1. Bemenő adatok, a modell felépítése

A magas épületekben kialakuló esetleges torlódások kiküszöbölésére a toronyépülete alapján történt a modell megépítése. 24 emelet, valamint a földszint, tehát összesen 25 szintes modelltér került kialakításra. Szintenként 678 m² alapterülettel, így összesen 16.950 m²-rel.
A mintaépületben meglévő pinceszintet nem vettem figyelembe a vizsgálat során. A szinteket
4 m-enként vettem fel.

Mivel csak az alapot vagy mintát szolgáltatta a mintalétesítmény, így az adatok egy részében eltértem attól, hogy olyan eredmények szülessenek, melyek magasabb épületek, vagy több személy egyidejű benntartózkodása esetén is releváns eredményt nyújthatnak. Az ún. különlegesebb szinteken, melyek funkciójukban merően eltérnek az épület többi részétől, pl.: gépészeti szint, szerelő szint, az általánosság és a létszámnövelés jegyében a többivel megegyezően alakítottam ki.

Az egyes szinteken 10 db 12 m²-es, és 9 db 19 m²-es irodahelyiséget alakítottam ki. A méretekből fakadóan a kisebbekbe átlagosan 2, a nagyobbakba átlagosan 3 fő egyidejű benntartózkodására lehet számítani. Így maximális kihasználtság esetén nagyjából
6 fő/m² a létszámsűrűség az egyes szinteken. Ezen kívül előfordulnak emberek a folyosókon is. Ezen létszámadatokkal hozzávetőlegesen 54 fővel kellene számolni szintenként, így összesen 1.350 fő menekítése válna szükségessé. Ez már-már irreleváns lenne, mivel választott mintalétesítmény jelenlegi létszámadatai alapján maximum 250 fő [Rajna, 2015] egyidejű benntartózkodása képzelhető el, illetve mivel a rendelkezésre álló kiürítés számolás is 500 főre [Rimanóczy et al, 1976] van számolva, én sem térek el ezektől nagymértékben. 250, 500 és 750 főre végeztem szimulációkat.

A modellezés során különböző riasztási zóna kialakításokat és lifthasználatokat alkalmaztam. A hosszas vizsgálat során összesen 42 különálló modellt alakítottam ki.
Az alapokat minden esetben a program alapbeállításai adták, a validálás és verifikálás érdekében. Ettől csak egy esetben tértem el, amikor különböző viselkedési formákkal láttam el a benntartózkodat, határozott, tétova és pánikoló jelzőkkel illetve. Eszerint határozott, aki riasztási jelzésre azonnal elindul, tétova, aki 20 másodperccel a jelzés megszólalása után indul el, és pánikoló, aki csak 1 perccel hangjelzés után képes elkezdeni menekülni. Az OTSZ [2014] kiürítési normaidő adatai nem veszik figyelembe a veszélyhelyzet esetén jelentkező különböző emberi viselkedésformákat, így ezek elemzésére nem kerül sor a továbbiakban.

A szimuláció bemeneti paraméterei

A személyek menekülésére minden esetben 4 ajtón keresztül volt lehetőség. A főlépcsőház mellett 2 db 180 cm szélességű ajtót vettem fel. Az épület bal oldalán szintén 2 db kijárati ajtót helyeztem el, egyenként 300-300 cm szélességgel. Az egyiket a felvonók mellé, vele szembe pedig a másikat, a melléklépcsőházból menekülők számára.

A mintalétesítmény 4 liftjéből, a melléklépcsőház mellett található 3 db alkalmas menekülési felvonóvá történő átalakításra. Mind 3 felvonót azonos paraméterekkel vettem használatba.  100-100 cm-es ajtószélesség, a program alapértelmezés szerint 2,5 m/s haladási sebesség. Az épület felvonói jelen állapotukban ennél gyorsabb, 1 s/szint, tehát nagyjából 4 m/s haladási sebességre is képesek [Zoltán, 2012].

Az említett 42 db modell különböző beállításokkal került futtatásra. Először teljes mértékben az alapbeállításokra hagyatkozva, az épület egyidejű, azonnali kiürítése történt meg.

Ezt követően minden esetben azzal a feltételezéssel éltem, hogy a tűz a XIV. szint tájékán üt ki, ahol a tűzoltói beavatkozásra az épület körül lévő 3 tűzoltó felvonulási területről nincs lehetőség.

