Особенности определения расчетного времени эвакуации людей по внутренним открытым лестницам

БЕЗОПАСНОСТЬ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА HUMAN LIFE SAFETY

Оригинальная статья / Original article УДК 614.8.084, 614.84

DOI: http://dx.doi.org/10.21285/2500-1582-2019-2-228-236

Особенности определения расчетного времени эвакуации людей по внутренним открытым лестницам

© Д.В. Седов, Р.Г. Шубкин

Восточно-Сибирский институт МВД России, г. Иркутск, Россия

Резюме: В статье рассматривается актуальный вопрос, связанный с определением расчетного времени эвакуации людей по открытым внутренним лестницам, находящимся внутри общественных зданий. Согласно обязательным для исполнения нормативным требованиям длина пути эвакуации по таким лестницам принимается равной ее утроенной высоте. Реализация данного требования в ходе проведения соответствующих расчетов в рамках оценки индивидуального пожарного риска сопряжена с некоторыми сложностями. В статье предлагается вариант решения проблемы путем постановки численного эксперимента с использованием специализированных программных продуктов для моделирования эвакуации людей и опытного определения значения модификатора скорости, который обеспечивает выполнение указанного нормативного требования.

Ключевые слова: моделирование эвакуации, внутренняя открытая лестница, оценка пожарного риска, пожарная безопасность, общественное здание, длина пути эвакуации

Информация о статье: Дата поступления 15 января 2019 г.; дата принятия к печати 04 апреля 2019 г.; дата онлайн-размещения 28 июня 2019 г.

Формат цитирования: Седов Д.В., Шубкин Р.Г. Особенности определения расчетного времени эвакуации людей по внутренним открытым лестницам. XXI век. Техносферная безопасность. 2019;4(2):228-236. DOI: http://doi.org/10.21285/2500-1582-2019-2-228-236

Peculiarities of calculation of the estimated time of evacuation of people using internal open stairs

Dmitry V. Sedov, Roman G. Shubkin

East-Siberian Institute of the Ministry of Internal Affairs of Russia, Irkutsk, Russia

Abstract: The article deals with an issue of calculation of the estimated time of evacuation of people along open internal stairs located inside public buildings. According to mandatory regulatory requirements, the length of the escape route along such stairs is assumed to be equal to its tripled height. Implementation of this requirement when calculating the estimate time of evacuation is fraught with difficulties. The article solves the problem by conductng a numerical experiment using specialized software products to simulate the evacuation of people and experimentally determine the value of the speed modifier which ensures that the regulatory requirements are met.

Keywords: evacuation modeling, internal open stairs, fire risk assessment, fire safety, public building, length of the escape route

Information about the article: Received January 15, 2019; accepted for publication on April 4, 2019; available online on June 28, 2019 г.

For citation: Sedov D.V., Shubkin R.G. Peculiarities of calculation of the estimated time of evacuation of people using internal open stairs. XXI vek. Tekhnosfernaya bezopasnost' = XXI century. Technosphere Safety. 2019;4(2):228-236. (In Russian) DOI: http://doi.org/10.21285/2500-1582-2019-2-228-236

Постановка проблемы

При проведении расчетов в рамках оценки индивидуального пожарного риска в

общественных зданиях возникает вопрос о порядке применения нормативных требований, касающихся эвакуации людей по откры-

2019;4(2): 228-236

XXI ВЕК. ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ XXI CENTURY. TECHNOSPHERE SAFETY

ISSN 2500-1582

227

Д.В. Седов, Р.Г. Шубкин. Особенности определения расчетного времени эвакуации людей по внутренним открытым лестницам D.V. Sedov, R.G. Shubkin Peculiarities of calculation of the estimated time of evacuation

of people using internal open stairs

тым внутренним лестницам (второго типа). В целом, моделирование процесса эвакуации при пожаре предполагает использование параметров движения людей, установленных нормативной методикой [1]. Однако в случае эвакуации по лестницам второго типа существуют дополнительные нормативные требования, обязательные для исполнения (см. ч. 13 ст. 89 [2]): длину пути эвакуации по лестнице второго типа в помещении следует определять равной ее утроенной высоте.

