Výsledek V001 - Rešerše aktuálního stavu poznání

Výsledek V001 - Rešerše aktuálního stavu poznání Příloha č. 2 k průběžné zprávě za rok 2012

Číslo projektu: TA02030441

Název projektu: Virtuální simulace evakuačních a transportních procesů chodců Předkládá: Název organizace: AF-CityPlan s.r.o. Jméno řešitele: Ing. Petr Hofhansl, PhD.

OBSAH 1

ÚVOD __________________________________________________________________ 4 1.1

2

PŘEDMĚT PLNĚNÍ .................................................................................................................... 4

PŘEHLED POŽADAVKŮ NA EVAKUACI _________________________________________ 5 2.1

2.2

NORMOVÉ POŽADAVKY NA EVAKUACI.................................................................................... 5 2.1.1

ČSN 73 0802 Požární bezpečnost staveb. Nevýrobní objekty ........................................... 5

2.1.2

ČSN 73 0804 Požární bezpečnost staveb. Výrobní objekty ............................................... 6

2.1.3

ČSN 73 0818 Požární bezpečnost staveb. Obsazení objektu osobami ............................... 6

2.1.4

ČSN 73 0831 Požární bezpečnost staveb. Shromažďovací prostory .................................. 6

2.1.5

ČSN 73 0833 Požární bezpečnost staveb. Budovy pro bydlení a ubytování. ..................... 6

2.1.6

ČSN 73 0834 Požární bezpečnost staveb. Změny staveb ................................................... 8

2.1.7

ČSN 73 0835 Požární bezpečnost staveb. Budovy zdravotnických zařízení a sociální péče 9

2.1.8

ČSN 73 0842 Požární bezpečnost staveb. Objekty pro zemědělskou výrobu .................. 10

POŽADAVKY POŽÁRNÍ OCHRANY NA ÚNIKOVÉ CESTY PŘI UŽÍVÁNÍ STAVBY PODLE VYHLÁŠKY Č. 23/2008 SB. VE ZNĚNÍ POZDĚJŠÍCH PŘEDPISŮ. ................................................. 11 2.2.1

Úpravy interiéru během užívání stavby .......................................................................... 11

2.2.2

Povolené hořlavé látky v prostorech chráněné únikové cesty ........................................ 11

2.3

UMÍSTĚNÍ NEHOŘLAVÝCH PŘEDMĚTŮ................................................................................... 12

2.4

POŽADAVKY NĚKTERÝCH ZAHRANIČNÍCH DOKUMENTŮ NA EVAKUACI OSOB ...................... 12

2.5

LITERATURA ........................................................................................................................... 14

3

ČESKÉ PUBLIKACE O SIMULACI PĚŠÍCH _______________________________________ 15 3.1

PROJEKT „OPTIMALIZACE USPOŘÁDÁNÍ ZAŘÍZENÍ PRO PŘEPRAVU OSOB V PŘESTUPNÍCH UZLECH VEŘEJNÉ HROMADNÉ DOPRAVY“ ............................................................................. 15

3.2

PROJEKT SAFETUN A TP229 ................................................................................................... 15

3.3

AKADEMICKÉ PRÁCE .............................................................................................................. 16

4

ZAHRANIČNÍ PUBLIKACE, PŘÍRUČKY A SMĚRNICE ______________________________ 17 4.1

KNIŽNÍ PUBLIKACE ................................................................................................................. 17

4.2

RIMEA .................................................................................................................................... 18 4.2.1

Cíle ................................................................................................................................. 18

4.2.2

Oblasti použití ................................................................................................................ 18

Evropská 2589/33b, 160 00 Praha 6 telefon: +420 234 611 111 / fax: +420 234 611 112 / email: [email protected] www.tacr.cz

1

4.3

4.4

5

4.2.3

Pojmy ............................................................................................................................. 18

4.2.4

Vlastnosti simulačních modelů ....................................................................................... 19

4.2.5

Evakuační analýza........................................................................................................... 22

4.2.6

Korekční opatření ........................................................................................................... 23

4.2.7

Dokumentace ................................................................................................................. 24

4.2.8

Přílohy ............................................................................................................................ 24

SMĚRNICE PRO POSUZOVÁNÍ SOFTWAROVÝCH APLIKACÍ PRO EVAKUACI OSOB.................. 31 4.3.1

Účel a pozadí aplikace .................................................................................................... 32

4.3.2

Druh aplikace.................................................................................................................. 32

LITERATURA ........................................................................................................................... 32

TEORIE MODELOVÁNÍ POHYBU OSOB ________________________________________ 33 5.1

ZNÁZORNĚNÍ UZAVŘENÉHO PROSTORU................................................................................ 33

5.2

PŘÍSTUP UŽIVATELE MODELU ................................................................................................ 34

5.3

RYCHLOST POHYBU JEDINCE.................................................................................................. 34

5.4

5.3.1

Rovnice toku/hydraulická rovnice .................................................................................. 34

5.3.2

Data rychlosti pohybu pěších ......................................................................................... 35

SMĚR POHYBU JEDINCE ......................................................................................................... 35 5.4.1

Funkcionálně-analogický přístup .................................................................................... 35

5.4.2

Modely dynamiky kapalin a plynů .................................................................................. 36

5.4.3

Model sociálních sil ........................................................................................................ 36

5.4.4

Magnetický model .......................................................................................................... 36

5.5

BEHAVIORÁLNÍ PERSPEKTIVA SIMULOVANÝCH OSOB ........................................................... 36

5.6

LITERATURA ........................................................................................................................... 37

6

POPIS SIMULAČNÍHO SOFTWARE ___________________________________________ 38 6.1

6.2

6.3

VISSIM/VISWALK ................................................................................................................... 38 6.1.1

Hodnocení softwaru dle evacmod.net ............................................................................ 38

6.1.2

Hodnocení softwaru dle developera............................................................................... 40

PATHFINDER .......................................................................................................................... 41 6.2.1


6.2.2


EXODUS ................................................................................................................................. 43


2

6.4

7

8

6.3.1


6.3.2


LITERATURA A ZDROJE........................................................................................................... 45

EVAKUAČNÍ EXPERIMENT A SOFTWAROVÉ VYHODNOCENÍ POLOHY OSOB V PROSTORU46 7.1

KONFIGURACE EXPERIMENTU A POUŽITÉ VYBAVENÍ ............................................................ 46

7.2

ALGORITMUS ROZPOZNÁVÁNÍ POLOHY OBJEKTU A JEHO TRASOVÁNÍ V ČASE ..................... 47

7.3

PRŮBĚH EXPERIMENTU VE FOTOGRAFIÍCH............................................................................ 50

ZÁVĚR _________________________________________________________________ 52

SEZNAM OBRÁZKŮ Obrázek 1 – Rozdělení věku standardní populace podle RIMEA, 50 % mužů a 50 % žen (zdroj: RIMEA) ......20 Obrázek 2 – Rychlost chůze v rovině v závislosti na věku podle Weidmanna ................................................21 Obrázek 3 – Fundamentální diagram podle Weidmanna ...............................................................................25 Obrázek 4 – Schéma testu č. 6........................................................................................................................26 Obrázek 5 – Schéma testu č. 8........................................................................................................................27 Obrázek 6 – Schéma testu č. 9........................................................................................................................28 Obrázek 7 – Schéma testu č. 10......................................................................................................................28 Obrázek 8 – Schéma testu č. 11......................................................................................................................29 Obrázek 9 – Schéma testu č. 12......................................................................................................................29 Obrázek 10 – Schéma testu č. 13....................................................................................................................30 Obrázek 11 – Test č. 14 v softwaru VISSIM ....................................................................................................30 Obrázek 12 – Tematické oblasti pro výběr vhodné aplikace ..........................................................................31 Obrázek 13 – 3 typy rozlišení (podrobnosti) modelu (zdroj: [1]) ...................................................................33 Obrázek 14 – Uspořádání experimentu při pohledu seshora. Kamera byla umístěna v geometrickém středu evakuovaného prostoru ve výšce 4,04 metru nad povrchem. ................................................46 Obrázek 15 – Použitá kamera GoPro HD Hero2 .............................................................................................47 Obrázek 16 – Ukázka záznamu pohybu osob včetně zřetelného sférického zkreslení obrazu ......................47 Obrázek 17 – Pixmapa se štítky ve formě červených kšiltovek ......................................................................48 Obrázek 18 – Ilustrace distorze a její inverze .................................................................................................48 Obrázek 19 – Pixmapa vybraná pro měření distorze a vybrané body ............................................................49 Obrázek 20 – Vybrané body před a po korekci distorze .................................................................................49 Obrázek 21 – Vybrané body před a po korekci distorze .................................................................................49 Obrázek 22 – Fotografie z realizace evakuačního experimentu .....................................................................50 Obrázek 23 – Fotografie z realizace evakuačního experimentu .....................................................................51

SEZNAM TABULEK Tabulka 1 – Rychlost chůze v rovině podle Weidmanna5 ...............................................................................21 Tabulka 2 – Rychlost chůze po schodech, zdroj: Fruin ...................................................................................21 Tabulka 3 – Směrné hodnoty hustoty osob po základní rozdělení populace (zdroj: RIMEA).........................22 Tabulka 4 – Specifický proud na schodech, v chodbách a dveřích .................................................................26


3

1

ÚVOD

Mikroskopické simulace dopravního proudu na bázi počítačové simulace jsou v praxi využívány již několik desetiletí. K jejich značnému rozvoji došlo především v poslední dekádě, kdy rapidní rozvoj výkonného počítačového hardwaru i programovacích jazyků umožnil vznik mnohých simulačních softwarů s různým přístupem k modelování lidského chování v dopravním proudu. Z toho vyplývá i potřeba hodnocení různých mikrosimulačních modelů na jedné straně a definice standardů při vytváření simulací pěších, jejich hodnocení a prezentací výsledků na straně druhé. Simulace obecně představuje proces napodobování reálného děje, přičemž se jedná o simplifikovanou aproximaci. Algoritmy popisující chování v dopravním proudu se stále zdokonalují a přibývá kalibračních parametrů umožňujících nastavení, přibližující se specifickým podmínkám/charakteristikám dopravního proudu v čase a místě (národní nebo regionální specifika). To přináší i zvyšující se nároky na tvůrce simulací a potřebu definice kvantitativních a kvalitativních standardů souvisejících s výstavbou modelu, jeho hodnocením a s interpretací výsledků analýz a prognóz. V České republice prozatím neexistuje norma, dokument či metodické usměrnění, které by tyto standardy definovalo v oblasti simulace pěších. V oblasti simulace evakuačních procesů se principiálně rozlišují dva postupy – stav bez paniky a stav s panikou. Simulace stavů bez paniky je možné využít k optimalizaci pěších tras všude tam, kde je vysoká koncentrace chodců (např. stadiony, koncertní sály apod.). Optimalizace tras může napomoci rychlejšímu, jednoduššímu a bezpečnějšímu opuštění místa neboli k vyšší efektivitě pěších tras. Stavy s panickým chováním vznikají při reální nebo domnělé hrozbě a jejich simulace je komplikovanější.

1.1

PŘEDMĚT PLNĚNÍ

Prvním základním krokem je detailní rešerše literatury, rozbor stavu poznání v evropských i mimoevropských zemích, čili syntéza poznatků vycházející ze studia zahraničních norem, příruček, výsledků projektů a výzkumných prací včetně odborných exkurzí a účasti na konferencích. Primárně se předpokládal průzkum elektronických publikací v průběhu prvních dvou kvartálů. Sběrem empirických dat - sledováním a měřením pohybu pěších bude vytvořena databáze empirických poznatků sloužící rovněž pro srovnávání s výstupy mikroskopických simulací. Předpokládá se využití především video-záznamové techniky a následné video-analýzy. Realizace průzkumů a empirických měření se předpokládá v prvním až čtvrtém kvartálu.


4

2

PŘEHLED POŽADAVKŮ NA EVAKUACI

Vytvoření podmínek pro bezpečné opuštění objektu osobami je jedním ze základních požadavků na požární bezpečnost stavby. Splnění uvedeného požadavku se prokazuje návrhem a posouzením únikových cest. Únikové cesty musí umožnit bezpečnou a včasnou evakuaci všech osob z požárem ohroženého objektu na volné prostranství, nebo do vymezené části objektu bezpečné před požárem a jeho produkty. V běžných případech musí únikové cesty také umožnit přístup požárních jednotek, pokud ze srovnání časů evakuace a zahájení požárního zásahu nevyplyne potřeba použití některé únikové cesty přednostně zasahujícími jednotkami. Povinnost vytvořit podmínky pro rychlou a bezpečnou evakuaci osob z hořícího objektu je primárně zakotvená v zákoně č. 133/1985 Sb., o požární ochraně, ve znění pozdějších předpisů 1 a jeho prováděcích předpisech, především ve vyhlášce č. 23/2008 Sb., o technických podmínkách požární ochrany staveb, ve znění vyhlášky číslo 268/2011 Sb. 2 a vyhlášce č. 246/2001 Sb., o stanovení podmínek požární bezpečnosti a výkonu státního požárního dozoru (vyhláška o požární prevenci) 3. Únikové cesty musí být navrženy tak, aby svým typem, počtem, polohou, kapacitou, dobou použitelnosti, technickým vybavením, konstrukčním a materiálovým provedením a ochranou proti kouři, teplu a zplodinám umožňovaly bezpečnou evakuaci osob. Rozvedení obecně formulovaných požadavků závazných právních předpisů do podrobností a návodů pro jejich dosažení je náplní především kodexu požárních norem řady ČSN 73 08xx, ale také řady dalších technických norem různých tříd a skupin. Kromě běžně používaného normového postupu umožňuje § 99 zákona č. 133/1985 Sb., o požární ochraně 1, ve znění pozdějších předpisů navrhnout a ověřit bezpečnou evakuaci také postupem odlišným od postupu normového, založeném na volbě požárního scénáře s podrobnějším hodnocením šíření ohně a jeho produktů v hořícím objektu a s následnou simulací vlastní evakuace.

2.1

NORMOVÉ POŽADAVKY NA EVAKUACI

2.1.1 ČSN 73 0802 Požární bezpečnost staveb. Nevýrobní objekty Norma definuje základní požadavky na únikové cesty, charakterizuje nechráněnou únikovou cestu, tři typy chráněných únikových cest (typ A, typ B a typ C) a únikovou cestu sousedním požárním úsekem. Druh únikové cesty se volí podle výšky objektu. Popsány jsou rampy, eskalátory, výtahy a náhradní únikové možnosti. Další části jsou věnovány návrhu únikových cest a jejich dimenzování. Týkají se použití nechráněných nebo chráněných únikových cest, evakuačních výtahů, jejich počtu, posouzení délky a šířky únikových cest a doby evakuace. Dále jsou uvedeny požadavky na dveře a schodiště na únikových cestách, osvětlení a označení únikových cest a evakuačních výtahů a požadavky na ozvučovací zařízení (domácí rozhlas). Počet osob se určuje podle zásad uvedených v ČSN 73 0818 7. Únikové cesty ve školách Ve stavbě mateřské školy, základní školy, základní školy a střední školy určené pro žáky se zdravotním postižením se nesmí na únikové cestě použít kývavé nebo turniketové dveře. Stavba školy pro více než 100 dětí, žáků nebo studentů musí být navržena s domácím rozhlasem s nuceným poslechem. Mateřská škola pro více než 20 dětí musí mít navržena dvě únikové cesty 2.


5

2.1.2 ČSN 73 0804 Požární bezpečnost staveb. Výrobní objekty Evakuace je v ČSN 73 0804 5 koncipována obdobně jako v ČSN 73 0802, avšak s některými odlišnostmi. Druhy únikových cest jsou rozšířeny o částečně chráněnou únikovou cestu. Volba typu chráněné únikové cesty a požadavky na stupeň požární bezpečnosti se stanoví odlišně od ČSN 73 0802 a to podle předpokládané doby evakuace. Rozměry únikových cest se odvozují ze vztahu mezi předpokládanou a mezní dobou evakuace. Norma uvádí výpočet započitatelné kapacity evakuačního výtahu a požadavky na technická zařízení k řízení evakuace. Výpočet kapacity evakuačního výtahu je dnes uvedena v ČSN 27 4014 14. Protože jde o normu pro výrobní objekty, jsou zde také stanoveny požadavky na únikové cesty z otevřených technologických zařízení. Příloha I je věnována jednotlivým, řadovým a hromadným garážím a obsahuje požadavky na únikové cesty z těchto objektů nebo prostorů.

