mass- ления (например, как предложено в справочнике Motion [58] и FDS+Evac [59]). Следует отметить, “Руководство инженеров пожарной охраны” [43] что, хотя в этих “непрерывных моделях” существу- и показано Холщевниковым с соавторами [1]). Тем ет широкий диапазон подходов к вычислению, боль- не менее демографические характеристики детей шинство алгоритмов движения основано на лока- включают в себя не только различные размеры тела, лизованных оценках скорости или величины потока но и более высокую скорость ходьбы (иногда бега), в зависимости от плотности, полученных в резуль- что увеличивает скорость потока при более высо- тате исследований, опубликованных в 1960–1970-е ких плотностях. Демографические описания явля- годы. ются хорошим примером совместного воздействия Пакеты моделирования эвакуации имеют тенден- изменений размеров тела и скорости и обеспечи- цию использовать соотношения скорость/плотность
ISSN 2587-6201 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ / FIRE AND EXPLOSION SAFETY 2017 ТОМ 26 № 7 47
БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ
или соотношения между плотностями потока, по- лученные в работах, опубликованных такими ис- следователями, как Hankin и Wright [5] и Togawa [60] в 1950-е годы, Предтеченский и Милинский [4] — в 1960-е, Pauls [61] и Fruin [6] — в 1970-е и Ando [15]
— в 1980-е годы. По сути, концепция “постоянного потока на участке” по-прежнему составляет основу подходов к моделированию (сетка и непрерывность), хотя в ряде случаев скорость потока меняется с из- менением плотности стандартного “людского по- тока” на более мелких единицах площади.
Почти все алгоритмы движения в этих трех “по- колениях” компьютерных моделей предполагают одинаковые параметры людей в потоке, за исключе- нием моделей пространственной близости (напри- мер, Simulex [52] и Legion [54]) и моделей “соци- aльных сил” (например, PedGo [57] и FDS Evac [59]),
Рис. 10. Зависимость скорости людского потока от плотно- которые имеют постоянную возможность вносить сти (Thompson [55]) изменения в соответствии с поступающим потоком данных. Следует также отметить, что современные пакеты компьютерного моделирования могут демон- стрировать очень впечатляющие 3D-визуальные ре- презентации выхода или быстрого движения. Таким образом, пользователь может приобрести более со- вершенные алгоритмы движения и способы вычис- ления данных, чем применяются сейчас на практике.
8. Детальный анализ движения
Важно отметить основные отличия этих имита- ционных моделей, кроме фиксированных скоростей потока. В “сетчатых моделях” и во многих “непре- рывных моделях” используется соотношение между скоростью и плотностью людского потока (рис. 10) или между удельной пропускной способностью люд- ского потока и его плотностью (рис. 11).
Модели же пространственной близости в отличие от перечисленных моделей используют взаимосвязь расстояния между людьми и скорости. На рис. 12 показано, как аппроксимирующее “циркульное” про- странство (рассматриваемое Fruin [6] в уплотнен- ных группах потока) может быть использовано для Рис. 11. Зависимость интенсивности людского потока от плот- математического (и геометрического) получения ности (Thompson [55]) средних линейных расстояний между людьми при заданных плотностях. Эти расстояния применяют- ного движения достигалась на таком пороговом рас- ся затем для получения кривых скорости/расстоя- стоянии, при котором положение каждого человека ния, показанных на рис. 13. не оказывает количественного влияния на идущих
Непрерывные модели могут использовать эти за ним людей. Реализация такого подхода Simulex типы отношений между скоростью и межличност- проиллюстрирована на рис. 14. Когда это соотноше- ным расстоянием, и одним из примеров такой моде- ние рассматривается как плотность, описывающие ли является Simulex [22]. В Simulex каждому чело- уравнения, приведенные на рис. 12, дают зависимо- веку при моделировании назначается определенная сти скорости/плотности, очень близкие описанным скорость свободного движения (с учетом возраста, Ando с соавт. [15] и показанные на рис. 10. Этот под- пола и других его особенностей). Связь между ско- ход был проверен при сопоставлении с данными, ростью ходьбы и расстоянием между людьми мас- полученными из видео на четырех разных сайтах в штабируется таким образом, чтобы скорость свобод- Эдинбурге в 1994 году [55].
