автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.03, диссертация на тему:Нормирование требований пожарной безопасности к эвакуационным путям и выходам в стационарах социальных учреждений по обслуживанию граждан пожилого возраста

На правах рукописи

Г^/

Истратов Роман Николаевич

НОРМИРОВАНИЕ ТРЕБОВАНИЙ ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ К ЭВАКУАЦИОННЫМ ПУТЯМ И ВЫХОДАМ В СТАЦИОНАРАХ СОЦИАЛЬНЫХ УЧРЕЖДЕНИЙ ПО ОБСЛУЖИВАНИЮ ГРАЖДАН ПОЖИЛОГО ВОЗРАСТА

Специальность: 05.26.03 — Пожарная и промышленная безопасность (технические науки, отрасль строительство)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-2014

005557073

005557073

Работа выполнена в Академии Государственной противопожарной службы МЧС России на кафедре пожарной безопасности в строительстве

Научный руководитель: заслуженный работник высшей школы РФ,

доктор технических наук, профессор, Холщевников Валерий Васильевич

Официальные оппоненты: Алексеев Юрий Владимирович

доктор архитектуры, профессор, Московский Государственный строительный университет, профессор кафедры проектирования зданий и градостроительства

Косачев Андрей Аркадьевич кандидат технических наук, Всероссийский ордена «Знак почета» научно-исследовательский институт противопожарной обороны МЧС России, заместитель начальника научно-исследовательского центра профилактики пожаров и предупреждения ЧС с пожарами -начальник отдела огнестойкости строительных конструкций и инженерного оборудования

Ведущая организация: Открытое акционерное общество

«Центральный научно-исследовательский и проектный институт жилых и общественных зданий»

Защита состоится «23» декабря 2014 г. в 14 часов 00 минут на заседании диссертационного совета Д 205.002.02 в Академии Государственной противопожарной службы МЧС России по адресу: 129366, Москва, ул. Б. Галушкина, 4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Академии ГПС МЧС России и на сайте: http://academygps.ru/uploads/files/Gp8929YqDjFc4ohecuM8.pdf

Автореферат разослан «24» октября 2014 г.

Ученый секретарь __<о /'

диссертационного совета Швырков Сергей Александрович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Поистине гуманным и демократическим обществом можно назвать то общество, которое одной из приоритетных задач для себя ставит заботу о старшем поколении, всячески помогая и оберегая его от различных опасностей. Важнейшим направлением, реализующим эту задачу в области обеспечения безопасности людей, является пожарная безопасность.

Федеральный закон от 22.07.2008 г. № 123-ФЭ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности», рассматривая все здания, классифицирует их по функциональной пожарной опасности в зависимости от возраста и физического состояния людей, находящихся в них. Стационары социальных учреждений по обслуживанию граждан пожилого возраста (далее - стационары), назначением которых является предоставление социальных услуг людям в условиях круглосуточного пребывания, относятся к зданиям класса Ф1.1.

Как и на других объектах защиты, в стационарах, установленным критерием обеспечения пожарной безопасности является то, что индивидуальный пожарный риск в них не должен превышать значение одной миллионной в год. Выполнение этого критерия невозможно без обеспечения условий своевременной и беспрепятственной эвакуации, а там, где это необходимо, и спасения людей. В связи с этим, для оценки обеспечения безопасной эвакуации и спасения людей из зданий стационара должны быть установлены закономерности связи между параметрами потоков граждан пожилого возраста (плотностью (D), скоростью (V) и интенсивностью движения (q)) и определены условия проведения спасательных мероприятий, соответствующие возможностям персонала.

Степень разработанности темы исследования. Несмотря на большое количество отечественных и зарубежных исследований, посвященных как развитию общей теории людских потоков и поведения людей при эвакуации (Беляев C.B., Милинский А.И., Предтеченский В.М., Калинцев В. А., Дувидзон P.M., Холщевников В.В., Григорьянц Р.Г., Копылов В.А., Буга П.Г., Доценко А.Г., Гвоздяков B.C., Алексеев Ю.В., Еремченко М.А., Фелькель X., Овсянников А.Н., Никонов С.А., Айбуев З.С.-А., Исаевич И.И., Парфененко А.П., Кудрин И.С., Fruin J.J., Bryan J.L., Pauls J.L., Wood P.G., Fahy R., Canter D.), так и исследованию эвакуации людей с ограниченными возможностями (Холщевников В.В., Кирюханцев Е.Е., Шурин Е.Т., Апаков A.B., Самошин Д.А., Pearson R.G., Proulx G., Shields T.J., Rubadiri L„ Galea E.R., Boyce K.E.), а также проектированию удобной и безопасной жилой среды для инвалидов и пожилых людей (Рудаков П.Г., Смирнова О.Я., Хартофилакас A.C., Камлет Х.Ю., Крундышев Б.Л., Степанов В.К., Молоткова Е.Г.), проблема обеспечения безопасности людей при пожарах в стационарах остается не решенной - фактический риск гибели людей при пожаре превосходит нормативный в десятки раз.

3

V. \

ч

Действующие нормативные документы, содержащие расчетные зависимости для определения параметров движения маломобильных групп населения, основаны на данных, полученных в конце 90-х годов прошлого столетия, и не учитывают специфических мобильных возможностей и физического состояния граждан пожилого возраста, а параметры, характеризующие их спасение, отсутствуют. В связи с этим, невозможно обоснованно нормировать размеры эвакуационных путей и выходов, обеспечивающих безопасность эвакуации и спасения престарелых людей из стационаров в случае пожара.

Таким образом, отсутствие статистической базы эмпирических данных и теоретических исследований процесса эвакуации людей престарелого возраста определяют актуальность настоящей работы, целью которой является развитие основных методологических положений по проектированию эвакуационных путей и выходов в зданиях стационаров на основании установления закономерностей движения людских потоков, состоящих из престарелых людей, способных к самостоятельной эвакуации, и закономерностей затрат времени персоналом при спасении людей не способных самостоятельно эвакуироваться.

