ОСОБЕННОСТИ РАСЧЁТА ПРОЦЕССА ЭВАКУАЦИИ ЛЮДЕЙ ИЗ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА МЕТРОПОЛИТЕНА

Агеев П. М., Савосько С. В., Маслаков М. Д.

ОСОБЕННОСТИ РАСЧЁТА ПРОЦЕССА ЭВАКУАЦИИ ЛЮДЕЙ ИЗ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА МЕТРОПОЛИТЕНА

В статье проанализированы основные аспекты эвакуации людей из тоннелей метрополитена, а также предложены математические зависимости для определения времени эвакуации людей.

Ключевые слова: эвакуация, тоннель, объекты метрополитена, пожарный риск.

Эвакуация из подземных сооружений метрополитена имеет ряд специфических особенностей, не описанных ни в одной из существующих расчётных методик. В представленной статье речь пойдёт об эвакуации людей из поезда, остановленного в тоннеле.

Отечественные и зарубежные материалы по пожарам и аварийным ситуациям, происшедшим на метрополитенах, свидетельствуют об их чрезвычайной опасности для людей. Наиболее критическая ситуация складывается при пожаре или аварийной ситуации на подвижном составе в тоннеле.

Подземные линии метрополитена могут быть мелкого (от 6 до 12 м) и глубокого (до 100 м) заложения. Их пассажиропоток в часы пик достигает 60 тыс. чел.-ч в одном направлении. В сооружениях станций (включая поезда) может находиться до 4 тыс. чел., а при нарушениях режима движения поездов или эскалаторов - до 5-6 тыс. чел.

В сооружениях метрополитена расположено большое количество электрооборудования и кабельных сетей, в том числе транзитных кабелей специального назначения. По этой причине, а также вследствие особенностей эксплуатации электроустановок метрополитена и энергосистемы города невозможно оперативное снятие напряжения с этих устройств. Относительно быстро (за 2-3 мин.) напряжение может быть снято только с контактного рельса.

Помимо высокой насыщенности помещений и сооружений кабельными сетями и электрооборудованием, находящихся под напряжением, пожарная опасность подземных сооружений метрополитена характеризуется наличием значительного количества горючих материалов в оборудовании служебных по-

мещений, эскалаторных и путевых тоннелей, а также высокой пожарной опасностью электроподвижного состава, перемещающегося в период эксплуатации по трассе и частично оставляемого для ночного отстоя в тупиках и на станционных путях.

Сложная планировка и удалённость от поверхности создают трудности для доступа пожарных бригад в ряд подземных объектов и сооружений метрополитена, затрудняя тушение пожара. Вследствие этой особенности происходит сильное задымление подземного объекта с очагом пожара, а также прилегающих подземных сооружений на значительном участке трассы. Быстрому распространению горения и опасных факторов пожара на значительную площадь также способствует наличие вентиляционных потоков.

Анализ пожаров и аварийных ситуаций на метрополитенах показывает, что к особенностям подземных сооружений метрополитена, затрудняющим проведение эвакуации, относятся:

- массовое пребывание людей в подземных сооружениях в течение почти всей продолжительности суток;

- ограниченное число выходов на поверхность;

- сложная планировка и удалённость от поверхности;

- неприспособленность тоннеля для вынужденной эвакуации большого количества пассажиров и значительная протяжённость путей эвакуации;

- наличие оборудования и кабельных сетей, находящихся под напряжением;

- ограниченность пространства, а вследствие этого и сильное задымление объёма сооружений метрополитена;

- высокие концентрации токсичных продуктов горения;

- высокая температура (900-1000 °С) как в зоне очага пожара, так и на значительных расстояниях от него, что делает невозможным эффективное использование средств пожаротушения;

- вызванная пожаром возможность отключения питания электрической тяги 825 В и остановки поездов в тоннелях, отключения освещения, эскалаторов, а также светофоров и других устройств обеспечения безопасности движения;

- возможное возникновение паники среди пассажиров;

- возможный выход из строя технических средств обеспечения эвакуации (аварийного освещения, вентиляции и др.).

Из этого следует, что объекты метрополитена должны иметь такие объёмно-планировочные, конструктивные решения или технические средства, при которых бы обеспечивалась безопасная эвакуация людей.

