Transcript презентация - POZHPROEKT.RU

Академия ГПС МЧС России
УНК Проблем пожарной безопасности в строительстве
Способы обеспечения своевременной и беспрепятственной
эвакуации людей (на примере высотных зданий).
Методы расчета времени эвакуации
к.т.н. Самошин Д.А.
Слайд 1 из 39
Содержание
1. Условия безопасности людей при пожаре
2. Временные параметры и этапы процесса эвакуации
3. Особенности поведения людей при пожарах
4. Методы расчета параметров эвакуации
5. Существующие проблемы эвакуации людей
(на примере высотных зданий)
Слайд 2 из 39
1. Условие безопасности людей при пожаре
Федеральный закон №123-ФЗ «Технический регламент о
требованиях пожарной безопасности», ст. 53, ГОСТ 12.1.00491* «Пожарная безопасность. Общие требования» п. 3.3, СНиП
21-10-97 п. 6.1 «Пожарная безопасность зданий и сооружений»,
требуют организации своевременной и беспрепятственной
эвакуации людей из здания.
Своевременность обеспечивается выходом людей из
помещений до наступления в них критических значений
опасных факторов пожара.
Беспрепятственность – отсутствием высоких плотностей (>5
чел/м2) на участках эвакуационного пути.
Слайд 3 из 39
Раздел 1
Своевременность эвакуации
Условие своевременности эвакуации:
tэв<tнб
(1)
где, tэв = tин+ tн.э.+ tp – значение времени эвакуации
последнего из людей в здании;
tин – инерционность системы оповещения;
tн.э. – интервал времени от получения сигнала о пожаре до
начала эвакуации людей;
tp – расчетное значение максимального времени выхода
замыкающей части людского потока с момента начала
эвакуации.
tнб – время достижения предельно допустимых уровней
воздействия
на
людей
опасных
факторов
пожара,
определяемое динамикой их распространения.
Слайд 4 из 39
Раздел 1
Условия безопасности людей при пожаре
Беспрепятственность эвакуации
Условие беспрепятственности эвакуации:
Pi-1  Qi
(2)
где,
Pi-1 - величина людского потока, подходящего к границе
смежного участка, чел/мин;
Qi - пропускная способность последующего участка пути,
чел/мин
Слайд 5 из 39
Раздел 1
Беспрепятственность эвакуации
Инциденты, в которых причиной гибели людей является
компрессионная асфиксия.
№
Год
1
1953, 9 марта
2
1968, 23 июня
3.
4
5
6
7
8
9
10
1982, 20 октября
1990, январь
1994, январь
1996, 16 октября
1998, январь
1999, 31 мая
2000, декабря
2001, 9 мая
11
12
13
14
2004, январь
2005, 25 января
2006, январь
2006 февраль
Место, мероприятие
Россия, Москва, Трубная площадь, похороны
И.В. Сталина,
Аргентина, Буэнос-Айрес, стадион,
(футбольный матч)
Россия, Москва, стадион (футбольный матч)
Мекка, хадж
Мекка, хадж
Гватемала, стадион
Мекка, хадж
Беларусь, Минск, вход в станцию метро
Бразилия, стадион (футбольный матч)
Западная Африка, Хана стадион (футбольный
матч)
Мекка, хадж
Индия, Вай, религиозное мероприятие
Мекка, хадж
Филиппины, Манила, стадион
Количество
погибших
/пострадавших
Около 2000/74/150
340/1426/270/83/180
118/53/150
200/100/244/150/345/80/322
Слайд 6 из 39
2. Временные характеристики процесса эвакуации
Временные характеристики процесса эвакуации
Слайд 7 из 39
Раздел 2
Техническая инерционность элементов
системы пожарной автоматики
Вид пожарного извещателя
Тепловой
Комментарий
Не позволяют
обнаружить пожар на
ранней стадии пожара
Дымовой
Радиоизотопный
Фотоэлектрический
Аспирационные
Извещателя пламени
(световые)
Газовый
Комбинированный.
Распространены дымотепловые
Позволяют обнаружить
пожар на ранней
стадии. Наиболее
эффективны
аспирационные
извещатели
Позволяют обнаружить
пожар на ранней стадии
Позволяют обнаружить
пожар на ранней стадии
Позволяют обнаружить
пожар на ранней стадии
Методика расчета
времени
обнаружения
пожара
Математические
модели пожара
Расчетные
формулы,
приведенные в
справочных и
учебных пособиях
Нет данных
Время
инерционности
ПИ1
30-180с
5-10c
Нет данных
>1 c
Математические
модели пожара
Нет данных
>1 c
Недостаточно
данных
Слайд 8 из 39
3. Особенности поведения людей при пожарах
Факторы, влияющие на
поведение человека при пожаре:
индивидуальные качества
человека, динамика
распространения пожара и
влияние окружающей среды.
