Главная
АИ #5 (187)
Статьи журнала АИ #5 (187)
Развитие информационных технологий при моделировании эвакуации из высотных здани...

Развитие информационных технологий при моделировании эвакуации из высотных зданий

Автор(-ы):

Брысин Александр Сергеевич

Журавлев Николай Михайлович

31 января 2024

Секция

Информационные технологии

Ключевые слова

информационные технологии
высотные здания
моделирование эвакуации
имитационные модели

Аннотация статьи

В рамках моделирования эвакуации из высотных зданий были рассмотрены особенности роста этажности высотных зданий в столице ввиду потребности в помещениях, особенно для деловых и жилых целей, нехватки пустующих площадей. Отмечено, что при пожарах в многоэтажных зданиях столицы особую актуальность принимают вопросы экстренной эвакуации людей как процесса организованного самостоятельного движения людей непосредственно наружу или в безопасную зону из помещений, в которых имеется возможность воздействия опасных факторов пожара на людей. Исследованы временная шкала эвакуации, имитационные модели для расчета временной шкалы эвакуации, стратегии эвакуации и компоненты эвакуации из литературы для высотных зданий. Изучены подходы к расчету времени эвакуации, стратегии выхода, поведение людей при эвакуации. Перечислены факторы, влияющие на высотные здания по сравнению с малоэтажными с точки зрения эвакуации. Выполнено сравнение правил эвакуации из высотных зданий в разных странах. Рассмотрены, проанализированы и классифицированы конструктивные параметры высотных зданий с точки зрения эвакуации. Показано, что успешная и безопасная эвакуация, а также спасение жизней и сохранение свойств материалов могут быть значительно улучшены с помощью программного обеспечения для моделирования, например, Pathfinder. После построения имитационной модели было принято решение смоделировать четыре различных сценария, с разным числом открытых выходов и работающими или неработающими лифтами. Также варьировалась скорость передвижения. Результаты моделирования оказались в диапазоне результатов моделирования, полученных в аналогичных случаях. Моделирование – это очень хороший и точный способ сравнения полученных результатов, так как не всегда возможно провести такие эксперименты в реальности. Таким образом, использование имитационного программного обеспечения для прогнозирования и расчета оптимальных маршрутов эвакуации позволяет значительно улучшить процедуры и стратегии эвакуации с некоторых конкретных объектов, таких как жилые дома.

Текст статьи

Увеличивающаяся тенденция к строительству высотных зданий (ВЗ) в столице, потребность в помещениях, особенно для деловых и жилых целей, нехватка пустующих площадей и развитие технологий заставляют людей увеличивать количество этажей. Это приводит к необходимости проводить больше исследований, связанных с вопросом безопасной эвакуации.

Можно перечислить 3 основных события, затронувших высотные здания; разработка безопасных лифтов (1853 г.), производство стальных каркасов и разработка систем кондиционирования воздуха [1, с. 109-118]. В результате первые высотные здания были построены в США с 1884 по 1939 год [2]. Со временем количество высотных зданий увеличилось.

Наличие большого количества людей делает более важной успешную эвакуацию высотных зданий во время чрезвычайных ситуаций. Для измерения и оценки эффективности эвакуации из здания необходимо исследовать время эвакуации. Необходимо определить требуемое время безопасного выхода и доступное время безопасного выхода и убедиться, что первое короче второго. Использование моделей эвакуации упрощает идентификацию этих параметров, поскольку учения по эвакуации не всегда могут быть доступны по соображениям безопасности и т. д. В зависимости от типа помещения, характеристик здания и характеристик людей стратегия эвакуации может меняться. Для эффективной стратегии эвакуации необходимо учитывать график эвакуации. Архитектурное решение здания существенно влияет на процесс эвакуации. На этапе проектирования необходимо рассчитать количество людей, чтобы иметь возможность оценить другие компоненты, такие как стратегия эвакуации, график эвакуации, пропускная способность и т. д. После определения числа людей можно рассчитать пропускную способность выхода.

