CC BY
42
DOI: 10.12845/bitp.44.4.2016.14
dr inz. Natalia Schmidt-Polonczyk1
Przyj^ty/Accepted/Принята: 11.10.2016; Zrecenzowany/Reviewed/Рецензирована: 25.11.2016; Opublikowany/Published/Опубликована: 30.12.2016;
Analiza wplywu g^stosci rozmieszczenia wyjsc ewakuacyjnych na bezpieczenstwo ludzi podczas pozaru w tunelach drogowych z systemem wentylacji wzdluznej
An Analysis of the Location of Emergency Exits as a Factor Impacting on Human Safety under Fire Conditions in Road Tunnels with the Longitudinal Ventilation System
Анализ влияния частоты размещения аварийных выходов на безопасность людей во время пожара в дорожных туннелях с продольной системой вентиляции
ABSTRAKT
Cel: Celem artykulu jest przedstawienie rezultatow studium wybranych aktow prawnych na swiecie w zakresie odleglosci pomifdzy wyjsciami ewakuacyjnymi w tunelach drogowych oraz wynikow weryfikacji wybranych obostrzen na drodze badan modelowania numerycznego dla przyjftego scenariusza pozarowego.
Wprowadzenie: W artykule poruszono tematykf gfstosci rozmieszczenia wyjsc ewakuacyjnych, ktora znacz^co wplywa na czas prowadzonych podczas pozaru w tunelu drogowym dzialan samoratowniczych, a co za tym idzie na bezpieczenstwo podczas ewakuacji. Rozmieszczenie wyjsc ewakuacyjnych reguluje w Polsce Rozporz^dzenie Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z dnia 30 maja 2000 r. w sprawie warunkow technicznych, jakim powinny odpowiadac drogowe obiekty inzynierskie i ich usytuowanie (Dz.U. Nr 63, poz. 735 z pozn. zm.). Wedlug przedmiotowego rozporz^dzenia odleglosc ta nie powinna przekraczac 500 m, co w swietle wybranych aktow legislacyjnych na swiecie jest jednym z najmniej rygorystycznych wymagan. Odleglosc pomifdzy wyjsciami ewakuacyjnymi zalezy od wielu czynnikow, z ktorych najwazniejsze to: rodzaj pojazdow korzystaj^cych z tunelu, natfzenie ruchu, wentylacja, moc pozaru, system wykrywania pozaru oraz parametry geometryczne tunelu. Rozbieznosci w aktach prawnych stanowi^ podstawf do rozwijania podjftej tematyki badawczej.
Metodologia: W artykule przeprowadzono analizf wybranych aktow prawnych na swiecie oraz badania modelowania numerycznego w celu sprawdzenia bezpieczenstwa podczas ewakuacji dla przyjftych wariantow wyjsc ewakuacyjnych. Wyznaczono czas osi^gnifcia krytycznego stanu srodowiska w tunelu oraz sprawdzono, czy po jego uplywie w tunelu znajduj^ sif ludzie. W tym celu wykorzystano dwa narzfdzia: program Fire Dynamic Symulator do oszacowania czasu osi^gnifcia krytycznego stanu srodowiska oraz program Pathfinder do wyznaczenia czasu ewakuacji.
Wnioski: Wyniki przeprowadzonej analizy numerycznej dowodz^, ze nie jest mozliwe zapewnienie bezpieczenstwa podczas dzialan samoratowniczych w tunelu drogowym o dlugosci > 1500 m, gdy nie ma w nim wyjsc ewakuacyjnych lub gdy s^ rozmieszczone co 500 m. Dla rozwazanego scenariusza pozarowego oraz przy zalozeniu, ze czas detekcji i alarmu jest rowny 120 s, odleglosc mifdzy wyjsciami, przy ktorej mozliwe jest przeprowadzenie bezpiecznej ewakuacji z tunelu w przypadku pozaru wynosi 250 m. Ponadto okreslenie odleglosci mifdzy wyjsciami ewakuacyjnymi w danym tunelu drogowym kazdorazowo powinno byc poprzedzone analizy ryzyka na etapie projektowym.
Slowa kluczowe: ewakuacja, wyjscia ewakuacyjne, bezpieczenstwo pozarowe, tunele drogowe Typ artykulu: artykul przegl^dowy
ABSTRACT
Objective: This study examines the results of studies of selected worldwide legal acts stipulating the distances between escape routes in road tunnels, as well as the results of the verification of selected legal restrictions resulting from numerical model simulations of hypothesised fire scenarios. Introduction: The issues of the distances between escape routes' significantly affecting the timing of self-rescue activities during fires in road tunnels, and related safety matters during evacuation activities, are described in the present study. These distances are controlled in Poland by the Regulation of the Ministry of Transport, Construction and Maritime Economy of 30 May 2000 on the technical conditions of road engineering objects and their locations (Journal of Laws No. 63, item 735, as amended). According to the Regulation in question, the distance between escape routes should not exceed 500 m, which, in the light of worldwide legislative acts, is one of the least rigorous requirements. The distance between escape routes depends on numerous factors and the most important are: type of vehicles passing the tunnel, traffic congestion, ventilation, heat release rate, fire-detection system and geometrical parameters. The differences between the legal acts are the basis of the described research topic.
1 AGH Akademia Gorniczo-Hutnicza / AGH University of Science and Technology; nschmidt@agh.edu.pl;
D01:10.12845/bitp.44.4.2016.14
Methodology: Analyses of selected worldwide legal acts and numerical modelling in order to check the safety conditions during evacuation were carried out for the adopted escape route variants. The time of the critical state reach in tunnels was determined and it was checked whether people were still present in tunnel after this time. Two types of tools were used: the Fire Dynamic Simulator program for assessing the time of reaching the critical environmental state, and the Pathfinder program for evacuation time calculation.
Conclusions: The results of the completed analyses proved that assuring safety during self-rescue activities road tunnels > 1500 long without escape roads or with escape routes distanced every 500 m was not possible. For the considered fire scenario in question and assuming a detection time and alarm equal to 120 s, 250 m between escape routes is sufficient to guarantee safe evacuation from tunnels on fire. Furthermore, the calculation of the distance between escape routes for a given tunnel should be preceded by a risk analysis during the design stage.
Keywords: evacuation, escape routes, fire safety, road tunnels Type of article: review article
АННОТАЦИЯ
Цель: Цель данной статьи заключается в представлении результатов исследования отдельных правовых актов со всего мира с точки зрения расстояния между аварийными выходами в дорожных туннелях, а также результатов проверки некоторых обострений посредством численного моделирования для рассматриваемого сценария пожара.
Введение: В статье рассматривается вопрос о частоте распределении аварийных выходов, которая существенно влияет на время проводимых действий по самоспасению во время пожара в дорожном туннеле, и, следовательно, на безопасность эвакуации. Распределение аварийных выходов в Польше регулируется Распоряжением министра транспорта и морского хозяйства от 30 мая 2000 г. о технических условиях, которым должны соответствовать дорожные инженерные сооружения и их расположение (Законодательный вестник № 63 поз. 735 с изменениями).
Согласно данному распоряжению это расстояние не должно превышать 500 м, что по сравнению с некоторыми законодательными актами в мире является одним из наименее строгих требований. Расстояние между аварийными выходами зависит от многих факторов, важнейшие из которых это: тип транспортных средств, которые пользуются туннелем, интенсивность дорожного движения, вентиляция, мощность пожара, система обнаружения пожара и геометрические параметры туннеля. Различия в законодательстве являются основой для развития предмета исследования.
Методология: В данной работе был проведен анализ некоторых актов из разных стран мира, а также проведено исследование численного моделирования для определения безопасности во время эвакуации для принятых вариантов аварийных выходов. Было определено время достижения критического состояния окружающей среды в туннеле и проверено будут ли по истечении этого времени в туннеле находятся люди. Для этого были использованы два инструмента: программа Fire Dynamic Simulator для оценки времени достижения критического состояния окружающей среды, а также Pathfinder - программа для определения времени эвакуации. Выводы: Результаты проведенного численного анализа показывают, что не возможно обеспечить безопасность во время проведения действий по самоспасению в дорожном туннеле длиной > 1500 м, если в нем не находятся аварийные выходы или если выходы расположены через каждые 500 м. Для рассматриваемого сценария пожара и предполагая, что значение времени обнаружения и сигнализации равны 120 s, расстояние между выходами на уровне 250 м достаточно для обеспечения безопасной эвакуации из туннеля охваченного пожаром. Кроме того, определению расстояния аварийных выходов для автомобильного туннеля каждый раз должен предшествовать анализ рисков на стадии проектировки.
