«Разработка имитационной модели "эвакуация людей в чрезвычайных ситуациях"» - Дипломная работа

Содержание

ВВЕДЕНИЕ 5

ГЛАВА 1. ОПИСАНИЕ ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ И АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ 8

1.1 Анализ процесса эвакуации 11

1.2 Паника как форма массового поведения 16

1.3 Имитационное моделирование для анализа эвакуации 18

1.4 Интегрированная среда Anylogic 21

1.5 Постановка цели и задач работы 22

ГЛАВА 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ЭВАКУАЦИИ 25

2.1 Математическая модель поведения агента 25

2.2 Функциональная модель процесса эвакуации 31

2.3 Информационная модель процесса эвакуации 34

ГЛАВА 3. ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ МОДЕЛИ ЭВАКУАЦИИ 37

3.1 Описание процесса разработки модели эвакуации 37

3.2 Моделирование различных сценариев процесса эвакуации 45

3.3 Оценка эффективности результатов моделирования 49

ГЛАВА 4. ОРГАНИЗАЦИОННО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 51

4.1 Обоснование актуальности 51

4.2 Маркетинговые исследования 51

4.3 Анализ конкурентоспособности 53

4.4 Календарный план 58

ГЛАВА 5. ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПРОЦЕССА ЭВАКУАЦИИ ЛЮДЕЙ 59

5.1 Характеристика процесса эвакуации 59

5.2 Расчет пожарного риска 65

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 87

ЛИТЕРАТУРА 88

Введение

Общая тенденция увеличения показателей гибели и травмирования людей при критических ситуациях в Российской Федерации обуславливает необходимость внедрения новых средств и способов обеспечения безопасности, направленных на сохранение жизни и здоровья людей при возможных опасных ситуациях в зданиях.

Разнообразие объектов с массовым пребыванием людей требует создание на них объективных технических условий для выполнения основных требований безопасности, которые предусматривают проведение профилактических мероприятий и содержание всех систем защиты в соответствии с требованиями проектной, технической и нормативной документации. Важнейшей составляющей таких систем являются средства оповещения, которые должны обеспечить передачу своевременной информации о возникновении угрозы, выборе наиболее безопасных путей эвакуации в зависимости от реализуемого сценария развития чрезвычайной ситуации.

Задачей первостепенной важности является проведение серий натурных наблюдений поведения людей в период подготовки к эвакуации, её организации и эвакуации людей разных возрастных групп с помощью различных спасательных средств, с целью получения исходного статистического материала.

Необходимо проведение многосторонних теоретических исследований, базирующихся на полученных эмпирических данных, ранее установленных положений теории людских потоков и психофизиологии поведения людей во время эвакуации.

Данная совокупность факторов определяет актуальность настоящей работы, а целью работы является сокращение рисков и сокращение времени эвакуации людей из здания в критических ситуациях.

Объектом исследования является процесс эвакуации в зданиях с массовым пребыванием людей.

Благодаря данным, полученным на базе изучения ОАО «Международный аэропорт «Уфа», был проведен эксперимент на имитационной модели, разработанной в программе AnyLogic. Результаты предназначены для теоретического обоснования действий лиц принимающих решения, призванных в условиях ограниченных ресурсов и времени выработать комплекс мероприятий, обеспечивающих требуемый уровень безопасности в зданиях с массовым пребыванием людей.

Модель эвакуации, разработанная в выпускной квалификационной работе (ВКР), предназначена только для изучения процесса эвакуации, однако при должной доработке модели, её можно использовать для анализа других различных процессов.

Целью ВКР является сокращение рисков и сокращение времени при эвакуации людей из здания аэровокзала в критических ситуациях.

Для достижения данной цели, должны быть решены следующие задачи ВКР:

1. Разработать информационную и функциональную модель процесса эвакуации из здания;

2. Определить критерий эффективности;

3. Реализовать модель в пакете имитационного агентного моделирования AnyLogic, провести ряд имитационных экспериментов, оценить эффективность применения моделирования.

В первом разделе описана предметная область, проведен анализ базы практики, рассмотрены цели и задачи работы, определены критерии эффективности. Во втором разделе приведена математическая модель поведения агента, построены функциональные модели процесса эвакуации, информационная модель процесса эвакуации. В третьем разделе описана разработка модели процесса эвакуации в пакете имитационного моделирования, проведение экспериментов и их оценка. Четвертый раздел посвящен организационно-экономическим вопросам – таким, как актуальность темы, расчет экономической целесообразности от ее использования. В пятом разделе описываются требования для проведения безопасной эвакуации, проводятся расчеты параметров эвакуации.

