CC BY
12
УДК 614.84
РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ, НАПРАВЛЕННЫХ НА УМЕНЬШЕНИЕ РАСЧЕТНОГО ВРЕМЕНИ ЭВАКУАЦИИ ЛЮДЕЙ, С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИМИТАЦИОННОЙ МОДЕЛИ ЭВАКУАЦИИ ПАССАЖИРОВ ИЗ ВОЗДУШНОГО СУДНА
С. В. СКОДТАЕВ
Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России, Российская Федерация, г. Санкт-Петербург, Московский пр., д. 149 E-mail: ugps.ssv@mail.ru
В работе рассмотрены технические решения, направленные на обеспечение условий безопасной эвакуации людей из салона пассажирского воздушного судна. Установлена зависимость времени эвакуации от наличия препятствий в проходах, расположения выходов и направления движения потоков людей. Предложена имитационная модель эвакуации пассажиров из воздушного судна в численной среде, которая позволяет эффективно спрогнозировать поведение людей при различных сценариях.
Ключевые слова: эвакуация пассажиров, расчетное время эвакуации, пожар на воздушном судне, анализ авиационных катастроф, пожар, судебная пожарно-техническая экспертиза.
DEVELOPMENT OF TECHNICAL SOL UTIONS AIMED AT REDUCING THE ESTIMATED EVACUATION TIME OF HUMAN BEINGS USING A SIMULATION MODEL FOR PASSENGERS EVACUATION FROM AIRCRAFT
S. V. SKODTAEV
Federal State Budget Educational Establishment of Higher Education «Saint-Petersburg university of State
fire service of EMERCOM of Russia»,
Russian Federation, St. Petersburg, Moskovsky pr., 149 E-mail: ugps.ssv@mail.ru
The paper considers technical solutions aimed at ensuring conditions for the safe evacuation of people from the passenger aircraft cabin. The dependence of the evacuation time on obstacles in the aisles, the location of exits and the direction of the flow of people has been established. A simulation model for the evacuation of passengers from an aircraft in a numerical environment is proposed, which makes it possible to effectively predict the behavior of people under various scenarios of its development.
Key words: evacuation of passengers, estimated time of evacuation, fire on an aircraft, analysis of aviation crash, fire, forensic fire-technical expertise.
Одним из основных показателей экономического развития государства является состояние транспортной инфраструктуры. В единой транспортной структуре Российской Федерации значительное место занимают воздушные пассажирские перевозки. В современном динамичном мире воздушный транспорт становится все приоритетнее за счет скорости преодоления больших расстояний. Согласно статистике Федерального агентства воздушного транспорта России1, ежегодный пассажиропоток российских авиакомпаний составляет более пятидесяти миллионов человек. Одно-
значно, пассажиропоток со временем будет только увеличиваться.
Учитывая ответственность, возложенную на перевозчиков, большое значение уделяется обеспечению безопасности пассажиров при авиаперевозках. Несмотря на прикладываемые усилия, ежегодно по всему миру происходят авиакатастрофы, которые приводят к человеческим жертвам и значительному материальному ущербу.
1
Статистические данные перевозки пассажи-
ров [Электронный ресурс] - Режим доступа: https://favt.gov.ru/dejatelnost-vozdushnye-perevozki-perevozki-passazhirov/, свободный. (Дата обращения: 15.11.2021 г.).
© Скодтаев С. В., 2021
Согласно статистике расследования
авиационных происшествий Межгосударствен-
2
ного авиационного комитета , на территории государств-участников Соглашения о гражданской авиации и об использовании воздушного пространства3, в период с 2004 по 2020 год произошло 759 авиационных происшествий, 375 из которых закончились катастрофой, погибло 2197 человек. Наряду с воздействием на человека энергии удара о землю воздушного судна, пожар и сопровождающие его опасные факторы (пламя, пониженная концентрация кислорода, токсичные продуктов термического разложения, тепловое излучение и др.) являются основной причиной гибели людей при авиакатастрофах.
По результатам исследования обстоятельств авиакатастроф можно заключить, что наибольшую опасность представляет пожар, возникающий при разрушении топливных баков самолета и струйном истечении авиационного топлива.