Ключевые слова: эвакуация, аварийные выходы, пожарная безопасность, дорожные туннели Вид статьи: обзорная статья
1. Wprowadzenie
W przypadku pozaru w tunelu drogowym priorytetow^ kwesti^ jest ewakuacja osob zagrozonych w jak najkrotszym czasie. W celu zapewnienia bezpieczenstwa uzytkownikow tu-neli drogowych zaleca si§ zastosowanie w tego typu budowlach dodatkowych srodkow technicznych w postaci wyjsc ewaku-acyjnych. Mog^ one l^czyc dwie nawy tunelu w przypadku jed-nokierunkowych tuneli dwunawowych lub stanowic pol^czenie tunelu dwukierunkowego (jednonawowego) z tunelem ewa-kuacyjnym prowadz^cym na zewn^trz lub w inne bezpieczne miejsce (ryc. 1). Odleglosci pomi^dzy wyjsciami ewakuacyjny-mi powinny umozliwiac przeprowadzenie bezpiecznych dzia-lan samoratowniczych w przypadku pojawienia si§ pozaru.
Proces ewakuacji osob z tunelu coraz cz^sciej progno-zowany jest przy wykorzystaniu obliczen numerycznych, umozliwiaj^cych analiz^ roznych scenariuszy dla okreslonych zalozen. W literaturze specjalistycznej odnalezc mozna wiele prac poswi^conych tej tematyce, m.in. pozyj [3], w ktorej dokonano przegl^du wybranych metod symulacji ewakuacji z tuneli drogowych. Interesuj^c^ i bardzo przydatn^ przy wy-borze programu do modelowania procesow ewakuacji jest praca [4], przedstawiaj^ca doswiadczenia osob prognozuj^-cych ewakuacji przy wykorzystaniu roznych narz^dzi symu-lacyjnych. Rownie wartosciow^ analiz^, porownuj^c^ moz-liwosci trzech programow: EVAC, STEPS oraz Pathfinder, sluz^cych do symulacji procesu ewakuacji przeprowadzono w [5]. Autorzy pracy wnikliwie scharakteryzowali badane
1. Introduction
In the event of fire in a road tunnel, the priority is to evacuate people in danger as quickly as possible. To guarantee the safety of road tunnel users, it is recommended to use in such structures additional technical measures in the form of emergency exits. These can connect two tubes in a tunnel in the case of unidirectional twin-tube tunnels or connect a bi-directional single-tube tunnel with an emergency tunnel leading outside or to another safe place (Fig. 1). The distance between emergency exits should facilitate safe-rescue operations in the event of fire.
The processes of evacuating people from tunnels are more and more often being forecast using numerical computations, which make it possible to analyse various scenarios corresponding to specific assumptions. In the specialist literature one can find many studies devoted to the issue in question, including [3], which reviews the selected methods of simulating evacuations from road tunnels. Study [4], presenting the experience of people forecasting evacuation activities using various simulation tools, is interesting and very useful for selecting a program for modelling the evacuation process. An equally valuable analysis was carried out in [5], that is comparing the capacities of three programs - EVAC, STEPS and Pathfinder used to simulate evacuation processes. The authors of this study characterised the studied programs in detail, taking into account any of their limitations which could impact on the obtained results. The impact of smoki-
ПОЖАРНАЯ ИНЖЕНЕРИЯ DOI:10.12845/bitp.44.4.2016.14
Rye. 1. Tunele drogowe z wyjsciami ewakuacyjnymi: po lewej dwie nawy tunelu pol^czone wyjsciami ewakuacyjnymi, po prawej glöwna nawa
tunelu pol^czona wyjsciami ewakuacyjnymi z tunelem ewakuacyjnym [1-2] Fig. 1. Road tunnels with evacuation routes: left - two tunnel tubes connected to emergency exits, right - the main tunnel tube connected to
evacuation routes with an evacuation tunnel [1-2]
programy, uwzglçdniaj^c ich ograniczenia, ktore mog^ miec wplyw na otrzymane wyniki. Oddzialywanie zadymienia na prçdkosc poruszania siç osob podczas ewakuacji w warunkach pozaru badano w [6]. Zbadano rowniez wplyw znakow ewakuacyjnych na proces ewakuacji, a wyniki zawarto w [7]. Interesuj^cym osi^gniçciem w tematyce bezpieczenstwa podczas ewakuacji z tuneli drogowych w warunkach pozaru jest opracowanie i wdrozenie modulowego przejscia ewakuacyj-nego, wyposazonego w dodatkowe systemy bezpieczenstwa m.in. w wentylacjç, system komunikacji, czujniki dymu. Wyniki tych badan zaprezentowano m.in. podczas II edycji pol-skiej konferencji „Budownictwo Podziemne i Bezpieczenstwo w Komunikacji Drogowej i Infrastrukturze Miejskiej" w roku 2014, organizowanej przez Akademiç Gorniczo-Hutnicz^ oraz zawarto w [1]. W pracy [8] przeanalizowano ekspery-mentalny przypadek ewakuacji z tunelu drogowego. Oddzia-lywanie pozaru na zachowanie osob podejmuj^cych dzialania samoratownicze w tunelu, przy wykorzystaniu symulatora FDS+EVAC badano w [9], [10]. Analizç mozliwosci symu-latora E-SIM przeznaczonego do modelowania ewakuacji przeprowadzono w [11]. Badania nad nowym symulatorem TUNNEL-EVAC, przeznaczonym do modelowania procesow ewakuacji, ktorego prototyp zostal juz opracowany podjçlo grono naukowcow z AGH. Postçpy prac przedstawiono m.in. w: [12], [13].
W niniejszym artykule przedstawiono rezultaty analiz wymagan prawnych oraz zalecen projektowych obowi^zuj^cych w Polsce oraz w wybranych krajach i regionach swiata w zakre-sie odleglosci pomiçdzy wyjsciami ewakuacyjnymi w tunelach drogowych oraz wyniki wlasnych badan modelowych.
2. Zastosowanie wyjsc ewakuacyjnych
w tunelach drogowych w swietle polskich
i zagranicznych wymagan prawnych
Zgodnie z wytycznymi Dyrektywy 2004/54/WE Par-lamentu Europejskiego i Rady z dnia 29 kwietnia 2004 r. w sprawie minimalnych wymagan bezpieczenstwa dla tuneli w transeuropejskiej sieci drogowej, stosowanie wyjsc ewakuacyjnych ma miejsce wtedy, gdy:
• „analiza odpowiednich ryzyk, obejmuj^ca zagadnienie jak daleko i jak szybko przemieszcza siç dym w warunkach miejscowych pokazuje, ze wentylacja i inne zabez-pieczenia s^ niewystarczaj^ce dla zapewnienia bezpie-czenstwa uzytkownikom drog",
• „...w nowych tunelach..., jezeli natçzenie ruchu jest wiçksze niz 2 000 pojazdow na jeden pas ruchu". Ponadto w istniej^cych tunelach, dluzszych niz 1000
metrow, o natçzeniu ruchu wiçkszym niz 2000 pojazdow na jeden pas ruchu, poddawana jest ocenie wykonalnosc i sku-tecznosc nowych wyjsc awaryjnych [14].
ness on the movement speed of people during evacuation under fire conditions was studied in [6]. Also analysed was the influence of evacuation signs on the evacuation process. The results of the analysis are presented in article [7]. An interesting achievement in the field of safety during the evacuation of road tunnels under fire conditions is the preparation and implementation of modular emergency passages, equipped with additional safety systems, including ventilation and communication systems and smoke detectors. The results of these studies were presented at the 2nd Polish "Underground Construction and Safety in Road Transport and City Infrastructure" Conference in 2014, organised by the AGH University of Science and Technology, and included in article [1]. The study
[8] analyses one experimental case of evacuation from a road tunnel. The impact of a fire on the behaviour of people carrying out safe-rescue activities inside a tunnel was researched in
[9], [10] using the FDS+EVAC simulator. The capacity of the E-SIM simulator for the modelling of evacuations was fully used in [11]. Research into a new TUNNEL-EVAC simulator for the modelling of evacuation processes, whose prototype had been already created, was undertaken by a group of scientists from the AGH University of Science and Technology. The working progress is presented in articles [12] and [13], among others.