Московские градостроительные нормы «Многофункциональные высотные здания» в целях обеспечения безопасности людей в случае пожаров регламентируют разделение таких зданий на автономные вертикальные пожарные отсеки перекрытиями с пределом огнестойкости не ниже REI 240 и оборудование в каждом отсеке помещений безопасности, где можно переждать пожар, самостоятельных эвакуационных выходов и отдельных пожарных постов и др. Для повышения безопасности при проектировании современных ВЗ задаются требования не только по их устойчивости к ветровым, снеговым и сейсмическим нагрузкам, но и к попаданию в них крупных летательных аппаратов.

Определенные чрезвычайные ситуации, с которыми сталкиваются люди, побуждают исследователей изучать эффективную эвакуацию из зданий. Опыт в этой области показывает, что сроки эвакуации связаны со стратегиями эвакуации и поведением человека. Взаимосвязь между этими компонентами эвакуации объясняется в следующих подразделах.

График эвакуации является важной частью темы эвакуации зданий. Многочисленные учения и несчастные случаи заставляют исследователей классифицировать различные компоненты процесса эвакуации. Хотя разные исследователи [3] исследовали временную шкалу эвакуационного процесса с разной степенью детализации, общий подход к этому вопросу заключается в разделении эвакуационного процесса на предэвакуационное время и собственно эвакуационное время [4, с. 1-15]. Время предэвакуации определяет временной интервал между поднятием тревоги и первым движением по эвакуации из здания. Время, предшествующее эвакуации, может быть очень эффективным с точки зрения графика эвакуации, поскольку оно может занимать больше времени, чем время эвакуации (перемещения), особенно в зданиях с низкой плотностью населения. Это связано с тем, что в подобных зданиях одним жильцам может быть сложнее связываться с другими, которые не знают о чрезвычайной ситуации. Макконнелл с соавтором проанализировали время обнаружения и время реакции, которые являются фазами времени предварительной эвакуации в случае нападения 11 сентября [5, с. 21-34].

Время перед перемещением связано с поведением человека, поэтому это наиболее непредсказуемая фаза процесса эвакуации. Поскольку время до эвакуации трудно рассчитать, была построена база данных, состоящая из разных типов пожаров и учений. Ее можно использовать для моделирования эвакуации в качестве входных данных.

Под фазой движения понимается временной интервал между первым действием по эвакуации вплоть до последнего человека, достигшего выхода. Эта фаза имеет более физические характеристики, так как включает в себя движение людей. В основном исследовались фундаментальные факторы, связанные со временем движения, поскольку они являются вычисляемыми элементами. Факторами, влияющие на время движения, могут быть: характеристики лестниц (узких мест), физические характеристики людей, эффект усталости, эффект группировки, эффект слияния, встречное течение и давка.

С развитием технологий и широким распространением вычислений, основанных на производительности, использование вычислительных моделей в нашей жизни расширяется. Модели эвакуации, как правило, предназначены для оптимизации, моделирования и оценки рисков. Имитационные модели, помимо других преимуществ, облегчают пользователям оценку эффективности эвакуации из зданий. Поскольку учения по эвакуации могут быть недоступны или небезопасны для некоторых зданий, моделирование и симуляция эвакуации проще, дешевле и безопаснее.

Модели эвакуации используют 3 различных стратегии для оценки эвакуации из зданий. Одной из этих моделей является грубая сетевая модель, которая является самой простой и старой. Эта модель делит здание на комнаты, коридоры и лестницы для моделирования процесса эвакуации. Во-вторых, тонкие сетевые модели делят план этажа на сетки (квадратные ячейки в соответствии с размерами человеческого тела) и, наконец, непрерывные сетевые модели позволяют людям перемещаться между начальной точкой и точкой выхода при помощи более сложных маршрутов. С развитием технологий и увеличением производительности компьютеров использование моделей непрерывной сети и количество моделей непрерывной сети увеличилось.

Программы моделирования эвакуации делятся на 3 группы по методу моделирования; поведенческие модели, модели движения и частичные поведенческие модели. В отличие от моделей движения, поведенческие модели способны назначать поведение людям.

Оленик и др. оценивали модели распространения огня и дыма по 6 разделам [6, с. 87-110]. Это зональные модели, полевые модели, модели срабатывания извещателей, модели выхода, модели огнестойкости и прочие модели. Зональные модели оценивают последствия пожара в определенной зоне. Хотя зональная модель делит отсек на две зоны, полевая модель способна разделить тысячи зон и рассчитать эффекты. Модель отклика детектора оценивает процесс активации детекторов. Модели эвакуации, упомянутые выше, имитируют поведение жильцов и, наконец, модели огнестойкости моделируют огнестойкость компонентов здания.

