Проектирование зданий с учётом организации движения людских потоков

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.

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 и длиной L. Параметры потока и пути движения представлены на рис. 4.8.

Рис 4.8 - Схема людского потока. 4.9 – Площадь горизонтальной проекции человека с ношей

Габариты людей в виде проекции человека на горизонтальную плоскость (показаны на рис. 4.9 и 4.10). Они зависят от возраста, одежды, переносимого груза. Число людей в потоке может быть выражено суммой их горизонтальных проекций на поверхность пола, т.е.

(4.1)

где - площадь горизонтальной проекции одного человека, м².

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

(4.2)

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 больших 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.

Рис 4.10. Значения площадей горизонтальных проекций людей с детьми и различной ношей.

Скорость движения людского потока зависит от его плотности и вида пути (рис. 4.11 и 4.12). 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.

Отношение скорости движения людей в аварийных (или комфортных) условиях к скорости в нормальных условиях называется коэффициентом условий движения и обозна-чается µ. Например, при движении по горизонтальным путям и через проемы в аварий-ныхусловиях µ = 1, 36 ÷ 1, 49. В комфортных условиях µ = 0, 63 + 0, 25D. При спуске по лест-нице 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 движенияµ=1. С помощью этих коэффициентов, зная скорость движения людей в нормальных условиях, легко получить зна чения скоростей при вынужденной эвакуации или комфортном движении.

Рис 4.11. Скорость движения людских по горизонтальным путям в зависимости от плотности потока для разных условий движения:
1 – аварийное; 2 – нормальное; 3 – комфортное.

Рис 4.12. Скорость движения людских потоков в зависимости от их плотности:
1 – проемы; 2 – горизонтальные пути; 3 – лестницы (спуск); 4 – лестницы (подъем)

Величиной, связывающей плотность потока D, скорость ν иширину пути δ являет-ся пропускная способности Qт.е. число людей, проходящих через «сечение» пути шири-ной в единицу времени:

Q=D , м²/мин (4.3)

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

q=D , м/мин (4.4)

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 вид пути или то и другое одновременно. Для беспрепятственного перехода потока через границу смежных участков пропускная способность их должна быть одинаковой:

Q_n=Q_n+1 (4.5)

Если пропускная способность первого участка (Q_n) больше, чем второго Q_n+1 топеред 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 (рис. 4.13).

Рис 4.13. Схемы путей движения при образовании скопления людей (а) и при разуплотнении потока после скопления (б).

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 D_max плотность на следующем участке после границы оказывается значительно меньше Q_maх. Разуплотнение потока происходит только в тех случаях, когда второй участок имеет некоторую протяженность. В проемах, где длина пути мала, разуплотнение потока не проявляется.

Слияние людских потоков происходит в тех местах здания, где сходятся различные пути движения (рис. 4.14). 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 (рис. 4.15).

Рис. 4.14 – Движение людского потока через границу смежных участков одного вида, но разной ширины при Q_n =Q_n+1: а – план пути; б – схема пути; в – расчётный график

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:

t ≤ t_пр (4, 6)

t≤ t_пр(4.6)

Рис 4.15 - Схема слияния людских потоков.

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 D_пр для данного здания по требованиям удобства и комфорта движения:

D≤ Dnp (4.7)

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

(4.8)

где L - длина участка пути, м; v - скорость движения по участку, м/мин;

µ - коэффициент условий движения; N- число людей в потоке;

Q_n и Q_n+1 - пропускные способности участков пип + 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:

D= (4.9)

В зданиях необходимо не допускать скопления людей и обеспечивать кроме заданного (t_пр) беспрепятственность движения согласно равенству пропускных способностей смежных участков в соответствии с формулой 4.5.

Если при расчете оказывается, что это равенство не соблюдается, необходимо увеличить ширину участка п + 1. Для определения требуемой наименьшей ширины участка n+1 можно воспользоваться следующей формулой:

(4.10)

Расчёт движения людских потоков и определение размеров коммуникационных помещений производится в следующем порядке.

1. Определяется общая задача, устанавливается время эвакуации людей из здания в нормальных условиях движения.

2. Выбираются расчетные предельные состояния, например t_np = 2, 5 мин; D_пр не должно быть больше плотности при q_max 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 t_пр и D_пр. Если значение 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.