48 ISSN 2587-6201 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ / FIRE AND EXPLOSION SAFETY 2017 ТОМ 26 № 7
БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ
Рис. 14. Зависимость скорости движения от дистанции меж- ду людьми в Simulex [55]
жdц Боковой интервал = d2 - з ч = d = 0 ,866 d и2ш Площадь на одного человека A = d 2 = 0 ,866 d 2 1 1 1,155 Плотность r = = = A 0 ,866 d 2 d2 Дистанция между людьми d = 1,155 r
Рис. 12. Приблизительное определение радиуса межлично- стного пространства (Thompson [55])
Рис. 13. Снижение средней скорости людского потока в за- Рис. 15. Изображение габаритов тела (на плане) и “контакт- висимости от дистанции между людьми (Thompson [55]) ного расстояния” в Simulex [55]
Установление соотношения между скоростью пе- гут использовать аналогичное представление тела). шеходного движения и дистанцией между людьми Это означает, что в Simulex можно варьировать окруж- (см. рис. 14) позволяет с помощью Simulex делать ности тела, чтобы попытаться воспроизвести не- некоторые попытки моделирования эффектов от ва- которые эффекты влияния разных размеров тела, риаций скорости движения среди существующего т. е. тучности взрослых или детей. Только “непре- населения. Рис. 15 иллюстрирует представленные рывные” модели, такие как Simulex, в их нынешнем в плане физические размеры людей, используемые виде могут использоваться для легкого учета влияния в модели Simulex (другие непрерывные модели мо- демографических характеристик населения, таких
ISSN 2587-6201 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ / FIRE AND EXPLOSION SAFETY 2017 ТОМ 26 № 7
БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ
как размер тела, на движение и состояние потока. IМО “MSC Circ 1238: Guidelines for evacuation ana- Результаты замены некоторыми из этих прототипов lysis for new and existing passenger ships” [23]. смешанных групп населения представлены в сле- Результаты этого моделирования, которые пред- дующем разделе. ставляют особый интерес, следующие: а) исходный состав категории “пригородные пас- 9. Моделирование демографических сажиры” дал норму потока 1,36, что было очень близко характеристик населения в Simulex к нормативному “стандарту” 1,33 для здоровых взрос- Simulex может, подобно многим другим непре- лых людей; рывным моделям, учитывать индивидуальные раз- б) категория “пожилые”, определенная IМО (с не- меры людей и скоростные различия, если известны большим учетом разновозрастного состава потока), в каждый момент времени их перемещения среди показала 35 %-ное снижение нормы потока по срав- толпы. Thompson c соавт. [62] ранее использовали нению с основной категорией “пригородные пасса- компьютерный симулятор Simulex для количествен- жиры”; ной оценки влияния пожилых людей в отчетливо на- в) категория “SFV взрослые” продемонстриро- блюдаемых изменениях демографических характе- вала уменьшение потока на 11 % за счет увеличив- ристик населения (как указано в правилах IМО [23]) шихся габаритов человека в спасательном жилете и размеров тела, запрошенных в то время Шведским по сравнению с людьми в обычной одежде. морским управлением (Sjцfartsverket или “SFV”) Эффект “пожилого” населения, демонстриру- для испытаний спасательных жилетов. В табл. 2 по- ющий снижение величины потока на 35 %, может казаны потоки, созданные в имитациях Simulex для быть больше, чем прогнозировалось по данным Ando, предварительно заданных составов, т. е. комбина- поскольку конкретизация демографического соста- ций групп людей с определенными размерами тела ва потока также оказывает некоторое влияние на и соответствующими им скоростями движения. общие значения параметров движения, в частности Каждая группа является “ненастоящей”, так как со- потока с пожилыми пассажирами. Увеличение раз- держит только характеристики определенных гео- мера тела приводит к относительно небольшому сни- метрических параметров. Как можно видеть из таб- жению скорости потока по сравнению с данными лицы, поток изменяется как функция составля- Паулса, Предтеченского и Милинского за счет уче- ющих его групп. та увеличивающихся габаритов только торса чело- Должно быть отмечено, что такой тип модели- века или только ширины современного спасательно- рования может быть реализован многими другими го жилета. Не принимается во внимание возможное непрерывными моделями; Simulex здесь использу- снижение скорости ходьбы, связанное с ожирением и ется лишь для иллюстрации. физиологическими заболеваниями