К сожалению, большинство нововведений, в том числе направленных на обеспечение пожарной безопасности, разрабатываются и внедряются в практику только по результатам проведения тщательных расследований причин уже произошедших авиакатастроф.
Одной из основных проблем для внедрения технических решений, предлагаемых специалистами для повышения пожарной безопасности авиалайнеров, является высокая стоимость работ по оснащению и обслуживанию данных решений.
Например, по расчетам специалистов, суммарные затраты в Великобритании на укомплектование авиалайнеров противодымными колпаками оцениваются в 16,4 миллионов фунтов стерлингов, а устройствами для создания водяных завес - в 9,4 миллиона фунтов стерлингов, в расчете на 1 спасенную, по оценочным прогнозам, жизнь авиапассажира [1].
В свою очередь основным критерием оценки эффективности воздушных судов являются приведенные затраты, в основе которых лежит себестоимость тонна-километра при перевозках пассажиров и груза. Считается, что гражданский самолет тем эффективнее, чем [2]:
- больше величина коммерческой нагрузки;
- больше рейсовая скорость;
2
База по расследованиям авиационных происшествий [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://mak-iac.org/rassledovaniya/, свободный. (Дата обращения: 15.11.2021 г.). 3 Международное соглашение о гражданской авиации и об использовании воздушного пространства от 21.12.1991 г. Бюллетень международных договоров, № 7, 2000 г.
- меньше расходы на эксплуатацию самолета в течение одного летного часа.
Соответственно, необходимо, чтобы разрабатываемые технические решения, направленные на повышение безопасности пассажиров, оказывали минимальное влияние на рост приведенных затрат.
В настоящее время в требованиях по сертификации пассажирских воздушных судов отсутствуют положения, регламентирующие запирание отсеков для размещения предметов ручной клади4. Однако, при возникновении пожара или аварийной посадке самолета предметы ручной клади нередко становятся препятствием для безопасной эвакуации пассажиров. В качестве примера можно привести пожар, произошедший 5 мая 2019 года в международном аэропорту «Шереметьево», когда при жесткой посадке воздушного судна «Sukhoi SuperJet 100» (RRJ-95В) стойки шасси пробили топливные баки, и на землю пролилось несколько тонн авиационного топлива. В результате возникшего пожара погиб 41 пассажир. Все погибшие пассажиры умерли от воздействия опасных факторов пожара.
Одной из причин такого большого количества погибших и пострадавших в данной катастрофе стало то, что при посадке вывалилась часть предметов ручной клади из отсеков для хранения и загромождала центральный проход -основной путь эвакуации. Также в объяснениях некоторых пострадавших содержится информация о том, что пассажиры передних рядов пытались достать свою ручную кладь, тем самым создавая помеху для эвакуирующихся с горящей задней части воздушного судна5.
Законодатель не регламентирует размеры и максимальную массу ручной клади, а возлагает данную функцию на перевозчика6.
4 Межгосударственный авиационный комитет. «Авиационные правила. Часть 25. Нормы летной годности самолетов транспортной категории» (утв. Постановлением 28-й сессии Совета по авиации и использованию воздушного пространства от 11.12.2008).
5 Техническое заключение по факту пожара, произошедшего 05 мая 2019 года в самолете Sukhoi Superjet 100-95 В при посадке на взлетно-посадочную полосу 24Л Международного аэропорта Шереметьево. ИЦЭП СПб университета ГПС МЧС России. 2020. 101 с.
6 Приказ Министерства транспорта Российской Федерации от 28 июня 2007 года № 82 Об утверждении Федеральных авиационных правил «Общие правила воздушных перевозок пассажиров, багажа, грузов и требования к обслуживанию пассажиров, грузоотправителей, грузополучателей» (с изменениями на 15 сентября 2020 года).
Так, в ПАО «Аэрофлот» габариты одного места ручной клади не должны превышать размеры 55х40х25 см, в ООО «Авиакомпания «Победа» - 36х30х27 см. В любом случае, даже маленькая дамская сумка может стать причиной падения эвакуирующегося в спешке пассажира и привести к затору, давке и жертвам. Для исключения подобного неблагоприятного сценария можно предусмотреть устройства блокировки отсеков для размещения предметов ручной клади.