2.1.3 ČSN 73 0818 Požární bezpečnost staveb. Obsazení objektu osobami Při výpočtu únikových cest z jednotlivých prostorů se obsazení osobami stanoví podle účelu prostoru a údaje m2 na osobu, nebo se projektovaný počet osob v prostoru násobí příslušným součinitelem 7.

2.1.4 ČSN 73 0831 Požární bezpečnost staveb. Shromažďovací prostory Shromažďovací prostor – ČSN 8 - je určený pro shromáždění osob, ve kterém počet a hustota osob převyšují normové hodnoty. Dělí se na vnitřní shromažďovací prostory uzavřené po obvodě a shora stavebními konstrukcemi a venkovní shromažďovací prostory neuzavřené po obvodě a shora, avšak vytvořené nebo vymezené stavebními konstrukcemi, popř. okolním terénem. Vnitřní shromažďovací prostor je určen pro 250 a více osob a současně na osobu připadá půdorysná plocha 5 m2 a méně. Při návrhu vnitřních shromažďovacích prostorů se přihlíží k jejich výškovému umístění v budově – čím vyšší výškové pásmo (VP1, VP2 nebo VP3), tím jsou požadavky přísnější. Venkovní shromažďovací prostot je určen pro 500 a více osob. Jedná se především o hlediště a sály kulturních zařízení, velké haly a dvorany, výstavní prostory, zábavní centra, sportovní zařízení, velká obchodní centra apod. Stěžejním úkolem požární ochrany v těchto prostorách je ochrana lidí před požárem a zajištění podmínek pro evakuaci s přihlédnutím ke specifickým podmínkám (velká hustota osob) a možnosti vzniku paniky. Únikové cesty ze shromažďovacích prostorů se řeší podle zásad ČSN 73 0802 4 s řadou zpřísnění. Vždy se provádí posouzení nechráněných únikových cest z hlediska ohrožení osob zplodinami hoření a kouřem, limituje se nejmenší dovolený počet východů, poměrné kapacity východů, jejich minimální šířky a rozmístění. Přihlíží se k možné přítomnosti osob se sníženou pohyblivostí. Ze stavby s vnitřním shromažďovacím prostorem musí být vždy navržena nejméně jedna úniková cesta, která svým provedením odpovídá možnostem evakuace osob s omezenou schopností pohybu a orientace. V části provedení a vybavení únikových cest jsou formulovány požadavky na směr otevírání dveří, použití panikového kování, označování východů na evakuačních cestách, použití nouzového osvětlení a nouzového zvukového systému. Jsou stanoveny požadavky na elektrické rozvody, nechráněné vzduchotechnické rozvody, apod. Je zde zařazena Příloha B Zásady podrobného výpočtu předpokládané doby evakuace, Příloha C Panikové kování a Příloha D Specifické požadavky na vybrané druhy shromažďovacích prostorů.

2.1.5 ČSN 73 0833 Požární bezpečnost staveb. Budovy pro bydlení a ubytování. Požární bezpečnost budov pro bydlení a ubytování spočívá na stejných principech jako u všech jiných staveb. Tyto budovy jsou však specifické tím, že člověk může být požárem zastižen ve spánku, takže jeho reakce budou zpomalené. Dále je třeba rozlišit situaci, kdy osoby sice v budově spí, ale při trvalém bydlení rodin nebo jednotlivců budovu důvěrně znají a mohou se ve vzniklé situaci dobře orientovat, od případu,


6

kdy se lidé vyskytují v budově pouze po omezenou dobu, s budovou nejsou seznámeni, někdy může jít o cizince, kteří neznají jazyk dané země aj. Z technických a ekonomických důvodů je nutno odstupňovat požadavky na objekty stejného účelu, ale odlišující se velikostí a počtem osob, které se mohou v budově vyskytnout (např. ubytování v malém penzionu nebo větším hotelu). Z uvedených zásad plyne následující třídění budov pro bydlení a ubytování - ČSN 9 : 

  

budovy skupiny OB1 – rodinné domy a rodinné rekreační objekty s nejvýše třemi obytnými buňkami, s jedním podzemním a s nejvýše třemi užitnými nadzemními podlažími (užitným nadzemním podlažím je i podkrovní prostor, je-li tam pokoj apod.) a nejvýše s celkovou půdorysnou plochou všech podlaží objektu do 600 m2. Budova skupiny OB1 přesahující celkovou půdorysnou plochu 600 m2 se již posuzuje jako budova skupiny OB2; budovy skupiny OB2 – bytové domy přesahující kritéria budov skupiny OB1 (např. mající více než tři obytné buňky); budovy skupiny OB3 – domy pro ubytování o projektované ubytovací kapacitě nejvýše 75 osob umístěných nejvýše do 3. nadzemního podlaží, nebo nejvýše 55 osob umístěných mezi 1. až 8. nadzemním podlažím; budovy skupiny OB4 – domy pro ubytování s ubytovací kapacitou větší než OB3.

Požadavky na evakuační cesty: Budovy skupiny OB1 – požadavky na nechráněnou únikovou cestu jsou stanoveny taxativně a týkají se šířky komunikací a průchozích šířek dveří. Pouze u rodinného domu o ploše větší než 600 m 2 se délka únikové cesty posuzuje jako u jiných nevýrobních objektů. Budovy skupiny OB2 – zásadou je zaručit bezpečnost obyvatelů bytových domů po opuštění bytů. Používají se nechráněné i všechny typy chráněných únikových cest, které musí vždy tvořit samostatný požární úsek. Pro domy s určitým menším počtem obytných buněk jsou požadavky stanoveny taxativně, v ostatních případech se únikové cesty navrhují na základě obecně daných pravidel. Budovy skupiny OB3 – jsou kapacitně menší ubytovací objekty. Nejmenšími objekty dané skupiny jsou ubytovací zařízení do dvou nadzemních podlaží s projektovanou ubytovací kapacitou nejvýše 20 osob. Takový objekt může tvořit jeden požární úsek s jednou nechráněnou únikovou cestou délky do 20 m. Ostatní objekty dané skupiny mohou mít nechráněné i chráněné únikové cesty, které musí vždy tvořit samostatný požární úsek. Všechny únikové cesty vedoucí z obytných buněk musí mít nouzové osvětlení na dobu alespoň 30 minut, bezpečnostní značení viditelné ve dne i v noci a značení vstupů do únikových cest s uvedením čísla nadzemního nebo podzemního podlaží, kde se vstup nachází. Na únikových cestách nesmí být umístěna zrcadla a jiné reflexní plochy. V budovách OB3, kde je ubytováno více než 20 osob, anebo kde se počítá s ubytováním osob s omezenou schopností pohybu a/nebo orientace, je požadavek na zřízení evakuačního výtahu. V budovách musí být instalována elektrická požární signalizace anebo zařízení autonomní detekce a signalizace a doporučuje se je vybavit nouzovým ozvučovacím zařízením se samočinným akustickým a vizuálním vyhlášením poplachu. Budovy skupiny OB4 – jsou ubytovací objekty kapacitně větší než OB3. Požadavky na evakuaci ubytovaných jsou nejpřísnější ze všech skupin budov pro bydlení a ubytování. Z obytných buněk jsou obvykle požadovány dvě únikové cesty vedoucí různým směrem, zahrnující podle potřeby nechráněné i chráněné únikové cesty. Jedna úniková cesta je povolena výjimečně. I nechráněné únikové cesty musí tvořit samostatný požární úsek s limitovaným požárním zatížením a omezenou délkou k východu na volné prostranství anebo ke vstupu do chráněné únikové cesty. Rozšiřují se požadavky na přetlakově větrané chráněné únikové cesty. Všechny únikové cesty vedoucí z obytných buněk musí mít nouzové osvětlení na dobu alespoň 30 minut, bezpečnostní značení viditelné ve dne i v noci a značení vstupů do únikových cest s uvedením čísla a písmenného značení nadzemního nebo podzemního podlaží, kde se vstup nachází (např. Evropská 2589/33b, 160 00 Praha 6 telefon: +420 234 611 111 / fax: +420 234 611 112 / email: [email protected] www.tacr.cz

7

6NP, 2PP). Na únikových cestách nesmí být umístěna zrcadla a jiné reflexní plochy. V budovách OB4 majících tři a více podlaží, musí být zřízen evakuační výtah. V budovách s více než 75 ubytovanými osobami anebo vyššími než 22,5 m musí být instalována elektrická požární signalizace a nouzové ozvučovací zařízením se samočinným akustickým a vizuálním vyhlášením poplachu. Tam, kde není požadována elektrická požární signalizace, musí být instalováno zařízení autonomní detekce a signalizace.

2.1.6 ČSN 73 0834 Požární bezpečnost staveb. Změny staveb Při změnách staveb (nástavbách, přístavbách a přestavbách) je třeba vzít v úvahu období, kdy byl objekt projektován. Jedná-li se o budovu projektovanou podle starších předpisů s jinou filozofií požárního zabezpečení, byla by ustanovení současného souboru norem PBS nepřiměřeně tvrdá a jejich provedení technicky a ekonomicky náročná. Naopak některé změny staveb nezhoršují způsob stávajícího požárního zabezpečení objektu, který může být dostatečný. Proto přístup k návrhu požární ochrany objektů při změnách staveb je diferencovaný. Změny staveb se podle rozsahu a dopadu na požární bezpečnost stavby třídí takto – ČSN 10: skupina I - změny staveb s uplatněním omezených požadavků požární bezpečnosti; skupina II - změny staveb s uplatněním specifických požadavků požární bezpečnosti; skupina III - změny staveb s plným uplatněním požadavků současných norem požární bezpečnosti. Změna staveb skupiny I představuje nepodstatné úpravy a v podstatě uvádí budovy do původního stavu výměnou opotřebovaných částí, popř. se provede instalace nových systémů technického nebo technologického zařízení. Může se jednat i o změny členění vnitřního prostoru, aniž by nově vznikl z menších místností prostor větší než 100 m2. Tyto změny staveb za určitých předpokladů nevyžadují žádné úpravy vyvolané požadavky požární bezpečnosti. Postup pro změnu staveb skupiny I lze uplatnit i u změn staveb projektovaných již podle kodexu norem řady ČSN 73 08xx. Změna staveb skupiny III je natolik podstatnou změnou (a - nádstavba o více než jedno podlaží, b přístavba, jíž vznikne požární úsek tvořený z více než 50 % podlahové plochy přístavbou, nebo c - výměna nosné stropní konstrukce v rozsahu větším než 75 %), že se celý objekt musí řešit jako novostavba s respektováním současných požadavků požární bezpečnosti. Změnou staveb skupiny II jsou všechny změny, které nelze zatřídit do skupin I a III. Právě těmto změnám je věnována podstatná část ČSN 73 0834 10, která uplatňuje u staveb skupiny II stejné principiální požadavky jako u novostaveb, vše však s přípustnými úlevami. Únikové cesty při změně stavby skupiny II. Druhy únikových cest – nechráněné a chráněné únikové cesty typu A, typu B a typu C - používané v kmenové normě ČSN 73 0802 jsou rozšířeny o částečně chráněnou únikovou cestu v pěti možných variantách odlišujících se druhem prostoru, kterým je tato cesta vedena a způsobem jejich odvětrání. Pokud se jedná o jedinou částečně chráněnou únikovou cestu, je její použití omezeno a je omezen počet osob, které ji mohou použít. Dále je limitována mezní doba evakuace pro jednu nebo více částečně chráněných únikových cest. Částečně chráněná úniková cesta může nahradit chráněnou únikovou cestu typu A., u bytových netypových domů a objektů OB3 může nahradit i chráněnou únikovou cestu typu B. Další úlevy se týkají volného prostranství, šířek únikových cest, podchodné výšky, provedení výtahu, stavebních konstrukcí únikové cesty aj. Změny staveb bytových domů na keramické nebo silikátové bázi, které byly projektovány podle typových podkladů schválených do konce roku 1994, lze na rozdíl od obecné zásady rovněž posuzovat jako změny staveb se specifickými úlevami. Zásady řešení jsou popsány v Příloze A ČSN 73 0834 10 a reagují především na vytváření požárních úseků, požárně bezpečný návrh půdních nástaveb, předělování instalačních šachet v úrovních stropů, zasklívání balkonů nebo lodžií aj. Zvláštní pozornost je věnována zabezpečení úniku osob. Evropská 2589/33b, 160 00 Praha 6 telefon: +420 234 611 111 / fax: +420 234 611 112 / email: [email protected] www.tacr.cz

8

Změny staveb se často týkají změn staveb památkově chráněných. U budovy, která je prohlášena za kulturní památku, je třeba při zajišťování požární bezpečnosti zvolit odlišný postup než při posuzování běžných objektů. Požární zabezpečení změn staveb památkově chráněných objektů s unikátními prvky či sbírkami má být vždy řešeno individuálně podrobnou analýzou konkrétních podmínek objektu. Svou roli sehrává i povinnost vybavovat významné objekty elektrickou požární signalizací, samočinným stabilním hasicím zařízením nebo dalšími požárně bezpečnostními zařízeními. Technická řešení přispívající ke zvýšení ochrany kulturních památek se kombinují s organizačními opatřeními tak, aby provoz v budově odpovídal jejím parametrům. Míní se tím, kromě jiného, např. i omezování počtu osob v prohlídkových skupinách úměrně k šířkám stávajících únikových cest.

2.1.7 ČSN 73 0835 Požární bezpečnost staveb. Budovy zdravotnických zařízení a sociální péče Budovy zdravotnických zařízení a sociální péče se podle ČSN 73 0835 11 třídí: Ambulantní zdravotnická zařízení: skupiny AZ 1 s nejvýše třemi lékařskými pracovišti skupiny AZ 2 s více než třemi lékařskými pracovišti Lůžková zdravotnická zařízení: skupiny LZ 1 – do 15 lůžek pro dospělé nebo 10 lůžek pro děti skupiny LZ 2 s více lůžky než u LZ 1 Zařízení sociální péče: domy s pečovatelskou službou ústavy sociální péče Zvláštní zdravotnická zař. pro děti: kojenecké ústavy a dětské domovy do tří let jesle Zajištění požadované úrovně požární bezpečnosti zdravotnických budov, především nemocnic a jiných zařízení s lůžkovými jednotkami patří k náročnějším úlohám požárně bezpečnostního inženýrství. Opatření směřují k důslednému dělení na požární úseky poměrně malých rozměrů, vyřešení evakuace osob s omezenou schopností pohybu a orientace anebo neschopných samostatného pohybu, omezení hořlavých hmot ve stavebních konstrukcích a přesun některých činností z lidského činitele na požárně bezpečnostní zařízení. Požadavky na únikové cesty ze zařízení LZ 2: Z lůžkových jednotek, anesteziologicko resuscitačního oddělení, jednotky intenzivní péče a operačního oddělení musí být umožněna evakuace po rovině do sousedního požárního úseku nebo na volné prostranství. Sousední požární úsek musí být plošně navržen pro pacienty daného i sousedního požárního úseku, musí navazovat na chráněnou únikovou cestu nebo na východ z objektu a mít přirozené nebo umělé větrání požadovaného provedení. Použití jedné únikové cesty je omezeno přípustným počtem osob a délkou cesty. Dále je podle výšky budovy předepsán nejmenší počet a nejnižší typ chráněné únikové cesty. Není dovoleno prodlužovat mezní délky únikových cest. Alespoň jedno schodiště musí umožňovat manipulaci s nosítky. V objektech s lůžkovými jednotkami, anesteziologicko resuscitačním oddělením, jednotkou intenzivní péče a s operačním oddělením umístěnými ve 4. NP a dalších nadzemních podlažích, musí být zřízeny evakuační výtahy pro dopravu pacientů neschopných samostatného pohybu. Přepravní kapacita evakuačních výtahů se stanoví výpočtem 11, 14. Nezávislý zdroj elektrické energie pro zajištění nepřerušené dodávky elektrické energie musí zajistit její dodávku alespoň po dobu 45 minut. Únikové cesty používané pacienty musí mít nouzové osvětlení a vyznačen směr úniku. Objekty LZ 2 musí být vybaveny domácím bezpečnostním značením viditelným ve dne i v noci a značením vstupů do únikových cest s uvedením čísla a písmenného značení nadzemního nebo podzemního podlaží, kde se vstup nachází (např. 5NP, 2PP). Rovněž musí být instalováno ozvučovací zařízení s možností selektivního volání. Na únikových cestách nesmí být umístěna zrcadla a jiné reflexní plochy. Pokud objekt skupiny LZ 2 je navržen pro více než 50 lůžek dospělých nebo 20 lůžek pro děti, musí být vybaven elektrickou požární signalizací.