По всей видимости, суть данного дополнительного требования сводится к необходимости уменьшения расчетной скорости Цр движения людей по лестнице второго типа. Однако причины введения данного требования в нормах не раскрываются. Вероятно, это связано с возможностью воздействия опасных факторов пожара на людей, эвакуирующихся по открытой лестнице внутри помещения. Менее вероятно, что это связано с необходимостью двигаться по открытой лестнице более осторожно во избежание падения.

Так или иначе, указанное требование применительно к моделированию процесса эвакуации представляется не совсем ясным, так как непонятно, что именно подразумевается под высотой лестницы. Если высота лестницы - это разность отметок, которые соединяет лестница, то почему в расчет берется утроенная разность отметок без учета длины маршей?

Ведь если, например, разность отметок между нижней и верхней лестничными площадками составляет Л = 4,75 м (лестница имеет 4 площадки и 3 марша), то при разной длине маршей фактическая длина пути эвакуации по лестнице может составлять как /ф = 25 м, так и /ф = 40 м (рис. 1, а). Однако согласно указанным выше требованиям расчетная длина /р пути эвакуации по лестнице второго типа в любом случае должна быть принята равной утроенной высоте лестницы: /р = 3Л = = 34,75 = 14,25 м. Данный подход представляется нелогичным, потому что, как

правило, приводит к меньшей длине пути эвакуации по лестнице в сравнении с его фактической длиной (/р < /ф).

Если же в нормах имеется в виду, что длина пути эвакуации по лестнице второго типа должна приниматься равной длине пути эвакуации по аналогичной лестнице, но имеющей утроенную высоту, то ситуация становится яснее (рис. 1, б). В этом случае угол наклона и длина маршей сохраняются, но количество маршей и площадок увеличивается. Так, если высота лестницы увеличивается с Л = 4,75 м до 3Л = 14,25 м, то количество маршей возрастает с трех до девяти, а количество площадок - с пяти до десяти. При этом длина пути эвакуации увеличивается с /ф = 25 м до /р = 79 м и в целом всегда /р > /ф, как и предполагается.

Поскольку фактическая длина пути эвакуации по лестнице остается прежней, то согласно нормам, по всей видимости, человек должен эвакуироваться по ней с меньшей расчетной скоростью Vр, чем по другим лестницам. Расчетная скорость Цр движения человека по лестнице второго типа высотой Л должна быть такой, чтобы расчетное время эвакуации по ней ¿р(Л) было равно фактическому времени эвакуации ?ф(3Л) по аналогичной лестнице, имеющей утроенную высоту (3Л):

1рф) = ¿ф(3Л).

Иными словами, при моделировании движения людей по лестнице второго типа они должны проходить ее за время, которое им понадобится для прохождения лестницы, которая будет в 3 раза выше. Для этого, естественно, скорость Цр должна быть меньше номинальной скорости человека Цном:

Цр = V

где k - коэффициент пропорциональности (модификатор скорости).

ISSN 2500-1582

XXI ВЕК. ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ XXI CENTURY. TECHNOSPHERE SAFETY

2019;4(2): 228-236

a b

Рис. 1. Схемы для интерпретации требования о расчетной длине пути эвакуации по лестнице второго типа: a - стандартная длина марша; b - утроенная длина марша Fig. 1. Schemes for interpreting the evacuation route length requirement Using the second type stairs: a - standard march length; b - the tripled length of the march

Модификатор скорости к может быть установлен путем проведения численного эксперимента с использованием специализированных программных продуктов для моделирования процесса эвакуации.

Методы исследования

Анализ известных специализированных программных продуктов для моделирования процесса эвакуации показал, что наиболее точно и реалистично моделирование осуществляется программой «Pathfinder» [3], которая базируется на модели индивидуально-поточного движения, предусмотренной нормативной методикой [1].