Először 2 riasztási zónára osztottam az épületet. Az 1. szakaszban a földszint és a XIII-XXIV. emeletek, 2. szakaszban pedig az I-XII. emeleteken riasztása – és ezzel együtt az onnan való menekülés elkezdése – történt meg. Ennek oka egyszerű, a tűz feltételezett kialakulása az 1. zónában zajlik, így ott kell először végrehajtani a kiürítést. Az alsóbb szinteknek, a fizikai elhelyezkedésükből kifolyólag kevesebb időre van szükségük az épület elhagyásához.

Ezt követően a 11. ábrán látható módon, az épületben 4 riasztási zónát alakítottam ki. A földszinttől a III. emeletig, ill. a XIII-XVI. emeletig az 1. zóna. A tűz kialakulásának helye, és annak közvetlen környezete, valamint a legalsó szintek, melyek feltételezhetően kiürülnek, mire a XXIII-XVI. emeletről az érintett szintekre érnek az emberek.

2. körben a TvMI [2015a] javaslata szerint, a szakaszos kiürítés következő fázisa a riasztási jelzés fölötti szintek, tehát a XVII-XX. emelet.
3. kiürítési szakasznak – az 1. zóna kialakításához hasonlóan – az épület két külön egységét tekintettem. A tűzjelzés helye alatti IX-XII. emeletek, ill. az épület teteje, vagyis a XXI-XIV. emeletek.

Végül a 4. riasztási szakaszban a IV-VIII. emeletek kiürítése történt meg.

Az egyes zónák kialakításánál jelen esetben nem a definícióban szereplő 2, hanem – mint az ábrán is látható – nagyjából 4 szintet vettem egy egységnek.

Toronyépület 2 riasztási zónával. [Seidl, 2008] alapján

Toronyépület 4 riasztási zónával. [Seidl, 2008] alapján

2.     Futtatási adatok

A Pathfinder szoftver futtatásához a Thunderhead Engineering Consultants, Inc. a következő minimum számítógép-konfigurációt javasolja [Pathfinder, 2014]:

• 32 vagy 64 bites Windows operációs rendszer (XP vagy újabb)
• Intel® Core™ i5 processzorteljesítmény
• 4 GB RAM
• OpenGL 1.2 grafikus gyorsítás támogatás

A gyártó a kiegyensúlyozott teljesítmény eléréséhez pedig az alábbi összetétel javasolja [Pathfinder, 2014]:

• 64 bites Windows 7 (vagy újabb kiadás)
• Intel® Core™ i7 -3770 (3.4 GHz, 4 mag) teljesítményű processzor
• 8 GB RAM
• OpenGL 3.2 grafikus gyorsítás támogatás, prémium kategóriás videokártyával

Ezzel szemben a futtatáshoz rendelkezésre álló számítógép a következő konfigurációval rendelkezett:

• 64 bites Windows 7 SP1 operációs rendszer
• Intel® Core™ 2 Duo processzor
• 4 GB RAM
• OpenGL 2.0 grafikus gyorsítás támogatás
• 64 MB integrált Intel X4500HD VGA videokártya

A szoftver a rendszer Java™ memóriáját használja, és szükséges a megfelelő grafikus vezérlő jelenléte. Minél bonyolultabb, összetettebb geometriát veszünk fel, vagy importálunk a szoftverbe, annál több videó memória, és minél több ember kimenekítése a cél, tehát minél többet kell számolni, annál több RAM szükséges és annál nagyobb teljesítményű processzorra van igény.

Mint látható a modellezésre használt gép által nyújtott teljesítmény több tekintetben az elvárt szint alatt marad. Ebből az következett, hogy az egyes elkészült modellek szimulációjának lefuttatásához szükséges idő akár 20-45-50 percig is tartott. A 42 szimuláció futtatása, átlagos 35 perccel számolva, 24,5 óra alatt történt meg.

3.     Eredmények közlése

A 4.1. fejezetben említettem, hogy a futtatásokat 250, 500, ill. 750 fő elhelyezésével végeztem. Ehhez egy azonnali, és kétféle szakaszos kiürítési módot vizsgáltam.

