Парадоксы нормирования обеспечения безопасности людей при эвакуации из зданий и пути их устранения (окончание)

Холщевников В. В.; Самошин Д. А.; Белосохов И. Р.; Истратов Р. Н.; Кудрин И. С; Парфёненко А. П.

В. В.Холщевников*

д-р техн. наук, профессор Московского государственного строительного университета, г. Москва, Россия

Р. Н. Истратов

адъюнкт Академии ГПС МЧС РФ, г. Москва, Россия

Д. А. Самошин

канд. техн. наук, Академия ГПС МЧС РФ, г. Москва, Россия

И. С. Кудрин

адъюнкт Академии ГПС МЧС РФ, г. Москва, Россия

И. Р. Белосохов

адъюнкт Академии ГПС МЧС РФ, г. Москва, Россия

А. П. Парфёненко

адъюнкт Академии ГПС МЧС РФ, г. Москва, Россия

УДК 614.8

ПАРАДОКСЫ НОРМИРОВАНИЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ЛЮДЕЙ ПРИ ЭВАКУАЦИИ ИЗ ЗДАНИЙ И ПУТИ ИХ УСТРАНЕНИЯ

**

Эвакуация людей из зданий при пожаре является естественным процессом их защиты от воздействия опасных факторов пожара, интенсивно распространяющихся по эвакуационным путям. Анализ динамики распространения опасных факторов пожара показывает, что основными направлениями обеспечения условий для своевременной и беспрепятственной эвакуации людей из помещений и зданий различных классов функциональной пожарной опасности являются: применение высокоэффективных и надежных систем активной противопожарной защиты; целесообразная для каждого конкретного случая организация эвакуации, исходящая из закономерностей движения людских потоков при эвакуации и психофизиологических возможностей поведения людей, составляющих основной функциональный контингент в здании. Показана недостаточность нормативного обоснования оснащения путей эвакуации системами активной противопожарной защиты и знаний в области закономерностей поведения при эвакуации психофизически уязвимого контингента людей. Приведены данные натурных наблюдений за поведением этого контингента в вероятных условиях эвакуации. С рассмотренных позиций выявлены недостатки СП 1.13130.2009 "Эвакуационные пути и выходы" и недостаточность его требований для обеспечения безопасности людей при эвакуации по сравнению с "Методикой определения расчетных величин пожарного риска в зданиях, сооружениях и строениях различных классов функциональной пожарной опасности". Ключевые слова: эвакуация; опасные факторы пожара; системы активной противопожарной защиты; надежность систем; пожарные риски; безопасность людей.

Функциональная пожарная опасность, что это такое?

Подразделение зданий на классы по функциональной пожарной опасности "в зависимости от способа их использования и от того, в какой мере

* Эксперт в области архитектурно-строительного проектирования и безопасности людей в чрезвычайных ситуациях Республиканского исследовательского научно-консультационного центра экспертизы (рег. № 11313707.1908 Федерального реестра).

** Окончание. Начало см. журнал "Пожаровзрывобезопасность" №3 за 2011 г.

безопасность людей в них в случае возникновения пожара находится под угрозой, с учетом их возраста, физического состояния, возможности пребывания в состоянии сна" [1, п. 5.21] требует учитывать психофизиологические особенности "основного функционального контингента" в зданиях различного назначения. Однако приведенное определение не содержит никаких пожаротехнических характеристик и количественных показателей "основного функционального контингента", необходимых для декларируемой классификации.

Наряду с требованием расчета параметра ¿нб, Методика [2] как раз и показывает, "в какой мере безопасность людей в них в случае возникновения пожара находится под угрозой" . А учет "возраста, физического состояния, возможности пребывания в состоянии сна" должен осуществляться при определении параметров ^ э и ^. Но для этого необходимо иметь исходные значения параметров для их расчета, дифференцированные для "основного функционального контингента" по установленным классам и подклассам зданий по функциональной пожарной опасности.

Дело в том, что при установлении расчетных зависимостей между параметрами людских потоков при разработке СНиП 11-2-80 "Противопожарные нормы проектирования зданий и сооружений" впервые потребовалось установить единую закономерность связи между ними, если она существует, поскольку это был единый документ, действие которого распространялось на все виды зданий. К дифференциации требований ни Госстрой СССР, ни проектные организации в то время не были готовы. Тем не менее поставленная задача в рамках диктуемых условий была выполнена [3-6]. В ходе проведения этих работ потребовались обобщение и статистический анализ 25 тыс. эмпирических данных всех 69 серий натурных наблюдений, проведенных к тому времени в зданиях различного назначения и в сооружениях транспортно-коммуникационных узлов. В результате были впервые установлены математические выражения формы общей закономерности изменения скорости в зависимости от плотности людского потока и ее вида для смешанного состава людского потока как случайного процесса:

Уд,у = Уа,] (1- а 1п Д. у /Д,у ),

(1)

где Уп у — случайная функция скорости потока на у-м виде пути (горизонтальный, проем, лестница вниз, лестница вверх, горизонтальный вне здания) при его плотности Д, м/мин; Уа, у — случайная величина скорости свободного движения потока поу-му виду пути (при Д1 у < < Да,у), м/мин;

ау — коэффициент адаптации людей к движению по у-му виду пути при увеличении плотности потока;

Дг у — плотность людского потока на г-м участке путиу-го вида;

Да, у — пороговое значение плотности потока на участке пути у-го вида, по достижении которого плотность начинает оказывать влияние на скорость движения в нем людей. В этом выражении величина Уа у зависит от уровня эмоционального состояния людей, составляющих

поток, и их психофизиологических качеств, а значения параметров ау и Да, у являются психофизическими коррелянтами сенсорного пространства человека при восприятии им воздействий внешней среды. Как показал анализ результатов рассмотренных и последующих многочисленных серий натурных наблюдений, во всех случаях наблюдается установленная общая форма закономерности, а ее конкретный вид зависит от значений ау и Да, у , определяемых составом людей того или иного "основного функционального контингента". Наиболее наглядно это проявилось при установлении расчетных зависимостей для различных групп мобильности в СНиП 35-01-2001 "Доступность зданий и сооружений для маломобильных групп населения". Отсюда видно, что для зданий каждого класса и подкласса функциональной пожарной опасности, населенных своим, отличающимся от других, "основным функциональным контингентом", должны использоваться свои значения параметров Уа у, ау и Да у.

Для установления этих значений необходимо выполнение специальных работ. Они могут базироваться на данных ранее проведенных исследований, но в ряде случаев потребуется выполнение и новых научно-исследовательских работ, включающих корректное проведение достаточно масштабных натурных наблюдений [7]. К объектам таких научно-исследовательских работ неизбежно относятся здания детских дошкольных учреждений, школ и стационаров (больницы, госпитали и т. п.) учреждений здравоохранения, поскольку ни по одному из таких объектов не удалось обнаружить данных натурных наблюдений за их "основным функциональным контингентом" ни в период, определяемый временем 1пээ, ни в период

Необходимые для этого исследования начаты кафедрой пожарной безопасности в строительстве АГПС МЧС России. Проведение натурных наблюдений (рис. 1-4) стало возможным благодаря активной помощи сотрудников Государственного пожарного надзора — бывших выпускников Академии ГПС и глубокой заинтересованности руководства и персонала учреждений.

Установленная ранее [8] неподготовленность персонала к действиям при пожаре определила проведение для уточнения этих сведений видеопрезентации в школьных зданиях (см. рис. 2).

Анализ поведения персонала позволил сделать заключение, что 67 % персонала не выполнили действий, требуемых нормативными документами (в частности, ППБ 01-03). Было очевидно, что многие опрашиваемые не имели четкой позиции относительно своего поведения, что привело к неадекватным действиям с их стороны.

