ОСОБЕННОСТИ РАСЧЁТА ПРОЦЕССА ЭВАКУАЦИИ ЛЮДЕЙ ИЗ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА МЕТРОПОЛИТЕНА

3-16   Пожары и чрезвычайные ситуации: предотвращение, ликвидация

Агеев П. М., Савосько С. В., Маслаков М. Д.

ОСОБЕННОСТИ РАСЧЁТА ПРОЦЕССА ЭВАКУАЦИИ ЛЮДЕЙ

ИЗ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА МЕТРОПОЛИТЕНА

В статье проанализированы основные аспекты мещений, эскалаторных и путевых тоннелей, эвакуации людей из тоннелей метрополитена, а также а также высокой пожарной опасностью элек- предложены математические зависимости для опреде- троподвижного состава, перемещающегося ления времени эвакуации людей.

в период эксплуатации по трассе и частично

Ключевые слова: эвакуация, тоннель, объекты оставляемого для ночного отстоя в тупиках метрополитена, пожарный риск. и на станционных путях.

Сложная планировка и удалённость от поверхности создают трудности для досту-

Э   вакуация из подземных сооружений
метрополитена имеет ряд специфи-
ческих особенностей, не описанных ни в одной
па пожарных бригад в ряд подземных объек-
тов и сооружений метрополитена, затрудняя
тушение пожара. Вследствие этой особенности
из существующих расчётных методик. В пред-           происходит сильное задымление подземного
ставленной статье речь пойдёт об эвакуации           объекта с очагом пожара, а также прилегаю-
людей из поезда, остановленного в тоннеле.           щих подземных сооружений на значитель-
Отечественные и зарубежные материалы           ном участке трассы. Быстрому распростра-
по пожарам и аварийным ситуациям, проис-             нению горения и опасных факторов пожара
шедшим на метрополитенах, свидетельству-             на значительную площадь также способствует
ют об их чрезвычайной опасности для людей.           наличие вентиляционных потоков.
Наиболее критическая ситуация складывается                 Анализ пожаров и аварийных ситуаций
при пожаре или аварийной ситуации на под-            на метрополитенах показывает, что к особен-
вижном составе в тоннеле.                            ностям подземных сооружений метрополи-
Подземные линии метрополитена мо-              тена, затрудняющим проведение эвакуации,
гут быть мелкого (от 6 до 12 м) и глубокого          относятся:
(до 100 м) заложения. Их пассажиропоток в                  – массовое пребывание людей в под-
часы пик достигает 60 тыс. чел.·ч в одном на-        земных сооружениях в течение почти всей
правлении. В сооружениях станций (вклю-              продолжительности суток;
чая поезда) может находиться до 4 тыс. чел.,               – ограниченное число выходов на по-
а при нарушениях режима движения поездов             верхность;
или эскалаторов – до 5–6 тыс. чел.                         – сложная планировка и удалённость
В сооружениях метрополитена располо-           от поверхности;
жено большое количество электрооборудова-                  – неприспособленность тоннеля для
ния и кабельных сетей, в том числе транзит-          вынужденной эвакуации большого количества
ных кабелей специального назначения. По этой         пассажиров и значительная протяжённость
причине, а также вследствие особенностей экс-        путей эвакуации;
плуатации электроустановок метрополитена                   – наличие оборудования и кабельных
и энергосистемы города невозможно опера-             сетей, находящихся под напряжением;
тивное снятие напряжения с этих устройств.                 – ограниченность пространства, а вслед-
Относительно быстро (за 2–3 мин.) напряжение         ствие этого и сильное задымление объёма
может быть снято только с контактного рельса.        сооружений метрополитена;
Помимо высокой насыщенности поме-                    – высокие концентрации токсичных
щений и сооружений кабельными сетями и               продуктов горения;
электрооборудованием, находящихся под на-                  – высокая температура (900–1 000 °С)
пряжением, пожарная опасность подземных              как в зоне очага пожара, так и на значитель-
сооружений метрополитена характеризуется             ных расстояниях от него, что делает невоз-
наличием значительного количества горючих            можным эффективное использование средств
материалов в оборудовании служебных по-              пожаротушения;