9

2.1.8 ČSN 73 0842 Požární bezpečnost staveb. Objekty pro zemědělskou výrobu Objekty pro zemědělskou výrobu zahrnují stáje, sklady, objekty pro pěstování rostlin, popř. hub, objekty pro posklizňovou úpravu zemědělských plodin a objekty pro výrobu krmných směsí 12. Mezi zemědělské objekty patří i silová skladová hospodářství, které mají charakter otevřeného technologického zařízení. Únikové cesty pro osoby v zemědělských objektech Únikové cesty pro osoby se posuzují podle obecných pravidel. Vzhledem k charakteru zemědělských objektů se jedná především o nechráněné únikové cesty. Za únikovou cestu pro osoby lze považovat i evakuační cestu pro zvířata. Pouze u provozní skupiny silového skladového hospodářství, kde horní vodorovná doprava je vedena výše než 22,5 m nad úrovní 1. nadzemního podlaží, musí z prostoru nad silem vést nejméně dvě únikové cesty, přičemž alespoň u jedné z nich musí být část cesty sloužící pro sestup provedena jako částečně chráněná úniková cesta. Evakuační cesty pro zvířata Kromě únikových cest pro osoby se v některých zemědělských objektech navrhují evakuační cesty pro zvířata, které musí umožnit evakuaci zvířat ze stájí na volné prostranství. Volné prostranství může tvořit např. výběh. Evakuační cesty pro zvířata se nepožadují v případech, kde by evakuace nebyla vzhledem ke druhu a způsobu ustájení zvířat technicky realizovatelná, popř. byla nepřiměřeně finančně nákladná. Evakuační cesty pro zvířata nejsou požadovány ve vícepodlažních stájích, stájích pro chov drůbeže a drobných zvířat, stájích s klecovým odchovem a stájích s ustájením telat v profylaktoriích a mléčné výživě. V těchto stájích se doporučuje instalovat alespoň zařízení pro odvod kouře a tepla. Požadavky na evakuační cesty pro zvířata závisí na druhu ustájených a/nebo chovaných zvířat a jejich počtu. Ze stájového prostoru musí – až na výjimky – vést různým směrem minimálně dvě únikové cesty. Největší délky a minimální šířky únikových cest včetně rozměrů dveří, vrat a průlezů jsou předepsány. Rovněž jsou omezeny počty zvířat připadající na jednu únikovou cestu. ČSN 73 0845 Požární bezpečnost staveb. Sklady Podle této normy 13 se navrhují prostory ve stavebních objektech určené pro skladování, s půdorysnou plochou požárního úseku skladu větší než: a) 150 m2 v podzemních podlažích; u objektů, které mají nad podzemním podlažím nejvýše jedno nadzemní podlaží, může být půdorysná plocha dvojnásobná; b) 300 m2 v nadzemních podlažích u vícepodlažních objektů; c) 600 m2 u jednopodlažního objektu sloužícího současně jiným účelům; d) 1000 m2 u jednopodlažního objektu sloužícího (kromě doprovodných provozů) pouze skladování. Jiné skladovací objekty lze navrhovat podle pravidel pro nevýrobní nebo výrobní objekty. Požadavky na únikové cesty ve skladech Ve skladech se navrhují dvě únikové cesty, které musí být vždy použitelné i pro protipožární zásah. Jedna úniková cesta je povolena výjimečně při délce do 20 m. Souvislé regály a podobně uspořádané sklady se souvislou délkou pevného skladovacího vybavení musí mít po 30 m vytvořeny průchody na celou hloubku regálu. Sklady s blokovým skladováním musí mít vymezeny a udržovány únikové komunikace. Dopravní zařízení (jeřáby, zakladače apod.) musí mít při výpadku dodávky elektrické energie zajištěno dojetí k únikové cestě nebo náhradní únikové možnosti. Sklady vybavené elektrickou požární signalizací musí mít samočinné a dálkové ovládání zvukového signálu. Ve skladech musí být provedeno bezpečnostní značení únikových cest svítícími značkami. Doporučuje se provést doplňkové značení a nouzové osvětlení ve výšce do 0,5 m nad podlahou zaručující viditelnost při zakouření prostoru skladu. Evropská 2589/33b, 160 00 Praha 6 telefon: +420 234 611 111 / fax: +420 234 611 112 / email: [email protected] www.tacr.cz

10

2.2

POŽADAVKY POŽÁRNÍ OCHRANY NA ÚNIKOVÉ CESTY PŘI UŽÍVÁNÍ STAVBY PODLE VYHLÁŠKY Č. 23/2008 SB. VE ZNĚNÍ POZDĚJŠÍCH PŘEDPISŮ.

Dokončenou stavbu, popř. její část schopnou samostatného užívání, pro niž bylo vydáno stavební povolení anebo bylo provedeno ohlášení stavebnímu úřadu, lze užívat jen na základě oznámení stavebnímu úřadu anebo kolaudačního souhlasu. Stavební úřad může také na základě žádosti stavebníka vydat časově omezené povolení k předčasnému užívání stavby. Stavbu lze užívat jen k účelu vymezenému v oznámení o užívání stavby nebo v kolaudačním souhlasu (popř. v dalších dokumentech uvedených ve stavebním zákoně). Změna v účelu užívání stavby, popř. v podstatném rozšíření výroby a změna v činnosti, jejíž účinky by mohly ohrozit veřejné zdraví, život a zdraví zvířat, bezpečnost nebo životní prostředí, je přípustná jen na základě písemného souhlasu stavebního úřadu.

2.2.1 Úpravy interiéru během užívání stavby a) hořlavé látky nebo látky, které při hoření nebo tepelném rozkladu odkapávají nebo odpadávají, nesmí být použity nad místy, kudy unikají osoby a ve shromažďovacích prostorech v celém podhledu a prostoru pod stropem; b) hořlavé látky uvedené v písmeni a) nesmí být použity pod stropem i v jiných prostorech určených pro více než 10 osob, pokud celková plocha použití této látky zahrnuje více než 30 % plochy pod stropem. Hořlavé látky nesmí být dále použity v prostoru pod stropem přede dveřmi a za dveřmi, a to v ploše odpovídající trojnásobku šíře dveří, vymezené částí kruhu k ose dveří. c) hořlavé látky nebo látky, které při hoření nebo tepelném rozkladu jako hořící odkapávají nebo odpadávají, nesmí být rovněž použity nad venkovním shromažďovacím prostorem.

2.2.2 Povolené hořlavé látky v prostorech chráněné únikové cesty Na chráněné únikové cestě lze umístit hořlavý předmět za těchto podmínek a) vzdálenost hořlavého předmětu od části stavby z hořlavých hmot s výjimkou podlahy nebo jiného hořlavého předmětu musí bránit přenesení hoření, přičemž tato vzdálenost nesmí být menší než 2 m, b) hořlavý předmět nebo jeho část nesmí být – až na výjimky - z plastu, c) hořlavý předmět nesmí být umístěn na strop nebo podhled nebo do prostoru pod stropem nebo podhledem v části chráněné únikové cesty určené pro pohyb osob nebo činnost jednotek požární ochrany, d) hořlavý předmět musí být připevněn tak, aby nedošlo k jeho uvolnění při úniku osob nebo při činnosti jednotek požární ochrany, e) v prostoru chráněné únikové cesty lze na stěnu o ploše 60 m2 umístit pouze jeden hořlavý předmět. Na podlaží chráněné únikové cesty nesmí být umístěny více než tři hořlavé předměty, f) hořlavý předmět ve tvaru „nástěnky" nesmí být v prostoru chráněné únikové cesty umístěn, je-li větší než 1,3 m2 při tloušťce 4 mm; umístění jiných hořlavých předmětů, je možné pouze tehdy, bude-li dosaženo nejméně stejné úrovně požární bezpečnosti, přičemž plocha 1,3 m2 nesmí být překročena. V prostoru chráněné únikové cesty lze dále umístit a) jeden malý závěsný automat na nápoje, jiné zboží nebo službu pro tři podlaží, b) květinovou výzdobu z plastů, pokud průmět plochy této výzdoby na stěnu není větší než 0,5 m2 a hloubka této výzdoby nepřesahuje 0,1 m. Při umístění této výzdoby nesmí být omezena minimální šířka únikové cesty stanovená výpočtem. Další hořlavý předmět lze v prostoru chráněné únikové cesty umístit, jestliže a) jde o židli z nehořlavé konstrukce s čalouněnou úpravou. Při umístění více než dvou židlí, musí být tyto z nehořlavé konstrukce a zároveň musí být splněna podmínka, že čalounický materiál vyhovuje z hlediska zápalnosti,


11

b) jde o jiný sedací nábytek, jehož čalouněná část musí splňovat podmínku zápalnosti a jeho konstrukce je vyrobena z materiálu, který splňuje tyto požadavky - třídu reakce na oheň nejméně D a zároveň velikost předmětu nesmí být o rozměrech větších, než jsou obvyklé u běžné židle. Předměty uvedené výše nesmí svým umístěním, a) ovlivňovat pohyb osob v chráněné únikové cestě nebo při vstupu nebo výstupu z ní, zejména při převržení, pádu nebo odvalení, b) zasahovat do minimální šíře chráněné únikové cesty c) bránit otevírání či zavírání dveří na této komunikaci nebo na vstupu nebo výstupu z ní. Při umístění prvku bezpečnostního systému v chráněné únikové cestě musí být prvek připevněn tak, aby nedošlo k jeho uvolnění při úniku osob nebo při činnosti jednotek požární ochrany, nesmí být ovlivněn pohyb osob v chráněné únikové cestě a nesmí bránit otevírání či zavírání dveří na této komunikaci nebo na vstupu nebo výstupu z ní. Vzdálenost hořlavého předmětu od části stavby z hořlavých hmot nebo jiného hořlavého předmětu musí bránit přenesení hoření. Hořlavý předmět umělecké či historické hodnoty v chráněné únikové cestě V chráněné únikové cestě lze umístit jeden hořlavý předmět umělecké či historické hodnoty nepřesahující rozměry 2 x 2 m za podmínky, že je stavba v této části zajištěna a) elektrickou požární signalizací a zároveň stabilním hasicím zařízením, nebo b) elektrickou požární signalizací a osobou schopnou provést prvotní hasební zásah po dobu přítomnosti osob ve stavbě. c) hořlavý předmět nesmí zasahovat do prostoru chráněné únikové cesty víc než 5 cm. d) textilní hořlavé předměty nejsou přípustné.

2.3

UMÍSTĚNÍ NEHOŘLAVÝCH PŘEDMĚTŮ

a) nehořlavý předmět musí být připevněn tak, aby nedošlo k jeho uvolnění při úniku osob nebo při činnosti jednotek požární ochrany, b) nesmí ovlivňovat pohyb osob v chráněné únikové cestě nebo při vstupu nebo výstupu z ní, zejména při převržení, pádu nebo odvalení, c) nesmí zasahovat do minimální šíře chráněné únikové cesty d) nesmí bránit otevírání či zavírání dveří na této komunikaci nebo na vstupu nebo výstupu z ní. V části únikové cesty mající funkci požární předsíně nesmí být umístěny hořlavé předměty.

2.4

POŽADAVKY NĚKTERÝCH ZAHRANIČNÍCH DOKUMENTŮ NA EVAKUACI OSOB

Výzkum evakuace osob je dlouhodobou záležitostí. První výsledky výzkumných prací byly publikovány přibližně již v roce 1930. Na úvodní výzkum navazovaly další teoretické i experimentální práce. Důvodem byla zejména neštěstí (úmrtí) při akcích, kde docházelo ke kumulaci většího počtu osob. Následně, s měnící se výstavbou, zejména stavbami výškového charakteru, byly výzkumné práce směřovány také k této oblasti. Výzkumy byly realizovány zejména v tehdejším Sovětském svazu, Japonsku, Velké Británii a USA. NFPA 101 Life Safety Code. (Quincy: National Fire Protection Association, 2012). Dokument stanoví základní požadavky při hodnocení evakuace osob. V textu je popsána klasifikace osob a možná nebezpečí při požárech, prostředky evakuace, ochranné prvky staveb podporující evakuaci, specifické požadavky na určité typy staveb (shromažďovací prostory, vzdělávací zařízení, zdravotnická zařízení, nápravná zařízení, bytové a ubytovací objekty, stavby sociálních služeb, obchodní domy, kancelářské objekty, průmyslové a skladové objekty). ISO/TR 13387-8 Fire safety engineering Part 8: Life safety – Occupant behaviour, location and condition (Geneva: ISO, 1999).


12

Norma pracuje s filosofií obvyklou pro postupy požárního inženýrství a vnímá evakuaci osob a jejich bezpečnost jako jeden ze subsystémů celkového konceptu řešení, který spolupracuje s tzv. globální sběrnicí (centrum vstupních a výsledných údajů). Principiálně se z pohledu evakuace zabývá čtyřmi hlavními oblastmi, kterými je řešení budovy a strategie zajištění bezpečnosti osob při mimořádných událostech, charakteristikou obyvatel, dynamikou požáru a vlivem hasebního zásahu. Proces evakuace je rozdělen do dvou základních etap, tj. doby do zahájení evakuace a doby pohybu osob objektem. Pozornost je věnována popisu účinků průvodních jevů požáru a psychologii evakuovaných osob při požárech. Rozvedeny jsou rovněž požární modely, které mohou být při řešení evakuace využity. Proulx, G.: Movement of People: The Evacuation Timing (SFPE Handbook of Fire Protection Engineering. Third Edition, Section 3, Chapter 13. Quincy: National Fire Protection Association, 2002, s. 342-364, ISBN 087765-451-4). Text popisuje problematiku stanovení doby do zahájení evakuace a pohybu osob objektem (doby RSET, ASET). Popsány jsou jevy, které mohou tyto doby pozitivně i negativně ovlivnit. Jsou prezentovány principy tzv. efektivní šířky evakuační cesty a evakuační procedury (současná nebo postupná evakuace osob). Pozornost je věnována popisu realizovaných experimentů a prezentaci jednoduchých matematických rovnic, které umožňují prognózovat dobu evakuace osob a to zejména z výškových objektů administrativního charakteru. Dále je pojednání zaměřeno na evakuaci osob s určitými zdravotními handicapy. Pro tyto osoby byla rychlost pohybu stanovená experimentálně. Prezentované údaje je nezbytné při pravidelném nebo trvalém výskytu osob tohoto charakteru zohlednit. Text byl později upraven, částečně zjednodušen a doplněn o nové poznatky v materiálu, jehož autorem je opět Proulx, G.: Evacuation Time (SFPE Handbook of Fire Protection Engineering. Fourth Edition, Section 3, Chapter 12. Quincy: National Fire Protection Association, 2008, s. 355-372, ISBN-10: 0-87765-821-8, ISBN-13: 978-0-87765-821-4). Nelson, E. H., Mowrer, F. W.: Emergency Movement (SFPE Handbook of Fire Protection Engineering. Third Edition, Section 3, Chapter 14. Quincy: National Fire Protection Association, 2002, s. 367-379, ISBN 087765-451-4). Text prezentuje metody pro stanovení některých parametrů evakuace, zejm. rychlosti pohybu osob a posouzení kapacity únikových cest. Evakuace osob je posuzována jako pohyb proudů, které mohou zůstat beze změn nebo se v průběhu evakuace mění (slučují, rozdělují). Výpočetní postupy jsou doplněny souvisejícími grafy, které dokumentují významné souvislosti, tj. „hustotu osob – rychlost pohybu – kapacitu únikových cest“. Jsou rozvedeny jevy, které mohou negativně působit na evakuaci osob (např. výskyt kouře s toxickými účinky). Kuligowski, G. E.: Computer Evacuation Models for Buildings (SFPE Handbook of Fire Protection Engineering. Fourth Edition, Section 3, Chapter 17. Quincy: National Fire Protection Association, 2008, s. 465-478, ISBN-10: 0-87765-821-8, ISBN-13: 978-0-87765-821-4). Text popisuje filosofii modelů využitelných pro posuzování evakuace osob, rozdíl mezi empirickými, výpočetními a manuálními postupy. Prezentovány jsou projektové požadavky z hlediska principů a vstupních údajů a především členění modelů z různých pohledů. Kategorie systémového členění zahrnuje především stáří modelu, distribuci a cenu, metodu modelování, druh a rozsah požadovaných vstupních údajů, charakter výstupů, kvalitu modelu. Kategorie konkrétního členění popisuje jednotlivé druhy dostupných modelu a jejich charakteristiky. Fire Protection Handbook (Nineteenth Edition. Quincy: National Fire Protection Association, 2008, 3138 s., ISBN 0-87765-474-3). Evropská 2589/33b, 160 00 Praha 6 telefon: +420 234 611 111 / fax: +420 234 611 112 / email: [email protected] www.tacr.cz

13

Publikace se zabývá popisem bezpečnostních opatření a filosofii požární bezpečnosti v celé škále oblastí. Jednou z dílčích částí je rovněž evakuace osob, kde jsou prezentovány základní principy, např. doba do zahájení evakuace a doba průchodu osob objektem, některé jednoduché rovnice pro stanovení rychlosti pohybu osob a posouzení kapacity únikové cesty, včetně souvisejících aspektů ovlivňujících evakuaci.

