Модели и методы совершенствования системы управления эвакуацией людей из высотных зданий тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.10, кандидат технических наук Родичев, Алексей Юрьевич

• Родичев, Алексей Юрьевич
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Родичев, Алексей Юрьевич

Принятые сокращения.

Введение.

Основные обозначения.

1 .Анализ состояния вопроса в части высотного строительства и пожарной безопасности высотных зданий.

1.1 .Сведения из истории высотного строительства.

1.2.Современное высотное строительство и его перспективы.

1.3.Высотные здания - объект повышенной пожарной опасности. 21 Выводы.

2.Системы обеспечения безопасности людей в высотных зданиях. 27 2.1.Особенности обеспечения безопасности людей в высотных зданиях

2.2.Требования к системам оповещения и управления эвакуацией людей из зданий и сооружений.

2.3.Особенности алгоритмов работы систем оповещения и управления эвакуацией из высотных зданий.

2.4.Средства и способы спасения людей из высотных зданий . 40 Выводы.

3.Моделирование движения людских потоков при эвакуации из высотных зданий.

3.1.Стандартизованные модель движения людского потока и метод расчёта времени эвакуации.

3.2.Модель учёта усталостных явлений при длительной эвакуации.

3.3.Модель распределения эвакуирующихся при движении по открытой местности.

Выводы.

4.Расчётные примеры управляемой эвакуации людей из высотных зданий.

4.1 .Краткая характеристика объекта.

4.2.Моделирование управляемой эвакуации в случае пожара.

4.3 .Моделирование управляемой эвакуации в случае угрозы

ЧС или теракта.

Выводы.

Основные результаты работы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Модели и методы совершенствования системы управления эвакуацией людей из высотных зданий»

В настоящее время как во всём мире, так и в России, а особенно в её крупных городах, ведется интенсивное строительство зданий повышенной этажности и высотных зданий (ВЗ). Причины этого не только в высокой стоимости земли, но и в престижности таких зданий, и в желании продемонстрировать возможности своих строительных технологий. ВЗ, как правило, являются многофункциональными с массовым пребыванием людей и включают в себя офисные помещения, бизнес-центры, рестораны, супермаркеты, выставочные залы и смотровые площадки, отели, фешенебельные квартиры. Такие здания могут быть как отдельно стоящими, так образовывать целые комплексы (например, «Москва-сити») с соответствующей инфраструктурой и подземными многоярусными паркингами.

Однако ВЗ подвержены различным угрозам - пожарам (в т.ч. на этапе строительства), природным катаклизмам - землетрясениям и др. ЧС, а также террористическим актам, являющимся характерной чертой конца XX - начала XXI века.

В то же время, законодательство РФ очень жёстко ставит вопрос обеспечения безопасности людей [1-6] ввиду не очень благополучной обстановки с пожарами в нашей стране. А ГОСТ 12.1.004-91* [7] вообще требует обеспечения уровня риска воздействия на людей опасных факторов пожара (ОФП) до 10'6 случаев в год.

В этой связи при пожарах особую актуальность принимают вопросы экстренной эвакуации людей как процесса организованного самостоятельного движения людей непосредственно наружу или в безопасную зону из помещений, в которых имеется возможность воздействия ОФП на людей - персонала, посетителей, жильцов из таких зданий (хотя в ВЗ могут быть предусмотрены помещения для защиты от ОФП, но они не могут гарантировать безопасность при ЧС или теракте) и удаление их на безопасное расстояние вне зоны падения обломков, стёкол и др. предметов с высоты. Это, в свою очередь, выводит на первый план задачу эффективного управления эвакуацией, решение которой на этапе проектирования и реконструкции зданий осуществляется с учётом работы системы оповещения и управления эвакуацией (СОУЭ) и производится расчётными (в т.ч. компьютерными) методами.

У нас в стране проблемой оценки времени эвакуации людей из зданий из сооружений занимались многие известные специалисты - С.В.Беляев [57], В.И.Предтеченский А.И.Милинский [81], М.Я.Ройтман [85-91], В .В .Холщевников [114-126], Д.А.Самошин [92-97], И.И.Исаевич [123], 4

А.А.Таранцев [103] и др. За рубежом - ТЛ^ЫеШэ, К.Е.Воусе [120], 1Х.Вгуап, Н.КилуаЬага, .[.Ь.РаиЬ, А.С.Дмитриченко, Д.А.Полоз [85], И.И.Полевода, С.Л.Соболевский, О.В.Кураев и др.