По другой классификации, факторы,
влияющие на поведение при пожаре
можно разделить на две группы:
•
устойчивые факторы:
пол,
возраст,
темперамент
ограничение органов чувств, физические
ограничения;
•
временные факторы:
сон/бодрствование,
усталость,
стресс, состояние опьянения, а также
система оповещения, действия персонала,
динамика
ОФП,
социальные
и
родственные
связи
человека,
противопожарный тренинг и обучение, тип
здания;
Слайд 9 из 39
Раздел 3
Время начала эвакуации по ГОСТ 12.1.004-91*
•Значение времени начала эвакуации tн.э для зданий (сооружений)
без систем оповещения определяется по результатам исследования
поведения людей при пожарах в зданиях конкретного назначения.
При отсутствии необходимых исходных данных величину tн.э,
следует принимать равной 0,5 мин — для этажа пожара и 2 мин —
для вышележащих этажей.
•При наличии в здании системы оповещения о пожаре значение tн.э
ГОСТ допускает принимать равным 0. Однако, при анализе
временных
параметров
эвакуации,
необходимо
учесть
инерционность СОУЭ.
•Если местам возникновения пожара является зальное помещение,
где пожар может быть обнаружен одновременно всеми
находящимися в нем людьми, то tн.э допускается принимать
равным нулю.
Слайд 10 из 39
Раздел 3
Время начала эвакуации по МСГН 4.19-2005
Функциональный тип помещений и
характеристики населения
Жилые квартиры (апартаменты) для
длительного проживания. Жильцы
могут находиться в состоянии сна, но
знакомы со структурой эвакуационных
путей и выходов
Жильцы могут
Номера гостиниц.
находиться в состоянии сна и
недостаточно знакомы со структурой
эвакуационных путей и выходов
досуговые
выставки,
Магазины,
центры и другие помещения массового
посещения. Посетители находятся в
бодрствующем состоянии, но могут
быть не знакомы с планировкой здания
и структурой эвакуационных путей и
выходов
Административные, торговые и другие
помещения. Посетители находятся в
бодрствующем состоянии и хорошо
знакомы со структурой эвакуационных
путей и выходов.
IV –V типа
m(tн.э) σ (tн.э)
II - III типа
m(tн.э) σ (tн.э)
I типа
m(tн.э) σ(tн.э)
мин.
2,0
мин.
0,5
мин.
4,0
мин.
0,5
мин.
5,0
мин.
0,5
2,0
0,5
4,0
0,5
6,0
0,5
2,0
0,5
2,0
0,5
6,0
0,5
1,0
0,3
3,0
0,5
4,0
0,3
Слайд 11 из 39
Раздел 3
Время начала эвакуации в соответствии с
Британским стандартом PD 7974-6:2004 (фрагмент)
Расчетная характеристика людей
Первый
человек
∆tpre(1rst
Распределение
∆tpre(99th percentile)
percentile)
А: бодрствующий и знакомый с внутренней планировкой здания
M1 B1 – B2 A1 – A2
M2 B1 – B2 A1 – A2
M3 B1 – B2 A1 – A3
Для В3 добавляется 0.5мин на нахождение пути эвакуации
М1 предполагает наличие системы голосового оповещения, если возможно присутствие
людей, не знакомых с внутренней планировкой
В: бодрствующий и не знакомый с внутренней планировкой здания
M1 B1 A1 – A2
M2 B1 A1 – A2
M3 B1 A1 – A3
Для В2 добавляется 0.5 мин на нахождение пути эвакуации
Для В3 добавляется 1.0 мин на нахождение пути эвакуации
М1 предполагает наличие системы голосового оповещения
Сi: спящий и знакомый с внутренней планировкой здания
(например, жилой дом)
M2 B1 A1
M3 B1 A3
Для остальных жильцов в соседних блоках/секция - не менее 1 часа
Сii: Жилые помещения с постоянно присутствующей администрацией
(апартаменты, резиденции)
M1 B2 A1 – A2
M2 B2 A1 – A2
M3 B2 A1 – A3
Ciii: спящий и не знакомый с внутренней планировкой здания
(гостиницы, пансионы)
M1 B2 A1 – A2
M2 B2 A1 – A2
M3 B2 A1 – A3
Для В3 добавляется 1.0 на нахождение пути
М1 предполагает наличие системы голосового оповещения
0.5
1
>15
1.0
2
>15
0.5
1.0
>15
2
3
>15
5
10
5
>20
10
15
>20
20
25
>20
15
20
>20
15
20
>20
Слайд 12 из 39
4. Методы расчета параметров эвакуации
Нормативный подход к расчету эвакуации
СНиП II-А.5-70
Впервые введен
расчетный метод
СНиП II-2-80*
Без изменений, но
с корректорскими
ошибками
ГОСТ 12.1.004-91*
Возраст данного расчетного
подхода - более 25 лет
Предложен более
совершенный
алгоритм
МГСН 4.19-2005
Позволяет адекватно
оценить параметры
людского потока при
эвакуации Слайд 13 из 39
Раздел 4
Зависимости между параметрами людского
потока
Э
Dj
V

D
 V 1  а j ln i

D0 j

Э
0j




(3)
V0Эj
- случайная величина скорости свободного движения (при
отсутствии влияния окружающих людей), зависящая от вида пути и
эмоционального состояния людей, м/мин.
