CC BY
41
БЕЗОПАСНОСТЬ ЛЮДЕЙ ПРИ ПОЖАРАХ
Д-р техн. наук, профессор Московского государственного строительного университета
В. В. Холщевников
Канд. техн. наук, преподаватель Учебно-научного комплекса проблем пожарной безопасности в строительстве Академии ГПС МЧС РФ
Д. А. Самошин
УДК 614.841
БЕЗОПАСНОСТЬ ЭВАКУАЦИИ ЛЮДЕЙ ИЗ ВЫСОТНЫХ ЗДАНИЙ И ТРЕБОВАНИЯ ЕЕ ОБЕСПЕЧЕНИЯ В МГСН 4.19-2005
Рассматривается реализация основных критериев безопасности эвакуации людей в разделе 16 "Мероприятия по обеспечению требований безопасности" МГСН 4.19-2005 "Временные нормы и правила проектирования многофункциональных высотных зданий и зданий-комплексов в городе Москве", утвержденных постановлением Правительства Москвы от 28 декабря 2005 г. № 1058-ПП.
Эвакуация людей из зданий в случае пожара является первостепенным требованием по обеспечению безопасности людей в строительных нормах и правилах [1, п. 6.1]. Это вполне оправдано, поскольку эвакуация представляет собой процесс самозащиты людей в чрезвычайных ситуациях от опасных воздействий. Известно [2], что самозащита и защита ближних — одна из первичных, жизненных потребностей человека. Объемно-планировочные решения зданий и сооружений должны "обеспечивать безопасную эвакуацию людей" [1, п. 6.4]. Критериями безопасности эвакуации являются ее своевременность и беспрепятственность [1,п. 6.1].
При проектировании ожидаемая продолжительность эвакуации выражается расчетным временем эвакуации tp. Этот показатель в настоящее время определяет не только один из критериев безопасности людей при эвакуации — ее своевременность. Он также стал нормативом живучести автоматизированных систем управления (АСУЗ) высотным зданием: системы телефонной связи общего пользования [3,п. 13.2.3], системы местной телефонной связи [3, п. 13.2.4], системы кабельного телевидения [3, п. 13.2.8], системы оповещения и управления эвакуацией [3, п. 13.2.47], системы обнаружения людей [3, п. 2.50], системы видеонаблюдения [3, п. 13.2.57]. "Параметры противодымной защиты следует определять по расчетному периоду эвакуации" [3, п. 14.7.7].
Определения расчетного времени эвакуации впервые потребовали СНиП 11-2-80 "Противопожарные нормы проектирования зданий и сооруже-
ний" (приложение 1, раздел 1). Это был первый опыт внедрения в нормирование расчетного метода объективной оценки соответствия проектных решений и систем противопожарной защиты требованиям обеспечения безопасности людей при их эвакуации из здания. Введение расчетного метода нормирования производилось с большой осторожностью из-за опасения, что проектировщики не смогут освоить его вследствие их неподготовленности после существовавшей до него единой упрощенной нормы: 0,6 м ширины эвакуационного пути на каждые 100 эвакуирующихся по нему людей [4]. Эта осторожность привела к тому, что в нормах зафиксированы лишь основные положения теории людских потоков, на которой базируется расчетный метод [5]. Даже закономерности зависимостей между параметрами людских потоков [6] пришлось давать в табличной форме, а не в виде математических выражений.
Отражение в нормах только основных теоретических положений описания реального процесса казалось вполне достаточным: нормы — не учебник. Но российская специфика восприятия норм как "священного Талмуда" ведет к тому, что если представитель утверждающей инстанции видит одну-другую не прописанную в нормах формулу, хотя они и получены на основании преобразований формул норм, — это уже возможность наложения "вето". А между тем веяния жизни прорываются в нормы и требуют рассматривать "расчетные сценарии эвакуации людей независимо от их возраста и физического состояния" [1, п.4.1] и "вероятную оценку уровня пожарной опасности для людей"
[7, п.1.2]. Но тот же ГОСТ 12.1.004 продолжает культивировать лишь заимствованные из СНиП 11-2-80 основные положения, фактически препятствуя их развитию применительно к описанию (моделированию) реальных ситуаций и тем самым искажая оценку риска нанесения ущерба здоровью и жизни людей в чрезвычайных ситуациях. Положение усугубляется, когда в нормы каким-то образом включаются некорректно сформулированные положения. При проектировании высотных зданий такое сочетание нормативной косности и некорректность занормированных положений создает "чрезвычайную нормативную ситуацию".