По результатам анализа многочисленных экспериментов общепринятой стала модель движения людского потока, скорость которого V зависит от его плотности £> и вида участка эвакуационного пути. Эта модель была положена в основу соответствующих расчётных методов, которые у нас в стране регламентированы такими документами, как ГОСТ 12.1.004-91* [7] (приложение 2*), ГОСТ Р 12.3.047-98 [9] (приложение Ш), СНиП 35-012001 [28] (приложение В) и др., а за рубежом - №РА [52-54] и др. Такие расчёты позволяют оценить время эвакуации /р и путём его сопоставления с необходимым временем эвакуации ¿нб, полученным по моделям развития пожара, оценить уровень пожарного риска и, при необходимости, выдать рекомендации по корректировке параметров эвакуационных путей.

Тем не менее, применительно ВЗ используемая в этих документах модель людского потока требует корректировки. А именно: а) эвакуация людей с верхних этажей будет занимать длительное время (без учёта лифтов и помещений безопасности), что сопряжено с усталостью и снижением скорости движения; б) в узких проходах необходимо учитывать движение людей «цепочкой»; в) при движении вне здания необходимо учитывать случайный характер скорости движения людей.

Что касается работы СОУЭ, то в действующем СП 3.13130.2009 [30] (ранее - НПБ 104-03* [42]), предусматривающем наличие 5-и типов СОУЭ и регламентирующем выбор её типа в зависимости от класса функциональной пожарной опасности (КФПО) здания или сооружения, числа пребывающих в нём людей, его площади и этажности. Но рекомендаций по порядку управления эвакуацией (тем более, из ВЗ) там не содержится. Однако очевидно, что при пожаре в ВЗ необходимо управлять движением людей с учётом этажа пожара и его динамики, возможности блокирования какого-либо эвакуационного пути ОФП и недопущения образования скоплений людей и задержек их движения. В функционировании СОУЭ при угрозе ЧС или теракта необходимо учесть некоторые особенности - в силе остаются условия недопущения задержек движения и скоплений людей, а также последовательность эвакуации людей с этажей ВЗ, но задействованы могут быть все эвакуационные пути.

Таким образом, целью работы является совершенствование моделей и методов управления эвакуацией людей из ВЗ с учётом особенностей длительного движения людских потоков.

Для достижения цели поставлены и решены следующие задачи: -исследование проблемы управления эвакуацией из ВЗ с учётом их конструктивных особенностей, перспектив развития и требований к СОУЭ; -создание моделей управляемого движения людского потока с учётом усталостных явлений и вероятностного характера этапа эвакуации по открытой местности от ВЗ в безопасную зону;

-анализ особенностей построения СОУЭ из ВЗ и формирование критерия успешности эвакуации;

-разработка метода управления эвакуацией при пожаре в ВЗ с учётом этажа пожара, а также при угрозе теракта или ЧС;

Объект исследования - система управления эвакуацией людей из ВЗ.

Предмет исследования составляют модели и методы расчёта времени эвакуации людей и управления эвакуацией из ВЗ.

Методы исследования: системный анализ, теория движения людских потоков, теория вероятностей и математическая статистика.

Основные положения, выносимые на защиту и обладающие научной новизной: анализ-обзор особенностей эвакуации людей из ВЗ при пожаре и угрозе ЧС или теракта; временной критерий успешности управления эвакуацией из ВЗ; модели длительного движения потока эвакуирующихся с учётом усталостных явлений и эвакуации от ВЗ в безопасную зону с учётом распределения их на начальном участке и вероятностного характера скорости движения; методы управления эвакуацией людей из ВЗ при пожарах, угрозах масштабной ЧС (землетрясения, цунами.) или теракта.

