Понятие о людских потоках в зданиях

Передвижение людей представляет собой один из тех функциональных процессов, которые характерны для зданий любого назначения. Очень важно учитывать это движение при большом количестве людей и в условиях чрезвычайных ситуаций (пожар, землетрясение). При этом возникают людские потоки, движение которых может быть вынужденным. Такое передвижение называется аварийной эвакуацией.

Для передвижения людей в помещениях предусматриваются проходы между оборудованием, а в зданиях – коммуникационные помещения, которые занимают относительно большую площадь. Поэтому знание закономерностей движения людских потоков необходимо для правильного проектирования зданий.

Исследования движения людских потоков на научной основе начались в 1937 г. С. В. Беляевым в Институте архитектуры Всероссийской академии художников. В начале процесс движения представлялся механистически как движение "элементарного потока" (один ряд шириной 0,6 м двигающихся в затылок друг другу людей). Скорость по горизонтальному пути – 16 м/мин; при подъеме по лестницам – 8 м/мин; при спуске – 10 м/мин; пропускная способность – 25 чел/мин. Критерием безопасности вынужденной эвакуации было предложено считать ее продолжительность.

Экспериментальные исследования движения людских потоков были проведены А. И. Милинским во Всесоюзном научно-исследовательском институте противопожарной обороны (ВНИИПО) в 1946–1948 гг. и развиты в последующие годы В. М. Предтеченским и его школой на кафедре архитектуры гражданских и промышленных зданий МИСИ им. В. В. Куйбышева, теперь МГСУ. В результате была разработана теория движения людских потоков, близко отражающая действительную картину процесса движения.

Движение людских потоков представляет собой сложный процесс, на который большое влияние оказывает психологическое состояние людей, участвующих в движении. Движение может быть нормальным и аварийным, беспорядочным и поточным, согласованным (ходьба в ногу) и несогласованным, длительным и кратковременным, свободным и стесненным. Для проектирования наибольшее значение имеет нормальное, массовое, поточное, несогласованное, стесненное, длительное движение.

Двигаясь в одном направлении, люди образуют людской поток шириной 5 и длиной l. Параметры потока и пути движения представлены на рис. 12.8. Габариты людей в виде проекции человека на горизонтальную плоскость показаны на рис. 12.9. Они зависят от возраста, одежды, переносимого груза. Число людей в потоке может быть выражено суммой их горизонтальных проекций на поверхность пола, т.е

Схема людского потока

Рис. 12.8. Схема людского потока

Габариты человека в виде его проекции на горизонтальную плоскость

Рис. 12.9. Габариты человека в виде его проекции на горизонтальную плоскость

где f – площадь горизонтальной проекции одного человека, м2.

Плотностью людского потока D называется отношение числа людей, выраженного в суммарной площади их проекций, к площади пути, занимаемой потоком:

Так как и число людей, и площадь пути выражены в квадратных метрах, плотность потока – величина безразмерная. Исследованиями установлено, что свободное движение возможно при D = 0,05, т.е. один человек на 2–2,5 м2. При бо́льших плотностях движение уже становится стесненным. Максимальная плотность, при которой движение практически останавливается, составляет D = 0,92, т.е. 7,4-9,2 чел/м2 (в зависимости от одежды). В условиях аварийной эвакуации плотность может быть даже больше единицы за счет давления людей друг на друга и уменьшения площади их проекции на горизонтальную плоскость. Это – основная причина несчастных случаев с людьми.

Скорость движения людского потока v зависит от его плотности и вида пути (рис. 12.10, 12.11). Эти зависимости получены в результате большого количества натурных наблюдений и их последующей обработки методами математической статистики. Представлены средние значения. Чем меньше плотность, тем больше могут быть отклонения от средних значений. В зоне высоких плотностей отклонения не превышают ±10 м/мин.

