21УДК 614.841.33:69.032.22
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЗОН БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ЭВАКУАЦИИ ЛЮДЕЙ ИЗ ВЫСОТНЫХ ЗДАНИЙ ПРИ ПОЖАРЕ
Пастухов ^М., к.т.н., доцент, Зайчук К.К.
Командно-инженерный институт МЧС Республики Беларусь
e-mail: [email protected], [email protected]
Представлены отличительные особенности с точки зрения пожарной опасности высотных зданий в сравнении со зданиями меньшей этажности. Обоснована актуальность применения зон безопасности в высотных зданиях. Разработаны рекомендации по обоснованию количества зон безопасности и их размещению в высотном здании, количества этажей в группе оповещения.
Distinct characteristics from point of view of the fire hazard of high-rise buildings are presented in comparison to less stored buildings. The urgency of the application of security zones in high-rise buildings is substantiated. The recommendations on the justification of security zones and their placement in a high-rise building, the number of floors in the group of notification are developed.
(Поступила в редакцию 21 июня 2013 г.)
ВВЕДЕНИЕ
В Республике Беларусь проектирование высотных зданий ведется сравнительно недавно. Строительство первых высотных зданий в нашей республике осуществляется по уникальным проектам из монолитного железобетона.
Необходимо отметить, что высотные здания в силу своей специфики обладают большей пожарной опасностью в сравнении со зданиями меньшей этажности. Отличительными особенностями высотных зданий являются:
- увеличение нагрузки на несущие конструкции здания с увеличением высоты;
- наличие различных функциональных отсеков (торгового, жилого, офисного, технического);
- наличие стилобатной части, подземных паркингов, развитых систем вентиляции и кондиционирования воздуха;
- большое количество людей, а также большая протяженность путей эвакуации.
Стоит отметить, что приведенные специфические особенности высотных зданий
будут характерны и для высотных зданий Республики Беларусь.
Пожары в высотных зданиях могут привести к трагическим последствиям с большим числом жертв (таблица 1).
Как видно из таблицы 1, основными причинами возникновения пожара являются: короткое замыкание электропроводки и нарушение правил пожарной безопасности при проведении огневых работ.
Безопасность при эвакуации людей из высотных зданий в случае возникновения пожара достигается путем реализации комплекса специальных мероприятий: объемно-планировочных решений, эргономических, конструктивных, инженерно-технических и организационных [1]. В связи с этим, к основным объемно-планировочным решениям по обеспечению безопасной эвакуации людей из высотных зданий относится устройство зон безопасности, применяемых в качестве временного укрытия эвакуирующегося населения. Устройство зон безопасности является актуальным решением, поскольку проведенный анализ произошедших пожаров в высотных зданиях, показал, что люди не всегда успевают достичь эвакуационных выходов за необходимое время эвакуации.
Таблица 1 - Краткие сведения о пожарах в высотных зданиях
Дата и место Причина Количество погибших/ пострадавших Ущерб
01.02.1974, Бразилия, Сан-Паулу, 25-этажное здание Joelma Building короткое замыкание в системе кондиционирования воздуха 179/300 3
21.11.1980, США, Лас-Вегас, 26-этажный отель-казино MGM Grand Hotel (89 м) короткое замыкание электропроводки 87/679 223 млн. долларов
31.12.1986, Пуэрто-Рико, Сан-Хуан, 30-этажный отель «Dupont Plaza» поджог 97/140 4 млрд. долларов
15.11.2010, Китай, Шанхай, 28-этажное здание нарушение правил пожарной безопасности при проведении огневых работ 53/100 здание полностью выгорело
17.07.2012, Турция, Стабмул, 42-этажный небоскреб «Polat Tower» (153 м) короткое замыкание электропроводки в системе кондиционирования воздуха -1/-2 3
03.04.2013, Чечня, Грозный, 40-этажная башня «Олимп» комплекса «Грозный-Сити» (145 м) короткое замыкание электропроводки в системе кондиционирования воздуха -1/-2 200 млн. рос. руб.
Примечания: 1 - при пожаре люди не погибли; 2 - при пожаре люди не пострадали; 3 - данные об ущербе не публиковались.
Произошедшие пожары (США, Лас-Вегас, отель-казино MGM Grand Hotel; Китай, Гонконг, здание «Garley Building»; Россия, Москва, Останкинская телебашня и другие) в высотных зданиях показали, что люди погибают даже при наличии технических средств противопожарной защиты (системы противодымной вентиляции, системы пожарной сигнализации, установки пожаротушения и др.).