2.5

LITERATURA

1

Zákon č. 133/1985 Sb., o požární ochraně, ve znění pozdějších předpisů

2

Vyhláška č. 23/2008 Sb., o technických podmínkách požární ochrany staveb, ve znění vyhlášky číslo 268/2011 Sb., kterou se mění vyhláška č. 23/2008 Sb.

3

Vyhláška č. 246/2001 Sb., o stanovení podmínek požární bezpečnosti a výkonu státního požárního dozoru (vyhláška o požární prevenci).

4

ČSN 73 0802 Požární bezpečnost staveb (PBS). Nevýrobní objekty.

5

ČSN 73 0804 PBS. Výrobní objekty.

6

ČSN 73 0810 PBS. Společná ustanovení.

7

ČSN 73 0818 PBS. Obsazení objektů osobami.

8

ČSN 73 0831 PBS. Shromažďovací prostory.

9

ČSN 73 0833 PBS. Budovy pro bydlení a ubytování.

10 ČSN 73 0834 PBS. Změny staveb. 11 ČSN 73 0835 PBS. Budovy zdravotnických zařízení a sociální péče. 12 ČSN 73 0842 PBS. Objekty pro zemědělskou výrobu. 13 ČSN 73 0845 PBS. Sklady. 14 ČSN 27 4014 Bezpečnostní předpisy pro konstrukci a montáž výtahů – Zvláštní úpravy výtahů určených pro dopravu osob nebo osob a nákladů – Evakuační výtahy. 2007 [15] NFPA 101 Life Safety Code. Quincy: National Fire Protection Association, 2012. [16] ISO/TR 13387-8 - Part 8: Life safety -- Occupant behaviour, location and condition. Geneve, ISO, 1999. [17] Fire Protection Handbook. Nineteenth Edition. Quincy: National Fire Protection Association, 2008, 3138 s., ISBN 0-87765-474-3. [18] Proulx, G.: Evacuation Time. SFPE Handbook of Fire Protection Engineering. Fourth Edition, Section 3, Chapter 12. Quincy: National Fire Protection Association, 2008, s. 355-372, ISBN-10: 0-87765-8218, ISBN-13: 978-0-87765-821-4. [19] Nelson, E. H., Mowrer, F. W.: Emergency Movement. SFPE Handbook of Fire Protection Engineering. Third Edition, Section 3, Chapter 14. Quincy: National Fire Protection Association, 2002, s. 367-379, ISBN 087765-451-4.


14

3 3.1

ČESKÉ PUBLIKACE O SIMULACI PĚŠÍCH PROJEKT „OPTIMALIZACE USPOŘÁDÁNÍ ZAŘÍZENÍ PRO PŘEPRAVU OSOB V PŘESTUPNÍCH UZLECH VEŘEJNÉ HROMADNÉ DOPRAVY“

Projekt si kladl za cíl vytvořit, doposud citelně chybějící, metodiku úprav jak železničních stanic a zastávek, tak přestupních uzlů VHD, která se stane účinným a prakticky využitelným nástrojem při projektech jejích rekonstrukcí. Metodika podává návod obecnými postupy i na konkrétních příkladech, jak má vypadat podoba a rozsah zařízení pro osobní přepravu v železničních stanicích a zastávkách a stanoví ideální míru poskytovaných informací cestující veřejnosti. Metodika dále na základě multikriteriální a rizikové analýzy představuje postup určení takové varianty úprav železničních stanic, aby byl maximalizován celospolečenský užitek, a vytváří aparát pro stanovení reálných přestupních dob v uzlech VHD. Průzkumy v konkrétních vybraných lokalitách byla zjištěna reálná rychlost nástupu a výstupu cestujících v závislosti na výšce nástupní hrany a typu vozidla. Dále byla prověřena propustnost přístupů na nástupiště a rychlost pěšího proudu při přesunu po nástupišti, jednotlivých druzích přístupových cest a na schodišti. Na základě toho byla namodelována reálná situace při přestupu v rámci uzlu VHD, v němž kromě přestupních dob byla zkoumána i bezpečnost cestujících a vliv přestupů na změny v plánovaném obsazení kolejí a z toho plynoucího omezení propustnosti železniční stanice. Následně byla vytvořena typová řada uzlů VHD, na které byla metodika aplikována. Posuzován byl také systém technologických postupů v železniční stanici při zajišťování přestupních vazeb i vliv uspořádání zařízení pro osobní přepravu a rozmístění vlaků na celkovou stabilitu systému. Metodika, prověřená rizikovou a multikriteriální analýzou, je nástrojem pro volbu podoby zařízení pro osobní přepravu v konkrétních uzlech VHD. Odpovědným řešitelem byl Ing. Martin Jacura, Ph.D., dalšími řešiteli byli Ing. Lukáš Týfa, Ph.D., Ing. Ondřej Havlena, Ing. Martin Vaněk, Ing. Marián Svetlík, Ing. Tomáš Javořík (v roce 2010 ještě Ing. David Pöschl). Z projektu je v souvislosti se simulacemi pěších zajímavá především publikace „Simulační modely pěších proudů“ od autorů David Pöschl, Lukáš Týfa. Jejich článek přináší přehled vybraných matematických modelů popisujících pěší dopravní proud. Jsou popsány jejich základní principy a jejich využití v simulačních nástrojích. V závěru je stručně popsán způsob práce s jedním ze simulačních programů.

3.2

PROJEKT SAFETUN A TP229

Projekt SAFETUN nese název „Harmonizace bezpečnosti tunelů pozemních komunikací s požadavky Direktivy 2004/54/ES a optimalizace tunelů z hlediska bezpečnosti“. V rámci projektu byla vytvořena „Uživatelská příručka pro využití programu Simulex“ a provedena simulace evakuace osob ze silničního tunelu. Dokument navazuje na výzkumnou zprávu 269/08 "Simulace evakuace osob ze silničního tunelu", která byla vyhotovena v roce 2008 a je součástí výroční zprávy za rok 2008 projektu SAFETUN. Cílem této příručky je objasnit využití simulačního programu k simulování evakuace osob z tunelu a napsat podrobný návod k použití. V rámci projektu SAFETUN byl řešitelem zakoupen simulační program, který slouží Evropská 2589/33b, 160 00 Praha 6 telefon: +420 234 611 111 / fax: +420 234 611 112 / email: [email protected] www.tacr.cz

15

převážně k simulaci evakuace osob z budov. Tento program lze také použít k evakuaci osob ze silničního tunelu. Počítačový program Simulex je od společnosti Integrated Environmental Solution Ltd., pocházející z Velké Británie. TP229 „Bezpečnost v tunelech pozemních komunikací“ obsahuje také kapitolu s názvem „Modely evakuace založené na simulačních programech“, která čerpá i z výsledků projektu SAFETUN. Technické podmínky mimo jiné konstatují: „Metody pro zjišťování počtu ohrožených osob založené na analýze scénářů mohou být v současné době poměrně přesné a s malým stupněm neurčitosti, neboť pozice vozidel v tunelu lze odvodit z mikrosimulačních programů simulujících jízdu vozidel po pozemních komunikacích. Metody byly mnohokrát ověřeny a jsou základem dopravního inženýrství. Díky znalosti rozložení vozidel v době po vzniku události lze poměrně přesně odhadnout počet ohrožených osob. Pro výpočet vlastní evakuace je tímto dokumentem navržena explicitní hodnota pro dobu zjištění – 120 s a dobu reakce – 90 s. Těmito technickými podmínkami je doporučeno používat modely simulující únik osob, které jsou velmi věrné, neboť mají implementován psychomotorický model pro pohyb davu osob.“

3.3

AKADEMICKÉ PRÁCE

Simulací evakuace se zabývá např. Katedra požární ochrany a ochrany obyvatelstva na Fakultě bezpečnostního inženýrství VŠB – TU Ostrava. Zmínit lze např. jejich publikaci „Simulace evakuace osob vlakové soupravy v železničním tunelu“ z roku 2012 (Ing. Petr Kučera, Ph.D., Ing. Isabela Bradáčová, CSc.). Autoři jsou rovněž členy řešitelského týmu tohoto projektu TAČR. Mezi dalšími akademickými pracemi lze nalézt projekty zabývající se např. evakuací nemocnice nebo stadionu, a to na různých softwarových platformách, jako např. SIMUL8 nebo MATLAB. 



Matematická „Simulace evakuace návštěvníků koncertu v klubu“ je jednou ze studentských prací provedených na dopravní fakultě ČVUT. Autor Jan Votoupal zjišťoval dobu evakuace klubu při zadaném počtu návštěvníků. Model reprezentoval krajní situaci, kdy jsou lidé odkázáni pouze na jeden východ. Zároveň předpokládal šíření nebezpečí po celém klubu (např. oheň). Výstupem modelu byl čas, za který se všichni návštěvníci bezpečně dostanou ven. Z dalších prací lze zmínit např. diplomovou práci na VŠE autora Bc. Jakuba Nováka s názvem „Simulace evakuace nemocnice“. Zabývá se problematikou bezpečnosti v nemocničním prostředí. V práci je vytvořen nový celoplošný evakuační plán pro monoblok Nemocnice pro dospělé Fakultní nemocnice v Motole. Evakuační plán zahrnuje všechny činnosti od vyhlášení evakuace po odvoz posledního pacienta z nemocnice. Pro vytvořený evakuační plán jsou v práci sestaveny čtyři simulační modely v programu SIMUL8. Pomocí těchto modelů je evakuační plán otestován a modely poskytují kvantitativní hodnoty, dle kterých se lze na případnou evakuaci lépe připravit.


16

4

ZAHRANIČNÍ PUBLIKACE, PŘÍRUČKY A SMĚRNICE

Kapitola uvádí přehled zahraničních publikací, příruček nebo směrnic. Uvádí několik knižních publikací vztahujících se k předmětu výzkumného projektu, v případě směrnice RIMEA uvádí podrobnou rešerši, jelikož se jedná o dokument zásadního významu ve vztahu k hlavnímu výstupu projektu.

4.1

KNIŽNÍ PUBLIKACE

Knižní publikace věnující se problematice simulace pěších jsou většinou editovanými sbírkami odborných článků různých autorů. Zde uvádíme některé z nich: 

Pedestrian behavior: models, data collection and applications1

Jde o editovanou publikaci složenou z příspěvků různých autorů. Kromě teoretických aspektů dynamiky pěších a jejich simulace popisuje také poznatky z několika studií, např. o chování chodců v obchodních centrech asijských měst nebo o aplikaci diskrétního rozhodovacího modelu pro World Expo 2010. Na závěr uvádí komparativní studii pohybu chodců. 

Pedestrian and Evacuation Dynamics2

Jde o sérii sborníků konferencí se stejným názvem. Editory bývá kolektiv autorů v čele s Michaelem Schreckenbergem Universität Duisburg-Essen, pravidelně obsahuje soubor článků od mnoha autorů s rozdělením do tří oblastí: o o o 

Dynamika pěších; Simulace evakuace; Evakuace lodí.

Pedestrian Dynamics3

Teoreticky zaměřená publikace, která se věnuje zejména matematickým základům modelování a simulace proudu pěsích. 

Virtual crowds: methods, simulation and control4

Kniha je zaměřená na techniku a požadavky pro simulaci rozsáhlých virtuálních lidských populací (davů). Je rozdělena do kapitol Úvod / Průzkum metodologie simulace davů / Individuální rozdíly v davech / Rámec / Lokální pohyb / Výběr trasy s komunikací a rolemi / Funkční davy / Inicializace a scénář / Hodnocení davů.

1

Pedestrian behavior: models, data collection and applications. 1st ed. Editor Harry Timmermans. Bingley: Emerald, 2009, xiv, 344 s. ISBN 978-1-848-55750-5. 2 Pedestrian and evacuation dynamics. Berlin: Springer, c2002, xix, 452 s. ISBN 35-404-2690-6. 3 KACHROO, Pushkin, Pedestrian dynamics. New York: Springer, 208, xiv, 233 p. ISBN 978-3-540-75561-6. 4 NURIA PELECHANO, Jan M. Virtual crowds: methods, simulation, and control. San Rafael, Calif.: Morgan, 2008. ISBN 978-159-8296-419. Evropská 2589/33b, 160 00 Praha 6 telefon: +420 234 611 111 / fax: +420 234 611 112 / email: [email protected] www.tacr.cz

17

4.2

RIMEA

RIMEA (Richtlinie für Mikroskopische Entfluchtungsanalysen) je německá směrnice pro mikroskopické evakuační analýzy. Vznikla v rámci projektu RIMEA s přispěním expertů z Německa, Rakouska a Švýcarska a je nadále podporována a vyvíjena stejnojmenným sdružením. Níže přinášíme rešerši tohoto dokumentu.

4.2.1 Cíle Cílem směrnice je stanovení metodiky pro tvorbu simulačních evakuačních analýz a pro: 1. stanovení celkového evakuačního času nebo evakuačního času částí různých staveb a statistické zhodnocení se zohledněním bezpečnostně-technických aspektů; 2. ověření kapacity evakuačních cest v jednotlivých případech pro specifický objem pěších, kdy se plánované či existující únikové cesty nějakým způsobem odlišují od normových předpisů; 3. prověření flexibility únikových cest v případě dočasných změn, kdy určité únikové cesty nebo zabezpečené oblasti nejsou dostupné; 4. identifikaci signifikantních kongescí v průběhu evakuace (nebo běžného pohybu, např. v dopravních terminálech, na stadionech apod. Směrnice definuje minimální standard ve vztahu ke vstupním veličinám, tvorbě modelu, počítačové simulaci a vyhodnocení a dokumentaci evakuační analýzy. S pomocí metodiky představené v této směrnici má být hodnocena kapacita únikových a evakuačních konceptů stavby.

4.2.2 Oblasti použití Směrnice může být ve všeobecnosti použita pro všechny stavby ve smyslu §2 německého stavebního zákona (Musterbauordnung), včetně všech ostatních volných ploch nebo objektů, které mají být hodnoceny v rámci evakuační analýzy. V těžišti se metoda, která je ve směrnici popsána, zaměřuje na evakuační analýzu v místech shromažďování (ve smyslu shromažďovací vyhlášky). Především jde o: 1) Shromažďovací prostory pro více než 200 osob; 2) Volné shromažďovací plochy, které pojmou více než 1 000 lidí; 3) Sportovní stadiony s kapacitou více než 5 000 návštěvníků; 4) Budovy zvláštního druhu a využití (speciální stavby); Metodika popsaná ve směrnici může být navíc využita také pro všechny ostatní budovy.

4.2.3 Pojmy Kapitola ve směrnici RIMEA definuje veškeré používané technické termíny. Některé budou součástí příručky vytvořené v rámci tohoto projektu TAČR s ohledem na již platné názvosloví, proto je zde v rešerši neuvádíme.


18

4.2.4 Vlastnosti simulačních modelů Faktory vstupující do výpočtu se dělí do dvou kategorií: geometrie a populace. Jsou definované jednak modelovými vlastnosti a dále prostřednictvím uživatelských vstupních dat. Modely, které se nasazují na evakuační analýzy, musí splňovat následující požadavky a jejich vstupní data musí odpovídat naměřeným hodnotám. 4.2.4.1

Geometrie

Tato kategorie popisuje prostorové uspořádání a geometrii budov resp. únikových a evakuačních cest, jejich omezení a částečně nedostupnost. Geometrii budovy je nutno zohlednit ve všech důležitých detailech jako rozvržení v úrovních a podlažích a parametrech či vlastností překážek, stěn, schodů, ramp, dveří a východů. 4.2.4.2

Populace

Složení populace je provedeno s ohledem na věk, fyzické atributy a reakční čas. Statistické složení populace je identické pro všechny scénáře s výjimkou reakční doby a výchozí pozice osob. Jsou-li k dispozici data o složení populace, měli by být použity v koordinaci s příslušnými orgány. Kapitola obsahuje tyto podkapitoly: 4.2.4.2.1

Minimální požadavky na vlastnosti a složení populace

1. Každá osoba je v simulaci reprezentovaná samostatně. 2. Základní pravidla pro rozhodování a pohyb jsou pro všechny osoby stejné a jsou popsané dokumentovaným, univerzálním algoritmem. 3. Výkonnost každé osoby nebo skupiny osob je stanovena sadou osobních parametrů. Některé tyto parametry se projevují na chování osob stochasticky. 4. Pohyb každé jednotlivé osoby je zobrazován. 5. Osobní parametry se liší mezi jednotlivci v populaci. 6. Časový rozdíl mezi akcemi dvou osob v simulaci (tedy doba, během níž reagují všechny osoby) má být vyjádřen časově vysoce přesně a v poměru k celkovému evakuačnímu času má být mikroskopicky malý. Aktualizace všech akcí je označována jako update. 7. Při výběru analyzovaných scénářů má být zohledněna objektu adekvátní populace, volba únikových a záchranných cest a případně působení vlivů prostředí. Simulace mohou být provedeny s následujícími zjednodušeními: a. Osoby se pohybují podél únikových a záchranných tras. b. Jelikož bezpečný únik představuje základní cíl evakuační analýzy, mohou vlivy prostředí jako např. kouř, teplo, jedovaté látky nebo statika budovy být použity ke stanovení maximálního povoleného celkového času evakuace. c. Skupinové chování je implicitně zohledněno tím, že definované skupiny osob využijí stejné únikové trasy. Explicitní skupinové chování, jako např. zdržování se u sebe ve skupině se v analýze nezohlední. 8. Při vypuštění/odpadnutí jednoho nebo několika zjednodušení může být přípustný celkový evakuační čas upraven po konzultaci s příslušnými orgány.


19

4.2.4.2.2

Věkové rozdělení populace

Nejsou-li k dispozici statistická data, má být použita následující standardní populace. Skládá se z 50 % mužů a 50 % žen, kterých věk je dle obrázku níže normálně rozdělen mezi minimální a maximální hodnotou. Středná hodnota věku je 50 let, standardní odchylka 20 let. Minimální věk dosahuje 10 let, maximální 85 let. Obrázek 1 – Rozdělení věku standardní populace podle RIMEA, 50 % mužů a 50 % žen (zdroj: RIMEA)

4.2.4.2.3

Reakční doba

Jsou-li k dispozici přesné znalosti evakuačního konceptu, můžou být reakční časy stanoveny podle přílohy 3 RIMEA. Ve všech ostatních případech musí být senzitivita evakuačního konceptu stanovena na základě 3 následujících scénářů rozdělení reakčních časů:   

Rychlá evakuace: všechny osoby mají reakční čas 0 s, což vede k reakci všech osob ve stejný okamžik; Plynulá evakuace: osobám je přidělena reakční doba s rovnoměrným rozdělením od 0 do 60s, reagují tedy do jedné minuty; Pomalá evakuace: osobám je přidělen rovnoměrně rozdělený reakční čas, hodnoty mohou být převzaty z přílohy 3 RIMEA.

Rozdělení reakční doby se může lišit v závislosti na typu budovy a druhu akce a v případě odchylek od příkladu ho musí odsouhlasit příslušný úřad. 4.2.4.2.4

Neomezovaná rychlost v rovině

O průměrných rychlostech chůze typického městského obyvatelstva v závislosti na věku existují různé publikace. RIMEA doporučuje využívat hodnoty podle Weidmanna. Rychlost chůze mužů je v průměru o 10,9 % vyšší než u žen. Průměrná rychlost u mužů pak činí 1,41 m/s a u žen 1,27 m/s.


20

Obrázek 2 – Rychlost chůze v rovině v závislosti na věku podle Weidmanna5

Tabulka 1 – Rychlost chůze v rovině podle Weidmanna5 rychlost chůze v rovině [m/s]

Skupina obyvatel do 30 let 30 - 50 let nad 50 let osoby s omezenou pohyblivostí 4.2.4.2.5

minimum

maximum

0,58 1,41 0,68 0,46

1,61 1,54 1,41 0,76

Neomezovaná rychlost na schodech

Rychlost chůze po schodech zkoumal Fruin. Rozlišoval přitom mezi vnitřními a vnějšími schodišti. Průměrné rychlosti zobrazuje tabulka níže (viz Tabulka 2). Tabulka 2 – Rychlost chůze po schodech, zdroj: Fruin6 průměrné rychlosti na schodech Skupina obyvatel

schody dolů (1)

(2)

schody nahoru (1)

(2)

0,76 0,81 0,55 0,58 do 30 let 0,65 0,78 0,50 0,58 30 - 50 let 0,55 0,59 0,42 0,42 nad 50 let 0,42 0,32 osoby s omezenou pohyblivostí (1) – poměr stoupání 17,8/28,6 cm (2) – poměr stoupání 15,2/30,5 cm 5

Weidmann U., Transporttechnik der Fußgänger, Schriftenreihe des Institut für Verkehrsplanung, Transporttechnik, Strassen- und Eisenbahnbau Nr. 90, S.35-46, Zürich, Januar 1992. 6 J. Fruin, Pedestrian planning and design, Metropolitan Association of Urban Designers and Environmental Planners, New York, 1971. Evropská 2589/33b, 160 00 Praha 6 telefon: +420 234 611 111 / fax: +420 234 611 112 / email: [email protected] www.tacr.cz

21

Simulační modely musí dostatečně přesně zohledňovat výše uvedené tendence. Zjednodušeně možno na schodišti počítat s rychlostí tak, že rychlost horizontálních komponentů schodiště v obou směrech odpovídá polovině rychlosti na rovině. 4.2.4.2.6

Hustota osob v základním rozdělení

Počáteční rozdělení osob určuje, v jaké hustotě mají být rozmístěné osoby na počátku simulace. Jsou-li k dispozici konkrétní data vstupující do analýzy, má být zveřejněn jejich zdroj. Jinak platí hodnoty uvedené v tabulce níže (viz Tabulka 3). Tabulka 3 – Směrné hodnoty hustoty osob po základní rozdělení populace (zdroj: RIMEA) typ budovy nákupní centrum kancelářská budova sklad veletrh shromažďovací prostory sekce pro diváky ke stání

hustota osob

zdroj

0,18 – 0,36

NFPA

0,11

NFPA

0,04

NFPA

1,00

MVStättV

2,00

MVStättV

4,70

EN 13200-1

7

8

9

4.2.5 Evakuační analýza Kapitola evakuační analýza popisuje začlenění celkového evakuačního času (v evakuační simulaci) v kontextu infrastruktury požární ochrany a specifického posouzení rizika prostřednictvím autora evakuačního konceptu. Skládá se z těchto kroků (následující podkapitoly): 4.2.5.1 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Definice geometrického modelu; Definice složení a rozdělení populace; Popis konceptu evakuačních a záchranných cest; Určení událostí aktivujících evakuaci; Definice tvorby úseků; Definice bezpečných oblastí; Popis poplašného systému; Popis organizačních opatření.

4.2.5.2     7

Popis ovlivňujících faktorů a okrajových podmínek

Posuzované scénáře Počáteční rozdělení/rozmístění osob Uspořádání únikových a záchranných tras – základní evakuační stav Flexibilita únikových a záchranných tras – přídavné evakuační stavy Výpočet maximální kapacity

National Fire Protection Association

8

Muster-Versammlungsstättenverordnung, Fassung Juni 2005

9

Zuschaueranlagen Teil 1: Kriterien für die räumliche Anordnung von Zuschauerplätzen – Anforderungen, Dezember 2003


22

4.2.5.3

Nakládání s celkovým evakuačním časem

1. Celkové evakuační časy prognózované modelem, stejně jako reálně měřené celkové evakuační časy jsou náhodné veličiny. 2. Pro každý simulační proces mají být výchozí pozice osob určeny nově, stochasticky. 3. Pro každý simulační proces mají být demografické parametry osob, odpovídající složení populace v daném scénáři, určeny nově stochasticky. 4. Pro každý scénář má být proveden přiměřený počet simulačních procesů (minimálně 10). Pro stanovení statisticky spolehlivé výpovědi může být zapotřebí vyšší počet simulačních procesů, v závislosti na statistickém rozdělení celkového evakuačního času. 5. Výsledky všech simulačních procesů je nutno srozumitelně zdokumentovat. Je potřebné doložit grafické zobrazení rozdělení (histogram), minimální, maximální a signifikantní celkový evakuační čas, jako i standardní odchylku. 6. Přípustný celkový evakuační čas je potřeba dohodnout v předstihu s příslušnými úřady. Jeho stanovení probíhá na základě stanovení času, ve kterém je možná evakuace bez vlivů aktivační události, nebo dle právních a normativních ustanovení. Vypočtený celkový evakuační čas musí být nižší. 7. Pro přípustné celkové evakuační časy nejsou žádné právní nebo normativní požadavky. Hodnoty, které jsou k dispozici, se vztahují na určitou část průběhu evakuačního procesu, např. na proud osob přes dveře východů. a. V Evropské unii je v prostorách určených pro diváky stanoveno 8 minut, pro sekce pro diváky v budovách 2 min. Jedná se zde ale o vzorové hodnoty, které neobsahují kritérium akceptace. b. V Německu jsou stanoveny pro tribuny v interiéru 2 minuty a pro tribuny v exteriéru 6 minut. Jsou to hodnoty pro fiktivní dobu toku (bez kongesce, čistý čas průchodu). c. Ve Švýcarsku jsou jako doporučené hodnoty trvání evakuace stanoveny hodnoty 3 až 5 minut pro stadiony s uzavřenou střechou a prostory s větším počtem lidí. Pro stadiony s otevřenou střechou je doporučeno 8 minut. 4.2.5.4

Identifikace kongescí

V rámci evakuační analýzy musí být možné kongesce identifikované, popsané a hodnocené. Signifikantní kongesce vzniká tehdy, když lokální hustota 4 osoby na metr čtvereční je překročená déle než po 10 % celkového času evakuace.

4.2.6 Korekční opatření V případě, že pro nově zřizovanou budovu překračuje vypočtený evakuační čas přípustný celkový evakuační čas, musí být na stavbě provedena korekční opatření. Korekční opatření můžou představovat:    

změny geometrie; stavebné opatření; technické opatření; organizační opatření.

Je nepřípustná jakákoliv změna demografických parametrů v evakuační analýze za účelem dosažení požadovaného evakuačního času.


23

V případě, že vypočtený evakuační čas pro stávající budovu překračuje přípustný celkový evakuační čas, musí být průběh evakuace v budově prověřen s cílem snížení celkového evakuačního času pomocí sady vhodných opatření. Evakuační analýza má být s pozměněnými okrajovými podmínkami (korekčními opatřeními) prováděna tak dlouho, dokud nebude dosaženo přípustné nebo akceptovatelné doby evakuace. V případě, že navržené opatření nevedou k akceptovatelnému času evakuace, je nutno přistoupit k redukci počtu osob v budově.

4.2.7 Dokumentace Na žádost příslušných úřadů musí být vysvětleny či sledovány tyto body: 1. Musí být popsány předpoklady, které byly v simulaci učiněny. Předpoklady, obsahující zjednodušení, které vybočují z těch, které byly popsané v kap. 4.2.4, nemají být přijaty. 2. Dokumentace evakuační analýzy má obsahovat následující součásti: a. Proměnné, použité v modelu k popisu pohybu osob, jako např. rychlost chůze; b. Funkční vztah mezi parametry a jejich vlivem na pohyb; c. Způsob aktualizace, tj. posloupnost, v jaké se osoby během simulace pohybují (paralelně, náhodně sekvenčně, řízeně sekvenčně nebo jinak) d. Zobrazení schodišť, dveří, shromažďovacích míst a jiných zvláštních prostorových elementů a jejich vliv na proměnné v průběhu simulace a příslušné parametry, které vliv kvantifikují; e. Detailní uživatelský manuál, který popisuje druh modelu a příslušné předpoklady. Kdykoli k dispozici má být Směrnice pro použití programu a interpretaci výsledků; f. Verze programu, která byla pro evakuační analýzu použita. 3. Výsledky analýzy mají být dokumentovány v tomto rozsahu: a. Detaily výpočtů; b. Celkový evakuační čas a jeho rozdělení; c. Zjištěné oblasti s kongescemi.

4.2.8 Přílohy 4.2.8.1

Členění a minimální obsah evakuačních posudků

Tato část bude v modifikované podobě součástí příručky realizované ve třetím roku řešení. 4.2.8.2 

Verifikace simulačního softwaru Test 1

Má prokázat, že simulovaná osoba projde 2 metry širokou a 40 metrů dlouhou chodbou při definované rychlosti v odpovídajícím čase. Z nastavení nepřesností na 40 cm (rozměry těla), 1 s (pro reakční dobu) a 5 % pro rychlost, při typické rychlosti chodce 1,33 m/s vyplývá následující požadavek: rychlost by měla být nastavena mezi 4,5 a 5,1 km/h. Cestovní čas by měl při nastavených 1,33 m/s ležet v rozmezí 26 až 34 sekund. 

Test 2 – schodiště nahoru


24

Má prokázat, že simulovaná osoba projde schodištěm o šířce 2 metry a délce 10 metrů (měřeno podél sklonu) při definované rychlosti v odpovídajícím čase. Předpoklady testu č. 1 platí v odpovídajících hodnotách. 

Test 3 – schodiště dolů

Má prokázat, že simulovaná osoba projde schodištěm o šířce 2 metry a délce 10 metrů (měřeno podél sklonu) při definované rychlosti v odpovídajícím čase. Předpoklady testu č. 1 platí v odpovídajících hodnotách. 

Test 4

Specifický proud je počet osob, které projdou určitým profilem se světlou šířkou 1 metr za 1 sekundu. Jednotkou je osob/m.s. Specifický proud je závislý především na hustotě osob (jednotka: osob/m2) a dá se vypočítat následující rovnicí:

Výše uvedené rovnici odpovídá fundamentální diagram na obrázku níže. Obrázek 3 – Fundamentální diagram podle Weidmanna10

Jako směrná data slouží následující maximální proudy. Hodnota maximálních možných specifických proudů se může lišit dle populace.

10

Weidmann U., Transporttechnik der Fußgänger, Schriftenreihe des Institut für Verkehrsplanung, Transporttechnik, Strassen- und Eisenbahnbau Nr. 90, S.35-46, Zürich, Januar 1992.


25

Tabulka 4 – Specifický proud na schodech, v chodbách a dveřích11 druh konstrukce schody dolů schody nahoru chodby, dveřní otvory

maximální specifický proud [osob/m.s] 1,10 0,88 1,30

Pro 4 metry širokou chodbu s periodickými okrajovými podmínkami a minimální délkou 30 m je možné zobrazit vztah proud-hustota v závislosti na parametrech. Proud a hustota mají být přitom stanoveny pro celou chodbu. Periodické okrajové podmínky znamenají, že osoby, které chodbu na jejím konci opustí, do ní na opačném konci bez časové prodlevy vstoupí. Tento teoretický předpoklad je nutný k odvození fundamentálního diagramu. Fundamentální diagram by měl být vypočten pro okruh s vnitřním průměrem od 20 do 200 m. Pak by mělo být pro hustotu 4 osoby/m2 zdokumentováno, jak se mění hodnota proudu v tomto rozsahu poloměru. Přitom musí být provedeno pro alespoň 5 různých výpočtů s poloměry rovnoměrně rozdělenými v tomto rozsahu. 

