Людские потоки в зданиях, сооружениях и на территории их комплексов

Людской поток — один из функциональных процессов, формирующих объемно-планировочную структуру зданий, сооружений и пешеходных коммуникаций территории и комплексов. Площадь путей движения людских потоков составляет до 30 $ общей площади зданий и до 40 $ в балансе территории комплексов. Пути движения должны обеспечивать требуемый уровень комфортности передвижения людей в процессе труда, быта, отдыха и возможность своевременной безопасной эвакуации в аварийных ситуациях.

Практика проектирования различных видов зданий и сооружений показывает, что размеры коммуникационных путей определяются в большинстве случаев именно требованиями безопасной эвакуации людей, т. е. требованиями, предъявляемыми к ним как к эвакуационным путям. Эти требования оказываются и наиболее жесткими среди требований других функциональных процессов, влияющих на структуру зданий. Поэтому нормирование эвакуационных путей фактически определяет те геометрические границы, в пределах которых может осуществляться объемно-планировочное решение зданий и сооружений. При недостаточной обоснованности оно становится препятствием для прогрессивных решений. Таким образом, в нормировании эвакуационных путей соединяется решение двух важнейших проблем: социальной — повышение безопасности людей — и народнохозяйственной — повышение технического, экономического и архитектурного уровня проектных решений [1,^ •.

Столетняя (с Петербургских правил 1886 года) практика нормирования эвакуационных путей выработала общепринятые в странах мира традиции, но не создала обоснованной методологии и не дала надежных для нашего времени результатов. По данным мировой статистики, на долю эвакуационных путей приходится 5С$ жертв и материального ущерба при пожарах. В то же время виновниками «гибели», повидимому, не одного проекта современного здания стали необоснованные ограничения протяженности путей эвакуации. Так, по действовавшим в СССР нормам проектирования, не имело права на осуществление крупнейшее сооружение 0лимпиады-80 в Москве — Крытый стадион спорткомплекса «Олимпийский», за сооружение которого была присуждена Ленинская премия.

С целью повышения безопасности людей в зданиях и сооружениях и устранения излишних ограничений, вызывающих неоправданное удорожание строительства, координационным планом важнейших научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ на 1971;1975 гг. [з] была поставлена задача разработать ноше нормы проектирования путей и времени эвакуации людей в случае пожара из жилых, общественных и производственных зданий. Решение этой задачи предусматривалось затем и планом работ Постоянной Комиссии СЭВ по строительству (тема 4.76.4.10), и программой работ на 1981;1985 гг. по решению отраслевой научно-технической проблемы 0.55.016.011 (пункт 01.04. Провести научно-исследовательские работы и разработать нормативные документы по эвакуации людей из зданий и помещений).

Данная работа выполнялась в процессе участия автора в решении поставленных задач (ответственный исполнитель и научный руководитель работ, выполненных МИСИ им. В. В. Куйбышева по темам перечисленных планов важнейших научно-исследовательских работ).

В истории исследований людских потоков явно прослеживается общая последовательность развития науки: от эмпирической стадии, к формированию отдельных теоретических конструкций и затем к теории [4] .

Разрозненные данные первой трети нашего века о параметрах движения людей в потоках, как правило, о их скоростях и пропускной способности отдельных элементов пути [5,6,7], не могли дать целостного представления о закономерностях и существенных связях в этом сложном процессе коллективного поведения людей. Первые теоретические конструкции зависимостей скорости движения людей по различным видам пути (горизонтальный, лестница вниз, лестница вверх) были намечены, буквально пунктиром, профессором института Всероссийской академии художеств Беляевым C.B. лишь в 1938 году [в]. Тогда же впервые им сформулировано и основное условие безопасности людей при эвакуации: время эвакуации не должно превосходить необходимого (tHB>), ограниченного опасными для человека воздействиями факторов начальной стадии развития пожара. Поскольку время эвакуации людей могло быть определено только расчетом (расчетное время эвакуации tр.), а требуемые для него данные о потоке людей в аварийных ситуациях не могли быть получены натурными наблюдениями, то стала очевидной актуальность для проектной практики не отдельных данных, не некоторых теоретических построений, а обобщающей их и дающей новые знания теории.