This paper presents the results of analyses of the legal requirements and design guidelines in force in Poland, and selected countries and territories, in respect of distances between emergency exits in road tunnels, as well as the results of own model tests.
2. The use of emergency exits in road tunnels in the light of Polish and foreign legal requirements
In line with the guidelines of Directive 2004/54/CE of the European Parliament and of the Council of 29 April 2004 on minimum safety requirements for tunnels in the Trans-European Road Network,
• "emergency exits shall be provided if an analysis of relevant risks, including how far and how quickly smoke travels under local conditions, shows that the ventilation and other safety provisions are insufficient to ensure the safety of road users", and
• "In any event, in new tunnels, (...) where the traffic volume is higher than 2 000 vehicles per lane".
Furthermore, in existing tunnels longer than 1 000 m,
with a traffic volume higher than 2 000 vehicles per lane, the feasibility and effectiveness of the implementation of new emergency exits shall be evaluated [14].
When it comes to the distance between emergency exits, the requirements of Directive 2004/54/CE of the European
D01:10.12845/bitp.44.4.2016.14
W kwestii odleglosci wyjsc ewakuacyjnych wymagania Dyrektywy 2004/54/WE Parlamentu Europejskiego i Rady pokrywaj^ si§ z polskimi wymaganiami prawnymi zawartymi w Rozporz^dzeniu Ministra Transportu i Gospodarki Mor-skiej z dnia 30 maja 2000 r. w sprawie warunków technicz-nych, jakim powinny odpowiadac drogowe obiekty inzynier-skie i ich usytuowanie [15]. Odleglosc ta nie powinna prze-kraczac 500 m [14-15]. Z kolei wedlug niemieckich wytycz-nych projektowych [16] w tunelach o dlugosci powyzej 400 m przejscia te „nalezy zaprojektowac w regularnych odst^pach, mniejszych niz 300 m". Dla szerszego uj^cia tematu w tabe-li 1 zestawiono regulacje wybranych aktów prawnych oraz wytycznych projektowych na swiecie w omawianym zakresie.
Na podstawie zebranych danych mozna stwierdzic, iz wymagania prawne obowi^zuj^ce w Polsce s^ najmniej restryk-cyjne i pokrywaj^ si§ z wymaganiami Dyrektywy Europej-skiej, która precyzuje minimalne wymagania dotycz^ce bez-pieczenstwa, które kazdy europejski kraj, w obr^bie wlasnego terytorium moze zaostrzyc. Mog^ zatem istniec rózne pozio-my bezpieczenstwa w tunelach drogowych wynikaj^ce z roz-bieznosci w odleglosciach pomi^dzy wyjsciami ewakuacyj-nymi. Róznica ta stanowi pewn^ podstaw^ do prowadzenia weryfikacji aktualnie obowi^zuj^cych wymagan prawnych dotycz^cych odleglosci pomi^dzy wyjsciami ewakuacyjnymi, co w efekcie powinno skutkowac opracowaniem racjonalne-go, ujednoliconego rozwi^zania w tym zakresie.
3. Badania wplywu zastosowania i odleglosci wyjsc ewakuacyjnych na bezpieczenstwo uzytkowników tunelu drogowego
Odleglosc wyjsc ewakuacyjnych zalezy m.in. od [17]:
• rodzaju pojazdów korzystaj^cych z tunelu, co dyktuje ro-dzaj prawdopodobnych zdarzen,
• nat^zenia ruchu, a co za tym idzie liczby uzytkowników w tunelu korzystaj^cych z wyjsc w przypadku np. pozaru,
• wydajnosci systemu wentylacji - zapewnienia odpowied-nich warunków podczas ewakuacji w tunelu,
• systemu detekcji i alarmu pozaru,
• parametrów geometrycznych tunelu, w tym nachylenia tunelu,
• zachowania ludzkiego.
Parliament and of the Council are compatible with Polish legal requirements included in the Regulation of the Minister of Transport and Maritime Economy of 30 May 2000 on the technical conditions to be met by road engineering structures and their location (Journal of Laws No. 63, 2000). The distance should not exceed 500 m [14-15]. In turn, according to German design guidelines [16], in tunnels longer than 400 m, such exits "should be designed at regular intervals of less than 300 m". To present a broader picture, Table 1 presents the regulations of selected legal acts and design guidelines worldwide in the field in question.
Based on the collected data one can state that the legal requirements in force in Poland are the least rigorous and correspond to the requirements of the European Directive, which specifies the minimum safety requirements, which every European country can make more exacting within its territory. Road tunnels can therefore have varying safety levels, stemming from differences in distances between emergency exits. Such differences constitute a basis for verifying the legal requirements currently in force and concerning distances between emergency exits, which, in turn, should result in devising a rational and standardised solution in this regard.
3. Studies of the influence of the use of, and distance between, emergency exits on the safety of road tunnel users
The distance between emergency exits depends, among other things, on [17]:
• the type of vehicles using the tunnel, which dictates the type of possible events,
• traffic volume, and the number of users in the tunnel, using its exits in the event of, e.g., a fire,
• the capacity of the ventilation system - providing the appropriate conditions during tunnel evacuation,
• fire detection and alarm systems,
• the geometrical parameters of the tunnel, including tunnel slope,
• human behaviour.
The heat release rate is a very important parameter im-
Tabela 1. Zalecenia/obostrzenia w zakresie odleglosci pomifdzy wyjsciami ewakuacyjnymi wedlug wybranych dokumentow prawnych oraz wytycznych projektowych [1], [14-26]
Table 1. Recommendations/restrictions concerning the distance between emergency exits, according to selected legal acts and design guidelines
[1], [14-26]
Kraje (ktorych dotyczy dokument) Countries Wymagana odleglosc pomi^dzy wyjsciami ewakuacyjnymi [m] Required distance between emergency exits [m]
Mifdzynarodowy / International 100-500
Unia Europejska / The European Union < 500
Austria < 500
Polska / Poland < 500
Niemcy / Germany < 300
Wlochy / Italy < 300
Francja / France < 400
Wielka Brytania / The United Kingdom < 100
Norwegia / Norway < 250
Holandia / The Netherlands oparta na analizie ryzyka / based on risk analysis
Szwajcaria / Switzerland < 300
USA 200
Australia < 120
ПОЖАРНАЯ ИНЖЕНЕРИЯ
Bardzo istotnym parametrem wplywaj^cym na rozmiesz-czenie wyjsc ewakuacyjnych w tunelach drogowych, a wynikaj^-cym bezposrednio z pierwszego wymienionego powyzej czynni-ka, jest moc pozaru. Wlasciwe okreslenie mocy pozaru wymaga szczególnego podkreslenia, co wynika równiez z Dyrektywy [14], uzalezniaj^cej rozmieszczenie wyjsc od tego „... jak daleko i jak szybko przemieszcza si§ dym w warunkach miejscowych...".
Na swiecie istniej^ tunele drogowe, które nie posiadaj^ wyjsc ewakuacyjnych np. tunel Leardal w Norwegii (24 510 m), tunel Piumogna w Szwajcarii (1600 m), tunel Sóller w Hiszpa-nii (3000 m), tunel Waasland w Belgii (2100 m) i wiele innych [27]. Powodem takiego stanu rzeczy moze byc fakt, ze wi^k-szosc z tych tuneli powstala ponad 16 lat temu. W zwi^zku z tym w niniejszej analizie oprócz róznicowania rozstawu wyjsc awaryjnych uwzgl^dniono przypadek tunelu bez wyjsc ewakuacyjnych. Przyj^to nast^puj^ce warianty tuneli:
• wariant I - tunel bez wyjsc ewakuacyjnych (brak drugiej nawy lub tunelu ewakuacyjnego - wyjscie z tunelu moz-liwie jedynie przez portale),
• wariant II - tunel z wyjsciami ewakuacyjnymi, rozmiesz-czonymi co 500 m,
• wariant III - tunel z wyjsciami ewakuacyjnymi, roz-mieszczonymi co 250 m.
