Анализ процесса эвакуации людей из высотных зданий

Проанализированы способы обеспечения своевременной и беспрепятственной эвакуации людей. Предложен алгоритм полной комбинированной поэтапной эвакуации людей из высотного офисного здания с использованием лифтов.

из высотных зданий

Тенденции мирового высотного строительства очевидны: в настоящее время высота самой высокой башни мира «Тайпей 101» (Тайвань) составляет 508 м, а к 2010 г. высота строящейся башни «Бурж Дубай» (ОАЭ) достигнет проектной отметки 807 м. Проблемы обеспечения безопасности людей при пожаре (ЧС) в таких зданиях выходят на первый план. Так, за последние 10 лет произошло более 30 крупных пожаров в высотных зданиях, эвакуация из которых представляла сложную задачу. Погибли и были травмированы десятки человек.

Анализ проектных решений и расчет процесса эвакуации людей из высотных зданий [1] позволяют сформулировать основные проблемы:

— при эвакуации по лестничным клеткам в результате скопления людей, выходящих с этажей и спускающихся по лестнице, образуются части потока, которые не успевают достигать малой плотности до того, как они приближаются к месту выхода людей с нижележащего этажа. В результате на участках слияния образуются потоки такой величины, что пропускной способности сечений общего пути оказывается недостаточно для обеспечения беспрепятственного движения, а изменить ширину общего участка до такой величины нет возможности. В таком случае происходят продолжительные скопления людей высокой (7-8 чел/м2), ведущие к появлению риска гибели от компрессионной асфиксии (рис. 1).

Плотность людских потоков на лестничной клеткее

Таблица 1

Высота этажа, м Допустимое количество человек на этаже при ширине марша, м

1,05

1,2

1,35

1,5

1,8

2,8

32

40

47

56

73

3

34

41

49

57

76

3,3

36

44

52

60

79

3,6

38

46

54

63

83

4,2

49

60

71

83

110

4,8

53

64

76

89

117

6

68

83

98

115

152

В табл. 1 приведено допустимое количество людей на этажах здания для исключения образования высокой плотности на лестничной клетке при площади горизонтальной проекции человека 0,125 м²;
— эвакуация людей с физическими ограничениями представляет собой нерешенную задачу: идти по лестнице многие из них не в состоянии, а зоны безопасности проектируются, как правило, только на уровне технических этажей;
— продолжительность эвакуации составляет 1-2 ч и более: высокая плотность потока, обусловленная большой населенностью этажей, и низкая скорость движения ведут к увеличению времени эвакуации людей. Минимальное время эвакуации высотного офисного здания приведено в табл. 2 [2];
— высокие требования к физической подготовке людей, не имеющих нарушений функций организма: для выхода людей из здания требуется пройти по лестнице от 150 м до 1 км в потоке высотной плотности. Большинство людей испытывают «ужасную» усталость уже через 5 мин движения по лестнице вниз.

Жизненные ситуации подтверждают эти результаты. Известно, что при взрыве во Всемирном торговом центре в Нью-Йорке в 1993 г. одновременная эвакуация привела к «затаптыванию» людей на лестничных клетках и продолжалась около 6 ч.

Решением указанных проблем является поэтапная пешеходная и поэтапная комбинированная (с использованием лифтов) эвакуация людей. Причем использование защищенных лифтов для эвакуации официально разрешено в таких высотных зданиях, как «Тайбей 101» (Тайвань), башни «Стратосфера» (Лас-Вегас, США) [3].

Анализ конструктивных и технических способов защиты лифтов и лестничных клеток в высотных зданиях в соответствии с МГСН 4.19-2005 «Временные нормы и правила проектирования многофункциональных высотных зданий и зданий-комплексов в Москве» показал их фактически сопоставимый высокий уровень защиты [4].

Исследование поведения людей при пожарах показывает, что если лифты не были отключены, то большая часть населения или даже все люди, эвакуируются, используя лифты. До 15% общего количества людей используют их для эвакуации даже в 5-этажных зданиях [5]. Анкетный опрос, проведенный в Японии (рис. 3), показал, что до 67% людей при пожаре в 20-этажном здании с апартаментами использовали лифты для эвакуации [6].

