Výtahy a pohyblivé schody jako prostředky pro evakuaci

Porovnání a kombinace

Po úvodní úvaze porovnání evakuačních možností v budovách a na lodích je k dispozici krátký přehled několika desítek snah modelování evakuace pomocí výtahů a schodišť jednotlivě i ve vzájemné kombinaci. Je k dispozici informace o pohybu lidí na schodištích a samotná evakuace po schodištích se při zvyšování obsazení budov stále více prosazuje. Spoléhání na schodiště jako únikové cesty bude vyžadovat věnovat větší pozornost proměnlivé šířce, včetně výběru minimálních šířek uvedených v normách a předpisech. Projektanti, architekti a majitelé/provozovatelé bezpečnosti budov musí být otevření změně tradičního myšlení, nejenom v relativně jednoduchém používání šířky schodišť, ale i celkovému systému úniku v případech širokého rozsahu nebezpečí.

Překážky v použití výtahů při evakuaci se mnohem více ukazují v chování lidí než jako technické překážky. Proto každé jednání zaměřené na používání výtahů při požáru a při jiných nebezpečích by mělo posuzovat překážky vyvolané chováním lidí, stejně jako technické problémy a návrhy. Jak jsme zvyklí vidět výtahy a jak o nich uvažujeme? Jak jsme zvyklí vidět a přemýšlet o schodištích jako únikových cestách? Většina mnohapodlažních budov by nemohla existovat bez schodišť. Vysoké budovy by nebyly možné bez výtahů. Jak by mohly vysoké budovy existovat bez výtahů? Jak by mohly vysoké budovy existovat bez schodišť? Tato tvrzení se obecně přijímají a při nezávislém posouzení to jsou provokativní otázky. Jak dalece toto tvrzení a otázky odpovídají skutečnosti? Požáry a jiná nebezpečí jsou skutečností a musí se tak o nich uvažovat. Tyto skutečnosti by tedy mohly vést k mnohem pečlivějšímu prozkoumání obecně přijímaných stanovisek a otázek.

Porovnání budov a lodí

Podnětem k pečlivějšímu přezkoušení je dále uvedené porovnání vysokých budov a velkých lodí pro dopravu osob. Při tomto srovnání se mohou výtahy v budovách posuzovat jako čluny, kterými jsou vybaveny lodě, částečně pro nástup (v přístavech s přístavišti s dostatečně hlubokou vodou), ale především pro nouzový únik (použitím záchranných člunů). Nouzová schodiště se považují za osobní záchranné prostředky nebo záchranné vesty na lodích.

Můžeme také vzít v úvahu Titanic, který byl pro případ nebezpečí vybaven záchrannými čluny pro jednu třetinu cestujících. Někteří odborníci a organizace argumentují, že není potřeba uvažovat o zdokonalování prostředků pro únik z vysokých budov, jestliže se jedná o předcházení teroristickým útokům jako je např. náraz velkého letadla do vysoké budovy. To je argumentace některých lidí podobná po potopení Titanicu, že problémem byl nikoliv nedostatek záchranných člunů, ale prostě potřeba zastavit náraz ledovce. Jistě navrhování, stavba a provoz lodí, aby se minimalizovala kolize s ledovcem tvoří nutná předběžná opatření, ale nejsou dokonalým protiopatřením pro náraz ledovce nebo pro jiná nebezpečí. Stále jsou zapotřebí zmírňující opatření - včetně evakuace. I když na méně častém nebo méně naléhavém základě než v minulosti. Nebo jsou nyní tyto situace skutečně méně časté a budou se tyto situace opakovat v budoucnosti? Můžeme opravdu jednoduše zachovávat evakuační opatření z minulého století (obrazně řečeno spoléhat na záchranné vesty spíše než na přiměřené množství a kvalitu záchranných člunů) nebo bychom měli provést nějaká zdokonalení?

Jaká jsou to zdokonalení? Výtahy i schodiště ve vysokých budovách mohou být navrhovány spolehlivější a bezpečnější podle požárních podmínek. Pro obě zařízení je jasné, že by pomohlo jejich účinnější oddělení od zbytku budovy. Kouř a teplo mohou být udrženy v patřičných mezích zvláště zlepšeným rozčleněním včetně příchodu ke schodištím a rozčleněním výtahových nástupišť. Opatření provedená automatickým hasicím systémem, i když jsou velice účinná, nejsou 100% účinná při požáru a pomáhají jen málo nebo vůbec ne v případě jiných nebezpečí. Mezinárodní pracovní skupina "Instituce stavebních inženýrů" při uvažování bezpečnosti ve vysokých budovách a při zvážení zjištění a doporučení hodnotícího týmu Světového obchodního centra doporučila, abychom považovali "aktivní ochranu" jako jsou např. sprinklery za doplněk a ne za náhradu pasivní ochrany proti ohni a neuvažovali je pro extrémní případy.