Ponadto dla wariantu III tunelu rozwazano:
a) pozar zlokalizowany przy lewym portalu tunelu po-mi^dzy wyjsciami ewakuacyjnymi prowadz^cymi do tunelu ewakuacyjnego - ryc. 2a),
b) pozar przy jednym z wyjsc ewakuacyjnych - ryc. 2b).
W scenariuszu pozarowym lokalizaj zródla pozaru za-
lozono na 250 metrze, licz^c od portalu lewego tunelu dwu-kierunkowego, co dla wariantu III spowoduje zablokowanie pierwszego wyjscia ewakuacyjnego.
Dla przyj^tych wariantów odleglosci pomi^dzy wyjsciami awaryjnymi sprawdzano bezpieczenstwo podczas ewakuacji, wyznaczaj^c czas osi^gni^cia krytycznego stanu srodowiska w tunelu oraz calkowity czas ewakuacji. Krytyczny stan srodowiska zalezy od wartosci parametrów, takich jak: temperatura powie-trza, g^stosc strumienia promieniowania cieplnego, temperatura gor^cych gazów pozarowych, zasi^g widzialnosci oraz zawartosc tlenu. Przekroczenie dopuszczalnych wartosci tych parametrów [28-29] moze powodowac zagrozenie utraty zdrowia lub zycia osób ewakuuj^cych si§. Sytuacja, gdy w momencie pojawienia si§ krytycznych warunków srodowiska w tunelu drogowym nadal przebywa pewna liczba osób, która do tego czasu nie zd^zyla przemiescic si§ w bezpieczne miejsce oznacza m.in., ze wskutek braku wyjsc ewakuacyjnych lub zbyt duzej odleglosci pomi^dzy nimi bezpieczna ewakuacja w tym obiekcie nie jest zapewniona.
Realizaj celu badawczego przeprowadzono z wykorzy-staniem dwóch narz^dzi: Fire Dynamic Symulator do wy-znaczenia czasuosi^gni^cia krytycznych warunków w tunelu oraz program Pathfinder, za pomoc^ którego wyznaczono calkowity czas ewakuacji.
D01:10.12845/bitp.44.4.2016.14
pacting on the positioning of emergency exits in road tunnels, and resulting directly from the first aforementioned factor. The correct specification of the heat release rate should be especially highlighted, which is also based on Directive [14], which makes the location of emergency exits dependent on "(...) how far and how quickly smoke travels under local conditions (...)".
There are tunnels worldwide without emergency exits, e.g. the Lsrdal Tunnel in Norway (24 510 m), the Piumogna Tunnel in Switzerland (1600 m), the Soller Tunnel in Spain (3000 m), and the Waasland Tunnel in Belgium (2100 m), etc. [27]. It might be the case that most of these tunnels were created more than 16 years ago. Therefore, in this analysis, in addition to differentiating the distances between emergency exits, we also took into account the incidence of tunnels without such exits. The following variants of tunnels were adopted:
• variant I - tunnels without emergency exits (no second tube or an emergency tunnel - exiting the tunnel is possible only through portals),
• variant II - tunnels with emergency exits provided every 500 m,
• variant III - tunnels with emergency exits provided every 250 m.
Furthermore, for variant III, the following was considered:
a) a fire located near the left portal, between emergency exits leading to an emergency tunnel - Fig. 2a),
b) a fire located near one of the emergency exits - Fig. 2b).
In a fire scenario, the fire source location was set at 250
metres, starting from the left portal of bi-directional tunnels, which, in the case of variant III, will block the first emergency exit.
Evacuation safety was evaluated for adopted variants of distance between emergency exits, by determining the time needed for the tunnel environment's reaching critical state and total evacuation time. The critical state of the environment depends on the value of the following parameters: air temperature, heat flux density, temperature of hot fire gases, visibility, and oxygen content. Exceeding the allowable values of these parameters [28-29] can put at risk the health and lives of people being evacuated. The situation in which critical environmental conditions occur when there are still some people left in the road tunnel who have not managed to move to a safe location means that due to the lack of emergency exits or a too large distance between then, safe evacuation in such a facility is not ensured.
The research objective was achieved using two tools: the Fire Dynamic Simulator to determine the time to reach critical conditions within the tunnel, and Pathfinder, used to determine total evacuation time.
The way the simulations were conducted, the justification
Ryc. 2. Lokalizacja pozaru: a) pomifdzy wyjsciami ewakuacyjnymi, b) przy wyjsciu ewakuacyjnym; (1) lokalizacja pozaru,
{2) pojazdyw tunelu, (3) wojscia ewakuacyjne Fig. 2. Fire location a) between emergency exits b) at an emergency exit firelocation,(2) vehicles in the tunnel, (3) emergency exits Zrodlo: Opracowanie wlasne. n oucceiOws tkb oration.
D01:10.12845/bitp.44.4.2016.14
Sposob prowadzenia symulacji, uzasadnienie wyboru programow oraz ich charakterystyk^ przedstawiono w [30]. Badania przeprowadzono dla pi^ciu dlugosci tunelu: 1500 m, 2000 m, 2500 m, 3000 m, 3500 m dla warunkow pozaru o strumieniu wyzwalanego ciepla - 30 MW. Warunki po-cz^tkowo-brzegowe do analizy numerycznej, rozwoj pozaru, parametry okreslaj^ce proces spalania pojazdu ci^zarowego przyj^to analogicznie jak w pracy [30].
W tunelu przewidziano system wentylacji mechanicznej wzdluznej, w ktorym powietrze plynie od portalu lewego, wzdluz osi obiektu do portalu prawego. W rozwazanym tunelu dwukierunkowym po obu stronach pozaru mog^ znaj-dowac si§ samochody, ktore nie b^d^ w stanie opuscic obiektu - ryc. 3. Sytuacja ta stwarza zagrozenie dla uzytkownikow znajduj^cych si§ w zadymionej cz^sci tunelu.
System wentylacji wzdluznej zostal zaprojektowany dla warunkow pozaru zgodnie z procedure obliczeniow^ zawar-t^ w [31]. W scenariuszu uruchomienia wentylatorow stru-mieniowych uwzgl^dniono utrzymanie zjawiska stratyfikacji gazow i dymow pozarowych, co korzystnie wplynie na bez-pieczenstwo podczas ewakuacji w pocz^tkowej fazie pozaru.
W artykule okreslenie nat^zenia ruchu oraz pr^dkosci po-ruszaj^cych si§ pojazdow jest istotne ze wzgl^du na ustalenie liczby osob podejmuj^cych ewakuacji z tunelu obj^tego poza-rem. Na etapie opracowania zalozen technicznych dla projektu tunelu nat^zenie ruchu w tunelach okreslane jest na podstawie przeprowadzonej prognozy ruchu. W analizowanym przypad-ku zalozono ruch pojazdow osobowych, ci^zarowych i autokarow z zakazem wjazdu pojazdow przewoz^cych materialy nie-bezpieczne. Okreslenie liczby uzytkownikow tunelu drogowe-go przeprowadzono zakladaj^c m.in. procentowy sklad ruchu:
• udzial procentowy samochodow osobowych - 90%,
• udzial procentowy pojazdow ci^zarowych - 9%,
• udzial procentowy autobusow - 1%.
Liczby osob podejmuj^cych ewakuacji oszacowano dla zatoru. Dla tunelu o dlugosci 1500 m, 2000 m, 2500 m, 3000 m oraz 3500 m wynosila ona odpowiednio 620 os., 827 os., 1034 os., 1241 os. i 1448 os.