2 riasztási zóna kialakítása esetén az első zónában azonnal, a másodikban 90s késleltetéssel indul meg a hangjelzés, és így a szintek elhagyása. A menekülő személyek a fő-, és melléklépcsőházon keresztül távozhattak. Ugyanezen útvonalat vehették igénybe az azonnali menekülési szimuláció személyei is.

A 2 riasztási zóna benntartózkodói.

Elindult az első zóna. [Seidl, 2008] alapján

4 riasztási zóna esetén az egyes zónák sorra 0s, 120s, 360s, 600s késleltetésekkel lettek elindítva. Tovább folytatva a menekülés gyorsításának lehetőségét, ennél a zónakialakításnál több menekülési lehetőségre végeztem modellkísérleteket.

Először csak a fő-, és melléklépcsőházat vehették igénybe a menekülők. Mind 250, mind 500, és mind 750 főre el lett végezve a modellezés. Ezt követően a melléklépcsőház mellett található 3 felvonó is bevonásra került. Egy felvonót egyszerre 4 fő vehette igénybe, s az a XXIV. emelettől egészen a földszintig közlekedett, ahol lehetőség volt a veszélyeztetett toronyház elhagyására. A szimulációt úgy állítottam be, hogy a lifteket, a földszinti részen tartózkodók kivételével, a benntartózkodók 10%-a vegye igénybe.

A felvonók használatakor nem a 0s, 120s, 360s, 600s késleltetéseket használtam, a 3. és 4. szakaszra ennél 1-1 perccel rövidebb időt határoztam meg. A beállított késleltetések 0s, 120s, 300s, 540s. Ennek oka, hogy az emberek 10%-a lifttel távozik, így az egyes esetektől függően 25-75 személlyel kevesebb közlekedik majd a lépcsőkön, jelentősen csökkentve ott a torlódások előfordulását, mégsem szabad őket sokáig a veszélyeztetett épületben hagyni.

Az első két szakasz viszont a kialakult torlódások miatt igényelte a köztük lévő 120 s-nyi idő megtartását.

Kijelenthető, hogy minél előbb távoznak, annál kisebb a valószínűsége az esetleges személyi sérüléseknek, haláleseteknek.

A 4. ütem beérkezése 750 fő esetén. [Seidl, 2008] alapján

Torlódások

Először a „csak lépcsőházat igénybevevő” szimulációk eredményei kerülnek elemzésre. Az itt feltüntetett idők perc:másodperc formátumban értendők.

Azonnali kiürítés esetén 250 fő benntartózkodóval nem alakult ki torlódás, és a menekülési idő is remek, alig több, mint 5 perc lett. Ez az érték reális, egyben bizonyítja a szoftver megfelelőségét is. A korabeli kiürítés számítások számértékei [Rimanóczy et al, 1976] ezt szintén megerősítik.

500 fő menekülése közben 1:15-kor a XXI. emeleten, 2:33-kor a 10. emeleten, 4:35-kor a III. emeleten gyűlt össze a tömeg. Csak a melléklépcsőházban jelentkezett a probléma.

750 főnél már drasztikus helyzet állt elő, ám szintén csak a melléklépcsőházban. 0:30-nál minden egyes szint lépcsőfordulóján igen magas, 3 fő/m² létszámsűrűség. Ez az érték a program által kijelzett maximum. 1 percre a lépcsőkön is kialakult a 2,5-2,75 fő/m²-nyi tömeg feltorlódása, és nem sokkal ez után a XXI. emelet lépcsőinél is 3-re emelkedik m²-ként a személyek száma. Az 5. percben a III. emelettől lefelé nincs probléma, gördülékeny a távozás. Az utolsó nagyobb összetódulás az 5. emeleten jelentkezett.

Azonnali kiürítés 250, 500, 750 fővel.

A kétszakaszos kiürítés eredményei a következők.

250 fővel vizsgálva 2. riasztási zóna személyeinek becsatlakozásakor alakult ki kisebb-közepes torlódás, de csak 2,02 fő/m² értékig.

500 fővel modellezve a főlépcsőházban is kialakult torlódás. Ez a 2. ütemben indulók megérkeztekor kezdődött, és addig tartott, míg az utolsó személy is elhagyta az V. emeleti szintet. A melléklépcsőházban mind a 0 s, mind a 90s indulású tömeg lépcsőházba történő beérkezésekor feltorlódtak. Azonban az igen magas, 3 fő/m² létszámsűrűség érték helyenkénti elérése csak a 2. szakasz érkezésekor kezd kialakulni. Ez a magas érték egészen az V. emelet elhagyásáig fennáll.

750 személy. A melléklépcsőházban az első szakasz beérkezése után alakul ki torlódás, amikor a legfelső szint elhagyásra kerül. Mindkét lépcsőházban problémás a 2. szakasz beérkezése. Innentől kezdve nagymértékben lassul a kiürítés menete. Az első lépcsőházba érkező személy egy emeletet, tehát 4 m vízszintes szintmagasságot 10s alatt tett meg. Ugyanezen távolság megtétele ebben a torlódási fázisban 66s-ra nő. A legmagasabb 3 fő/m² létszámsűrűség értéket a melléklépcsőház minden szintjén eléri a tömeg. A haladási sebesség normalizálódása csak akkor kezdődik meg, mikor a 7. emeletnél tart az utolsó menekülő.

A négyszakaszos kiürítés tapasztalatai.

250-es létszám esetén problémamentes a kiürítés.

500 menekülőnél már más a helyzet. Az egyes riasztási zónák becsatlakozásakor az érintett lépcsőfordulóknál, továbbá a 4. ütemben indulók lépcsőházba érkezésekor az alsóbb szinteken alakul ki aggasztó tömeg.

750 fő esetén nagyjából 4-5 lépcsőfordulónyi hosszon kialakul az esemény, de leginkább a 4. egység beérkezte okoz problémát.

A felvonók alkalmazásának lehetősége a 12. táblázat eredményeiben láthatóan meglepő eredményt hozott a négyszakaszos kiürítés vizsgálatakor. Bár a torlódások csökkentek, a menekülési idő szinte megduplázódott.

250 fő esetén torlódás a csak lépcsőn történő menekülés tapasztalataihoz hasonlóan nem alakult ki.

500 személynél az előzőekhez képest csekély torlódás keletkezett. 9:26-kor, amikor a 4. ütemben lévők becsatlakozta 2, 27 fő/m² létszámsűrűség jött létre.

750 ember menekülésének eredményei a következők. Minden szakasz beérkezésekor 2 lépcsőfordulónyi erős lassulás, és ezen kívül egy nagyobb volumenű torlódás alakult ki 10:11-kor a 4. zóna becsatlakozásakor.

A szimulációk kimeneti paraméterei.

Felvonóval menekülő személyek.

Az mellékletekben található 21-38. diagramokon az azonnali kiürítés, a 2 riasztási zóna és a 4 riasztási zóna, 250, 500, 750 fővel végzett szimulációihoz tartozó diagramok találhatók. Egymás alatt a csak lépcsőn, ill. a felvonókat is igénybe vett menekülési eseteket.

A vízszintes tengely a kiürítési időt (t), a függőleges tengely a még menekítendő, tehát az épületben tartózkodó személyek számát (fő) jelöli. A diagramok az összes épületben tartózkodó személyre vonatkoznak, és az összes, tehát jelen esetben mind a 4 db, kijáraton történő eltávozásukkal számol.

Jól látható a felvonókon történő menekülés elindulásakor, vagy egyes esetekben, amikor már csak azokkal menekülnek, mennyire megnyúlik a kiürítési idő. Ezeket a helyeket vörös nyíllal jelöltem az ábrákon.

Felhasznált irodalom

RAJNA I. [2015] Interjú, Budapest, 2015. március 6.

RIMANÓCZY ET AL, [1976] Kiürítési időtartam számítás a 4/1974. BM. számú rendelet alapján, Budapest (nem nyilvános dokumentáció)

OTSZ [2014] AZ 54/2014. (XII. 5.) BM-rendelettel közzétett Országos Tűzvédelmi Szabályzat

ZOLTÁN F. [2012] Tűzvédelmi szakértői vélemény

TVMI [2015a] TvMI 2.1:2015.03.05. Kiürítés

SEIDL GY. [2008] Beépített tűzjelző berendezés megvalósulási terve

PATHFINDER [2014] User Manual, Thunderhead Engineering Consultants, Inc.