Такая теория была создана в начале 60-х годов профессором Московского инженерно-строительного института им. В. В. Куйбышева д.т.н. Предтеченским В. М. на эмпирической базе уникальных для того времени натурных наблюдений, проведенных в I946-I950 гг. в зданиях различного назначения сотрудниками ВНЙПО МВД СССР под руководством к.т.н. Милинского А. И. [э]. Исходная теоретическая основа описывала [lO, II, I2] идеализированный объект исследования — людской поток как массу людей из N человек, двигающихся в одном направлении, состояние которой в каждый момент времени характеризуется параметрами: средней для всей массы плотностью (?>) размещения людей на занимаемом участке пути, средней скоростью (V) и интенсивностью (^) движения. Изменения скорости людского потока происходят под влиянием внешних воздействий: уровня психологической напряженности ситуации (условий движения), вида пути и внутренних воздействий, определяемых изменениями плотности потока. Изменения плотности потока выражаются через изменения интенсивности движения, представляющей собой произведение скорости на плотность потока. Изменения скорости потока от его плотности для каждого вида пути в нормальных условиях движения описываются детерминированными зависимостями, математические выражения которых получены аппроксимацией полиномами наилучшего приближения к средним по интервалам плотности потока значениям скоростей движения людей в наблюдениях Милинского А. И. Расчетные зависимости скорости от плотности потока в аварийных условиях установлены тем же способом по средним значениям скоростей людей, двигавшихся быстрее средних значений скорости в нормальных условиях. Изменения интенсивности движения описываются установленными Предтечен-ским В.М. [ю] общими для любых условий движения соотношениями слияния людских потоков и их перехода через границы смежных участков пути.

Дальнейшее развертывание теории приводит к выявлению таких характерных явлений в людском потоке как переформирование и растекание, что в свою очередь ведет к оригинальному описанию одновременного слияния и переформирования людских потоков на участках ограниченной длины, к установлению закономерностей рассасывания скоплений и изменения параметров потоков на выходе из проема при образовании перед ним скопления людей, т. е. к получению новых и более глубоких, устанавливаемых теоретически, знаний об исследуемом объекте. Наиболее полное представ-. ленив о людском потоке синтезировалось в модели, которую представляет собой графоаналитический расчет движения людских потоков, Благодаря разработанной теории движение людского потока на всем протяжении коммуникационного пути впервые предстало как единый взаимосвязанный процесс, обусловленный внутренними и внешними воздействиями.

Многие положения теории были развиты в дальнейшем исследованиями Козлова A.A., Калинцева В. А., Дувидзона P.M., Тарасовой Т. А., Холщевникова В. В., Григорьянца Р. Г., Буги П. Г., Пиир P.M., Копылова В. А., Доценко А. Г., Гвоздякова B.C., Алексеева Ю. В., Еремченко М. А., Фёлькеля X., Дмитриева A.C., Сапеловской.

A.A., Овсянникова А. Н., Аносова В. Г. Они позволили уточнить описание сложных случаев движения людских потоковвскрыли особенности длительно существующих, встречных и пересекающихся потоков, потоков в школьных зданияхдали примеры автоматизации расчетов на ЭВМ и оптимизации эвакуационных путейпоказали единство закономерностей изменения параметров потоков при переходе через границы смежных участков пути в ситуациях нормальной эксплуатации и в ситуациях, моделируемых как приближающиеся к аварийнымдали новый статистический материал по наблюдаемым в различных ситуациях зависимостям между скоростью и плотностью людских потоков, который по своему объему в 6−7 раз превосходил имевшийся в исходной эмпирической базе.

Использование основных положений теории в учебном процессе [11,12,13] и систематические публикации о их развитии и практическом применении способствовали их освоению широким кругом советских специалистов. В то же время серия статей в зарубежной печати [l4−2l], доклады на международных симпозиумах [22−25] и, особенно, издание учебного пособия Предтеченского.

B.М. и Милинского А. И. «Проектирование зданий с учетом организации людских потоков» (М., Стройиздат, 1969) в ГДР, ЧССР, ФРГ и США [26−29] создали возможность ознакомления с теорией и широкого круга зарубежных специалистов. За рубежом проведенные исследования получили высокую оценку, о чем свидетельствуют и отзывы в статьях иностранных специалистов [30,31] и предложение ЮНЕСКО контракта на выполнение научно-исследовательской темы по эвакуации из школьных зданий в районах, подверженных естественным катастрофам [32]. Публикации советских исследований за рубежом стимулировали развитие там методов моделирования людских потоков [30,33,34] и появление данных о более фундаментальных, чем прежде, исследованиях зависимостей между их параметрами [35,3б].