Две имитационные модели, классифицируемые с точки зрения восприятия людей, представляют собой макроскопические и микроскопические модели. Микроскопические модели способны назначать индивидуальное поведение обитателям, а макроскопические модели рассматривают обитателей как группу людей с одинаковыми характеристиками. Модель контрольного объема и модели Такахаси являются некоторыми примерами макроскопических моделей, которые рассчитывают процесс эвакуации с помощью гидродинамики. Поскольку большое количество моделей может привести к тому, что у пользователей возникнут трудности с выбором правильной модели, Ронки и Нильссон оценили проверку и валидацию моделей эвакуации для простоты использования и выбора моделей эвакуации [7, с. 197-219].

Основная цель стратегий эвакуации – обеспечить максимально безопасную эвакуацию людей, добирающихся до выхода. Эта цель требует различных подходов для разных типов жильцов и типов зданий. Широко распространены 4 стратегии выхода: одновременная полная эвакуация здания, защита на месте, перемещение на этаж-убежище и поэтапная (или частичная) эвакуация [3].

Одновременная полная эвакуация, которая считается наиболее распространенной, является стратегией, целью которой является эвакуация всего здания.

Как видно из рис., ожидается, что все жильцы эвакуируются из здания одновременно. Стратегия «защиты на месте» может использоваться в случаях, когда полная эвакуация может занять слишком много времени. Как видно из рис., она используется в условиях, когда пожар (или аварийная ситуация) поддается контролю без причинения вреда жильцам.

Стратегия перемещения на этаж-убежище используется для перемещения людей из опасной зоны в безопасные зоны в том же здании. Это особенно полезно для пожилых, больных и беременных. Наконец, поэтапная эвакуация может происходить двумя способами: разделение на одном этаже и разделение на разных этажах. Как видно из рис., сначала необходимо эвакуировать людей, находящихся ближе к пожару, чтобы предотвратить их травмирование.

Понимание поведения человека играет решающую роль в обеспечении эффективной эвакуации. Хотя существует множество исследований поведения человека во время чрезвычайных ситуаций, все еще существуют «белые пятна» и дезинформация (например, вопреки распространенному мнению, исследования показали, что поведение человека во время чрезвычайной ситуации не состоит преимущественно из паники).

Рис. Стратегии выхода

Поведение человека следует за принятием решения. Принятие решений во время ЧС происходит двумя путями: автоматически и обдуманно (рефлективно). В то время как автоматически принимаются быстрые и неконтролируемые решения, рефлективная система обеспечивает медленные, но контролируемые решения. Некоторые из факторов, влияющие на принятие человеком решений во время чрезвычайных ситуаций, приведены ниже. Во время чрезвычайных ситуаций на решения жильцов влияет восприятие риска. Восприятие риска прямо пропорционально готовности действовать. Чем большую угрозу человек чувствует, тем больше он готов действовать. Преобладание противоположного восприятия приводит к тому, что жильцы недооценивают угрозу и, как правило, затягивают начало эвакуации.

Данные об эвакуации показывают, что жильцы в первую очередь склонны анализировать сигнал тревоги, является он ложным или нет. Поняв, что происходит что-то необычное, люди обычно связываются с родными или близкими друзьями и перед началом эвакуации забирают личные вещи. Такое поведение обычно удлиняет эвакуацию и существенно влияет на время эвакуации.

При эвакуации из здания на время эвакуации влияет и человеческий фактор. Исследования показали, что ведущий остальных к выходу человек определяет или ограничивает скорость перемещения позади него.

При анализе учений и эвакуации было замечено, что жильцы, как правило, склонны эвакуироваться из здания по лестнице, которой они пользовались в последний раз или чаще всего. Эта ситуация особенно часто возникает у тех людей, которые незнакомы со зданием. Учитывая, что 51% эвакуированных после нападения на ВТЦ указали, что они никогда раньше не пользовались лестницей [8], а Гершон указал, что прошлый опыт важен для мотивации жителей к перемещению [9, с. 65-73], можно увидеть важность учений и обучения.