Скорость движения по горизонтальным путям в зависимости от плотности потока для разных условий движения

Рис. 12.10. Скорость движения по горизонтальным путям в зависимости от плотности потока для разных условий движения:

1 – аварийное; 2 – нормальное; 3 – комфортное

Скорость движения людских потоков в зависимости от их плотности

Рис. 12.11. Скорость движения людских потоков в зависимости от их плотности:

1 – проемы; 2 – горизонтальные пути; 3 – лестницы (спуск); 4 – лестницы (подъем)

Отношение скорости движения людей в аварийных (или комфортных) условиях к скорости в нормальных условиях называется коэффициентом условий движения и обозначается μ. Например, при движении по горизонтальным путям и через проемы в аварийных условиях μ = 1,36 : 1,49. В комфортных условиях μ = 0,63 + 0,25D. При спуске по лестнице в аварийных условиях μ = 1,21, а в комфортных – 0,76. При подъеме по лестнице в аварийных и в комфортных условиях величина μ соответственно равна 1,26 и 0,82. При движении в нормальных условиях для любого вида путей движения μ = 1. С помощью этих коэффициентов, зная скорость движения людей в нормальных условиях, легко получить значения скоростей при вынужденной эвакуации или комфортном движении.

Величиной, связывающей плотность потока D, скорость ν и ширину пути δ, является пропускная способность Q, т.е. число людей, проходящих через "сечение" пути шириной δ в единицу времени:

Произведение плотности потока и скорости его движения называется интенсивностью (или количеством) движения q:

Теория движения людских потоков определяет основные закономерности движения, которые рассматривают общий путь, преодолеваемый потоком, как сумму участков, отличающихся по виду пути (горизонтальные, наклонные, проемы) или по ширине. Границей смежных участков называется такое сечение пути, где меняется ширина пути δ, вид пути или то и другое одновременно. Для беспрепятственного перехода потока через границу смежных участков пропускная способность их должна быть одинаковой:

(12.1)

Для определения интенсивности движения на участке п + 1 выражение (12.1) надо представить в развернутом виде через интенсивность движения и ширину участков:

Тогда

(12.2)

Отсюда следует, что интенсивность движения на смежных участках пути обратно пропорциональна ширине этих участков. Если пропускная способность первого участка (Qn) больше, чем второго (Qn+1), то перед границей смежных участков пути образуется скопление людей, так как в единицу времени по первому участку к его границе подходит больше людей, чем способен пропустить второй участок за то же время.

Во время движения людского потока через границу смежных участков при скоплении людей происходит разуплотнение потока. Оно состоит в том, что при образовании скопления перед границей и на границе с плотностью Dmax плотность на следующем участке после границы оказывается значительно меньше Dmax. Разуплотнение потока объясняется тем, что в определенном для каждого вида пути диапазоне плотностей одному значению интенсивности движения (q) соответствуют два значения плотности (D) (рис. 12.12, 12.13). Разуплотнение потока происходит только в тех случаях, когда второй участок имеет некоторую протяженность. В проемах, где длина пути мала, разуплотнение потока не проявляется.

Движение людского потока через границу смежных участков пути одного вида, но разной ширины при Qn = Qn+1

Рис. 12.12. Движение людского потока через границу смежных участков пути одного вида, но разной ширины при Qn = Qn+1:

а – план пути; 6 – схема пути; в – расчетный график

Схемы путей движения при образовании скопления людей (а) и при разуплотнении потока после скопления (б)

Рис. 12.13. Схемы путей движения при образовании скопления людей (а) и при разуплотнении потока после скопления (б)

Слияние людских потоков происходит в тех местах здания, где сходятся различные пути движения (рис. 12.14). Слияние людских потоков предполагает, что либо головные части потоков подходят одновременно к месту слияния, либо, что гораздо чаще, к месту слияния потоки подходят в разное время. При этом один поток как бы вклинивается в другой. В результате на участке, по которому движется объединенный поток, последний приобретает разные параметры. Он как бы состоит из нескольких частей, идущих друг за другом и имеющих разные плотности и скорости движения. При дальнейшем движении плотности и скорости движения этих частей выравниваются и образуется поток с едиными параметрами. Этот процесс называется переформированием людского потока.

