Определение расчетного времени эвакуации смешанного потока людей
Изложен метод определения расчетного времени эвакуации для смешанного потока, содержащего людей из маломобильных групп населения. Рассмотрены некоторые проблемы стандартизованного метода расчета [1] и показана его адаптация для смешанного потока. Дается пример расчета времени эвакуации для изучаемого случая.
Прямых ссылок нет — публикация используется как справочный материал.
Объём оцифровки: 25,639 знаков. Ссылки внутри текста ведут на карточки источников и публикаций библиотеки.
БЕЗОПАСНОСТЬ ЛЮДЕЙ ПРИ ПОЖАРАХ
Д-р техн. наук, профессор
А. А. Таранцев
УДК 614.84
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНОГО ВРЕМЕНИ ЭВАКУАЦИИ
СМЕШАННОГО ПОТОКА ЛЮДЕЙ
Изложен метод определения расчетного времени эвакуации для смешанного потока, содержащего людей из маломобильных групп населения. Рассмотрены некоторые проблемы стандартизованного метода расчета [1] и показана его адаптация для смешанного потока. Дается пример расчета времени эвакуации для изучаемого случая.
Введение Представляется необходимым рассмотреть воз-
С можность определения tp при эвакуации смешанно- овременный этап развития городов характери- го потока, частично содержащего людей из маломо- зуется наличием большого количества зданий бильных групп населения (МГН) — М2, М3 и М4, с массовым пребыванием людей, в том числе с огра- для чего необходимо остановиться на основных по- ниченной мобильностью (детей, пожилых, инвали- ложениях расчетного метода [1].
дов, людей с вещами и багажом) — торгово-развле- кательных комплексов, театров, вокзалов, аэропор-
1. Основные положения известного метода тов и т.п. Обеспечение безопасности людей путем расчета времени эвакуации эвакуации в случае пожара (а в последнее время — и при угрозе террористического акта) является од- Сущность известного метода определения tp за- ной из важнейших задач при проектировании, ре- ключается в следующем:
конструкции и эксплуатации таких зданий. а) весь эвакуационный путь разделяется на n
С этой целью были разработаны и стандартизо- участков, первым из которых является участок от ваны [1] методы расчета времени эвакуации людей наиболее удаленного места нахождения человека, а tp и необходимого времени эвакуации tнб до наступ- расчетное время эвакуации определяется как сумма ления какого-либо из опасных факторов пожара времени движения по участкам:
(ОФП) — повышенной температуры, потери види- n мости из-за задымления, пониженного содержания t p = е l i v i-1 + Dt i , (1.1) кислорода или опасной концентрации токсичных i =1 продуктов сгорания. На основании сопоставления значений tp и tнб оценивается вероятность предот- где li , vi — длина i-го участка и скорость движения вращения воздействия ОФП на людей и делается людей по нему соответственно;
вывод о приемлемости проекта строительства или Dti — время задержки движения людей на i-м реконструкции здания либо о необходимости его участке из-за возникновения скопления (если переработки. скопления нет, то Dti = 0);
Стандартизованный метод расчета tp основыва- б) скорость движения людей v зависит от плот- ется на большом объеме экспериментальных дан- ности людского потока D и вида пути (горизонталь- ных [2, 3] о движении людей по различным участ- ный путь, лестница, пандус), для чего в ГОСТ [1] кам эвакуационного пути и широко используется дана табл. 2, где представлены зависимости скоро- соответствующим кругом специалистов, в частно- сти v от плотности D и от интенсивности q (ин- сти, сотрудниками ГПС при экспертизе проектов. декс i для простоты опущен). Известны также ана-
Однако он по умолчанию предполагает, что эвакуи- литические зависимости v (D ) и q (D ) [4, 6]:
руются только люди без ограничений по мобильно- v при D Ј D 0 сти (группа М1 по СНиП [4]) и, кроме того, облада- v = мн 0 ; (1.2) ет рядом других недостатков [5]. оv 0 (1 - a 0 ln D D 0 ) при D > D 0
42 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2006 ТОМ 15 № 6
БЕЗОПАСНОСТЬ ЛЮДЕЙ ПРИ ПОЖАРАХ
q = vD, (1.3) где F, l1, d1 — соответственно общая площадь гори- где v0, a0, D0 — параметры, зависящие от вида пути зонтальной проекции людей на 1-м участке, его и группы мобильности эвакуирующихся (согласно длина и ширина (согласно выражению (8) [1]
F = Nf, где N — количество людей на 1-м участке, табл. В.1 [4]: М1 — ограничений по мобильности f » 0,1 м2 — средняя площадь горизонтальной про- нет: М2 — пожилые и немощные люди, инвалиды екции человека);
на протезах, инвалиды по зрению, люди с психиче- г) по величине D1 с использованием табл. 2 [1] скими отклонениями; М3 — инвалиды с костылями или выражений (1.2) и (1.3) находится скорость v1 и или палками; М4 — инвалиды на креслах-колясках интенсивность движения q1; для дверного проема с ручным приводом) и представленные в табл. I шириной dп < 1,6 м и плотности потока D1 і 0,9 м2/м2
(см. также рис. 1–4).
