CC BY
46
ВЕСТНИК 4/2Q16
безопасность строительных систем. экологические проблемы в строительстве.
геоэкология
УДК 625.7
Д.А. Самошин, С.В. Слюсарев
Академия ГПС МЧС России
К ВОПРОСУ О СТАТИЧЕСКИХ И ДИНАМИЧЕСКИХ
ГАБАРИТАХ ПЕШЕХОДОВ РАЗЛИЧНЫХ ГРУПП МОБИЛЬНОСТИ
Продемонстрирована необходимость учета габаритов людей при определении плотности людского потока в расчетах вероятности их эвакуации из здания. Проведен ретроспективный анализ исследований по определению габаритов людей как в нашей стране, так и за рубежом. На основе разработанной методики исследовано фактическое пространство, необходимое человеку для осуществления пешеходного движения, а также установлены статические габариты людей различных групп мобильности и возраста.
Ключевые слова: пожарная безопасность, эвакуация, статический габарит человека, динамический габарит человека, площадь горизонтальной проекции
Площадь горизонтальной проекции и расчет параметров людского потока. В результате исследований связи между параметрами людского потока, проведенными под руководством профессора С.В. Беляева [1], опираясь на немногочисленные данные (200 замеров), была установлена зависимость между скоростью потока и его плотностью: чем больше уплотнение потока, тем ниже скорость его движения. При этом плотность людского потока представляла собой линейную величину и выражалась как отношение длины элементарного потока (т.е. условно выделенного ряда людей, движущихся в затылок друг другу, шириной 0,5.. .0,6 м) к количеству находящихся в нем людей. Дальнейшие исследования, проведенные под руководством А.И. Милинского [2], позволили получить эмпирическую базу почти в 30 раз превышавшую результаты, которыми оперировал профессор С.В. Беляев, и значительно расширить представления об особенностях движения людских потоков. В [2] было предложено иное определение плотности людского потока: как отношение количества людей в потоке N к площади занимаемого ими участка, имеющего ширину b (для простоты вычислений ширину потока принимают равной ширине участка) и длину l:
D=N. (1)
bl
Свободное пространство в потоке зависит не только от количества человек, но и от площади, занимаемой каждым из них, поэтому определенную роль играют габариты людей (рис. 1).
а б
Рис. 1. Плотность 3 чел./м2: а — взрослые люди занимают 37,5 % площади участка; б — дети занимают 10,5 % площади участка
Для учета габаритов людей было предложено вводить в расчет плотности потока площадь проекции тела человека на горизонтальную поверхность/, м2:
ОЖ (2)
Ь1
Формой горизонтальной проекции тела человека принят эллипс, диаметры которого соответствуют ширине и толщине тела человека (рис. 2, а). Площадь эллипса / = 0,25лас.
а б
Рис. 2. Площадь горизонтальной проекции человека: а — расчетная; б — действи-
тельная
Следует отметить, что действительная форма горизонтальной проекции человека несколько отличается от эллипса (см. рис. 2, б). Однако с учетом разнообразия возрастных и физических данных, а также одежды принятое допущение несущественно искажает фактические размеры и форму горизонтальной проекции. Дальнейшие исследования позволили установить площади горизонтальной проекции людей с различным грузом, с детьми, с колясками и т.п. [3], а позже и габариты инвалидов различных категорий [4]. В настоящее время эти данные используются в практических целях [5, 6].
Рис. 3. Динамические габариты пешехода в зависимости от условий движения:
1 х 3 м — комфортное движение (прогулочная улица); 0,75 х 2 м — активное движение (деловая часть города)
Проведенное в конце 1960-х гг. обследование скоростей движения пешеходов на улицах Ленинграда позволило установить факт влияния плотности на скорость движения посредством изменения необходимой свободной зоны сбоку и спереди от пешехода [7]. Эту зону автор назвала динамическим габаритом (рис. 3).
В своей работе автор трактовала термин «динамический габарит» не только как положение частей тела пешехода при ходьбе относительно друг друга и занимаемое ими пространство, но и как зону свободную от других участников движения, необходимую для поддержания желаемой скорости без риска столкновения.