В Советском Союзе и в странах СЭВ теория людских потоков стала научной базой новой системы нормативных документов по эвакуации людей, в которых до тех пор использовались весьма сомнительные и противоречивые способы [37]. К этому же времени коллективу специалистов Высшей инженерной пожарно-технической школы МВД СССР (Ройтман М.Я., Башкирцев М. П., Кривошеев 0.Н., Котов Н.Л.) под научным руководством д.т.н. Стрельчука H.A. (МЕСИ им. В.В. Куйбышева) удалось в результате длительных исследований [38−41] нормировать значения необходимого времени эвакуации для большинства видов зданий [42].

Центральным звеном этой системы нормативных документов является глава СНиП по противопожарным нормам проектирования зданий и сооружений. Излагаемый в ее разделах по эвакуации людей материал должен был дать возможность определять расчетное время эвакуации из зданий различного назначения, а в дальнейшем и осуществить нормирование размеров эвакуационных путей в главах СНиП по видам зданий. Между тем требования к нормативным документам и необходимая простота практического использо- ¦ вания позволяли внести в эту главу лишь данные, отражающие в сжатом виде только исходную теоретическую основу: нормируемые зависимости между параметрами людских потоков в аварийных ситуациях и выражения, описывающие формирование, слияние и переход потока через границы смежных участков пути. Как показал первый же опыт [4з] работы над нормами, в них «не вписывался» не только многодельный графоаналитический метод расчета, но и довольно громоздкие формулы, интегрирующие его результаты.

Поскольку вся специфика движения в аварийных условиях выражается только зависимостями между параметрами, прежде всего между скоростью и плотностью людского потока, то для их надежного. нормирования было необходимо использовать весь накопленный эмпирический материал. Однако в теории предлагалось считать основными зависимости, полученные по данным натурных наблюдений Милинского А. И., а установленные в последующих исследованиях — отличающимися от них несущественно. В арсенале теории не имелось методов оценки количественного сходства или различия зависимостей и она никогда не производилась методами математической статистики. Наблюдаемые же значения скоростей потоков в нормальных условиях в 1,5−2 раза превосходили рекомендуемые в качестве основных для аварийных ситуаций. К тому же зависимости, полученные по данным различных серий натурных наблюдений описывались различными полиномами. В случае несущественности различий между ними это явно говорило об отсутствии научного обоснования выбора их формы, что противоречило не только тщательности остальных построений теории, но и методологии корреляционного и регрессионного анализа.

Занижение значений скорости в нормируемых зависимостях ведет практически к сокращению допустимой длины эвакуационных путей на 30−60^ (зависит от расчетной плотности потока), к соответствующему уменьшению в 1,5−2,5 раза обслуживаемой ими площади, к экономическим потерям вследствии таких нерациональных решений. Но это лишь одно из следствий отсутствия в теории обоснованного причинно-следственными отношениями вида и количественного выражения зависимостей между параметрами людского потока.

Другое состоит в том, что соотношения между параметрами потока в «основных» зависимостях для различных условий движения таковы, что ширина пути, рассчитанная для беспрепятственного движения в менее напряженных условиях, оказывается недостаточной для беспрепятственного движения при возможном повышении психологической напряженности ситуации. В результате на границах участков эвакуационного пути должны образовываться скопления людей и возникать задержки движенияфактическое время эвакуации будет неконтролируемо превосходить расчетное, определенное при более низких расчетных значениях скоростей движения. Если же рассчитывать необходимую ширину путей с использованием зависимостей для чрезвычайно напряженных ситуаций, то это в свою очередь приведет к неоправданному занижению расчетного времени эвакуации, если она будет происходить в действительности более спокойно. И в том, и в другом случае нет никакой уверенности в выполнимости основного требования безопасности: -ЬИБ.

Очевидно, что актуальность разработки обусловленного причинно-следственными отношениями вида зависимостей между скоростью и плотностью людского потока только увеличивается, если различия между их реализациями в сериях натурных наблюдений оказываются существенными. Методология теории вообще не готова к тому, что эти зависимости могут быть случайными функциями. В теории не учитывается даже тот факт, чдео расчетное время яв-. ляется нелинейной функцией случайной величины скорости и, еле— довательно, его среднее значение будет иным, чем рассчитанное ' по теории без учета воздействия случайных факторов (до 30 $).