Okreslenie czasu ewakuacji wymagalo przypisania kazdej ewakuuj^cej si§ osobie zestawu indywidualnych parametrow, z ktorych najwazniejszymi s^: pr^dkosc poruszania si§, sze-rokosc ramion oraz czas opoznienia. Ponadto w oszacowaniu calkowitego czasuewakuacji nalezalo uwzgl^dnic czas detek-cji pozaru, alarmu oraz czas opoznienia (czas rozpoznania alarmu i czas reakcji) uzytkownikow tunelu. Niniejsza analiza
for program selection, and their characteristics, are presented in [30]. The studies were carried out for five tunnel lengths: 1500 m, 2000 m, 2500 m, 3000 m and 3500 m for fire conditions with an emitted heat stream of 30 MW. The initial-boundary conditions for numerical analysis, the fire development, and the parameters determining the burning process in a heavy goods vehicle, were corresponding to those in study [30].
A longitudinal mechanical ventilation system, with air flowing from the left portal, along the axis of the facility to the right portal, was provided in the tunnel. In the bi-directional tunnel in question, cars might be located on both sides of the fire, and will not be able to leave the structure - Fig. 3. This situation poses danger for users located in the smoke-filled part of the tunnel.
The longitudinal ventilation system was designed to operate in fire conditions in line with the computational procedure presented in [31]. The scenario of jet fan activation takes into account the maintenance of a gas and the fire smoke stratification phenomenon, which will have a positive impact on safety during evacuation in the initial phase of fire.
In the article, the determination of traffic volume and the speed of vehicles is important in terms of determining the number of people evacuating themselves from a tunnel covered in fire. At the stage of developing technical guidelines for tunnel design, traffic volume in tunnels is determined on the basis of traffic forecasts. In the analysed case, it was assumed that the traffic would consist of passenger car, heavy goods vehicles and buses, with vehicles transporting dangerous goods' being banned from entering the tunnel. The number of road tunnel users was determined using the percentage composition of traffic:
• the percentage of passenger cars - 90%,
• the percentage of heavy goods vehicles - 9%,
• the percentage of buses - 1%.
The number of people being evacuated was estimated for congestion, which was for the following tunnel lengths: 1500 m - 620 people, 2000 m - 827 people, 2500 m - 1034 people, 3000 m - 1241 people, 3500 m - 1448 people.
Determining the evacuation time required for attributing a set of individual parameters, the most important being, speed, shoulder width and delay time, to every "evacuating" person. Furthermore, to estimate total evacuation time,one has to take into account fire detection time.alarm timatnd delay time (between recognising the alarm and reacting) in
Ryc. 3. Pozar pojazdu ciçzarowego w tunelu dwukierunkowym: 1) wybuch pozaru, 2) faza ewakuacji Fig. 3. Fires in heavy goods vehicles in bi-directional tunnels: 1) fire start, 2) evacuation phase Zrôdlo: Opracowanie wlasne. Source: Own elaboration.
ПОЖАРНАЯ ИНЖЕНЕРИЯ
zaklada, ze wykrycie pozaru przez systemy detekcji nast^pi po 120 s od momentu pojawienia siç pozaru, co przyjçto na podstawie [32]. Czas opóznienia, jak i dobór indywidualnych parametrów osób ewakuuj^cych siç oparto o wyniki badan eksperymentalnych [11], a ich dobór zostal przedstawiony w artykule [30]. W analizie przyjçto brak wzdluznego nachy-lenia tunelu drogowego oraz nie uwzglçdniono komponentu niekontrolowanych i gwaltownych zaklócen w ruchu stru-mieni ludzkich wynikaj^cych np. z paniki.
Czasy ewakuacji, bçd^ce wynikiem obliczen programu Pathfinder, mog^ róznic siç od siebie w ramach jednego, tego samego przypadku. Róznica ta wynika glównie z losowego rozmieszczenia uzytkowników w modelu geometrycznym. St^d by otrzymac wartosc reprezentatywn^ czasu ewakuac— symulacje nalezalo powtórzyc kilkukrotnie dla kazdego wa-riantu. W celu oszacowania wystarczaj^cej liczby prób przeprowadzono seriç 30 symulacji dla wariantu i k i Ш, dla dlugcid 15a0 m.1-1 uzyskanaah czzultci.w clihczono sreilme wartosci czasu ewakuacji dla 5 i 10 prób. Ze srednich z ko-zei obliczono odcheieniz sCandcrdowe, na zoOitawie klórych przyjçto wystarczaj^c^ liczbç symulacji dla denaco pcny-padku. Przeprowadzona analiza miala na celi spzawdzonie zmiennosci otrzymanych wyników. Na jej podslzwie pe d^^ taneH dnekkcunlezt^ch z wyacMrm ewakuac—nymi wysiacczaj^coliczb^pidb cymcOacsi -t^il w^i^to.e 5, na. pod. ttawia nicwielkiok eóoaic w oOohylzniach ttanPaaOzkOlce olla 5 i 10 prób. Z kolei dla przypadku bez wyjsc ewakueasczycn symulacje w liczbie 5 prób mog^ dawac niereprezentatywne razukat0, za au wskazuia znaczme w^kiza wortoie oiktyla-rda staodaodowego dla ^ednic0. wcpto^ consoa ewakuoo1i ma porkwuon-u o оск0о1ешem Ola izedme) warlotci o 10 us-ó1s. Dieieno zelicodewymaganycn próbcnmulacji dlaworiantu bez wyjsc przyjçto wartosc 10.
4. AnaUzawyrnkmvbadan numeeycnnych
Dla przyjçtego scenariusza pozarowego rozwi^zanie bez cwakuacd^^orazz wwsciam-o odk^o^i edwdej maksymalnej, dopuszczalnej odleglosci wedlug [15] spowo-duie, Tie w momencie pojawienia siç krytycznych warunków srodowiska w tunelu drogowym bçdzie przeb.zoc.jcwna liczba osób narazona na utratç zdrowia lub zycie - Cédela У. Otüegfoto со itc0 m pomi.dey coy^emmi ewofeiooylnym1 iojjtymakia o^1i^ePSc(^l^zgi cwakuaa^nej) шрсс0спсо bcz-picazno awckuacjoi zaZOadaídaiZe ezos Oetekea n.e t)ydzie dlazszo mz 120 s - inba-a 2.
Czas pojawienia siç w tunelu taytycznego stsnu írodewiska zostal okreslony na podstawie pierwszego przekroczenia do-^scccahcejwoctj^d^ramefru wid zialnosci - ^Ьекг.^^уоШ oblicuos numecaaoncch pozwoiily na oszaaowania zatoinzlct pólmçdóy zzcsem ewnkucatiL ódiegloCaw wyjsá ewaOooc^i^I.cci orazdlugosci^ tunelu - ryc. 4.W tym celu wykorzystano model regresji, okreslaj^cy zaleznosc miçdzy zmienn^ niezalezn^ a zmienn^ zalezn^. Obliczenia przeprowadzonopczyuiyciu progreanu Staty-d^ 10) aaykorz0).)}^ meto01 noImnkiizya0 -dvoOoatOm [ПЗ]. Tezretyazna wortosci czasu zrozuaali zoilzly wyznoczoce zrewnaoia slasoezyzay. z oporciuo w^nOd pazei prowadzonych w pracy badan numerycznych. W ceki dopz-nania wyboru modelu, który cechowal siç najwiakseym zo-ai oowzniam yo (fewya1 amprycznyah, uspto micry
aapasowania modekc regret.1 y wseólezao■ntka (teermmaej1 и21 który w przyjçtym w pracy modelu wyniósl 0,95.
No oodslowie kuaiikOw batan orco pao- eypCcoccysCanik narzçdzi statystycznych czas ewakuacji, bçd^cy funkcj^ odleglosci wyjsc ewakuacyjnych oraz dlugosci tunelu dwukierun-kcwet^Oi oyhano równaniem plaszczyzny:
T1 = 0,00429 • L + 0,22576 • w + 290,755
D01:10.12845/bitp.44.4.2016.14
tunnel users. This analysis assumes that the fire will be discovered by detection systems after 120 s of the outbreak of fire, based on [32]. Delay time and the selection of individual parameters of evacuating people are based on the results of experimental studies [11], and their selection is presented in article [30]. The analysis assumes no longitudinal slope of the road tunnel and does not take into account uncontrolled or violent disruptions in human movement resulting from, e.g., panic.
