Поняття про людських потоках в будівлях

Пересування людей являє собою один з тих функціональних процесів, які характерні для будівель будь-якого призначення. Дуже важливо враховувати цей рух при великій кількості людей і в умовах надзвичайних ситуацій (пожежа, землетрус). При цьому виникають людські потоки, рух яких може бути вимушеним. Таке пересування називається аварійної евакуацією.

Для пересування людей в приміщеннях передбачаються проходи між обладнанням, а в будівлях - комунікаційні приміщення, які займають відносно велику площу. Тому знання закономірностей руху людських потоків необхідно для правильного проектування будівель.

Дослідження руху людських потоків на науковій основі почалися в 1937 р С. В. Бєляєвим в Інституті архітектури Всеросійської академії художників. На початку процес руху представлявся механістично як рух "елементарного потоку" (один ряд шириною 0,6 м рухаються в потилицю один одному людей). Швидкість по горизонтальному шляху - 16 м / хв; при підйомі по сходах - 8 м / хв; при спуску - 10 м / хв; пропускна здатність - 25 чол / хв. Критерієм безпеки вимушеної евакуації було запропоновано вважати її тривалість.

Експериментальні дослідження руху людських потоків були проведені А. І. Мілінскім у Всесоюзному науково-дослідному інституті протипожежної оборони (ВНДІПО) в 1946-1948 рр. і розвинені в наступні роки В. М. Предтеченський і його школою на кафедрі архітектури цивільних і промислових будівель МІСД ім. В. В. Куйбишева, тепер МГСУ. У результаті була розроблена теорія руху людських потоків, близько відображає дійсну картину процесу руху.

Рух людських потоків являє собою складний процес, на який великий вплив чинить психологічний стан людей, що беруть участь в русі. Рух може бути нормальним і аварійним, безладним і потоковим, погодженим (ходьба в ногу) і неузгодженим, тривалим і короткочасним, вільним і обмеженим. Для проектування найбільше значення має нормальне, масове, потокове, неузгоджене, стиснуте, тривалий рух.

Рухаючись в одному напрямку, люди утворюють людський потік завширшки 5 і завдовжки l. Параметри потоку і шляхи руху представлені на рис. 12.8. Габарити людей у вигляді проекції людини на горизонтальну площину показані на рис. 12.9. Вони залежать від віку, одягу, стерпного вантажу. Число людей в потоці може бути виражене сумою їх горизонтальних проекцій на поверхню підлоги, т.е

Схема людського потоку

Рис. 12.8. Схема людського потоку

Габарити людини у вигляді його проекції на горизонтальну площину

Рис. 12.9. Габарити людини у вигляді його проекції на горизонтальну площину

де f - площа горизонтальної проекції однієї людини, м2.

Щільністю людського потоку D називається відношення числа людей, вираженого в сумарної площі їхніх проекцій, до площі шляху, займаної потоком:

Так як і число людей, і площа шляху виражені в квадратних метрах, щільність потоку - величина безрозмірна. Дослідженнями встановлено, що вільний рух можливо при D = 0,05, тобто одна людина на 2-2,5 м2. При великій щільності рух вже стає обмеженим. Максимальна щільність, при якій рух практично зупиняється, становить D = 0,92, тобто 7,4-9,2 чол / м2 (залежно від одягу). В умовах аварійної евакуації щільність може бути навіть більше одиниці за рахунок тиску людей один на одного і зменшення площі їх проекції на горизонтальну площину. Це - основна причина нещасних випадків з людьми.

Швидкість руху людського потоку v залежить від його щільності і виду шляху (рис. 12.10, 12.11). Ці залежності отримані в результаті великої кількості натурних спостережень і їх подальшої обробки методами математичної статистики. Представлені середні значення. Чим менше щільність, тим більше можуть бути відхилення від середніх значень. У зоні високих густин відхилення не перевищують ± 10 м / хв.

