Моделирование управления эвакуацией людей из культовых зданий при чрезвычайных ситуациях (на примере православных храмов)

На правах рукописи

Шидловский Григорий Леонидович

Моделирование управления эвакуацией людей

из культовых зданий при чрезвычайных ситуациях

(на примере Православных храмов)

05.13.10 - управление в социальных и экономических системах (технические науки)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Санкт-Петербург – 2013

Работа выполнена в Санкт-Петербургском университете Государственной противопожарной службы МЧС России

Научный руководитель	Таранцев Александр Алексеевич доктор технических наук, профессор, заслуженный работник высшей школы РФ
Официальные оппоненты	Куватов Валерий Ильич доктор технических наук, профессор заслуженный работник высшей школы РФ, ФГБУН Институт проблем транспорта им. Н.С. Соломенко РАН, лаборатория проблем организации транспортных систем, заведующий Мироньчев Алексей Владимирович кандидат технических наук, доцент ФГБОУ ВПО Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России, кафедра переподготовки и повышения квалификации специалистов, начальник кафедры
Ведущая организация	Санкт-Петербургский филиал федерального государственного бюджетного учреждения Всероссийский научно-исследовательский институт противопожарной обороны МЧС России

Защита состоится 27 июня 2013 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 205.003.02 при Санкт-Петербургском университете Государственной противопожарной службы МЧС России по адресу: 196105, Санкт-Петербург, Московский проспект, дом 149.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского университета Государственной противопожарной службы МЧС России.

Автореферат разослан «____» мая 2013 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 205.003.2

доктор технических наук, профессор А.Ю. Иванов

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Исторически Россия является страной, большинство населения которой исповедует Православную веру. Это обстоятельство обусловило наличие огромного числа Православных храмов в наших городах и селах. Географические особенности страны предопределили и тот факт, что многие храмы были деревянными или использовали древесину во внутренней отделке и регулярно страдали от пожаров. Пожарная опасность храмов обуславливалась ещё и их сложной планировкой, присутствием большого скопления верующих (как правило, всех групп мобильности – от здоровых и психологически устойчивых до инвалидов, престарелых и детей) во время службы, значительной пожарной нагрузкой и наличием открытого огня от свечей.

В этой связи пожары в Православных храмах представляют большую опасность для людей (прихожан, служителей храмов и самих пожарных), поскольку не всегда удавалось провести их успешную эвакуацию, а также осуществить спасение всех материальных и культурных ценностей. Помимо известных опасных факторов пожара особую угрозу представляет падение крестов и колоколов с высоты.

К сожалению, в 20-х - 80-х годах прошлого века в период гонений на Русскую Православную Церковь (РПЦ) и принижения ее роли в общественной жизни страны проблемой пожарной безопасности Православных храмов почти не занимались, за исключением музейного комплекса в Кижах и некоторых подобных объектов. И только в конце ХХ – начале XXI века, когда уцелевшие храмы стали возвращаться РПЦ и строиться новые храмы, проблема их пожарной безопасности встала с особой остротой. Она усугубилась еще и такими факторами, как значительное увеличение числа верующих (особенно массовое их присутствие в храмах в период Православных Праздников), участившиеся случаи пожаров (в т.ч. поджоги), гибель и травмирование людей.

К началу XXI века в деле обеспечения пожарной безопасности Православных храмов наметился определенный прогресс – разработан СП 31-103-99 «Здания, сооружения и комплексы Православных храмов», стали регулярно проводиться пожарно-тактические учения (например, на соборе Святой Софии в Псковском кремле, на храме в г. Колпино и др.), тщательная отработка планов тушения пожаров (ПТП) и планов эвакуации с учетом конкретных особенностей храмов и соответствующая работа с их служителями. Ведутся разработки в части адаптации известной теории людских потоков к вопросам совместной эвакуации людей различных групп мобильности, появились соответствующие компьютерные моделирующие программы.

Тем не менее, проблема обеспечения пожарной безопасности Православных храмов остается актуальной и требует проведения большого комплекса соответствующих исследований. Этому и посвятил автор свои усилия, основывающиеся на базе научных работ В.В. Холщевникова, Д.А. Самошина, С.В. Беляева, В.М. Предтеченского, А.И. Милинского, С.В. Пузача, А.А. Таранцева и др.

В этой связи целью работы является повышение безопасности людей в Православных храмах при возникновении пожаров или угрозе чрезвычайных ситуаций (ЧС).

Научная задача исследования – построение математических моделей движения людей при эвакуации из Православных храмов включая:

- выполнение анализа объемно-планировочных решений Православных храмов с учетом особенностей размещения верующих и групп их мобильности;

- построение математической модели движения смешанного потока людей различных групп мобильности по участкам эвакуационных путей при их эвакуации из Православных храмов;

- построение модели движения людей «цепочкой» при их движении по нестандартным эвакуационным путям;

- проведение сравнительной расчетной оценки времени эвакуации верующих на основе разработанных моделей и по программе «Pyrosim»;

- проведение натурного эксперимента движения смешанного потока людей различных групп мобильности с имитацией эвакуационных путей Православных храмов.