Многообразие, случайность зависимостей «мешала» стройности теории. Своевременно не было понято, что «внутренний закон, прокладывающий себе дорогу, через эти случайности и регулирующий их, становится видимым лишь тогда, когда они охватываются в больших, массах.» [44].

Вся методология теории людских потоков основывается на повторяемости, массовости операций, составляющих процесс, и самого процесса. Поэтому она дает расчетные результаты, к которым сходятся «в среднем» эмпирические данные каждой из серий многократных натурных наблюдений. Эвакуация — одна из возможных, но неповторяющаяся, реализация процесса. Поэтому ее расчет по средним показателям даст значительные отклонения от возможных фактически, что приведет опять же к неконтролируемому нарушению основного требования безопасности людей при эвакуации: ор—.

Даже без учета стохастичности процесса движения людского потока теория не смогла дать законченных простых методов нормирования размеров эвакуационного пути, т. е. методов решения задачи обратной определению времени эвакуации при его ограничении значением необходимого времени. Корректировка размеров путей движения по результатам графоаналитического расчета для выполнения условия «Ьр.— «Ьцс. давала одно из возможных в каждом конкретном случае решений, требовала многократного повторения его сложных и многодельных операций, что делало такой способ неприемлемым для практики даже при использовании детерминированных зависимостей между параметрами людских потоков.

Таким образом, уже в ходе развернувшихся работ практика нормирования выявила неприемлемость результатов и пораждающих их методологических принципов теории (табл. В.1.), что и определило чрезвычайную актуальность разработки новых методологических принципов, необходимых для надежного решения эадач нормирования: расчетного времени и размеров путей эвакуации, поставленных планами по решению важнейших народнохозяйственных проблем*.

Цель, диссертационной работы: теоретическое обобщение данных предшествующих исследований, психологии и физиологии, направленное на установление закономерностей формирования параметров людских потоков и их вероятных отклонений в процессе движения, для повышения надежности решения проблемы нормирования путей и расчетного времени эвакуации людей из зданий, сооружений и на территории их комплексов.

Достижение поставленной цели потребовало решения комплекса задач: провести статистический анализ однородности зависимостей между скоростью и плотностью людских потоков, установленных по данным различных серий натурных наблюденийустановить возможные психологические и физиологические механизмы формирования скорости движения людей в потоке, дать их математическую формализациюопределить структуру и количественное выражение закономерностей формирования скорости людских потоков в наблюдаемых и ожидаемых ситуациях повышенной психологической напряженностинайти форму и метод описания возможного многообразия проявления закономерностей формирования скорости людских потоков в зависимости от их плотности и уровня психологической напряженности ситуацийразработать комплекс моделей, имитирующих движение люд.

Таблице В.1.

ПРИЧИНЫ И СЛЕДСТВИЯ НЕОБОСНОВАННОСТИ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ПОЛОЖЕНИЙ.

ОШИБОЧНОЕ ПОЛОЖЕНИЕ.

Занижение расчётного значения V ш.

0,55 О,?

Выбор менее напряжённых условий.

0,55 0,7.

СЛЕДСТВИЕ ¦ а в.

0,05 0,5.

ОГРАНИЧЕНИЯ: БЛОКИРОВАНИЯ, СТР-ВА КРУПНЫХ СООРУЖ., <^ю (и СНИШШЕ ПЛОТНОСТИ щз% ш% при.

17 т~ л 8:

133%: ЗАСТР.

НАРУШЕНИЕ УСЛОВИЙ БЕЗОПАСНОСТИ ЭВА1СУАЩИ: ОБРАЗОВАНИЕ СКОПЛЕНИЙ, НЕ-КОНТРОЛИРУЖОЕ.

ПРИЧИНА.

Отсутствие описания зависимости скорости от психологической напряжённости ситуации, теоретическая необоснованность зависимостей скорости и интенсивности движения от плотности людского потока.

Расчёт по средним значениям при нелинейных зависимостях.

М) / увеличение од,. ~значений г Нг-г *.

V «ожвда-1 емое ь.

НАРУШЕНИЕ УСЛОВИЙ БЕЗОПАСг.

ЬфактиНОСТИ: ъческое.

Дет ермкнированность зависимостей, отсутствие учёта случайности их реализации Щ наиболее вероятное ж я? реализуе-/ мое расчётное tp ^.

