устройство для эвакуации людей при пожарах в высотных зданиях и сооружениях

Формула изобретения

1. Устройство для эвакуации людей при пожарах в высотных зданиях и сооружениях, включающее спасательные лифты и лифтовые эвакуационные шахты, расположенные в одном или нескольких стволах, являющихся ядрами жесткости зданий или сооружений с поэтажными проемами в стенках стволов, отличающееся тем, что спасательные лифты выполнены в виде плавающей каркасной многоэтажной конструкции, с одной или двумя площадками на высоту этажа, с защитными легкими ограждениями - в верхней части и в виде понтона - в нижней части, при этом плавающие лифты расположены в исходном, являющемся дежурным, положении на поверхности столбов воды в верхних отсеках эвакуационных шахт, которые соответственно плавающим лифтам имеют прямоугольное, квадратное, круглое или овальное горизонтальное сечение, лифтовые эвакуационные шахты выполнены из металла и/или высокопрочного водонепроницаемого бетона с возможной облицовкой внутренней поверхности полимерной футеровкой и разделены на отсеки высотой в 5-15 этажей высотного здания или сооружения запорными диафрагмами, не препятствующими в максимально открытом состоянии прохождению плавающих лифтов, при этом зазор между внутренними стенами эвакуационных шахт и стенками понтонов выбран в пределах 150-300 мм, внутренние стены шахт снабжены вертикальными направляющими в виде стальных профилей или шин, выполненных из упругих материалов или наполненных воздухом с шириной, равной половине величины зазора, а поэтажные проемы в стенках шахт снабжены герметичными задвигающимися дверями.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что отсеки соседних эвакуационных лифтовых шахт связаны друг с другом водоводами с запорными диафрагмами.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что столбы воды в отсеках эвакуационных шахт, находящихся в исходном, являющихся дежурным, положении, связаны с разводкой трубопроводов пожаротушения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам и устройствам для эвакуации людей при пожарах в высотных зданиях и сооружениях и предназначено для спасения людей при пожарах, а также повышения пожаробезопасности высотных, многоэтажных зданий и сооружений.

Пожары в высотных, многоэтажных зданиях и сооружениях являются одной из ключевых современных проблем безопасности человека. С повышением этажности зданий по данным статистики 1 пожар в здании выше чем 25 этажей, вызывает в 3-4 раза больше жертв/чем пожар в здании 9-16 этажей, по мере повышения этажности число жертв обычно возрастает в связи с тем, что половина проживающих в здании высотой более 100 м не могут своевременно эвакуироваться из-за традиционных проблем (перемещение по коридорам, лестницам в стесненных условиях, наличие физической усталости и немощи у значительной части людей, паника).

Число высотных зданий и небоскребов в мире стремительно растет - на 2006 год их количество, по данным Emporis Buiediuys, превысило 110000, а этажность, например, строящегося самого высокого небоскреба в Дубае, ОАЭ, составит 162 этажа, при этом его высота превысит 800 м /1/.

В России в последние годы особенно интенсивно развивается высотное строительство в Москве. Правительство города приняло программу «Новое кольцо Москвы», по которой вдоль третьего транспортного кольца города будет построено 60 комплексов, включающих около 200 небоскребов высотой 35-50 этажей.

Интенсивное развитие высотного строительства в Москве обусловило подготовку и утверждение Правительством Москвы в конце 2005 г. «Временных норм и правил проектирования многофункциональных высотных зданий и зданий-комплексов в городе Москве, МГСН 4.19-2005». Наибольшее внимание в этом документе (около третьей части объема) уделено проблеме противопожарной безопасности. Это вполне объяснимо, так как Россия и без высоток Москвы занимает первое место по показателям смертности при пожарах в Восточной Европе, названным представителями Всемирного центра пожарной статистики ужасающими /2/.

По мнению специалистов, занимающихся вопросами эвакуации при пожарах в высотных и многоэтажных зданиях: «на сегодняшний день все высотные здания и небоскребы не оборудованы средствами, способными обеспечить массовую, безопасную и комфортную эвакуацию людей в случае крупного пожара» /3/.