Наконец, паническое поведение негативно влияет на эвакуацию. Лин и др. провел эксперимент, чтобы исследовать эффект «чем быстрее, тем медленнее». Замечено, что, когда люди суетятся, время эвакуации увеличивается [10].

При пожарах в многоэтажных зданиях столицы особую актуальность принимают вопросы экстренной эвакуации людей как процесса организованного самостоятельного движения людей непосредственно наружу или в безопасную зону из помещений, в которых имеется возможность воздействия ОФП на людей – персонала, посетителей, жильцов из таких зданий (хотя в ВЗ могут быть предусмотрены помещения для защиты от ОФП, но они не могут гарантировать безопасность при ЧС или теракте) и удаление их на безопасное расстояние вне зоны падения обломков, стёкол и др. предметов с высоты. Это, в свою очередь, выводит на первый план задачу эффективного управления эвакуацией, решение которой на этапе проектирования и реконструкции зданий осуществляется с учётом работы системы оповещения и управления эвакуацией (СОУЭ) и производится расчётными (в т. ч. компьютерными) методами.

Эвакуация высотных зданий важнее, чем малоэтажных, поскольку в них, как правило, больше людей, и заметно отличается от последних, как видно из таблицы 1, в которой обобщаются отличия высотных зданий от малоэтажных с точки зрения эвакуации.

Таблица 1

Факторы, влияющие на высотные здания по сравнению с малоэтажными с точки зрения эвакуации

1

Включают большее число людей

2

Увеличение эффекта слияния потоков за счет увеличения этажей

3

Увеличение времени эвакуации из-за более длинных выходных путей

4

Использование этажей-убежищ

5

Жители склонны пользоваться лифтами по привычке

6

Становится все труднее добраться до места, чтобы оказать помощь

7

Эффект дымохода (тяга)

К некоторым отличиям и специфическим требованиям к эвакуации из высотных зданий можно отнести: увеличение числа людей, усиление эффекта слияния с увеличением количества этажей, увеличение необходимого времени эвакуации, использование этажей-убежищ и то, что жители, как правило, по привычке используют лифты. С ростом числа этажей добраться до нужного места для оказания помощи становится все труднее.

Для поиска оптимального решения по эвакуации высотных зданий проводятся многочисленные исследования. Чжун-ан и др. указали, что, хотя эвакуация с верхних этажей на нижние увеличивает время эвакуации, она делает эвакуацию более безопасной, поскольку не возникает давки [11, с. 156-161]. Некоторые элементы, связанные с эвакуацией высотных зданий, обсуждаются ниже:

  1. Конструкционные особенности;
  2. Число людей;
  3. Пропускная способность;
  4. Подходы к вертикальному выходу;
  5. Лестница;
  6. Использование лифта;
  7. Этажи-убежища;
  8. Эффект слияния;
  9. Кодексы и правила эвакуации из высотных зданий.

Определение высотного здания различается в разных нормах и стандартах, как это видно из таблицы 2.

Таблица 2

Определение высотного здания в некоторых нормах [12, с. 553-563]

Код/Стандарт

Определение высотного здания

Кодекс безопасности жизнедеятельности NFPA 101

23 м (75 футов) или выше

Международный кодекс

Кодекс противопожарной защиты зданий (Китай)

27 м и выше для жилых домов

24 м и выше для нежилых зданий

Своды практических правил для минимальных установок и оборудования пожарной службы и проверки, тестирования и обслуживания установок и оборудования, Департамент пожарных служб (Гонконг)

30 м или выше

Строительный указ Нидерландов

70 м или выше

Положение Турции о противопожарной защите

21,5 м и выше (7 этажей и более)

Архитектурный проект здания играет решающую роль в обеспечении безопасной эвакуации жильцов. Компоненты эвакуации должны быть спроектированы в соответствии с числом людей и пропускной способностью выхода. Расположение и ширина лестницы имеют жизненно важное значение для предотвращения давки. Кроме того, неравномерное распределение людей по лестнице может привести к неэффективному использованию лестницы и вызвать задержки.

При изучении исследований, норм, правил для высотных зданий видно, что разногласия сосредоточены вокруг использования лифта в целях эвакуации. Хотя некоторые правила предписывают использовать аварийные лифты, некоторые правила не позволяют использовать лифты во время эвакуации. Наличие различных подходов к этой теме указывает на то, что будущие исследования должны быть сосредоточены вокруг этой темы.

