CC BY
18
Ю. В. АЛЕКСЕЕВ, д-р архит., профессор Московского государственного строительного университета, г. Москва, Россия
УДК 614.849
МЕТОДОЛОГИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭВАКУАЦИОННЫХ ПУТЕЙ ВНЕ ЗДАНИЙ
Возросшая этажность городской застройки определяет необходимость размещения зон безопасности для людей в случае их эвакуации из зданий вне зоны их возможного обрушения при чрезвычайных ситуациях, в частности при пожаре. Однако существующая система противопожарного нормирования эвакуационных путей и выходов ограничивается только зданием. Рассматривается состояние разработки методов, необходимых для построения сети эвакуационных путей на территории от выходов из зданий до зон безопасности, обеспечивающих беспрепятственность и своевременность эвакуации людей. Приводятся примеры использования этих методов.
Кпючевые слова: движение людей; эвакуация; зона безопасности; пешеходная сеть; жизнеспособность; модели движения; система нормирования; четвертый этап эвакуации.
В настоящее время нормативные документы по противопожарной защите людей во время пожара рассматривают три этапа их эвакуации из зданий и сооружений: из помещения, с этажа, по лестничной клетке непосредственно до выхода на улицу или через вестибюль. Но завершение третьего этапа еще не является окончанием эвакуации, которая осуществляется в целях обеспечения безопасности людей при чрезвычайной ситуации в здании. Конечная цель эвакуации — вывод людей за пределы здания на безопасное расстояние, достаточное для исключения возможного воздействия на них сопутствующих проявлений опасных факторов пожара [1, ст. 9, п. 2] или других чрезвычайных ситуаций (осколки, части разрушающихся конструкций и аппаратов, истекающие из них радиоактивные или токсичные вещества), либо вывод их в укрытие, защищающее от их воздействия.
Последствия трагедии 11 сентября 2011 г. в Нью-Йорке напоминают нам о том, о чем писал еще в 1938 г. основоположник расчетного метода нормирования эвакуационных путей и выходов С. В. Беляев: "Четвертый этап эвакуации — от выхода из здания до рассеивания эвакуируемых в общем городском движении" [2, с. 30] (рис. 1).
Однако это не только этап эвакуации, но и контакт с городской средой. Для современной коммуникационной структуры города характерно четкое разделение функций транспортного и пешеходного передвижения: транспорт осуществляет общесистемную интеграцию, пешеходное движение — связь между объектами дифференцированных элементов планировочной структуры через постоянные остановочные пункты наземного и подземного транс© Алексеев Ю. В., 2012
порта. Ориентация пешеходного движения по направлениям к узлам и точкам контакта с коммуникационным каркасом города стимулирует формирование многофункциональных комплексов и их развитие в многоуровневые структуры на ограниченных территориях.
Многоаспектность проектирования многоуровневой системы коммуникационных путей территории, особенно при такой высокой концентрации их размещения, как, например, в ММДЦ "Москва -Сити", диктует необходимость разработки общей методологии планирования пешеходной системы в повседневных условиях эксплуатации зданий и сооружений и в чрезвычайных ситуациях при эвакуа-
Рис. 1. Наглядная иллюстрация четвертого этапа эвакуации — бегство людей от зданий Всемирного торгового центра 11 сентября 2011 г.
ции по ней людей в зону безопасности, т. е. за пределы радиуса возможного обрушения здания. Величина радиуса возможного обрушения Я может быть принята равной полуторной высоте здания Н (Я = 1,5Н), которая в зависимости от нормируемой этажности зданий различных классов функциональной пожарной опасности может составлять от 15 м (2-3-этажные здания детских дошкольных учреждений Ф1.1) до 150 м и более (высотные здания от 100 м и выше).