Дело в том, что последний образец п. 1.115 СНиП 2.08.02-89 "Общественные здания и сооружения" гласит: "Время эвакуации по незадымляе-мым лестничным клеткам в расчет времени эвакуации из здания tнбзд не следует принимать". Весьма странно, что это "не следует принимать", относящееся к незадымляемым лестничным клеткам, находится в составе пункта, регламентирующего пути эвакуации из зданий со спортивными залами, трибунами для зрителей, т.е. только для одного класса зданий функциональной пожарной опасности. Казалось бы, оно не должно распространяться на здания других классов [1, п. 5.21], например Ф1 ("для постоянного проживания и временного (в том числе круглосуточного) пребывания людей") или Ф4 ("учебные заведения, научные и проектные организации, учреждения управления").
Обращает на себя внимание некорректное толкование этого пункта. Он разрешает не рассчитывать значение tнSзд, т.е. необходимое (или допустимое) время эвакуации по незадымляемым лестничным клеткам. Общеизвестно, что tнб = tб — это "время от начала пожара до блокирования эвакуационных путей в результате распространения на них опасных факторов пожара, имеющих предельно допустимые для людей значения" [7]. Поскольку на начальной стадии развития пожара основным опасным фактором вне помещений является задымление, то авторы п. 1.115 СНиП 2.08.02-89 и сочли возможным не определять tнб для незадымляемых лестничных клеток. Но они не отменяли необходимости определения расчетного времени эвакуации по незадымляемым лестничным клеткам.
Совершенно очевидно, что смысл фразы ".. .в расчет времени эвакуации из здания tнб зд не следует принимать" совсем не означает, что "расчетное время эвакуации по лестничным клеткам tp л к не следует учитывать". Текст пункта правильнее было бы записать: "необходимое время эвакуации по не-задымляемым лестничным клеткам tнб л к в расчет необходимого времени эвакуации из здания tнб зд не следует принимать". Специалисты же знают,
что к и tнбл.к — это две величины, которые стоят по разные стороны "барьера", определяющего соблюдение одного из критериев обеспечения безопасности людей при эвакуации — ее своевременность:
tэв — tнб tн. э
(1)
где tн э — "интервал времени от возникновения пожара до начала эвакуации людей" [7]. Однако оказывается удобнее воспользоваться "корректорскими" неточностями. Тем самым все снимают с себя юридическую ответственность за необходимость выполнения второго критерия обеспечения безопасности эвакуации по незадымляе-мой лестничной клетке — ее беспрепятственности. Беспрепятственность эвакуации — это не только отсутствие механических препятствий на путях эвакуации. Очевидно, что их не должно быть. Менее очевидно, что препятствие — это образование скоплений людей, которые возникают из-за недостаточной пропускной способности поперечных сечений участков на маршрутах движения людских потоков [5, 8]. Образующиеся в результате этого максимальные плотности ведут к возникновению таких сил давления людей друг на друга и на ограждающие конструкции, которые вызывают компрессионную асфиксию и гибель людей. Наглядным примером трагических последствий нарушения беспрепятственности движения людских потоков является практически ежегодные жертвы хаджа в Мекке (Саудовская Аравия). Моделирование одновременной эвакуации (да и элементарные расчеты тоже) многонаселенных высотных зданий показывает [5, 9], что в их лестничных клетках образуются людские потоки с плотностью до 7-9 чел./м2, что чревато травмированием людей. Практическим подтверждением этого выступают многочисленные тренировочные эвакуации из многоэтажных зданий, проведенные в Канаде [10]. Не думать об устранении таких ситуаций — все равно что рукотворно создавать чрезвычайную ситуацию (ЧС). Недостаточно и деклараций благих намерений типа: "Алгоритм управления системой оповещения и управления эвакуацией (СОУЭ) формируется на основе полученной информации о срабатывании пожарных извещателей, а также результатов расчета развития пожара и процесса эвакуации людей" [3, п. 14.93]. Как было показано, существующая нормативная база противопожарного нормирования не дает возможности управлять процессом эвакуации людей из высотных зданий. Поэтому нужно не алгоритмизировать ее недостатки, а нормативно расширять интеллектуальные возможности моделирования реальных процессов и реализации возможных выходов из вероятных ЧС.