Проанализировав процессы эвакуации из высотных зданий г. Москвы, следует ожидать, что они будут длительными и сопряжены с усталостью людей, что неизбежно увеличит время эвакуации и что необходимо учесть в моделях движения людского потока. Кроме того, в моделях целесообразно учесть и вероятностный характер движения людей от ВЗ в безопасную зону (на достаточное расстояние или в укрытие), когда на открытой местности они могут двигаться независимо друг от друга.

Эвакуация представляет собой важнейшую меру защиты населения. Она обычно подразумевает запланированное и организованное перемещение людей, животных, материальных ценностей, государственных органов и т. д. из опасной зоны в безопасную.

В зависимости от степени уязвимости и текущего ущерба эвакуация может быть временной или постоянной. Причины эвакуации могут быть разными: пожар, землетрясение, наводнение, терроризм, ядерная катастрофа, цунами, ураган и т. д. Важно отметить, что существуют различия между эвакуацией, перемещением и переселением населения. Жилые дома представляют собой специфические объекты для эвакуации, в основном из-за огромного количества жителей разного возраста. Помимо этого важного фактора, существуют и другие, такие как конструкция и расположение здания, возможности подхода пожарных к месту происшествия, наличие или отсутствие эвакуационных лестниц, наличие или отсутствие системы эвакуации, поведение жильцов в условиях стресса и т. д.

Одним из очень важных событий, повлиявших на эвакуацию из высотных зданий, были теракты во Всемирном торговом центре в Нью-Йорке 11 сентября 2001 года. 87% людей были эвакуированы менее чем за два часа. Однако времена эвакуации для разных групп сильно отличались. По этой причине многие эксперты согласились с тем, что безопасность в высотных зданиях может быть значительно повышена при лучшем понимании и анализе поведения человека в ситуациях паники и стресса.

Кроме того, на поведение людей в целом повлияло несколько очень важных факторов. Например, только 20% людей были знакомы с устройством здания и мерами пожарной безопасности в нем [13, с. 481-500].

Вне зависимости от конструктивных особенностей здания эвакуация из жилых зданий может осуществляться несколькими способами: по лестнице, с помощью лифта или комбинированным путем. Современные жилые дома могут предложить ряд новых и современных способов эвакуации, таких как специальное оборудование для обеспечения безопасности или некоторые новые строительные решения (сообщения между зданиями и т. п.). Во многих случаях эвакуация по лестнице является единственно возможным способом эвакуации. Во многих высотных зданиях есть стандартные лестницы и аварийные лестницы, во многих нет.

Установка лестниц требует детального изучения многих факторов, таких как положение лестницы, материал, из которого изготовлена лестница, размеры лестницы (ширина, размеры), огнестойкость лестницы и т. д.

Хотя за последние двадцать лет системы противопожарной защиты и эвакуации значительно улучшились, в высотных жилых домах часто возникают сильные пожары.

Использование лифтов для эвакуации сомнительно по многим причинам: отсутствие электроснабжения, возможность обрушения, возможность проникновения опасных газов (особенно угарного газа (СО)), нехватка места и т. д. Из-за отмеченных причин многие различные подходы к эвакуации не рекомендуют использовать лифты для эвакуации.

Поведение пассажиров в условиях стресса и паники представляет собой очень сложный фактор, который трудно определить и предсказать. Почти невозможно предсказать поведение людей в стрессовых ситуациях, независимо от того, насколько они знакомы с правилами поведения. Жильцы в нормальных условиях осведомлены и готовы найти наилучшие варианты даже в тех случаях, когда они должны кому-то помочь (помочь инвалиду, помочь детям и т. д.). Однако будут ли они способны все это делать в условиях задымления, высокой температуры, взрывов или других стрессовых ситуаций? Возраст жильцов также важен и привносит новые моменты сложности и непредсказуемости.

Очевидно, что успешная эвакуация при пожаре, особенно из такого сложного объекта, как высотный жилой дом, должна осуществляться на ранней стадии ЧС. Разумеется, необходимо своевременное ее обнаружение. Поэтому важно как можно точнее предсказать все потенциальные сценарии и ситуации эвакуации. Одним из наилучших способов прогнозирования ситуаций эвакуации и расчета времени, необходимого для эвакуации, является использование программного обеспечения для моделирования.

