VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2016

Введение. В последнее время в нашей стране осуществляется проектирование и строительство сложных промышленных объектов, на которых складируются, обращаются и транспортируются взрывопожароопасные вещества. Это обстоятельство при нарушении технологического режима создает угрозу развития аварийной ситуации. К таким объектам можно отнести газоперерабатывающие заводы.

Промышленные производства стали оснащать современными технологическими линиями, представляющими собой сложный комплекс зданий и сооружений, которые характеризуются высокой концентрацией оборудования и трубопроводов, значительными горизонтальными и вертикальными размерами. При этом используются этажерки, которые представляют собой многоярусные каркасные сооружения. Их предназначение заключается в размещении и обслуживании технологического оборудования и трубопроводов. Однако применение современных технологий обуславливает необходимость вынужденных отступлений от требований действующих российских нормативных документов в области пожарной безопасности, так как существующая нормативная база, регламентирующая требования к путям эвакуации на этажерках технологических установок, не всегда отражает современные требования пожарной безопасности.

Одним из основных параметров, характеризующих уровень обеспечения пожарной безопасности людей, является расчетное время эвакуации. Существующие методики определения этого показателя, регламентируемые стандартами, ориентированы на применение в помещениях и зданиях. Они малоприменимы для специфических участков эвакуации, которыми являются этажерки технологических установок, так как они не учитывают особенности объемно-планировочных решений таких сооружений. В частности, не учитывается влияние угла наклона маршевых лестниц на скорость передвижения людей, а также воздействие погодных условий на процесс эвакуации. Поэтому фактическая скорость передвижения людей по путям эвакуации с этажерки может отличаться от нормативных значений, предусмотренных стандартами. Важным остается то, что вертикальные лестницы в соответствии с действующими нормативными документами не могут использоваться в качестве путей эвакуации с технологических этажерок. Не смотря на это, в некоторых из современных проектных решений используется такой вариант. В России для вертикальных лестниц никаких нормативных значений скорости передвижения не существует.

В литературе известны работы, в которых предпринимались попытки определить скорость эвакуации людей по вертикальным лестницам. Например, в работах [1, 2] были проведены исследования процесса эвакуации на макете морского судна. Они показали, что скорость движения людского потока сверху вниз составляет около 1,5 м/с. Примечательно то, что исследования проводились для коротких вертикальных лестниц (длиной не более 4 м). В работе [2] скорость спуска по вертикальным лестницам большей высоты (более 12-15 м) заметно снижается. Это можно объяснить наличием у персонала экипировки средствами индивидуальной защиты, затрудняющей перемещение по вертикальной лестнице. А в условиях пожара обслуживающий персонал, как правило, снабжен пожарно-техническим вооружением, приводящий к дополнительному снижению скорости.

В настоящей статье представлены результаты экспериментального исследования процесса эвакуации людей с этажерки технологической линии газоперерабатывающего завода. Цель исследования – определение скорости передвижения персонала в рабочих условиях, приближенных к реальным, по горизонтальным поверхностям, наклонным и вертикальным лестницам, а также исследование особенностей групповой эвакуации с ярусов до земли. На основании полученных фактических данных возможна разработка методик определния расчетного времени эвакуации, учитывающих особенности объемно-планировочных решений этажерок.

Описание эксперимента. Эксперименты проводились на этажерке технологической линии строящегося газоперерабатывающего завода. Этажерка представляет собой многоярусную конструкцию длиной около 220 м, шириной около 30 м и высотой около 35 м. Насыщенность оборудованием и трубопроводами в проекте этажерки заставила использовать сложную систему наклонных и вертикальных эвакуационных лестниц. Оборудование обслуживается на этажерке персоналом на четырех ярусах, расположенных на высоте 10 м (ярус С2), 17,5 м (С1), 29,55 м (В) и 32,35 м (А) над уровнем земли 0 м («Земля»). На каждом из ярусов имеются выходы на наклонные и вертикальные лестницы, некоторые из которых ведут непосредственно на землю (минуя удаленные от пути спуска нижележащие яруса), а большинство – на нижележащие ярусы.