Podobně jako v roce 2002 v New Yorku a i jinde Pauls opakovaně obhajoval zdokonalování schodišť a předpisů a norem pro jejich navrhování. Nápadně mezi těmito zlepšeními vynikla opětovná úvaha o tradiční standardní minimální šířce schodišť - 1 120 mm, prakticky 940 mm světlé šířky mezi madly. K usnadnění dvou proudů lidí vedle sebe, pohybu s předbíháním a dvou proudů proti sobě - jako je pohyb proti sobě při evakuaci - vyžaduje minimální šířku 1 200 mm mezi madly.

Ale právě tato provokativní, ale oprávněná doporučení nejdou dostatečně daleko. Měli bychom znovu promyslet únik lidí důkladněji. Neměli bychom vkládat všechna naše vejce do jednoho košíku nebo očekávat, že se tato vejce nosí, v případě nebezpečí, v papírovém sáčku. Kombinace používání výtahů a schodišť pro únik lidí byla uvedena nejméně už v roce 1977 v Paulsově přednášce na druhé konferenci navrhování pro přežití různých nebezpečí a rovněž v roce 1992 ve studii U.S. národního institutu pro normy a techniku (NIST). Byla modelována evakuace (v hypotetických i skutečných budovách) ke stanovení evakuačních časů při použití jenom schodišť, jenom výtahů a při kombinaci schodišť a výtahů.

Modelování odchodu pomocí výtahů a schodišť

Jak ukazuje obrázek 1. Pauls (1977) uvažoval sofistikovanější postup při použití schodišť během prvních deseti minut celkové evakuace pro velké množství osob v budově k dosažení podlaží, ze kterých by výtahy mohly dopravit cestující rychlým způsobem po kontrole a schválení použití odpovídající požární služby. Například v podkladech z roku 1977, 4 500 osob ve 40 kancelářských podlažích by mohlo použít schodišť maximálně v 9 podlažích, aby se dostalo do tří podlaží, ze kterých by je výtahy v oddělených šachtách mohly expresním způsobem dopravit do výchozího podlaží. Za tohoto předpokladu byla předpokládána dvě schodiště o jmenovité šířce 1 120 mm podél skupiny čtyř výtahů o nosnosti 1 600 kg s rychlostí 4 - 6 m/s.

Celková evakuační doba bude zahrnovat 10 minut doby předběžného pohybu a pohybu dolů po schodišti, následujících 15 minutami do evakuace (které umožní uvedení výtahu do požárního provozu), pak 20 minut při použití sledovaného provozu výtahů, celková evakuační doba je 35 minut. Tento proces by mohl zahrnovat použití výtahů z každého kancelářského podlaží pro dopravu těch několika procent lidí neschopných nebo z opatrnosti nechtějících použít schodiště, i když je potřeba jen několika podlaží potřebných pro tento postup.

Obr. 1 - Postupná evakuace po schodišti a výtahy v pomyslné 41podlažní budově

Obr. 2 - Doby potřebné pro únik a evakuační postup s použitím schodišť
a výtahů ve vysokých budovách

Obrázek 2. pocházející rovněž od Paulse (1977) poskytuje podle předchozích předpokladů evakuace vysokých budov evakuační časy při použití schodišť a výtahů, buď samostatně nebo ve vzájemné kombinaci a v některých případech mající za následek dočasný úkryt.Tečkovaná čára v obrázku 2. představuje případ znázorněný v obrázku 1., se schodištěm používaným většinou pracovníků pro dosažení výtahů a pak po kontrole schválení provozu (to trvá 15 min. pro evakuaci), výtahy se použijí pro expresní evakuaci pracovníků v budově do výchozího podlaží. Celková evakuační doba pro postupné použití schodiště a výtahů trvá pro 4 500 osob 35 minut. Toto se porovnává s 39 minutami pro evakuaci stejného počtu osob pouze po schodišti.