Требование по безопасности при вероятности эвакуации людей по эвакуационным путям Рэп = 0,999 формулируется [2] в виде выражения:

* + t < t,,

н.э р — бл'

где *нэ - интервал времени от возникновения пожара до начала эвакуации людей, мин.; Тр - расчётное время эвакуации людей, мин.; *бл - время от начала пожара до блокирования эвакуационных путей в результате распространения на них опасных факторов пожара, имеющих предельно допустимые для людей значения.

Согласно выражению (1) безопасная эвакуация может быть обеспечена за счёт уменьшения * и * или за счёт увеличения ^ . Зна-

н.э р 3 бл

чения этих величин будут зависеть от решений, принимаемых при проектировании сооружений метрополитена.

Время начала эвакуации *нэ при пожаре в подвижном составе в тоннеле определяется временем, необходимым для снятия напряжения с контактного рельса.

Реализация уменьшения * и * обеспе-

н.э р

чивается:

- принятием организационно-технических решений, направленных на уменьшение интервала времени до начала эвакуации;

- необходимым количеством, размерами и конструктивным исполнением эвакуационных путей и выходов (шаг между соединительными сбойками, размеры соединительных сбоек между тоннелями; эвакуация людей из аварийного вагона в смежные через переходные площадки и т. д.);

- управлением эвакуационными потоками с помощью технических средств.

Реализация увеличения *бл обеспечивается:

- увеличением объёма перегонных тоннелей, то есть проектированием двухпутных тоннелей;

- активной противодымной защитой путей эвакуации или непосредственно объёма сооружения.

Пути и выходы из перегонных тоннелей не отвечают требованиям, предъявляемым к эвакуационным путям и выходам, в связи с чем параметры движения людского потока существенно отличаются от параметров, приведённых в [2]. Кроме того, отсутствуют данные для такого участка движения как спуск из вагона в тоннель.

Путь эвакуации в тоннеле следует разбивать на следующие участки:

- выход из вагона;

- движение между вагоном и стеной тоннеля;

- движение по соединительной сбойке между параллельными тоннелями;

- движение по перегонному тоннелю.

Подобное разбиение было установлено

при исследовании параметров движения людских потоков в ходе специальных пожарно-тактических учений на петербургском метрополитене.

Полученные экспериментальные кривые зависимостей скорости от плотности людского потока на выбранных участках движения были аппроксимированы полиномом вида:

V = А0 + А1 • Б1 + А2 • О2 + А3 • Б3 + А4 • Б4,

где А0, А1, А2, А3, А4 - коэффициенты аппроксимации.

Значения плотности, скорости и интенсивности людского потока при движении в тоннеле вдоль подвижного состава, через сбойку и по перегонному тоннелю без подвижного состава представлены в таблице.

Те же исследования позволили установить, что при эвакуации через одну дверь вагона одновременно могут спуститься на уровень путевого бетона два человека за 5 сек., то есть пропускная способность одной двери вагона составляет 0 = 24 чел • мин-1.

Процесс эвакуации вдоль подвижного состава условно разделяется на два этапа: до начала стабилизации, когда плотность людского

Параметры движения людского потока

Движение людского потока

Плотность потока Д м2  м-2 Вдоль состава Сбойка Тоннель свободный

Скорость V, м • мин-1 Интенсивность д, м • мин-1 Скорость V, м • мин-1 Интенсивность д, м • мин-1 Скорость V, м • мин-1 Интенсивность а, м • мин-1

0,01 59 0,59 100 1,00 93 0,93

0,05 52 2,60 100 5,00 86 4,30

0,10 41 4,10 80 8,00 76 7,60

0,15 34 5,10 70 10,00 65 9,75

0,20 29 5,80 60 12,00 54 10,80

0,25 26 6,50 54 13,05 46 11,50

0,30 23 6,90 47 14,10 40 12,00

0,35 21 7,35 44 15,05 36 12,60

0,40 19 7,60 40 16,00 32 12,80

0,45 18 8,10 37 16,25 29 13,05

0,50 17 8,50 33 16,50 27 13,50

0,55 15 8,25 31 16,40 24 13,20

0,60 13 7,80 28 16,30 21 12,60

0,65 12 7,80 26 16,20 19 12,35

0,70 11 7,70 23 16,10 17 11,90

0,75 10 7,50 21 15,05 15 11,25

0,80 9 7,20 19 15,20 14 11,20

0,85 - - 17 14,35 13 11,05

0,90 - - 15 13,50 12 10,80

потока переменна и не достигает 0,50 м2 • м-2, и во время стабилизации, когда плотность людского потока достигает 0,50 м2 • м-2 при интенсивности а = 8,50 м • мин-1.