aj - коэффициент, определяющий степень влияния плотности потока при
движении по j-му виду пути;
Di – текущее значение плотности потока м2/м2;
D0,j - пороговое значение плотности потока, м2/м2.
qi = VDЭj Di
(4)
qi – интенсивность движения, м/мин;
Слайд 14 из 39
Методика расчета параметров эвакуации
Раздел 4
Значения коэффициентов формулы (3)
Категории
движения
Комфортное
Спокойное
Активное
Повышенной
активности
Скорость свободного движенияV 0 ,
м/мин, по видам пути
Горизонтальный,
лестница вниз,
Лестница вверх
проем
<49,0
<27,0
49,0 - 66,0
27,0 - 38,0
66,0 - 90,0
38,0 - 55,0
90,0 - 120,0
Вид пути
Горизонтальный вне зданий
Горизонтальный в зданиях
Проём
Лестница вниз
Лестница вверх
55,0 - 75,0
aj
0,407
0,295
0,295
0,400
0,305
D0,
чел./м2
0,69
0,51
0,65
0,89
0,67
Слайд 15 из 39
Раздел 4
Существующие алгоритмы расчета –
ГОСТ 12.1.004-91*
ti =li /Vi
формула (7) ГОСТ
Di =Ni f/bi li
формула (8) ГОСТ
qi =qi-1bi-1/bi
формула (9) ГОСТ
qi =  qi-1bi-1/bi
формула (12) ГОСТ
Слайд 16 из 39
Раздел 4
Модель движения людского потока реализованная
в МГСН 4.19-2005
Изменения в последовательные моменты времени
Основные расчетные формулы
Момент времени t
0
N
V
t
0
i- 1
bi - 1
=  (D
t
D
0
)
i-1
N
t
t
0
Плотность потока на участке:
t
Di 0 = N i 0 / bi  l
i
t0
D
t0
i+ 1
i- 1
t0
N
i-1
l
t
0
i-1
i-1
i
i+1
V
=  (D
t
0
i-1
)
bi +
t0
1
i+ 1
l
t0
t0
t0
Dj , Vj = (Dj )
Nj
j
t
V
t0
A
=
t
Vi -01
V
t0
i
1
t
t
1
1
= (N - N
i
+N
i,i+ 1
t0
i
max
> Dq
V
A
max
N
t
0
Скорость перехода на следующий
участок:
t
1
,i
0
t
= Ni - 1 V A
0
t
t
t
1
1
1
+ N )/bl; V = (D )
j,i
i
V
t
0
i - 1 ,i
t
1
i
B
C
A
V
V
N
C
V
0
t/l; Nj , i = Dj bj VC
t
0
B
=
t
C
0
=
t
t
Vi 0 , если Di0+
V
t
0
i+ 1
j
i-1
j
1
t
t
Vj 0 , если Di 0 < Dq
V
t0
, если D
t0
i
t
i-1
i-1
i-1
< Dq
i+ 1
>Dq
max
max
t0
t0

Vi , если...Di 1  Dqma ;
Vcr   t
t0
0

Vi 1 , если...Di 1  Dqma ;
t
Доля участия при образовании скопления на участке i
t
t
t
t
t
t
t t
1
1
1
1
1
1
1
1
N /N = P /P =D
V
b /D V b
i-1
1
t
, если D 0
i,i+ 1
i
t
t0
B
C
B
t
t
t
- Ni , 1i - 1 = Ni 0 (1 - VB 0 t/l);
t
Ni - 1
1
  

Nj,i
Ni
t
i - 1 ,i
A
0
, если Di < Dq
, если D
t
bi l
Nit,1i 1  Dito biVперt
Момент времени t1 = t0 +  t
i
N it0  N it,1i 1  N it1 1,i  N tj1, j
Количество людей переходящих на
следующий участок:
bj
D
D 
t0
i
j
j
j
max
> Dq
max
Время перехода на следующий
участок:
tпер 
l
Vi t0
Слайд 17 из 39
Раздел 4
Сравнение математического аппарата доступных
методов расчета
ГОСТ 12.1.004-91* - модель движения (без растекания) людского потока однородного состава
Графоаналитический метод - модель движения (с растеканием) людского потока
однородного состава
Модель МГСН 4.20-2001 - модель движения (с растеканием) людского потока с возможностью
учета неоднородности его состава
Модель индивидуально-поточного движения – модель движения отдельного человека в
потоке (в стадии разработки)
Условные обозначения: + описывается точно, - не учитывается, *- описывается
неточно по сравнению с процессом, происходящим в реальности,.