Отсутствие методов учёта вероятности распределения расчётных параметров, -применение детерми-нировашшх зависимостей, отсутствие метода моделирования движения людского потока как случайного процесса.

Неконтролируемое распределение площади по сети эвакуационных путей.

РмгА ПОВЫШЕНИЕ СТОИМОСТИ 1 Га область 11тггтА СТИ-ЗМ0?Ж МОСТИ.

2. t кривая глишмального исхода площади на коммуникационные пнти.

Отсутствие развитых методов оптимизации, закономерностей маршрутизации и движения по участкам «неограниченной ширины» ского потока по участкам пути как случайный процесс, и организовать подготовку программ для реализации моделей на ЭВМразработать методологию нормирования расчетных зависимостей между параметрами людских потоков, определения расчетного времени эвакуации и размеров эвакуационных путей в соответствии с установленной структурой нормирования необходимого времени эвакуациинайти принцип построения пространственно-временного распределения людских потоков при свободном движении для проектирования пешеходных путей и решения задач, связанных с организацией движения людей на территории комплексов зданий и сооружений*.

Методика работы базировалась на использовании: методологии теории вероятностей и математической статистики (обработке эмпирических данных, проверка статистических гипотез, корреляционный и регрессионный анализ, теория крайних членов выборки, теория случайных функций) — концепций современной физиологии и психофизики (теория функциональных систем, психофизические законы, моделирование эмоциональных состояний) — результатов математической теории не-антогонистических игр и исследования операций (принцип согласованного оптимума, выбор решений в условиях неопределенности) — принципов моделирования сложных систем при воздействии случайных факторов (статистическое, имитационное моделирование) — опыта проектирования и эксплуатации коммуникационных путей зданий и сооружений различного назначения, крупных городских узлов*.

Научная новизна работы состоит в том, что в ней впервые: проведен анализ и группировка исходной эмпирической базы на основе оценки статистической однородности составляющих ее данных серий натурных наблюдений и экспериментовустановлена закономерность изменения скорости людского потока под воздействием его плотности, обоснованная действием психофизического закона Вебера-Фехнерапредложено описание формы зависимости изменения скорости людского потока от уровня эмоционального состояния составляющих его людей и на этом основании построена классификация скоростей по степени психологической напряженности движенияустановлены структура, вид и количественные выражения математических зависимостей, описывающих закономерности изменения скорости людского потока на различных видах пути при воздействии случайных факторовосуществлено моделирование движения людского потока как случайного процесса, наиболее полно отображающее его реальную структуру и закономерности движения.

Практическая ценность работы состоит в повышении безопасности людей при эвакуации и технико-экономической эффективности проектных решений зданий, сооружений и городских территорий. Апробацию результаты работы получили: в практике проектирования крупнейших объектов последних лет: спортивный комплекс «Олимпийский», дворцы спорта «Динамо» на проспекте Лавочкина и «Сокольники» в МосквеКазанский вокзал (реконструкция) в Москвеучебный комплекс «Большое МЙСИ» — конференц зал комплекса Главархива СССР и Научно-технического центра технической документации в Москвегостиничный комплекс «Дагомыс» в г. Сочикорпус поликристаллического кремния Таш-Кумырского заводана международных и всесоюзных конференциях, симпозиумах, совещаниях: I Международный симпозиум «Многоэтажные здания» .

Москва, 1972), Ш Международный симпозиум «Сборные Многоэтажные здания» (Москва, 1976), симпозиум «Архитектура и сценография» международной организации сценографов и театральных техников (Москва, 1981), совещания специалистов стран-членов СЭВ по согласованию материалов для разработки стандарта СЭВ «Противопожарные нормы проектирования зданий и сооружений» (ВНР, г, Мишкольц, 1976; ГДР, г. Лейпциг, 1978), Всесоюзная конференция по обеспечению безопасности людей при пожарах (Киев, 1978) — на ежегодных научно-технических конференциях МИСИ им. В. В. Куйбышева (1975, 1979, 1983 гг.) и Томского инженерно-строительного института (1980 г.).