Существующий уровень техники для понимания сути предлагаемого изобретения с описанием способов и устройств для эвакуации из высотных зданий приведен в /4-5/. Анализ известных технических решений удручает. Даже для физически подготовленного человека весьма затруднительно применение широко рекламируемых спасательных средств при эвакуациилюдей через внешние (фасадные) плоскости зданий - прыжковые средства свободного падения, канатно-спусковые и рукавные устройства, а также другие, включая «Одноразовый лифт»/4/.

Дети, пожилые люди, инвалиды и другие малоподвижные группы населения сегодня в условиях пожаров в высотных и многоэтажных зданиях погибают первыми и в практике, как впрочем и здоровые люди, не могут часто воспользоваться всеми известными способами и устройствами для эвакуации при пожаре.

По данным зарубежных исследователей, даже здоровые люди испытывают усталость уже после пяти минут спуска по лестнице, а при спуске с 15-16 этажей «страдают от усталости», что уж говорить о быстром спуске в тесноте с какого-нибудь 35-40 этажа. Весьма важным является предельная плотность людского потока на лестницах при одновременной эвакуации людей со всех этажей, которая во избежание давки и жертв по принятым нормам должна быть не более 4 чел./м².

В России, по данным статистики, ежегодно от пожаров погибает более 20000 тыс.человек. Во всех случаях эвакуация по лестницам во время пожара - это весьма долговременный и сложный, трудноорганизуемый процесс в высотных, многоэтажных зданиях и сооружениях.

Если подвести итог анализу уровня техники по решениям проблемы эвакуации из высотных и многоэтажных зданий при пожарах, особенно после известной катастрофы с высотными зданиями Международного торгового центра в Нью-Йорке 11 сентября 2001 года, ведущие специалисты США и Европы считают, что целесообразно использование лифтов для эвакуации людей и необходимости поиска для этого соответствующих технических решений.

Наиболее близкой к предлагаемому техническому решению является широко разрекламированная и защищенная десятками патентов в разных странах, но пока практически не применяемая, система для обслуживания высотных сооружений, названная ее основным автором - П.К.Корчагиным «Система ARC», рекомендуемая для оперативной эвакуации из высотных и многоэтажных зданий при пожаре /3/.

Суть предлагаемой системы в установке на фасадах зданий по вертикали стальных рельсов и мачт для передвижения по ним аналогов лифтов - самоходных блоков-подъемников в виде прямоугольных кабин, с помощью которых при пожарах предлагается эвакуировать людей через оконные проемы в такие кабины и затем вниз, вдоль фасада. Авторы разработки предусматривают для транспортировки больших групп людей размещение крупногабаритных самоходных блоков (ARCor) на нескольких рельсовых направляющих, расположенных на всем фасаде здания по его протяженности.

Достаточная инженерная сложность такой системы и вынос ее на фасад зданий, при значительной стоимости - 18.100.000 $ на одно 24-этажное здание /4/, существенно затрудняют ее освоение и распространение.

Авторы разработки в качестве преимущества предлагаемого решения указывают на то, что в случае пожара высотного здания, люди, находящиеся выше 23-25 этажей, т.е. в зоне, недоступной для пожарных лестниц и коленчатых подъемников спасателей, внутри здания обречены, так как дым и огонь перекрывают всю площадь здания на этом уровне, одновременно уничтожая инженерные коммуникации и, в частности, задымляя и выводя из работы лифты.

Тем не менее, идеальным вариантом спасения людей от пожара, конечно, была бы их эвакуация с помощью лифтов, но расположенных в привычных местах внутри зданий. Только в этом случае эвакуация людей может быть эффективной - безопасной, массовой, комфортной, а также доступной для людей с ограниченными физическими возможностями: пожилых граждан, инвалидов, детей, беременных женщин.

Для применения лифтов при эвакуации граждан в случае пожара необходимо решить несколько проблем:

1. Лифты и шахты лифтов должны быть абсолютно не горючи, огнестойки длительное время (не менее 4 часов) и недоступны для попадания пламени и дыма во время нахождения в них людей;

2. Перемещение лифтов с эвакуируемыми людьми не должно быть связано с обычными тросовыми подъемными механизмами, легко уязвимыми, недостаточно надежными, зависимыми от энергоснабжения и обычной механической тяги;

3. Падение лифтов должно быть исключено во всех случаях;

4. Грузоподъемность лифтов должна быть достаточно высока для вмещения минимум около сотни людей, эвакуирующихся одновременно с ближних этажей высотного здания;

5. Лифты должны быть способны во время пожара переместиться вместе с эвакуируемыми людьми вниз на любой этаж даже в условиях полного отсутствия электроснабжения;

6. Пространство в лифтовых шахтах, над и под лифтами должно быть недоступно для огня, дыма и огнеустойчиво;

Ни один из известных в мире типов лифтов не соответствует вышеперечисленным требованиям, несмотря на наличие самых разнообразных технических решений /6/.