Проектирование высотных зданий в Республике Беларусь ведется в соответствии с требованиями ТКП 45-3.02-108-2008 «Высотные здания. Строительные нормы проектирования». Однако в данном документе отсутствуют четкие требования к количеству и местам размещения зон безопасности. Для решения данного вопроса необходимо разработать сценарии эвакуации людей в лестничных клетках высотных зданий, учитывающие наличие (либо отсутствие) технических средств противопожарной защиты (систем оповещения и управления эвакуацией людей, систем противодымной вентиляции и других). По результатам расчетов устанавливаются основные параметры движения людских потоков в лестничных клетках, а также определяются конечные значения времени эвакуации людей из высотных зданий наружу непосредственно либо входа их в зону безопасности. Таким образом, разработка рекомендаций по расположению и определению количества зон безопасности в высотном здании является актуальной задачей.
Сценарии эвакуации людей из высотных зданий
В качестве объекта для проведения расчетов параметров движения людских потоков был принят проект одного из строящихся высотных зданий в Республике Беларусь.
Для эвакуации людей из здания предусмотрены 3 лестничные клетки: типа Н1 - с входом в лестничную клетку с этажа через наружную воздушную зону по открытым переходам; Н2 - с подпором воздуха в лестничную при пожаре; Л1 - с естественным освещением через заполненные светопрозрачными элементами проемы в наружных стенах.
Разработка сценариев эвакуации людей проводилась с учетом достижения ими выхода непосредственно наружу, входа в помещение зоны безопасности, а также наличия системы оповещения о пожаре типа СО-5, предусматривающей зонное оповещение групп помещений. Сценарии учитывают неблагоприятное развитие пожара и возможные непредвиденные обстоятельства (блокирование отдельных эвакуационных путей и выходов, отказ в работе технических средств противопожарной защиты) [2]. Характеристика разработанных сценариев представлена в таблице 2.
Таблица 2 - Характеристика расчетных сценариев эвакуации людей
ЛК типа Н1 ЛК типа Н2 ЛК типа Л1 СО-5 Зона безопасности
Сценарий 1 + + + - -
Сценарий 2 + + - - -
Сценарий 3 + - + - -
Сценарий 4 + + + + -
Сценарий 5 + + - + -
Сценарий 6 + - + + -
Сценарий 7 + + + + +
Сценарий 8 + + + + +
Как видно из таблицы 1, сценарий 1 предполагает эвакуацию людей по лестничным клеткам типа Н1, Н2 и Л1. При разработке сценария принято, что люди не осведомлены о наличии зоны безопасности в здании, система оповещения и управления эвакуацией людей при пожаре не сработала по причине технической неисправности.
Сценарий 2 предполагает эвакуацию людей по лестничным клеткам типа Н1 и Н2. При разработке сценария принято, что лестничная клетка типа Л1 заблокирована, люди не осведомлены о наличии зоны безопасности в здании, система оповещения и управления эвакуацией людей при пожаре не сработала по причине технической неисправности.
Сценарий 3 предполагает эвакуацию людей по лестничным клеткам типа Н1 и Л1, При разработке сценария принято, что лестничная клетка типа Н1 заблокирована, люди не осведомлены о наличии зоны безопасности в здании, система оповещения и управления эвакуацией людей при пожаре не сработала по причине технической неисправности.
Сценарий 4 предполагает поэтапную эвакуацию с использованием системы оповещения и управления эвакуацией людей типа СО-5 для исключения образования высокой плотности людских потоков в лестничной клетке. Эвакуация людей происходит по лестничным клеткам типа Н1, Н2 и Л1. При разработке сценария принято, что люди не осведомлены о наличии зоны безопасности в здании.
Сценарий 5 предполагает поэтапную эвакуацию с использованием системы оповещения и управления эвакуацией людей типа СО-5, эвакуация людей происходит по лестничным клеткам типа Н1 и Н2. При разработке сценария принято, что люди не осведомлены о наличии зоны безопасности в здании.
Сценарий 6 предполагает поэтапную эвакуацию с использованием системы оповещения и управления эвакуацией людей типа СО-5, эвакуация людей происходит по лестничным клеткам типа Н1 и Л1. При разработке сценария принято, что люди не осведомлены о наличии зоны безопасности в здании.
Сценарий 7 предполагает поэтапную эвакуацию с использованием зоны безопасности и системы оповещения и управления эвакуацией людей типа СО-5, эвакуация людей происходит по лестничным клеткам типа Н1, Н2 и Л1.
Сценарий 8 (с учетом предложенных рекомендаций) предполагает поэтапную эвакуацию с использованием 2-х зон безопасности и системы оповещения и управления эвакуацией людей типа СО-5, эвакуация людей происходит по лестничным клеткам типа Н1, Н2 и Л1.