Параметры наклонных лестниц:

максимальная высота марша - 5 м;

максимальная высота ступеней - 20 см;

ширина лестниц - 75 см;

уклон марша - 5/6.

Параметры вертикальных лестниц:

максимальная высота пролета - 6 м;

ширина лестниц - 60 см.

В экспериментах по эвакуации принимали участие трое физически развитых мужчин средних лет, допущенных к работе на технологических установках опасного производства. Время старта и финиша фиксировалось по показаниям двух секундомеров с погрешностью 0,1 с, после чего эти значения усреднялись. Исследования состояли из двух этапов. На первом этапе определялись фактические индивидуальные скорости движения участников испытаний по путям эвакуации трех типов – горизонтальным ярусам, наклонным и вертикальным лестницам. Было отобрано не менее трех участников одного типа, в связи с отличием условий на разных ярусах и лестницах (загроможденность яруса оборудованием, расстояния лестничными пролетами). Типичные участки спуска с ярусов показаны на рис. 1-3.

Результаты эксперимента. В табл. 1 представлены результаты измерения скорости движения людей по горизонтальным участкам. Исследования показали, что средняя скорость движения для разных ярусов менялась от 290 до 350 м/мин. Такой разброс можно объяснить разной степенью загруженности ярусов технологическим оборудованием и разной шириной проходов. Полученные значения средней скорости движения значительно превосходят максимальные нормативные значения скорости эвакуации, предусмотренные в [3,5] (100 м/мин). Такую разницу в скоростях можно объяснить состоянием здоровья персонала этажерки, участвовавшего в эксперименте. Ранее оговаривалось, что это здоровые физически развитые, кроме того, прошедшие специальную подготовку люди. Рассмотренный в данной работе случай в нормативных документах не представлен.

Таблица 1

Скорость движения по горизонтальным участкам

№ участника	Время движения, с	Средняя скорость движения			Средняя скорость движения по ярусу, м/мин
		м/с	м/мин
Ярус А. Длина участка 66 м
1	15,2	4,3	261	290 ± 31
2	12,0	5,5	330
3	14,8	4,5	268
Ярус В. Длина участка 125 м
1	21,4	5,9	351	350 ± 18
2	19,8	6,3	378
3	22,4	5,6	335
Ярус С1. Длина участка 53 м
1	9,5	5,6	336	330 ± 15
2	9,3	5,7	342
3	10,3	5,1	308

В табл. 2 приведены результаты экспериментов по спуску по наклонным лестницам. Для получения чистой скорости движения по лестнице из полного времени спуска вычиталось время, затраченное на прохождение лестничных площадок, которое составляло в среднем 0,8-1 с на каждую площадку.

Таблица 2

№ участника	Полное время спуска, с	Время движения по маршам наклонной лестницы, с	Вертикальная скорость спуска по маршам		Средняя вертикальная скорость спуска по маршам, м/мин	Средняя скорость движения по маршу, м/мин
			м/с	м/мин
Лестница № 5 с яруса А (число пролетов лестницы 10. Высотная отметка яруса 32,35 м)
1	37,3	29,3	1,1	66	63 ± 4	100 ± 6
2	37,8	29,8	1,1	66
3	43,5	33,5	1,0	58
Лестница № 8 с яруса В (число пролетов лестницы 14. Высотная отметка яруса 29,55 м)
1	38,2	27,0	1,1	66	63 ± 4	100 ± 6
2	38,1	26,9	1,1	66
3	44,4	30,4	1,0	58
Лестница № 1 с яруса С1 (число пролетов лестницы 5. Высотная отметка яруса 17,5 м)
1	18,8	14,8	1,2	71	72 ± 3	110 ± 5
2	17,8	13,8	1,3	76
3	20,1	15,1	1,2	69

Результаты эксперимента показывают, сто средняя скорость движения человека при спуске по наклонным лестницам составляет от 100 до 110 м/мин (в проекции на вертикаль – 63-72 м/мин). Среднее значение скорости по маршу лестницы – 100 м/мин, что совпадает с нормативной величиной скорости спуска человека по эвакуационной лестнице в здании. Исходя из этого, можно сказать, что значения скорости движения, приведенные в [1, 2], являются, вероятно, несколько завышенными, так как физически более слабые люди будут передвигаться с меньшей скоростью.