из-за ожирения. Мы должны осознавать условность этих имита- ций, которые не наблюдаются в соответствующих 10. Обсуждение: исследованиях “реальной жизни”, но это создает расчеты, модели и проектирование определенный способ математического представ- ления изменений размера тела, а также тенденций, Мы рассмотрели две первичные демографиче- связанных с наблюдающимся снижением скорости ские тенденции, которые, как прогнозируется, влия- ходьбы пожилых пассажиров в этих имитациях. Де- ют на величину людского потока и общую скорость мографические категории “пассажиры”, “экипаж” движения: и “пожилые пассажиры” определены в документе а) “старение общества”, что, как прогнозирует- ся, приведет к значительно более высокой доле по- жилых людей в разных странах OECD, а в некото- Таблица 2. Результаты имитаций потоков в Simulex для рых странах по прогнозам к 2050 году более 60 % IMO [62] взрослого населения будет старше 65 лет. Если мы Максимальная Пропускная используем цифры из анализа увеличения доли по- величина людского способность Группа (IМО) потока, чел./с людского жилых людей в обществе в целом в сочетании с ана- (среднее по потока, лизом Ando скоростей ходьбы людей старше 65 лет, 10 испытаниям) чел./(м· с) то мы могли бы принимать снижение скорости на Пассажиры 1,4 1,36 20 % в качестве показателя воздействий на величи- Экипаж ММО 1,6 1,58 ну потока, которые обсуждались в предыдущих раз- Пожилые пассажиры 1,0 0,88 делах. Данные Холщевникова [2, 3] указывают на потенциальное падение около 40 %, но дают фак- Взрослые 1,4 1,28 тическое пиковое значение, которое на 20 % ниже Взрослые в спаса- типичного значения 1,33 чел/(м·с). Моделирование тельных жилетах 1,2 1,12 Simulex привело к значительному снижению скоро-
50 ISSN 2587-6201 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ / FIRE AND EXPLOSION SAFETY 2017 ТОМ 26 № 7
БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ
сти потока на 35 %, но мы предполагаем, что необ- ских изменений населения, прогнозируемых OECD ходимо провести дополнительные проверки изме- на 2050 год. Действительно, некоторый понижа- нений структуры населения по IМО в сравнении с ющий коэффициент должен применяться и в теку- его существующей структурой, прежде чем более щей практике проектирования, поскольку бульшая широко использовать результаты этих компьютер- часть этих изменений уже произошла. ных предположений. Для моделей, использующих Вышеприведенный расчет был проведен не для усредненные характеристики потока, мы должны того, чтобы предложить еще одно простое, “всеоб- были бы назначить 20 % как показатель общего щее” значение для всех проектировщиков всех видов снижения скорости и других параметров потока, зданий с целью применять его в будущем. Это про- отражающий влияние “пожилой” популяции; сто примерный расчет, который используется для б) “эпидемия ожирения” и тенденция повышения определения потенциальных последствий в обыч- “избыточного веса” населения во многих современ- ных условиях. В действительности, в различных зда- ных обществах. Мы использовали следующие по- ниях должна быть исследована демографическая казатели снижения скорости ходьбы: тесты Паулса структура населения. Можно поспорить, что анало- с использованием зимней одежды (снижение на гичные факторы применимы к зданиям с разнород- 10–20 % при ношении зимней одежды); анализ ным населением или с присутствием людей с огра- Предтеченского и Милинского влияния на увеличе- ниченными физическими возможностями. Такие ние размеров тела более тяжелой одежды (умень- факторы можно было бы использовать для алгорит- шение интенсивности движения на 25 %), пока- мов компьютерных моделей с заранее определен- затель Spearpoint и Maclennan (20 %) [40] и увели- ными характеристиками потока, просто изменяя чение торса людей в спасательных жилетах при кривые зависимостей скорости от плотности. Тогда имитациях Simulex (11 %). моделирование будет демонстрировать изменения Для моделей эвакуации, использующих общие соответствующих тенденций в потоке. Это не отно- скорости потока, мы бы установили 20 % для учета сится к “непрерывным” моделям движения, кото- в составе потока людей, страдающих ожирением, рые вместо этого должны основываться на индиви- поскольку мы ожидаем, что последствия от ожире- дуальных характеристиках и содержать алгоритмы, ния будут, по крайней мере, такими же, как и при реалистично воспроизводящие воздействия этих ха- ношении тяжелой одежды, и, вероятно, будет также рактеристик. учитываться снижение скорости ходьбы для более выраженных случаев ожирения. 