مدل سازی خروج ساکنین در حریق یک ساختمان

همانند سایر نقاط جهان، استرالیا یک رویکرد دو قسمتی برای طراحی ایمنی حریق ساختمان ها در اختیار دارد. اولی رویکرد سنتی و دیگری رویکردی مبتنی بر عملکرد مهندسی دارد. در هر دوی این موارد مقررات ساختمانی ملی استرالیا (BCA) روی طراحی ساختمان نظارت دارد. بنابراین BCA قوانین مرتبط با طراحی بر اساس عملکرد مهندسی را نیز مشخص می کند.
محیط های مبتنی بر عملکرد، بر اساس اهداف و وضعیت کارکرد ها، ‌الزامات اجرایی را تعیین می کند. این الزامات توسط Australian Building Codes Board (ABCB) مشخص می شود و معمولا توسط هر ایالت تنظیم می گردد. این قوانین تنها در مورد آتش سوزی نیست و جنبه های دیگر طراحی ساختمان برای مثال اجزای ساختمانی را نیز شامل می شوند. یکی از اهداف معمول و رایج، حفظ جان ساکنین در برابر بیماری و جراحت حین آتش سوزی است و درین جا هدف براساس وضعیت “زمان دادن به جمعیت برای تخلیه ی ایمن” می باشد.
دو راه برای این منظور وجود دارد که یکی از این راه ها جنبه قدیمی و سنتی است که به آن “Deemed-to-Satisfy” می گویند. طبق تعریف DtS الزامات و قوانین مرتبط با این رویکرد ما را به هدف می رساند. اما هیچ تضمینی برای رسیدن به هدف با رویکرد DtS وجود ندارد. رویکرد DtS معمولا بر اساس راهمارهای قدیمی و تاریخی است که در طی سال ها به نظر موفقیت آمیز رسیده است. اما با وجود مواد جدید در ساختن ساختمان هایی با طراحی جدید ممکن است نتواند نتیجه خوبی عاید آنها کند.
راه دیگری رسیدن به الزامات عملکردی استفاده از Alternative Solution است. در شرایطی که نیازهای ایمنی یکسانی وجود دارد، AS را می توان معادل DtS دانست. اما AS به وسیله تحلیل های مهندسی می تواند الزامات عملکردی را ارضا کند.
معمولا پروسه طراحی از راهنماهای بین المللی مهندسی حریق (Fire Engineering Guidelines) پیروی می کند که به دنبال آن مدارک مربوط به گزارش مهندسی حریق یا همان FER (Fire Engineering Report) نیز برای رویکرد AS ایجاد می شود. به این ترتیب پس از ساختن ساختمان، سیستم های قرار گرفته در آن توسط پروسه مشارکتی تست و چک می شود.
این مقاله موردی را بررسی می کند که در آن یک ساختمان با به کارگیری رویکرد AS پیچیده ساخته شد، اما این سیستم به خوبی اجرا نشد. براورد طراحی موجود و برنامه ریزی سیستم های کنترل ساختمانی بر اساس شبیه سازی های کامپیوتری در این مقاله مورد توجه قرار گرفت.

مطالعه موردی، بهبود عملکرد سیستم در یک ساختمان بلند مرتبه موجود

یک ساختمان بلند 13 طبقه در ملبورن در اوائل دهه 2000 میلادی با استفاده از روش AS طراحی شد. DtS های BCA مشخص نمود که دو راه پله غیر فشاری عایق در برابر آتش سوزی مورد نیاز است. FER یک راه پله غیر فشاری برای به کارگیری طبقات بالاتر استفاده کرد و از آسانسور برای خارج کردن طبقات درگیر آتش استفاده می شود (طبقه منشا آتش که طبق تعریف طبقه ای است که برای بار نخست حریق در آن پیدا شده است). FER سیستم های آتش سوزی فعالی را می خواست که فراتر از نیاز DtS است. این شامل دو ناحیه اسپرینکلر جداگانه در هر طبقه بود (که بین حریق اتفاق افتاده در آپارتمان و حریق رخ داده در راه رو تمایز قائل شود).
FER استراتژی را مشخص کرد که طی آن در صورت رخ دادن حریق (و کار نکردن اسپرینکلرها) هر دوی آسانسور ها به سطح زمین بروند تا مسافران را پیاده کنند. بعد از آن، یکی از آسانسور ها (به طور اتفاقی) برای انتقال به طبقه حریق منتقل می شود، اگر این طبقه بین 9 تا 12 باشد. آسانسور دیگر در سطح زمین باقی می ماند تا توسط پل حریق مورد استفاده قرار بگیرد. طبقات هم کف تا 8 با دو راه پله کار می کنند بدین ترتیب نیازی به آسانسور برای این طبقات نیست.