интенсивность движения следует определять по в) для 1-го участка находится плотность люд- формуле:
ского потока qп = 2,5 + 3,75dп ; (1.5)
D1 = F / l1d1, (1.4)
Таблица I. Параметры различных групп мобильности людей
Группы мобильности Участок М1 ( f = 0,1 м ) М2 ( f = 0,2 м2) М3 ( f = 0,3 м2) М4 ( f = 0,96 м2) пути v0 a0 D0 v0 a0 D0 v0 a0 D0 v0 a0 D0 Г 100 0,295 0,051 30 0,335 0,135 70 0,35 0,102 60 0,4 0,135 ЛВн 100 0,4 0,089 30 0,346 0,139 20 0,454 0,208 ЛВв 60 0,305 0,067 20 0,348 0,126 25 0,347 0,120 ПВн 115 0,399 0,171 45 0,438 0,171 105 0,416 0,122 115 0,424 0,146 ПВв 80 0,399 0,107 45 0,438 0,171 55 0,446 0,136 40 0,42 0,150 Дп qmax1 = 19,6 м/мин qmax2 = 9,7 м/мин qmax3 = 17,6 м/мин qmax4 = 16,4 м/мин Примечания: 1. Размерности: v0 — м/мин; a0 — безразмерный; D0 — м /м . 2
2. f — средняя площадь горизонтальной проекции человека.
3. Г — горизонтальный путь; ЛВн — лестница вниз; ЛВв — лестница вверх; ПВн — пандус вниз; ПВв — пандус вверх;
Дп — дверной проем.
q, м/мин q, м/мин
+
0,5
+
15
0,4
D =0,9 0,6
+
0,
0,5
0,4
0,8
0,7 D =0,9 0,2 М1
0,
0,6
+
10
0, 0,8
М1 0,1
М1
0,1 0,7
5
0,05
0,05 М2
M3
M3
М2 M4 M3 М2
0
0 30 60 90 V, м/мин 0 30 60 90 V, м/мин
Рис. 1. Номограмма “интенсивность – скорость движе- Рис. 2. Номограмма “интенсивность – скорость движе- ния” на горизонтальном участке эвакуационного пути ния” на лестнице с учетом плотностей людского потока D с учетом плотностей людского потока D для различ- для различных групп мобильности М1 – М4: Ў, r — ме- ных групп мобильности М1–М4: Ў — методика [1]; тодика [1] для движения вниз и вверх соответственно; —— СНиП [4]; П — данные публикации [14] – – – СНиП [4] для движения вниз и вверх соответст- венно; И, П — данные публикации [14]
ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2006 ТОМ 15 № 6 43
БЕЗОПАСНОСТЬ ЛЮДЕЙ ПРИ ПОЖАРАХ q, м/мин l имеет место слияние нескольких людских потоков:
D =0,9 qi = S/di (1.7)
0,8
0,7
М1
(S — сумма произведений интенсивностей на ши-
0,6 рину путей для сливающихся потоков);
0,5 М4 е) если выполняется условие
М3 qi < qmax или qп < qmax (1.8)
20 4 (для горизонтальных путей qmax = 16,5 м/мин; для
0,
0,3 дверных проемов qmax = 19,6 м/мин; для лестницы
0,2 вниз qmax = 16 м/мин; для лестницы верх qmax =
= 11 м/мин), то скопления людей не образуется и
10 0,1 Dti = 0, а если условие (1.8) не выполняется, то об- разуется скопление людей и необходимо учитывать
M1 возникающую задержку. Плотность потока Dmax,
М2 М2 М3 при которой имеет место максимальная интенсив-
М4 ность qmax, с учетом выражений (1.2) и (1.3) может
0 25 50 75 100 V, м/мин быть найдена из равенства (аналогичная формула приведена в работе [6]):
Рис. 3. Номограмма “интенсивность – скорость движе- ния” на пандусе с учетом плотностей людского потока D D max = D 0 exp ( a 10 - 1); (1.9) для различных групп мобильности М1–М4: ———,
– – – СНиП [4] для движения вниз и вверх соответст- ж) полученные данные подставляются в выра- венно жение (1.1). Если tp + tнэ < tнб (1.10) q, м/мин
(tнэ — промежуток времени между началом пожара
М1 qmax и началом эвакуации), то вероятность успешной эвакуации считается весьма высокой (99,9%).
M3 К настоящему времени созданы компьютерные
+ +
М4 программы, моделирующие процесс эвакуации
(их обзор дан в публикации [7]), но неоспоримое достоинство метода [1] в его “прозрачности”.