11. Дополнительные факторы Рассмотрим комбинированное влияние этих двух демографических тенденций в следующем уравне- Признано, что в будущем необходимо будет учи- нии: тывать дополнительные факторы, которые могут влиять на скорость людского потока и способность qd = q (Fe Fo), (3) успешно эвакуироваться. В этой статье основное где qd — номинальная удельная пропускная способ- внимание было уделено необходимости использо- ность потока для проектирования или модели- вания компьютерных моделей для учета демогра- рования; фических изменений, но общий принцип состоит q — нескорректированная удельная пропускная в том, что необходимо применять более гибкие вы- способность потока для его “стандартного” со- числения и уходить от концепции однозначности, става; которая полагает “все одинаково” для всех случаев. Fe — коэффициент, учитывающий фактор пре- В будущем также должны учитываться следу- обладания пожилых людей в потоке; ющие аспекты: Fo — коэффициент, учитывающий фактор пре- 1. Биомеханика ходьбы: более подробный анализ обладания людей, страдающих ожирением, в по- биомеханики ходьбы требуется для более полного токе. понимания основных механизмов при моделирова- При приведенных выше численных значениях, нии ситуации. Такие факторы, как длина ног, длина т. е. Fe = 1 – 0,2 = 0,8 и Fo = 1 – 0,20 = 0,8, и широко шага, колебания тела, модели походки, вспомога- распространенной “стандартной” удельной пропу- тельные средства ходьбы и т. д., могут быть учтены скной способности 1,33 чел./(м· с) имеем: в будущем. Кроме того, для населения, в составе ко- торого могут доминировать пожилые люди и люди qd = 1,33 Ч (0,8 Ч 0,8) = 1,33 Ч 0,64 = 0,85. (4) с разными физическими возможностями, разумно Исходя из этих расчетов, предполагается, что мы учитывать, что все большее число жителей может могли бы рассматривать удельную пропускную спо- нуждаться в помощи (или во вспомогательных сред- собность потока 0,85 чел./(м· с) (на 36 % меньше ствах для ходьбы, или в помощи персонала), чтобы 1,33 чел./(м· с)) для учета тенденций демографиче- добраться до выхода. Параметрическая количест-
ISSN 2587-6201 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ / FIRE AND EXPLOSION SAFETY 2017 ТОМ 26 № 7 51
БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ
венная оценка таких факторов потребуется до того, 12. Выводы как будет предпринята попытка моделирования, но присущие ей сложности никоим образом не долж- Сегодня представление движения людских по- ны приводить к уклонению от учета этих факторов. токов в существующих моделях эвакуации, как пра- Вполне вероятно, что подходы к компьютерному вило, основано на старых данных, которые не учи- моделированию должны способствовать дальней- тывают увеличение доли пожилых людей и людей, шему развитию подходов “непрерывных моделей”, страдающих ожирением. В связи с этим модели люд- рассматривающих изменения движения из-за воз- ских “потоков” и подходы к проектированию необ- действий лиц, находящихся вне потока, и в возмож- ходимо пересмотреть. Как подчеркивалось в этой ных точках контакта при высоких плотностях, когда публикации, доля пожилых людей и людей, страда- “сдавливание” может стать риском. ющих ожирением, увеличилась за последние 40 лет, 2. Усталость: потенциальное снижение скорости и ожидается, что эти тенденции сохранятся в бли- ходьбы, возникающее после преодоления длинного жайшие 40 лет. Утверждается, что эти изменения пути эвакуации, характерное для высотных зданий, приведут к тому, что люди будут двигаться медлен- может иметь важное значение, особенно если уча- нее, а в случае ожирения уменьшится допустимая ствующие в процессе люди пожилые, страдающие плотность людского потока, выражаемая в количе- ожирением либо имеющие другие моторно-сенсор- ные нарушения. стве человек на квадратный метр. Таким образом, 3. Токсичность дыма: некоторые компьютерные поток, который является результатом скорости дви- симуляции используют модель фракционной эффек- жения и плотности, уменьшился за последние 40 лет тивной дозы [63] для учета возможного влияния и, как ожидается, еще больше сократится в ближай- токсичности дыма на скорость ходьбы. Однако такое шие 40 лет. Это имеет значительные последствия для воздействие на здоровье также следует рассматри- пожарной безопасности и безопасности жизнедея- вать в контексте демографии населения. Например, тельности