Моделирование эвакуации при пожаре в ПО «Сигма ПБ»

ИВМ СО РАН, ООО «3к-эксперт», info@3ksigma.ru

• многофункциональные торговые, спортивные и др. сооружения;

• атриумы, галереи, многоэтажные, разноуровневые здания;

• разнородный контингент по группам мобильности (скорость, площадь проекции);

• медицинские учреждения.

• дымоудаление и подпор воздуха;
• доводчики (устройства для самозакрывания дверей);
• системы оповещения и управления эвакуацией СОУЭ (поэтапная эвакуация);
• объемно-планировочное решение.

Применение вариативного моделирования позволяет изучить влияние различных объемно-планировочных решений на исход эвакуации при пожаре -> найти оптимальный вариант по цене и качеству.

- выполнение расчетов:

* распространения опасных факторов пожара и

* эвакуации

из многоэтажных зданий, сооружений и пожарных отсеков различных классов функциональной пожарной опасности;

- определение вероятности эвакуации из здания (Ф1-Ф5);

- определение расчетной величины пожарного риска.

1. Построитель 3D модели здания (+подложка, +импорт модели здания из Revit) (расчетные области для моделирования пожара и эвакуации);
2. Редактор сценариев пожара;
3. Редактор сценариев эвакуации;
4. Модуль, реализующий расчет развития пожара (полевая модель);
5. Модуль, реализующий расчет эвакуации людей (индивидуально-поточная модель);
6. Модуль 3D-визуализации, анализа, определения времен эвакуации и блокирования путей эвакуации, вероятности эвакуации, формирования отчетов.

• единая 3D-модель, на основе которой создаются расчетные области для моделирования эвакуации и распространения ОФП -> гибкая постановка задач;
• возможность импортировать модель здания из Revit;
• собственные расчетные модули (ОФП, эвакуация);
• совместная 3D-визуализация эвакуации и распространения ОФП;
• автоматическое расставление контрольных точек по пути эвакуации;
• автоматический анализ результатов расчета (времена эвакуации и блокирования участков, вероятность эвакуации);
• одновременная работа над одним проектом (построение 3D-модели) в «несколько рук»;
• одновременный расчет (ОФП) нескольких сценариев.

- расчетная область состоит из связанных блоков выпуклой формы (шестигранники);
- блоки «заливаются» сеткой в границах внешнего контура с заданным характерным шагом

Заданные геометрические размеры в 3D-модели здания не изменяются при дискретизации расчетной области (создании сетки) и проведении численного моделирования развития пожара.

- использование экономичных URANS-моделей турбулентности позволяет предъявлять пониженные требования к вычислительным характеристикам персонального компьютера (по сравнению с использованием LES, гибридных LES/RANS, DES моделей турбулентности), характерный размер шага дискретизации от 0,2 м (в помещении очага пожара) до 1 м на существенном удалении от очага пожара;

Постановка задачи

Беляев С. В. Эвакуация зданий массового назначения. – М.: Изд. Всесоюзной академии архитектуры, 1938.

Предтеченский В. М., Милинский А. И. Проектирование зданий с учетом организации движения людских потоков. – М.: Изд. лит. по строительству, 1969; Berlin, 1971; Koln, 1971; Praha, 1972; U.S., New Delhi, 1978.

Изд. 2. – М.: Стройиздат, 1979.

Холщевников В. В., Самошин Д. А., Исаевич И. И. Натурные наблюдения людских потоков: учебное пособие. – М.: Академия ГПС МЧС России, 2009. – 191 с.

Приказ МЧС РФ № 382 от 30.06.2009.

1) Kirik, E., T. Yurgel'yan, A. Malyshev. On discrete-continuous stochastic floor field pedestrian dynamics model SIgMA.DC // In the book “Emergency evacuation of people from buildings”, editors W.Jaskolowski, P.Kepka, 2011. – pp. 155-161.