Таблица 2

Ширина

марша

проектная/

эффективная*

Минимальное время эвакуации высотного офисного

здания, мин, при количестве человек,

эвакуирующихся через 1 лестницу

500

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

1078/882

9

17

33

50

66

83

99

115

1372/1176

7

13

25

36

48

60

72

84

1666/1470

6

10

19

29

38

48

57

66

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

 

Анкетный опрос людей после пожара на предмет использования способов эвакуации

Рис. 2. Анкетный опрос людей после пожара на предмет использования способов эвакуации

Более того, исследование эвакуации людей из башен Всемирного торгового центра при атаке террористов в 2001 г. показало, что использование лифтов позволило сохранить более 3 тыс. жизней.

Алгоритм поэтапной эвакуации людей включает в себя следующие действия:

— разработка концепции алгоритма организации эвакуации. Как правило, приоритет отдается эвакуации этажа пожара и вышележащего этажа, затем вышележащих этажей, далее нижележащих этажей, а в дальнейшем последовательной эвакуации с самых высоких этажей до самых низких этажей здания;
— расчет параметров движения людских потоков (время выхода людей с этажа, интенсивность выхода с этажа, параметры движения по лестничной клетке и др.);
-определение количества соседних этажей, которые исключают образование скопления на лестничной клетке:
— определение расстояния между блоками одновременно эвакуируемых этажей, исключающее слияние людских потоков из различных блоков — головной части потока с вышележащих этажей и замыкающей части потока с нижележащих этажей;
— определение интервалов подачи сигналов к началу эвакуации людей с этажей для исключения слияния потоков из различных расчетных блоков исходя из слияния головной части потока с вышележащих этажей и замыкающей части потока с нижележащих этажей;
— при использовании лифтов для эвакуации людей следует выполнить расчет их провозной способности, времени ожидания прибытия на этаж и др.;
— составление алгоритма поэтапной эвакуации.

Алгоритм полной комбинированной поэтапной эвакуации людей из высотного офисного здания с использованием лифтов приведен в табл. 3. Рассмотрим ситуацию: пожар произошел на 40-м этаже. По обнаружении пожара сигнал о начале эвакуации подается на 40-й и 41-й этажи. Начинается немедленная пешеходная эвакуация людей в безопасную зону. Лифты направляются на этажи 35 и 36. Спустя 5,4 мин организуется пешеходная эвакуация этажей 42 и 43. После эвакуации людей с этажей 35 и 36 лифты направляются на этажи 37 и 44. Спустя 17,4 мин команда к началу пешеходной эвакуации подается на этажи 38 и 39. Расчеты показывают, что при полной поэтапной эвакуации людей с использованием лифтов по сравнению с полной одновременной эвакуацией удается добиться увеличения скорости движения людей в 7 раз (с 7 до 50 м/мин) и уменьшения плотности людских потоков на лестничной клетке в 3 раза (с 9 до 3 чел/м²), что обеспечивает беспрепятственность эвакуации и ведет к снижению её продолжительности в 3-4 раза.

Для разработки эффективных способов защиты людей требуются современные расчетные методики. В настоящее время существуют следующие модели движения людских потоков:
— модель движения (без растекания) людского пото
ка однородного состава по ГОСТ 12.1.004-91* «Пожарная безопасность. Общие требования»;
— модель движения (с растеканием) людского потока однородного состава — графоаналитический метод [7];
— модель движения (с растеканием) людского потока с возможностью учета неоднородности его состава по МГСН 4.19-2001;
— модель индивидуально-поточного движения — в стадии разработки.
Сравнение возможностей математического описания расчетных случаев движения людских потоков с помощью различных алгоритмов приведено в табл. 4.

С помощью формул ГОСТ 12.1.004-91* представляется возможным рассчитать лишь самые простые случаи движения людских потоков. Такие определяющие положения расчета, как возможность учета момента времени слияния людских потоков, образования и рассасывания скоплений в рамках алгоритма, либо не учитываются вовсе, либо учитываются с низкой точностью, что ведет к недооценке пожарной опасности. Указанных недостатков лишен графоаналитический метод, однако математический аппарат метода, разработанного более 50 лет назад, не позволяет точно описать образование и рассасывание скоплений из-за формализации условия возникновения скопления и не позволяет учесть неоднородность состава эвакуирующихся. С высокой степенью точности расчетные случаи движения людского потока могут быть рассчитаны только с помощью современных программных комплексов, реализованных, например, в МГСН 4.19.