в существующих зданиях, которые были пожилые люди могут быть гораздо более восприим- спроектированы на основе старых данных и эвакуа- чивыми к вдыханию дыма. ция из которых в будущем может занять больше вре- Имеется ряд последствий для проектирования мени, чем предполагалось первоначально. Кроме того, зданий. Если эта форма численного анализа дает устаревшие данные, используемые в моделях эваку- целесообразные указания по выполнению элемен- ации, влияют на точность текущих расчетов зданий. тов здания для размещения эвакуирующихся пото- Эта статья имеет углубленное освещение проблемы ков, то нам понадобятся более широкие проходы и увеличения доли пожилых людей и людей, страда- двери, для того чтобы произвести необходимые из- ющих ожирением, в обществе, но для решения этой менения пропускной способности этих элементов. проблемы необходимы дополнительные исследова- Такие коррективы должны учитывать состав насе- ния. Утверждается, что лучший способ решения — ления зданий в настоящее время и в будущем. Прос- пересмотреть движение людского потока, принимая тое увеличение ширины проходов не должно быть в расчет взаимодействие людей, что является иным единственным способом — мы должны учитывать подходом к сложившемуся пониманию движения изменения способностей и мобильности, связан- ные с изменениями в возрасте, степенью ожирения толпы. Предполагается, что существующие потоки и увеличением доли людей со “смешанными спо- могут измениться более чем на 36 %. Этот изменя- собностями”, для передвижения в построенной среде ющийся фактор (или его причины) можно было бы и достижения выхода, ведущего в безопасное место. использовать для модификации руководств по про- Руководства по проектированию должны быть пере- ектированию или нормативно-правовой докумен- смотрены и компьютерные модели обновлены. Нам тации на ближайшее время, пока не будет получено может также потребоваться рассмотреть вопрос о более точное понимание сложных взаимодействий том, какие организационные меры можно принимать биомеханики и прогнозируемых демографических для обеспечения безопасной для всех эвакуации. изменений населения.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Kholshchevnikov V. V., Samoshin D. A., Parfyonenko A. P., Belosokhov I. R. Study of children evacua- tion from pre-school education institutions // Fire and Materials. — 2012. — Vol. 36, issue 5-6. —
P. 349–366. DOI: 10.1002/fam.2152.
2. KholshchevnikovV. V., Samoshin D. А., Istratov R. N. The problems of elderly people safe evacuation from senior citizen health care buildings in case of fire // Proceedings of 5th International Symposium
“Human Behaviour in Fire”. — Cambridge, UK, 2012. — P. 587–593.
52 ISSN 2587-6201 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ / FIRE AND EXPLOSION SAFETY 2017 ТОМ 26 № 7
БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ
3. Kholshevnikov V. V., Shields T. J., Boyce K. E., Samoshin D. A. Recent developments in pedestrian flow theory and research in Russia // Fire Safety Journal. — 2008. — Vol. 43, issue 2. — P. 108–118. DOI:
10.1016/j.firesaf.2007.05.005.
4. Предтеченский В. М., Милинский А. И. Проектирование зданий с учетом организации движения людских потоков. — М. : Стройиздат, 1969. — 247 с.
5. Hankin B. D., Wright R. A. Passenger flow in subways // Operational Research Quarterly. — 1958. —
Vol. 9, No. 2. — P. 81–88. DOI: 10.2307/3006732.
6. Fruin J. J. Pedestrian planning and design. — New York : Metropolitan Association of Urban Designers and Environmental Planners Inc., 1971.
7. Pauls J. Movement of people // The SFPE Handbook of Fire Protection Engineering / DiNenno P. J.,
Beyer C. L., Custer R. L. P., Walton W. D., Watts J. M. W., Drysdale D., Hall J. R. (eds.). — 2nd ed. —
Quincy, MA : National Fire Protection Association, 1996. — P. 3-263–3-285.
8. Pauls J. L., Fruin J. J., Zupan J. M. Minimum stair width for evacuation, overtaking movement and co- unterflow. Technical bases and suggestions for the past, present and future // Pedestrian and Evacuation
Dynamics / Waldau N., Gattermann P., Knoflacher H., Schreckenberg M. (eds.). — Berlin : Springer
Verlag, 2005. — P. 57–69. DOI: 10.1007/978-3-540-47064-9_5.
9. World Population Ageing 2013 / United Nations, Department of Economic and Social Affairs, Popula- tion Division. — New York : United Nations, 2013. URL: http://www.un.org/en/development/desa/ population/publications/pdf/ageing/WorldPopulationAgeing2013.pdf.
