Sprawy ogólne BHP
EWAKUACJA Z BUDYNKÓW

 

Charakterystyka ruchu pieszych

 

Ruch pieszych odbywający się w pomieszczeniach zamkniętych może przybierać dwie postacie. Jedną z nich jest ruch laminarny, czyli płynny, odbywający się bez zawirowań - piesi poruszają się wolno lub z umiarkowaną prędkością (spacer - poniżej 1 m/s, lub szybki marsz - do ok. 1,5 m/s), bez nadmiernego zbliżania się do innych osób i przeszkód architektonicznych (ścian, kolumn itp.). Nie dochodzi wtedy do miejscowych stłoczeń ludzi (ang. termin używany w literaturze - clogging), wzajemnego popychania się, zastępowania sobie drogi i używania rąk we wzajemnych interakcjach. Piesi nie mają poczucia zagrożenia życia (np. możliwości wystąpienia wybuchu, rozszerzenia się pożaru w budynku).

Prawa ruchu pieszych w przypadku laminarnym sformułowane zostały w 1985 r. przez Gippsa i Marksjo [4]. Pieszy:

  • porusza się w pobliżu najkrótszej drogi łączącej punkt początkowy i punkt docelowy ruchu
  • unika kolizji z przeszkodami stałymi
  • unika nadmiernego zbliżania się do innych (złamanie tego prawa prowadzi do pewnego dyskomfortu psychicznego, co jest odczuwalne np. w zatłoczonej windzie)
  • unika gwałtownych zmian kierunku ruchu
  • ma tendencję do ruchu w pobliżu bocznego ograniczenia ciągu komunikacyjnego dla ruchu pieszych, jednak nie za blisko tej granicy (np. na korytarzu nie za blisko ściany).

 

Architektura budynku może stanowić naturalną przeszkodę dla laminarnego i bezkolizyjnego ruchu pieszych. W przypadku małej liczby osób przebywających w pomieszczeniach (np. mieszkalnych), niezależnie od ich geometrii, na ogół żadne zaburzenia związane z poruszaniem się poszczególnych osób nie występują.

Drugą postacią ruchu pieszych jest ruch turbulentny, pojawiający się w przypadkach dużego zatłoczenia i najczęściej w dużych budynkach, szczególnie w niewłaściwe zaprojektowanych wewnętrznych ciągach komunikacyjnych. Piesi poruszają się z dużą prędkością - biegiem, czasami wręcz z największą możliwą do rozwinięcia w danych warunkach prędkością. Dochodzi wtedy do gwałtownych kolizji między pieszymi i z elementami architektury wnętrz, a nawet do walki o dostęp do drzwi, wind, schodów.

Piesi mogą też upadać, stając się przeszkodami w ruchu, są eksponowani na urazy czy wręcz na stratowanie. Tego typu ruch pieszych występuje w stanach krańcowego poczucia zagrożenia i maksymalnej paniki [1-3, 5]. Wewnętrzne rozplanowanie pomieszczeń, w szczególności układ drzwi oraz położenie wyjść awaryjnych ma w takim przypadku zasadnicze znaczenie.           

 

Komponenta psychiczna w ruchu pieszych

 

W obydwu przypadkach ruchu - laminarnym i turbulentnym - ogromną rolę odgrywa psychika ludzka. U każdego człowieka, w momencie zaobserwowania innego pieszego, zachodzi określona reakcja psychiczna, często nieuświadomiona i trudna do opisu ilościowego. Zależy ona przy tym od ogólnej sytuacji w otoczeniu pieszego - jest w zasadniczy sposób determinowana przez to, czy ruch odbywa się w normalnych spokojnych warunkach, czy w dużym zatłoczeniu i pośpiechu, czy w przypadku zagrożenia bezpieczeństwa w budynku (ogłoszonego np. przez system ostrzegawczy). Ten psychiczny aspekt w sprzężeniu z reakcjami behawioralnymi przedstawia schemat opracowany przez Helbinga i Molnara (rys. 1.), [6].

 

 

 

Rys. 1. Schemat procesów prowadzących do zmian zachowania się pieszego

 

Te determinujące ruch pieszego procesy powodują, że pieszy musi być traktowany w modelu jako cząstka aktywna, obdarzona zdolnością do autonomicznej zmiany parametrów swojego ruchu, niezależnie od fizycznych oddziaływań z otoczeniem. Jednakże w przypadku zagrożenia i wystąpienia ruchu turbulentnego przedstawiony schemat procesów mentalnych i zachowań ulega pewnym modyfikacjom. Związane jest to z tym, że piesi starają się wtedy jak najszybciej opuścić pomieszczenie, w którym się znajdują, traktując innych jak martwe, ale ruchome przeszkody, a następnie wydostać się z budynku. W tym przypadku komponenta psychiczna wg 3. prawa Gippsa i Marksjo związana z interakcjami między pieszymi ulega daleko idącej redukcji [7, 8].

 

Wybrany model matematyczny ruchu pieszych

 

Jest wiele metod matematycznego modelowania ruchu pieszych [3-7, 9]. W badaniach prowadzonych w Zakładzie Techniki Bezpieczeństwa CIOP-PIB wykorzystywany jest model oparty na równaniach różniczkowych Langevina, które służą jako równania ruchu poszczególnych pieszych, przy czym każde z nich jest uzupełnione o składnik social force, zaproponowany przez Helbinga [6, 7, 10] i obrazujący komponentę psychiczną w ruchu pieszego, a także opisujący oddziaływanie pieszego z otoczeniem architektonicznym i z innymi pieszymi. Czasami stosuje się mniej uniwersalne i dokładne metody oparte na automatach komórkowych lub równaniach Naviera-Stokesa (opisujących mechanikę płynów).

Składnik social force zawiera parametr vD (czyli prędkość zamierzoną pieszego), który może być traktowany jako miara poczucia zagrożenia człowieka w czasie ewakuacji. Prędkość zamierzona to prędkość, jaką ktoś chce rozwinąć w czasie ewakuacji i nie zawsze równa się rzeczywistej prędkości vR tej osoby. Tak jest tylko przy niskich poziomach zagrożenia (gdy ruch pieszych jest laminarny), natomiast przy wyższych, gdy pieszy chce poruszać się bardzo szybko, jego oddziaływanie na inne szybko poruszające się osoby i na elementy otoczenia powodują, że ruch staje się turbulentny i jego prędkość rzeczywista może być znacznie niższa niż prędkość zamierzona. Można przyjąć, że vD = 1 m/s oznacza brak poczucia zagrożenia, a vD ok. 2,5 m/s oznacza już relatywnie duży poziom zagrożenia (porównanie wzajemnego stosunku prędkości rzeczywistej i zamierzonej będzie przedstawione dalej).

Program numeryczny rozwiązujący taki układ N sprzężonych ze sobą równań opisuje ruch zbiorowości N pieszych w czasie ewakuacji z budynku, którego wnętrze jest zapisane przez użytkownika programu w postaci odpowiednich warunków brzegowych. Jako rozwiązania otrzymujemy położenia każdego pieszego w czasie r (t), gdzie i = 1,2,.. N. Na tej podstawie możemy obserwować trajektorie wszystkich (albo wybranych) pieszych w czasie ewakuacji budynku, którego rozkład wewnętrzny jest wprowadzony przez użytkownika w formie odpowiedniego bloku programowego. Umożliwia to ocenę przebiegu ewakuacji w poszczególnych fragmentach budynku, przy danym poziomie zagrożenia określonym parametrem vD, a także obliczenie wielkości syntetycznie opisujących całość procesu ewakuacji, takich jak całkowity czas ewakuacji T.