В то же время расчеты tp для конкретных проекти-
М2 qпр руемых или реконструируемых зданий, прове-
+
М1 денные по самым лучшим сертифицированным компьютерным программам, требуют тщательной перепроверки со стороны сотрудников ГПС, по крайней мере, в части правильности задания исход- ных данных.
0 30 60 90 D 2. Некоторые проблемы расчетного метода
Рис. 4. Зависимость интенсивности движения в дверном Стандартизованный метод [1], как показано в проеме от плотности людского потока D для различных работе [5], не в полной мере отражает особенности групп мобильности М1–М4: Ў, – – – методика [1] для расчета времени эвакуации для некоторых типов группы мобильности М1; —— выражения (1.2) и (1.3) с зданий, в частности:
учетом данных работы [6]; П — максимальные интенсив- ности движения для групп М2–М3 по СНиП [4] а) не приведено выражение для определения величины задержки Dti из-за скопления лю- дей, если таковое все-таки возникает (см. раз- дел 1, пункт “е”);
д) для 2-го и последующих участков определя- б) не учитываются криволинейность участков ются интенсивности движения людского потока:
путей эвакуации и повороты людских пото- l нет слияния потоков ков на них;
qi = qi–1 di–1/di (1.6) в) не в полной мере принимаются во внимание особенности слияния и разделения людских
(для дверного проема qп = qi di /dп ); потоков;
44 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2006 ТОМ 15 № 6
БЕЗОПАСНОСТЬ ЛЮДЕЙ ПРИ ПОЖАРАХ
г) не учитываются усталостные явления при Нужно отметить еще и то, что существуют неко- движении людей (об этом упомянуто также в торые расхождения между стандартизованными статье [8]); данными [1, табл. 2] и результатами расчетов по д) величина tнэ принимается одинаковой для СНиП [4, приложение В] или выражениям (1.2) всех этажей, лежащих выше этажа пожара, и (1.3). Это частично поправлено в работе [14] что может привести к скоплениям в лестнич- (см. рис. 2, сплошная кривая М1), но расхождения ных клетках при одновременном начале эва- для движения вверх по лестнице для группы М1 до- куации большого числа людей и не предпо- статочно ощутимы (рис. 2, пунктирная кривая М1). лагает оперативного управления эвакуацией Еще более заметны расхождения интенсивностей с использованием системы оповещения и движения людей группы М1 в дверном проеме при управления эвакуацией (СОУЭ) [9]; D > 0,5 (рис. 4) для стандартизованных [1, табл. 2] е) кроме того (и это исключительно важно для и расчетных [4, приложение В] данных — в работе объектов с массовым пребыванием людей — [6, табл. 1] приведено: а0 = 0,295, D0 = 0,65 чел./м2 театров, концертных залов, торговых комп- (» 0,065 м2/м2), для активной и повышенной ак- лексов, вокзалов, лечебных заведений и тивности категорий движения v0 ( (90; 120) м/мин т.п.), не определена методика расчета време- [6, табл. 2], что соответствует стандартизованному ни эвакуации смешанных людских потоков, значению [1] v0 » 100 м/мин. содержащих различные МГН — от М1 до Кроме того, в СНиП [4, приложение В] пред- М4, хотя параметры этих потоков в отдель- ставлены только величины максимальной интен- ности приведены в СНиП [4]. сивности qmax движения в дверном проеме различ- Большинство указанных проблем может быть ных групп мобильности, но не даны предельные решено с использованием выражений и подходов, интенсивности qпр , что затрудняет оценку времени изложенных в работах [10–12]. В частности, время задержки по выражению (2.1). задержки (проблема “а”) может быть определено по Эта проблема преодолевается путем введения выражению [10]: соотношения