В состав общей методологии проектирования пешеходных путей территории городских комплексов зданий и сооружений при их повседневной эксплуатации и в условиях чрезвычайных ситуаций должны входить:
• метод построения оптимальной сети пешеходных путей;
• учет режимов функционирования источников людских потоков — выходов из зданий и сооружений;
• методы определения параметров потоков и на их основе размеров пешеходных путей. Поиск метода оптимизации сети и размеров коммуникационных путей актуален для эвакуации не только из зданий с большим количеством посетителей [3, 4], но и по территории комплексов жилых и общественных зданий различного назначения. Входы и выходы зданий являются центрами тяготения и источниками людских потоков, особенно интенсивно функционирующими при краткосрочном одновременном выходе людей в процессе эвакуации. В отличие от эвакуационных путей зданий, где они ограничены строительными конструкциями, пешеходные пути территории, как правило (за исключением внеуличных переходов), не имеют "жестких" конструктивных ограничений. И это определяет достаточно большую свободу выбора людьми маршрутов своего движения. Неучет "человеческого фактора" при построении сетей пешеходных путей в городской застройке приводит к нежизнеспособности их практической реализации: потоки людей осваивают собственные пути движения через газоны, хозяйственные площадки, зоны отдыха и искусственные барьеры в виде оград, колючих кустарников и т. п.
Это происходит потому, что участки пешеходных путей, расположенные по прямоугольной схеме, противоречат психологии выбора направления движения пешеходом, которая всегда направлена на сокращение времени передвижения. Именно поэтому пешеход стремится выбрать кратчайший путь от места своего нахождения (точка О) к цели своего движения (точка Ц), например к остановке общественного транспорта или в зону безопасности. Поскольку кратчайший путь между этими двумя точ-
ками — прямая, то скорость движения пешехода УО равна скорости его приближения к цели Уц. При отклонении маршрута от прямой линии под углом ф скорость приближения к цели определяется как Уц = УО со8ф. При увеличении угла ф значение его косинуса уменьшается, соответственно снижается и скорость приближения к цели. В этом случае возникает дискомфорт движения, связанный с необходимостью увеличения времени или энергетических затрат на передвижение. До поры до времени, как говорят, человек готов терпеть уровень возникающего дискомфорта, но когда он попадает в точку пути, в которой его терпению приходит конец, он меняет направление своего движения. Такая точка называется конфликтной.
При движении ориентация человека в пространстве определяется расстоянием от него до объекта и углом поворота луча зрения на объект относительно выбранного человеком направления. При движении мозг легко контролирует совмещение обоих направлений, поскольку отклонение от нужного направления сразу же обнаруживается, так как цель оказывается не прямо впереди, а сбоку. При равенстве длины возможных маршрутов движения между точками О и Ц превалирующее значение имеет угол направления движения. Его критическое значение фкр зависит от величины пешеходного потока, состояния и рельефа окружающей территории, времени года, цели движения, возраста и эмоционального состояния пешехода.
Предполагается, что угол фкр имеет меньшее значение для мощных потоков и при более благоприятном состоянии территории (газон в летнее время). Запроектированная для таких условий пешеходная сеть будет жизнеспособной и для более неблагоприятных условий. В среднем значение фкр принимается равным 60°. Значение критического угла определяет границу поля возможных маршрутов, в пределах которого находится маршрут, оптимальный по критерию минимума длины. Вполне очевидно, что система эвакуационных путей на территории должна соответствовать жизнеспособной пешеходной сети.
Пример проверки пешеходной сети на жизнеспособность иллюстрируется схемами, приведенными на рис. 2. Здесь запроектированная пешеходная сеть, связывающая исходные точки О1, О2, О3, О4, О5 с целевой точкой Ц, показана сплошной линией. Известно критическое значение угла фкр = 60°. Соединим точку О4 сЦина отрезке О4Ц, как на хорде, опишем дугу окружности О4отЦ, вмещающую угол ф = л - фкр = 120°. Известно, что маршрут от О4 до Ц не может выходить за пределы рабочего поля О4Ц. Поскольку в имеющейся сети это требование нарушается, значит, она нежизнеспособна.