Evacuation times, resulting from computations made in the Pathfinder program, can vary within one and the same case. Such differences result mainly from the users' being distributed randomly in the geometrical model. Thus, to obtain a representative value of evacuation time, simulations had to be repeated several times for every variant. To estimate the required number of samples, a series of 30 simulations for variants 1, 2 and 3 for a length of 1500 m, was carried out. Average valueerrf evaourtiov tima for 5and ra samples wore ea°culafed vilng rbs oVlainud retvlgi. Uaing pig vvoeage vaS-uer, rtgndaet reviaUionwas raleulstad, dared on whirVehe require d aumber of simulations for given cases was adopted. Thaaocfpatfd avafytis ameel a. ovultating; tha vteiaMhty op thefbtainedresults. UagaT op 1^l^itiiior^!5rihh^(^drleet fw fiii^t^irei^ffocal ^aiei emeegaecy iiae
nbmbef o.hmulation samples was 5. This was based on small
ee ireeu, standard deviation between 5 and 10 samples.
ln tan, t"oe* .l^e co^oee wkheu1 ^me^^^iiTa1. uyt. !>iia^uli^l:fons weeh a tar^^l^^s e^n ^^Cea^cl rnewru^:at atiae ire^e^tt^, 've^hii^lais ^abdicated by a much higher standard deviation for average evacuation time, compared with deviation for the average value from e0 eamjjler. i^ur^bcr of refuhed ekbuk-
tione scmuleu fna without eelta e^as oat at fga
4 a ^aVuab^alysis of numerical study results
aiee^liiiad opted fire scenario,a solution without emergency exits and with such exits located at intervals equal to the maximum allowable distance, according to [15], will result in tome ^ojele leeaiad ^r^e^ide i^e ^ooV tunuel i^^lou zX riel; v^V losing their lives or health (Table 2)when critical environmental conditions occur. Providing emergency exits at inter-btko^SOmlVhe rplfme1ascapeeouiglangrll)wiПent4re tali^^ ^i^fely c^U fooai^^t^i^ir ~ tp^e dai^c^tleb time
dart vnt gefefd tdes^^lele 1).
Thetime of critical environmental conditions occurring in ihetgvnal was set based on the visibility parameter's being axcaeped leu ti^^ first time - TrWe 2. The resulte (^.i aomj3utet:iob maht lit parsiilk l^o egtimaie the ^r^icr^i^^oelon between evacuation time, distance between emergency exits and tunnel length - Fig. 4. A regression model was used for this pu^on, detormmmg ioterrd^gfoi b 1r^(eeoeuc^eht
^ud Uependfg- W^f eVc^i^i^i^Shut crnhbsted
uhnt tiret^tathtica 10 program, utilising the least squares method[33]. The theoretical values of evacuation time were determmael usm. tve ^vttion c^e oe uhne. ou^f
i^o^lt- oanl^m^aiefl s^ue^tae aorrietl ot^i ae r^artoi -01s -tady oh) s(2cefc emh dui wgkV Ijtot i^ttod iha ^mp^l^1aai -1X0 iho besie mensui^r oiffie goodness of fit for the regression model - the Rgrosbficioni of determination - was used, equalling 0.95 in the ad pted model.
Of the basi! vO t^te ctuTy ^asp^ire ond l^^ic^g Uo^]^rtil;ri tec^lr, ,^)^acuvtion time, which is a function of distance between emergency exits and bi-directional tunnel length, was ele-cnOed wiih the equation of a plane:
71 = 0,00429 • L + 0,22576 • w + 290,755
gdzie:
Tj - czas ewakuacji wyznaczony z rownania plaszczyzny [s], L - dlugosc tunelu drogowego [m], w - odleglosc pomiçdzy wyjsciami ewakuacyjnymi [m].
Dokladnosc obliczen czasu ewakuacji T w odniesieniu do wynikow badania numerycznego T okreslono poprzez wyznaczenie blçdu wzglçdnego, ktorego wartosc dla analizo-wanych przypadkow miesci siç w przedziale 0,06-0,67%.
Niewielka wartosc blçdu wzglçdnego oraz wartosc wspol-czynnika determinacji bliska 1 potwierdza bardzo dobre dopasowanie modelu regresjidowynikow modelowania numerycznego. Dopasowanie to pozwala naoszacowanieprzy wykorzystaniu rownania plaszczyzny maksymalnych, moz-liwych odleglosci wyjsc ewakuacyjnych dla analizowanych przypadkow, ktorych wynikiprzestawiono na ryc.5.
BiTP Vol. 44 Issue 4, 2016, pp. 165-175 D01:10.12845/bitp.44.4.2016.14
where:
T1 - evacuation time determined using the equation of a plane [s],
L - road tunnel length [m],
w - distance between emergency exits [m].
The accuracy of the evacuation time T1 calculation, in respect of numerical study T, was determined by setting the relative error, which value for the analysed cases lay between 0.06 and 0.67%.
The low value of the relative error and coefficient of determination's being close to 1 confirm a very good fit of the regression model to the results of the numerical modelling. This fit makes it possible to estimate, using the equation of a plane, the maximum possible distanae s between emergency exits for theanalysed ctses, who sis results ere presented in Fig. 5.
■ >420
■ <412 | | <402 I | <392 | | <382 □ < 372 | | <362 n <352
Rye. 4. Graficzna zaleznosc czasu ewakuacji od odleglosci wyjsc ewakuacyjnychidlugosci tunelu Fig. 4. A graphieti repeezentatidk dh tde denendenre oUeyoduaiion klme enthe dosUnsce ketween evasndiion exits and tunnel length
Zrôdlo: Opracowanie wlasne. Source: Own elaboration.
350 m m
300 0 01 c s 250 1 § 200 5 n 01 n 11 150 -u 0» 11 100 » g ■o K o B 50 Û r»
1500 2000 2500 3000 3500 Dtugosc tunelu [m] Tunnel length [m]
Ryc. 5. Maksymalne bezpieczne odleglosci wyjsc ewakuacyjnych wyznaczone z rownania plaszczyzny dlaanalizowanych dlugosci tuneludrogowego Fig. 5. Maximum safe distances betweenemergencyexitsdetermined usingthe equationofaplane, for the analysed road tunnel lengths
Zrôdlo: Opracowanie wlasne. Source: Own elaboration.
ПОЖАРНАЯ ИНЖЕНЕРИЯ
Wyniki badan numerycznych dla danego scenariusza i zalo-zen wskazuj^ odleglosc 250 m pomifdzy wyjsciami ewakuacyj-nymi jako wystarczaj^c^ dla zapewnienia bezpiecznych dzialan samoratowniczych podczas pozaru dla wszystkich analizowa-nych dlugosci tuneli drogowych z wentyla j wzdluzn^. Dla kazdego przypadku mozliwe jest precyzyjne okreslenie rozstawu wyjsc zapewniaj^cego z jednej strony bezpieczenstwo osob podczas ewakuacji, a z drugiej stanowi^cego racjonalne ekonomicz-nie rozwi^zanie. Dla przypadkow analogicznych do przedsta-wionych mozna posilkowac sif opracowan^ na podstawie badan numerycznych zaleznosci^ zilustrowan^ na ryc. 5. Nalezy jednak pamiftac, ze okreslenie odleglosci pomifdzy wyjsciami w tune-lach drogowych jest kwesti^ indywidualn^ i kazdorazowo po-winno byc poprzedzone analiz^ ryzyka na etapie projektowym.
D0I:10.12845/bitp.44.4.2016.14
The results of numerical studies for the hypothesised scenario and the assumptions made indicate a distance of 250 m between emergency exits as sufficient to ensure safe self-rescue activities during a fire for all the analysed lengths of road tunnels with longitudinal ventilation. It is possible to precisely determine the distances of exits for every case which facilitates the safety of people during evacuation and is an economically viable solution. For cases similar to those analysed in this article, one can use the interrelation devised based on numerical studies and illustrated in Fig. 5. One should bear in mind, however, that the determination of distances between exits in road tunnels is an individual issue and should be each time preceded by a risk analysis at the design stage.