Схема слияния людских потоков

Рис. 12.14. Схема слияния людских потоков

Все рассмотренные закономерности можно оценить по времени, затрачиваемому на преодоление возникающих препятствий, и с достаточной степенью точности рассчитать время эвакуации людей из здания. Расчет и проектирование путей движения людских потоков осуществляются по расчетным предельным состояниям. Первым расчетным предельным состоянием называется такое состояние путей движения, при котором они перестают удовлетворять предъявляемым к ним эксплуатационным требованиям по времени движения, т.е. когда пути движения не могут пропустить в заданное время установленное количество людей, например при вынужденной эвакуации людей:

Вторым расчетным предельным состоянием называется такое состояние путей движения, при котором они перестают удовлетворять предъявляемым к ним эксплуатационным требованиям по удобствам движения, т.е. когда на путях движения создаются такие плотности потока D, которые превышают установленные предельные плотности Dnp для данного здания по требованиям удобства и комфорта движения:

Расчет по второму предельному состоянию ведется для таких зданий или помещений, где необходимо не допустить высоких плотностей людских потоков, например залов для проведения общественных мероприятий, лечебных учреждений и т.п. Так как общий путь движения людского потока в здании слагается из различных участков, отличающихся по ширине и виду движения, то общее время движения потока может быть рассчитано по формуле

где l – длина участка пути, м; v – скорость движения но участку, м/мин; μ – коэффициент условий движения; N – число людей в потоке, м2; Qn и Qn+1 – пропускные способности участков п и п + 1, м/мин.

Первый член суммы выражает общее время движения потока по участкам, а второй – общее время задержек движения. Для оценки удобства движения устанавливается плотность потока на каждом участке пути

В зданиях необходимо не допускать скопления людей и обеспечивать кроме заданного ίπρ беспрепятственность движения согласно равенству пропускных способностей смежных участков в соответствии с формулой (12.1).

Если при расчете оказывается, что это равенство не соблюдается, необходимо увеличить ширину участка п + 1. Для определения требуемой наименьшей ширины участка п + 1 можно воспользоваться следующей формулой, полученной из выражения (12.2), в котором qn+l принимается равной qmах для данного вида пути:

Расчет движения людских потоков и определение размеров коммуникационных помещений производятся в следующем порядке.

  • 1. Определяется общая задача, устанавливается время эвакуации людей из здания в нормальных условиях движения.
  • 2. Выбираются расчетные предельные состояния, например tпр = 2,5 мин. Dпр не должно быть больше плотности при qmах для соответствующего вида пути.
  • 3. Устанавливается расчетное количество людских потоков. Для этого выбираются группы помещений, отвечающие главному и подсобным функциональным процессам. На каждом этаже образуется по одному или несколько людских потоков.
  • 4. Выбираются наиболее вероятные пути движения людских потоков. Люди всегда стремятся идти к цели кратчайшим путем, который хорошо просматривается и по которому свободнее и легче идти. Они всегда стремятся двигаться в сторону, противоположную опасности.
  • 5. Устанавливаются число людей в каждом потоке и начальная плотность каждого потока на первом участке пути движения.
  • 6. На основе исходных данных для каждого потока определяют его параметры и время движения, пользуясь вышеприведенными формулами. Движение каждого потока рассчитывается до места слияния с другим потоком. Далее расчет ведется с учетом слияния и переформирования потоков до места слияния со следующим потоком и т.д.
  • 7. Анализируются результаты расчета. Проверяется соответствие полученных значений времени эвакуации и плотности потоков значениям tпр и Dпр. Если значения t и D оказались выше заданных, то выявляются места, где происходит задержка движения. В этих местах необходимо расширить определенные участки пути. Если по расчету значения t и D таковы, что имеются значительные запасы по времени и плотности, то, наоборот, сокращают ширину проходов, коридоров и т.п. Это может дать значительный экономический эффект.

Более глубоко методы расчета движения людских потоков и эвакуации людей из зданий в аварийных и комфортных условиях изучаются в магистратуре.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >