FireEvac- расчет времени эвакуации людей

FireEvac моделирует процесс эвакуации людей при пожаре по индивидуально-поточной модели движения людских потоков. Каждый человек в модели движется отдельно со скоростью, которая зависит от локальной плотности потока, вида участка пути и параметров движения его группы мобильности.

Программа входит в комплекс вместе с программой моделирования пожара FireSim и программой расчета пожарного риска FireRisk. По результатам моделирования эвакуации в FireEvac и пожара в FireSim программа FireRisk определяет в расчетных точках расчетное время эвакуации и время блокирования путей эвакуации и рассчитывает пожарный риск. Все три программы устанавливаются одним дистрибутивом FireRisk, а лицензия приобретается на странице FireRisk и дает право работать во всех трех программах.

Расчет выполняется по математической модели индивидуально-поточного движения людей из здания, приведенной в методике определения расчетных величин пожарного риска в зданиях, сооружениях и пожарных отсеках различных классов функциональной пожарной опасности (приложение к приказу МЧС России от 14.11.2022 № 1140). Расчетное время эвакуации определяется по времени выхода последнего человека наружу или в зону безопасности. Результаты расчета содержат время выхода и группу мобильности каждого человека, поэтому расчетное время определяется и для каждой группы эвакуируемого контингента.

По результатам моделирования программа FireRisk определяет время прохода последнего человека через дверь каждой расчетной точки и время существования скоплений, то есть интервал, в течение которого плотность людского потока на участке пути превышает 0,5 м²/м², и рассчитывает вероятность эвакуации и пожарный риск по методикам № 1140 и № 533.

Расчетная схема эвакуации

Расчетная схема строится по этажам: помещения и коридоры, дверные проемы, лестничные марши и пандусы образуют пространство для движения людей. Уклон и длина марша берутся из трехмерной геометрии, поэтому движение по лестнице считается по истинной длине пути. На рисунке показано трехэтажное здание с двумя лестничными клетками, в котором размещено 135 человек разных групп мобильности; цвет человека соответствует его профилю.

При движении каждый человек выбирает выход динамически, по ожидаемому времени движения с учетом длины пути и очереди у дверей, и меняет свой выбор при возникновении скоплений или изменении условий эвакуации. В сценарии можно задать открытие и закрытие дверей в определенные моменты времени, запретить прохождение дверей людям заданных профилей, ограничить вместимость помещений. Все это влияет на выбор выхода и пути движения. Можно назначить дополнительные действия в поведении: движение только к указанному списку выходов или зон безопасности, движение в заданные помещения или в указанные координаты, время ожидания и начальную задержку, постоянную или заданную распределением.

Расчетная схема из чертежей DXF и DWG

Поэтажный план в формате DXF или DWG загружается мастером импорта, формат DWG преобразуется в DXF встроенным конвертером.

Программа распознает слои, относящиеся к стенам и дверям, и автоматически создает расчетную схему на основе импортированного чертежа. Пользователь может включить в извлечение помещений дополнительные слои чертежа или исключить их из извлечения.

Чертеж остается подложкой для проверки и дорисовки расчетной схемы. Подложкой может быть и растровый план или страница PDF: масштаб задается по двум точкам с известным расстоянием.

Здание из BIM-модели (IFC) и из проекта FireSim

Команда «Создать модель из BIM» строит расчетную схему по модели здания IFC: уровни становятся этажами, пространства помещениями, проемы дверями, лестницы маршами. Если пространств в модели нет, помещения собираются из стен и перекрытий. Стены, плиты и окна остаются на экране полупрозрачным фоном.

Проект FireSim (.fsim) импортируется таким же образом: на основе геометрии здания, построенной для расчета пожара, создается модель для расчета эвакуации.