Dti » F [( qпр dс)–1 – (qi di)–1], (2.1) qпр = kq qmax, (2.2)
где dс — ширина проема или следующего участка, где kq < 1 — коэффициент снижения интенсивно- перед которым возникает скопление; сти, который может быть принят по группе М1 qпр — предельная интенсивность, которая для [1, табл. 2 или рис. 4]: kq = 8,5/19,6 » 0,43. проема шириной не менее 1,6 м равна 8,5 м/мин (для проем уже 1,6 м используется выраже- 3. Адаптация метода расчета ние (1.5)), для лестницы вниз — 7,2 м/мин, для времени эвакуации для смешанного потока лестницы вверх — 9,9 м/мин. При повороте людского потока в пределах одно- Будем исходить из принципа взаимопомощи — го помещения (проблема “б”), когда его ширину di эвакуирующиеся различных МГН движутся орга- определить затруднительно (особенно, если поме- низованно единым потоком, люди без ограничений щение в плане близко к квадрату), она может быть по мобильности помогают менее мобильным, тем оценена как отношение площади помещения к сум- самым замедляя свое движение и ускоряя их (на- марной длине пути в нем. пример, взрослый сын группы мобильности М1 бу- При слиянии и разделении ограниченных люд- дет всячески помогать своей матери, относящейся к ских потоков (проблема “в”) необходимо осуществ- группе М2). Этот принцип может нарушаться толь- лять управление ими с помощью СОУЭ [9] и дейст- ко в случае возникновения паники или явной угро- вий персонала объекта (установление времени зы ОФП людям, но архитектурно-планировочные начала эвакуации tнэ ), что, как показано в работе решения объектов и СОУЭ на них должны быть та- [13], может предотвратить образование скоплений. ковыми, чтобы исключить подобные ситуации. При Подобным образом может быть решена и пробле- взаимопомощи людей в смешанных потоках с МГН ма “д”. будут иметь место следующие соотношения: Проблема “г” — усталостного замедления дви- l площадь F является суммой жения эвакуирующихся — будет рассмотрена в от- дельной статье (разрабатывается соответствующая F = NM1 fM1 + NM2 fM2 + NM3 fM3 + NM4 fM4, (3.1) математическая модель), здесь же остановимся на проблеме “е” — оценке величины tp при движе- где NMi — число людей i-й МГН (i = 1, …, 4); нии смешанного людского потока, содержащего fMi — площадь горизонтальной проекции чело- различные МГН. века i-й МГН (см. табл. I);
ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2006 ТОМ 15 № 6
БЕЗОПАСНОСТЬ ЛЮДЕЙ ПРИ ПОЖАРАХ
l выражения (1.4) и (2.1) для плотности D1 и вре- F = 40 Ч 0,1 + 50 Ч 0,2 + 10 Ч 0,3 + 0 Ч 0,96 = 17 м2;
мени задержки соответственно остаются в силе, wM1 = 40 Ч 0,1/17 » 0,2353;
величина F для них определяется по выраже- нию (3.1); wM2 = 50 Ч 0,2/17 » 0,5882;
l скорость общего потока является “взвешенной” wM3 = 10 Ч 0,3/17 » 0,1765;
суммой скоростей:
qmax п = 0,2353 Ч 19,6 + 0,5882 Ч 9,7 + v = wM1vM1 + wM2vM2 + wM3vM3 + wM4vM4, (3.2) + 0,1765 Ч 17,6 » 13,4 м/мин;
где vMi , wMi — скорость и “вес” i-й МГН, которые qпр п = 0,43 Ч 13,4 » 5,8 м/мин.