Эвакуация из метро

– вызванная пожаром возможность от-                – управлением эвакуационными потока-
ключения питания электрической тяги 825 В          ми с помощью технических средств.
и остановки поездов в тоннелях, отключения               Реализация увеличения tбл обеспечивается:
освещения, эскалаторов, а также светофоров               – увеличением объёма перегонных тон-
и других устройств обеспечения безопасности        нелей, то есть проектированием двухпутных
движения;                                          тоннелей;
– возможное возникновение паники                   – активной противодымной защитой
среди пассажиров;                                  путей эвакуации или непосредственно объёма
– возможный выход из строя техниче-          сооружения.
ских средств обеспечения эвакуации (аварий-              Пути и выходы из перегонных тоннелей
ного освещения, вентиляции и др.).                 не отвечают требованиям, предъявляемым
Из этого следует, что объекты метропо-       к эвакуационным путям и выходам, в связи
литена должны иметь такие объёмно-планиро-         с чем параметры движения людского потока
вочные, конструктивные решения или техниче-        существенно отличаются от параметров, при-
ские средства, при которых бы обеспечивалась       ведённых в [2]. Кроме того, отсутствуют дан-
безопасная эвакуация людей.                        ные для такого участка движения как спуск
Требование по безопасности при веро-         из вагона в тоннель.
ятности эвакуации людей по эвакуационным                 Путь эвакуации в тоннеле следует разби-
путям Pэ.п = 0,999 формулируется [2] в виде        вать на следующие участки:
выражения:                                               – выход из вагона;
– движение между вагоном и стеной
tн.э + tр ≤ tбл,           (1)   тоннеля;
– движение по соединительной сбойке
где tн.э – интервал времени от возникнове-         между параллельными тоннелями;
ния пожара до начала эвакуации людей, мин.;              – движение по перегонному тоннелю.
tр – расчётное время эвакуации людей, мин.;              Подобное разбиение было установлено
tбл – время от начала пожара до блокирования       при исследовании параметров движения люд-
эвакуационных путей в результате распро-           ских потоков в ходе специальных пожарно-
странения на них опасных факторов пожара,          тактических учений на петербургском метро-
имеющих предельно допустимые для людей             политене.
значения.                                                Полученные экспериментальные кривые
Согласно выражению (1) безопасная эва-      зависимостей скорости от плотности людско-
куация может быть обеспечена за счёт умень-        го потока на выбранных участках движения
шения tн.э и tр или за счёт увеличения tбл. Зна-   были аппроксимированы полиномом вида:
чения этих величин будут зависеть от решений,
принимаемых при проектировании сооруже-               V = A0 + A1 ⋅ D1 + A2 ⋅ D2 + A3 ⋅ D3 + A4 ⋅ D4,
ний метрополитена.
Время начала эвакуации tн.э при пожаре      где A0, A1, A2, A3, A4 – коэффициенты аппрок-
в подвижном составе в тоннеле определяется         симации.
временем, необходимым для снятия напряже-                Значения плотности, скорости и ин-
ния с контактного рельса.                          тенсивности людского потока при движении
Реализация уменьшения tн.э и tр обеспе-     в тоннеле вдоль подвижного состава, через
чивается:                                          сбойку и по перегонному тоннелю без под-
– принятием организационно-техниче-         вижного состава представлены в таблице.
ских решений, направленных на уменьшение                 Те же исследования позволили устано-
интервала времени до начала эвакуации;             вить, что при эвакуации через одну дверь ва-
– необходимым количеством, размера-         гона одновременно могут спуститься на уро-
ми и конструктивным исполнением эвакуаци-          вень путевого бетона два человека за 5 сек.,
онных путей и выходов (шаг между соедини-          то есть пропускная способность одной двери
тельными сбойками, размеры соединительных          вагона составляет Q = 24 чел ⋅ мин–1.
сбоек между тоннелями; эвакуация людей                   Процесс эвакуации вдоль подвижного со-
из аварийного вагона в смежные через пере-         става условно разделяется на два этапа: до на-
ходные площадки и т. д.);                          чала стабилизации, когда плотность людского

3-16   Пожары и чрезвычайные ситуации: предотвращение, ликвидация

Параметры движения людского потока
Движение людского потока
Плотность             Вдоль состава                         Сбойка                   Тоннель свободный
потока D,
м2 · м–2    Скорость V,   Интенсивность q,   Скорость V,    Интенсивность q,   Скорость V,   Интенсивность q,
м ⋅ мин–1       м ⋅ мин–1        м ⋅ мин–1        м ⋅ мин–1        м ⋅ мин–1       м ⋅ мин–1
0,01           59              0,59            100                 1,00           93              0,93
0,05           52              2,60            100                 5,00           86              4,30
0,10           41              4,10             80                 8,00           76              7,60
0,15           34              5,10             70                 10,00          65              9,75
0,20           29              5,80             60                 12,00          54             10,80
0,25           26              6,50             54                 13,05          46             11,50
0,30           23              6,90             47                 14,10          40             12,00
0,35           21              7,35             44                 15,05          36             12,60
0,40           19              7,60             40                 16,00          32             12,80
0,45           18              8,10             37                 16,25          29             13,05
0,50           17              8,50             33                 16,50          27             13,50
0,55           15              8,25             31                 16,40          24             13,20
0,60           13              7,80             28                 16,30          21             12,60
0,65           12              7,80             26                 16,20          19             12,35
0,70           11              7,70             23                 16,10          17             11,90
0,75           10              7,50             21                 15,05          15             11,25
0,80           9               7,20             19                 15,20          14             11,20
0,85           –                –               17                 14,35          13             11,05
0,90           –                –               15                 13,50          12             10,80