Test 5

10 osob v místnosti o velikosti 8 x 5 m s východem o šířce 1 m, který se nachází uprostřed 5 m dlouhé stěny. Nastav reakční dobu – rovnoměrné rozdělení mezi 10 a 100 s. Ověř, že každá simulovaná osoba vystartuje ve správní okamžik. 

Test 6

20 osob, které se pohybují na trase s levým rohovým odbočením, úspěšně překonají roh chodby bez křižování stěn. Obrázek 4 – Schéma testu č. 6

11

SFPE Handbook of Fire Protection Engineering, 2 nd edition NFPA 1995.


26



Test 7

Vyber dle tabulky (Tabulka 1) jednu ze skupin skládající se z dospělých osob a přiděl rychlosti v populaci 50 osob. Ukaž, že rozdělení rychlostí v simulaci je srovnatelné s rozdělením v tabulce. 

Test 8

Parametrová analýza slouží k zobrazení důsledků/působení parametrů použitých v simulaci. Pro testovací třípodlažní půdorys uvedený níže (viz Obrázek 5) má být zobrazeno, jak se mění celkový evakuační čas, když se mění jednotlivé parametry osob. Toto má být opakováno pro každý jednotlivý parametr, přičemž ostatní parametry budou konstantní. Vyšetřovaný parametr má přitom být nastaven jedenkrát pro všechny osoby stejný a (např. rychlost všech osob 1 m/s) a jedenkrát statisticky rovnoměrně rozdělen kolem střední hodnoty. Výsledky mají být znázorněny v grafech (tyto je možné odeslat na stránky projektu RIMEA, kde budou volně k dispozici). Obrázek 5 – Schéma testu č. 8

Druhé patro se liší od prvního tím, že tam nejsou schody směrem nahoru. 

Test 9

Veřejný prostor se čtyřmi východy a 1 000 osobami rovnoměrně rozmístěnými v prostoru (viz Obrázek 6). Vyber populaci dospělých osob z tabulky č. 1 s okamžitou reakcí a rozděl v ní rychlosti 1 000 osobám. Krok č. 1: Zaznamenej čas, ve který opustí místnost poslední osoba. Krok č. 2: Dveře č. 1 a 2 uzavři a opakuj krok č. 1. Očekávaným výsledkem je přibližně zdvojnásobení času potřebného k opuštění prostoru.


27

Obrázek 6 – Schéma testu č. 9



Test 10

Sestav sekci chodby dle obrázku (Obrázek 7) s populací dospělých osob z tabulky (Tabulka 1) s okamžitou reakcí a rozděl rychlosti v populaci 23 osob. Osoby v místnostech 1, 2, 3, 4, 7, 8, 9 a 10 jsou přiřazeny hlavnímu (primárnímu) východu, všechny ostatní osoby sekundárnímu východu. Obrázek 7 – Schéma testu č. 10

Očekávaným výsledkem je, že všechny přiřazené osoby jdou k odpovídajícímu východu. Evropská 2589/33b, 160 00 Praha 6 telefon: +420 234 611 111 / fax: +420 234 611 112 / email: [email protected] www.tacr.cz

28



Test 11

Veřejný prostor disponuje dvěma východy (viz Obrázek 8). Zvol populaci dospělých osob z tabulky (Tabulka 1) s okamžitou reakcí a rozděl rychlosti v populaci 1000 osob. Místnost má být zleva obsazena maximální možnou hustotou. Očekávaným výsledkem je, že osoby sice upřednostňují bližší východ č. 1 a v této oblasti vznikají kongesce, ale jednotlivé osoby použijí i alternativní východ č. 2. Obrázek 8 – Schéma testu č. 11



Test 12

Sestav místnost, která je prostřednictvím chodby spojená s jinou místností (viz Obrázek 9) a vyplň dle předlohy populací 150 dospělých osob (rychlost dle Tabulka 1). Reakční čas je 0 s. Obrázek 9 – Schéma testu č. 12

Jelikož proud osob je omezen chodbou, může ke kongesci docházet pouze v místnosti č. 1 a v místnosti č. 2 nikoliv. Evropská 2589/33b, 160 00 Praha 6 telefon: +420 234 611 111 / fax: +420 234 611 112 / email: [email protected] www.tacr.cz

29



Test 13

Sestav místnost, která je chodbou spojena se schodištěm (viz Obrázek 10), obsazena populací dospělých osob (dle předlohy) z tabulky (Tabulka 1), s okamžitou reakcí a rozděl rychlosti v populaci 150 osob. Očekávaným výsledkem je, že u východu z místnosti vznikne kongesce, která vytvoří plynulý proud osob v chodbě. Navíc se očekává kongesce na počátku schodiště, která by s časem měla růst, jelikož proud osob na schodišti je slabší než v chodbě. Obrázek 10 – Schéma testu č. 13



Test 14

Zdrojová (v obrázku znázorněna červeně) a cílová (v obrázku znázorněna zeleně) plocha jsou navzájem propojeny dvěma schodišti a chodbou v přízemí (tj. o podlaží níže) a také chodbou (delší) ve stejném podlaží. Vyberou si chodci kratší trasu přes jiné podlaží nebo delší trasu ve stejném podlaží? (zdokumentuj: „krátká“, „dlouhá“, „smíšená“, nebo „konfigurovatelná“). Obrázek 11 – Test č. 14 v softwaru VISSIM


30

4.2.8.3

Rozdělení individuálních reakčních dob

Rozdělení individuálních reakčních časů uvádí směrnice RIMEA ve své příloze č. 3. Její obsahem jsou kategorizační tabulky podle druhu budovy, poplašného systému, komplexity budovy nebo řízení požární ochrany. Uvádí také minimální a maximální hodnoty individuálních rozdělení reakčních časů pro příslušné kategorie v jednotlivých uvažovaných scénářích.

4.3

SMĚRNICE PRO POSUZOVÁNÍ SOFTWAROVÝCH APLIKACÍ PRO EVAKUACI OSOB12

Britská směrnice pro posuzování softwarových aplikací pro evakuaci osob (Guidelines for Assessing Pedestrian Evacuation Software Application) je určená speciálně pro evakuaci osob z budov. Rozlišuje softwarové aplikace a modely pro evakuaci osob. Oba typy mohou být použity pro zjišťování únikových, evakuačních cest z interiéru budov. Každá aplikace zároveň obsahuje nějaký model evakuace, který je obvykle flexibilnější z pohledu typu a velikosti budovy, která má být modelována, a z hlediska únikových scénářů, které mají být hodnoceny. Obrázek 12 – Tematické oblasti pro výběr vhodné aplikace Dostupnost a přístup Konkrétní aplikace

Účel a pozadí Druh (vlastnost, povaha) Znázornění uzavřeného prostoru Přístup uživatele modelu

Konkrétní model Pohyby osob Výhledové chování osob Validace Konkrétní aplikace Podpora Aplikace pro evakuaci osob v sobě zahrnují různé modely simulace této evakuace. Například různé definice uzavřeného prostoru (kontinuální nebo diskrétní), definice skupiny osob (homogenní nebo skupina unikátních jedinců), pohyb a chování jedinců (deterministické, pravděpodobnostní, nebo kombinace obou), atd. Navíc většina aplikací odráží i účel, pro který byly vytvořeny, zaměření vývojáře (inženýr, psycholog, architekt) a stav vývoje počítačové techniky. Existuje celá řada aplikací vyvinutých přímo pro evakuaci osob z budov.

12

Guidelines for Assessing Pedestrian Evacuation Software Application [working papers series], UCL Centre for Advanced Spatial Analysis, University College London, ISSN 1467-1298


31

S cílem pomoci potencionálním uživatelům v rozhodovacím procesu při výběru aplikace pro evakuaci osob publikovali Nelson a Mowrer několik otázek, které by měl budoucí uživatel zvážit. Kuligowski a Gwynne tyto otázky ještě doplnili a uvedli stručný výklad důležitosti těchto otázek. Otázky spadají do devíti hlavních tematických oblastí, které můžeme rozdělit na dva typy: 1) otázky, jejichž cílem je pochopit simulační model v dané aplikaci, a 2) otázky týkající se obecných rysů a funkcí aplikace. Pořadí, ve kterém jsou jednotlivá témata uvedena, určuje pořadí, ve kterém by měla být uživatelem zvažována. Dodržením uvedeného pořadí je možné snížit nadbytečné úsilí při volbě správné aplikace.

4.3.1 Účel a pozadí aplikace Při výběru vhodné aplikace je třeba zjistit, zda daná aplikace vyhovuje zadaným kritériím. Některé aplikace na simulaci evakuace osob z budov mohou být specializované pro konkrétní typy budov (např. věžáky, rodinné domy, atd.) a nejsou vhodné pro ostatní typy. Toto kritérium může být těžké posoudit, zvláště pokud se aplikace vyvíjela v čase. V neposlední řadě je vhodné zjistit původ a pozadí aplikace. Aplikace může být vytvořená jednotlivcem - programátorem, nebo týmem specialistů v různých oborech (programování, psychologie, matematika, technika). Zkušenost vývojářů má nemalý vliv na schopnost aplikace postihnout většinu různých aspektů evakuace. I když může být zjišťování původu aplikace náročné, v každém případě se vyplatí komunikace se stávajícími vývojáři.

4.3.2 Druh aplikace Nejdříve je vhodné si ujasnit obecný druh aplikace. Zjednodušeně je lze rozdělit na dva druhy. První simuluje pouze pohyb osob, druhý typ se snaží určitým způsobem zahrnout do simulace i jejich chování a z něj vycházející pohyb. První typ uvažuje jako základní parametry rychlost a hustotu osob a předpokládá jednotné reakce v jejich chování (např. okamžitá změna pohybu při vyhlášení evakuace, nulová interakce). Druhý typ předpokládá, že každý jednotlivec je simulován se specifickým chováním, a to jak rychlostí chůze, tak reakční dobou na vnější podněty, možnosti samostatného výběru evakuační cesty a s tím související znalost, resp. neznalost evakuované budovy, potřebou kontaktovat další osoby v evakuovaném prostoru atd. Zatímco každá aplikace obsahuje pohyb osob, mírou sofistikovanosti jejich chování se jednotlivé aplikace výrazně odlišují. Samozřejmě je možné uvažovat s modelem, který částečně simuluje chování a implementovat ho do jednoduchého modelu pouze pohybu osob.

4.4

LITERATURA [1] RIMEA: Richtlinie für Mikroskopische Entfluchtungsanalysen [online]. Version: 2.2.1. 2009, 28 s. Dostupné z: http://www.rimea.de/downloads/richtlinien/r2.2.1.pdf

[2] Guidelines for Assessing Pedestrian Evacuation Software Application [working papers series], UCL Centre for Advanced Spatial Analysis, University College London, ISSN 1467-1298 [3] Weidmann

U., Transporttechnik der Fußgänger, Schriftenreihe des Institut für Verkehrsplanung, Transporttechnik, Strassen- und Eisenbahnbau Nr. 90, S.35-46, Zürich, Januar 1992.


32

5 5.1

TEORIE MODELOVÁNÍ POHYBU OSOB ZNÁZORNĚNÍ UZAVŘENÉHO PROSTORU

Uzavřený prostor může být znázorněn různými způsoby, od nejjednodušších po složitější. Nejjednodušším způsobem je prostá (hrubá) síť (Obrázek 13). Obrázek 13 – 3 typy rozlišení (podrobnosti) modelu (zdroj: [1])

V tomto typu modelu je prostor rozdělen do několika částí, např. místnost, chodba, schodiště. Osoby jsou charakterizování především svojí rychlostí. Většina modelů hrubých sítí předpokládá osoby jako jednotnou masu, která se pohybuje mezi jednotlivými sektory uzavřeného prostoru a u které se neuvažuje s individuálním chováním. Sofistikovanější modely hrubých sítí uvažují s teorií front za účelem zjištění, které proudy osob mají předost v úzkých hrdlech. Modely prostých (hrubých) sítí jsou výhodné na redukci některých částí výpočtu např. doby cesty z počátečního místa k východu z budovy. Dále jsou vhodné na výpočet první aproximace maximální a minimální doby evakuace celé budovy. Druhým typem znázornění uzavřeného prostoru je pravoúhlá mřížka. Hrubost této sítě bývá zpravidla 0,4 až 0,5 m, tedy plocha, kterou zabírá dospělá osoba. Tento typ znázornění je sice síťový, ale umožňuje mnohem podrobnější zobrazení vnitřního uspořádání prostoru a zobrazení každého jednotlivce včetně jeho vlastního pohybu a chování. Každá osoba má možnost znalosti prostředí a svůj pohyb přizpůsobuje


33

této znalosti. V důsledku toho může daný typ znázornění mnohem lépe simulovat evakuaci a zobrazovat ji ve dvou- až tří- rozměrných vizualizacích. Posledním typem zobrazení prostoru je spojitý prostor. Aplikace, které simulují pohyb osob ve spojitém prostoru, obsahují všechny funkce pravoúhlého mřížkové modelu uvedeného výše. Také rozdělují prostor do sítě, ale s mnohem jemnějším dělením až na milimetry. Lze tedy lépe vymodelovat vnitřní prostor (sloupy, nábytek, vstupní turnikety, atd.) a lépe modelovat pohyb osob v tomto prostoru. Nevýhodou tohoto podrobného zobrazení je vysoká náročnost na výpočtovou kapacitu. Proto doposud jen málo modelů používá spojitý prostor jako typ znázornění. Tyto modely by byly zvlášť náročné pro velký počet typů chování a rozhodování jednotlivců, proto mají modely se spojitým prostorem většinou omezené škály typů chování jednotlivců.

5.2

PŘÍSTUP UŽIVATELE MODELU

Na evakuované osoby lze pohlížet z globální nebo individuální roviny. Pokud model pracuje s osobami na individuální úrovni (ve znázornění prostoru jako pravoúhlá mřížka nebo spojitý prostor), může být charakteristika každého jednotlivce nebo skupiny určena uživatelem modelu. Tato charakteristika určuje pohyb a chování každé osoby v modelu. V současné době je chování jednotlivců ve většině modelů nezávislé na ostatních jednotlivcích (osoby mezi sebou nekomunikují, nepředávají si informace), s výjimkou vlivu hustoty davu a vyhýbání se jednotlivých osob. Naopak, pokud je na evakuované osoby nahlíženo z globálního hlediska jako na jednotnou masu lidí, obvykle ve znázornění prostoru dle prosté (hrubé) sítě, je základním výstupem počet osob, které mohou z daného prostoru odejít za určitý čas. Neschopnost zahrnout další podmínky, jako jednotlivé charakteristiky osob, jejich reakci na evakuační signály a interakci mezi nimi, omezuje přesnost simulace chování osob během evakuace. Na druhou stranu, pokud uživatel modelu nemá informace o evakuovaných osobách, může být globální přístup výhodný. Stejně tak může uživatel aplikovat globální nebo individuální pohled na simulovaný uzavřený prostor. Z globálního pohledu budou mít evakuované osoby neomezený přístup k informacím o prostorovém uspořádání budovy, takže budou znát optimální únikovou cestu. Při individuálním pohledu může zpracovatel rozlišovat mezi evakuovanými osobami s rozdílnými informacemi o rozložení únikových cest, chodeb, schodišť atd. Ti zase budou sledovat svoji cestu (ať už vzhledem ke znalosti prostředí nebo na základě ukazatelů v budově), ale nebudou schopni odhadnout potenciální kongesci dále během své cesty a budou se držet plánované trasy až ke konkrétnímu místu kongesce. Zjednodušeně řečeno, při globálním přístupu zpracovatele je model založený na zdůvodněném výběru, při individuálním přístupu na omezené racionalitě.

5.3

RYCHLOST POHYBU JEDINCE

5.3.1 Rovnice toku/hydraulická rovnice Rovnice proudu nebo hydraulická rovnice je fundamentální rovnicí využívanou pro výpočet simulovaného pohybu chodců13. Je sestavena z tří členů: rychlost, která je vyjádřena v metrech za

13

Fruin (1971)


34

sekundu, hustota, která je vyjádřena v osobách na metr čtverečný a intenzita, která je vyjádřena v osobách, které projdou cestou pro pěší dané šířky za jednotku času. Její obecná forma tedy je: Intenzita [os/m/s] = rychlost [m/s] x hustota [os/m2] Alternativně lze hustotu vyjádřit inverzně, tj. metrech čtverečných na 1 osobu. Pak má rovnice tvar:

Existují i odvozené tvary rovnice, které slouží ke stanovení intenzity v různém prostředí (schodiště dolů či nahoru apod.) a pro různé charakteristiky chodců. Existují různé aplikace, které k fundamentální rovnici přidávají koeficienty a specifické konstantní hodnoty. Zmínit lze např.12:   

FPETool (Deal, 1995), EXIT89 (Fahy, 1994), EXITT (Levin, 1987).