Выдержка из текста работы

ГЛАВА 1. ОПИСАНИЕ ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ И АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ

Опасность – это начавшееся или возможное, неблагоприятное воздействие на человека его окружающую среду вредных факторов различного происхождения: вероятность возникновения неблагоприятных событий, угрожающих, имуществу человека, жизни, здоровью его правам и интересам.

Аксиома о потенциальной опасности: ни в одном виде деятельности невозможно достичь абсолютной безопасности. Следовательно – любая деятельность потенциально опасна.

Опасный фактор, количественной и качественной характеристики, продолжительности действия, может оказать следующие отрицательные воздействия на человека:

- чувство дискомфорта;

- усталость;

- острые и хронические профессиональные заболевания;

- травмы различной тяжести;

- летальный исход.

Также выделяются следующие естественные источники опасностей:

- землетрясения, наводнения;

- космические источники – метеориты, кометы, солнечная активность;

- глобальное потепление.

Антропогенные источники опасностей:

- войны и конфликты;

- экологическая и техногенная опасность;

- опасность со стороны полей и излучений;

- опасность со стороны веществ.

Техногенные источники опасности – это прежде всего опасности, связанные с использованием транспортных средств, с эксплуатацией подъемно-транспортного оборудования, использованием горючих, легковоспламеняющихся и взрывоопасных веществ и материалов, с использованием процессов, которые происходят при повышенных температурах и повышенном давлении, с использованием электрической энергии, химических веществ, разных видов излучения (ионизирующего, электромагнитного, акустического). Источниками техногенных опасностей являются соответствующие объекты, связанные с влиянием на человека объектов материально-культурной среды.

К социальным источникам опасностей принадлежат опасности, вызванные низким духовным и культурным уровнем: бродяжничество, проституция, пьянство, алкоголизм, преступность и тому подобное. Источниками этих опасностей является неудовлетворительное материальное состояние, плохие условия существования, забастовки, восстания, революции, конфликтные ситуации на межнациональной, этнической, расовой или религиозной почве.

Когда говорят о таких источниках опасности, как профессиональная заболеваемость, профессиональный травматизм и тому подобное, имеют в виду не заболевание одного лица, травму или злополучный случай, а явление в определенной отрасли, регионе, стране, которое приводит к уменьшению производительного потенциала общества, социальной напряженности, повышения общей заболеваемости населения.

Следует четко осознавать, что наличие источника опасности не означает того, что человеку или группе людей присущи какие-то недостатки. Существование источника опасности свидетельствует всего лишь о существовании или же возможности образования конкретной опасной ситуации, которая может нанести вред, привести к материальным убыткам, повреждению, вреда здоровью или летальному исходу.

Под поражающими факторами понимают такие факторы жизненной среды, которые в определенных условиях наносят ущерб людям и системам жизнеобеспечения людей, приводят к материальным убыткам. По своему происхождению поражающие факторы могут быть физические, в том числе энергетические, химические, биологические, социальные и психофизиологические. В зависимости от последствий влияния конкретных поражающих факторов, они в некоторых случаях разделяются на вредные и опасные.

Вредными факторами принято называть такие факторы жизненной среды, которые приводят к ухудшению самочувствия, снижению работоспособности, заболеванию и даже смерти как следствию заболевания.

Опасными факторами называют такие факторы жизненной среды, которые приводят к травмам, ожогам, обморожениям, другим повреждениям организма или отдельных его органов и даже внезапной смерти.

Хотя деление поражающих факторов на опасные и вредные довольно условно, оно эффективно используется в охране труда в организации расследования и учета несчастных случаев и профессиональных заболеваний, налаживания работы, направленной на разработку мероприятий и средств защиты работников, профилактику травматизма и заболеваемости на производстве.

По характеру и естественному влиянию опасные и вредные факторы разделяются на четыре группы:

- физические;

- химические;

- биологические;

- психофизиологические.

Под идентификацией (лат. indentifico) понимается процесс обнаружения и установления количественных, временных, пространственных и иных характеристик, необходимых и достаточных для разработки профилактических и оперативных мероприятий, направленных на обеспечение нормального функционирования технических систем и качества жизни. В процессе идентификации выявляются номенклатура опасностей, вероятность их проявления, пространственная локализация (координаты), возможный ущерб и другие параметры, необходимые для решения конкретной задачи.

Методы обнаружения опасностей делятся на:

- инженерный. Определяют опасности, которые имеют вероятностную природу происхождения;

- экспертный. Он направлен на поиск отказов и их причин. При этом создается специальная экспертная группа, в состав которой входят разные специалисты, дающие заключение;

- социологический метод. Применяется при определении опасностей путем исследования мнения населения (социальной группы). Формируется путем опросов;

- регистрационный. Заключается в использовании информации о подсчете конкретных событий, затрат каких-либо ресурсов, количестве жертв;

органолептический. При органолептическом методе используют информацию, получаемую органами чувств человека (зрением, осязанием, обонянием, вкусом, слухом). Примеры применения – внешний визуальный контроль техники, изделия, определение на слух (по монотонности звука) четкости работы двигателя и прочее [1].