Объект исследования - процесс управления эвакуацией больших групп людей из Православных храмов при угрозе чрезвычайных ситуаций.

Предмет исследования – модели движения людских потоков и методики расчета времени эвакуации из Православных храмов при угрозе чрезвычайных ситуаций.

Научные результаты, выносимые на защиту:

- модель совместного движения людей различных групп мобильности при их эвакуации из Православных храмов;

- модель движения людей «цепочкой» при эвакуации по винтовым, прямым лестницам и по узким проходам в Православных храмах;

- методы расчета времени эвакуации потока людей различных групп мобильности из Православных храмов при угрозе чрезвычайных ситуаций.

Научная новизна результатов заключена:

В разработке модели совместного движения эвакуирующихся различных групп мобильности и модели движения людей «цепочкой» при эвакуации по винтовым и прямым лестницам и по узким проходам в Православных храмах во время эвакуации по ненормируемым эвакуационным путям и выходам.

Методы исследования: системный анализ, теория движения людских потоков, методы численного моделирования.

Достоверность результатов обеспечивается адекватностью используемых моделей, результатами тестирования программ, качест­венным и количественным соответствием результатов исследования теоретическим и экс­периментальным результатам других авторов.

Практическая значимость исследования заключается в использовании его результатов при моделировании систем эвакуации людей в объектах РПЦ, а так же изменения в предложениях по совершенствованию нормативной базы в части обеспечения безопасности людей в культовых зданиях и сооружениях.

Результаты диссертационного исследования использованы в образовательном процессе Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС России, а также в СПбФ ВНИИПО МЧС России при анализе проектов реконструкции и строительства Православных храмов специалистами в области пожарной безопасности.

Апробация результатов исследования. Научные результаты диссертационного исследования нашли отражение в 3 статьях, опубликованных в изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ. Всего по теме диссертации имеется 16 публикаций.

Научные результаты, полученные в результате исследования, докладывались на заседаниях кафедр организации пожаротушения и проведения аварийно-спасательных работ, пожарной безопасности зданий и автоматизированных систем пожаротушения СПб университета ГПС МЧС России, а также на следующих международных и отраслевых научно-практических конференциях:

VI Международная научно-практическая конференция «Подготовка кадров в системе предупреждения и ликвидации, последствий ЧС», Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России, 19 октября 2007;

III Международная научно-практическая конференция «Технические средства противодействия террористическим и криминальным взрывам», Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России, 30-31 октября 2007;

Научно-практическая конференция «Сервис безопасности в России: опыт, проблемы, перспективы», Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России, 23-24 апреля 2008;

VIII Всероссийская научно-практическая конференция, «Проблемы прогнозирования ЧС», Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России, 8-10 октября 2008;

XVIII Международная научно-практическая конференция. «Культовые здания, сооружения и мероприятия с массовым пребыванием людей как объекты защиты от пожаров и ЧС», Академия гражданской защиты, г. Химки, 10 февраля 2009;

IV Всероссийская научно-практическая конференция «Проблемы обеспечения взрывобезопасности и противодействия терроризму», Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России, 21-22 апреля 2009;

Международная научно-практическая конференция «Технические средства противодействия террористическим и криминальным взрывам», Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России, 22 октября 2009;

Международная научно-практическая конференция. «Сервис безопасности: Опыт, проблемы и перспективы», Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России, 29-31 октября 2009;

V Всероссийская научно-практическая конференция «Проблемы обеспечения взрывобезопасности и противодействия терроризму», Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России, 20-21 апреля 2010;

Школа молодых ученых «Молодые ученые о системе обеспечения безопасности в условиях природных и техногенных чрезвычайных ситуациях в первой половине XXI века», Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России, 17 октября 2011.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трёх глав, заключения, списка литературы и приложений. Объем диссертации - 130 стр., из них 120 стр. основного текста (в том числе 15 рисунка, 10 таблиц), списка использованных источников из 115 наименований. Объем приложений - 10 стр.

II. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснован выбор темы диссертации, актуальность совершенствования методов управления эвакуацией людей из Православных храмов при пожаре и чрезвычайных ситуаций, поставлены цель и задачи исследования.

В первой главе «Анализ состояния вопроса в части пожарной безопасности в Православных храмах» приведены сведения об исторической и культурной ценности Православных храмов в России, рассмотрены архитектурные и конструктивные особенности храмов, особенности богослужения в них. Приводятся сведения о статистике пожаров на объектах культа в России.

На рис. 1 показаны виды внутренних частей Православных храмов в часы богослужений, свидетельствующие о присутствии большого числа верующих различных групп мобильности, сосредоточении огромных культурных и духовных ценностей, большой пожарной нагрузке и наличии открытого огня. На рис. 2 представлен пример типовой планировки Православного храма.