5.3.2 Data rychlosti pohybu pěších Rychlost chůze je funkcí lokální hustoty dopravního proudu. Obecně, s růstem hustoty klesá rychlost chůze chodce až po kritickou hodnotu, kdy se pohyb stává omezeným. Často se nesprávně uvádí, že pohyb se zastaví po dosažení kritické hodnoty. Studie však prokázaly, že tato interpretace není správná.14 Například Helbing15 vyhodnocoval videozáznamy chodců před vstupem na most Jamarat v Saudské Arábii v průběhu poutě do Mekky. Hustota chodců dosahovala extrémních hodnot i více než 10 osob na čtvereční metr, což odpovídá 0,1 m2 na osobu. Autoři zaznamenali třínásobný pokles průtoku při překročení hustoty proudu 6 osob/m2, průměrná lokální rychlost však již zůstala konečná. Ve skutečnosti zde nebyla taková úroveň hustoty, při které by se lidé v davu zcela přestali hýbat. Rychlost pohybu pěších je proměnlivá (rozdílná) při nízkých hodnotách hustoty proudu. V realitě při nízké hustotě proudu jsou hlavními faktory ovlivňujícími rychlost pěších charakteristiky jednotlivých chodců jako věk, mobilita nebo sociální vztahy. Např. rodina se bude pohybovat nejspíš rychlostí jejího nejpomalejšího člena. Rychlost chodce je ovlivňována také vlastnostmi prostředí. Hlavními zdroji informací o rychlostech pěších jsou podle Chyba! Nenalezen zdroj odkazů. Hankin a Wright (1958), Fruin (1971), Predtechenskii a Milinskii (1978), Ando a kol. (1988), Pauls (1995), Nelson a Mowrer (2002).

5.4

SMĚR POHYBU JEDINCE

Současná teorie modelování pěších nám nabízí několik možných přístupů:

5.4.1 Funkcionálně-analogický přístup Tento postup využívá rovnici nebo set rovnic k determinaci pohybu založeného na funkci (např. magnetizmus, rojení, dynamika kapalin), často adaptované na principu analogie z jiných vědních oborů. 14

15

Guidelines for Assessing Pedestrian Evacuation Software Application [working papers series], UCL Centre for Advanced Spatial Analysis, University College London, ISSN 1467-1298 Citováno podle Guidelines for Assessing Pedestrian Evacuation Software Application [working papers series], UCL Centre for Advanced Spatial Analysis, University College London, ISSN 1467-1298


35

5.4.2 Modely dynamiky kapalin a plynů Tyto modely byly nejprve aplikovány k modelování dopravního proudu vozidel. Podle Castleho, pravděpodobně jako první využil Navier-Stokesovy rovnice a rovnice z Maxwell-Boltzmannovy teorie homogenních plynů k popisu pěších proudů Henderson. K realistické simulaci pohybu pěších je však nutno do modelu implementovat faktory lidského rozhodování a interakce. Helbing proto rozšířil Hendersonův přístup dynamiky kapalin právě k umožnění zohlednění těchto faktorů.

5.4.3 Model sociálních sil Jelikož Helbing se nespokojil ani s rozšířením Hendersenova přístupu, navrhnul vlastní model sociálních sil. Využita byla teorie, která předpokládá, že pohyb pěších může být popsán tak, že chodci jsou subjektem sociálních polí nebo sil (Lewin, 1952). Helbingův tým pak tuto teorii rozvinul a vyvinul model, ve kterém je pohyb pěších založen na smyslových podnětech, podmíněný volbou směrování z množiny možností s cílem maximalizace užitku.

5.4.4 Magnetický model Současně s předchozím modelem sociálních sil byl publikován i model magnetický (Okazaki, Matsushita, 1993) jako funkcionální analogie pohybu a chování chodců. Každý chodec a překážka (stěny, pilíře…) jsou v modelu pozitivně nabité, přičemž východ z budovy je nabitý negativně. Tím jsou chodci odpuzováni jeden od druhého a od překážek, ale jsou přitahováni směrem k východu z budovy. Pohyb chodců však nemůže být řízen čistě magnetickou silou, proto jsou do modelu implementovány i další vlivy.

5.5

BEHAVIORÁLNÍ PERSPEKTIVA SIMULOVANÝCH OSOB

Reprezentace rozhodování osob se mezi jednotlivými aplikacemi liší, využívá se několik různých přístupů. Obecně možno přístupy k simulaci chování osob rozdělit do těchto kategorií: 1. Žádné chování Aplikace tohoto typu se nesnaží simulovat chování při reakci chodců na podnět; zcela spoléhají v jejich přístupu na simulaci pohybu chodce v zájmu simulace evakuačního potenciálu dané struktury (budovy). 2. Implicitní chování Některé aplikace nespecifikují chování chodců explicitně, ale implicitně pomocí pravidel a rovnic, které determinují pohyb chodce. 3. Chování založené na pravidlech Tento typ aplikace explicitně zohledňuje rysy chování jednotlivých osob ve snaze o simulaci rozhodování osob podle předdefinovaných pravidel či reakcí. Rozhodování osoby při evakuaci může být rozděleno na před-evakuaci (např. délka času potřebného na přijmutí nebo ověření a následnou reakci na evakuační povel) a evakuaci (např. vliv kongesce, kouře, předchozí znalosti budovy apod. na výběr trasy a rychlost chůze). Chodci s odlišnými vlastnostmi (např. věk, pohlaví, trpělivost/agresivita, mobilita atd.), mohou být simulováni v reakci na podnět různými způsoby. Jsou tři metody specifikace reakce chodce na rozhodnutí: Evropská 2589/33b, 160 00 Praha 6 telefon: +420 234 611 111 / fax: +420 234 611 112 / email: [email protected] www.tacr.cz

36

-

-

Deterministicky: pravidla vyvolají stejné rozhodnutí, když dochází ke konfrontaci se stejnými podněty. Tato metoda má nevýhodu v nemožnosti přirozeného kolísání ve výsledcích prostřednictvím opakování; Stochasticky: Rozhodnutí jsou přijímána stochasticky na základě charakteristik chodců; Kombinovaně deterministicky a stochasticky: některé aplikace používají kombinaci stochastických a deterministických reakcí.

4. Umělá inteligence V nedávné době byla v některých aplikacích implementována umělá inteligence za účelem simulace lidského chování nebo ve snaze přiblížit se lidskému chování v průběhu evakuace. Do dnešního dne byl tento přístup využitý pouze v několika aplikacích, podrobnosti o metodice jsou vzácné. Pro aplikace, ve kterých je chování chodců explicitně simulováno (body 3 a 4) je důležité, aby uživatel rozuměl procesu rozhodování a efektům behaviorálních charakteristik v procesu rozhodování jako i důkazům, na nichž jsou užívaná pravidla založena. Pravidla a jejich váhy ovlivní reakci chodců a rychlost a směr, ve kterém se chodci pohybují. Obojí může mýt signifikantní efekt na celkový evakuační čas.16 Při aplikacích, které chování chodců nesimulují explicitně (body 1 a 2), je velmi důležitá znalost přístupu k pohybu chodců a pravidel či rovnic, které pohyb určují.

5.6

LITERATURA [1] RIMEA: Richtlinie für Mikroskopische Entfluchtungsanalysen [online]. Version: 2.2.1. 2009, 28 s. Dostupné z: http://www.rimea.de/downloads/richtlinien/r2.2.1.pdf

[2] Guidelines for Assessing Pedestrian Evacuation Software Application [working papers series], UCL Centre for Advanced Spatial Analysis, University College London, ISSN 1467-1298 [3] Weidmann

U., Transporttechnik der Fußgänger, Schriftenreihe des Institut für Verkehrsplanung, Transporttechnik, Strassen- und Eisenbahnbau Nr. 90, S.35-46, Zürich, Januar 1992.

16

Guidelines for Assessing Pedestrian Evacuation Software Application [working papers series], UCL Centre for Advanced Spatial Analysis, University College London, ISSN 1467-1298


37

6

POPIS SIMULAČNÍHO SOFTWARE

Tato kapitola uvádí stručnou charakteristiku 3 vybraných softwarových nástrojů, s kterými budou řešitelé pracovat zejména v následujícím roku řešení projektu. Podrobnější představení softwarů je uvedeno v samostatném dokumentu s názvem „Popis vybraných softwarových nástrojů k simulaci pěších“

6.1

VISSIM/VISWALK

6.1.1 Hodnocení softwaru dle evacmod.net 

Metoda modelování o

Model chování

o

Kromě pohybu chodců k určenému cíli zahrnuje také provádění akcí. Může také zahrnovat rozhodování chodců a/nebo akce, které jsou prováděny vlivem podmínek v budově. Model pohybu

o

Chodci se pohybují od jednoho bodu k jinému bez započtení lidského chování. Užitečné pro zobrazení ploch s kongescí, křižování nebo úzkých hrdel v simulované budově. Model pohybu se zaměřením na optimalizaci času v evakuaci

o

Zaměřen na optimalizaci času v evakuaci. Parciální model chování Primárně pohyb jednotlivce vypočítává, ale začíná simulovat chování. Možná chování mohou být implicitně reprezentována distribucí před-evakuačního času mezi jednotlivci, jedinečnými charakteristiky jednotlivců, chováním při předbíhání a zavedením kouře a vlivů kouře na jedince. Nesimuluje explicitně behaviorální akce a rozhodování.



Účel o



Síť/struktura (prostorová reprezentace) o



Kontinuita

Kontinuální: aplikuje 2-D (kontinuální) rovinu do půdorysné struktury, což umožňuje osobám v prostoru procházet z jednoho místa na druhé v celé budově. Osoby nejsou vázáné na určitou buňku, ale často jsou zde pravidla, která omezují minimální vzdálenost mezi osobami. Perspektiva modelu/chodce – jak model nahlíží na chodce o



Umí simulovat jakýkoli typ budovy

Individuálně

Model sleduje pohyb osob v simulaci a umí poskytnout informace o těchto osobách (např. jejich pozice v prostoru a v čase v průběhu evakuace). Perspektiva modelu/chodce – jak chodec nahlíží na budovu o

Globálně: Osoby automaticky znají nejlepší (např. nejrychlejší, nejkratší, atd.) cesty k východu a zdá se, že mají "vševědoucí" rozhled v budově.


38

o



Individuálně:

Obyvatelé nevědí vše o únikových trasách budovy a rozhodují o svých trasách na základě uživatelem definovaných kritérií (např. všichni cestující mohou znát hlavní vchod na začátku evakuace, ale jen někteří jsou si vědomi ostatních východů), informací z podlaží, osobní zkušenosti a v některých modelech na základě informací od okolních osob. Chování o

Implicitní chování

o

Simuluje chování implicitně přiřazením určitého reakčního zpoždění nebo vlastnostmi osob, které ovlivňují pohyb po celou dobu evakuace. Podmíněné chování (podle pravidel)

o

Chování odráží modely, které přiřazují jednotlivé akce osobě nebo skupině osob na základě místních podmínek, např. strukturální nebo environmentální podmínky evakuace (např. "jestliže…, pak…" formulace nebo pravidla). Pravděpodobnostní Reprezentuje to, že mnoho pravidel nebo modelů na bázi podmínek je stochastických, umožňujících variace ve výstupech při opakování určitých simulací.





Pohyb o

Uživatelská volba

o

Uživatel přiřazuje rychlost, intenzitu a hodnoty hustoty pro vybrané prostory budovy. Vzdálenost mezi chodci

o

Každý jednotlivec je obklopen 360° „bublinou“, která vyžaduje dodržování minimální vzdálenosti od ostatních jedinců, překážek a součástí budov (stěny, rohy, zábradlí apod.). Potenciál

o

Každé buňce v prostoru je dána určitá číselná hodnota nebo potenciál od určitého bodu v budově, který přesune jednotlivce v určitém směru daným prostorem. Jednotlivci sledují potenciální mapu a usilují se snížit svůj potenciál s každým krokem nebo buňkou, do které se přemísťují. Potenciál trasy může být změněn proměnnými, jako je trpělivosti jedince, atraktivita východu, znalost prostoru budovy atd. (jsou obvykle specifikované uživatelem). Podmíněnost

S podmínkovými modely je pohyb po budově závislý na podmínkách prostředí, stavební konstrukci, ostatních evakuovaných osob a/nebo situaci požáru. Při pouze takovém určení není kladen velký důraz na kongesce uvnitř prostoru. Vliv a šíření požáru o



CAD o



Neumí zapracovat data o šíření požáru, všechny simulace spouští jako „cvičení“ nebo bez-požárový mód (viz také doplnění developera v následující kapitole). Ano, umožňuje vložení CAD výkresů.

Vizualizace o

2D

o

3D


39





Validace o

Validace dle požadavků předpisů.

o

Validace dle literatury o předchozích experimentech (intenzity apod.).

Protiproud o



Použití výtahu o



Ano, umožňuje modelovat protiproud. Ano, umožňuje simulovat evakuaci budovy s využitím výtahů.

Výběr trasy: o

Optimální

o

Osoby se pohybují po nejrychlejší trase (trase, která zabere nejméně času). Nejkratší

o

Osoby si zvolí nejkratší trasu pohybu. Uživatelská

o

Osoby si zvolí trasu definovanou uživatelem modelu. Podmíněná Osoby si zvolí trasu na základě podmínek v budově.



Skupiny o



Toxicita o



Ne, neumožňuje simulaci skupin v evakuaci Ne, neumí simulovat omezení schopností nebo úmrtí osob vlivem toxických látek.

Handicapovaní/pomalí chodci o



Ano, umožňuje přiřazení nižších neomezovaných rychlostí pohybu osob, které se mohou pohybovat pomaleji. Zdržení/před-evakuační čas o



Blokování východů o



Ano, umožňuje simulaci času, který evakuovaní čekají před započetím vlastní evakuace. Ano, osoby mohou blokovat východy.

Stav požáru ovlivňuje chování o

Ne, chování osob v důsledku požáru nelze měnit.

6.1.2 Hodnocení softwaru dle developera Historie VISSIMu byla započata na počátku 90tých let jako software pro simulaci vozidel a hromadné dopravy. V současnosti je globálně nejpoužívanějším dopravně plánovacím nástrojem. V raném stádiu mohli být chodci simulováni podobným stylem jako vozidla, tj. s možností pohybu po liniových prvcích (pruzích). Byla také k dispozici skupina parametrů za účelem přiblížení se dynamice chodců. Tato rychlá a jednoduchá forma simulace chodců je stále k dispozici, ale v roce 2008 byla integrovaná také plnohodnotná simulace pěších s využitím modelu sociálních sil. Tato je k dispozici v samostatném programu VISWALK nebo jako přídavný modul pro VISSIM.


40

6.1.2.1

Simulační model

Simulační model softwaru VISSIM/VISWALK je postaven na modelu sociálních sil, který byl implementován v úzké spolupráci s Andersem Johanssonem a Dirkem Helbingem. Společnost PTV vyvinula a integrovala rozšíření modelu pro specifické chování (jako např. ve světelně signalizovaných a jiných křižovatkách, pro nástup a výstup z vlaku apod.). 6.1.2.2

Chování v přítomnosti požáru

V dotazníku evacmod je k modelu uvedeno, že nedisponuje žádnou specifickou funkcí pro pohyb osob v oblasti s požárem. To je správně do té míry, že taková funkce není dosud k dispozici pro uživatele přes uživatelské rozhraní. Se zaměřením na požáry v silničních tunelech vyvinula společnost PTV AG ve spolupráci se skupinou profesora Paula Pauliho na univerzitě ve Würzburgu (katedra psychologie) pro výzkumný projekt SKRIBT několik modelových rozšíření pro chování při požáru. Tato funkcionalita je aktuálně nabízena pouze formou konzultací se společností PTV.

6.2

PATHFINDER


Metoda modelování o

Model chování Kromě pohybu chodců k určenému cíli zahrnuje také provádění akcí. Může také zahrnovat rozhodování chodců a/nebo akce, které jsou prováděny vlivem podmínek v budově.