потока переменна и не достигает 0,50 м2 ⋅ м–2,                  Решение поставленной задачи на каж-
и во время стабилизации, когда плотность                  дом временном шаге происходит в следующей
людского потока достигает 0,50 м2 ⋅ м–2 при               последовательности. В начальный момент вре-
интенсивности qmax = 8,50 м ⋅ мин–1.                      мени ti на j-м участке плотность людского по-
Для дальнейшего анализа обозначим                   тока определяется по формуле:
участки эвакуационного пути следующим
образом:
1 участок – вагон;
2 участок – тоннель вдоль состава;
3 участок – сбойка;
4 участок – тоннель свободный.                      где – количество людей на j-м участке, чел.;
Каждый из участков с помощью коор-                  ƒ – средняя площадь горизонтальной проек-
динатной сетки разбивается на элементарные                ции человека, м2; Sj – площадь j-го участка, м2.
площади, соответствующие площади горизон-                       Количество людей в момент времени ti
тальной проекции человека. В начальный мо-                на j-м участке определяется по формуле [2]:
мент времени задаётся количество и располо-
жение людей на каждом участке. Логическое
построение алгоритма основывается на анали-
зе состояния соседних элементарных участков               где       – количество людей на участке j
в направлении движения по координатной сет-               в момент времени ti–1, чел.;      – количе-
ке. При условии, если следующий по ходу дви-              ство людей, пришедших с участка j – 1 в мо-
жения элемент свободен, в него производится               мент времени ti , чел.;       – количество
«перемещение человека».                                   людей, ушедших на участок j + 1 в момент
Если элемент являлся последним на рас-              времени ti , чел.
сматриваемом участке, «перемещение челове-                       Количество людей, пришедших с участ-
ка» производится на следующий участок эва-                ка j – 1 и ушедших на участок j + 1, опреде-
куационного пути.                                         ляется по формулам [2]:

Эвакуация из метро

1 2 3 4 к станции к станции «А» к станции «Б»

к станции к станции «А» к станции «Б»

а б

Схемы одно- и двухсторонней эвакуации в тоннеле при пожаре:

а – в головной (хвостовой) части подвижного состава; б – в средней части подвижного состава;

1 – перегонный тоннель; 2 – расположение очага пожара; 3 – подвижной состав; 4 – направление эвакуации

с двух сторон (направо и налево) – nэ = 2; tи –
интервал попутного следования между поез-
дами, ч; w – коэффициент, характеризующий
отношение количества вагонов соответствую-
щей части подвижного состава, вдоль которых
движутся люди, к общему числу вагонов в
поезде. При пожаре в голове (хвосте) поезда
w = 1, в средней части поезда – 0,5; Lt –
При высадке пассажиров из вагонов                   длина маршрута эвакуации по свободному
в перегонный тоннель с последующим их дви-                от поезда тоннелю.
жением к станции возможны следующие ва-                         Величина Птtи /60 представляет собой
рианты расчёта продолжительности эвакуации:               среднюю наполняемость поезда в часы пик.
– эвакуация по одной стороне тоннеля                      Первое слагаемое формулы (2) харак-
при пожаре в головной (хвостовой) части под-              теризует время освобождения людьми участ-
вижного состава;                                          ка тоннеля, занятого поездом, второе – время
– эвакуация по одной стороне тоннеля                движения в тоннеле до станции.
при пожаре в средней части подвижного состава;                  Схемы эвакуации пассажиров представ-
– эвакуация по двум сторонам тоннеля                лены на рисунке.
при пожаре в головной (хвостовой) части под-                    При пожаре в средней части подвижного
вижного состава;                                          состава при определении времени эвакуации
– эвакуация по двум сторонам тоннеля                отдельно рассчитывается время эвакуации до
при пожаре в средней части подвижного состава.            станции «А» и время эвакуации до станции «Б».
В результате математического моде-                        Предложенная в статье методика про-
лирования по методике, изложенной выше,                   ведения расчётов времени эвакуации людей
можно получить следующую зависимость для                  из поезда, остановившегося в тоннеле, может
определения времени эвакуации пассажиров                  быть использована при определении пожар-
до безопасной зоны (выход в эвакуационную                 ного риска на подземных объектах и сооруже-
сбойку или на станцию):                                   ниях метрополитена.