в работе известного американского исследователя Дж. фруина [8] также отмечается факт наличия определенного пространства, необходимого для движения, которое он связывал с плотностью потока (рис. 4). Продолжение исследований в этой области в США прослеживается в работе Д. Пауса [9], который подтвердил факт наличия некой зоны, необходимой для движения, исключив из поля своего внимания ее количественные характеристики (рис. 5).
Рис. 4. Пространство для движения в зависимости от плотности людского потока
Рис. 5. Габариты пешеходов при движении
Следует отметить, что разработчики современных норм как в нашей стране, так и за рубежом понимают важность учета именно динамических габаритов движения людей и учитывают их для нормирования размеров эвакуационных путей и выходов (рис. 6).
Рис. 6. Габариты для движения людей с пониженной мобильностью в соответствии с СП 35-101—2001 [10]
В настоящее время существует четкое разграничение между понятиями статический габарит, используемый в нашей стране в противопожарном нормировании свыше 50 лет, и динамический габарит, в значительно меньшей мере учитываемый при решении задач пожарной безопасности. Причем, как показал анализ опубликованных данных, определение «динамический габарит» пешехода имеет два различных значения:
зона, которая необходима пешеходу для движения с желаемой скоростью с точки зрения психологического комфорта и безопасности;
зона, которую непосредственно занимает человек при движении. На наш взгляд, работы по первому направлению представляют несомненный научный интерес, однако методология исследований не проработана, что находит свое отражение в определенной скудности опубликованных данных, и более того, область ее применения четко не определена. Результаты работы по второму направлению имеют более четкую область применения, например, в моделировании процесса эвакуации и нормировании размеров эвакуационных путей и выходов.
вместе с тем отдельного внимания заслуживают исследования в области антропометрии детей с ограниченными возможностями. В [4] отмечается, что к 1989 г. проведено значительное количество замеров габаритов тел учащихся общеобразовательных школ, на основе которых разрабатываются нормы площадей всех помещений с их пребыванием. Однако, как отмечает автор, медицинская и педагогическая науки не обладают подобными данными о детях с ограниченными возможностями. Поэтому возникла необходимость в проведении замеров габаритов тел детей с ограниченными возможностями различных категорий. В результате в различных городах Советского Союза были проведены исследования, в которых приняло участие 127 человек. Но главным недостатком работы является то, что площади горизонтальных проекций детей приняты по наиболее высоким индивидуумам старшего возраста, что не позволяет использовать их в качестве расчетных показателей для определения времени эвакуации детей с ограниченными возможностями (например, учеников младших классов и детей дошкольного возраста). Кроме того,
недавние исследования особенностей их эвакуации [11] показали, что дети с нарушениями зрения только в 5 % случаев используют тактильные трости для движения, а при высокой плотности движения престают ими пользоваться, так как могут опереться на ближайшего товарища. Поэтому необходимо учитывать площади их проекций без учета вспомогательных средств передвижения (тактильных тростей).
В связи с этим авторами были исследованы размеры зоны, которую непосредственно занимают люди различных групп мобильности и возраста при движении, а также их статические габариты.
Методика проведения экспериментов по исследованию габаритов людей различных групп мобильности. Эксперименты по исследованию статических и динамических габаритов проводились в городских клинических больницах, домах престарелых, предприятиях всероссийского общества слепых, а также стационарных учреждениях социального обслуживания для детей с ограниченными возможностями. Замеры проводились в следующей последовательности. На лист миллиметровой бумаги размером 1,15 х 1,0 м, расположенный на горизонтальной поверхности, помещали человека, габариты которого необходимо измерить. Участник эксперимента № 1 медленно обводит измеряемого человека строго по его периметру с помощью отвеса, оснащенного лазерной указкой. В это время на миллиметровой бумаге участник № 2 маркером отмечает путь, пройденный лазерным лучом, тем самым отображая проекцию измеряемого человека (рис. 7).