Слайд 18 из 39
Зарубежные модели эвакуации
Раздел 4
STEPS
Simulex
BuildingEXODUS
EVI
Слайд 19 из 39
Раздел 4
Разработка модели индивидуально-поточного
движения людей
Модель движения
людского потока,
реализованная в
ГОСТ 12.1.004-91*
Человек с
грузом
Эвакуация
инвалида
группы М4
Группа
мобильности М2
Группа
мобильности М3
Слайд 20 из 39
Раздел 4
Определение расстояния между людьми
в момент времени dt
Слайд 21 из 39
Раздел 4
Определение координат человека при изменении
направления движения
Изменение направления движения
Определение координат при
изменении направления движения
Слайд 22 из 39
Раздел 4
Графики зависимости между скоростью и плотностью
людского потока
V, m/мин
100
80
60
40
20
l,m
0
l,m
0
4
0.5
1
Vhor
1.5
2
Vdoor
2.5
3
Vsdown
3.5
График
зависимости
скорости движения (при
V0=100м/мин)
и
расстояния
между
геометрическими
центрами тел людей по
различным видам пути.
4
Vsdup
График
зависимости
расстояния
между
геометрическими
центрами тел людей от
плотности потока
3
2
1
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
D,
чел/м2
Слайд 23 из 39
Раздел 4
Скорость свободного движения людей различного пола
и возраста
Слайд 24 из 39
Раздел 4
Модель индивидуально-поточного движения - Эватек
Подробнее >>> www.FireEvacuation.ru
Слайд 25 из 39
5. Существующие проблемы эвакуации людей
(на примере высотных зданий)
3 самых высоких башни
мира в 2008 году
Тайпей 101
(Тайвань)
508м
Петронас
(Малазия)
452м
Сирс
(США)
442м
3 самых высоких башни
мира в 2010 году
Бури Дубаи
(ОАЭ)
807м
Абрай Ал Байт
(Саудовская Аравия)
595м
Дубай-4
(ОАЭ)
550м
Слайд 26 из 39
Раздел 5
1. Высокая плотность людских потоков в лестничной клетке
L, m
Места
выхода
людей
с этажа
L, m
1
1
10
10
19
19
28
28
37
37
46
46
55
55
64
64
При
такой
давке,
развивается компрессионная
асфиксия,
при
которой
возможны
следующие
повреждения:
•разрывы печени, легких,
селезенки
•переломы ребер и других
костей скелета,
•кровоизлияния в полости
тела и др.
73
73
82
82
91
91
100
100
109
109
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
а)
D, m2/
m2
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
б)
D, m2/
m2
Значения плотностей людских потоков в лестничной клетке.
а) скопления происходят в местах выхода людей с этажа;
б) продолжительные скопления по всей лестничной клетке
Слайд 27 из 39
Раздел 5
2. Возрастание расчетного времени эвакуации людей с этажей при
образовании скопления в лестничной клетке
Скопления перед входами в ЛК
Возрастание tp
Номера этажей
tр, мин
n+9
n+8
n+7
n+6
n+5
n+4
n+3
n+2
n+1
n
5,89
5,89
7,31
11,22
13,85
39,97
39,66
13,52
12,33
11,35
Интерпретация требований п. 1.116 СНиП 2.08.02-89* «расчет эвакуации
только до входа в незадымляемую лестничную клетку» ведет к
существенной недооценке пожарной опасности.