Účel o



Síť/struktura (prostorová reprezentace) o



Kontinuita

Kontinuální: aplikuje 2-D (kontinuální) rovinu do půdorysné struktury, což umožňuje osobám v prostoru procházet z jednoho místa na druhé v celé budově. Osoby nejsou vázáné na určitou buňku, ale často jsou zde pravidla, která omezují minimální vzdálenost mezi osobami. Perspektiva modelu/chodce – jak model nahlíží na chodce o



Umí simulovat jakýkoli typ budovy.

Individuálně

Model sleduje pohyb osob v simulaci a umí poskytnout informace o těchto osobách (např. jejich pozice v prostoru a v čase v průběhu evakuace). Perspektiva modelu/chodce – jak chodec nahlíží na budovu o

Individuálně: Uživatelé objektu nevědí vše o únikových trasách budovy a rozhodují o svých trasách na základě uživatelem definovaných kritérií (např. všichni cestující mohou znát hlavní vchod na začátku evakuace, ale jen někteří jsou si vědomi ostatních východů), informací z podlaží, osobní zkušenosti a v některých modelech na základě informací od okolních osob.


41



Chování o

Implicitní chování Simuluje chování implicitně přiřazením určitého reakčního zpoždění nebo vlastnostmi osob, které ovlivňují pohyb po celou dobu evakuace.





Pohyb o

Korelace hustoty

o

Přiřazuje rychlost a tok pohybu chodců (jednotlivců či skupiny) na základě koncentrace jejich proudu v prostoru. Při stanovení pohybu v závislosti hustotě nabízí model tři zdroje pohybu osob, jež se obvykle využívají v evakuačních modelech. Vzdálenost mezi chodci

Každý jednotlivec je obklopen 360° „bublinou“, která vyžaduje dodržování minimální vzdálenosti od ostatních jedinců, překážek a součástí budov (stěny, rohy, zábradlí apod.). Vliv a šíření požáru o



CAD o







o

2D

o

3D

Validace o

Validace dle požadavků předpisů.

o

Validace dle cvičné požární evakuace nebo různých zkoušek/studií pohybu osob.

o

Validace dle literatury o předchozích experimentech (intenzity apod.).

o

Validace s jinými evakuačními modely.

Protiproud

Různá

Toxicita o



Ano, lze simulovat evakuace objektu prostřednictvím výtahů.

Výběr trasy: o



Ano, umožňuje modelovat protiproud.

Použití výtahu o



Ano, umožňuje vložení CAD výkresů.

Vizualizace

o 

Neumí zapracovat data o šíření požáru, všechny simulace spouští jako „cvičení“ nebo bez-požárový mód.

Ne, neumí simulovat omezení schopností nebo úmrtí osob vlivem toxických látek.

Handicapovaný/pomalí chodci o



Ano, umožňuje přiřazení nižších neomezovaných rychlostí pohybu osob, které se mohou pohybovat pomaleji. Zdržení/před-evakuační čas o

Ano, umožňuje simulaci času, který evakuovaní čekají před započetím vlastní evakuace.


42



Blokování východů o



Ano, osoby mohou blokovat východy.

Stav požáru ovlivňuje chování o

Ne, chování osob v důsledku požáru nelze měnit.

6.2.2 Hodnocení softwaru dle developera PathFinder 2012 je agentní evakuační simulátor, který nabízí přehledné uživatelské rozhraní jak pro zadávání vstupních parametrů, tak pro prezentaci a zpracování výsledků ve 3D vizualizačním nástroji. Údaje o geometrii simulovaného prostoru je možné do modelu importovat z programů PyroSim, FDS nebo z grafického formátu DXF. Vysvětlivky k částem: Metoda modelování (model chování): Osoby mohou být ještě před zahájením evakuace z objektu přednastaveny k provádění „činností“ vztahující se ke korekci veškeré pohybu či případného zdržení. Při evakuaci již není využíván systém reagující na podmínky, jež se mohou objevit během pohybu osob modelem. Výběr trasy (Různá): PathFinder 2012 využívá pro výběr únikové cesty algoritmu označovaného „místně nejrychlejší“. V aktuálním prostoru (např. místnosti) umí osoby analyzovat velikost front, využití fronty a vzdálenost k dalším dveřím, které jim poskytuje nejrychlejší celkový čas pro dosažení jejich současnému určenému cíli(ům). Validace: Již PathFinder 2009 zahrnoval plně validační a verifikační manuál. Tento dokument je stále aktualizován (naposledy v roce 2012 - PathFinder 2012).

6.3

EXODUS


Metoda modelování Jde o tzv. behaviorální model, kdy modelované osoby provádějí úkony za účelem dosažené předem specifikovaného cíle.



Účel Je schopen modelovat jakýkoliv typ budovy.



Síť/struktura (prostorová reprezentace) Reprezentace prostřednictvím sítě tzv. uzlů (nodes). Každý uzel o rozměru 0,5m x 0,5m může být v jednom okamžiku obsazen pouze jednou osobou.



Perspektiva modelu/chodce – jak model nahlíží na chodce Model sleduje pohyb všech osob samostatně a je schopen poskytovat samostatně informace o osobách v průběhu simulace (např. intoxikace zplodinami v průběhu hoření).



Perspektiva modelu/chodce – jak chodec nahlíží na budovu


43

Individuální: každý jednotlivec má vlastní znalosti o budově a únikových východech. 

Chování Kombinace chování na základě vnějších podmínek a stochastických vlastností. Individuální chování jednotlivých osob závisí na lokálních podmínkách v budově (např. přítomnost překážek) v kombinaci s pravděpodobnostním (stochastickým) rozhodováním v určitých situacích.



Pohyb Pohyb je realizován na základě potenciálové mapy. Pro každou osobu je modelovaná síť ohodnocena potenciálem, jehož hodnota se s rostoucí vzdáleností od únikového východu plynule mění. Tím je zajištěna volba optimální trasy, kdy se chodec snaží svůj potenciál co nejrychleji snižovat (ekvivalent s gravitačním nebo elektrostatickým modelem). Potenciálová mapa je kromě vzdálenosti ovlivňována celou sadou dalších parametrů (obtížnost trasy, překážky, viditelnost, hustota chodců apod.) Pokud je cílová buňka obsazena, osoba v určitých situacích vyčká na její uvolnění.



Vliv a šíření požáru Je možné importovat data o šíření požáru z externích modelů. Primárním zdrojem jsou výstupy z modelu SMARTFIRE stejného výrobce, je ovšem možné importovat i další (např. výstup z modelu CFAST).



CAD Ano, je možný import výkresů ve formátu DXF pro rychlejší konstrukci geometrie.



Vizualizace Vizualizace primárně 2D, je možné sledovat i 3D výstup pro prezentaci výsledků.



Validace Validace je možná na základě vlastních provedených experimentů, na základě výsledků v literatuře (některé referenční experimenty) a oproti jiným modelům.



Protiproud Ano, umožňuje modelovat protiproud.



Použití výtahu Ne, pouze jako experimentální verze formou konzultací, která není nabízena veřejně.



Výběr trasy Nejkratší trasa, uživatelsky definovaná trasa, trasa zvolená na základě vnějších podmínek.



Skupiny Ano, umožňuje simulovat evakuaci ve skupinách.



Toxicita Ano, je možné simulovat vliv toxických látek na osoby.



Handicapovaný/pomalí chodci Ano, umožňuje simulovat evakuaci handicapovaných osob.


44



Zdržení/před-evakuační čas Ano, zahrnuje zdržení před vlastním započetím evakuace.



Blokování východů Ano, je možné uzavírat východy.



Stav požáru ovlivňuje chování Ano, chování osob je ovlivněno expozicí vysokými teplotami.

6.3.2 Hodnocení softwaru dle developera Software EXODUS je vyvíjen na University of Greenwich od 80. let minulého století v rámci Fire Safety Engineering Group pod vedením prof. Edwina Galey. V současné době patří mezi špičkové nástroje pro modelování a simulaci velmi široké škály situací.

6.3.2.1

Simulační model

Základ modelu představuje chování osob na základě heuristik se stochastickým vlivem za účelem dosažení konkrétního cíle (únikového východu). Jde tak o obdobu v současnosti velmi rozšířeného agentbased modelování.

6.3.2.2

Chování v přítomnosti požáru

Model zahrnuje také velmi důležité vlivy požáru a toxických látek na evakuované osoby. Je zde možnost přímého propojení se samostatnou aplikací pro modelování požáru na bázi CFD (produkt SMARTFIRE), kdy dojde nejprve k výpočtu rozložení teploty a koncentrací škodlivých látek v čase, následně jsou tato data použita jako jeden ze vstupů v produktu EXODUS a slouží pro průběžný výpočet dopadů těchto jevů na evakuované osoby.

6.4

LITERATURA A ZDROJE

[1] buildingEXODUS User Manual, FSEG Greenwich University, 2012 [2] Evacmod.net. [online]. [cit. 2012-12-03]. Dostupné z: http://www.evacmod.net/ [3] PTV PLANUNG TRANSPORT VERKEHR AG. VISSIM 5.40 - User Manual. Karlsruhe, 2012.


45

7

EVAKUAČNÍ EXPERIMENT A SOFTWAROVÉ VYHODNOCENÍ POLOHY OSOB V PROSTORU

V rámci projektu byla uspořádána praktická zkouška, která slouží zejména jako ověření použitých technologií a identifikaci jejích slabých míst. Výsledky experimentu poslouží v dalším roce řešení projektu pro uskutečnění série přesně zacílených praktických experimentů, které povedou k verifikaci modelů využívaných v komerčních softwarových nástrojích jako např. buildingEXODUS nebo Pathfinder.

7.1

KONFIGURACE EXPERIMENTU A POUŽITÉ VYBAVENÍ

V rámci experimentu byla vytvořena virtuální místnost o rozměrech 2,5 m x 5,0 m s jedním symetricky umístěným únikovým východem o šířce 0,5 m. Uspořádání prostoru bylo takto zvoleno záměrně s odkazem na členění prostoru zejména v nástroji buildingEXODUS, který používá členění prostoru (nody) jako násobky právě 0,5 metru. Tento rozměr je rovněž považován jako elementární, dále nedělitelný, z hlediska osobního prostoru jednotlivce v evakuovaném prostoru. Můžeme sice předpokládat, že ve skutečně kritických situacích je hustota osob ještě vyšší, znamená to ovšem už praktické znehybnění davu – při vyšší hustotě je už pohyb osob výrazně omezen nebo zcela vyloučen a není možné studovat dynamiku davu. Modelování takových situací (hustota převyšující 4 osoby na m2) navíc studované nástroje neumožňují. Obrázek 14 – Uspořádání experimentu při pohledu seshora. Kamera byla umístěna v geometrickém středu evakuovaného prostoru ve výšce 4,04 metru nad povrchem.

Pro záznam byla použita kamera GoPro HD Hero2, která umožňuje záznam v HD rozlišení 1080p s frekvencí 30 snímků za sekundu. Výhodou kamery je vedle vysoké frekvence záznamu také volitelný úhel záběru a nízká hmotnost a malé rozměry, což dává možnost instalace na širokou škálu povrchů bez nutnosti složité konstrukce upevnění.


46

Obrázek 15 – Použitá kamera GoPro HD Hero2

Pro záznam pohybu byl zvolen úhel 127°, který vzhledem k použitému objektivu vykazuje zřetelné sférické zkreslení (viz Obrázek 16). Jak je dále uvedeno, toto zkreslení je nicméně možné při zpracování pořízeného záznamu korigovat. Obrázek 16 – Ukázka záznamu pohybu osob včetně zřetelného sférického zkreslení obrazu

7.2

ALGORITMUS ROZPOZNÁVÁNÍ POLOHY OBJEKTU A JEHO TRASOVÁNÍ V ČASE

V rámci řešení projektu byl vyvinut vlastní algoritmus pro rozpoznávání evakuovaných osob. Předmětem rozpoznávání je množina objektů označených pomocí barevného štítku. Objekty jsou snímány do sekvence rozměrově totožných barevných pixmap pomocí stacionární videokamery (Obrázek 17). V každé pixmapě jsou nezávisle na ostatních vyhledány pixely, které splňují vybrané kritérium. Kritériem je přítomnost barvy pixelu v souřadném kvádru v RGB prostoru složek barvy. Kvádr je orientovaný tak, aby jeho strany byly kolmé na souřadné osy RGB prostoru. Určení jeho tvaru a polohy se provádí na základě nutnosti pokrytí barev vybraných pixmap štítků. Tj. kvádr má rozměry a polohu právě takovou, aby každá barva z pixmap štítků ležela uvnitř něj.


47

Obrázek 17 – Pixmapa se štítky ve formě červených kšiltovek

Jakmile jsou pixely vyhledány, dojde k jejich sloučení do skupin. Pixel patří do dané skupiny tehdy, sousedí-li s pixelem ze skupiny alespoň jednou svojí stranou. Skupiny jsou poté podrobeny kritériu minimální velikosti. Není-li skupina dostatečně velká, nebude dále zpracovávána. Pro každou skupinu je poté vypočteno těžiště v rovině pixmapy. Výsledkem popsané analýzy jediné pixmapy je tedy množina těžišť. Máme nyní k dispozici množiny těžišť v každé pixmapě. Následujícím úkolem je nalezení odpovídajících těžišť v po sobě jdoucích pixmapách. Tím získáme trajektorie těžišť. Kritériem pro výběr odpovídajících těžišť je minimum jejich vzájemné vzdálenosti v rovině pixmapy. Závěrem se provádí transformace polohy těžišť pro vyrovnání distorze způsobené snímáním videokamerou. Transformace má následující tvar:

x *  ( x  x0 )k  x0 , y *  ( y  y 0 )k  y 0 , k

( x  x0 ) 2  ( y  y 0 ) 2  d 2 , d2

kde x, y jsou souřadnice pixelu před transformací, x*, y* jsou souřadnice pixelu po transformaci, x0, y0 jsou souřadnice kolmého průmětu kamery a d je charakteristická vzdálenost kamery. Na ilustračním obrázku (Obrázek 18) je vidět mřížka po transformaci (vlevo) a po inverzní transformaci (vpravo). Obrázek 18 – Ilustrace distorze a její inverze 16

8

14

7 6

12

5

10

4

8

3

6

2

4

1

2

0

0

0

2

4

6


8

0

2

4

6

8

10

12

14

16

48

Obrázky níže (Obrázek 19, Obrázek 20) znázorňují polohu vybraných bodů na pixmapě a jejich transformaci. Body leží na úrovni školních lavic ve vzdálenosti cca 3.3 metru od kamery. Obrázek 19 – Pixmapa vybraná pro měření distorze a vybrané body

Obrázek 20 – Vybrané body před a po korekci distorze

Výsledkem aplikace popsaného algoritmu je množina trajektorií znázorněná na obrázku (Obrázek 21). Obrázek 21 – Vybrané body před a po korekci distorze

Jednotlivé trajektorie na obrázku (Obrázek 21) představují zaznamenané polohy osob na jednotlivých po sobě jdoucích snímcích. Z výsledků je patrné, že tímto způsobem je možné trajektorie osob analyzovat s vysokou přesností.


49

Výsledkem popsaného experimentu je ověření technologie, která bude v rámci řešení projektu dále rozvíjena. Je potřeba odstranit některé dílčí nedostatky experimentu (vyšší snímkovací frekvence, menší barevné pixmapy, které nebudou splývat apod.).První předběžné výsledky jsou každopádně velice slibné a finálním výstupem bude samostatná aplikace, která bude schopna univerzálního zpracování a analýzy získaných záběrů.

7.3

PRŮBĚH EXPERIMENTU VE FOTOGRAFIÍCH Obrázek 22 – Fotografie z realizace evakuačního experimentu


50

Obrázek 23 – Fotografie z realizace evakuačního experimentu


51

8

ZÁVĚR

Rešerše aktuálního stavu poznání byla provedena v souladu s časovým harmonogramem projektu a předpokládaném formátu textové zprávy doplněné o obrázky, grafy a tabulky. Sběr dat byl započat formou evakuačního experimentu na půdě VUT Brno a v současnosti jsou k dispozici jeho předběžné výsledky. Na základě zkušeností z prvního experimentu bude po nutných úpravách nastavení podmínek experimentu a měřící techniky dále pokračováno ve sběru dat i ve druhém roce řešení.


52

Výsledek V001 - Rešerše aktuálního stavu poznání

Recommend Documents