Однако перспективность применения лифтов в высоких и многоэтажных зданиях и сооружениях для эвакуации людей при пожарах, доступность для всех групп населения, включая детей, инвалидов и малоподвижных людей, объясняют возрастание интереса к эвакуации людей лифтами.

Целью предлагаемого изобретения является устройство для оперативной эвакуации людей, в том числе детей, инвалидов и малоподвижных групп населения, при пожарах в высотных, многоэтажных зданиях и сооружениях (телевизионные и другие башни, вышки и т.п.), а также эффективного пожаротушения и обеспечения пожаробезопасности.

Основной идеей изобретения является создание устройства для эвакуации при пожарах с использованием для транспортировки при эвакуации столбов воды, поддерживающих специальные спасательные лифты с людьми, плавающие в эвакуационных шахтах, встраиваемых в один или несколько стволов жесткости зданий, отдельно или вместе с остальными лифтами и полностью соответствующих вышеперечисленным требованиям 1-6.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для для эвакуации людей при пожарах в высотных зданиях и сооружениях, включающем спасательные лифты и лифтовые эвакуационные шахты, расположенные в одном или нескольких стволах, являющихся ядрами жесткости зданий или сооружений, с поэтажными проемами в стенках стволов, спасательные лифты выполнены в виде плавающей каркасной многоэтажной конструкции с одной или двумя площадками на высоту этажа, с защитными легкими ограждениями - в верхней части и в виде понтона - в нижней части, при этом плавающие лифты расположены в исходном, являющемся дежурным, положении на поверхности столбов воды в верхних отсеках эвакуационных шахт, которые соответственно плавающим лифтам имеют прямоугольное, квадратное, круглое или овальное горизонтальное сечение; лифтовые эвакуационные шахты выполнены из металла и/или высокопрочного водонепроницаемого бетона с возможной облицовкой внутренней поверхности полимерной футеровкой и разделены на отсеки высотой в 5-15 этажей высотного здания или сооружения запорными диафрагмами, не препятствующими в максимально открытом состоянии прохождению плавающих лифтов, при этом зазор между внутренними стенами эвакуационных шахт и стенками понтонов выбран в пределах 150-300 мм, внутренние стены шахт снабжены вертикальными направляющими в виде стальных профилей или шин, выполненных из упругих материалов или наполненных воздухом, с шириной, равной половине величины зазора, а поэтажные проемы в стенках шахт снабжены герметичными задвигающимися дверями. Кроме того, отсеки соседних эвакуационных лифтовых шахт связаны друг с другом водоводами с запорными диафрагмами, а столбы воды в отсеках эвакуационных шахт, находящихся в исходном, являющимся дежурным, положении связаны с разводкой трубопроводов пожаротушения.

В качестве примера осуществления предлагаемого технического решения приведена его реализация на высотном здании, представленном на фиг.1.

Здание выполнено в каркасной конструкции, включающей фундамент 1, центральный ствол жесткости 2, опорные платформы 3, а также колонны из трубобетона 4 по периферии и периметру здания, ограждающие наружные стены 5, а также усиленные через каждые три этажа перекрытия, на фиг.1 выделены штриховкой.

Представленное для примера высотное здание в плане 48×40 м включает 65 этажей, состоящих из 3-х секций, каждая в 21 этаж, разделенных опорными платформами - техническими этажами 3, предназначенными в качестве пожаробезопасных зон для эвакуации людей в случае пожара. Указанные технические этажи выполнены в соответствии с МГСН 4.19-05. Приложение 14.4 с учетом возможной остановки в них спасательных плавающих лифтов и размещения при необходимости нескольких сотен человек в каждом техническом этаже.