Цель исследования определяет необходимость решения следующих задач:

- предложить классификацию престарелых людей по группам мобильности, учитывающую возможности их эвакуации и спасения;

- провести натурные наблюдения за движением потоков престарелых людей в зданиях стационаров и определить параметры, характеризующие их движение, а также установить психофизические закономерности связи между ними при эвакуации по различным участкам путей и выходов;

- провести эксперименты по спасению престарелых людей не способных к самостоятельной эвакуации, и установить закономерности, определяющие значения времени подготовки и скорости их транспортировки персоналом на носилках;

- разработать требования пожарной безопасности к эвакуационным путям и выходам и предложить комплекс организационно-технических мероприятий, направленных на повышение безопасности людей при пожарах в стационарах.

Объектом исследования являлись процессы эвакуации и спасения престарелых людей из зданий стационаров социальных учреждений по обслуживанию граждан пожилого возраста.

Предметом исследования являлись закономерности движения престарелых людей способных к самостоятельной эвакуации и факторы, влияющие на передвижение спасателей при осуществлении спасения престарелых людей не способных к самостоятельной эвакуации, определяющие геометрические размеры эвакуационных путей и выходов.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Впервые сформирована статистическая совокупность значений скорости движения людей в возрасте старше 60 лет в установленных интервалах плотности для всех видов коммуникационных путей;

2. Разработана классификация людей престарелого возраста по группам мобильности, учитывающая возможность их эвакуации и спасения;

3. Установлены вид случайной функции, описывающей зависимость скорости от плотности потоков престарелых людей различной мобильности при их движении по горизонтальным путям, по лестнице и пандусу вниз и вверх, через дверной проем, а также значения входящих в нее величин «у и D0f,

4. Установлены значения случайной величины скорости свободного движения престарелых людей (V0j) разных групп мобильности по различным видам пути в чрезвычайных ситуациях;

5. Установлены закономерности изменения физических параметров операций, выполняемых спасателями мужского и женского пола, при перемещении людей не способных к самостоятельной эвакуации.

Теоретическая и практическая значимость работы заключается:

- в использовании полученных закономерностей движения людских потоков, состоящих из престарелых людей способных к самостоятельной эвакуации, при проектировании зданий стационаров и определении в них расчетных величин пожарного риска;

- в обосновании численности персонала, необходимого для спасения людей в стационарах при пожаре;

- в обосновании определения геометрических размеров эвакуационных путей и выходов в стационарах.

Результаты работы позволяют разрабатывать организационно-технические мероприятия, направленные на повышение безопасности престарелых людей в случае возникновении пожара.

Методология и методы исследования. Основу теоретических исследований составляли психофизические закономерности поведения людей, проявляющиеся в натурных наблюдениях движения людских потоков, выявляемые при обработке их результатов методами теории вероятностей и математической статистики, которые реализованы в работе при помощи программ «STATISTICA v7.0.61.0» и «Attestat 12.0.5». Моделирование динамики распространения опасных факторов пожара в здании проводилось при помощи программы FDS (Fire Dynamic Simulator), реализующей вычислительную гидродинамическую модель тепломассопереноса при горении. Расчеты времени эвакуации людей из зданий проводились при помощи имитационно-стохастической модели движения людского потока в программе «СИТИС: Флоутек ВД 2.60.12301».

Материалы диссертации реализованы при разработке:

- новой редакции нормативного документа по пожарной безопасности: Свода правил СП 1.13130 «Системы противопожарной защиты. Эвакуационные пути и выходы»: ФГБУ ВНИИПО МЧС России, 2015 г.;

- нормативного документа по пожарной безопасности: Свода правил СП 136.13330.2012 «Здания и сооружения. Общие положения проектирования с учетом доступности для маломобильных групп населения»: ООО Институт общественных зданий, 2012 г.;

- новой редакции нормативного документа по пожарной безопасности: «Методика определения расчетных величин пожарного риска в зданиях, сооружениях и строениях различных классов функциональной пожарной опасности»: ФГБУ ВНИИПО МЧС России, 2016 г.;

- нормативного документа по пожарной безопасности: «Специальные технические условия на проектирование «Социально-реабилитационного центра ветеранов войны и вооруженных сил департамента социальной защиты населения г. Москвы по адресу: г. Москва, Олимпийский проспект, д. 7, корп. 1». М.: ЗАО «Москапзащита», 2014 г.;

- второго издания учебного пособия «Эвакуация и поведение людей при пожарах», (авторы В.В. Холщевников, Д.А. Самошин) имеющего гриф «Допущено Министерством Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий в качестве учебника для высших образовательных учреждений». М.: Академия ГПС МЧС России, 2014 г.

Положения, выноснмые на защиту:

- классификация престарелых людей по группам мобильности, учитывающая возможность их эвакуации и спасения;

- закономерности связи между параметрами потоков престарелых людей способных к самостоятельной эвакуации при их движении по различным эвакуационным путям и выходам;

- закономерности изменения параметров движения спасателей при перемещении людей не способных к самостоятельной эвакуации;

- комплекс мероприятий, устанавливающий оптимальные размеры эвакуационных путей для обеспечения безопасной эвакуации и спасения престарелых людей из стационаров социальных учреждений по обслуживанию граждан пожилого возраста.

Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность представленных в диссертации результатов достигалась:

- применением апробированных методов натурных наблюдений людских потоков и математической статистики;

- применением методологии теории людских потоков, учитывающей психофизиологические качества составляющих их людей;

- выбором статистического анализа для оценки адекватности теоретических результатов данным натурных наблюдений.

Основные результаты работы доложены на: XXII Международной научн.-практ. конф. «Актуальные проблемы пожарной безопасности» (г. Москва, ВНИИПО МЧС России, 2010); 20-й Международной научн.-техн. конф. «Системы безопасности - 2011» (г. Москва, Академия ГПС МЧС России, 2011); VI Международной научн.-практ. конф. курсантов (студентов), слушателей магистратуры и адъюнктов (аспирантов) (Республика Беларусь, г. Минск, 2012); 5-м Международном симпозиуме «Поведение людей при пожаре» (Кембридж, Великобритания, 2012); 13-й Международной конф. «Шефат

2013» (Королевский Холлоуэй колледж, Лондонский университет, Великобритания, 2013).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 научных работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Содержание работы изложено на 160 страницах текста, включает в себя 40 таблиц, 65 рисунков, список литературы из 129 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации и степень ее разработанности, сформулированы цель и задачи исследования, проанализированы объект и предмет исследования, показаны научная новизна работы и ее теоретическая и практическая значимость, представлены методология и методы исследования, приведены положения, выносимые на защиту, а также степень достоверности и апробация результатов.