ЛИТЕРАТУРА

(2)

1. Федеральный закон от 22.07.2008 г. № 123-ФЗ «Тех- нический регламент о требованиях пожарной безопасности».

2. Приказ МЧС РФ от 30.07.2009 г. № 382 «Об утверж- где – расчётное время эвакуации пассажи- дении методики определения расчётных величин пожарного риска в зданиях, сооружениях и строениях различных классов ров по тоннелю до станции, мин.; Пt – пас- функциональной пожарной опасности» (с изменениями и до- сажиропоток по соответствующему перего- полнениями от 12.12.2011 г., 02.12.2015 г.)

3. Зычков Э. А. Закономерности процессов эвакуации ну (тоннелю) в рассматриваемое время суток людей при пожаре подвижного состава в тоннеле метрополитена:

(в часы пик), чел ⋅ ч–1; nэ – количество направ- дис. … канд. техн. наук. – СПб.: ИПБ МВД России, 1998. – 184 с.

4. Холщевников В. В. Людские потоки в зданиях, со- лений эвакуации из вагона. При эвакуации оружениях и на территории их комплексов: дис. … д-ра техн.

через двери с одной стороны поезда nэ = 1, наук. – М., 1983.

3-16   Пожары и чрезвычайные ситуации: предотвращение, ликвидация

Ageev P., Savosko S., Maslakov M.

ASPECTS OF CALCULATING EVACUATION OF PEOPLE

FROM THE UNDERGROUND ROLLING STOCK

ABSTRACT
Purpose. The article analyzes the main aspects                          Conclusions. During the research work we
of evacuation of people from underground tunnels.                        have developed calculation methods that allow making
The aim was to specify mathematical relations in order                   calculation of time to evacuate people from trains
to determine the evacuation time of people from trains                   stopped in tunnels. It can be recommended to be
stopped in tunnels.                                                      included in the methodology of calculating fire risk
Methods. During special fire-tactical drills in                  in underground facilities of the Metro system.
St. Petersburg underground some experimental data on                            In the long view studies of various aspects of
crowd flow circulation were obtained. The analysis of                    evacuation can be carried out for other underground
these data made it possible to understand appropriate                    structures of the Metro system, such as escalator
mathematical relations and allowed working out                           tunnels and platform halls.
methods of calculating evacuation time.
Findings. As a result of the research studies
we have worked out the calculation procedure for
determining evacuation time of passengers from
a train stopped in a tunnel.
Research application field. The results can be
practically applied in the area of fire risk calculations                         Key words: evacuation, tunnel, underground
for underground facilities of the Metro system.                          facilities, fire risk.

REFERENCES
1. Federal law of Russia on July 22, 2008, No. 123              [Regularities of the processes of evacuation, fire-fighting rolling
“Technical regulations on fire safety requirements”. (in Russ.)          stock in the tunnel of the metro Cand. techn. sci. diss.]. St. Petersburg,
2. The Order of the Ministry of EMERCOM of the Russian          IPB MVD Rossii Publ., 1998, 184p.
Federation on 30 July, 2009 № 382 “On approval of the methodology                  4. Kholshchevnikov V.V. Liudskie potoki v zdaniiakh,
for determining the calculated values fire risk in buildings,            sooruzheniiakh i na territorii ikh kompleksov [Human flows in
structures and buildings of various classes of functional fire danger”   buildings, structures and their complexes Doctor techn sci. diss.].
(with changes and additions from 12 December, 2011, 02 December,         Moscow, 1983.
2015) (in Russ.)
3. Zychkov E.A. Zakonomernosti protsessov evakuatsii
liudei pri pozhare podvizhnogo sostava v tonnele metropolitena

Candidate of Technical Sciences

Pavel Ageev St. Petersburg State Fire University of EMERCOM of Russia,

St. Petersburg, Russia

St. Petersburg State Fire University of EMERCOM of Russia,

Sergei Savosko

St. Petersburg, Russia

Doctor of Technical Sciences, Professor

Mikhail Maslakov St. Petersburg State Fire University of EMERCOM of Russia,

St. Petersburg, Russia