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