Использование программного обеспечения для моделирования и анализ потенциальных сценариев эвакуации для различных факторов эвакуации представляет собой новый, эффективный, безопасный и комплексный подход. Мощные компьютеры позволяют проводить детальный анализ эвакуации путем моделирования и прогнозирования почти всех возможных сценариев. Приведенные факты показывают, что этот аспект имеет большое значение, прежде всего, в деле защиты человеческих жизней. С другой стороны, своевременная и хорошо спланированная эвакуация обеспечивает сосредоточенность пожарных только на тушении, что может значительно снизить ущерб, наносимый материальным ценностям.

Успешная и безопасная эвакуация, а также спасение жизней и сохранение свойств материалов могут быть значительно улучшены с помощью программного обеспечения для моделирования. Причины использования программного обеспечения для моделирования заключаются в том, что такое использование, прежде всего, безопасно и экономически выгодно. Кроме того, можно прогнозировать множество различных сценариев эвакуации и рассчитывать время эвакуации. На рынке имеется ряд программ для моделирования эвакуации. Одна из них – Pathfinder [14]. Этот мощный симулятор обеспечивает графический пользовательский интерфейс для проектирования и выполнения моделирования. Можно имитировать движение человека через объекты, в лифтах, на лестницах и т. д. Среда Pathfinder представляет собой трехмерную сетку, генерируемую для соответствия реальным размерам модели здания. Программное обеспечение может поддерживать два разных способа моделирования: режим рулевого управления и режим SFPE. Кроме того, программное обеспечение имеет очень важную возможность импорта файлов из различных программ, таких как FDS, 3D Cad и PyroSim, что позволяет намного быстрее создавать свои имитационные модели и использовать существующие с небольшими изменениями. В данной работе использовалась версия Pathfinder 2020 года.

Объектом, смоделированным в этой работе, были дома по улице Теплый Стан с номерами от 58 до 64. Этот объект фактически представляет собой четыре здания, соединенные в одно. Объект имеет четыре выхода/входа без запасных лестниц. Каждое здание имеет подвал, цокольный этаж, десять этажей и террасу на крыше. Здания соединены террасами. Смежные террасы служат для эвакуации в том случае, если жильцы не могут выбраться через вход/выход.

Каждое здание, взятое отдельно, имеет два лифта, хранилища, чердак и четыре квартиры на каждом этаже, начиная с первого этажа и заканчивая десятым. Это значит, что в каждом доме, взятом отдельно, сорок четыре квартиры, т. е. всего сто семьдесят шесть квартир.

 На каждом этаже есть два разных типа квартир, одна с приблизительной площадью 66 м2, а другая с приблизительной площадью 50 м2. В каждом отдельном здании есть два разных лифта: один общей вместимостью четыре человека и один общей вместимостью шесть человек. Лифты имеют разную скорость.

Эти скорости были измерены, и для лифта меньшего типа скорость составила 1,1 м/с, а скорость лифта большего размера составила 0,92 м/с. Максимальное расстояние между этажами составляет примерно 2,6 м, что означает, что общая высота объекта составляет примерно 36–38 м (измеряется от земли до машинного отделения лифта на крыше здания). Для этого объекта в программе Pathfinder была построена правильная имитационная модель со всеми его реальными размерами.

Использовалась функция HIDE. Это означает, что были видны только некоторые элементы, такие как лестницы, двери, лифты и т. д. Общее количество жителей составило 699 человек, что подтверждается списками жителей для каждого из четырех зданий в отдельности (179 жителей в доме с номером 58, 168 жителей в доме с номером 60, 169 жителей в доме с номером 62 и 183 человека в доме с номером 64).

После построения имитационной модели было принято решение смоделировать четыре различных сценария. Первый сценарий моделирования включал все открытые входы/выходы с включенными и отключенными лифтами. Второй сценарий включал один заблокированный вход/выход, в то время как другие три входа/выхода были открыты (все потенциальные 9 случаев), с включенными и отключенными лифтами. Третий сценарий моделирования включал два заблокированных входа/выхода, в то время как другие два входа/выхода были открыты (все возможные 12 случаев), с включенными и отключенными лифтами. Четвертый сценарий симуляции был основан на трех заблокированных входах/выходах, в то время как один вход/выход был открыт (все потенциальные 8 случаев), с включенными и отключенными лифтами. Каждый из четырех сценариев был реализован для разных скоростей передвижения: 0,75 м/с, 1 м/с, 1,25 м/с, 1,5 м/с и 1,75 м/с.