Пожар — не единственная чрезвычайная ситуация. При эксплуатации многофункциональных высотных зданий насчитывается более 20 возможных чрезвычайных и критических ситуаций, в которых может потребоваться эвакуация населяющих их людей [11, п. 10.7]. Поэтому при разработке норм и правил проектирования высотных зданий в г. Москве [3] было невозможно ограничиваться устаревшими положениями противопожарного нормирования процессов эвакуации, которые практически вводят в заблуждение потребителей (т.е. население этих зданий) относительно достаточности мер по обеспечению защиты их жизни и здоровья при ЧС, что является прямым нарушением статьи 6.1 закона "О техническом регулировании" [12]. Рассматривая безопасность людей в высотных зданиях более широко, чем только противопожарную, МГСН 4.19-2005 требуют разработки в составе проекта раздела "Комплекс мероприятий по обеспечению безопасности" [3, п. 16.13]. Создание СОУЭ в этом комплексе базируется на следующих основных положениях расчета своевременной и беспрепятственной эвакуации людей, которые компенсируют отмеченные в широкой печати [9] недостатки существующего противопожарного нормирования эвакуации людей.
Высотные здания должны предусматривать возможность полной или частичной, одновременной или поэтапной эвакуации людей из здания при возникновении ЧС (не только пожара). Организация эвакуации должна обеспечивать кратчайшее время и беспрепятственность движения образующихся людских потоков в зоне безопасности, расположенной внутри здания или на прилегающей к этому зданию территории. При этом следует учитывать возможный возрастной состав и физическое состояние эвакуирующихся людей, которые будут сказываться на вероятных показателях их мобильности, определяя плотность распределения вероятности их значений.
На рис. 1 в качестве примера приведены графики элементарной случайной функции (2), описывающей закономерность связи между скоростью людского потока и его плотностью при движении по горизонтальному пути. Значения входящих в нее параметров для всех видов к-го пути, в том числе и вне здания, даны в табл. 16.2.2 МГСН 4.19-2005 [3]:
V, м/мин
Уп, к = у0, к (1 - а к ЫР^В 0, к)) при В1 > В 0, к;
^, к = У0, к при В1 ^ В 0,к
Чп, к = Уп, кВ..
; (2)
(3)
\
-
Среднее значение
V Мин ималь ное зн ачени е
\ \\
\ V ч
\ \ \ V ч
\ ч ч \
ч \
■V. > * ->.
■—. _ ^ —
Учет случайного характера скорости свободного движения людей в потоке У0 к позволяет впервые отобразить неоднородность состава потока.
110 100 90 ] 80 70 60 50 40 30 20
10 7,7
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 В1, м2/м2
РУп) б
0,20 0,15 0,10 0,05 0
32 34 36 38 40 42 44 46 48 V, м/мин
Рис. 1. Распределение вероятных значений скорости людей в потоке при категории движения "Повышенная активность" по горизонтальному участку пути: а — при изменении плотности людского потока; б — при фиксированном значении плотности потока, например В. = 0,4 м2/м2
Значения случайной величины времени начала эвакуации в зависимости от функционального типа помещений, характеристик населения и вида применяемых СОУЭ также даются в МГСН 4.19-2005 [3, табл. 16.2.1]. Они установлены на основании международных и отечественных исследований поведения людей перед началом эвакуации [13-15] и его нормирования в Великобритании [16]. В отличие от британских норм здесь tн э — случайная величина, что позволяет более адекватно отразить влияние возрастного и физического состава эвакуирующихся из зданий различного класса функциональной пожарной опасности [1, п. 5.21]. Такие данные как в отечественном, так и в международном нормировании приводятся впервые.