II

в~!е5 д

Рис. 1. Иллюстрации и итоги проведения натурных наблюдений за подготовкой детей к началу эвакуации: а — время реагирования детей на сигнал воспитателя о необходимости покинуть помещение, t = 0,03^1,13 мин; б — время одевания детей в зимнюю одежду, t = 0,94^7,26 мин; в — время укутывания детей в спальные одеяла, t = 0,16^0,95 мин

Проведенные исследования позволяют предложить для определения времени начала эвакуации в дошкольных и школьных учреждениях следующую формулу:

(2)

^н.э ^ин + ^р.В + tp.i

где tw — интервал времени с момента возникновения пожара до формирования командного сигнала на включение системы оповещения и управления эвакуацией людей (СОУЭ); при оборудовании здания дымовыми пожарными изве-щателями tm = 10 с, тепловыми tm = 180 с;

— время реакции на сигнал о пожаре педагогов (воспиталей), определяемое с момента получения ими этого сигнала до начала подготовки детей к эвакуации;

tpл — время подготовки детей к эвакуации, т. е. интервал времени с момента подачи воспитателями сигнала детям о необходимости покинуть помещение до начала эвакуации. Изучение вопросов, связанных с организацией движений ребенка, — одна из задач психофизиологии, дифференциальной биомеханики, теории и методики физического воспитания и развития ребенка. Как установлено, у детей с 2 до 5 лет формируется схема (психофизиологическая модель) собственного тела. В этот период нарабатываются основные двигательные умения и навыки, накапливается двигательный опыт. "Схема тела" используется в качестве понятия, позволяющего объяснить, каким образом человек воспринимает пространство, время и

планирует свои движения. "Схема тела" "ориентируется" на двигательную задачу в конкретных условиях и "позволяет" в чувственной форме приобрести ощущение скорости различными частями тела, темп движения. Специально организованные исследования (например, [9]) свидетельствуют об особенностях пространственно-временной организации и коррекции двигательной программы ходьбы вперед "схемой тела" у детей 3и6 лет при различных условиях сенсорного потока раздражителей.

Однако эти исследования касаются только формирования индивидуальных мобильных способностей детей разных возрастных групп. Как они проявятся при неизбежном поточном движении во время эвакуации, до сих пор остается неясным, прежде всего из-за отсутствия данных натурных наблюдений. Затем должен последовать трудоемкий процесс теоретического осмысления полученных эмпирических данных (см. рис. 3 и 4) для установления закономерностей, "прорывающихся" сквозь массу искажающих их случайных воздействий. Но без их установления невозможно полноценное использование Методики определения расчетных величин пожарного риска [2].

Первичная обработка около 5 тыс. данных, полученных при натурных наблюдениях, показала, что и при движении детей сохраняется общая психофизическая закономерность связи между параметрами людских потоков (1). Значения параметров формулы (1) V,,у, ц и Б0 у в настоящее время устанавливаются.

Рис. 2. Компьютерная видеопрезентация (видеоанкета) с целью выяснения поведения персонала при пожаре в зданиях учебных заведений: а — воспитательница ведет урок рисования; б — воспитательница с детьми выходят в коридор; в — воспитательница с детьми видят дым или огонь в соседнем помещении

Рис. 3. Натурные наблюдения за эвакуацией детей по различным видам путей в детских садах

Особую проблему представляет организация эвакуации из зданий, в которых находится значительное количество немобильных людей. К немобильным относятся люди, которые лишены возможности самостоятельно передвигаться, поэтому их эвакуация возможна только при помощи других людей и с использованием носилок или каталок. Такие люди находятся не только в домах-интернатах для

престарелых и в больницах, но и в жилых зданиях, месте их постоянного проживания. Плохая проработанность организации их эвакуации очевидна всем, кто соприкасается с этой проблемой повседневно, и они охотно идут на проведение экспериментов, необходимых для ее решения. Существуют определенные нормативные документы в этой области, однако приведенные в них нормативы состав-

Рис. 4. Натурные наблюдения за движением детей-инвалидов в интернатах

Рис. 5. Примеры попытки эвакуации: две медицинских сестры не смогли переместить пациента весом 90 кг на носилках, а медперсонал — перенести пациента весом 60 кг по лестнице

лены, по-видимому, на основании весьма умозрительных фактов, поскольку первые же попытки организовать первый этап эвакуации немобильных людей в больницах в соответствии с этими нормами привели к конфузам (рис. 5).