Практическое внедрение результаты диссертационной работы получили: в нормировании — в разделах утвержденных глав строительных норм и правил (4.2.Противопожарные нормы проектирования зданий и сооружений: СНиП П-2−80.-М.:Стройиздат, 1981; Ч.2.Ма-газины: СНиП П-77−80.-М.:Стройиздат, 1981; 4.2. Метрополитены: СНиП П-40−80. — М.:Стройиздат, 1981; 4.2. Производственные здания промышленных предприятий: СНиП П-90−81. -М.:Стройиздат 1982; в проектах глав строительных норм и правил по проектированию общественных зданий, театров, клубов, спортивных сооружений, общеобразовательных школ, предприятий общественного питания, предприятий бытового обслуживания населенияв методических материалах к главам строительных норм и правилв учебном процессе — в лекционных курсах, дипломном проектировании и при подготовке аспирантов.

На защиту выносятся: результаты теоретического обобщения предшествующих иссле— дований людских потоков, концепций психологии и физиологии пен ведения, принципов теории неантагонистических игр и моделирования сложных систем, определившие научную новизну работыметодология решения на их основе проблемы нормирования параметров движения и путей эвакуации людей из зданий, сооружений и на территории их комплексов.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из следующих разделов: Введение.

Выводы.

1. Проектирование пешеходных путей на территории размещения комплексов зданий и сооружений, образующих узлы и центры различного градостроительного назначения, требует разработки комплексной методологии, включающей методы оптимального размещения центров тяготения людских потоков, построения жизнеспособной сети, установления расчетной ситуации функционирования источников людских потоков, методов построения пространственно-временных распределений людских потоков и определения соответствующих им размеров пешеходных путей. Компоненты такой методологии разработаны советскими исследователями, однако до сих пор отсутствовали методы построения пространственно-временных распределений, учитывающих стохэстичность свободного движения людского потока.

2. Основой методов построения пространственно-временного распределения людского потока, формирующегося из кратковременно и длительно функционирующих источников, является модель свободного движения из одного источника с кратковременным (мгновенным) выходом людей.

При кратковременном функционировании источников пространственно-временные распределения имеют аналитические описания и их параметры могут определяться при ручном счете. В общем случае распределение моментов прихода людей в сток может быть аппроксимировано распределением потока Эрланга ^ -го порядка, что показывает его асимметричность и зависимость от присущего процессу последействия.

Наиболее общим случаем является формирование пространственно-временного распределения потока из нескольких длительно функционирующих источников. Его построение требует многократного интегрирования и суммирования, что определяет необходимость применения ЭВМ. При помощи ЭВМ могут быть построены распределения при любом исходном распределении выхода людей из источников. Таким образом, разработанный метод обладает необходимой универсальностью для решения различных типов реальных задач.

3. Использование модели *>DLP для описания временных распределений людских потоков в реальных ситуациях показало адекватность моделируемых результатов натурным.

4. Применение разработанных моделей для решения практических задач позволяет решать разнообразные задачи проектирования пешеходных путей, определения загрузки транспортных сооружений и их оптимального (по критерию допустимого времени на передвижения) размещения. С применением разработанных моделей становится возможным многовариантное проектирование пешеходных путей и размещение различных по назначению стоков при различных режимах функционирования источников людских потоков в существующих и перспективных ситуациях.

Полученные результаты имеют практическое внедрение (приложение ill).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Достижение поставленной цели потребовало, прежде всего, формирования и систематизации всего имеющегося объема исходной эмпирической базы, поскольку до сих пор данные различных натурных наблюдений в общий банк данных не сводилисьимели различную степень статистической обработки и однородность выборочных совокупностей натурных наблюдений никогда не анализировалась.

Впервые проведенный дисперсионный анализ данных натурных наблюдений дал принципиально новые результаты. Во-первых, выяснилась однородность выборочных совокупностей натурных наблюдений потоков школьников различных возрастных групп при движении по горизонтальным путям и по лестницам вниз, что показало неправомочность существовавшего утверждения о их различии и появление на этом основании коэффициентов состава потока. Во-вторых, отсутствие однородности выборочных совокупностей серий натурных наблюдений движения по горизонтальным путям, выполненных во ВНИИПО, свидетельствовало о статистической некорректности их объединения для установления «основных закономерностей» .

Этот результат позволил впервые выдвинуть гипотезу о возможности применения теории случайных функций для описания общей зависимости между скоростью и плотностью людского потока. Результаты анализа однородности значений скоростей движения в различных интервалах плотности дали основание записать общий вид этой зависимости как элементарную случайную функцию, представляющую собой произведение случайной величины скорости сво неслучайную функцию плотности людского потока. Такое представбодного движения (в интервале плотности не более ление зависимости открыло наиболее простой путь поиска ее причинных связей, позволив рассматривать изменение скорости свободного движения как реакцию людей на изменение степени психологической напряженности ситуации, а снижение ее активности с ростом плотности — как психофизическую реакцию на увеличение интенсивности воздействия плотности людского потока.