1 тах 1

Для дальнейшего анализа обозначим участки эвакуационного пути следующим образом:

1 участок - вагон;

2 участок - тоннель вдоль состава;

3 участок - сбойка;

4 участок - тоннель свободный.

Каждый из участков с помощью координатной сетки разбивается на элементарные площади, соответствующие площади горизонтальной проекции человека. В начальный момент времени задаётся количество и расположение людей на каждом участке. Логическое построение алгоритма основывается на анализе состояния соседних элементарных участков в направлении движения по координатной сетке. При условии, если следующий по ходу движения элемент свободен, в него производится «перемещение человека».

Если элемент являлся последним на рассматриваемом участке, «перемещение человека» производится на следующий участок эвакуационного пути.

Решение поставленной задачи на каждом временном шаге происходит в следующей последовательности. В начальный момент времени на /-м участке плотность людского потока определяется по формуле:

где Лу - количество людей на /-м участке, чел.; / - средняя площадь горизонтальной проекции человека, м2; Б. - площадь /-го участка, м2.

Количество людей в момент времени на/-м участке определяется по формуле [2]:

л) =

где Лу"1 - количество людей на участке / в момент времени Т;-1, чел.; (1п'1_х - количество людей, пришедших с участка / - 1 в момент времени Т., чел.; с1- количество людей, ушедших на участок / + 1 в момент времени Т., чел.

Количество людей, пришедших с участка / - 1 и ушедших на участок / + 1, определяется по формулам [2]:

12 3 4 к станции

-¡—Л— -5Н- —¡~к:--5Г-

'Г- и ' ' К ' )( ' )( ' ][ '

к станции

Гт к ! )( ! к : || : || : ---------^-----

а

1 -

_ у—I _ у—1 у-1"

- 7 - /

.. яг1 о;-1 К/-15, л

При высадке пассажиров из вагонов в перегонный тоннель с последующим их движением к станции возможны следующие варианты расчёта продолжительности эвакуации:

- эвакуация по одной стороне тоннеля при пожаре в головной (хвостовой) части подвижного состава;

- эвакуация по одной стороне тоннеля при пожаре в средней части подвижного состава;

- эвакуация по двум сторонам тоннеля при пожаре в головной (хвостовой) части подвижного состава;

- эвакуация по двум сторонам тоннеля при пожаре в средней части подвижного состава.

В результате математического моделирования по методике, изложенной выше, можно получить следующую зависимость для определения времени эвакуации пассажиров до безопасной зоны (выход в эвакуационную сбойку или на станцию):

/;= 0,0294^^^ + 0,0116!т, (2) 60 пэ т

где £ - расчётное время эвакуации пассажиров по тоннелю до станции, мин.; П - пассажиропоток по соответствующему перегону (тоннелю) в рассматриваемое время суток (в часы пик), чел • ч-1; пэ - количество направлений эвакуации из вагона. При эвакуации через двери с одной стороны поезда пэ = 1,

к станции «А» к станции «Б»

<------г*- ( 1 н 1 н ,------»г- 1 к 1 ---->Г-----». К 1 1

к станции «А» к станции «Б»

. 1-и к : н : 'к ии-

б

с двух сторон (направо и налево) - пэ = 2; ^ -интервал попутного следования между поездами, ч; ж - коэффициент, характеризующий отношение количества вагонов соответствующей части подвижного состава, вдоль которых движутся люди, к общему числу вагонов в поезде. При пожаре в голове (хвосте) поезда ж = 1, в средней части поезда - 0,5; Ь( -длина маршрута эвакуации по свободному от поезда тоннелю.