Швидкість руху по горизонтальних коліях залежно від щільності потоку для різних умов руху

Рис. 12.10. Швидкість руху по горизонтальних коліях залежно від щільності потоку для різних умов руху:

1 - аварійне; 2 - нормальне; 3 - комфортне

Швидкість руху людських потоків в залежності від їх щільності

Рис. 12.11. Швидкість руху людських потоків в залежності від їх щільності:

1 - прорізи; 2 - горизонтальні шляху; 3 - сходи (спуск); 4 - сходи (підйом)

Ставлення швидкості руху людей в аварійних (або комфортних) умовах до швидкості в нормальних умовах називається коефіцієнтом умов руху і позначається μ. Наприклад, при русі по горизонтальним шляхах і через отвори в аварійних умовах μ = 1,36: 1,49. В комфортних умовах μ = 0,63 + 0,25D. При спуску по сходах в аварійних умовах μ = 1,21, а в комфортних - 0,76. При підйомі по сходах в аварійних і в комфортних умовах величина μ відповідно дорівнює 1,26 і 0,82. При русі в нормальних умовах для будь-якого виду шляхів руху μ = 1. За допомогою цих коефіцієнтів, знаючи швидкість руху людей в нормальних умовах, легко отримати значення швидкостей при вимушеній евакуації або комфортному русі.

Величиною, що зв'язує щільність потоку D, швидкість ν і ширину шляху δ, є пропускна здатність Q, тобто число людей, що проходять через "перетин" колії завширшки δ в одиницю часу:

Добуток щільності потоку і швидкості його руху називається інтенсивністю (або кількістю) руху q:

Теорія руху людських потоків визначає основні закономірності руху, які розглядають спільний шлях, який може здолати потоком, як суму ділянок, що відрізняються по виду шляху (горизонтальні, похилі, отвори) або по ширині. Межею суміжних ділянок називається таке перетин шляху, де змінюється ширина колії δ, вид шляху або те й інше одночасно. Для безперешкодного переходу потоку через кордон суміжних ділянок пропускна здатність їх повинна бути однаковою:

(12.1)

Для визначення інтенсивності руху на ділянці п + 1 вираз (12.1) треба представити в розгорнутому вигляді через інтенсивність руху і ширину ділянок:

Тоді

(12.2)

Звідси випливає, що інтенсивність руху на суміжних ділянках колії обернено пропорційна ширині цих ділянок. Якщо пропускна здатність першої ділянки (Q n) більше, ніж другого (Qn + 1), то перед кордоном суміжних ділянок шляху утворюється скупчення людей, так як в одиницю часу по першому ділянці до його кордоні підходить більше людей, ніж здатний пропустити другий ділянку за Водночас.

Під час руху людського потоку через кордон суміжних ділянок при скупченні людей відбувається разуплотнение потоку. Воно полягає в тому, що при утворенні скупчення перед кордоном і на кордоні з щільністю D max щільність на наступній ділянці після кордону виявляється значно менше Dmax. Разуплотнение потоку пояснюється тим, що у визначеному для кожного виду шляху діапазоні щільності одному значенню інтенсивності руху (q) відповідають два значення щільності (D) (рис. 12.12, 12.13). Разуплотнение потоку відбувається тільки в тих випадках, коли друга ділянка має деяку протяжність. У прорізах, де довжина шляху мала, разуплотнение потоку не проявляється.

Рух людського потоку через кордон суміжних ділянок шляху одного виду, але різної ширини при Qn = Qn + 1

Рис. 12.12. Рух людського потоку через кордон суміжних ділянок шляху одного виду, але різної ширини при Q n = Q n + 1:

а - план шляху; 6 - схема шляху; в - розрахунковий графік

Схеми шляхів руху при утворенні скупчення людей (а) і при розущільненими потоку після скупчення (б)

Рис. 12.13. Схеми шляхів руху при утворенні скупчення людей (а) і при розущільненими потоку після скупчення (б)

Злиття людських потоків відбувається в тих місцях будівлі, де сходяться різні шляхи руху (рис. 12.14). Злиття людських потоків припускає, що або головні частини потоків підходять одночасно до місця злиття, або, що набагато частіше, до місця злиття потоки підходять в різний час. При цьому один потік як би вклинюється в іншій. У результаті на ділянці, по якому рухається об'єднаний потік, останній набуває різні параметри. Він ніби складається з декількох частин, що йдуть один за одним і мають різні щільності і швидкості руху. При подальшому русі щільності і швидкості руху цих частин вирівнюються і утворюється потік з єдиними параметрами. Цей процес називається переформовуванням людського потоку.