10. World Population Prospects: the 2012 revision, key findings and advance tables / United Nations, De- partment of Economic and Social Affairs, Population Division. — New York : United Nations, 2013.
URL: https://informationsociety.files.wordpress.com/2015/01/wpp2012-key-findings.pdf.
11. Obesity Update 2012 / Organisation for Economic Co-operation and Development (OECD), 2012.
URL: http://www.oecd.org/health/49716427.pdf.
12. Kuligowski E. D., Peacock R. D., Reneke P. A., Wiess E., Hagwood C. R., Overholt K. J., Elkin R. P.,
Averill J. D., Ronchi E., Hoskins B. L., Spearpoint M. Movement on stairs during building evacuations /
NIST Technical Note 1839. — USA : National Institute of Standards and Technology, 2015. DOI:
10.6028/NIST.TN.1839.
13. Pauls J. L. Building evacuation: research findings and recommendations // Fires and Human Behaviour
/ Cantor D. (ed.). — New York : John Wiley & Sons, 1980. — P. 251–275.
14. Peacock R. D., Hoskins B. L., Kuligowski E. D. Overall and local movement speeds during fire drill eva- cuations in buildings up to 31 stories // Safety Science. — 2012. — Vol. 50, issue 8. — P. 1655–1664.
DOI: 10.1016/j.ssci.2012.01.003.
15. Ando K., Ota H., Oki T. Forecasting the flow of people // Railway Research Review. — 1988. —
Vol. 45, No. 2. — P. 8–14 (Japanese).
16. Boyce K. E., Shields T. J., Silcock G. W. H. Towards the characterization of building occupancies for fire safety engineering: capabilities of disabled people moving horizontally and on an incline // Fire Techno- logy. — 1999. — Vol. 35, issue 1. — P. 51–67. DOI: 10.1023/a:1015339216366.
17. Guide to Safety at Sports Grounds (Football) (also known as the ‘Green Guide’). — 3rd ed. — UK :
HMSO, 1985.
18. Nelson H. E., MacLennan H. A. Emergency movement // The SFPE Handbook of Fire Protection En- gineering / DiNenno P. J., Beyer C. L., Custer R. L. P., Walton W. D., Watts J. M. W., Drysdale D.,
Hall J. R. (eds.). — 2nd ed. — Quincy, MA : National Fire Protection Association, 1996. — P. 3-286–3-295.
19. PD 7974-6:2004. The application of fire safety engineering principles to fire safety design of buildings.
Human factors. Life safety strategies. Occupant Evacuation, behaviour and condition (Sub-system 6).
— London, UK : British Standards Institution, 2004.
20. Report by SCICON Ltd. on safety in football stadia: a method of assessment / Lord Justice Taylor’s
Final Report, Technical Working Part on the Guide to Safety at Sports Grounds. — UK : Home Office,
1989.
21. The Building Regulations 2000. Approved Document B: Fire Safety (Volume 2 — Buildings other than dwelling houses). — 2006 ed. — Department of Communities and Local Government (DCLG), 2007.
22. NFPA 101. Code for safety to life from fire in buildings and structures. — Washington, DC : U. S. De- partment of Commerce, 2012.
23. Guidelines for evacuation analysis for new and existing passenger ships / MSC.1/Circ.1238. — London :
International Maritime Organisation, October 2007.
24. 2012 Disability Status Report. United States. — Ithaca, NY : Cornell University, Employment and Di- sability Institute, 2012. — 64 p. URL: http://www.disabilitystatistics.org/StatusReports/2012-PDF/
2012-StatusReport_US.pdf.
ISSN 2587-6201 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ / FIRE AND EXPLOSION SAFETY 2017 ТОМ 26 № 7
БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ
25. Older S. J. Movement of pedestrians on footways in shopping streets // Traffic Engineering and Control.
— 1968. — Vol. 10. — P. 160–163.
26. Polus A., Schofer J. L., Ushpiz A. Pedestrian flow and level of service // Journal of Transportation Engi- neering. — 1983. — Vol. 109, issue 1. — P. 46–56. DOI: 10.1061/(asce)0733-947x(1983)109:1(46).
27. Pauls J. L. In: Fires and Human Behaviour / Canter D. (ed.). — London : John Wiley & Sons Ltd., 1980.
— P. 227–275, Chapters 13 and 14.