В центральном стволе здания в эвакуационной шахте в исходной позиции находится спасательный плавающий лифт 6 с понтоном 7, на поверхности водного столба 8, в верхнем отсеке эвакуационной шахты, отделенного диафрагмой 9 с регулируемым сечением от нижнего отсека. Стрелками в шахтах показаны пути перемещения воды с верхнего отсека А в нижние Б, В, Г, Д, Е, С с возможным сливом воды из отсека С в отводящие водоводы в фундаментной конструкции здания.

В центральном стволе здания (фиг.2) размещаются лифтовые шахты. Для примера взят размер центрального ствола 16,5×8,5 (в свету). На фиг.2 указан план здания с центральным стволом жесткости 2, диафрагмами жесткости в виде прямоугольных железобетонных стен 10, колоннами из трубобетона 4 и наружной стеной 5.

В центральном стволе здания (фиг.2) размещаются две эвакуационные шахты 11 с двумя спасательными плавающимилифтами 12, два грузовых (пожарных) лифта 13, два канала для инженерных коммуникаций 14, шесть обычных лифтов 15 и два лифта для инвалидов 16. Две лестничные клетки 17 находятся в створе диафрагм жесткости.

Спасательные плавающие лифты (фиг.3) выполнены в виде многоэтажной металлической конструкции 18, закрепленной на основании-понтоне 19 с водоизмещением, соответствующим необходимой грузоподъемности до нескольких сотен человек одновременно и выполненной с площадками 20, расположенными поэтажно или в два одинаковых по высоте уровня на этажах здания для транспортировки эвакуирующихся людей; с защитными ограждениями 21 и лестницами для перехода внутри лифта с площадки на площадку (на фиг.3 не показаны).

В целях лучшего перемещения плавающего лифта в шахте 2 на поверхности столба воды 8 внутренние стенки эвакуационных шахт имеют направляющие 22 в виде стальных профилей.

Вместимость и грузоподъемность спасательных плавающих лифтов 6 рассчитывается исходя из следующих исходных данных:

- вместимость людей при эвакуации, определенная нами экспериментально, составляет 7 человек на 1 м² поверхности лифта;

- средний вес одного человека принят 70 кг. Для приведенного на фиг.3 плавающего лифта общая вместимость составит:

8 м² × 8 чел. × 4 пл.=256 чел.

Собственный вес спасательного плавающего лифта, выполненного из металла, составляет по расчетам 2,5 т. Вес эвакуируемых составляет

256 чел. × 70 кг=17920 ~ 18 т.

Таким образом, необходимая грузоподъемность лифта для обеспечения его плавучести должна составить не менее 20 т.

Отсюда объем понтона в нижней части лифта составит 20 м³, а его габариты 2 м × 8 м × 1,25 м.

Для высотного здания, приведенного в примере и включающего два 4-этажных лифта, число эвакуируемых людей за одно опускание плавающих лифтов составит:

256×2=512 чел.

При необходимости увеличения численности эвакуируемых людей возможно не только увеличение этажности плавающих лифтов, но и деление, как уже указывалось выше, высоты в плавающем лифте пополам, что приемлемо для высотных зданий, в которых высота этажей составляет 3,6-4,6 м. Спасательные плавающие лифты в этом случае могут быть выполнены разделенными по высоте опорными площадками пополам, без помех для людей высокого роста.

Тогда численность людей, эвакуируемых за одно опускание двух 4-секционных двухэтажных плавающих лифтов, может составить:

512×2=1024 чел.

Необходимая грузоподъемность каждого такого лифта может быть обеспечена увеличением габаритов герметичного поддона до 40 м³, в этом случае его габариты в эвакуационной шахте высотного здания по рассмотренному примеру составят:

2 м × 8 м × 2,5 м(высота).

Габариты горизонтального сечения понтона и размеры лифтовых площадок целесообразно выбирать с учетом создания зазора между вертикальными стенами понтонов и стенками эвакуационных шахт в пределах 150-300 мм, так как повышение величины зазора более 300 мм может вызвать опасность падения людей в упомянутый зазор, а уменьшение зазора менее 150 мм может затруднять движение плавающего лифта. Кроме того, для предотвращения застревания плавающего лифта в эвакуационной шахте по периметру внутренней поверхности эвакуационной шахты предусматривается установка вертикальных направляющих в виде стальных профилей или шин, выполненных из упругих материалов или наполненных воздухом с шириной в половину зазора между стенками поддона и эвакуационной шахты.

Эвакуационные шахты по предлагаемому техническому решению сами по себе являются изолированными зонами безопасности, в которых при обеспечении избыточного давления воздуха никогда не попадут дымы и продукты сгорания, т.е. эвакуируемые люди могут получить временное убежище в самих эвакуационных шахтах, находясь в плавающих лифтах с нормальным воздухоснабжением, легко оснащаемых освещением, баками для питьевой воды, средствами первой помощи, кислородными масками и т.п. средствами для пережидания времени тушения пожара.

Эвакуацию людей при пожарах из высотных зданий с использованием заявляемого устройства (фиг.1-3), в частности для приведенного примера высотного здания, осуществляют следующим образом. При возникновении пожара, например, на 36-м этаже высотного здания и недостаточности применения различных систем пожаротушения спасательные плавающие лифты, расположенные в исходном (дежурном) положении на 62-65 этажах здания (фиг.1), начинают опускаться вниз по эвакуационным (двум в предложенном примере) шахтам за счет последовательного открытия сначала диафрагм зоны А, потом Б, а затем В с опиранием столба воды в шахтах на диафрагмы отсека Г. На фиг.4 показано промежуточное положение спасательного плавающего лифта и столбов воды во время движения лифта вниз, а также обозначены этажи высотного здания в верхней части.

Соответственно снижению уровня воды плавающие лифты из исходного положения на 62-65 этажах (фиг.1) опускаются с помощью перетекания необходимого объема воды, регулируемого диафрагмами А, Б и В, вниз на 36 этажей (высота опускания лифтов составит около 140 м), в течение 3-5 минут. Положение спасательных плавающих лифтов на столбе воды, опирающемся на закрытую нижнюю диафрагму отсека Г, позволит эвакуировать людей с 34, 35, 36 и 37 этажей (фиг.5). Сразу по открывании дверей в поэтажных проемах указанных этажей в эвакуационные шахты должен подаваться воздух для создания его избыточного давления в шахтах с тем, чтобы при посадке людей в спасательные плавающие лифты и до закрытия поэтажных проемов в эвакуационные шахты не попали дымы и продукты горения.

Люди, находящиеся в закрытых эвакуационных шахтах, защищены от воздействия огня и продуктов горения и в количестве до 500-1000 чел. могут оставаться на время тушения пожара внутри эвакуационных шахт. При необходимости, в случае развития пожара, осуществляется перемещение спасательных лифтов вниз по эвакуационным шахтам с верхних отсеков, лифты останавливаются в заданном месте диспетчером пункта пожарной безопасности высотного здания для эвакуации людей или в зону безопасности в виде технического этажа (фиг.6) или опускаются плавающими лифтами в нижнюю часть высотки для выхода людей из здания.

Весьма важным является также возможность эффективного использования по предлагаемому изобретению значительных объемов воды, расположенных в верхней части высотного здания, для борьбы с пожарами на ранней стадии путем оперативного гашения возможных возгораний (поэтажно, поквартирно, пооффисно), обеспечения водою спринклерных систем, создания водных завес внутри здания и на фасадах, в том числе при отказе систем подачи воды электронасосами, а также всех систем противопожарного водопровода. Такая возможность применения обычных водопроводов решает проблемы, связанные с применением для пожарных водопроводов весьма небезопасных высоконапорных трубопроводов, характеризующихся высоким давлением - до 15-20 ати, прорыв которых может нанести значительный ущерб /7/.

Специальные технические условия, согласно существующим требованиям по противопожарной защите высотных зданий, предписывают предусматривать объем бака с водой до 65 м³, обеспечивающий 10 минут работы систем противопожарного водопровода. Несколько сотен кубометров воды в верхней части высотного здания или сооружения по предлагаемому изобретению (возможно пополнение воды за счет дождевых осадков и таяния снега) могут позволить пересмотреть всю современную идеологию противопожарных мероприятий и борьбы с огнем за счет использования давления воды - не напорного под действием насосов, зависящих от энергоснабжения, а естественного давления столба воды в отсеках эвакуационных шахт, регулируемого ее количества, с возможностью быстрой подачи в заданные места высотки значительных объемов воды, не лимитируемых производительностью насоса и, соответственно, радикального уменьшения времени работ систем тушения - с 3-х нормативных часов до 20-30 минут в каждой точке высотного здания при любом варианте пожара.

При этом обычные пожарные депо с крупногабаритными автомашинами, их лестницами ограниченной высоты, небольшими запасами воды и высоконапорными шлангами, автомобильными пробками на дорогах и у высотных домов, трудностями подъезда к зданиям станут для высоток анахронизмом и будут не нужны, а тушение пожаров будет осуществляться парой специалистов - дежурных в пожарном пункте высотки, вооруженных современной видео-, компьютерной техникой, системой датчиков, регуляторов подачи воды и другой автоматики, тем более что МГСН4.19-05 предусматривают обязательным Приложением 13.2 создание в каждом высотном здании Центрального пункта управления системами безопасности здания (п.п.13.2.48).

При использовании предлагаемого изобретения необходимо учитывать, что оно параллельно позволяет решить несколько важных задач. Так, расположение столбов воды в верхних отсеках эвакуационных шахт оказывает положительное влияние на устойчивость высотных зданий и сооружений с точки зрения демпфирования и компенсации постоянных ветровых и редких сейсмических воздействий, осуществляющих раскачивание и колебание верхней части коробки высотного здания, так как масса столбов воды составляет несколько сотен тонн, в частности, для приводимого примера объем воды составит около 380 м³, т.е. около 380 тонн. Как известно, увеличение демпфирования - один из самых действенных методов подавления аэродинамической и сейсмической нестабильности.

Для решения проблемы гашения ветровых и сейсмических воздействий, вызывающих раскачивание и вибрацию высотных зданий и сооружений, конструкторы применяют различные технические приемы, заключающиеся в помещении грузов значительной массы в верхнюю часть высоток. Так, при строительстве небоскреба Taipei 101 Tower (Тайвань), построенного в сейсмически активной семибалльной зоне и силе ветра до 200 км/ч, внутри небоскреба на высоте между 88-м и 92-м этажами подвешен стальной шар - виброгаситель массой 635 т /8/. Применение воды по предлагаемому изобретению как жидкого демпфера-амортизатора более эффективно, кроме того, можно легко регулировать массу воды и высоту ее расположения в шахтах.

Экономический эффект от реализации нового подхода к эвакуации людей и борьбе с пожарами в высотках трудно переоценить, решая главную задачу сохранения жизней людей и безопасности уникальных зданий и комплексов. Современное состояние мировой и российской техники вполне достаточно для реализации в практике предлагаемых передовых каркасных архитектурно-строительных систем, простых технологий и устройств, являющихся энергосберегающими, надежными и эффективными уже сегодня при строительстве и эксплуатации высотных, многоэтажных зданий и сооружений.

Источники информации

1. В.Бремнер. Спрос на супервысотки в азиатских странах // Высотные здания. - 2007. - № 4. - С.20-21.

2. Т.Уилмот, Т.Пейш. Ужасающие показатели смертности при пожарах в Восточной Европе // Пожаровзрывобезопасность. - 2003. - № 1. - С.17-18.

3. П.В.Корчагин. Будущее высотного строительства. Система АДК - основа концепции «умного небоскреба» // Глобальная безопасность. - 2007. - № 1. - с.38-51.

4. В.Постнов, С.Орищенко, Ю.Шевченко. Обеспечение экстренной эвакуации людей из высотных зданий. Проект «Одноразовый лифт» //Строительная инженерия. - 2006. - № 8. - С.56-64.

5. С.В.Трипольская, Г.П.Шутов. Устройство для экстренной эвакуации из высотных зданий «Двойной выход» («Doubl Exit») // Строительная безопасность. - 2007. - № 3. - С.64-65.

6. Н.Суринова. Уникальные лифты мира // Технология строительства. - 2005. - № 7. - С.102-105.

7. О.Долгощева. Особенности проектирования систем инженерного обеспечения высотных многофункциональных комплексов и их безопасная эксплуатация // Высотные здания. - 2007. - № 2. - С.58-65.

8. MICHEL W.50. Десятка лидеров. // Высотные здания. - 2007. - № 3. - С.90-97.