Рис. 7 (начало). Методика измерения статического габарита человека: а — обмер
а
Рис. 7 (окончание). Методика измерения статического габарита человека: б — проекция тела человека на бумаге; в — определение размеров и площади полученной фигуры
Определение динамического габарита представляет собой более сложную задачу. Человека, чьи габариты нужно измерить, просят пройти по полотну размером 2 х 1,5 м, разбитому на квадраты площадью 0,0025 м2 с привязкой к системе координат. При видеосъемке движения фиксируются координаты крайних точек, занимаемых человеком при движении. На основе анализа видеозаписи по полученным точкам строится фигура, точно отражающая горизонтальную проекцию человека при движении (рис. 8).
а б
Рис. 8. Методика измерения динамического габарита: а — фиксация пространства, занимаемого пешеходом при движении; б — геометрическая фигура, отображающая горизонтальную проекцию идущего человека
Результаты обработки экспериментальных данных. Результаты обработки результатов замеров приведены на рис. 9—14.
а б
Рис. 9. Человек передвигающийся без опор: а — статический габарит (/"= 0,121 м2); б — динамический габарит (/ = 0,170 м2)
а б
Рис. 10. Человек, передвигающийся с одной дополнительной опорой: а — статический габарит (/= 0,175 м2); б — динамический габарит (/ = 0,210 м2)
Г '
Л
Д.
-7
...... ■/ г
а б
Рис. 11. Человек, передвигающийся с двумя дополнительными опорами: а — статический габарит (/ = 0,192 м2); б — динамический габарит (/ = 0,226 м2)
а б
Рис. 12. Дети с нарушениями зрения (статический габарит): а—с тростью / = 0,26 м2); б — без трости / = 0,083 м2)
а б
Рис. 13. Дети с поражением опорно-двигательного аппарата (статический габарит): а — с двумя опорами (/ = 0,17 м2); б — с одной опорой (/ = 0,13 м2)
а б
Рис. 14. Дети, передвигающиеся без дополнительных опор (статический габарит):
а — умственно-отсталые дети / = 0,1 м2); б — дети с нарушениями слуха / = 0,082 м2)
Заключение. В результате проведенной работы экспериментальным путем были определены статические (т.е. в неподвижном положении) и динамические (в движении) габариты людей различных групп мобильности, а также установлено несколько интересных фактов. Определение площади проекции человека по методу, предложенному А.И. Милиниским [2] (по ширине и толщине груди человека), не является, строго говоря, площадью проекции. На самом деле проекция человека занимает несколько большую площадь за счет локтей, ступней и головы — она больше приблизительно на 20 %.
Для решения задач пожарной безопасности не меньший интерес представляет так называемый динамический габарит пешехода (зона, которую непосредственно занимает человек при движении). Размер зоны при движении существенно превышает размеры человека в статическом положении: для здоровых людей в 1,4 раза, а для слепых и слабовидящих, которые передвигаются с тростью — в 2,7 раза.
Таким образом, разработанная в рамках данной работы методика проведения замеров может быть использована для дальнейших исследований в этой области, а полученные конкретные результаты — для повышения точности моделирования процесса эвакуации и нормирования размеров эвакуационных путей и выходов.
Библиографический список
1. Беляев С.В. Эвакуация зданий массового назначения. М. : Изд-во Всес. акад. архитектуры, 1938. 70 с.
2. Милинский А.И. Исследование процесса эвакуации зданий массового назначения : дисс. ... канд. техн. наук. М., 1951. 178 с.
3. Григорьянц Р.Г. Исследование движения длительно существующих людских потоков : дисс. ... канд. техн. наук. М., 1971. 195 с.
4. Степанов В.К. Архитектурная среда обитания инвалидов и престарелых. М. : Стройиздат, 1989. 604 с.
5. Об утверждении методики определения расчетных величин пожарного риска в зданиях, сооружениях и строениях различных классов функциональной пожарной опасности : Приказ МЧС России от 30.06.2009 № 382 (в ред. от 02.12.2015)
6. СП 59.13330.2012. Доступность зданий для маломобильных групп населения (Актуализированная редакция СНиП 35-01—2001). М., 2011. 58 с.
