Sprawy ogólne BHP
EWAKUACJA Z BUDYNKÓW

 

Matematyczne modelowanie i badania symulacyjne zachowania się ludzi podczas ewakuacji z budynków

 

Autorzy: prof. dr hab. inż. ROBERT KOSIŃSKI,  dr hab. inż. ANDRZEJ GRABOWSKI, prof. CIOP-PIB
Centralny Instytut Ochrony Pracy - Państwowy Instytut Badawczy
Źródło: Bezpieczeństwo Pracy – Nauka i Praktyka, 01/2013, s. 20-25

 

     

     W artykule przedstawiono problemy dotyczące przeprowadzania ewakuacji budynków w przypadkach zagrożenia wywołanego katastrofami budowlanymi, zamachami terrorystycznymi i wybuchami. Opisano metodę matematycznego modelowania procesów ewakuacji i komputerowych badań symulacyjnych. Prezentowany model matematyczny opiera się na równaniach Langevina, które są równaniami ruchu ewakuujących się ludzi. Równania te uzupełnione są o składnik social force, reprezentujący składową mentalną w ruchu ewakuowanych osób, determinowaną głównie przez poczucie poziomu zagrożenia w czasie ewakuacji. Przedstawiono wyniki badań symulacyjnych ewakuacji wybranych pojedynczych pomieszczeń i dwóch budynków wielokondygnacyjnych, dla różnych poziomów zagrożenia, oraz przedyskutowano czynniki wpływające na czasy ewakuacji i umożliwiające zminimalizowanie liczby ewentualnych ofiar w ludziach.

 

Wstęp

 

Ewakuacje ludzi z budynków przeprowadza się na skutek powstania sytuacji niebezpiecznych rozmaitego rodzaju np. wybuchu pożaru, eksplozji gazu, zamachu terrorystycznego czy wybuchu. Są to więc akcje, które od lat przeprowadza się na całym świecie, a ich podstawowym celem jest uratowanie jak największej liczby osób, które znajdują się w budynku w momencie zaistnienia zagrożenia. Na efektywność tego procesu ma wpływ wiele czynników - do najważniejszych należą czas dostępny na przeprowadzenie ewakuacji (co zależy od rodzaju zagrożenia), rozkład pomieszczeń w budynku oraz poziom zagrożenia odczuwany przez ludzi opuszczających budynek (zwanych dalej pieszymi). Z tego względu na wzrost efektywności ewakuacji mają wpływ architekci projektujący budynek, a także odpowiednie szkolenia jego użytkowników, przeprowadzane przez służby pożarnicze.

W czasie procesu ewakuacji ludzie mający przekonanie, że zagrażające im niebezpieczeństwo jest niewielkie, poruszają się w kierunku wyjść z budynku szybko i w sposób płynny. Nie dochodzi więc do gwałtownego kontaktu z innymi pieszymi i z przeszkodami architektonicznymi. Jednak w przypadkach poczucia znacznego niebezpieczeństwa piesi chcą jak najszybciej wydostać się z budynku, w krańcowych przypadkach mają poczucie bliskiego zagrożenia śmiercią. W takiej sytuacji, w stanie paniki, dochodzi do niekontrolowanych i gwałtownych zakłóceń w ruchu strumieni ludzkich. Piesi traktują innych pieszych jak przeszkody fizyczne, a w oddziaływaniach pomiędzy sobą nawzajem i między pieszymi a ścianami oraz innymi elementami architektury budynku dochodzi do powstawania wielkich ciśnień o wartościach do ~ 4.5 kPa. Mogą one doprowadzić do urazów, a nawet do ofiar śmiertelnych na skutek zaduszenia bądź stratowania [1, 2]. W takich warunkach zburzeniu mogą ulec słabsze konstrukcyjnie ściany, metalowe ogrodzenia wygiąć się, a szklane ścianki działowe - stłuc. Z całą pewnością stan paniki znacząco wydłuża czas ewakuacji ludzi z danego budynku w stosunku do przypadków ewakuacji odbywających się bez poczucia wysokiego zagrożenia.

W ostatnich latach w tego typu incydentach na świecie zginęły tysiące osób, a wielokrotnie więcej odniosło obrażenia. Szczególnie ważnym wydarzeniem był zamach na Word Trade Center (WTC) w Nowym Jorku w 2001 r., największy w historii zamach terrorystyczny ze względu na skalę i liczbę ofiar. Tragedia ta stała się też bodźcem do szerokiego zainteresowania problematyką ruchu ludzi w przypadkach za-grożenia życia i pogłębionych badań procesów ewakuacji budynków użyteczności publicznej i innych obiektów tego typu. W wyniku badań amerykańskich związanych z wydarzeniami, jakie wystąpiły po spowodowanych wybuchach stwierdzono m. in., że [1]:

  • rozplanowanie wnętrz istniejących dużych budynków umożliwia efektywną ewakuację tylko w przypadku zlokalizowanych zagrożeń (np. pożar kilku pomieszczeń położonych na jednym piętrze)
  • na podstawie ponad 3000 indywidualnych wywiadów przeprowadzonych przez amerykański National Institute of Standards and Technology, stwierdzono, że w przypadku całkowitego zapełnienia jednego wieżowca World Trade Center (20 000 osób) zablokowanie istniejących klatek schodowych doprowadziłoby do stratowania ponad 10 000 osób
  • skutecznymi nowymi rozwiązaniami redukującymi straty ludzkie mogłyby być m.in. winda o specjalnej konstrukcji czynna w czasie pożaru, system pionowych poręczy na zewnątrz budynku, rozpinane, wiszące pomosty do innych gmachów, rękawy ewakuacyjne.

 

Ogólnie, na podstawie wielu analiz pożarów budynków, w których wystąpiły bardzo duże straty (w tym wspomnianego pożaru WTC) można stwierdzić, że pomimo wzrastających standardów bezpieczeństwa zagrożenia związane z nagłą ewakuacją z budynku są nadal znaczne. Bardzo wiele dużych budynków (co jest szczególnie ważne w przypadku gmachów użyteczności publicznej) ma wnętrza zaprojektowane bez uwzględnienia konieczności skutecznej i szybkiej ewakuacji oraz niewłaściwie oznaczone drogi ewakuacji [1-3].

Wzrost wiedzy o przebiegu procesów ewakuacji i jej upowszechnienie może znacząco wpłynąć na ograniczenie ryzyka występującego w procesie ewakuacji i zmniejszenie jej czasu. Badania w tym zakresie są prowadzone od kilku lat w wielu ośrodkach naukowych i mają charakter tak eksperymentalny, jak i teoretyczny, a ich wyniki były przedmiotem licznych publikacji [1-7]. Jedną z metod badania procesów ewakuacji jest konstrukcja odpowiednich modeli matematycznych opisujących ruch ludzi w czasie ewakuacji. Symulacje komputerowe oparte na takich modelach umożliwiają określenie wielu ważnych parametrów ewakuacji budynków o dowolnych wnętrzach (takich jak np. całkowity czas ewakuacji), a także wizualizacje tego procesu w wybranych miejscach w budynku, co przedstawiono w artykule.