Б работе впервые в истории исследований людских потоков проанализированы возможности применения данных психофизики и физиологической теории функциональных систем для установления закономерностей влияния эмоционального состояния и плотности потока на скорость его движения. Прямой перенос знаний психологии и физиологии в теорию людских потоков оказался невозможен. Для этого были применены новые для теории движения людских потоков методологические принципы, основанные на методах теории игр (принцип согласованного оптимума) и теории статистических решений (теория крайних членов выборки). Б результате была обоснована форма математического выражения закономерности изменения скорости движения людского потока от его плотности и уровня психологической напряженности ситуации. Значения величин математического выражения этой зависимости для всех видов пути в зданиях и на городских коммуникациях определены методом наименьших квадратов по данным всех серий натурных наблюдений, составивших исходную эмпирическую базу.

Поскольку ни один из существующих способов расчета не в состоянии воспроизвести движение людского потоке как случайный процесс, то был разработан комплекс моделей и основенных на них программ на языке Фортран 1У анализа движения людских потоков. Все модели используют представление закономерности изменения скорости потоков в виде элементарных случайных функций и. закономерности движения через границы смежных участков пути,. описанные в теории МИСЙ. В состав комплекса входят: дискретная' модель состояний потока со статистическим моделированием изменения его параметров в моменты перехода через границы последовательно расположенных элементарных участковвариант этой модели с детерминированными зависимостями перехода через границы элементарных участковмодель пространственно-временного распределения потока постоянной плотности. (Программирование расчетов по моделям осуществлялось с аспирантами Никоновым С. А. и Шамгуновым Р. Н., а натурная проверка результатов моделирования — с аспирантами Хомицкой A.A., Овсянниковым А. Н, Айбуевым З. С-А.).

Применение комплекса моделей и пограмм анализа движении людских потоков открыло совершенно новые возможности многовариантного исследования устойчивости значений расчетных параметров потока при различных начальных условиях и определения ожидаемых интервалов их изменений, необходимых для надежного установления нормируемых значений. В комплексе обеспечивается сопоставимость методики и результатов стохастического и детерминированного моделирования движения людских потоков, созданы необходимые основы для развития иммитационного моделирования людского потока, определяемого пространственно-временными перемещениями составляющих его людей с учетом дифференцированных особенностей их поведения при одновременном соблюдении общепотоковых закономерностей развития процесса в условиях возможных изменений состояния окружающей среды.

Установленные закономерности изменения скорости людского потока, основанные на них классификация скоростей движения в зависимости от уровня психологической напряженности ситуации и комплекс моделей и программ анализа движения людских потоков. создали бэзу для разработки новой методологии нормирования эвакуации людей из зданий и помещений, составными частями которой являются:

— выявление общей расчетной схемы эвакуации и ее модификаций, осуществленное на основании продолжительных работ по анализу типологических схем и оптимизации эвакуационных путей в зданиях и сооружениях различного назначения;

— установление расчетных параметров людских потоков на участках формирования — в источниках;

— определение при помощи стохастического моделирования числовых характеристик законов распределения параметров людских потоков и времени движения на участках расчетных схем;

— установление на этом основании гарантированных с высокой вероятностью соотношений между параметрами людских потоков на участках расчетных схем и выбор в качестве нормируемой одной из реализаций случайной функции закономерности изменения скорости людского потока, обеспечивающей установленные гарантированные параметры людских потоков при аналитических методах расчета размеров эвакуационных путей;

— нормирование предельных расстояний и необходимых расчетных значений ширины участков эвакуационных путей, используя нормированную реализацию закономерностей изменения скорости людского потока и расчетные соотношения между размерами эвакуационных путей".

Разработанная методика повысила надежность нормирования базопасной эвакуации людей и по оценке ведущих научно-исследовательских и проектных институтов обеспечила экономичность проектных решений эвакуационных путей в зданиях и сооружениях: при проектировании зданий театров годовая экономическая эффективность составит 960 тыс. руб., при проектировании производст-. венных зданий промышленных предприятий 9,75 млн. руб, из которых.

5,15 млн. руб может быть использовано на реализацию техничес- 1 них мероприятий по повышению безопасности людей при эвакуацииподтверждение экономической эффективности получено и при проектировании конкретных объектов строительства (см. приложение Ш).