Эксперименты, проведенные сотрудниками кафедры ПБС Академии ГПС [9], в которых в качестве медперсонала выступали слушатели, показали следующее. Скорость переноса человека на носилках тренированными курсантами составляет: по горизонтали — 95 м/мин, по лестнице вниз — 65 м/мин, по лестнице вверх — 45 м/мин. Скорость беспрепятственного перемещения пациентов на каталках — 80 м/мин. Приведенные данные получены в экспериментах с участием физически развитых молодых мужчин, поэтому отражают наиболее оптимистичные данные для расчета процесса эвакуации немобильных людей. Тем не менее у участников эксперимента, переносящих носилки, отмечалась сильная усталость. В ходе дальнейших экспериментов было установлено, что в среднем (имея в виду вариабельность объемно-планировочных решений зданий больниц, веса эвакуируемого и физической силы эвакуирующих) одна пара спасателей не может эвакуировать более 3-х чел.

Общее время эвакуации немобильных людей складывается из следующих слагаемых:

(3)

эв ^одг + tтрансп + возвр ^рей^

п„

где ^

время подготовки к эвакуации;

^ансп + возвр — время, затрачиваемое на транспортировку немобильного человека и возвращение за следующим; прейс — количество рейсов. Подготовка к эвакуации включает затраты времени на поиск и подготовку носилок для транспортировки немобильных людей (около 0,5 мин) и времени на поиск и надевание средств индивидуальной защиты органов дыхания и зрения изолирующего типа (по паспортным данным — 1 мин). При этом следует учитывать, что скорость движения человека в самоспасателях снижается на 36 % и что они не защищают от потери видимости в дыму. Время начала эвакуации нетранспортабельных людей будет

включать, кроме времени подготовки к эвакуации, и время их перекладывания на транспортные средства, которое, как показано, зависит от физических возможностей людей, осуществляющих эвакуацию.

Только после установления значений всех параметров, определяющих величины tнэ и ^ для зданий каждого класса функциональной пожарной опасности, можно надеяться на получение достаточно обоснованных оценок индивидуального пожарного риска и на этом основании приступить к разработке для них сводов правил по проектированию эвакуационных путей и выходов. Это трудоемкая и небыстрая (подобно переписыванию устаревших норм) работа.

Оценка возможностей обеспечения своевременной эвакуации людей

Имеющиеся данные позволяют оценить возможность выполнения требования + tр = 0,8^.б для рассмотренных условий распространения ОФП по эвакуационным путям на этапах эвакуации (см. табл. 1-3 [10]). Для моделирования процесса эвакуации применена имитационно-стохастическая модель как наиболее адекватно отображающая реально наблюдаемый процесс движения людских потоков [11].

В тех помещениях (на первом этапе эвакуации), в которых обеспечивается свободное движение людей, скорость их передвижения по горизонтальным путям ¥0 будет составлять в зависимости от состава "основного функционального контингента" от 70 до 130 м/мин для группы мобильности М1 и от 15 до 45 м/мин — для группы мобильности М2. Расстояние Ь от эвакуационного выхода, на котором они должны находиться, чтобы успеть эвакуироваться при возникновении пожара в помещении, определяется просто: Ь = Г0(^.б - ^.э). Очевидно, что при более или менее активном развитии пожара и отсутствии в помещениях средств пожаротушения и противодымной вентиляции люди не успевают эвакуироваться из них. Поэтому иностранные специалисты противопожарной охраны рекомендуют населению не заниматься тушением пожара, если его очаг достиг размеров больше ступни ноги. Очевидно также, что люди в помещении очага пожара не успеют воспользоваться индивидуальным самоспасателем, поскольку только время его одевания ("погружения" в самоспасатель) достигает 60 с. Лучшее, что они могут сделать, — покидая помещение, прихватить самоспасатель с собой в надежде воспользоваться им на следующем этапе эвакуации.