В следующей части эксперимента измерялась скорость спуска людей по вертикальным лестницам. Для получения значений скорости движения по маршам вертикальных лестниц, как и в случае наклонных лестниц, из общего времени спуска вычиталось время, затраченное на прохождение площадок, которое составило в среднем 2,6-3,2 с. Полученные данные приведены в табл. 3.

Таблица 3

№ участника	Полное время спуска, с	Время движения по вертикальной лестницы, с	Скорость спуска по вертикальной лестнице			Средняя скорость спуска по вертикальной лестнице, м/мин
			м/с	м/мин
Лестница № 6 с яруса А до земли (число пролетов вертикальной лестницы 8. Высота спуска 34,75 м)
1	68,3	52,7	0,66	40	33 ± 7
2	78,9	60,5	0,57	35
3	108,0	85,6	0,41	24
Лестница № 1А с яруса А до С1 (число пролетов вертикальной лестницы 4. Высота спуска 14,85 м)
1	32,3	23,5	0,63	38	34 ± 5
2	35,3	24,9	0,60	36
3	45,3	32,5	0,43	27
Лестница № 1 с яруса А до С1 (число пролетов вертикальной лестницы 4. Высота спуска 14,85 м)
1	29,7	20,9	0,71	43	40 ± 4
2	31,7	21,3	0,70	42
3	38,7	25,9	0,57	34
Лестница № 3 с яруса А до С1 (число пролетов вертикальной лестницы 4. Высота спуска 14,85 м)
1	25,4	16,6	0,90	54	48 ± 6
2	27,9	17,5	0,85	51
3	35,5	22,7	0,66	39

Таким образом средняя скорость спуска по вертикальной лестнице для разных участников составила от 33 до 48 м/мин, что в 1,5-2 раза меньше, чем вертикальная скорость при спуске по наклонным лестницам (62-69 м/мин). Отсюда следует, что данный вид эвакуационных лестниц является существенно менее эффективным по сравнению с наклонными лестницами, однако, при невозможности реализации необходимого числа наклонных лестниц, предусмотренного нормами, допустимо использование большого количества вертикальных лестниц, обеспечивающих требуемое время эвакуации персонала в случае проектной пожароопасной аварии.

Второй этап экспериментов заключался в измерении времени, за которое группа участников (два или три человека) спускается с того или иного яруса на землю. Эксперимент моделировал ситуацию реальной аварии, при которой ближайший путь эвакуации заблокирован. Полное время эвакуации отсчитывалось по достижению последним участником уровня земли.

В первом испытании группа из двух участников (участники № 2 и 3) двигались 36 м по ярусу А, затем спускались по вертикальной лестнице № 3 (высота 14,85 м, 4 пролета) на ярус С1 и завершали спуск по наклонной лестнице № 11 (высота 17,5 м, 5 пролетов).

Экспериментально измеренное время эвакуации группы из двух человек составило 73,2 с.