Tunel dwukierunkowy o mocy pozaru 30 MW / Bidirectional tunnel with 30 MW of heat release rate Czas pojawienia si^ krytycznych warunkow w tunelu [s] / Time when critical environmental conditions appear in the tunnel [s] Czas ewakuacji [s] dla czasu detekcji i alarmu = 120 s / Evacuation time [s] for detection and alarm time = 120 s Liczba osob wyewakuowanych / Evacuated persons Liczba osob zagrozonych / Persons exposed to risk
Dlugosc / Length Wyjscia ewakuacyjne / Emergency exits
Bez wyjsc ewak. No emergency exits 1278 179 441
1500 m Wyjscia co 500 m Exits every 500 m 378 411 605 15
Wyjscia co 250 m Exits every 250 m 356 620 0
Bez wyjsc ewak. No emergency exits 1742 172 655
2000 m Wyjscia co 500 m Exits every 500 m 380 413 804 23
Wyjscia co 250 m Exits every 250 m 354 827 0
Bez wyjsc ewak. No emergency exits 2221 224 810
2500 m Wyjscia co 500 m Exits every 500 m 379 412 1000 34
Wyjscia co 250 m Exits every 250 m 356 1034 0
Bez wyjsc ewak. No emergency exits 2685 203 1038
3000 m Wyjscia co 500 m Exits every 500 m 368 415 1170 71
Wyjscia co 250 m Exits every 250 m 362 1241 0
Bez wyjsc ewak. No emergency exits 3125 192 1256
3500 m Wyjscia co 500 m Exits every 500 m 366 421 1349 99
Wyjscia co 250 m Exits every 250 m 362 1448 0
Zrodlo: Opracowanie wlasne. Source: Own elaboration.
Tabela 2. Wyniki badan numerycznych dotycz^ce: czasu pojawienia sif w tunelu krytycznych warunkow srodowiskowych oraz czasu ewakuacji w zaleznosci od dlugosci tunelu, czasu detekcji i alarmu pozaru , odleglosci mifdzy wyjsciami ewakuacyjnymi lub braku wyjsc ewakuacyjnych, liczby osob zagrozonych oraz wyewakuowanych
Table 2. The results of numerical examinations of the time when critical environmental conditions appear in the tunnel and evacuation time depending on tunnel length, fire detection time and fire alarm time, as well as on the distance between emergency exits and the number of people exposed to risk, and evacuated persons
S. Podsumowanie
Na podstawie analizy polskich i zagranicznych aktów prawnych oraz wytycznych projektowych zidentyfikowano róznice w zakresie odleglosci wyjsc ewakuacyjnych w tune-lach drogowych. Polskie obostrzenia [15] w analizowanej tematyce nalez^ do najmniej restrykcyjnych sposród rozwa-zanych. Przedstawione zagadnienie jest szczególnie wazne ze wzglçdu na bezpieczenstwo dzialan samoratowniczych w warunkach pozaru, poniewaz odleglosci wyjsc ewakuacyjnych wplywaj^ na czas ewakuacji.
W podjçtych badaniach modelowania numerycznego przeanalizowano wariant, gdzie odleglosc pomiçdzy wyjscia-mi ewakuacyjnymi jest równa maksymalnej dopuszczalnej odleglosci wynikaj^cej z polskich przepisów [15], czyli warto-sci 5CC m. Ponadto badano przypadki bez wyjsc ewakuacyjnych oraz z wyjsciami rozmieszczonymi co 25C m.
W oparciu o informacje przedstawione w artykule mozna wyci^gn^c nastçpuj^ce wnioski:
1. Niezbçdne srodki techniczne pozwalaj^ce utrzymac wymagany poziom bezpieczenstwa podczas ewakuacji z tunelu drogowego z systemem wentylacji wzdluznej w warunkach pozaru to poprzeczne wyjscia ewakuacyj-ne. Odleglosc pomiçdzy nimi uzalezniona jest m.in. od prognozowanej mocy pozaru, natçzenia ruchu w tunelu, wentylacji, czasu wykrycia pozaru i innych czynników.
2. W tunelach drogowych o dlugosci S 15CC m bez wyjsc ewakuacyjnych oraz z wyjsciami rozmieszczonymi co 5CC m dla zjawisk o charakterze dynamicznym - zalez-nych od czasu rozwoju pozaru, o strumieniu wyzwalane-go ciepla równym 3C MW i zakladanym czasie wykrycia pozaru 12C s - bezpieczenstwo podczas ewakuacji nie zostanie zapewnione.
3. Dla rozwazanego scenariusza pozarowego wyjscia w odleglosci 25C m s^ wystarczaj^ce dla zapewnienia bez-piecznych dzialan samoratowniczych podczas pozaru dla wszystkich analizowanych dlugosci tunelu, przy zaklada-nym czasie wykrycia pozaru równym 12C s. Ponadto gra-niczne wartosci odleglosci wyjsc ewakuacyjnych wyno-sz^: 35C m dla tuneli o dlugosci 15CC m, 2CCC m; 3CC m dla tuneli o dlugosci 25CC m; 25C m dla tuneli o dlugosci 3CCC m i 35CC m.
Okreslenie odleglosci wyjsc ewakuacyjnych dla danego tunelu drogowego kazdorazowo powinno byc poprzedzone analiz^ ryzyka na etapie projektowym dla najbardziej kry-tycznego scenariusza, który w swoim zalozeniu obejmowac powinien konsekwencje innych mozliwych zdarzen. Wyzna-czenie optymalnej odleglosci pomiçdzy wyjsciami ewaku-acyjnymi w tunelach drogowych j est ciekawym zagadnieniem i wymaga kontynuacji podjçtych badan oraz powinno skut-kowac opracowaniem racjonalnego, ujednoliconego rozwi^-zania w tym zakresie.
Literatura I Literature
[1] Suárez J., A Standarized Modular Solution For Tunnel Cross Passages, [in:] Budownictwo Podziemne i Bezpieczenstwo w Komunikacji Drogowej i Infrastrukturze Miejskiej, AGH, Kraków 2C14, 124-134.
[2] Oficjalna strona internetowa Generalnej Dyrekcji Dróg Krajo-wych i Autostrad www.gddkia.gov.pl [dostçp: 1.1C.2C15].
[3] Ronchi E., Testing the predictive capabilities of evacuation models for road tunnel safety analysis, "Safety Science" 2C13, 59, 141-153.
[4] Ronchi E., Kinsey M., Evacuation models of the future: insights from an online survey of user's experiences and needs, Advanced Research Workshop - Evacuation and Human Behaviour in Emergency Situations, Spain 2C11.
[5] Ronchi E., Colonna P., Capote J., Alvear D., Berloco N., Cuesta A., The evaluation of different evacuation models for assessing road tunnel safety analyses, "Tunnelling and Underground Space Technology" 2C12, 30, 74-84.
BiTP Vol. 44 Issue 4, 2016, pp. 165-175 D01:10.12845/bitp.44.4.2016.14
5. Summary
Based on the analysis of Polish and foreign legal acts, and design guidelines, differences in terms of distances between emergency exits in road tunnels were identified. Polish restrictions [15] in the field in question are among the most lax regulations. The discussed issue is especially important when it comes to the safety of self-rescue activities in fire conditions, as the distance between emergency exits affects evacuation time.
In the carried out studies of numerical modelling, a variant was analysed in which the distance between emergency exits was equal to the maximum allowable distance under Polish regulations [15], i.e. 500 m. Furthermore, cases without emergency exits and with exits situated at intervals of 250 m, were also studied.
On the basis of information presented in the article, one can draw the following conclusions
1. The necessary technical measures facilitating the required safety level during evacuation from a road tunnel with a longitudinal ventilation system, in fire conditions, are transverse emergency exits. The distance between them depends, i.a., on the predicted heat release rate, traffic volume inside the tunnel, ventilation, detection time and other factors.
2. In road tunnels with a length > 1500 m and with no emergency exist or with exits provided every 500 m, in relation to dynamic phenomena - which depend on fire development time, with a heat release rate of 30 MW and fire detection time of 120 s - evacuation safety will not be ensured.