находятся соответственно из выражений (1.2) Пользуясь этими данными, а также табл. I и выра-
(с учетом табл. 1) и жениями (1.2), (1.3) и (3.2), получаем обобщенные зависимости q (v ) (рис. 6), аналогичные табл. 2 [1].
wMi = NMi fMi /F, i = 1, …, 4 (3.3)
(очевидно, wM1 + wM2 + wM3 + wM4 = 1);
l максимальная и предельная интенсивности движения являются “взвешенными” суммами соответствующих интенсивностей движения
d3 l1
МГН: l3 l4 l2
d1 d2 d4 qmax = wM1 qmax1 + wM2 qmax2 +
+ wM3 qmax3 + wM4 qmax4; (3.4)
qпр = wM1 qпр1 + wM2 qпр2 + wM3 qпр3 + wM4 qпр4, (3.5) 4 3 2
а для дверного проема может быть использовано 10 м выражение (2.2).
Такой подход позволяет провести объективную Рис. 5. Схема пути эвакуации смешанного потока в рас- сматриваемом примере: 1 — зал; 2 — площадка; 3 — лест- оценку расчетного времени эвакуации из многих ница вниз; 4 — вестибюль зданий и сооружений людей различных групп мо- бильности, используя стандартный метод [1] с уче- том [4]. Подход легко алгоритмизуется, благодаря q, м/мин чему составлена соответствующая компьютерная программа. D =0,9
0,5
0,4
0,8
4. Пример расчета времени эвакуации 0,7 смешанного потока
0,
0,6 qmax п
В картинной галерее по данным администрации при проведении выставки может находиться не бо- 0, лее 100 чел. различных групп мобильности (пред- положительно: М1 — 40 чел., М2 — 50 чел., М3 —
10 чел.). Требуется оценить величину времени их 2 0,1 эвакуации tp при возможном пожаре или угрозе тер- акта в здании, где эта галерея расположена, когда
5 0,05
СОУЭ указан путь “зал галереи – площадка – лест- 4 ница вниз – вестибюль” (рис. 5).