В последнее время градостроительное проектирование выдвинуло ряд задач по организации движения людских потоков на территории крупных городских комплексов зданий и сооружений (тран-спортно-коммуникационных узлов, предзаводских территорий, пешеходных зон общественных и торговых центров, зон отдыха и т. п.), для решения которых прежнего представления людского потока в виде массы людей, идущих с одинаковой скоростью, явно недостаточно. Все эти разнообразные задачи требуют^ для своего решения построения распределений людского потока в пространстве и во времени с учетом начальных распределений скоростей движения в источниках людских потоков. Из-за отсутствия теоретических методов построения необходимых распределений их характеристики определялись для частных случаев трудоемкими и дорогостоящими натурными наблюдениями.

Соответствие распределений, даваемых моделью пространственно-временного распределения людского потока при свободном движении, реально наблюдаемым позволяет решать эти задачи на качественно более высоком уровне. Исследование при помощи моделирования изменений распределений людского потока на любом ужастке пути и в любой момент времени в зависимости от численности людей в источниках, количества, времени и интенсивности их функционирования, расстояний между источниками и между источниками и стоком при различных конфигурациях пешеходной сети позволяет всесторонне изучить проектную ситуацию и разработать активные мероприятия по ее регулированию.

Таким образом, развитие теории движения людских потоков, отображающее отохастичность их свойств и причинные связи их закономерностей позволило разработать методы наиболее полного описания реальной картины движения людских потоков, применение которых дало возможность успешно решить важные задачи проектирования коммуникационных путей зданий, сооружений и их комплексов.

Не будет преувеличением сказать, что нормирование — результат мучительной трансформации сложных теоретических знаний об объекте исследования в простые практические способы управления им. Практика требует простотытеория восстает против потери завоеванного напряженным трудом богатства тонкостей своих построений. В истории нормирования эвакуации людей уже был прецедент, когда зарождающаяся теория под напором простоты поспешила расстаться со своим основным достоинством: с первыми, открытыми С. В. Беляевым связями между параметрами людских потоков, подменив их постоянными числами. Это была не уступка и не компромиссэто была измена сути явления, представленной в его теоретической модели этими связями. Измена не окупилась: простой способ был получен, но проблема определения реального времени эвакуации, а с ней и проблема безопасности людей осталась нерешенной.

Через 40 лет ситуация могла повториться: теперь предлагалось отказаться от многообразия зависимостей между параметрами людских потоков, подменив не уясненную суть явления заманчивой простотой их однозначности. Пришлось и на этот раз отказаться от формализация прежней теоретической модели, но в этот раз не за счет выхолащивания ее сути, а в пользу углубления понимания и воспроизведения всего богатства ее реальных проявлений. Благодаря проведенному теоретическому обобщению ни один из результатов трудоемких исследований людских потоков не был отброшен, случайностью его проявления за границу «основных» зависимостей, а все они стали необходимой аргументацией определяющих их внутренних законов.

Достигнутая простота формы нормирования — итог всестороннего учета слогности реального явления и аппроксимации на этой основе его крайних проявлений. Именно тем, что в результате проведенной работы стало возможно воспроизвести вероятные распределения &bdquo-параметров людских потоков и времени их движения и на основании такой полной информации установить для нормирования гарантированные расчетные характеристики, и обеспечивается надежность выполнения требований безопасности людей при эвакуации. Именно такое, основанное на максимальном приближении к реальности закономерностей и особенностей движения людских потоков, нормирование размеров путей эвакуации позволяет найти резервы повышения технико-экономической эффективности проектных решений.

Дальнейшее развитие исследований связано: в области теории — с разработкой теоретического подхода к установлению значений коэффициента С^ и величин Т)0(| в общей формуле скорости людского потока, с уточнением описания влияния психологической напряженности ситуации на поведение людей различных возрастных групп и подготовки, с развитием моделирования случайной структуры потока людей, выбора ими маршрута движения и изменений их психологического состояния при изменении ситуации по ходу движенияв области повышения надежности нормирования — прежде всего с углублением изучения динамики опасных для жизни людей факторов пожара, их комплексного воздействия и вероятности распространения.

Полученные в работе зависимости и модели позволяют орга-(нически включить в них новые данные и вести моделирование сто-хастичности движения людей в комплексе со статистическим моделированием изменений окружающей среды.