70
{ББИ 0869-7493 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2012 ТОМ 21 №3
На рис. 2 пунктирной линией показана скорректированная сеть. Маршрут О4К3К2К1Ц представляет собой теперь выпуклую ломаную линию, лежащую в пределах поля О4Ц, что свидетельствует о жизнеспособности сети, показанной пунктирной линией.
Интенсивность функционирования источников людских потоков — выходов из зданий и сооружений изменяется в течение суток в зависимости от функционального назначения здания и "биоритма" городской жизни. Очевидно, что максимальная интенсивность выхода людей из зданий будет наблюдаться при их эвакуации во время чрезвычайной ситуации. При этом наибольшее количество людей, эвакуируемых из того или иного здания, определяется его посещаемостью в момент, когда произошла чрезвычайная ситуация. Биоритм городской жизни определяет различные периоды максимальной посещаемости зданий различного функционального назначения, размещаемых в едином многофункциональном городском комплексе. Данные натурных исследований режимов эксплуатации зданий различного назначения дают возможность подразделить их на несколько групп по режиму функционирования и определить максимальные значения их загрузки в суточном цикле [5]. Это позволяет установить расчетные ситуации для проектирования пешеходной сети путей эвакуации из комплекса зданий и сооружений при наиболее опасном времени наступления чрезвычайной ситуации.
Для расчета необходимых размеров путей эвакуации необходимо моделирование людских потоков установленной численности из источников движения по построенной жизнеспособной сети. Их размеры должны обеспечивать свободное дви-
К^. ,К4 — точки пересечения дуг, построенных аналогично О4тЦ, на хордах
жение людей (при плотности потока В = 0,05, т. е. примерно 1 чел. на 2 м2). Значения индивидуальной скорости Vдвижения людей имеют нормальный закон распределения:
(V - V)2
/(V) = —^= е , (1)
2л
где V — математическое ожидание;
SV — среднеквадратичное отклонение скорости
движения людей в потоке.
В силу этого закона при движении поток людей растекается. Распределение людей в момент г по длине пути описывается функцией [6]:
(I / г - V)2
/г (V) =-е , (2)
^л/ 2л
а время пересечения людьми поперечного сечения пути, находящегося на расстоянии I от источника, — функцией
(I / г - V)2
/ (V) = , * е . (3)
г2 Бу4 2л
Эти распределения при одном функционирующем источнике строятся достаточно просто, даже вручную, хотя и требуют многочисленных расчетных операций.
Для описания движения людских потоков по участкам пути с многочисленными узлами пересечения и при большом количестве источников создана модель ББЬР (что означает свободное движение людских потоков) [6]. Применение модели к анализу фрагментов крупных транспортно-коммуникаци-онных городских узлов показало высокую степень соответствия ее результатов реально наблюдаемой в них картине процесса движения людских потоков [7]. Модель реализуется при помощи программно-вычислительного комплекса, который совершенствуется по мере развития вычислительной техники и возможностей программного обеспечения.
В 2010 г. для расчета свободно движущихся потоков была создана программа БМТ1.0, получившая государственную регистрацию [8]. На рис. 3 приведен пример использования программы для определения времени, необходимого для движения людей на остановку городского транспорта (сток) из вагонов поезда на железнодорожной платформе вокзала, а на рис. 4 — пример распределения времени, необходимого для прихода людей в зону безопасности при эвакуации из многоэтажных зданий жилого комплекса.
Расчет интенсивности выхода людей при эвакуации из зданий произведен по имитационно-стоха-
= 160
1_V
Сток
• •••••••••• •• I* I • ■ * ■•*■••
^ Щ = 86 г7Ч-
х у.
Платформа
Д/ Д/
►ч---к
М
Д/
и-—И
А1
И--►
д / д/
ц--к-►
Д1 и——и
80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 I, с
Рис. 3. Расчетная схема (сверху) и график (снизу) распределения времени, необходимого для прихода людей из вагонов поезда на остановку городского транспорта, находящуюся на расстоянии I = 200 м от первого выхода из вагона
Рис. 4. Распределение времени, необходимого для прихода людей в зону безопасности из подъездов жилых зданий при эвакуации из них
стической модели [9]. Имитационно-стохастическая модель и модель свободного движения людских потоков совместимы, поскольку они основаны на общих закономерностях связи между параметрами людских потоков [6, 10].