Расчетное время эвакуации группы может оцениваться по наибольшему времени движения одного человека в группе, т.е. по скорости движения самого медленного участника (участник № 3) по данному маршруту эвакуации, исходя из следующих условий:

- скорость движения участника № 3 по ярусу А составляет 270 м/мин;

- средняя вертикальная скорость спуска участника № 3 по маршу вертикальной лестницы составляет 31 м/мин;

- при спуске по вертикальной лестнице человек преодолевает 4 площадки (включая площадку на ярусе А), расчетные затраты времени на каждую площадку составляют 3,2 с;

- средняя вертикальная скорость спуска участника № 3 по маршу наклонной лестницы составляет 62 м/мин;

- при спуске по наклонной лестнице участник № 3 преодолевает 5 площадок (включая площадку на ярусе С1), расчетные затраты времени на каждую площадку равны 1,0 с.

Рассчитанное время эвакуации участника № 3 составило 71,2 с. Отклонение расчетного фактического от времени эвакуации – 2 с (2,8 %).

Во втором испытании группа из трех участников должна была двигаться 119 м по ярусу С1 от вертикальной лестницы № 1 до вертикальной лестницы № 12, затем спуститься по вертикальной лестнице № 12 (высота 17,5 м, 4 пролета) на землю (рис. 4).

 

Рис. 4. Спуск группы участников по вертикальной лестнице с яруса С1 до земли

 

Однако при движении по ярусу С1 группа пропустила нужный проход к вертикальной лестнице № 12 на ярусе С1 и, увидев заблокированный проход (велись строительно-монтажные работы), вынуждена была вернуться. В результате фактически пройденный группой путь по ярусу С1 составил 215 м (вместо 119 м).

Время эвакуации группы из трех человек, измеренное в ходе эксперимента, составило 135 с, время движения по ярусу С1 – 81,5 с. Скорость движения группы по горизонтальной поверхности яруса С1 была равна 160 м/мин, что значительно меньше средней скорости движения самого медленного участника (310 м/мин). Это объясняется неопределенностью маршрута и необходимостью принимать решение относительно пути движения. Проанализировав видеозаписи эксперимента установлено, что временной интервал в движении между участниками эксперимента составлял в среднем 4 с.

Выводы. В ходе проведенной работы были получены расчетные показатели скорости движения по различным путям эвакуации с промышленных сооружений, также имитирующих эвакуацию персонала в случае аварии.

Средние скорости движения составили:

- по горизонтальным поверхностям – 320 м/мин;

- по наклонным лестницам – 100 м/мин (66 м/мин в проекции на вертикальное направление);

- по вертикальным лестницам – 39 м/мин.

Среднее время прохождение площадок наклонных лестниц составило 0,9 с, площадок вертикальных лестниц – 2,7 с.

Установившийся временной интервал в движении между членами группы при эвакуации был равен приблизительно 4 с.

Полученные результаты скорости движения людей при эвакуации значительно отличаются от нормативных значений для зданий. Это обстоятельство заставляет с осторожностью использовать методы оценки эвакуации персонала из здания при расчетах эвакуации на наружных установках, так как традиционные подходы не в полной мере учитывают то, что время нахождения человека в зоне поражения опасными факторами при аварии на таких сооружениях, как этажерка, может существенным образом зависеть от объемно-планировочных решений сооружения и организации путей эвакуации.

Библиографический список

1. Koss L.L., Moore A., Porteous B. Human Mobility Data for Movement on Ships. The Royal Institution of Naval Architects, Proceedings from Fire at Sea. – London, 1997/

2. The Ship Stability Research Centre, Maritime and Coastquard Agency, Research Project 490 Phase 1 “The Effects Of Ship Motion On The Evacuation Process”, Task 3.1a “Critical Review of Data Available as input to Evacuation Simulation Tools”, March 2004.

References

1. Koss L.L., Moore A., Porteous B. Human Mobility Data for Movement on Ships. The Royal Institution of Naval Architects, Proceedings from Fire at Sea. – London, 1997/

2. The Ship Stability Research Centre, Maritime and Coastquard Agency, Research Project 490 Phase 1 “The Effects Of Ship Motion On The Evacuation Process”, Task 3.1a “Critical Review of Data Available as input to Evacuation Simulation Tools”, March 2004.

Код для цитирования: Скопировать