В первой главе рассмотрена структура эвакуационных путей и выходов в объемно-планировочных решениях зданий стационаров и представлен анализ научных работ в области движения людских потоков и спасения людей при пожарах. Анализ структуры эвакуационных путей и выходов позволил установить общую расчетную схему эвакуации, соответствующую коридорной системе объемно-планировочных решений зданий стационаров.

Обеспечение пожарной безопасности в социальных учреждениях с пребыванием престарелых людей является одной из самых сложных задач для специалистов пожарной охраны. Возникновение пожаров в таких зданиях, как правило, носит трагический характер и сопровождается большим количеством жертв, о чем свидетельствуют статистические данные. Так, фактическая величина индивидуального пожарного риска в социальных учреждениях с пребыванием престарелых людей превышает допустимые значения, установленные Федеральным законом от 22.07.2008 г. № 123-Ф3 «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» (таблица 1).

Таблица 1 - Фактическая величина индивидуального пожарного риска в социальных учреждениях с пребыванием престарелых люден в 2009-2013 годах_

Фактор Год

2009 2010 2011 2012 2013

1 2 3 4 5 6

Количество престарелых людей проживающих в стационарах социальных учреждений, чел. 244000 245000 245000 247000 247000

Таблица 1 (продолжение)

1 2 3 4 5 6

Количество погибших престарелых людей в результате пожаров в стационарах социальных учреждений, чел. 24 12 5 2 36

Фактическая величина индивидуального пожарного риска, год'1 98,3-10"6 48,9-10"6 20,4 Ю"6 8,0-КГ4 145,7-Ю"6

Современное нормирование путей и выходов в зданиях стационаров учитывает в большей мере специфические требования быта и обслуживания основного функционального контингента. Требования же, относящиеся к безопасной эвакуации и спасению людей при пожаре, проработаны в меньшей степени, в результате чего их гибель в большинстве случаев, происходит по причине того, что они не успевают покинуть здание до наступления критических значений опасных факторов пожара (ОФП).

Решение данной проблемы заключается в разработке адекватных требований пожарной безопасности к эвакуационным путям и выходам, в которых должны быть учтены значения параметров движения потоков престарелых людей и возможность проведения их спасения до наступления критических значений ОФП.

Во второй главе представлена методика проведения натурных наблюдений и экспериментов, а также статистическая обработка полученных результатов.

В качестве объектов обследования были выбраны здания стационаров социальных учреждений общего типа, в которых отсутствуют люди с нервно-психическими заболеваниями, и лица, вышедшие из мест заключения, систематически и грубо нарушающие внутренний распорядок учреждения.

Уже на подготовительном этапе к экспериментам, в результате анализа медицинской литературы, бесед с персоналом социальных учреждений, а также наблюдений за престарелыми людьми, имеющими различный возраст и состояние здоровья, была разработана классификация престарелых граждан, учитывающая их физические возможности (рисунок 1).

Престарелые люди проживающие в стационарах социальных учреждений по обслуживанию граждан пожилого возраста

Не пользующиеся Пользующиеся Пользующиеся двумя Передвигающиеся Не передвигающиеся дополнительными одной дополнительной дополнительными на креслах- самостоятельно

опорами опорой опорами колясках

Рисунок 1 - Классификация по мобильным качествам людей, проживающих в стационарах

Разработанная классификация предопределила проведение всей экспериментальной работы в два этапа.

На первом этапе, в результате проведения натурных экспериментов в пяти социальных учреждениях, определялись основные параметры, характеризующие движение потоков престарелых людей способных к самостоятельной эвакуации, и устанавливались психофизические закономерности связи между ними при движении по различным участкам эвакуационных путей и выходов.

На втором этапе, в результате проведения натурных экспериментов в трех социальных учреждениях, четырех городских больницах и одном учебном заведении, определялись особенности спасения людей не способных к самостоятельной эвакуации. Основной задачей являлось определение закономерностей изменения параметров движения спасателей мужского и женского пола при перемещении людей разной массы с кровати на носилки и дальнейшей их переноске по участкам различных видов путей эвакуации.

Проведение экспериментов по определению основных параметров, характеризующих движение потоков престарелых людей способных к самостоятельной эвакуации, заключалось в том, что их участникам, заранее собранным в единые людские потоки различной плотности, предлагалось пройти с максимально возможной скоростью по определенным участкам эвакуационных путей, попадающих в обзор заранее установленных видеокамер. В качестве участков эвакуационных путей рассматривались: горизонтальный путь в коридоре или помещении; лестница вверх и вниз; пандус вверх и вниз; дверной проем. До начала проведения натурных экспериментов на высоте человеческого роста на несколько секунд натягивалась специальная масштабная сетка с размером ячеек 1x1 м, позволяющая зафиксировать видеокамерами разлинованные единичные отрезки длины и ширины эвакуационного пути, по которому потом двигались людские потоки (рисунок 2). Скорость движения (К, м/мин) каждого человека в потоке на определенном участке вычислялась как отношение длины пройденного им пути от одной до другой границы ячейки сетки к затраченному на это времени мин). Значение плотности людского потока (О, чел/м2), при этом, определялось количеством людей в той же самой ячейке перед исследуемым человеком.

а) б) в)

Рисунок 2-Фрагменты анализа видеозаписей натурных экспериментов при передвижении престарелых людей по разным участкам пути:

а) горизонтальный путь: б) лестница; в) пандус

Определение скорости движения людей через проем имело некоторые отличия от определения скорости на участках других видов пути, поскольку длина участка пути в проеме равна нулю. Так, при движении через проем, подсчитывалось количество людей (А',, чел), проходящих через него за определенный интервал времени, который определялся исходя из продолжительности существования перед границей проема конкретного значения плотности людского потока (рисунок 3).