Следует отметить, что при эвакуации по лестничной клетке в результате скопления людей, выходящих с этажей и спускающихся по лестнице, образуются части потока, которые не успевают достигать малой плотности до того, как они приближаются к месту выхода людей с нижележащего этажа. В результате, на участках слияния образуются потоки такой величины, что пропускной способности сечений общего пути оказывается недостаточно для обеспечения беспрепятственного движения. В таком случае происходят продолжительные скопления людей высокой плотности, что отражено на рис. 1 (стрелками показаны места выхода людей с этажа в ЛК) [3].
Плотность людских Плотность людских
потоков, чел/м2 потоков, чел/м2
а - скопления происходят в местах выхода людей с этажа; б - продолжительные скопления по всей ЛК
Рисунок 1 - Плотность людских потоков в ЛК [3]
При поэтапной эвакуации людей в общем случае с использованием системы оповещения и управления эвакуацией людей типа СО-5 рекомендуется выделять следующие группы оповещений исходя из представленных условий:
1. при ДГ > 100: 1 зона оповещения - 1 этаж [2];
2. при ^ < 100 и < 1 зона оповещения - группа 2 этажа;
3. при < 100 и 1 зона оповещения - группа 3 этажа; где ^ - расчетное время эвакуации группы людей по 2 этажа;
:: - расчетное время эвакуации группы людей по 3 этажа.
На рис. 2 представлены возможные группы оповещения людей при пожаре в высотном здании.
Расчет времени эвакуации проведен по методике, приведенной в ГОСТ 12.1.004-91 «Пожарная безопасность. Общие требования» [4]. При определении количества эвакуируемых этажей в группе сравнивалось время эвакуации однотипных этажей с равным количеством людей по лестничной клетке типа Н1 между 3 группами по 2 этажа (1 слияние людских потоков в пределах группы), 2 группами по 3 этажа (2 слияния людских потоков в пределах группы) и 6 этажами по отдельности (слияние людских потоков в пределах группы не образуется). Время задержки оповещения групп эвакуируемых этажей определено, исходя из расстояния между группами, исключающее слияние людских потоков. Данное расстояние определено по следующему алгоритму:
- в зависимости от интенсивности найдена плотность людского потока группы при движении по лестничной маршу вниз;
зная расчетное количество людей, которое движется в группе, определена необходимая длина участка при постоянной ширине, который вмещает расчетное количество людей.
а - группы оповещения по 3 этажа; б - группы оповещения по 2 этажа
Рисунок 2 - Возможные группы оповещения людей при пожаре
В результате проведенных расчетов в таблице 3 представлено время эвакуации людей для различных групп в пределах 6 этажей.
Таблица 3 - Расчетное время эвакуации людей группами этажей
Группы 3 группы по 2 этажа 2 группы по 3 этажа 6 групп по 1 этажу
Время эвакуации, мин. 10,48 10,08 7,89
На основании проведенных расчетов можно сделать вывод, что рационально проводить поэтапную (последовательную) эвакуацию группами по 1 этажу с целью исключения слияния людских потоков в лестничной клетке.
Для того, чтобы определить этажи, из которых необходимо направлять людей в зону безопасности при их эвакуации, было рассмотрено 2 случая:
- эвакуация в зону безопасности трех вышележащих этажей поэтапно;
- эвакуация в зону безопасности двух вышележащих и одного нижележащего этажей поэтапно (нижележащий этаж эвакуируется вверх).
С учетом времени эвакуации людей в пределах этажа расчетное время эвакуации на этаж с помещением зоны безопасности для первого случая составило 7,63 мин., для второго -8,17 мин., соответственно.
Исходя из приведенных расчетов, можно сделать вывод, что в зону безопасности эффективно эвакуировать людей из 3 вышележащих этажей.
Типовая расчетная схема эвакуации людей по лестничной клетке представлена на рис. 3.
Расчетное время эвакуации людей по 8 приведенным сценариям представлено в таблице 4.
Таблица 4 - Расчетное время эвакуации людей по 8 сценариям
Сценарий эвакуации
Расчетное 1 2 3 4 5 6 7 8
время
эвакуации, 109,11 110,46 187,29 35,59 35,59 42,94 34,61 29,2
мин.
Таким образом, исходя из представленных в таблице 4 данных, можно сделать вывод, что при эвакуации людей по сценарию 1 образуется максимальное расчетное время эвакуации, равное 187,29 мин. Соответственно при учете работы технических средств противопожарной защиты (сценарий 8) и предложенных рекомендаций расчетное время эвакуации минимально, равное 29,2 мин.