Также на сегодняшний день отдельной статьей дохода многих авиакомпаний является платная регистрация. Правила воздушных перевозок пассажиров6 не запрещают рассаживать членов одной семьи старше 12 лет в разные концы салона воздушного судна. Казалось бы, в этом нет ничего страшного, однако, рассмотрим сценарий, когда мать с ребенком разместили в хвостовой части салона воздушного судна, а отца семейства - в передней. В это время обстоятельства складываются по аналогии с вышеописанной катастрофой, и пассажирам необходимо срочно эвакуироваться. В такой ситуации счёт идёт на секунды. Довольно высока вероятность того, что отец пойдёт спасать свою семью, а, при сложившихся обстоятельствах, его решение, однозначно, будет способствовать торможению всех остальных людей, направляющихся в противоположную сторону к эвакуационным выходам, тем самым уменьшая шансы на успешную эвакуацию.
Для исключения подобного неблагоприятного сценария необходимо внести поправки в правила воздушных перевозок6, запрещающие рассаживать членов одной семьи. В случае отсутствия возможности совместной посадки предлагается максимально компактно группировать членов одной семьи, то есть рассадить их на ближайшие свободные места.
В соответствии с п. 25.803(с)7 время эвакуации пассажиров и экипажа, для авиалайнеров с количеством пассажирских мест более 44, не должно превышать 90 с. Демонстрация проводится в соответствии с приложением J, данного нормативного документа. В эвакуации используется один выход из каждой пары выходов. Из анализа авиационных катастроф известно8, что в большинстве случаев
7 Межгосударственный авиационный комитет. «Авиационные правила. Часть 25. Нормы летной годности самолетов транспортной категории» (утв. Постановлением 28-й сессии Совета по авиации и использованию воздушного пространства от 11.12.2008).
8 База по расследованиям авиационных происшествий [Электронный ресурс] - Режим до-
при пожаре, возникшем вследствие разрушения топливных баков и струйном истечении авиационного топлива, аварийные выходы, расположенные в хвостовой и центральной части воздушного судна (над и за топливными баками) блокируются пламенем. Соответственно, рассматривать выходы, которые с большой вероятностью могут быть заблокированы при пожаре, во время демонстрации эвакуации нецелесообразно. Более реально выглядит сценарий эвакуации через одну пару выходов, расположенных в передней или хвостовой части воздушного судна, в ситуации, когда остальные выходы заблокированы.
Реальное проведение учений с членами экипажа и пассажирами сопряжено со значительными трудностями. Речь идет не только о материальных затратах, но и о возможности получения пассажирами травм.
Соответственно, оценка времени эвакуации в нештатной ситуации может быть получена в ходе проведения численных экспериментов - компьютерного моделирования с помощью программного обеспечения, позволяющего эффективно спрогнозировать эвакуацию пассажиров, сократить сроки и расходы проводимых исследований.
Соответственно, для проверки эффективности предложенных технических решений было проведено имитационное моделирование процесса эвакуации из воздушного судна в численной среде.
Для наиболее приближенного к реальности воспроизведения процесса эвакуации из самолета была выбрана индивидуально-поточная модель движения, описанная в9,10, в которой объектом моделирования является отдельный человек, что дает определенные возможности учета различных факторов, влияющих на его перемещение в пространстве [3].
Построенная модель позволяет отработать различные сценарии эвакуации, дает возможность внесения необходимых изменений в изучаемый процесс, рассмотреть влияние различных новых вводных обстоятельств на движение людского потока.
ступа: https://mak-iac.org/rassledovaniya/, свободный. (Дата обращения: 15.11.2021 г.). 9 Приложение к Приказу МЧС России № 382 от 30.06.2009г. «Методика определения расчетных величин пожарного риска в зданиях, сооружениях и пожарных отсеках различных классов функциональной пожарной опасности» (ред. от 02.12.2015 г.).
0 Приложение к Приказу МЧС России № 404 от 10.07.2009г «Методика определения расчетных величин пожарного риска на производственных объектах» (ред. от 14.12.2010).