Далее рассчитывалась интенсивность движения чел/(ммин)) через проем шириной (3, м) при наблюдаемой в течение интервала времени плотности людского потока перед ним:

дв = N,1(8-1), (1)

а затем скорость перехода (м/мин) через границу проема при плотности (О)

Уо = ц0!0. (2)

Полученные в результате видеообработки значения скоростей движения людей при определенной плотности были распределены в виде выборок по сериям натурных наблюдений в зависимости от мобильности престарелых людей и вида пути их передвижения, после чего произведен первичный статистический анализ данных (таблица 2).

Таблица 2 - Количество замеров (я) скорости движения (У) для каждого вида пути

в зависимости от группы мобильности людей способной к самостоятельной эвакуации

Группа мобильности Вид пути

Горизонтальный Лестница вниз Лестница вверх Пандус вниз Пандус вверх Проем

Не пользующиеся опорами 221 181 197 99 98 68

Пользующиеся одной опорой 98 102 73 58 21 44

Всего: 319 283 270 157 119 112

Итого: 1260 замеров

Для установления расчетных зависимостей между скоростью движения и плотностью потока из престарелых людей применена апробированная методо-

Рнсунок 3 - Фрагменты прохождения людей через дверной проем

логия, использованная при установлении связи между параметрами людского потока. Зависимость скорости движения людского потока от его плотности описывается в общем случае формулой вида:

Д 4

1-о,1п-

д,

(3)

где Кц, - случайная функция скорости потока на /-ом виде пути при значении его плотности О, м/мин; - случайная величина скорости свободного движения потока по /-му виду пути (при значении его плотности О < Ау), м/мин; ау- 1п (О, ЮП]) - математическое выражение реакции людей на увеличение плотности потока (здесь: й, - коэффициент адаптации людей к движению по /-му виду пути при увеличении плотности; Ц,- - плотность людского потока на ;'-м участке /-го вида пути; - пороговое значение плотности потока на участке пути у'-го вида по достижении которого плотность начинает оказывать влияние на скорость движения в нем людей, чел/м").

В качестве примера, отражающего особенности движения престарелых людей способных к самостоятельной эвакуации, на рисунке 4 приведены зависимости скорости людского потока от его плотности при движении

по различным видам путей, а полученные значения величин представлены в таблице 3.

Ау и К,

о/

40

35 30 25 20 15 10 5 0

- орпзонтальньп! путь [естница вниз [естшща вверх Тандус вниз 1андус вверх

- J

---

---

Л, чел/м2

0 12 3 4 5

Рисунок 4 - Зависимости скорости движения смешанного потока престарелых людей способных к самостоятельной эвакуации от его плотности по различным видам путей

Таблица 3 - Значения о,-, Оо; и при движении престарелых людей разной

Вид пути Группа мобильности престарелых людей способных к самостоятельной эвакуации «У Д),,2 чел/м" Ко, м/мин

1 2 3 4 5

Горизонтальный Не пользующиеся опорами 0,425 0,86 45

Пользующиеся одной опорой 0,428 0,96 25

Смешанный состав 0,424 0,90 35

Проем Не пользующиеся опорами 0,253 0,18 50

Пользующиеся одной опорой 0,456 1,02 20

Смешанный состав 0,355 0,55 30

Таблица 3 (продолжение)

1 2 3 4 5

Лестница вниз Не пользующиеся опорами 0,367 0,62 30

Пользующиеся одной опорой 0,505 1,26 20

Смешанный состав 0,433 0,93 25

Лестница вверх Не пользующиеся опорами 0,414 0,88 30

Пользующиеся одной опорой 0,338 0,56 20

Смешанный состав 0,377 0,72 25

Пандус вниз Не пользующиеся опорами 0,468 1,11 40

Пользующиеся одной опорой 0,353 0,58 25

Смешанный состав 0,411 0,84 35

Пандус вверх Не пользующиеся опорами 0,389 0,92 35

Пользующиеся одной опорой 0,368 0,72 15

Смешанный состав 0,376 0,81 25

Поскольку длину пути в проемах протяженностью менее 0,7 м принято считать равной нулю, то особенности движения через него удобней выразить зависимостью интенсивности движения от плотности людского потока (рисунок 5).

ц, чел/(м*мин)

- Не пользующиеся дополгагтельными опорами -Пользующиеся одной дополнительной опорой

--Смешанный состав

I), чел/м2

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 ' 3,5 ' 4 4,5 5 Рисунок 5 - График зависимости интенсивности движения потока престарелых людей различной мобильности способных к самостоятельной эвакуации от его плотности для дверного проема

На втором этапе натурных экспериментов определялись закономерности изменения параметров движения персонала учреждения при перемещении престарелых людей разной массы не способных к самостоятельной эвакуации при перемещении их с кровати на носилки с дальнейшей переноской по различным путям эвакуации.

В качестве спасаемых в экспериментах были подобраны пациенты различных отделений из числа добровольцев с массой до 90 кг. Для реалистичности эксперимента им была поставлена задача имитировать неподвижность, играя роль немобильного человека. В качестве спасателей выступили врачи и медсе-

стры, как мужчины, так и женщины. Для фиксации значений времени и скорости в указанных экспериментах использовались видеокамеры.

Эксперименты по определению времени перекладывания людей с кровати на носилки с помощью одеяла (как наиболее удобного и безопасного способа) проходили в специально отведенных палатах, где уже заранее были подготовлены кровать и носилки (рисунок 6). £

Рисунок 6 - Кадры проведения экспериментов по определению времени перекладывания людей с кровати на носилки

По команде организаторов эксперимента спасатели производили подъем человека с кровати на одеяле и перекладывали его на носилки. Далее спасаемый человек вставал с носилок и снова ложился на кровать, у которой уже стояла новая пара спасателей, ждущая своей очереди. После того, как все пары спасателей по одному разу провели перекладывание, на кровать ложился новый человек, на 10 кг тяжелее предыдущего, и эксперимент повторялся до последнего спасаемого с массой 90 кг.