1.1 Анализ процесса эвакуации

1.1.1 Понятие эвакуации

Эвакуация представляет собой процесс организованного самостоятельного движения людей наружу из помещений, в которых имеется возможность воздействия на них опасных факторов. Эвакуацией также следует считать несамостоятельное перемещение людей, относящихся к маломобильным группам населения, осуществляемое обслуживающим персоналом. Эвакуация осуществляется по путям эвакуации через эвакуационные выходы. Приоритетность требований направлена на обеспечение безопасности людей, по сравнению с другими требованиями. Поэтому сегодня, как и тысячи лет прежде, для людей эвакуация остается естественным способом самим спасти себя в современных чрезвычайных ситуациях.

Эвакуация – не только индивидуальная потребность человека, но и первостепенное требование обеспечения безопасности людей в отечественных противопожарных нормах строительного проектирования, п. 6.1 раздела «Обеспечение безопасности людей» которых гласит: «Требования настоящего раздела направлены:

- на своевременную и беспрепятственную эвакуацию людей;

- спасение людей, которые могу подвергнуться воздействию опасных факторов пожара;

- защиту людей на путях эвакуации от воздействия опасных факторов пожара»

При этом в п. 6.4 норм записано: «Эвакуационные пути в пределах помещения должны обеспечивать безопасную эвакуацию людей через эва-куационные выходы из данного помещения без учета применяемых в нем средств пожаротушения и противодымной защиты». Возможное время эвакуации людей из помещений не может превосходить продолжительности начальной стадии пожара.

Нарушение требований может привести к увеличению времени эвакуации и, соответственно, повлечь за собой гибель людей.

1.1.2 Принципы и способы эвакуации

Эвакуация обычно сочетается с организацией других защитных мероприятий, такие как укрытие, проведением противопожарных, противорадиационных, медицинских и других работ. Всё это проводится для того что бы вывести (вывезти) граждан из опасных помещений или зон с минимальными потерями.

Количество же людей, подлежащих к вынужденной эвакуации как правило определяется местными органами власти с учетом рекомендаций штага ГО и ЧС, всё зависит от масштаба и характера бедствия в чрезвычайной ситуации (ЧС).

Соответствующим руководителям следует помнить, что эвакуации подлежит также население, проживающее в зонах возможного катастрофического затопления. Выводят это население недалеко – в населенные пункты вблизи таких зон.

Во время эвакуации вывозят (выводят) людей в загородную зону, т.е. в те районы и населенные пункты, где дальнейшее проживание не представляет опасности. Их удаленность может быть самой различной, от нескольких километров до сотен.

Районы (населенные пункты), где размещается эвакуированное население, как правило, находятся вблизи железных и автомобильных дорог, речных пристаней.

Семьи не разбиваются, а вывозятся вместе, также и расселяются единым коллективом в домах местных жителей, в общественных зданиях (клубах, школах, на туристских и спортивных базах, в домах отдыха, пансионатах и санаториях).

В условиях возникновения чрезвычайной ситуации особо важное значение приобретает быстрота эвакуации. С этой целью может использоваться не какой-либо один вид транспорта, а все его многообразие, то есть комбинированно.

Комбинированный способ предусматривает как вывоз населения автомобильным, железнодорожным, водным транспортом, так и массовый вывод пешком. Транспорт используется для тех, кто не может передвигаться самостоятельно (престарелых, инвалидов, больных, беременных женщин, женщин с детьми до 10 лет). Пешком выводится вся остальная здоровая часть населения.

Эвакуация рабочих, служащих и членов их семей осуществляется по производственному принципу, то есть по предприятиям, цехам, отделам. Эвакуация населения, не связанного с производством, производится по территориальному принципу – по месту жительства, через домоуправления и различные другие жилищно-эксплуатационные организации. Дети обычно эвакуируются вместе с родителями, но в особых случаях образовательные учреждения и детские сады вывозятся самостоятельно. Организуют эвакуацию начальники ГО – главы администраций городов, районов, руководители предприятий, организаций, учреждений. Рабочим аппаратом у них служат штабы ГО и ЧС.[2]

1.1.3 Обеспечение безопасности эвакуации людей из зданий и сооружений

Эксплуатация зданий, сооружений любого назначения и прилегающей к ним территории должна обеспечивать условия, необходимые для реализации жизненных, духовных и социальных потребностей человека, зависящих от его возраста, психофизиологического состояния и процессов жизнедеятельности, для осуществления которых предназначено каждое конкретное здание или сооружение. Первостепенной жизненной потребностью человека (витальной – от лат. vitalis) является обеспечение безопасности его жизни и здоровья. Система возможных угроз жизни и здоровью людей, находящихся в зданиях, показаны на рисунке 1.1. Угрозы взаимосвязаны между собой, одна угроза может вызвать другую угрозу или целый их спектр.

Заключение

В рамках выполнения ВКР была изучена теория эвакуации, модель эвакуации, агентная модель, теория паники, особенности поведения людей при возникновении критической ситуации, критерии безопасной эвакуации.

На основании полученной информации была разработана модель эвакуации в специализированном пакете имитационного моделирования Anylogic. Исходными данными послужили: физиологические особенности человеческого строения, планировка здания аэровокзала. Модель воспроизводит мини-симуляцию работы аэровокзала и позволяет запустить процесс эвакуации в любой момент времени. В связи с этим был проведен ряд экспериментов, который позволил проверить 4 сценария эвакуации. Результаты работы позволяют выбрать наиболее оптимальный путь эвакуации для группы людей исходя из времени прохождения, доступности, плотности. Также результаты позволяют выявить проблемные участки на различных маршрутах. Наличие подобной информации позволяет повысить уровень безопасности в здании с массовым пребыванием людей в условиях ограниченности ресурсов и времени.

Разработанная модель обладает высоким быстродействием, возможностью в реальном времени отслеживать весь процесс эвакуации.

Список литературы

1. Раздорожный А. А. Охрана труда и производственная безопасность: учебно-методическое пособие. М.: Экзамен, 2005. 512 с.

2. Холщевников В. В., Самошин Д. А. Эвакуация и поведение людей при пожарах: учеб. пособие. М.: Академия ГПС МЧС России, 2009. 212 с.

3. Ольшанский Д. В. Психология масс. СПб: ПИТЕР, 2002. 368 с URL: http://li**s.ec/b/315599

4. Википедия. Свободная библиотека. URL: ru.wikipedia.org/ wiki/Имитационное_моделирование#cite_note-1

5. Справка Anylogic. URL: http://www.an**ogic.ru/anylogic/help/ index.jsp?topic=/com.xj.anylogic.help.nl_ru/nl/ru/html/agentbased/Agent%20Based%20Modeling.html

6. Anylogic. URL: http://www.an**ogic.ru/overview

7. Cornell University Library. URL: http://ar**v.org/abs/cond-mat/9805244v1

8. Википедия. Свободная библиотека. URL: ru.wi**edia.org/wiki/Агентное_моделирование

9. Имитационное моделирование систем в среде AnyLogic: учебно- методическое пособие / под ред. М. В. Киселёвой. Екатеринбург: УГТУ - УПИ, 2009. 88 с.

10. Осоргин. А. Е. AnyLogic 6. Лабораторный практикум. 2-е изд., перераб., доп. Самара: ПГК, 2012.110 с.

11. Федеральный закон №123-ФЗ. Технический регламент о требованиях пожарной безопасности. ст 2. Основные понятия. М.,2008.

12. СНиП 21-01-97*. Пожарная безопасность зданий и сооружений. М., 1998. 21 с.

13. СНиП 2.04.09-84. Пожарная автоматика зданий и сооружений. М., 2009. 24 с.

14. Федеральный закон № 123-ФЗ. Технический регламент о требованиях пожарной безопасности. ст. 2, п.28. М., 2008.

15. Федеральный закон № 123-ФЗ. Технический регламент о требованиях пожарной безопасности. ст. 2, п.8. М., 2008.

16. Федеральный закон № 123-ФЗ. Технический регламент о требованиях пожарной безопасности. ст. 2, п.9. М., 2008.

17. Федеральный закон № 123-ФЗ. Технический регламент о требованиях пожарной безопасности. ст. 79 п.1 и ст.93 пп 1,3. М., 2008.

18. Методика определения расчетных величин пожарного риска в зданиях, сооружениях и строениях различных классов функциональной пожарной опасности. МЧС.М., 2009. 110 с.

19. ГОСТ Р 12.3.047-98 ССБТ. Пожарная безопасность технологических процессов. Общие требования. Методы контроля. М., 2000. 77 с.

Тарифы на электроэнергию в Уфе и республике Башкортостан. URL: http://ener**vopros.ru/spravochnik/elektrosnabzhenie/tarify-na-elektroenergiju/respublika_bashkortostan/29733/

20. Википедия. Свободная библиотека. URL: ru.wik**dia.org/wiki/ Опасность

21. Википедия. Свободная библиотека. URL: ru.wik**ia.org/wiki/AnyLogic