Поскольку ожидается, что посетители групп М2 и М3 на выставке могут быть со своими родствен-
0 30 60 V, м/мин никами и знакомыми группы М1, а также что СОУЭ срабатывает своевременно и правильно, эвакуиру- Рис. 6. Номограмма “интенсивность – скорость движе- ющиеся будут двигаться единым смешанным пото- ния” смешанного людского потока (40% М1, 50% М2, ком. Как видим из рис. 5, путь эвакуации состоит из 10% М3) для различных участков эвакуационного пути:
4-х участков — их параметры приведены в табл. II, 1 — пандус вниз; 2 — горизонтальный путь; 3 — лестни- а NM1 = 40, NM2 = 50, NM3 = 10, NM4 = 0. По выраже- ца вниз; 4 — пандус вверх; 5 — лестница вверх; – – – мак- симальная интенсивность в дверном проеме ниям (3.1) – (3.4) и (2.2) получаем:
46 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2006 ТОМ 15 № 6
БЕЗОПАСНОСТЬ ЛЮДЕЙ ПРИ ПОЖАРАХ
Таблица II. Параметры эвакуационного пути и времен- изложенный выше подход, сведены также в табл. II. ные интервалы (к примеру) Как видим, скопление может возникнуть только на li /vi , выходе из зала, а расчетное время эвакуации не пре- i Участок пути li , м di , м dп , м Dti , мин мин вышает 2 мин. При реконструкции картинной гале- реи желательно увеличить дверной проем на выхо- 1 Зал 22,36 20 2 0,418 1,092 де из зала до 3,5 м. 2 Площадка 5,0 4 – 0,093 – Таким образом, становится возможным рассчи- 3 Лестница тывать время эвакуации людей различных групп 6,0 2 – 0,151 – вниз мобильности, движущихся смешанным потоком. 4 Вестибюль 5,0 4 2 0,094 – При этом максимально учитываются стандарти- tp , мин = 1,849 зованные выражения, приведенные в ГОСТ 12.4.001–91* [1] и СНиП 35-01–2001 [4], а также Примечание. Длина 1-го участка выбрана с учетом разработки специалистов в области движения люд- движения последнего эвакуирующегося из дальнего угла зала. ских потоков. *** Автор благодарен канд. техн. наук С. А. Жаро- Результаты расчетов, проведенные с использо- ву и А. П. Зиме за апробацию и обсуждение резуль- ванием компьютерной программы, реализующей татов.
ЛИТЕРАТУРА
1. ГОСТ 12.4.001–91*. Пожарная безопасность. Общие требования. Обязательное приложе- ние 2* “Метод определения уровня обеспечения пожарной безопасности людей”.
2. Предтеченский В. М., Милинский А. И. Проектирование зданий с учетом организации движе- ния людских потоков. Изд. 2-е, перераб и доп. — М.: Стройиздат, 1979.
3. Холщевников В. В. Исследования людских потоков и методология нормирования эвакуации людей при пожаре. — М.: МИПБ МВД России, 1999.
4. СНиП 35-01–2001. Доступность зданий и сооружений для маломобильных групп населения.
Обязательное приложение В.
5. Танклевский Л. Т., Таранцев А. А. О некоторых проблемах расчетных методов эвакуации //
Пожарная безопасность. — 2004. — № 5. — С. 112–117.
6. Холщевников В. В. Психофизиологические закономерности поведения людей при движении в пешеходных потоках // Пожаровзрывобезопасность. — 2005. — Т. 14, № 4. — С. 38–54.
7. Холщевников B. B., Самошин Д. А., Галушка Н. Н. Обзор компьютерных программ модели- рования эвакуации из зданий и сооружений // Пожаровзрывобезопасность. — 2002. — Т. 11,
№ 5. — С. 40–49.
8. Холщевников В. В. Проблема беспрепятственной эвакуации людей из зданий, пути ее реше- ния и оценки // Пожаровзрывобезопасность. — 2006. — Т. 15, № 1. — С. 30–35.
9. НПБ 104–03. СОУЭ при пожарах в зданиях и сооружениях.
10. Пожарная профилактика в строительстве: Учебник под ред. В. Ф. Кудаленкина. — М.: ВИПТШ
МВД СССР, 1985.
11. Ройтман М. Я. Пожарная профилактика в строительном деле / Под ред. Н. А. Стрельчука. —
М.: ВИПТШ МВД СССР, 1975.
12. Ройтман М. Я. Противопожарное нормирование в строительстве. Изд. 2-е, перераб. и доп. —
М.: Стройиздат, 1985.
13. Танклевский Л. Т., Юн С. П., Таранцев А. А. О возможности оптимизации движения эвакуиру- ющихся из многоэтажных зданий // Пожаровзрывобезопасность. — 2005. — Т. 14, № 1. —
С. 53–55.
14. Самошин Д. А. Расчет времени эвакуации людей. Проблемы и перспективы // Пожаро- взрывобезопасность. — 2004. — Т. 13, № 1. — С. 33–46.
Поступила в редакцию 06.12.06.
ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2006 ТОМ 15 № 6
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