Эксперимент по определению скорости переноски людей на носилках по горизонтальному пути (рисунок 7) проводился в коридорах учреждений. Каждая пара спасателей производила переноску человека на носилках от начала коридора до его конца и, после разворота, обратно, в начало коридора. Затем переноска производилась следующей парой спасателей. После того, как каждая пара спасателей совершила переноску носилок со спасаемым человеком определенной массы, на них ложился другой человек, на 10 кг тяжелее предыдущего, и эксперимент повторялся.

Рисунок 7 - Кадры проведения экспериментов по определению скорости переноски людей на носилках по горизонтальному пути

Для обозначения пройденного пути спасения было принято решение делить коридоры на отрезки по 10 м, делая на полу пометки мелом. Во время видеосъемки эксперимента при переноске носилок с человеком оператор двигался рядом и фиксировал моменты, когда спасатели пресекали начерченные на полу метки.

Эксперимент по определению скорости переноски людей на носилках по лестнице вниз (рисунок 8) проводился с теми же участниками и по тем же правилам, что и в предыдущем эксперименте, с поправкой на вид пути и его протяженность. Здесь спасателям ставилась задача перенести человека на носилках по лестнице вниз на один этаж, преодолевая при этом путь, состоящий из двух лестничных маршей, имеющих уклон 1:2, и лестничной площадки.

Рисунок 8 - Кадры проведения экспериментов по определению скорости переноски людей на носилках по лестнице вниз

Время перекладывания спасателями человека с кровати на носилки (/пк, с) за п кадров и частотой покадровой проекции видео (укалр, 1/с) определялось по формуле:

<пк = "/Укадр.- (4)

Скорость переноски спасателями человека на носилках (Упн, м/мин) по участку длинной I (м) определялось по формуле:

КПН = //(Г/60) (5)

где / — время переноски, определяемое как частное от деления п кадров видеозаписи, за которые спасатели осуществляли переноску человека на носилках по участку, на частоту покадровой проекции видео (укадр, 1/с).

Общая совокупность эмпирических данных, полученных в результате экспериментов по спасению, составила 873 значения. Из них при определении времени перекладки людей с кровати на носилки — 279 значений, при определении скорости переноски людей на носилках по горизонтальному пути - 315 значений, а при определении скорости переноски людей на носилках по лестнице вниз - 279 значений.

Поиск тенденции влияния массы спасаемых на скорость их перемещения спасателями позволил выявить, что она соответствует логарифмической функции. Объяснение этого факта уходит в историю исследований в области психофизики, где также изучались вопросы влияния массы предмета на интенсив-

ность физиологического ощущения человека. Еще в 1834 г. Э. Вебером при изучении мышечной чувствительности человека было определено, что новый раздражитель (масса предмета), чтобы отличаться по ощущениям от предыдущего, должен отличаться от исходного на величину, пропорциональную исходному раздражителю. Позже, на основании этих данных, Г. Фехнер сформулировал «основной психофизический закон», согласно которому сила ощущения пропорциональна логарифму интенсивности раздражителя.

Таким образом, в основе проявляющегося влияния массы человека на скорость его перемещения спасателями, лежат психофизические закономерности взаимосвязи между физическими характеристиками различного характера стимулов, порождаемых массой человека, и интенсивностью ощущений, реакцией на которые и является соответствующая скорость переноски спасателей. Вышесказанное приводит к заключению, что искомое выражение для определения времени перекладывания людей спасателями с кровати на носилки может быть описано формулой:

1-я 1п—

"»о

где К0 — случайная величина скорости перекладки человека с кровати на носилки спасателями (масса перекладываемого человека т < т0), м/мин; а - коэффициент адаптации спасателя к перекладыванию человека с кровати на носилки при увеличении массы спасаемого; т — масса спасаемого человека при перекладке его с кровати на носилки, кг; то - пороговое значение массы спасаемого человека при перекладке его с кровати на носилки, по достижении которого масса начинает оказывать влияние на скорость перекладывания, кг.

Психофизическое влияние воздействия внешних факторов на скорость движения людей было установлено ранее д.т.н. В.В. Холщевниковым. В данном случае, при свободном движении спасателей (влияние плотности потока отсутствует), таким внешним фактором является масса перемещаемого человека. Тогда общее выражение для определения скорости переноски людей спасателями на носилках по горизонтальному пути и по лестнице может быть описано формулой:

= м/мин, (7)

где Ко — случайная величина скорости свободного движения спасателя переноске человека на носилках (со значением его массы т < т0), м/мин; а - коэффициент адаптации спасателей к движению при переноске с увеличением массы спасаемого; т - масса спасаемого человека при переноске его на носилках, кг; то — пороговое значение массы спасаемого человека при переноске его на носилках, по достижении которого масса начинает оказывать влияние на скорость переноски, кг. Графические зависимости, отражающие время перекладывания спасаемых людей разной массы с кровати на носилки

и скорость их переноски по горизонтальному пути и по лестнице вниз спасате лями разного пола, представлены на рисунках 9 - 11, а значения коэффициен

тов а, т0 и К0, - в таблице 4.

- женщины (теоретические значения)

женщины (экспериментальные значения) -мужчины (теоретические значения) мужчины (экспериментальные значения)

г4 .

О 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Рисунок 9 - Зависимость времени перекладывания с кровати на носилки людей от их массы

V. м/мин

150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Рисунок 10 - Зависимость скорости переноски на носилках по горизонтальному пути людей от их массы

.....

-;-1-• •

}— :-: —---

о

*

-женпшны (теоретические значения) * женщины (экспериментальные значения) -мужчины (теоретические значения) • мужчины (экспериментальные значения)

К м/мин

-женщины (теоретические значения)

женщины (экспериментальные значения) - мужчины (теоретические значения) мужчины (экспериментальные значения)

т, кг

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Рисунок 11 - Зависимость скорости переноски на носилках по лестнице вниз людей от их массы

Таблица 4 - Значения коэффициентов а, т„ и при определении времени перекладки спасаемых людей разной массы с кровати на носилки и скорости их переноски по горизонтальному пути н по лестнице вниз спасателями разного пола __

Пол спасателей Действия спасателей Уа, м/мин а то, кг

Женщины Перекладка спасаемого человека с кровати на носилки 25 0,5 20

Переноска спасаемого человека на носилках по горизонтальному пути 115 0,3 20

Переноска спасаемого человека на носилках по лестнице вниз 55 0,4 20

Мужчины Перекладка спасаемого человека с кровати на носилки 25 0,75 40

Переноска спасаемого человека на носилках по горизонтальному пути 135 0,37 40

Переноска спасаемого человека на носилках по лестнице вниз 50 0,4 40

Корректность установленной зависимости и соответствующих коэффициентов для различных видов пути подтверждается высокими значениями теоретического корреляционного отношения (от 0,994 до 0,998).