Величина П|и /60 представляет собой среднюю наполняемость поезда в часы пик.

Первое слагаемое формулы (2) характеризует время освобождения людьми участка тоннеля, занятого поездом, второе - время движения в тоннеле до станции.

Схемы эвакуации пассажиров представлены на рисунке.

При пожаре в средней части подвижного состава при определении времени эвакуации отдельно рассчитывается время эвакуации до станции «А» и время эвакуации до станции «Б».

Предложенная в статье методика проведения расчётов времени эвакуации людей из поезда, остановившегося в тоннеле, может быть использована при определении пожарного риска на подземных объектах и сооружениях метрополитена.

ЛИТЕРАТУРА

1. Федеральный закон от 22.07.2008 г. № 123-Ф3 «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности».

2. Приказ МЧС РФ от 30.07.2009 г. № 382 «Об утверждении методики определения расчётных величин пожарного риска в зданиях, сооружениях и строениях различных классов функциональной пожарной опасности»

3. Зычков Э. А. Закономерности процессов эвакуации людей при пожаре подвижного состава в тоннеле метрополитена: дис. ... канд. техн. наук. - СПб.: ИПБ МВД России, 1998. - 184 с.

4. Холщевников В. В. Людские потоки в зданиях, сооружениях и на территории их комплексов: дис. . д-ра техн. наук. - М., 1983.

Схемы одно- и двухсторонней эвакуации в тоннеле при пожаре: а - в головной (хвостовой) части подвижного состава; б - в средней части подвижного состава; перегонный тоннель; 2 - расположение очага пожара; 3 - подвижной состав; 4 - направление эвакуации

Ageev P., Savosko S., Maslakov M.

ASPECTS OF CALCULATING EVACUATION OF PEOPLE FROM THE UNDERGROUND ROLLING STOCK

ABSTRACT

Purpose. The article analyzes the main aspects of evacuation of people from underground tunnels. The aim was to specify mathematical relations in order to determine the evacuation time of people from trains stopped in tunnels.

Methods. During special fire-tactical drills in St. Petersburg underground some experimental data on crowd flow circulation were obtained. The analysis of these data made it possible to understand appropriate mathematical relations and allowed working out methods of calculating evacuation time.

Findings. As a result of the research studies we have worked out the calculation procedure for determining evacuation time of passengers from a train stopped in a tunnel.

Research application field. The results can be practically applied in the area of fire risk calculations for underground facilities of the Metro system.

Conclusions. During the research work we have developed calculation methods that allow making calculation of time to evacuate people from trains stopped in tunnels. It can be recommended to be included in the methodology of calculating fire risk in underground facilities of the Metro system.

In the long view studies of various aspects of evacuation can be carried out for other underground structures of the Metro system, such as escalator tunnels and platform halls.

Key words: evacuation, tunnel, underground facilities, fire risk.

REFERENCES

1. Federal law of Russia on July 22, 2008, No. 123 "Technical regulations on fire safety requirements".

2. The Order of the Ministry of EMERCOM of the Russian Federation on 30 July, 2009 № 382 "On approval of the methodology for determining the calculated values fire risk in buildings, structures and buildings of various classes of functional fire danger"

3. Zychkov E.A. Zakonomernosti protsessov evakuatsii liudei pri pozhare podvizhnogo sostava v tonnele metropolitena

[Regularities of the processes of evacuation, fire-fighting rolling stock in the tunnel of the metro Cand. techn. sci. diss.]. St. Petersburg, IPB MVD Rossii Publ., 1998, 184p.

4. Kholshchevnikov V.V. Liudskie potoki v zdaniiakh, sooruzheniiakh i na territorii ikh kompleksov [Human flows in buildings, structures and their complexes Doctor techn sci. diss.]. Moscow, 1983.

Pavel Ageev

SERGEi SAVOSKO

MiKHAiL Maslakov

Candidate of Technical Sciences

St. Petersburg State Fire University of EMERCOM of Russia, St. Petersburg, Russia

St. Petersburg State Fire University of EMERCOM of Russia, St. Petersburg, Russia

Doctor of Technical Sciences, Professor

St. Petersburg State Fire University of EMERCOM of Russia,

St. Petersburg, Russia