За первое полугодие 2012 г. в зданиях и помещениях для религиозных обрядов, находящихся на территории Санкт-Петербурга, зарегистрировано 14 пожаров, материальный ущерб от которых составил более полумиллиона рублей. При пожарах погибших и травмированных зарегистрировано не было. В сравнении с предыдущим периодом, число пожаров увеличилось на 75 % (+ 6 случаев).

Рис.1. Расположение прихожан в Православных храмах во

время богослужений

Рис.2 Типовая планировка Православного храма (1 – притвор; 2 - трапезная часть; 3 - средняя часть; 4 - алтарь; 5 - солея; 6 - престол; 7 – аналой)

Рис. 3 Пожары в Православных храмах

Как показывает статистика, пожары в Православных храмах (рис. 3) часто осложняются следующими обстоятельствами:

– загроможденностью территории и затрудненностью проезда пожарной техники к месту пожара (ремонтные и строительные работы, сложная планировка храмов давней постройки);

– позднее обнаружение (ночное время) и попытки самостоятельного тушения пожара служителями, что приводит к поступлению сообщения о пожаре на службу «01» с опозданием, когда пожаром охвачена уже значительная площадь храма;

– длительное время следования пожарных караулов к месту пожара, что характерно для храмов в сельской местности, а также в ряде случаев и для города, когда пожар происходит в «час пик» и на улицах наблюдается большое скопление автотранспорта;

Таким образом, указанные обстоятельства подтверждают необходимость как можно скорейшей эвакуации людей из храма в безопасную зону. Это обстоятельство требует проведения уточненных расчетов времени эвакуации с учетом движения смешанного потока людей различных групп мобильности, а также движения людей по нестандартным эвакуационным путям (например, эвакуация певчих хоров по винтовым лестницам), что, в свою очередь, требует разработки уточненных моделей движения людей.

Во второй главе «Основные подходы к расчету времени эвакуации людей из Православных храмов» рассмотрены основные расчетные модели движения людей различных групп мобильности. В основу определения фактического времени эвакуации положены физические закономерности движения людей. Анализ показал, что существует три основные расчетные модели движения людского потока:

– аналитическая модель;

– индивидуально-поточная;

– имитационно-стохастическая.

Время эвакуации из здания или помещения складывается из суммы времени прохождения человеком каждого из участков по пути движения. Первая модель является наиболее простой и менее трудоемкой по сравнению с двумя другими. Однако точность результата расчета зависит от полноты проработанности участков движения и правильности выбора диктующих маршрутов эвакуации. Две другие модели являются более точными, однако без применения специальных автоматизированных программных средств нахождение конечного результата является достаточно трудоемким.

Аналитическая модель расчета времени эвакуации имеет некоторые особенности, допущения и упрощения. Так считается, что эвакуация начинается одновременно во всем здании и в процессе движения к людским потокам из дальних помещений присоединяются люди из помещений расположенных ближе к выходам наружу.

При определении фактического времени эвакуации людей из зданий и помещений необходимо проводить расчет в определенной последовательности. Алгоритм последовательности представлен в виде блок-схемы на рис. 4.

Сущность стандартизованного метода определения tp заключается в следующем:

а) весь эвакуационный путь разделяется на n участков, первым из которых является участок от наиболее удалённого места нахождения человека, а расчётное время эвакуации определяется как сумма времени движения по участкам:

n n tp= ti = liVi-1 +ti, (1) i=1 i=1

где li, Vi, ti – длина i-го участка, скорость и время движения людей по нему,

ti – время задержки движения людей на i-ом участке из-за

возникновения скопления (если скопления нет, ti =0);

б) для 1-го участка находится плотность людского потока

D1=F/l11, (2)

где F, l1, 1 – соответственно общая площадь горизонтальной проекции людей на первом участке, его длина и ширина (согласно выражению (8) в Обязательном приложении 2* к ГОСТ 12.1.004-91* F=Nfп, N – количество людей на 1-м участке, fп0,1 м2 - средняя площадь горизонтальной проекции человека);

Таблица 1

Параметры движения различных групп мобильности людей

Группы мо- бильности		Участки эвакуационного пути							fп, м2
		Гв	Гз	Лвн	Лвв	Пвн	Пвв	Дп (qmaxп)
М1	V0 a D0 qmax	100 0,407 0,069 12,06	100 0,295 0,051 16,41	100 0,400 0,089 15,95	60 0,305 0,067 11,97	115 0,399 0,171 35,36	80 0,399 0,107 15,40	19,6	0,1
М2	V0 a D0 qmax	-	30 0,335 0,135 9,88	30 0,346 0,139 9,55	20 0,348 0,126 5,71	45 0,438 0,171 12,16	25 0,384 0,146 6,97	9,7	0,2
М3	V0 a D0 qmax		70 0,350 0,102 16,01	20 0,454 0,208 6,29	25 0,347 0,120 6,83	105 0,416 0,122 21,69	55 0,446 0,136 11,55	17,6	0,3
М4	V0 a D0 qmax		60 0,400 0,135 14,52	-		115 0,424 0,146 27,70	40 0,420 0,150 10,30	16,4	0,96