В третьей главе проведен анализ обеспечения безопасности людей в стационарах при существующих нормативных размерах эвакуационных путей и выходов. Для этого в данных зданиях проведен расчет времени эвакуации и спасения людей, а также моделирование динамики распространения ОФП.

Согласно требованиям нормативных документов стационары должны проектироваться не выше 3-х этажей. Основными секциями для проживания являются общее отделение в котором находятся престарелые люди способные к самостоятельной эвакуации, и отделение милосердия, где располагаются люди не способные к самостоятельной эвакуации.

При моделировании развития ОФП в здании стационара был определен сценарий развития пожара, при котором наблюдаются наихудшие последствия для находящихся там людей. Очаг пожара был выбран на первом этаже здания в помещении имеющем выход в центральный вестибюль (рисунок 12).

15000

35000

±

35000

15000

Ж1Ж11 гч IX

жШШИщ

лк 1 лк г

Рисунок 12 - Размещение очага пожара (отмечено флажком)

Для определения времени блокирования путей эвакуации ОФП был применен полевой метод моделирования пожара в здании при помощи программы Для этого были рассмотрены 13 видов возможной пожарной нагрузки,

характерной для стационаров, взятые из двух наиболее известных справочных источников. В результате было получено два разных графика отражающих «оптимистические» (/блО и «пессимистические» (Т^л2) значения времени блокирования путей эвакуации ОФП, отличающиеся более чем в два раза. В качестве итоговых, были приняты результаты /6лЬ полученные с использованием свойств пожарной нагрузки взятых из наиболее нового источника. Таким образом, расчетное время блокирования эвакуационных выходов через лестничные клетки ЛК 1 и ЛК 2 составляет 7,4 и 6,5 мин соответственно.

Определение времени эвакуации престарелых людей моделировалось вероятностным методом при помощи имитационно-стохастической модели движения людского потока по программе «СИТИС: Флоутек ВД 2.60.12301» на основе установленных в данной работе зависимостей между параметрами движения престарелых людей по различным видам пути.

Учитывая все указанные особенности планировочных решений, выбора места очага пожара и размещения отделения милосердия с людьми, нуждающимися в спасении (первый или второй этаж стационара), были рассмотрены два сценария. Первый сценарий предусматривал проведение спасения людей на 1-м этаже, а на 2-м и 3-м этажах - их эвакуацию. Второй сценарий предусматривал проведение спасения на 2-м этаже, а на 1-м и 3-м этажах - эвакуацию людей. Значение времени начала эвакуации /нэ было принято равным 4 минуты.

Расчетная схема движения людей при эвакуации и спасении на разных этажах здания стационара представлена на рисунке 13.

Тупиковый корнлор

Лу-5-10чел;(Н>-15м; Ьу-1.2-1,8м; Ьо/-им

Начальные участки (комнаты проживания п мсдипиискис помещения)

Л/-1-3»ел; //-6м; Ь/»1,2м; Ьо,гО,»-1,1м

Тупиковый корнлор

Л'/"5-| Очел; //=6-15м;

3 этаж

1г 3-6м

2 этаж

М=5-10чел; (Й-15м; Ь/- 1,2- 1,8м; Ьо/=1,2м

1 этаж

Корнлор 1

Л/"10-25чел; 15-35М; Ь/= 1,2-1,8м; Ьо/1г2м

Коридор 2

Л'/*10-25чел; (/=15-35м; Ь/= 1,2-1,8 м; Ьо/=1,2м

Иг 10-25чеп; /у-15-35м; 1у=1,2-1,8м; Ьо,г1,2м

Л1/-10-25чел; /,- 15-35Ц Ь>=1,2-1,8м; Ьо/=1,2м

^=5-10чел; <г6-15м; Ь/=1,2-1,8м; ЛК1 Ьо/=1 Дм 1ху- 1,35м

Л'у"10-25чел; 4-15-35м; Ь/= 1,2-1,8м; Ъо/=1,2м

Л/-10-25чеи; 4~|5-35м; Ьр1,2-1,8м; Ъоу],2м

Иг 5-10чсл; (Гб-15м; Ь,—1,2-1,8м; Ьо,г1,2м

Л/-5-10чел; //-6-15м; ЛК 2 Ьу-1>1,8м;

Ьо/-1,35мЬ°-'"'-2м

Рисунок 13 - Расчетная схема эвакуации и спасения людей из здания стационара

Определение расчетного времени спасения людей не способных к самостоятельной эвакуации (в первом сценарии — с 1-го этажа, во втором сценарии - со 2-го этажа) осуществлялось по формуле:

pe» V, 2 v„ v„ Vi o,5-Nc„ V, V2

где t\ - время укладывания человека не способного к самостоятельной эвакуации на носилки, мин.; t2 - время перекладывания человека не способного к самостоятельной эвакуации с носилок на подготовленную горизонтальную поверхность, мин.; NHU - количество людей не способных к самостоятельной эвакуации; 7Vcn - количество спасателей; L¡ - длина пути спасения по горизонтали, м; ¿2 — длина пути спасения по лестнице, м; V\ - скорость передвижения медперсонала (спасателей) по горизонтальному пути с носилками без спасаемого человека, м/мин; V" - скорость передвижения медперсонала по горизонтали со спасаемым человеком, лежащим на носилках, м/мин; Vi - скорость передвижения медперсонала по лестнице вверх с носилками без спасаемого человека, м/мин; V" — скорость передвижения медперсонала по лестнице вниз со спасаемым человеком, лежащим на носилках, м/мин.