7. Пиир Р.М. Исследование пешеходного движения на улицах центральных районов крупных городов : автореф. дисс. ... канд. техн. наук. Л., 1971. 29 с.
ВЕСТНИК 4/2016
8. Fruin J.J. Pedestrian planning and design. Elevator World, 1971. 206 р.
9. Pauls J. Evacuation and other movement in buildings: some high-rise evacuation models, general pedestrian movement models and human performance data needs // Second International Conference in Pedestrian And Evacuation Dynamics (PED). 20—22 August 2003. London. The university of Greenwich.
10. СП 35-101—2001. Проектирование зданий и сооружений с учетом доступности для маломобильных групп населения. Общие положения. М., 2001. 69 с.
11. Самошин Д.А., Слюсарев С.В. Особенности индивидуального движения людей различной мобильности в общем потоке эвакуируемых из здания при пожаре // Технологии техносферной безопасности. 2015. № 3 (61). 121—132. Режим доступа: http://agps-2006.narod.ru/ttb/2015-3/43-03-15.ttb.pdf. Дата обращения: 20.01.2016.
Поступила в редакцию в апреле 2016 г.
Об авторах: Самошин Дмитрий Александрович — кандидат технических наук, доцент кафедры пожарной безопасности в строительстве, Академия Государственной противопожарной службы Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям, и ликвидации последствий стихийных бедствий (Академия ГПС МЧС России), 129366, г. Москва, ул. Бориса Галушкина, д. 4, inbox-d@mail.ru;
Слюсарев Сергей Вячеславович — адъюнкт кафедры пожарной безопасности в строительстве, Академия Государственной противопожарной службы Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям, и ликвидации последствий стихийных бедствий (Академия ГПС МЧС России), 129366, г. Москва, ул. Бориса Галушкина, д. 4, slyusarev91@inbox.ru.
Для цитирования: Самошин Д.А., Слюсарев С.В. К вопросу о статических и динамических габаритах пешеходов различных групп мобильности // Вестник МГСУ № 4. С. 84—93.
D.A. Samoshin, S.V. Slyusarev
TO A QUESTION OF STATIC AND DYNAMIC DIMENSIONS OF PEDESTRIANS OF VARIOUS GROUPS OF MOBILITY
The speed of the human flow depends on its density. The free space in this flow depends not only on the number of people, but also on the area occupied by each of the people.
The important parameter required for calculation of evacuation probability is the projected area of a human. The authors took ellipse as a shape of horizontal projected area of a human. The necessity of the dimensions for fire practice was first formulated in 1951. However, this was static dimensions. For evacuation software modeling the dynamic dimensions might be more appropriate. The paper discusses the experiments aimed to obtain static and dynamic dimensions of the pedestrians of various mobility groups. The obtained data should be used to increase the accuracy of evacuation process modeling and to rationing the escape routes and the sizes of exits.
Key words: fire safety, evacuation, static dimensions of person, dynamic dimensions of person, area of horizontal projection of person
References
1. Belyaev S.V. Evakuatsiya zdaniy massovogo naznacheniya [Evacuation of the Buildings of Mass Appointment]. Moscow, Izdatel'stvo Vsesoyuznoy akademii arkhitektury Publ., 1938, 70 p. (In Russian)
2. Milinskiy A.I. Issledovanie protsessa evakuatsii zdaniy massovogo naznacheniya: diss. ... kand. tekhn. nauk [Research of the Evacuation Processes of Buildings of Mass Appointment: Dissertation of the Candidate of Technical Sciences]. Moscow, 1951, 178 p. (In Russian)
3. Grigor'yants R.G. Issledovanie dvizheniya dlitel'no sushchestvuyushchikh lyudskikh potokov : diss. ... kand. tekhn. nauk [Research of the Movement of Long Existing Human Flows]. Moscow, 1971, 195 p. (In Russian)
4. Stepanov V.K. Arkhitekturnaya sreda obitaniya invalidov i prestarelykh [Architectural Habitat of the Disabled and the Elderly]. Moscow, Stroyizdat Publ., 1989, 604 p. (In Russian)
5. Ob utverzhdenii metodiki opredeleniya raschetnykh velichin pozharnogo riska v zdani-yakh, sooruzheniyakh i stroeniyakh razlichnykh klassov funktsional'noy pozharnoy opasnosti: Prikaz MChS Rossii ot 30.06.2009 № 382 (v red. ot 02.12.2015) [Order of the Ministry of the Russian Federation for Civil Defense, Emergency Management and Natural Disasters Response from 30.06.2009 no. 382 (edited 02.12.2015). On the Approval of a Determination Technique of the Predicated Rate of Fire Risk in Buildings, Constructions and Structures of Various Functional Fire Hazard Class]. (In Russian)
6. SP 59.13330.2012. Dostupnost' zdaniy dlya malomobil'nykh grupp naseleniya (Ak-tualizirovannaya redaktsiya SNiP 35-01—2001) [Requirements SP 59.13330.2012 (updated edition of SNiP 35-01—2001). Accessibility of Buildings and Structures for Persons with Disabilities and Persons with Reduced Mobility]. Moscow, 2011, 58 p. (In Russian)
7. Piir R.M. Issledovanie peshekhodnogo dvizheniya na ulitsakh tsentral'nykh rayonov krupnykh gorodov : avtoref. diss.kand. tekhn. nauk [Researches of the Pedestrian Movement on the Streets of the Central Districts of Big Cities]. Leningrad, 1971, 29 p. (In Russian)
8. Fruin J.J. Pedestrian Planning and Design. Elevator World, 1971, 206 p.
9. Pauls J. Evacuation and Other Movement in Buildings: Some High-Rise Evacuation Models, General Pedestrian Movement Models and Human Performance Data Needs. Second International Conference in Pedestrian and Evacuation Dynamics (PED). 20—22 August 2003, London, The University of Greenwich.
10. SP 35-101—2001. Proektirovanie zdaniy i sooruzheniy s uchetom dostupnosti dlya malomobil'nykh grupp naseleniya. Obshchie polozheniya [Requirements SP 35-101—2001. Designing of Buildings and Structures Taking Into Account Accessibility for People with Limited Mobility. General Provisions]. Moscow, 2001, 69 p. (In Russian)
11. Samoshin D.A., Slyusarev S.V. Osobennosti individual'nogo dvizheniya lyudey razli-chnoy mobil'nosti v obshchem potoke evakuiruemykh iz zdaniya pri pozhare [Personal Features of Movement of People with Different Mobility in the General Flow of Evacuees out of a Building During Fire]. Tekhnologii tekhnosfernoy bezopasnosti [Technology of Technosphere Safety]. 2015, no. 3 (61), pp. 121—132. Available at: http://agps-2006.narod.ru/ttb/2015-3/43-03-15.ttb.pdf. Date of access: 20.01.2016. (In Russian)
About the authors: Samoshin Dmitriy Aleksandrovich — Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Department of Fire Safety in Construction, Associated Professor, Department of Fire Safety in Construction, State Fire Academy of Emercom of Russia (SFA of Emercom of Russia), 4 Borisa Galushkina str., Moscow, 129366, Russian Federation; inbox-d@mail.ru;
Slyusarev Sergey Vyacheslavovich — postgraduate student, Department of Fire Safety in Construction, Associated Professor, Department of Fire Safety in Construction, State Fire Academy of Emercom of Russia (SFA of Emercom of Russia), 4 Borisa Galushkina str., Moscow, 129366, Russian Federation; slyusarev91@inbox.ru.
For citation: Samoshin D.A., Slyusarev S.V. K voprosu o staticheskikh i dinamicheskikh gabaritakh peshekhodov razlichnykh grupp mobil'nosti [To a Question of Static and Dynamic Dimensions of Pedestrians of Various Groups of Mobility]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2016, no. 4, pp. 84—93. (In Russian)