Проведенное моделирование показало, что время, необходимое для эвакуации, увеличивалось в зависимости от количества заблокированных входов/выходов и от того, использовались ли лифты или нет. На самом деле, многие из потенциальных ситуаций эвакуации подразумевают, что лифты не используются, и это было основной причиной, по которой каждый из четырех сценариев был проанализирован с включенными и отключенными лифтами. Факторами, которые важны для использования лифтов, чаще всего являются уровень этажа, на котором находятся люди, и приемлемое время ожидания. Опыт и исследования показали, что более высокие места в жилых зданиях чаще предполагают использование лифта, чем использование обычных или аварийных лестниц. Также важно отметить, что допустимое время ожидания увеличивается в зависимости от высоты этажа.

Одним из очень важных факторов, оказывающих большое влияние на время эвакуации, является паника. Паника вызывает боязливое и хаотичное поведение, которое чаще всего проявляется при увеличении скорости людей. Это увеличение скорости приводит к скоплениям и давкам людей, которые могут быть очень непредсказуемыми и трудноустранимыми. Это означает, что время эвакуации может быть значительно увеличено, что и подтвердили результаты моделирования.

Также важно отметить, что в действительности у каждого участника эвакуации своя скорость, тогда как в моделировании у всех была одинаковая скорость. Кроме того, на самом деле личные характеристики каждого человека очень разные и могут повлиять на общее время эвакуации и вызвать проблемы при появлении толпы.

Использование программного обеспечения для моделирования эвакуации в высотных зданиях становится все более частым и обширным. Основными причинами этого являются: повышение безопасности для защиты как можно большего количества человеческих жизней; участившееся строительство высотных домов с огромным количеством жильцов; прогнозирование и определение оптимальных путей эвакуации; предсказание поведения потенциальных жильцов и т. д.

Существует множество жилых домов с аварийными лестницами и без них. Очень часто аварийные лестницы в жилых домах могут оказаться бесполезными по многим причинам (пожар, землетрясение, задымление, пробки и т. д.), так что единственный путь к выходу – обычные лестницы и лифты. Как было отмечено ранее, использование лифтов во многих кризисных ситуациях, требующих эвакуации, таких как пожары или землетрясения, не рекомендуется. Это не означает, что лифтами вообще нельзя пользоваться, но существует значительный риск их использования. Это очень важная причина, по которой моделирование эвакуации следует рассматривать для случаев с использованием лифтов и без них. В некоторых ситуациях, которые могут возникнуть в высотных жилых домах или других объектах со значительным присутствием малоподвижных людей, осуществить эвакуацию без использования лифтов практически невозможно. Полученные результаты подтвердили, что время эвакуации было меньше в случаях, когда лифты были включены.

Одним из очень важных факторов в каждой эвакуации является так называемый «человеческий фактор». Этот фактор представляет собой очень сложный фактор в смысле прогнозирования и расчета. Например, люди не будут вести себя одинаково индивидуально и в группе. Во время эвакуации родители всегда будут стремиться бежать к своим детям, что может значительно осложнить эвакуацию. Нередко жильцы высотных жилых домов в случаях ЧС проявляют апатичное поведение и неприятие очевидных фактов. Учет многих важных факторов, связанных с особенностями людей, при моделировании (их физические размеры, коэффициент сокращения, комфортное расстояние, фактор замедления, скорость и многие другие) представляет собой очень важную задачу, требующую знаний из различных наук и дисциплин.

Результаты моделирования оказались в диапазоне результатов моделирования, полученных в аналогичных случаях. Моделирование – это очень хороший и точный способ сравнения полученных результатов, так как не всегда возможно провести такие эксперименты в реальности.

Таким образом, результаты, полученные при моделировании, показали максимальное время эвакуации в здании без аварийных лестниц с использованием лифта и без него. В реальности маловероятно, например, что три входа/выхода будут заблокированы, может быть, только в случае сильного пожара или сильного землетрясения. Однако очень важно предсказать как можно больше сценариев эвакуации и рассчитать адекватное время эвакуации.