Своевременная и беспрепятственная эвакуация из высотных зданий представляет собой сложную и не решенную в полной мере задачу. Наиболее перспективной является организация эвакуации с помощью лифтов, организация поэтапной эвакуации и комбинированная эвакуация.

Список литературы
1. Холщевников В.В. Исследования людских потоков и методология нормирования эвакуации людей из зданий при пожаре. М.: МИПБ МВД России, 1999. 93 с.
2. Pauls J. Elevator and Stairs for Evacuation: Comparison and Combination // ASME Workshop to Focus on Elevator Emergencies in High-Rise Buildings. New York, Dec. 11, 2003.
3. Arif A. Review of evacuation procedure for the Petronas Twin Tower // Proceedings of the CIB-STBUH International Conference on Tall Buildings. Malaysia. 20-23 October 2003.
4. Холщевников В.В., Самошин Д.А. К вопросу безопасности использования лифтов при эвакуации из высотных зданий // Пожаровзрывобезопасность. № 6. 2006. С. 45-46.
5. Siikonen M.-L., Barlund К., Kontturi R. Transportation Design for Building Evacuation // ASME Workshop to Focus on Elevator Emergencies in High-Rise Buildings. New York, Dec. 11, 2003.
6. Sekizawa A., Nakahama S., Notake H. Study on Feasibility of Evacuation using Elevators in a High-rise Building // ASME Workshop to Focus on Elevator Emergencies in High-Rise Buildings. New York, Dec. 11, 2003.
7. Предтеченский B.M., Милинский А.И. Проектирование зданий с учетом организации движения людских потоков. М.: Стройиздат, 1979. 375 с.
8. Холщевников В.В. Моделирование людских потоков // Моделирование пожаров и взрывов. М.: Пожнаука, 2000. 492 с.

Таблица 3

 

 

Этаж пожара

Время начала эвакуации людей с конкретного этажа, мин

46

45

44

43

42

41

40

39

38

37

36

35

46

0

0

5,88

5,88

11,76

11,76

17,64

17,64

Л2

Л2

Л1

Л1

45

0

0

5,88

5,88

11,76

11,76

17,64

17,64

Л2

Л2

Л1

Л1

44

5,4

0

0

5,4

12

12

17,88

17,88

Л2

Л2

Л1

Л1

43

5,4

5,4

0

0

12

12

17,88

17,88

Л2

Л2

Л1

Л1

42

17,4

5,4

5,4

0

0

12

12

17,4

Л2

Л2

Л1

Л1

41

17,4

17,4

5,4

5,4

0

0

12

12

Л2

Л2

Л1

Л1

40

17,4

17,4

Л2

5,4

5,4

0

0

12

12

Л2

Л1

Л1

39

17,4

17,4

Л2

Л2

5,4

5,4

0

0

12

12

Л1

Л1

38

17,4

17,4

Л2

Л2

Л1

5,4

5,4

0

0

12

12

Л1

37

17,4

17,4

Л2

Л2

Л1

Л1

5,4

5,4

0

0

12

12

36

17,4

17,4

Л2

Л2

Л1

Л1

17,4

5,4

5,4

0

0

12

35

10,8

10,8

16,68

16,68

Л2

Л2

Л1

Л1

5,4

5,4

0

0

Примечание. Индекс «Л» означает, что людей с этажа целесообразно эвакуировать с помощью лифтов. Цифры рядом с индексом обозначают очередность эвакуации лифтами. Эвакуация с помощью лифтов продолжается до тех пор, пока время эвакуации с помощью лифтов не будет превышать время ожидания сигнала к началу пешеходной эвакуации.

 

Таблица 4

 

Расчетные случаи движения людского потока Графоаналитический метод расчета

Расчет

по ГОСТ

12.1.004-91*

Расчет с помощью программного комплекса ADLPV [8]
Пересечение границы смежного участка пути

+

+

+

Переформирование

+

+

Растекание

+

+

Слияние

+

+

+

Неодновременность слияния

+

+

Расчленение

+

+

+

Образование и рассасывание скоплений

*

*

+

Разуплотнение

+

+

Учет неоднородности людского потока (в т. ч. инвалидов)

+

Условные обозначения: «+» — описывается с требуемой степенью точности; «-» — не учитывается; «»»- описывается неточно по сравнению с процессом, происходящим в реальности.

Московский государственный строительный университет, Д.А. САМОШИН, канд. техн. наук, Академия Государственной противопожарной службы МЧС России

Источник: Журнал «Жилищное строительство»