Таким образом, к настоящему времени разработаны все три составляющие методологии проекти-
рования пешеходных путей на территории комплексов зданий и сооружений в условиях их повседневной эксплуатации и в чрезвычайных ситуациях. Возможность учета четвертого этапа эвакуации в противопожарном нормировании повысит уровень обеспечения безопасности людей при чрезвычайных ситуациях.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Технический регламент о требованиях пожарной безопасности : Федер. Закон от 22.07.2008 г. № 123-Ф3; принят Гос. Думой 04.07.2008 г.; одобр. Сов. Федерации 11.07.2008 г. // Российская газета. — 2008. — № 163 ; Собр. законодательства РФ. — 2008. — № 30.
2. БеляевС.В. Эвакуация зданий массового назначения. — М.: Изд-во Всесоюз. акад. архит., 1938. — 72 с.
3. Холщевников В. В. Оптимизация путей движения людских потоков. Высотные здания : дис. ... канд. техн. наук (науч. рук. В. М. Предтеченский). — М. : МИСИ, 1978.
4. Алексеев Ю. В. Формирование движения людских потоков в проходах зрелищных сооружений : дис. ... канд. техн. наук (науч. рук. В. М. Предтеченский). —М. : МИСИ, 1969.
72
!ББМ 0869-7493 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2012 ТОМ 21 №3
5. Холщевников В. В. Влияние закономерностей передвижения городского населения на пропускную способность пунктов доступа многофункциональных высотных зданий // Пожаровзрыво-безопасность. — 2008. — № 1. — С. 34-43.
6. Холщевников В. В. Людские потоки в зданиях, сооружениях и на территории их комплексов : дис. ... д-ра техн. наук. —М., 1983.
7. Холщевников В. В. Расчет оптимальных вариантов пешеходных путей в городских узлах // На стройках России. — 1993. — № 3.
8. Свидетельство о государственной регистрации программ для ЭВМ № 2011614752 — Федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам.
9. Методика определения расчетных величин пожарного риска в зданиях, сооружениях и строениях различных классов функциональной пожарной опасности : приказ МЧС России от 30.06.2009 г. № 382 ; введ. 30.06.2009 г. // Российская газета. — 2009. — № 161.
10. Закономерность связи между параметрами людских потоков : диплом № 24-Б Открытие в области социальной психологии // Научные открытия. — М. : РАЕН, МААНОИ, МААНО, 2006.
Материал поступил в редакцию 28 февраля 2012 г.
Электронный адрес авторов: reglament2004@mail.ru.
ООО «ИЗДАТЕЛЬСТВО «ПОЖНАУКА» ПРЕДЛАГАЕТ ВАШЕМУ ВНИМАНИЮ
А. А. Антоненко, Т. А. Буцынская, А. Н. Членов
Основы эксплуатации систем комплексного обеспечения безопасности объектов:
учебно-справочное пособие
В учебно-справочном пособии изложены основы современного подхода к проблеме комплексного обеспечения безопасности объектов хозяйствования с помощью технических средств и систем, приведены сведения о технической эксплуатации комплексных систем безопасности, а также справочно-методическая информация для решения практических задач эксплуатации. Дано основное содержание эксклюзивной разработки - ГОСТ Р 53704-2009 «Системы безопасности комплексные и интегрированные», входящего в отраслевой комплект нормативно-технической документации поданной проблеме.
Книга предназначена для практических работников в области систем безопасности и может быть использована как учебное пособие для подготовки и повышения квалификации специалистов соответствующего профиля.
Web-сайт: firepress.ru, www.fire-smi.ru Эл. почта: mail@firepress.ru, izdat_pozhnauka@maii.ru Тел.: (495) 228-09-03
;яй