Расчет времени эвакуации и прогнозирование наилучшего пути эвакуации представляет собой очень сложную и ответственную задачу. Очень часто почти невозможно предсказать каждую потенциальную ситуацию, которая может возникнуть во время эвакуации. По этой причине использование программного обеспечения для моделирования представляет собой очень хороший, эффективный, дешевый и безопасный способ прогнозирования возможных ситуаций эвакуации на многих различных объектах, что придает этой теме большое значение и мотивацию для спасения человеческих жизней и материальных ценностей.

Использование имитационного программного обеспечения для прогнозирования и расчета оптимальных маршрутов эвакуации позволяет значительно улучшить процедуры и стратегии эвакуации с некоторых конкретных объектов, таких как жилые дома.

Список литературы

  1. Hassanain M.A. On the challenges of evacuation and rescue operations in high-rise buildings // Struct. Surv., 2009, V.27(2), P. 109-118.
  2. Zhai L. The comparison of total and phased evacuation strategies for a high-rise office building, MSc Thesis, Faculty of the Graduate School of the University of Maryland, College Park, 2019.
  3. Hurley M.J., Gottuk D.T., Hall J.R. et al. SFPE Handbook of Fire Protection Engineering, Springer, New York, 2015.
  4. Oven V.A., Cakici N. Modelling the evacuation of a high-rise office building in Istanbul // Fire Saf. J., 2009, V.44(1), P. 1-15.
  5. McConnell N.C., Boyce K.E., Shields J. et al. The UK 9/11 evacuation study: Analysis of survivors’ recognition and response phase in WTC1 // Fire Saf. J., 2010, V. 45, P. 21-34.
  6. Olenick S., Carpenter D. An updated international survey of computer models for fire and smoke // J. Fire Prot. Eng., 2003, V. 13, P. 87-110.
  7. Ronchi E., Kuligowski E., Nilsson D., Peacock R., Reneke P. Assessing the Verification and Validation of Building Fire Evacuation Models // Fire Technol., 2014, V. 52, P. 197-219.
  8. Kobes M., Post J., Helsloot I., De Vries B. Fire risk of high-rise buildings based on human behavior in fires // First International Conference on fire Safety of High-rise Buildings, Bucharest, 2008.
  9. Gershon R.R.M., Qureshi K.A., Rubin M.S., Raveis V.H. Factors associated with high-rise evacuation: Qualitative results from the world trade center evacuation study // Prehosp. Disaster Med., 2007, V.22(3), P. 65-73.
  10. Qiu H., Yang X., Chen X., Xiong Y., Ma J., Lin P. How to avoid the faster-is-slower effect in competitive evacuation? // J. Stat. Mech., 2021, 123405.
  11. Zhong-an J., Mei-ling C., Xiao-hua W. Experiment and Simulation Study on High-rise Student Apartment Fire Personal Evacuation in the Campus // Procedia Eng., 2011, V.11, P. 156-161.
  12. Satir M.S., Toprakli A.Y. A review of design parameters for safe evacuation in high-rise buildings // GU J. Sci. Part B: Art, humanities, design and planning, 2020, V.8(1), P. 553-563.
  13. Gershon R.R.M., Magda L.A., Riley H.E.M., Sherman, M.F. The World Trade Center evacuation study: Factors associated with initiation and length of time for evacuation // Fire and materials, 2011, V. 36(5–6), P. 481-500.
  14. Pathfinder User Manual, Manhattan, KS, USA: Thunderhead Engineering // https://support.thunderheadeng.com/docs/pathfinder/2023-2/user-manual/.

Поделиться

213

Брысин А. С., Журавлев Н. М. Развитие информационных технологий при моделировании эвакуации из высотных зданий // Актуальные исследования. 2024. №5 (187). Ч.I.С. 27-36. URL: https://apni.ru/article/8353-razvitie-informatsionnikh-tekhnologij-pri-mod

Похожие статьи

Другие статьи из раздела «Информационные технологии»

Все статьи выпуска
Актуальные исследования

#25 (207)

Прием материалов

15 июня - 21 июня

осталось 5 дней

Размещение PDF-версии журнала

26 июня

Размещение электронной версии статьи

сразу после оплаты

Рассылка печатных экземпляров

5 июля