Результаты и обсуждение

Конкретный вариант реализации рассматриваемого нормативного требования был опробован при рассмотрении двухэтажного общественного здания второй степени огнестойкости. На первом этаже здания расположены помещения по обслуживанию населения (класс функциональной пожарной опасности Ф3.5), на втором этаже - офисные помещения (Ф4.3). Для эвакуации предусмотрено две неза-дымляемые лестничные клетки типа Н2 и одна внутренняя открытая лестница второго типа. С первого этажа предусмотрено 4 эвакуационных выхода, со второго этажа -3. Время присутствия людей составляет 10 ч в сутки. На первом этаже в соответствии с [4] находится 338 посетителей. Ко-

2019;4(2):228-236

XXI ВЕК. ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ XXI CENTURY. TECHNOSPHERE SAFETY

ISSN 2500-1582

229

Л

Д.В. Седов, Р.Г. Шубкин. Особенности определения расчетного времени эвакуации людей по внутренним открытым лестницам D.V. Sedov, R.G. Shubkin Peculiarities of calculation of the estimated time of evacuation

of people using internal open stairs

личество инвалидов среди них согласно [5] составило 17 чел. (принято, что они относятся к инвалидам-колясочникам). Численность персонала составила 35 чел. На втором этаже в офисных помещениях находится 105 сотрудников, инвалиды отсутствуют. Общее количество людей на первом этаже составило 373 чел., на втором этаже - 105. Суммарное количество людей в здании составляет 478 чел. (рис. 2).

Здание защищено автоматической системой пожарной сигнализации, системой оповещения и управления эвакуацией (СОУЭ) третьего типа, системой противо-дымной защиты. Система автоматического пожаротушения отсутствует. Предусмотрен внутренний противопожарный водопровод. Наиболее опасные сценарии пожара: возгорание на первом этаже, при котором блокируется выход наружу; возгорание на втором этаже с блокированием выхода в неза-дымляемую лестничную клетку.

Для реализации нормативных требований, касающихся эвакуации по лестнице второго типа (см. ч. 13 ст. 89 [2]), проведен численный эксперимент с помощью программы «Pathfinder», в процессе которого установлено, во сколько раз скорость движения людей по лестнице второго типа должна быть меньше, чем на других лестницах Уном. Для проведения численного эксперимента была отдельно рассмотрена имеющаяся в здании лестница второго типа высотой h и построена вторая аналогичная лестница, имеющая трехкратную высоту (3h). На верхней площадке обеих лестниц был размещен человек, на нижней площадке установлена контрольная зона, фиксирующая время финиша. Задача численного эксперимента состояла в том, чтобы для исходной лестницы высотой h определить значение модификатора скорости k (коэффициента, который снижает номинальное значение скорости), при котором время движения человека по обеим лестницам будет одинаковым.

Проведенный численный эксперимент показал, что модификатор скорости для рассматриваемой лестницы второго типа составляет k = 0,255 (рис. 3). Иными словами, скорость движения людей по лестнице должна быть снижена в 3,92 раза по сравнению с номинальной. При данном значении модификатора скорости человек будет проходить обе лестницы за одинаковое время = tф(зh) = 38,8 с). Найденное значение k было использовано для моделирования эвакуации людей по лестнице второго типа при пожаре в здании.

В результате моделирования процесса эвакуации стало ясно, что при пожаре на первом этаже время эвакуации составило 201 с, время существования скоплений на путях эвакуации - 89 с. При моделировании эвакуации при пожаре на втором этаже время эвакуации составило 105 с, время существования скоплений -68 с.

Заметим, что при пожаре на втором этаже людям пришлось использовать лестницу второго типа, так как выход в неза-дымляемую лестничную клетку типа Н2 был блокирован. Движение по лестнице второго типа моделировалось с учетом установленного в ходе численного эксперимента значения модификатора скорости ^ = 0,255). На рис. 4 представлен момент эвакуации людей при пожаре на втором этаже через 86 с после возгорания. Видно, что на лестнице второго типа еще находятся люди, которые спускаются со второго этажа. Время начала эвакуации этих людей согласно нормативной методике [1] было принято равным 12,5 с, т. е. значительно меньше, чем время начала эвакуации остальных людей, находящихся в здании (60 с). Учет нормативного требования о необходимости снижения расчетной скорости Vр движения людей по лестнице второго типа привело к существенному увеличению времени эвакуации людей со второго этажа.