Рекомендации по расположению и определению минимального количества
зон безопасности
В соответствии с требованиями ТКП 45-3.02-108 высота пожарного отсека надземной части здания не должна превышать 16 этажей и во всех случаях 50 м. Таким образом, с учетом указанных требований, количество зон безопасности в высотном здании предлагается определять исходя из следующего условия:
(1)
где Ыэт - количество этажей в высотном здании; Нзд - высота здания, м.
Согласно [5] помещение зоны безопасности должно располагаться вблизи от холлов с лифтами для пожарных, при этом непосредственное примыкание помещения к этому холлу
необязательно. В качестве рекомендации предлагается размещать зону безопасности на этаже, смежном с этажами, в которых предусмотрено наличие помещений с массовым пребыванием людей, а также с этажами, на которых суммарное число людей превышает 100 человек (например, помещения ресторанов, баров, кафе и т. п.). С целью оптимизации в части конструктивного исполнения зоны безопасности предлагается выполнять смежными друг с другом, т. е. зоны безопасности должны примыкать к противопожарному перекрытию пожарного отсека высотного здания (рис. 4а). В случае устройства в высотном здании двух зон безопасности и наличия помещений с массовым пребыванием людей предлагается размещать одну зону безопасности на этаже, смежном с этажом, на котором расположено помещение с массовым пребыванием людей (рис. 4б).
а - при отсутствии помещения с массовым пребыванием людей; б - с наличием помещения с массовым пребыванием людей
Рисунок 4 - Возможные варианты расположения зон безопасности
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Таким образом, на основании проведенных исследований получены следующие результаты:
1. Установлено, что основными причинами возникновения пожаров в высотных зданиях являются короткое замыкание электропроводки в системе вентиляции и кондиционирования воздуха, а также нарушение правил пожарной безопасности при проведении огневых работ. В результате анализа требований технических нормативных правовых актов Республики Беларусь и зарубежных стран установлено, что для определения пределов огнестойкости строительных конструкций высотных зданий необходимо производить расчет путей эвакуации с учетом наличия зон безопасности, а также систем оповещения и управления эвакуацией людей.
2. Разработаны расчетные сценарии эвакуации людей из высотных зданий при пожаре, учитывающие наличие зон безопасности, работу технических средств противопожарной защиты (системы оповещения и управления эвакуацией людей при пожаре, системы пожарной сигнализации, системы противодымной защиты) и позволяющие определить требуемый предел огнестойкости строительных конструкций в указанных зданиях.
3. Предложены рекомендации по проектированию зон оповещения в части, касающейся определения числа этажей в группе, позволяющее сократить расчетное время эвакуации людей из высотного здания с 187,3 до 42,9 мин.
4. Предложены рекомендации по расположению зон безопасности и определению их минимального количества в высотном здании, полученные на основании проведенных расчетов параметров движения людского потока и позволяющие уменьшить расчетное время эвакуации с 42,9 до 29,2 мин.
ЛИТЕРАТУРА
1. Ройтман, В. Пожары в высотных зданиях - обеспечение безопасности людей / В. Ройтман // Альянс-спасатель [Электронный ресурс]. - 2012. - Режим доступа: http://www.spetsspasatel.ru/articles/c2/id5. - Дата доступа : 15.09.2012.
2. Здания и сооружения. Эвакуационные пути и выходы. Правила проектирования = Будыню i збудаванш. Эвакуацыйныя шляхi i выхады. Правшы праектавання : ТКП 45-2.02-22-2006. -Введ. 01.07.06. - Минск : НПП РУП «Стройтехнорм», 2006. - 49 с.
3. Холщевников, В.В. Анализ процесса эвакуации людей из высотных зданий / В.В. Холщевников, Д.А. Самошин // Жилищное строительство. - 2008. - № 8. - С. 2-4.
4. Пожарная безопасность. Общие требования : ГОСТ 12.1.004-91. - Введ. 01.07.92. - Москва : МВД СССР, 1992. - 81 с.
5. Высотные здания. Строительные нормы проектирования = Вышынныя будыню. Будаушчыя нормы праектавання : ТКП 45-3.02-108-2008. - Введ. 01.12.08. - Минск: НПП РУП «Стройтехнорм», 2008. - 92 с.
6. Здания, строительные конструкции, материалы и изделия. Правила пожарно-технической классификации = Будыню, будаушчыя канструкцьи, матэрыялы i вырабы. Правшы пажарна-тэхшчнай клаафкацыи: ТКП 45-2.02-142-2011. - Введ. 01.12.11. - Минск: НПП РУП «Стройтехнорм», 2011. - 21 с.