Параметры движения групп мобильности

Параметры движения задаются профилями групп мобильности. Исходные данные профиля: скорость свободного движения V₀, коэффициент адаптации a и пороговая плотность D₀ для горизонтального пути, проема, лестницы вниз и лестницы вверх по таблицам П2.6 и П2.7 методики № 1140, а также площадь горизонтальной проекции человека по таблице П2.5. Зависимость скорости от плотности потока строится по формуле П2.1 методики.

С программой поставляется библиотека профилей FireCat: группы М0-1…М0-7 в летней и зимней одежде, маломобильные группы М1…М4, люди на креслах-колясках и транспортируемые на носилках. Библиотеку можно дополнять своими профилями.

Эвакуируемый контингент по таблице П2.3

Контингент людей можно задать по таблице П2.3 в зависимости от класса функциональной пожарной опасности здания. Программа автоматически выберет основной контингент и процент маломобильных групп, распределит М2, М3, М4 в соотношении 0,25/0,6/0,15, как требует приложение № 2 методики, и добавит в проект нужные профили из библиотеки.

Людей можно размещать в выбранных помещениях или областях, задавая их количество, плотность или тип помещения. Можно также разместить отдельных людей в нужных местах модели, например в наиболее удаленной точке, как требует пункт 18 методики.

Эвакуация маломобильных групп населения

Эвакуация с посторонней помощью моделируется действиями «Ждать помощи» и «Оказать помощь» и командами помощи эвакуации: помощники подходят к человеку, ведут его под руку, везут на кресле-коляске или несут на носилках к выходу. Габариты средства передвижения и места размещения помощников задаются формой средства передвижения.

Помещение, марш или пандус можно задать как зону безопасности. Человек, дошедший до нее по действию «Идти в зоны безопасности», завершает эвакуацию; время достижения зоны безопасности записывается в результаты.

Проверка модели перед расчетом

Перед расчетом модель проверяется на возможные ошибки: человек находится вне помещения, люди из помещения не могут дойти ни до одного выхода, в модели нет выходов и зон безопасности, двери и лестницы не примыкают к помещениям.

Предупреждения и ошибки отмечаются значком в дереве объектов, а также выделяются по кнопке «Проверка модели».

Расчет и передача в FireRisk

Расчет выполняется в самой программе. Рядом с проектом записывается полный набор файлов результатов: сводка, данные по дверям, помещениям и каждому человеку, распределение людей по профилям.

Кнопка «Показать 3D результаты» открывает расчет в FireRisk, где отображаются 3D-модель здания, движение людей, графики и расчетные точки.

Расчет модели можно также запустить из командной строки.

Верификация и валидация

Вместе с программой поставляется руководство по верификации и валидации расчетного ядра FireEvac и архив расчетных моделей, на которых можно повторить все тесты и проверить выводы. Термины и порядок проверки приняты по ГОСТ Р 57639-2017, протокол тестов по ISO 20414.

Верификация: сравнение результатов расчета с аналитическими решениями и критериями тестов с допуском ±10 %. Используются величины таблиц и формул методики № 1140, задачи пособия Академии ГПС МЧС России «Тестовые задачи для проверки точности моделирования времени эвакуации людей в случае пожара», базовые тесты ISO 20414, тесты IMO MSC.1/Circ.1533 и NIST TN 1822, примеры гидравлической модели SFPE.

Валидация: сравнение результатов расчета с натурными и лабораторными опытами с допуском ±20 % и мерами согласия ISO 20414. Используются опыты Forschungszentrum Jülich по проходу через проем, коридору и узлам слияния, лабораторные ряды по ширине проема, натурные опыты Академии ГПС МЧС России, учебные эвакуации по лестницам NIST, отечественные натурные наблюдения потока через проемы, натурные данные по маломобильным группам М1…М4.

Каждый опыт считается в двух конфигурациях. Базовая конфигурация применяется при расчете пожарного риска: профиль по типу контингента, табличные параметры, предел потока проема по таблице П2.8. Откалиброванная использует параметры, измеренные в опыте. В базовой конфигурации расчетное время эвакуации через проемы, как правило, больше измеренного, то есть оценка идет в запас.