Учитывая, что физические возможности человека при подъеме и переноске различных грузов не безграничны, то при определении времени спасения людей на носилках при использовании формулы (8), необходимо учитывать результаты пилотного эксперимента по определению максимально возможного количества рейсов спасения, которое может осуществить одна пара спасателей с одного определенного этажа здания. Для данного эксперимента в качестве спасателей были выбраны два мужчины не имеющих физических ограничений. В роли спасаемого участвовал человек массой 60 кг. Результаты эксперимента показали, что одна пара спасателей без продолжительной передышки с 3-го этаж может спасти с помощью носилок только 8 человек, со 2-го этажа -не более 11 человек, а с 1-го этажа — не более 20 человек.

Расчет времени спасения людей бы проведен, с учетом наиболее сложных условий, когда спасателями являются женщины, а масса спасаемых людей составила 90 кг. В этом случае, с учетом времени начала эвакуации (4 мин), время спасения пятидесяти человек при помощи носилок, из отделения милосердия, находящегося на 1-м этаже, силами шести человек персонала составило 22,4 мин. Установлено, что спасение людей этими же силами со второго этажа стационара без продолжительного отдыха невозможно. Учитывая что одна пара спасателей со 2-го этажа здания может спасти только одиннадцать человек, то для спасения пятидесяти человек потребуется не менее 10 спасателей.

Результаты моделирования динамики ОФП, эвакуации и спасения престарелых людей приведены на рисунке 14.

По результатам моделирования сделан вывод о том, что время эвакуации людей превышает время блокирования ОФП путей эвакуации, а осуществление спасения людей в некоторых случаях не представляется возможным.

21

20

17

16

ОПАСНЫЕ ФАКТОРЫ ПОЖАРА

14

13

11

10

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Рисунок 14-Сопоставление результатов времени распространения ОФП, времени эвакуации и спасения людей из здания стационара:

1 - время окончания спасения людей (/сп); 2 - время эвакуации людей ((,); 3 - время начала эвакуации людей (1т); 4 - «оптимистические» значения времени блокирования путей эвакуации ОФП (¿блО; 5 - «пессимистические» значения времени блокирования путей эвакуации ОФП (/6л2); 6 - верхняя и нижняя границы 95 % доверительного интервала «пессимистических» значений времени блокирования путей эвакуации ОФП (Д(5л2);

7 - время эвакуации людей (/,) без учета времени начала эвакуации

Таким образом, можно констатировать, что безопасность людей при пожарах в стационарах не выполняется, то есть требуется разработка комплекса специальных организационно-технических и объемно-планировочных решений.

В четвертой главе разработаны предложения по совершенствованию требований пожарной безопасности к эвакуационным путям и выходам для обеспечения безопасной эвакуации и спасения престарелых людей из стационаров.

Результаты, полученные в предыдущей главе, показали, что время эвакуации и спасения последнего человека превышает время блокирования ОФП путей эвакуации. Данный показатель негативно характеризует всю систему обеспечения пожарной безопасности рассматриваемых зданий. Ввиду чрезвычайно низкой скорости передвижения престарелых людей при эвакуации, и невозможности обеспечения своевременного спасения силами персонала, протяженность путей, по которым обеспечивается движение людей, необходимо уменьшить до минимума, не нарушая при этом функциональных процессов работы социального учреждения.

Одним из вариантов дополнительных требований к объемно-планировочным решениям является организация наружных зон безопасности, расположенных на близком расстоянии от помещений проживания престарелых людей, из которых они смогут эвакуироваться или спасаться за более продолжительное время с использованием лифта или подъемника. Вариант такого решения представлен на рисунке 15.

Рисунок 15 - Устройство зоны безопасности на 2-м и 3-м этажах в виде открытой проходной лоджии по всему периметру здания

Предлагаемое решение обеспечивает выход людей в безопасную зону по наикратчайшему пути (непосредственно из помещения проживания). При этом, на эвакуацию людей уйдет около 4,2 мин. с учетом времени начала эвакуации. Для осуществления спасения престарелых людей не способных к самостоятельной эвакуации в отделении милосердия, персоналу необходимо произвести вывозку людей на кроватях в зону безопасности из всех жилых помещений этажа, на что уйдет с учетом времени начала эвакуации, от 5,5 до 6 мин.

Для удобного маневрирования, обгона и разворота в зоне безопасности, ее ширина должна составлять не менее 2,2 м. В качестве вертикальных коммуникаций для осуществления спуска людей до уровня земли с 3-го и 2-го этажей внутри безопасной зоны по углам здания, необходимо предусматривать лифты, либо подъемники, функционирующие от автономных источников питания. Кабины для спуска должны обеспечивать транспортировку престарелых людей

на кроватях или каталках, поэтому их размеры должны составлять не менее 2,1 «1,1 м (глубина«ширина).

В случае, если протяженность путей эвакуации сократить не представляется возможным, то в качестве инженерного решения предлагается предусматривать комплекс мероприятий по противодымной защите здания. Для этого необходимо обеспечить подачу наружного воздуха в общие коридоры с созданием в них избыточного давления при пожаре не менее 20 Па при помощи приточных систем противодымной вентиляции. При этом, в помещениях проживания необходимо организовать естественное проветривание при пожаре и предусмотреть в наружных стенах открываемые оконные проемы, необходимые размеры которых должны определяться расчетом согласно требований СП 7.13130.2013 2013 «Отопление, вентиляция и кондиционирование. Требования пожарной безопасности» (рисунок 16).

Вочлухомрнточные устроЛстна

Рисунок 16 - Комплекс мероприятий по противодымной защите в стационарах

Кроме того, для обеспечения безопасности престарелых людей в стационарах необходимо обеспечить выполнение следующих организационно-технических мероприятий:

- для заполнения проемов в противопожарных преградах всех помещении выходящих в общий коридор стационара необходимо использовать противопожарные двери 2-го типа с пределом огнестойкости не мене Е1 30;

- увеличить количество медицинского персонала для проведения спасения;

- оборудовать лестничные марши и площадки поручнями вдоль обеих сторон;

- оборудовать двери эвакуационных выходов запорами, предусматривающими ручки нажимного действия;

- предусмотреть использование специальных устройств, обеспечивающих спуск человека по ступенькам лестницы;

- оборудовать помещения стационара автоматическими установками пожарной сигнализации, обеспечивающими раннее обнаружение пожара;

- обеспечить регулярное обучение правилам пожарной безопасности и организацию тренировок с персоналом и проживаемыми престарелыми людьми по эвакуации и спасению.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Разработана классификация людей престарелого возраста по группам мобильности, учитывающая особенности их эвакуации и спасения.

2. Сформирована статистическая база данных по параметрам потоков престарелых людей способных к самостоятельной эвакуации и установлены психофизические закономерности связи между ними, при движении по горизонтальным путям, через дверные проемы, по лестницам и пандусам вниз и вверх.

3. Впервые установлены закономерности изменения параметров движения спасателей мужского и женского пола при перемещении людей разной массы с кровати на носилки и дальнейшей их переноске по различным путям эвакуации.

4. Экспериментально установлено максимально возможное количество рейсов спасения, осуществляемого одной парой спасателей с одного определенного этажа здания.

5. Получена формула для определения расчетного времени спасения людей не способных к самостоятельной эвакуации с различных этажей здания стационара.

6. Разработаны требования пожарной безопасности к эвакуационным путям и выходам в зданиях стационаров на основе обоснования целесообразности устройства в них наружных зон безопасности с лифтами или подъемниками для обеспечения своевременной эвакуации и спасения престарелых людей.

7. Предложен комплекс мероприятий по противодымной защите здания стационара, обеспечивающий безопасность престарелых людей на период их эвакуации и спасения.

8. Для создания условий более быстрой эвакуации и спасения престарелых людей предложен ряд организационно-технических мероприятий.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих ведущих периодических изданиях из перечня ВАК:

1. Парадоксы нормирования обеспечения безопасности людей при эвакуации из зданий и пути их устранения. Часть 1 [Текст] / В.В. Холщевников [и др.] // Пожаровзрывобезопасность. - 2011. - № 3. - С. 41-50.

2. Парадоксы нормирования обеспечения безопасности людей при эвакуации из зданий и пути их устранения. Часть 2 [Текст] / В.В. Холщевников [и др.] // Пожаровзрывобезопасность. - 2011. -№ 4. - С. 31-39.

3. Самошин, Д.А. Оценка мобильных качеств пациентов различных отделений городских клинических больниц [Текст] / Д.А. Самошин, Р.Н. Истратов // Пожаровзрывобезопасность.-2011. -№ 12.- С. 42-44.

4. Холщевников, В.В. Эвакуация людей с физическими ограничениями [Электронный ресурс] / В.В. Холщевников, Д.А. Самошин, Р.Н. Истратов // Технологии техносферной безопасности. - 2012. - № 3. - 9 с. - Режим доступа: http://agps-2006.narod.ru/ttb/20l2-3/05-03-12.ttb.pdf.

5. Холщевников, В.В. Исследование проблем обеспечения пожарной безопасности людей с нарушением зрения, слуха и опорно-двигательного аппарата [Текст] / В.В. Холщевников, Д.А. Самошин, Р.Н. Истратов // Пожаровзрывобезопасность. - 2013. - № 3. - С. 48-56.

6. Самошин, Д.А. Оценка уровня противопожарной подготовки сотрудников медико-реабилитационного учреждения на примере персонала больниц [Текст] / Д.А. Самошин, Р.Н. Истратов // Пожаровзрывобезопасность. - 2013. -№ 4. - С. 52-56.

7. Самошин, Д.А. Экспериментальная оценка эффективности эвакуационного стула для спасения людей с ограниченными возможностями при пожаре [Электронный ресурс] / Д.А. Самошин, Р.Н. Истратов // Технологии техносферной безопасности. — 2013. — № 3. - 6 с. — Режим доступа: http://academygps.ru/img/UNK/asit/ttb/2013-3/ll-03-13.ttb.pdf.

8. Истратов, Р.Н. Исследование возможностей спасения при пожаре немобильных людей из стационаров лечебно-профилактических и социальных учреждений [Текст] / Р.Н. Истратов // Пожаровзрывобезопасность. - 2014. -№ 6. - С. 54-63.

Остальные публикации по теме диссертации:

9. Самошин, Д.А. К вопросу о группах мобильности пациентов различных отделений городских клинических больниц [Текст] / Д.А. Самошин, Р.Н. Истратов // Материалы двадцатой международной научн.-техн. конф.: Системы безопасности - 2011. - М.: Академия ГПС МЧС России, 2011. -С. 336-338.

10. Самошин, Д.А. К вопросу о безопасной эвакуации людей из высотных зданий [Текст] / Д.А. Самошин, И.С. Кудрин, Р.Н. Истратов // Пожарная безопасность в строительстве. - 2010. - № 6. - С. 64-67.

11. Холщевников, В.В. Проблемы эвакуации людей из стационаров больниц [Текст] / В.В. Холщевников, Р.Н. Истратов // Материалы VI международной науч.-практ. конф. курсантов (студентов), слушателей магистратуры и адъюнктов (аспирантов): Обеспечение безопасности жизнедеятельности: проблемы и перспективы. - Минск: Государственное учреждение образования «Командно-инженерный институт», 2012.-С. 76-78.

12. Kholshchevnikov, V. The problems of elderly people safe evacuation from senior citizen heath care buildings in case of fire / V. Kholshchevnikov, D. Samoshin, R. Istratov // Proceedings of 5th International Symposium «Human Behaviour In Fire». - Cambridge, Uk, 2012. -P. 587-593.

13. Samoshin, D.A. The parameters of pedestrian flows in hospital during fire evacuation / D.A. Samoshin, R.N. Istratov // Proceedings of 13th International Conference «Interflam 2013» - Royal Holloway College, University of London, UK, 2013.-P. 1003-1012.

Подписано в печать 14.10.2014. Формат 60x84/1/16.

_Печать офсетная. Усл. печ. л. 2.8. Тираж 100 экз. Заказ № 259_

Академия ГПС МЧС России. 129366, г. Москва, ул. Б. Галушкина, 4