2) Kirik, E., T. Yurgel'yan, D. Krouglov On realizing the shortest time strategy in a CA FF pedestrian dynamics model // Cybernetics and Systems. – 2011. – V.42. – №1. – P.1 – 15.

3) Кирик Е.С., Дектерев А.А., Литвинцев К.Ю., Харламов Е.Б., Малышев А.В. Математическое моделирование эвакуации при пожаре // Математическое моделирование, Т. 26 (1), 2014. – С.3-16.

4) Кирик Е.С., Малышев А.В. Тестирование компьютерных программ по расчету времени эвакуации на примере модуля SigmaEva // Пожарная безопасность, N.1, 2014. – С. 78-85.

5) Kirik E., Malyshev A., Popel E. Fundamental diagram as a model input – direct movement equation of pedestrian dynamics // In the proceedings of the Int. conference «Pedestrian and Evacuation Dynamics`2012» (Eds.: U. Weidmann, U. Kirsch, M. Schreckenberg), Springer, 2014. P. 691-702.

6) Kirik E., Malyshev A. On validation of SigmaEva pedestrian evacuation computer simulation module with bottleneck flow // J. of Comp. Science, 5, 2014. – P. 847-850

7) Литвинцев К.Ю., Кирик Е.С., Дектерев А.А., Харламов Е.Б., Малышев А.В., Попел Е.В. Расчетно-аналитический комплекс «Сигма ПБ» по моделированию развития пожара и эвакуации // Пожарная безопасность, N 4, 2016. С.51-59.

8) Kirik E., Dekterev A., Litvintsev K., Malyshev A., Kharlamov E. The solution of fire safety problems under a design stadia with computer fire and evacuation simulation // IOP Conf. Ser.: Materials Science and Engineering, 456 (2018) 012073 doi:10.1088/1757-899X/456/1/012073

9) Kirik E., Malyshev A., Vitova T., Popel E., Kharlamov E. Pedestrian movement simulation for stadiums design // Materials Science and Engineering // IOP Conf. Ser.: Materials Science and Engineering, 456 (2018), 012074

10) Kirik, E., Vitova, T. & Malyshev, A. Turns of different angles and discrete-continuous pedestrian dynamics model // Natural Computing (2019).

11) Kirik E., Vitova T., Malyshev A., Popel E., A conjunction of the discrete-continuous pedestrian dynamics model SigmaEva with fundamental diagrams // Lecture Notes in Computer Science, Proceedings of the 13th International conference “Parallel processing and applied mathematics”, 2020

12) Кирик Е.С., Витова Т.Б. Анализ данных натурных экспериментов пешеходного движения в прямом коридоре и их применение для тестирования программ на примере ПО «Сигма ПБ» // Пожарная безопасность, N1, 2020.

Область наблюдения: коридор 20 м x 2 м
Тест № 1-1/1 («Тест 1»).
На первый 5 метрах расположено 20 человек.
Тест № 2-1/3 («Тест 2»).
На всей области расположено 19 человек.
Тест № 3-1/5 («Тест 3»).
На всей области расположено 40 человек.

• чем ближе условия вычислительного эксперимента к натурному, тем в большей степени полученные невязки можно расценивать как меру качества моделирования;

• в противном случае сравнению подвергаются несравнимые величины, и анализ отклонений не имеет смысла.

• начальная плотность (2 чел/м2) в результате растекания потока снижается;

• скорость движения фронтальной части = скорость свободного движения = 15/12,71=1,18 м/с (70,8 м/мин);

• плотность в интервале [1,09-1,4] чел/м2 (среднее значение 1,25 чел/м2);

• оценка скорости хвоста потока в интервале [0,97-1,1] м/с ([58,2-66] м/мин) (среднее значение 1,035 м/с (62,1 м/мин).

• упрощенно-аналитическая модель не может быть использована в качестве эталонной модели,

• только физический эксперимент может быть источником информации для валидации ПО.