ISSN 2500-1582

XXI ВЕК. ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ XXI CENTURY. TECHNOSPHERE SAFETY

2019;4(2): 228-236

БЕЗОПАСНОСТЬ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА HUMAN LIFE SAFETY

а

b

Рис. 2. Распределение людей по помещениям здания: а - на втором этаже; b - на первом этаже Fig. 2. Distribution of people by building premises: a - on the second floor; b - on the first floor

2019;4(2): 228-236

XXI ВЕК. ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ XXI CENTURY. TECHNOSPHERE SAFETY

ISSN 2500-1582

Д.В. Седов, Р.Г. Шубкин. Особенности определения расчетного времени эвакуации людей по внутренним открытым лестницам D.V. Sedov, R.G. Shubkin Peculiarities of calculation of the estimated time of evacuation

of people using internal open stairs

Рис. 3. Результаты численного эксперимента

ISSN 2500-1582

XXI ВЕК. ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ XXI CENTURY. TECHNOSPHERE SAFETY

2019;4(2): 228-236

БЕЗОПАСНОСТЬ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА HUMAN LIFE SAFETY

Рис. 4. Момент процесса эвакуации людей из здания при пожаре на втором этаже

Остальные расчеты в рамках оценки индивидуального пожарного риска выполнялись согласно нормативной методике [1]. Расчет производительности систем дымо-удаления проводился проектной организацией. При этом учитывались результаты моделирования эвакуации: при пожаре на первом этаже время блокирования эвакуационных путей и выходов должно превышать необходимое время эвакуации ¿нб,1 = 201/0,8 = 251 с, при пожаре на втором - ¿нб,2 = 105/0,8 = 131 с. В результате принятия в проекте соответствующих параметров системы противодымной защиты время блокирования эвакуационных путей и выходов превышает необходимое, и люди при пожаре могут безопасно покинуть здание.

Частота возникновения пожара в здании в силу отсутствия достоверной статистической информации принята равной

—9 ч/

4-10 2 в год. Вероятность эвакуации людей составила 0,999. Вероятность присутствия людей в здании равна 0,42. Коэффициент, учитывающий соответствие систем противопожарной защиты требованиям нормативных документов, - 0,8704. Индивидуальный пожарный риск для людей, находящихся в здании, получился равным 2,2 10-7 в год, что не превышает нормативного значения (10-6 в год), установленного ч. 1 ст. 79 [2]. Поэтому согласно ч. 1 ст. 6 [2] пожарная безопасность здания является обеспеченной.

Таким образом, на примере оценки индивидуального пожарного риска для конкретного общественного здания был рассмотрен вариант реализации нормативного требования о расчетной длине пути эвакуации по внутренней открытой лестнице (второго типа). Данный вариант предпола-

2019;4(2):228-236

XXI ВЕК. ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ XXI CENTURY. TECHNOSPHERE SAFETY

ISSN 2500-1582

Д.В. Седов, Р.Г. Шубкин. Особенности определения расчетного времени эвакуации людей по внутренним открытым лестницам D.V. Sedov, R.G. Shubkin Peculiarities of calculation of the estimated time of evacuation

of people using internal open stairs

гает постановку численного эксперимента для определения модификатора скорости для заданной лестницы второго типа. С помощью данного подхода можно учесть любые конструктивные особенности лестницы и любые особенности движущегося по ней людского потока. Также полагаем, что формулировка нормативного требова-

ния, касающегося длины пути эвакуации по лестнице второго типа (см. ч. 13 ст. 89 [2]), нуждается в некоторой конкретизации, что позволит более определенно осуществлять его расчетную реализацию при проведении оценки пожарного риска в общественных зданиях.

Библиографический список

1. Об утверждении методики определения расчетных величин пожарного риска в зданиях, сооружениях и строениях различных классов функциональной пожарной опасности (с изменениями на 2 декабря 2015 г.). Утв. Приказом МЧС России от 30.06.2009 № 382 [Электронный ресурс] // Электронный фонд правовой и нормативно-технической документации. URL:

http://docs.cntd.ru/document/902167776 (06.04.2019).

2. Технический регламент о требованиях пожарной безопасности (с изменениями на 29 июля 2017 г.) (редакция, действующая с 31 июля 2018 г.): федер. закон от 22 июля 2008 г. № 123-ФЗ [Электронный ресурс] // Электронный фонд правовой и нормативно-технической документации. URL: http://docs.cntd.ru/document/902111644 (06.04.2019).