Схема злиття людських потоків

Рис. 12.14. Схема злиття людських потоків

Всі розглянуті закономірності можна оцінити за часом, що витрачається на подолання виникаючих перешкод, і з достатнім ступенем точності розрахувати час евакуації людей з будівлі. Розрахунок і проектування шляхів руху людських потоків здійснюються за розрахунковими граничними станами. Першим розрахунковим граничним станом називається такий стан шляхів руху, при якому вони перестають задовольняти пропонованим до них експлуатаційним вимогам з часу руху, тобто коли шляхи руху не можуть пропустити в заданий час встановлену кількість людей, наприклад при вимушеній евакуації людей:

Другим розрахунковим граничним станом називається такий стан шляхів руху, при якому вони перестають задовольняти пропонованим до них експлуатаційним вимогам по зручностей руху, тобто коли на шляхах руху створюються такі щільності потоку D, які перевищують встановлені граничні щільності D np для даної будівлі за вимогами зручності і комфорту руху:

Розрахунок по другому граничному стану ведеться для таких будівель або приміщень, де необхідно не допустити високих густин людських потоків, наприклад залів для проведення громадських заходів, лікувальних установ і т.п. Так як загальний шлях руху людського потоку в будівлі складається з різних ділянок, що відрізняються по ширині і виду руху, то загальний час руху потоку може бути розраховане за формулою

де l - довжина ділянки шляху, м; v - швидкість руху але ділянці, м / хв; μ - коефіцієнт умов руху; N - число людей в потоці, м2; Q n і Q n + 1 - пропускні спроможності ділянок п і п + 1, м / хв.

Перший член суми висловлює загальний час руху потоку по ділянках, а другий - загальний час затримок руху. Для оцінки зручності руху встановлюється щільність потоку на кожній ділянці шляху

У будинках необхідно не допускати скупчення людей і забезпечувати крім заданого ίπρ безперешкодність руху згідно рівності пропускних спроможностей суміжних ділянок відповідно до формули (12.1).

Якщо при розрахунку виявляється, що це рівність не дотримується, необхідно збільшити ширину ділянки п + 1. Для визначення необхідної найменшою ширини ділянки п + 1 можна скористатися наступною формулою, отриманою з виразу (12.2), в якому q n + l приймається рівною Qmах для даного виду шляху:

Розрахунок руху людських потоків і визначення розмірів комунікаційних приміщень виготовляються в наступному порядку.

  • 1. Визначається загальна задача, встановлюється час евакуації людей з будівлі в нормальних умовах руху.
  • 2. Вибираються розрахункові граничні стани, наприклад tпр = 2,5 хв. Dпр не повинно бути більше щільності при Qmах для відповідного виду шляху.
  • 3. Встановлюється розрахункова кількість людських потоків. Для цього вибираються групи приміщень, що відповідають головному і підсобним функціональним процесам. На кожному поверсі утворюється по одному або декілька людських потоків.
  • 4. Вибираються найбільш ймовірні шляхи руху людських потоків. Люди завжди прагнуть йти до мети найкоротшим шляхом, який добре проглядається і за яким вільніше і легше йти. Вони завжди прагнуть рухатися в бік, протилежний небезпеки.
  • 5. Встановлюються число людей в кожному потоці і початкова щільність кожного потоку на першій ділянці шляху руху.
  • 6. На основі вихідних даних для кожного потоку визначають його параметри і час руху, користуючись вищенаведеними формулами. Рух кожного потоку розраховується до місця злиття з іншим потоком. Далі розрахунок ведеться з урахуванням злиття та переформування потоків до місця злиття з наступним потоком і т.д.
  • 7. Аналізуються результати розрахунку. Перевіряється відповідність отриманих значень часу евакуації і щільності потоків значенням tпр і Dпр. Якщо значення t і D виявилися вище заданих, то виявляються місця, де відбувається затримка руху. У цих місцях необхідно розширити певні ділянки шляху. Якщо за розрахунком значення t і D такі, що є значні запаси за часом і щільності, то, навпаки, скорочують ширину проходів, коридорів тощо Це може дати значний економічний ефект.

Більш глибоко методи розрахунку руху людських потоків та евакуації людей з будівель в аварійних і комфортних умовах вивчаються в магістратурі.

 
< Попер   ЗМІСТ   Наст >