Стоит отметить, что в настоящее время отсутствует алгоритм расчета времени эвакуации из салона воздушного судна. В существующих методиках определения расчетных величин пожарного риска описываются идентичные модели движения людских потоков при эвакуации. Однако, использование параметров движения людей, приведенных в9,10, при моделировании эвакуации людей из салона воздушного судна вызывает сомнения. Дело в том, что согласно п. 2 Приложения 5 Методики9 пути движения людей и выходы высотой менее 1,9 м и шириной менее 0,7 м при составлении расчетной схемы эвакуации не учитываются. Ширина же основных проходов к эвакуационным выходам из салона воздушного судна, как правило, менее указанных значений.
Типовой состав пассажиров, используемый для демонстрации безопасной эвакуации в соответствии с 11, состоит из 60 % мужчин, 40 % женщин, 3 младенцев до 2-х лет, при этом 35 % из общего числа пассажиров составляю лица старше 50 лет (15 % женщины, 20 % мужчины). Параметры эвакуации всех перечисленных контингентов людей в расчете реализовать не представляется возможным, ввиду отсутствия необходимых данных.
Для моделирования эвакуации были использованы данные, приведенные в [4], применяемые авторами статьи при исследовании эвакуации людей из Airbus A330 и полученные на основе замеров реальных параметров движения людей при эвакуации. Параметры приводились для мужчин и женщин без ограничений по здоровью.
Использованные при моделировании параметры эвакуации людей, их проекции, скорость движения приведены в табл. 1.
При моделировании также были приняты следующие допущения:
- расчетное время эвакуации людей составляло время от начала эвакуации до выхода последнего человека из воздушного судна + 10 сек., необходимые для открытия аварийных выходов (интервал времени от момента приведения в действие средств открытия до момента полного открытия выхода, в соответствии с п. 25.809.11);
- все пассажиры и члены экипажа до начала эвакуации располагались на своих местах.
11 Межгосударственный авиационный комитет. «Авиационные правила. Часть 25. Нормы летной годности самолетов транспортной категории» (утв. Постановлением 28-й сессии Совета по авиации и использованию воздушного пространства от 11.12.2008).
Таблица 1. Параметры эвакуации людей
Параметр Мужчина Женщина
Соотношение, % 60 40
Рост, м 1,691 1,57
Ширина в плечах, м 0,441 0,405
Скорость движения, м/с 2,44
Скорость прохождения человека в дверном проеме, чел/с 2,105
В качестве объекта исследования рассмотрено воздушное судно «Sukhoi SuperJet 100» (RRJ-95B) в двухклассной компоновке на 87 пассажирских мест (рис. 1).
Основные геометрические характеристики рассматриваемого воздушного судна:
- длина - 29,94 м.;
- размах крыла - 27,8 м.;
- длина фюзеляжа - 29,94 м.;
- ширина фюзеляжа - 3,46 м.;
- высота фюзеляжа - 3,62 м.;
- высота уровня пола кабины - 2,8 м.;
- высота пассажирского салона - 2,112 м.;
- ширина пассажирского салона - 3,24 м.;
- длина пассажирского салона (расстояние от 10 до 51 шпангоута) -20,417 м.;
- ширина основного прохода - 0,508 м.;
- передняя входная дверь (П-В) -0,86х1,83 м.;
- передняя сервисная дверь (П-С) -0,765х1,65 м.;
- задняя входная дверь (З-В) -0,765х1,65 м.;
- задняя сервисная дверь (З-С) -0,765х1,65 м.
Входные и сервисные двери левого и правого бортов являются также и аварийными выходами и оснащаются встроенными аварийными трапами.
Под аварийными в данной статье понимаются выходы, используемые людьми для эвакуации.
При моделировании рассматривались четыре сценария эвакуации.
Сценарий 1. Ручная кладь отсутствует в проходах. При составлении расчетной схемы эвакуации один из каждой пары выходов (передние и задние) считался заблокированным.
Сценарий 2. Расчет эвакуации с учетом требований12 - 50 % ручной клади распределено в различных местах в проходах, подходах к аварийным выходам для создания неболь-
Сценарий 3.|Расчет эвакуации с учетом требований12- 50 % ручной клади распределено в различных местах в проходах, подходах к аварийным выходам для создания небольших препятствий. При составлении расчетной схемы эвакуации один из каждой пары выходов (передние и задние) считался заблокированным. Два человека идут против потока.