3. Pathfinder - расчет времени эвакуации людей // FireCat. URL: https://pyrosim.ru/raschet-vremeni-

ehvakuacii-lyudej (06.04.2019).

4. СП 1.13130.2009 Системы противопожарной защиты. Эвакуационные пути и выходы (с Изменением № 1). Утв. Приказом МЧС России от 25 марта 2009 г. № 171 [Электронный ресурс] // Электронный фонд правовой и нормативно-технической документации. URL:

http://vd.osa-perm.ru/wp-content/uploads/2014/12/cn-1.13130.2009. Эвакуационные-пути-и-выходы^ (06.04.2019).

5. СП 59.13330.2012 Доступность зданий и сооружений для маломобильных групп населения. Актуализированная редакция СНиП 35-01-2001 (с Изменением № 1). Утв. приказом Минрегион России от 27 декабря 2011 г. № 605 [Электронный ресурс] // Электронный фонд правовой и нормативно-технической документации. URL: http://docs.cntd.ru/document/1200089976 (06.04.2019).

References

1. Ob utverzhdenii metodiki opredeleniya raschetnykh velichin pozharnogo riska v zdaniyakh, so-oruzheniyakh i stroeniyakh razlichnykh klassov funktsional'noi pozharnoi opasnosti [On approval of the methodology for determining the calculated values of fire risk in buildings, structures and structures of various classes of functional fire hazard]. Available at: http://docs.cntd.ru/document/902167776

2. Tekhnicheskii reglament o trebovaniyakh pozharnoi bezopasnosti [Technical regulations on fire safety requirements]. Available at:

http://docs.cntd.ru/document/902111644

Критерии авторства

Седов Д.В., Шубкин Р.Г. имеют на статью равные авторские права и несут ответственность за плагиат.

3. Pathfinder - raschet vremeni evakuatsii lyudey [Pathfinder - calculation of the time of evacuation of people]. Available at: https://pyrosim.ru/raschet-vremeni-ehvakuacii-lyudej

4. SP 1.13130.2009 Sistemy protivopozharnoi zashchity [Fire protection systems]. Available at: http://vd.osa-perm.ru/wp-content/uploads/2014/12/SP-1.13130.2009

5. SP 59.13330.2012 Dostupnost' zdanii i sooruzhenii dlya malomobil'nykh grupp naseleniya. [Accessibility of buildings and structures for people with limited mobility]. Available at: http://docs.cntd.ru/document/1200089976

Contribution

Dmitry V. Sedov, Roman G. Shubkin have equal author rights and bear responsibility for plagiarism.

ISSN 2500-1582

XXI ВЕК. ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ XXI CENTURY. TECHNOSPHERE SAFETY

2019;4(2): 228-236

БЕЗОПАСНОСТЬ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА HUMAN LIFE SAFETY

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Сведения об авторах Седов Дмитрий Владимирович,

кандидат технических наук, доцент кафедры автотехнической экспертизы и автоподготовки, Восточно-Сибирский институт МВД России, 664074, Иркутск, Лермонтова, 110, Россия; e-mail: sedov_irk@list.ru

Шубкин Роман Геннадьевич,

кандидат технических наук, доцент кафедры тактико-специальной и огневой подготовки, Восточно-Сибирский институт МВД России, 664074, Иркутск, Лермонтова, 110, Россия; e-mail: rshubkin@yandex.ru

Conflict of interests

Authors declare no conflict interests.

Information about the authors Dmitry V. Sedov,

Candidate of Sci. (Eng.), Associate Professor

of the Department of Automotive Expertise

Automobile Training,

East Siberian Institute of the Ministry

of Internal Affairs of Russia,

110 Lermontov st., Irkutsk 664074, Russia;

e-mail: sedov_irk@list.ru

Roman G. Shubkin,

Candidate of Sci. (Eng.), Associate Professor of the Special Tactics and fire training department, East Siberian Institute of the Ministry of Internal Affairs of Russia, 110 Lermontov st., Irkutsk 664074, Russia; e-mail: rshubkin@yandex.ru

2019;4(2): 228-236

XXI ВЕК. ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ XXI CENTURY. TECHNOSPHERE SAFETY

ISSN 2500-1582

235