В МГСН 4.19-2005 приведены четкие определения понятий своевременности и беспрепятственности эвакуации [3, п.п. 16.2.3,16.2.4] и даны вероятностные критерии их выполнения. В нормах это также сделано впервые. Для расчета параметров движения людских потоков на каждом участке пути их эвакуации и анализа выполнения условий безопасности эвакуации на каждом из них приведено
а
Рис. 2. График функции распределения вероятности расчетного времени эвакуации людей из высотного здания в интервале от 20,2 до 60,34 мин
описание модели [5, 17], имитирующей изменение состояния потока в последовательные моменты времени. Для реализации модели разработан программный комплекс, основывающийся на методологии программы ADLPV (Анализ движения людских потоков. Вероятность) [18]. Как показало изучение существующих в мире моделей и программ для описания динамики движения людских потоков [19], использованная в МГСН 4.19-2005 модель имеет наиболее широкую практическую проверку и дает наиболее адекватное реальности описание динамики людских потоков.
Указанная модель позволяет учесть стохастическую природу движения людского потока, поскольку в ней реализуются различные скорости свободного движения людей, являющиеся индикатором их психологического состояния и физических возможностей. Моделирование в вероятностном режиме позволяет построить график функции распределения вероятности расчетного времени эвакуации в интервале от t3e min до t3e тах (рис. 2). ОбраЩает на себя внимание, что при расчете в детерминированном варианте, реализованном в ГОСТ 12.1.004 [7] более 25 лет назад, было бы получено среднее время эвакуации. В приведенном на рис. 2 примере это значение составило 40,27 мин. Следовательно, из анализа исключен интервал времени от 40,27 до 60,34 мин (т.е. 20,07 мин), необходимый для эвакуации самых неподготовленных и уязвимых людей в здании.
Таким образом, московскими городскими нормами и правилами проектирования многофункциональных высотных зданий и зданий-комплексов
МГСН 4.19-2005 [3] впервые в нормировании обеспечивается возможность требуемого практикой многовариантного анализа сценариев эвакуации людей с учетом их возраста и физического состояния. Они позволяют дать наиболее обоснованную оценку обеспечения безопасности людей, а отсюда и уровня риска воздействия опасных факторов ЧС, в частности пожара, превышающих предельно допустимые значения. В связи с этим следует обратить внимание на то, что методика ГОСТ 12.1.004 [7], изложенная в его приложении 2, допуская образование скоплений людей на путях эвакуации (п. 2.4), не учитывает влияния нарушения беспрепятственности эвакуации на вероятность обеспечения ее безопасности. Пользуясь терминологией теории вероятности можно сказать, что событие Б — "обеспечение безопасности эвакуации" — состоит в совместном появлении событий С — "своевременность эвакуации" — и П — "беспрепятственность эвакуации". Тогда вероятность событий Б является произведением вероятностей событий С и П, т.е. Р (Б) = Р (С)Р (П).
Если оценивать вероятность Р (С) = 0,999 при tp + tн.э — tнб, как это сделано в ГОСТ, а вероятность Р (П) через время tcк, проведенное при этом людьми в скоплениях при движении с плотностью более 4 чел./м2 на лестнице, т.е.
Р (П) = (tp + ^.э - ^к )/+ ^.э X то становится очевидным, насколько существенное влияние беспрепятственность эвакуации оказывает на ее безопасность. Становиться очевидным и то заблуждение относительно безопасности людей в высотных зданиях, в которое попадают эксперты, не учитывающие нормативное требование обеспечения ее беспрепятственности.