Сценарий 4. Расчет эвакуации с учетом требований12 - 50 % ручной клади распределено в различных местах в проходах, подходах к аварийным выходам для создания небольших препятствий. При составлении расчетной схемы эвакуации задние выходы считались заблокированным.
Моделирование эвакуации проводилось в программном продукте Pathfinder, в котором реализована индивидуально-поточная модель эвакуации [5]. В программе базовая скорость человека определяется как функция плотности и объемно-планировочных решений:
V b=Vm ax-Vf(D)-Vf t , (1)
где umax - максимальная скорость человека;
vf(D) - зависимость скорости от плотности, выражающаяся следующим образом:
12
Межгосударственный авиационный комитет. «Авиационные правила. Часть 25. Нормы летной годности самолетов транспортной категории» (утв. Постановлением 28-й сессии Совета по авиации и использованию воздушного пространства от 11.12.2008).
ших препятствий. При составлении расчетной схемы эвакуации один из каждой пары выходов (передние и задние) считался заблокированным.
в ■
я
(т)\ _ ) г 1 1 В<0,55 чел/м2 /о\
~ и? [V*. ¿с 1 - 0 ' 2 6 Н'с г 0'5 5 чел/ м2 (2)
v/min- минимальная доля скорости (по умолчанию 0,15);
Б - плотность людей в определенной области
V/ г доля скорости, зависящая от объемно-планировочных решений пути
Численная 3-й модель части воздушного судна с рассаженными пассажирами различной гендерной принадлежности приведена ниже (рис. 2). На рисунке выделены те выходы, которые считались по сценарию заблокированными и в расчете времени эвакуации не учитывались.
Максимальная плотность людей в сценарии 1 при движении к противоположным выходам наблюдается в середине салона (рис. 3).
Результаты моделирования представлены в табл. 2.
В случае наличия ручной клади в проходе, время эвакуации в два противоположных выхода (в один передний и один задний) увеличивается примерно на 30 с.
Когда предполагается, что в условиях наличия ручной клади в проходах еще два человека идут против потока (сценарий 3), например, с носа салона в сторону задних дверей, то возникает еще большее скопление (рис. 4), и время эвакуации достигает более 2 минут (132,4 с).
БИЗНЕС ЭКОНОМкМЕСКИЙ КЛАСС
Рис. 1. Схема компоновки воздушного судна «Sukhoi SuperJet 100» (RRJ-95B)
Рис. 2. Численная модель эвакуации в Pathfinder
Вышло: 53/В7 Плотность (чел/м*2)
3
2.755
2.51
1.04
0.795
Рис. 3. Скопление людей в центре салона, сценарий 1
Таблица 2. Времена эвакуации для различных сценариев
Сценарий Время эвакуации, с
П-В П-С З-В З-С
1 - 67,8 65,0 -
2 - 96,3 90,9 -
3 - 125,5 132,4 -
4 186,7 189 - -
Рис. 4. Скопление людей в центре салона, сценарий 3
В сценарии 4, когда предполагаются заблокированными два задних выхода и эвакуация людей осуществляется в два передних выхода, время эвакуации по сравнению со случаем, при котором отсутствует ручная кладь в проходе и эвакуация осуществляется в два противоположных выхода (сценарий 1), увеличивается в 2,8 раза и достигает более 3 минут. В этом случае люди скапливаются в
хвостовой части салона и не могут эвакуироваться (рис. 5).
Очевидно, что, если в условиях, соответствующих сценарию 4, несколько человек будет двигаться против потока для оказания помощи членам своей семьи, процесс эвакуации замедлится, что может привести к значительным потерям.
Рис. 5. Скопление людей в хвостовой части салона, сценарий 3
Заключение
Использование имитационной модели эвакуации пассажиров из воздушного судна в численной среде позволяет эффективно спрогнозировать поведение людей в случае эвакуации при различных сценариях ее развития.
Проведенное компьютерное моделирование процесса эвакуации показало наличие зависимости времени эвакуации от наличия препятствий в проходах, расположения выходов и направления движения потоков людей.