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

Обозначение Пояснение Размерность

V Скорость движения по эвакуационному пути м/мин

Го Свободная скорость движения людей м/мин й Плотность людского потока - (м2/м2)

1 Интенсивность движения м/мин а, Д> Параметры модели «скорость-плотность»

N Количество людей к <5/ Длина и ширина ьго участка эвакуационного м пути п Число участков эвакуационного пути

Расчётное время эвакуации, текущее время мин нб Необходимое время эвакуации мин нэ Время начала эвакуации мин п Площадь проекции человека м2

Е Общая площадь проекции эвакуирующихся м2 ф,\|/ Плотности распределения случайных величин [Г1

Кривая усталости п, т, (х, X Параметры кривых усталости

Опорные времена кривой усталости мин м Этаж пожара ц Задержка эвакуации су'-го этажа мин

Е Номер верхнего этажа высотного здания

Заключение диссертации по теме «Управление в социальных и экономических системах», Родичев, Алексей Юрьевич

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Проведен анализ отечественного и зарубежного опыта в части управления эвакуацией людей из ВЗ при пожаре, угрозе ЧС или теракта с учётом конструктивных особенностей ВЗ и особенностей СОУЭ. Показано, что эвакуацию целесообразно проводить пешим порядком по эвакуационным путям в ВЗ, а затем вне ВЗ в безопасную зону.

2.Предложен критерий управления для обеспечения успешной эвакуации из ВЗ, включающий в себя минимум суммарного времени выхода людей из ВЗ и времени их отхода от ВЗ в безопасную зону.

З.Обоснованы и разработаны модели движения людского потока с учётом усталостных явлений и вероятностного описания исходных данных при эвакуации по открытой местности.

4. Разработаны методы управления эвакуацией людей при пожаре в ВЗ с учётом этажа пожара, а также при угрозе теракта или масштабной ЧС.

5. Разработанные модели и методы носят аналитический характер, являются развитием стандартизованных подходов к расчёту параметров движения людских потоков, не требуют сложной и дорогостоящей компьютерной техники и специализированных вычислительных программ, ориентированы на базовую квалификацию специалистов, позволяют решать задачи управления эвакуацией людей из ВЗ и контролировать корректность расчётов на любом этапе. Указанные достоинства обусловили их внедрение в практику работы соответствующих организаций и в учебный процесс подготовки специалистов пожарно-технического профиля.

6. На примере конкретного ВЗ промоделирован порядок управления эвакуацией людей при пожаре и угрозе теракта или ЧС с учётом предложенных моделей и методов. Приведено сравнение величин времени эвакуации из ВЗ по стандартным и по предложенным моделям, чем показана большая объективность оценки расчётного времени эвакуации.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Родичев, Алексей Юрьевич, 2011 год

1. Федеральный закон от 21 декабря 1994 г. № 69-ФЗ "О пожарной безопасности".

2. Федеральный закон от 29.12.2004 г. № 190-ФЗ «Градостроительный кодекс РФ».

3. Федеральный закон от 22.07.2008 г. № 123-Ф3 «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности».

4. Федеральный закон от 30.12.2009 № 384-Ф3 «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений».

5. Постановление Правительства РФ от 31 марта 2009 года № 272 «О порядке проведения расчетов по оценке пожарного риска».

6. ПРИКАЗ от 30 июня 2009 г. № 382 «Об утверждении методики определения расчетных величин пожарного риска в зданиях, сооружениях и строениях различных классов функциональной пожарной опасности».

7. ГОСТ 12.1.004-91* «ССБТ. Пожарная безопасность. Общие требования».

8. ГОСТ 12.1.033-81 «ССБТ. Пожарная безопасность. Термины и определения».

9. ГОСТ Р 12.3.047-98 «ССБТ. Пожарная безопасность технологических процессов. Общие требования».

10. ГОСТ 12.4.026-76* «ССБТ. Цвета сигнальные и знаки безопасности».

11. ГОСТ 23466-79* «Автолестницы пожарные. Общие технические условия».

12. ГОСТ 25772-83* «Ограждение лестниц, балконов и крыш стальные. Общие технические условия».

13. ГОСТ Р 12.2.143-2002 «Системы фотолюминисцентные эвакуационные. Элементы систем. Классификация. Общие технические требования. Методы контроля».

14. ГОСТ Р 12.4.026-2001 «Цвета сигнальные, знаки безопасности и разметка сигнальная. Назначение и правила применения. Общие технические требования и характеристики. Методы испытания».

15. СТ СЭВ 383-87 «Пожарная безопасность в строительстве».

16. СНиП 21-01 -97* «Пожарная безопасность зданий и сооружений».

17. СНиП 21-02-99* «Стоянки автомобилей».

18. СНиП 23-05-95 «Естественное и искусственное освещение».

19. СНиП 2.01.02-85* «Строительные нормы и правила. Противопожарные нормы».

20. СНиП 2.07.01-89* «Градостроительство. Планировка и застройка город21.22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36