Методы ликвидации скоплений людей при их эвакуации по лестничным клеткам известны с 1968-1969 гг. [20, 21]—это организация поэтапной эвакуации людей в сочетании с использованием лифтов. МГСН 4.19-2005 [3] впервые своим п. 16.2.2 нормативно позволяет ее осуществить. Реализация вариантов требуемой при этом организации эвакуации является задачей СОУЭ. Однако необходима разработка алгоритмов управления, соответствующих возникающим ситуациям. Нормативная база МГСН 4.19-2005 и разработанный программный комплекс позволяют их создать при финансировании необходимых научно-исследовательских работ.
ЛИТЕРАТУРА
1. СНиП 21-01-97*. Пожарная безопасность зданий и сооружений.
2. Котик М. А. Психология и безопасность. — Таллин: Валгус, 1981.
3. МГСН 4.19-2005. Временные нормы и правила проектирования многофункциональных высотных зданий и зданий-комплексов в городе Москве.
4. СНиП II-A.5-70*. Противопожарные нормы проектирования зданий и сооружений.
5. Холщевников В. В. Исследование людских потоков и методология нормирования эвакуации людей из зданий при пожаре. — М.: МИПБ МВД РФ, 1999.
6. Закономерность связи между параметрами людских потоков: Диплом № 24-S на открытие в области социальной психологии / В. В. Холщевников // Международная академия авторов научных открытий и изобретений, Российская академия естественных наук, 2005.
7. ГОСТ 12.1.004-91*. Пожарная безопасность. Общиетребования.
8. Предтеченский В. М. О расчете движения людских потоков в зданиях массового назначения // Изв. Вузов. Серия: Строительство и архитектура. — 1958. — № 7.
9. Холщевников В. В. Безопасность людей в высотных зданиях: чем она обеспечена? // Строительство. — 2005. — № 1-3.
10. Pauls J. L. Building Evacuation: Findings and Recommendations. Fires and Human Behaviour. D. Canter, London, JohnWileyand Sons, 1980. — Р. 251-276.
11. Любимов М. М., Дмитриев А. Н., Граник Ю. Г. и др. Требования к техническим средствам и системам комплексного обеспечения безопасности, автоматизации и связи многофункциональных высотных зданий и комплексов: Пособие для специалистов проектных и монтажных организаций, заказчиков, страховых компаний и контролирующих органов. — М.: ВАНКБ, 2005.
12. Федеральный закон от 27 декабря 2002 г. № 184-ФЗ "О техническом регулировании".
13. Wood P. Behaviour Under Stress: People in Fires: PhD Thesis. — Loughborough University of Technology, 1979.
14. Bryan J. L. Implications for Codes and Behaviour Model from the Analysis of Behavior Response Patterns in Fire Situations as Selected from the Project People and Project People. II. Study Programs. — University of Maryland, 1983.
15. Шильдс Т. Дж., Бойс К. Е., Самошин Д. А. Исследование эвакуации из торговых комплексов // Пожаровзрывобезопасность. — 2002. — Т. 11,№ 6. — C. 57-63.
16. British Standard BS DD240. Fire Safety Engineering in Buildings. Part 1: Guide to the Application of Fire Safety Engineering Principles. — British Standards Institution, 1997.
17. Холщевников В. В. Моделирование людских потоков // В кн.: Моделирование пожаров и взрывов. — М.: Пожнаука, 2000.
18. Холщевников В. В., Никонов С. А., Шамгунов Р. Н. Моделирование и анализ движения людских потоков в зданиях различного назначения. — М.: МИСИ, 1986.
19. Холщевников В. В., Самошин Д. А., Галушка Н. Н. Обзор компьютерных программ моделирования эвакуации зданий и сооружений // Пожаровзрывобезопасность. — 2002. — Т. 11, № 5. — С. 40-49.
20. Великовский Л. Б., Холщевников В. В. Вопросы эвакуации из высотных зданий // Архитектура СССР. — 1968. — № 1.
21. Холщевников В. В. Оптимизация путей движения людских потоков. Высотные здания: Дис.... канд. техн. наук. — М., 1969.
Поступила в редакцию 19.04.06.