شکل1. آسانسور برای تخلیه اضطراری

AS الزام کرد که آسانسور برای تخلیه برای طبقات 9 تا 12 و فقط برای طبقه آتش سوزی برای تخلیه (طبق شکل1) مورد استفاده قرار بگیرد. برای مثال، حریق در طبقه نهم الزام می کند که ساکنین طبقات 10، 11 و 12 از راه پله برای تخلیه استفاده کنند.
اما در حین اجرای این طرح، ‌مالکین ساختمان متوجه شدند که AS درین جا به طور صحیح اجرا نشده است. موضوع اصلی این بود که این آسانسور ها هر گز برای موقعیت حریق طراحی نشده بودند. بدین ترتیب باید روش دومی برای فرار و خارج شدن از طبقات بالای ساختمان مثل طبقه 9 به بالا، پیدا کرد.
به خاطر پیچیدگی سیستم، ساکنین نمی دانستند چگونه و با استفاده از چه روشی می توانند حین حریق ساختمان را تخلیه کنند. AS متدی را برای آگاه کردن ساکنین که دقیقا حریق در کدام طبقه پیدا شده است مشخص نکرد، یا مشخص نکرد از کدام شیوه (راه پله، آسانسور یا هر دو) می توان برای تخلیه بهره برد.
به این ترتیب ساکنین ممکن است زمان زیادی را در لابی منتظر بمانند تا بفهمند آسانسور برای فعالیت آماده نیست و آنها باید یا به آپارتمان خود بازگردند یا از پله جدا شده استفاده کنند. در عمل، به دلیل نبود تمرین و اطلاعات کافی پیش بینی می شود و انتظار می رود که اکثر ساکنین از یک راه پله برای خروج و تخلیه استفاده کنند.
از آنجا که آسانسور نمی تواند حین تخلیه به طور کامل پاسخگوری نیاز های ساکنین باشد، بهتر و قابل اطمینان تر است تا از راه پله قشاری استفاده کرد. این مورد زمان تخلیه را افزایش می دهد و در نهایت برای ساکنین ایجاد خطر می کند.
ماموریت اصلی مالک استفاده از سیستم های موجود تا حد امکان بود، در عین حال به دنبال ساده سازی عمل تخلیه و تامین الزامات BCA نیز بود.
ما موقعیت را براورد کردیم و پیشنهاد کردیم که عمل بالا بردن تغییر کند و ساکنین بتوانند از هر طبقه از آسانسور استفاده نمایند.

شکل2- مدل راه یاب

برای رسیدن به این هدف ما مدل سازی تخلیه را با استفاده از پکیج نرم افزاری pathfinder (به شکل 2 مراجعه کنید) انجام دادیم تا بتوانیم در شرایطی که تمام الزامات AS به خوبی رعایت می شود، مدت زمان لازم برای تخلیه ساکنین را مشخص کنیم. پس از آن زمان تخلیه را برای طرح و روش تخلیه جدید براورد کردیم. روش تخلیه جدید دارای ویژگی های زیر می باشد:
آسانسور برای تمام طبقات موجود است، غیر از مواردی که آتش سوزی در لابی اتفاق افتاده است. این روش به جای روش استفاده از آسانسور تنها برای طبقه شروع حرق، استفاده می شود. با این کار از گیج شدن ساکنین جلوگیری می شود و کمترین تاثیر را بر روی زمان تخلیه از ساختمان می گذارد.
سیگنال های تخلیه در بازه های زمانی 30 ثانیه ای، به طور آبشاری به دو طبقه بالاتر و یکی پایین تر از منبع آتش سوزی می رسد. این کار همراه با تمرین صنعتی ای است که در ساختمان اصلی گنجانده شده است. FER اصلی مستلزم یک تاخیر 120 ثانیه بین اولین طبقه آگاه شده و ساکنین در تمام طبقات است.

نتایج مدل سازی به شرح زیر می باشد:

جالب توجه است که بدانیم با وجود آنکه تمام ساکنان 4 طبقه بالاتر می توانند الان از آسانسور تخلیه استفاده کنند، مدل سازی پیاده نشان می دهد که زمان تخلیه نسبت به آنچه بر اساس رویکرد اصلی پیش بینی می شد افزایش نداشته است. این به خاطر سیستم آلارم آبشاری بود که ساکنان را به موقع آگاه می کرد تا شروع به تخلیه کنند.
نتیجه نهایی ساختمانی است که ماموریت و الزامات BCA را با کمترین مزاحمت و اخلال برای ساکنینش انجام می دهد.

نتیجه گیری

در استرالیا استفاده از گزینه بر اساس عملکرد معمولا منجر به نواوری و طراحی انعطاف پذیر می شود. تکنیک های تحلیل مدرن با استفاده از شبیه سازی های کامپیوتری نقش اصلی را در دنیای طراحی بر اساس عملکرد بازی می کنند. این مقاله چگونگی استفاده از مدل سازی خروج را نشان می دهد.