Слайд 28 из 39
Раздел 5
3. Продолжительность эвакуации
Время эвакуации из высотного здания в зависимости от количества
людей в здании и ширины лестничной клетки
Время
эвакуации,
мин
140
120
100
80
60
40
20
0
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Процент людей в здании (от максимально возможного), %
Слайд 29 из 39
Раздел 5
Экспресс-оценка
выполнения
беспрепятственности
эвакуации в зависимости от количества людей на этаже,
ширины марша и длиной пути по лестнице между этажами.
Допустимое количество людей на этажах здания для исключения
образования высоких плотностей в лестничной клетке (при f=0.125м2).
Слайд 30 из 39
Раздел 5
4. Сложность эвакуации маломобильных людей
Согласно экспертным оценкам, в здании может находиться 6,5% инвалидов
групп М1 и М2, 2,5% инвалидов группы М3 и 1% инвалидов группы М4 от
общей численности людей в здании.
а)
в)
с)
Группы мобильности: а) М2, б) М3, в) М4.
Эвакуация людей на креслах-колясках
по лестнице с помощью персонала
Эвакуация людей на креслах-колясках по
лестнице с помощью «эвакуационного
Слайд 31 из 39
стула»
Раздел 5
5. Невозможность (?) использования лифтов.
Технические требования
Слайд 32 из 39
Раздел 5
5. Невозможность (?) использования лифтов.
Выбор эвакуирующихся.
При пожаре лифты в среднем использует до 15% общего
количества людей в здании. См., например, диаграмму.
Этажи здания
3-5
36
6-9
64
22
13-10
67
44
11
44
14-17
6
75
18-20
25
67
0%
22
20%
40%
Лифты
Лестницы
6
60%
11
80%
Лифты и лестницы
100%
Другое
«использование лифтов позволило сохранить более 3900
жизней» - цитата из отчета NIST «Final Report on Collapse
of the World Center Towers” / NIST NCSTAR 1.USA, 2005
Слайд 33 из 39
Раздел 5
Виды эвакуации из высотных зданий
МГСН 4.19, п. 16.2.2 «Структура и размеры эвакуационных
путей
и
выходов
должны
обеспечивать
беспрепятственную и своевременную, полную или
частичную,
одновременную
или
поэтапную,
пешеходную и при помощи лифтов, в зависимости от
типа чрезвычайной ситуации, эвакуацию людей из любой
части высотного здания независимо от их возраста и
физического состояния».
Виды эвакуации и характеризующие ее параметры
Слайд 34 из 39
Раздел 5
Организация поэтапной эвакуации
+
•Уменьшение плотности людского потока в 2-3 раза (с 9
до 3-4 чел/м2), что обеспечит выполнение условия
безопасности по второму расчетному состоянию;
•Увеличение скорости движения по лестничной клетке от
7 до 45 м/мин, т.е. почти в 7 раз!
•Снижение продолжительности эвакуации в 3-4 раза.
• Недостаточность данных для валидации алгоритма;
-
• сложность
организации (см. кадр из
фильма «Титаник»
);
Слайд 35 из 39
Раздел 5
Пример алгоритма полной комбинированной
поэтапной эвакуации с использованием лифтов
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.
Пояснение. Рассмотрим ситуацию – пожар произошел на 40-м этаже. По обнаружению пожара, сигнал
о начале эвакуации подается на этажи 40 и 41. Лифты направляются на этажи 35 и 36. Спустя 5,4мин
организуется пешеходная эвакуация этажей 42 и 43. После эвакуации населения этажей 35 и 36,
лифты направляются на этажи 37 и 44. Спустя 39,4мин, команда к началу пешеходной эвакуации
подается на этажи 38 и 39.
Слайд 36 из 39
Раздел 5
Движение людей по территории
Распределение
прибытия
людей в сток. N=3940 чел,
Время работы источника 386с,
l=150м;
интервал
времени прибытия -39с.
Распределение
прибытия
людей в сток. N=3480 чел,
Время работы источника 2886с, l=150м; интервал
времени прибытия-60с.
Слайд 37 из 39
Литература
Эвакуация
людей из
зданий и
сооружений
(в типографии)
Литература >>> www.FireEvacuation.ru
Слайд 38 из 39
Выводы
• своевременная и беспрепятственная эвакуация
представляет собой сложную, и не в полной мере
решенную в настоящее время задачу;
• для решения поставленных задач необходим
современный расчетный инструментарий, работа
над которым ведется.
Дополнительная информация:
www.ipb.mos.ru
www.FireEvacuation.ru
Тел. (495) 639-26-24
Слайд 39 из 39