28. Society at a glance: OECD social indicators. — Paris : OECD Publishing, 2006.
29. Martin J. A., Hamilton B. E., Osterman M. J. K., Curtin S. C., Mathews T. J. Births: final data for 2012 //
National Vital Statistics Reports. — Vol. 62, No. 9. — Hyattsville, MD : National Center for Health
Statistics, 2013.
30. Arias E. United States Life Tables, 2006 // National Vital Statistics Reports. — 2010. — Vol. 58, No. 21.
— 40 p. URL: http://www.cdc.gov/nchs/data/nvsr/nvsr58/nvsr58_21.pdf.
31. Have kids, settle down: marital and maternal age since 1938 / UK Parliament Research Publications,
2013. URL: http://www.parliament.uk/business/publications/research/olympic-britain/population/have- kids-settle-down/.
32. The 2015 ageing report: economic and budgetary projections for the 28 EU Member States (2013–2060).
— Brussels : European Commission, 2015. — 424 p.
33. Reeves N. D., Spanjaard M., Mohagheghi A. A., Baltzopoulos V., Maganaris C. N. The demands of stair descent relative to maximum capacities in elderly and young adults // Journal of Electromyography and
Kinesiology. — 2008. — Vol. 18, issue 2. — P. 218–227. DOI: 10.1016/j.jelekin.2007.06.003.
34. Kang H. G., Dingwell J. B. Effects of walking speed, strength and range of motion on gait stability in healthy older adults // Journal of Biomechanics. — 2008. — Vol. 41, issue 14. — P. 2899–2905. DOI:
10.1016/j.jbiomech.2008.08.002.
35. Fujiyama T., Tyler T. Free walking speeds on stairs: effects of stair gradients and obesity of pedestrians //
Pedestrian and Evacuation Dynamics / Peacock R., Kuligowski E., Averill J. (eds.). — Boston, MA :
Springer, 2011. — P. 95–105. DOI: 10.1007/978-1-4419-9725-8_9.
36. Triggle N. Fat patients ‘prompts ambulance fleet revamp’ // BBC News. Health. — 3 February, 2011.
URL: http://www.bbc.co.uk/news/health-12287880.
37. Obesity and overweight // WHO Fact sheet No. 311, 2015. URL: http://www.who.int/mediacentre/fact- sheets/fs311/en/.
38. Fryar C. D., Carroll M. D., Ogden C. L. Prevalence of obesity among children and adolescents: United
States, trends 1963–1965 through 2009–2010. — Hyattsville, MD : National Center for Health Statis- tics, 2012. — 6 p. URL: http://www.cdc.gov/nchs/data/hestat/obesity_child_09_10/obesity_ child_09_10.htm.
39. Levy J., Segal L. M., Thomas K., Laurent R., Lang A., Rayburn J. F as in Fat: How Obesity Threatens
America’s Future 2012. — USA : Trust for America’s Health, Robert Wood Johnson Foundation, 2013.
40. Spearpoint M., MacLennan H. A. The effect of an ageing and less fit population on the ability of people to egress buildings // Safety Science. — 2012. — Vol. 50, issue 8. — P. 1675–1684. DOI:
10.1016/j.ssci.2011.12.019.
41. Hulens M., Vansant G., Claessens A. L., Lysens R., Muls E. Predictors of 6-minute walk test results in lean, obese and morbidly obese women // Scandinavian Journal of Medicine and Science in Sports. —
2003. — Vol. 13, issue 2. — P. 98–105. DOI: 10.1034/j.1600-0838.2003.10273.x.
42. He X. Z., Baker D. W. Body mass index, physical activity, and the risk of decline in overall health and physical functioning in late middle age // American Journal of Public Health. — 2004. — Vol. 94, issue 9. — P. 1567–1573. DOI: 10.2105/ajph.94.9.1567.
43. Kuligowski E. D., Peacock R. D. A review of building evacuation models / NIST Technical Note 1471.
— Washington : U. S. Government Printing Office, 2005. — 156 p. DOI: 10.6028/nist.tn.1471.
44. Gwynne S., Galea E. R. A review of methodologies and critical appraisal of computer models used in the simulation of evacuation from the built environment. — Bethesda, Maryland, USA : Society of Fire
Protection Engineers, 2004.