3. For the discussed fire scenario, exits at intervals of 250 m are sufficient to ensure safe self-rescue activities during a fire for all the analysed tunnel lengths, assuming a fire detection time of 120 s. Furthermore, the boundary values of distances between emergency exits are 350 m for tunnels with a length of 1500 m, 2000 m, 300 m for tunnels with a length of 2500 m, and 250 m for tunnels with lengths of 3000 m and 3500 m.
The determination of distances between emergency exits for a given road tunnel should be each and every time by a risk analysis at the design stage for the most critical scenario with the objective to include the consequences of other possible events. Defining the optimal distance between emergency exits in road tunnels is an interesting topic and requires a follow-up to the initiated studies, and should result in rational, standardised solutions being devised.
[6] Ronchi E., Gwynne S., Purser D. A., Colonna P., Representation of the impact of smoke on agent walking speeds in evacuation models, "Fire Technology" 2013, 49(2), 411-431.
[7] Ronchi E., Nilsson D., Gwynne S., Modelling the impact of emergency exit signs in tunnels, "Fire Technology" 2012, 48(4), 861988.
[8] Nilsson D., Johansson M., Frantzich H., Evacuation experiment in a road tunnel: A study of human behaviour and technical installations, "Fire Safety Journal" 2009, 44 (4), 458-468.
[9] Valasek L., Glasa J., Simulation of the course of evacuation in tunnel fire conditions by FDS+Evac, [in:] Proceedings of the 2013 International Conference on Applied Mathematics and Computational Methods in Engineering, Rhodes Island 2013, 288-295.
[10] Glasa J., Valasek L., Halada L., Weisenpacher P., Modelling of impact of fire on safe people evacuation in tunnel, "Journal of Physics Conference Series" 2014, 490(012067), 1-4.
[11] Smith J., Agent-Based Simulation of Human Movements During Emergency Evacuations of Facilities, [in:] Structures Congress 2008: Crossing Borders, D. Anderson, C. Ventura, D. Harvey, M. Hoit (eds.), American Society of Civil Engineers, Canada 2008, 1-10.
ПОЖАРНАЯ ИНЖЕНЕРИЯ
D01:10.12845/bitp.44.4.2016.14
[12] W^s J., Lubas R., Adapting Social Distances Model for Mass Evacuation, "Simulation Journal of Cellular Automata" 2013, 8, 395-405.
[13] W^s J., Rakoczy J., Rus M., Porzycki J., Lubas R., Mycek M., Pro-blematyka modelowania i symulacji ewakuacji ludzi z tuneli, [w:] Budownictwo Podziemne i Bezpieczenstwo w Komunikacji Drogo-wej i Infrastrukturze Miejskiej, AGH, Krakow 2014, 171-177.
[14] Dyrektywa 2004/54/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 29 kwietnia 2004 r. w sprawie minimalnych wymagan bezpieczenstwa dla tuneli w transeuropejskiej sieci drogowej.
[15] Rozporz^dzenie Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z dnia 30 maja 2000 r. w sprawie warunkow technicznych, ja-kim powinny odpowiadac drogowe obiekty inzynierskie i ich usytuowanie (Dz. U. Nr 63, poz. 735 z pozn. zm.).
[16] RABT: Forschungsgesellschaft fur Strassen-and Verkehrswesen, Richtlinien fuer Ausstattung und Betrieb von Strassentun-neln, 2006.
[17] Road Tunnels Manual. Structural Facilities Related To Operation And Safety, PIARC, 2011.
[18] Bundesgesetz über die Sicherheit von Straßentunneln (Straßentunnel-Sicherheitsgesetz - STSG), BGBl. I Nr. 54/2006 in der Fassung BGBl. I Nr. 111/2010.
[19] Linee Guida per la progettazione della sicurezza nelle Gallerie Stradali, Strade & Autostrade No. 61, Milan 2009.
[20] Inter-Ministry Circular No. 2000-63-Safety in the Tunnels of the National Highways Network, Ministry of the Establishment, Transport and Housing, France 2000.
[21] BD 78/99: Design Manual for Roads and Bridges. Part 9: Design of Road Tunnels, United Kingdom 1999.
[22] Staten Vegvesen. Government guideline. Norwegian Public Roads Administration Directorate of Public Roads, Norway 2004.
[23] Netherlands/NL-Safe, Recommendations Ventilation of Road Tunnels, (RWS Bouwdienst, Steunpunt Tunnelveiligheid), 2005.
[24] FEDRO/ASTRA: Directive Road tunnel doors and gates, ASTRA 13 001. FEDRO, Switzeland 2009.
[25] NFPA 502: National Fire Protection Association: Standard for Road Tunnels, Bridges, and Other Limited Access Highways, USA 2014.
[26] Fire Safety Guidelines for Road Tunnels; Road tunnel design guideline, Fire Safety Design, Part 1 - 3, Australia 2001.
[27] Strona internetowa firmy ADAC, http://www.adac.de/ [dostçp: 1.11.2013].
[28] British Standard PD 7974-6:2004: The application of fire safety engineering principles to fire safety design of buildings. Part 6: Human factors: Life safety strategies-Occupant evacuation, behaviour and condition (Sub-system 6).
[29] SITP: Dzialanie instalacji przeciwpozarowej wynikajqcej z za-lozen scenariusz pozarowego. Podrçcznik projektanta systemow sygnalizacji pozaru, Czçsc I i II, Izba Rzeczoznawcow SITP, In-stytut Techniki Budowlanej, Warszawa 2010.
[30] Nawrat S., Schmidt-Polonczyk N., Napieraj S., Ocena bezpieczenstwa uzytkownikow tunelu drogowego z wentylacjq wzdluz-nq w warunkach pozaru przy wykorzystaniu narzçdzi modelowania numerycznego, BiTP Vol. 43 Issue 3, 2016, pp. 253-263.
[31] CETU: Dossier Pilote des Tunnels Équipements, section 4.1 Ventilation, Centre d'études des Tunnels, France 2003.
[32] Ingenieurbüro Vössing Vepro GmbH, Ingenieurbüro Dipl. Ing. H. Vössing GmbH, Projekt wykonawczy: Budowa drogi eks-presowej S-7 Krakow-Rabka Zdroj na odcinku Lubien - Rabka Zdroj Km 713+580,21 - Km 729+410,00 oraz budowa nowego odcinka drogi nr 47 klasy Gp na odcinku Rabka Zdroj - Cha-bowka Km 0+000,00 - Km 0+877,22, 7. Wyposazenie Tunelu Obiekt nr 17; 7.4.A. Projekt Wentylacji. Czçsc 1. Charakterysty-ka Wentylacji, Krakow 2011.
[33] Koronacki J., Mielniczuk J., Statystyka dla studentow kierunkow technicznych i przyrodniczych, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa 2001.
Artykul zostal przetlumaczony ze srodkow MNiSW w ramach zadania: Stworzenie anglojçzycznych wersji oryginalnych artykulow naukowych wydawanych w kwartalniku „BiTP. Bezpieczenstwo i Technika Pozarnicza - typ zadania: stworzenie anglojçzycznych wersji wydawanych publikacji finansowane w ramach umowy 935/P-DUN/2016 ze srodkow Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyzszego przeznaczonych na dzialalnosc upowszechniaj^c^ naukç.
KV
Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyzszego
dr inz. Natalia Schmidt-Polonczyk - asystentka na Wydziale Gôrnictwa i Geoinzynierii Akademii Gôrniczo-Hutniczej im. Stanislawa Staszica w Krakowie. W 2016 roku obronila rozprawe doktorsk^ pt. Ocena mozliwosci stosowania systemu wentylacji wzdluznej w dlagich timelach drogowych. Obszarem zainteresowan antorki sq zagadnienia wentylacji, bezpieczenstwa pozarowego oraz ewakuacji.
Natalia Schmidt-Polonczyk, Ph.D. Eng. - assistant at the Faculty of Mining and Geoengineering, the AGH University of Science and Technology in Krakow. In 2016 she defended her doctoral dissertation entitled An assessment of the possibility of using longitudinal ventilation systems in long road tunnels. The author's area of interest includes the fields of ventilation, fire safety and evacuation.