Немногим лучше складывается, как показывают данные табл. 2 [10], ситуация и для людей, находящихся в соседнем помещении. Более того, при нефункционирующей системе сигнализации они

1-L- —1-L--

о

1= =1 Расчетная точка

N= 30 чел. /= 15 м Ъ= 1,2 м Ь0 = 0,9 м

iV= 30 чел. 1= 15м Ь = 1,2 м b0 = 0,9 м

N= 30 чел. г=15м Ь = 1,2 м b0 = 0,9 м

N= 30 чел. 1= 15м 6= 1,2 м ¿0 = 0,9 м

N= 30 чел. /= 15м b = 1,2 м b0 = 0,9 м

N= 30 чел. /= 15 m Ь= 1,2 m b0 = 0,9 m

N=30 чел. 7= 15 M Ь=1,2 m b0 = 0,9 m

/= 10M b = 2,4 m

1= 10M b = 2,4 m

_A_

Z= 10 m b — 2,4 m

_A_

Z= 10 m b — 2,4 m

_A_

/= 10M b = 2,4 m

_A_

Z= 10 M й = 2,4 m

_A_

¿>o = 1,35 M

14 m = 1,35 m

Рис. 6. Расчетная схема эвакуации типового этажа здания школы: Ь0—ширина дверного проема; Ьлм — ширина лестничного марша; Ь — ширина коридора

могут оказаться в ловушке , т. е. отрезанными от путей эвакуации следующего этапа ОФП, распространившимися по коридору к выходу из их помещения. И в этой ситуации преимущество имеют молодые здоровые люди, способные двигаться со скоростью V = 130 м/мин и более. Однако и они вынуждены будут эвакуироваться бегом (что часто журналистами принимается за проявление паники), поскольку из-за потерянных минут в начале эвакуации может

не хватить нескольких секунд для ее завершения. В тяжелом положении оказываются маломобильные люди не только в специальных заведениях, но и в жилых домах, а о положении неподвижных людей страшно и думать.

Движение людей на втором этапе эвакуации неизбежно переходит в поточное. На рис. 6 в качестве примера приведен фрагмент расчетной схемы эвакуации с одного из этажей здания школы при одно-

< = 1,166 мин

t = 2,007 мин

S

е

о

0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 ОД

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

* ! 1 Щ "I

|.....i.....!.....■:...... . -, я • • • А ... г i I

■ • ч ■ I

ï -

k

■ » II]

10 15 20 25 30 Длина коридора, м

Г =1,619 мин

35

40

■..........у.....■^лшцщн—аядцишЛ

5 10 15 20 25 30 35 Длина коридора, м

S

е

о

0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1

10 15 20 25 30 Длина коридора, м

t = 2,525 мин

10 15 20 25 30 Длина коридора, м

■ ï ------

■ ■

; ------1

J.... .J... . J...... s .....j..... . j

......i

35

40

Рис. 7. Диаграммы изменения плотности людских потоков в коридоре третьего этажа в последовательные моменты времени эвакуации

1. о. 0,i о, 0.

Î * g о, 5 0. й о; 0.

3-й этаж ' 1 2-й этаж

' \ У

il . V \.........1

.. // С Выход из здания

//

1

1 jjf 4-йэтаж \

2 3 4 5 6

Время, мин

Рис. 8. Графики динамики процесса эвакуации людей со 2-4-го этажей

стороннем расположении относительно коридора учебных кабинетов, выходы из которых (источники

людских потоков) расположены на расстоянии 10 м друг от друга. Параметры людских потоков приняты по результатам натурных наблюдений [12]. Характеристики случайной величины 1нэ по данным недавно проведенных натурных наблюдений следующие: среднее значение (математическое ожида-ние)—1,1 мин, стандартное отклонение — 0,2 мин. Изменения плотности людского потока в последовательные моменты времени при эвакуации по коридору этажа приведены на рис. 7.

Поскольку на третьем этапе эвакуации (в лестничной клетке) образуются людские потоки максимальной плотности (рис. 8), которые влияют (причем по-разному) на динамику выхода людей с этажей, то значения плотностей людских потоков и времени выхода с этажей различны, что видно из рис. 9.

Этаж 4

t = 1,489 мин

Плотность, м 2/м2 0,2 0,4 0,6 0,8

г = 2,005 мин