Приведёнными численными экспериментами подтверждена необходимость разработки дополнительных противопожарных мероприятий, направленных на обеспечение условий безопасной эвакуации людей из сало-
Список литературы
1. Smith K. Design for survival from toxic fumes in aircraft cabin fires // Fire., Basel, Switzerland. 1982, 74, № 922, pp. 625-636.
2. Проектирование самолетов: Учебник для вузов / С. М. Егер, В. Ф. Мишин, Н. К. Ли-сейцев [и др.]. 3-е изд. М.: Машиностроение, 1983. 616 с.
3. Эвакуация и поведение людей при пожарах: учебное пособие / В. В. Холщевников, Д. А. Самошин, А. П. Парфененко [и др.]. М.: Академия ГПС МЧС России, 2015. 262 с.
4. Panupong Choochart, Chinnapat Thip-yopas. Study of Passenger Evacuation from the Airbus A330-300 Aircraft// Proceedings International Conference 2020-Innovation Aviation & Aerospace Industry.13-17 Jan 2020, Chumphon, Thailand, 2020. pp. 21 -30.
5. Pathfinder User Manual.Version: 20213. Last Modified: 2021-09-14/ 403 Poyntz Ave., Suite B. Manhattan, KS 66502, USA: Thunder-head Engineering.
на воздушного судна и исключающих факторы, увеличивающие время эвакуации:
1. Для исключения загромождения эвакуационных путей предметами ручной клади необходимо предусмотреть устройства блокировки отсеков для ее размещения.
2. Для исключения возникновения разнонаправленных потоков людей необходимо внести в13 поправки, запрещающие рассаживать в разные части салона воздушного судна членов одной семьи.
Также необходимо добавить в Сертификационный базис14 дополнительный сценарий демонстрации аварийной эвакуации через пару выходов, расположенных в передней или хвостовой части воздушного судна, при условии блокировки остальных выходов.
References
1. Smith K. Design for survival from toxic fumes in aircraft cabin fires // Fire., Basel, Switzerland.- 1982, 74, № 922, pp. 625-636.
2. Proektirovanie samoletov: Uchebnik dlya vuzov [Aircraft Design: A University Textbook]. S. M. Eger, V. F. Mishin, N. K. Lisejcev [et al.]. 3-e izd. M.: Mashinostroenie, 1983. 616 p.
3. Evakuaciya i povedenie lyudej pri pozharah: uchebnoye posobie [Evacuation and behavior of people in case of fire: a tutorial] / V. V. Holshchevnikov, D. A. Samoshin, A. P. Par-fenenko [et al.]. M.: Akademiya GPS MCHS Ros-sii, 2015. 262 p.
4. Panupong Choochart, Chinnapat Thip-yopas. Study of Passenger Evacuation from the Airbus A330-300 Aircraft// Proceedings International Conference 2020-Innovation Aviation & Aerospace Industry.13-17 Jan 2020, Chumphon, Thailand, 2020. pp. 21-30.
5. Pathfinder User Manual.Version: 20213. Last Modified: 2021-09-14/ 403 Poyntz Ave., Suite B. Manhattan, KS 66502, USA: Thunder-head Engineering.
13
Приказ Министерства транспорта Российской Федерации от 28 июня 2007 года № 82 Об утверждении Федеральных авиационных правил «Общие правила воздушных перевозок пассажиров, багажа, грузов и требования к обслуживанию пассажиров, грузоотправителей, грузополучателей» (с изменениями на 15 сентября 2020 года).
14 Межгосударственный авиационный комитет. «Авиационные правила. Часть 25. Нормы летной годности самолетов транспортной категории» (утв. Постановлением 28-й сессии Совета по авиации и использованию воздушного пространства от 11.12.2008).
Скодтаев Сослан Владиславович Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России, Российская Федерация, г. Санкт-Петербург старший научный сотрудник E-mail: ugps.ssv@mail.ru Skodtaev Soslan Vladislavovich
Federal State Budget Educational Establishment of Higher Education «Saint-Petersburg university of State fire service of EMERCOM of Russia», Russian Federation, St. Petersburg E-mail: ugps.ssv@mail.ru