45. Stahl F. Final report on the “BFIRES/Version 1” computer simulation of emergency egress behaviour during fires: calibration and analysis / NBSIR 79-1713. — Washington, DC : U. S. Department of Com- merce, NBS, Center for Building Technology, March 1979. DOI: 10.6028/nbs.ir.79-1713.
46. Kisko T. M., Francis R. L. EVACNET+: A computer program to determine optimal building evacuation plans // Fire Safety Journal. — 1985. — Vol. 9, issue 2. — P. 211–220. DOI: 10.1016/0379-7112(85)90009-8.
47. Fahy R. F. EXIT 89: An evacuation model for high-rise buildings // Proceedings of the 3rd International
Symposium of Fire Safety Science. — London : Elsevier Science Publishers, 1991. — P. 815–823.
54 ISSN 2587-6201 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ / FIRE AND EXPLOSION SAFETY 2017 ТОМ 26 № 7
БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ
48. Ketchell N., Cole S. The EGRESS code for human movement and behaviour in emergency evacuations //
Engineering for Crowd Safety / Smith R. A., Dickie J. (eds.). — Amsterdam : Elsevier, 1993. — P. 361–370.
49. Galea E. R., Galparsoro J. M. P., Pearce J. A brief description of the EXODUS evacuation model //
Proceedings of the18th International Conference on Fire Safety. — San Francisco, USA, 1993. —
Vol. 18. — P. 149–162.
50. STEPS — simulation of transient evacuation and pedestrian movements. User Manual. — Croydon:
Mott MacDonald Group, 2003 (unpublished work).
51. Klupfel H., Meyer-Konig T. Characteristics of the PedGo software for crowd movement and egress si- mulation // Proceedings of the 2nd International Conference in Pedestrian and Evacuation Dynamics
(PED). — London, UK : University of Greenwich, 2003. — P. 331–340.
52. Thompson P. A., Marchant E. W. A computer model for the evacuation of large building populations //
Fire Safety Journal. — 1995. — Vol. 24, issue 2. — P. 131–148. DOI: 10.1016/0379-7112(95)00019-p.
54. Legion International. URL: http://www.legion.com/legion-software.
55. Thompson P. A. Developing new techniques for modelling crowd movement : Ph. D. — Scotland, Uni- versity of Edinburgh, Department of Building and Environmental Engineering, 1995.
56. Cappuccio J. Pathfinder: a computer-based timed egress simulation // Fire Protection Engineering. —
2000. — Vol. 8. — P. 11–12.
57. TraffGO “Product Information — PedGo Editor”. Pamphlet, 2005.
58. Oasys MassMotion // AEC Magazine. — 25 July 2011. URL: http://aecmag.com/software-mainmenu-32/
445-oasys-massmotion.
59. Korhonen T., Hostikka S. Fire dynamics simulator with evacuation: FDS+Evac : Technical Reference and User’s Guide. — Finland, VTT, 2009. — 91 p. URL: http://pdfs.semanticscholar.org/f25c/
089e83048beefc756bf17a210f0efff0b8b3.pdf.
60. Togawa K. Study of fire escapes basing on the observation of multitude currents: Report No. 14. —
Tokyo : Building Research Institute, 1955.
61. Pauls J. L. In: Fires and Human Behaviour / Canter D. (ed.). — London : John Wiley & Sons Ltd., 1980.
— P. 227–275, Chapters 13 and 14.
62. Thompson P., Lindstrom H., Olsson P. A., Thompson S. Simulex: analysis and changes for IMO compli- ance // Proceedings of the Second International Conference in Pedestrian and Evacuation Dynamics
(PED). — London : University of Greenwich, 2003.
63. Purser D. A. Toxicity assessment of combustion products // SFPE Handbook of Fire Protection Engi- neering / DiNenno P. J. et al. (eds.). — 3rd ed. — Quincy, MA : National Fire Protection Association,
2002. — P. 2-83–2-171.
ISSN 2587-6201 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ / FIRE AND EXPLOSION SAFETY 2017 ТОМ 26 № 7
Ключевые слова
Похожие публикации
Доклад · 2009Использование расчётных моделей для оценки пожарного риска
Доклад · 2009Обзор моделей и программ для расчёта времени эвакуации
Доклад · 2009Программное обеспечение СИТИС «Флоутек» и «Эватек» для расчёта времени эвакуации
Доклад · 2009Беляев С. В. Эвакуация из зданий с массовым пребыванием людей
КнигаДутов А. В. Физиология человека при пожаре
Книга