Paulsův předpoklad 39 minut pro evakuační dobu jen po schodišti byl proveden před publikací pečlivěji provedených rovnic předpokladu pro celkovou evakuaci po schodišti. Při použití rovnice 19 uvedené v SPPE příručce pro požární ochranu, kapitola "pohyb osob" by byla předpokládaná celková evakuační doba pouze po schodišti 37,5 minut pro 4 500 osob při dvou schodištích o jmenovité šířce 1 120 mm (820 mm je účinná šířka). Tabulka 1 představuje řadu předpokládaných evakuačních dob pro různé šířky schodišť a různý počet evakuovaných osob pracujících v administrativní budově. Tato tabulka bere v úvahu, že relativní šířka schodišť přímo odpovídá jejich efektivní šířce (jmenovitá šířka minus 300 mm), nepočítá s jmenovitou šířkou. Efektivní šířka pro únikové schodiště byla poprvé detailně popsána Paulsem (1980) a je také uvedena v základu rovnic v Paulsově příručce. (Pauls 1988, 1995). 25 let po Paulsovi poskytl Klote lépe vyřešenou řadu předpokladů pro hypotetickou evakuaci skutečných budov po schodištích nebo výtahy samostatně nebo ve vzájemné kombinaci. Například v 18podlažní budově se dvěma schodišti o jmenovité šířce 1 120 mm a se čtyřmi výtahy s nosností 16 osob s možností jejich použití pro evakuaci se předpokládá minimální evakuační doba pro 1 425 osob pouze po schodišti 14 minut, pouze výtahy 29 minut a 12 minut při kombinaci obou (včetně výtahů evakuujících spodní čtyři podlaží). U 36podlažní budovy se dvěma schodišti s jmenovitou šířkou 1 120 mm a třemi výtahy ze čtyř použitelných pro evakuaci se předpokládá minimální evakuační doba 26 minut pouze po schodišti, 17 minut pouze výtahy a 13 minut při kombinaci obou (včetně 65% využití výtahů se střední rychlostí a rychlovýtahů). Zřejmě případy posuzované pracovníky NIST nezahrnují dobu pro kontrolu použitelnosti a bezpečnosti výtahových systémů pro evakuaci, jak to prováděl Pauls (1977). Pracovníci NIST uvažují, že evakuace výtahy je proveditelná a ne, že "možnost snížení evakuační doby je obecně větší u vysokých budov než u nízkých budov" a že taková evakuace "zahrnuje důležité organizační a technické změny".

	Evakuace osob v administrativní budově po schodišti
Šířka schodiště v mm	500	1000	2000	3000	4000	5000	6000	7000
Jmenovitá 1120 Mezi madly 940	9	17	33	50	66	83	99	115
Jmenovitá 1400 Mezi madly 1220	7	13	25	36	48	60	72	84
Jmenovitá 1730 Mezi madly 1525	6	10	19	29	38	48	57	66

Tab. 1 - Odhadovaná minimální celková evakuační doba v administrativní budově - v minutách

Celkový návrh prostředků únikového systému

Bez ohledu na použití zvláštního postupu, je výhodou u vysokých budov možnost přístupu přilehlého k budově - s chráněným nástupištěm - kvalitnějším únikovým schodištěm (1 200 mm mezi madly) a výtahy navrženými pro provoz při požáru. To maximalizuje možnost pro hasiče dostat se do blízkosti požáru pomocí výtahu a doplnit svoji cestu k podlaží s požárem, pokud to je nutné. To také maximalizuje možnosti pro osoby, které se musí evakuovat jen po schodišti, jen výtahy nebo kombinací obou. Pokud jde o jiná úniková schodiště, ta by měla být pokud možno daleko, snad na obvodu budovy, aby se maximalizovala prostorová záloha pro únik. Právě pokrokové návrhy by zahrnovaly vyšší využití mostů mezi sousedními budovami tak, aby se usnadnil jak normální, tak nouzový pohyb. Pro některé lidi, kteří překonali 100 nebo více cest po únikovém schodišti - pod fyzickým i psychickým nátlakem - se to jeví jako zastrašující, jako skok z velké lodi pouze v záchranné plovací vestě, aby se zachránili před utopením, ale ne od nebezpečí nebo právě smrtelného nebezpečí ze studené vody. Vstup do relativně bezpečného suchého záchranného člunu je samozřejmě preferovanou alternativou právě tak jako v budově je preferovanou alternativou najít a použít únikové schodiště než vstoupit do komfortní výtahové kabiny. Ano, záchranná vesta je stále potřebná pro všechny cestující a posádku na lodi, ale měly by být rezervovány pro situace, kdy hromadné záchranné čluny jsou nepoužitelné.

Právě jako záchranné čluny byly ohromně zdokonaleny za posledních 100 let, musíme výtahy ve vysokých budovách navrhovat, stavět a ovládat co nejdokonaleji pro nouzové použití stejně jako pro normální používání. A více rovněž bychom měli provádět schodiště vysoké funkční kvality. To znamená udělat je široké tak, aby lépe sloužily různému druhu provozu, pro který jsou určeny.

Přednostní minimální šířka schodišť

Jak bylo uvedeno výše, vyšší kvalita šířky schodiště je 1 200 mm mezi madly. V minulých letech provedl Pauls pokusy v Národní asociaci pro ochranu před požárem (NFPA) při vytváření předpisů, zavést tuto šířku jako normalizovanou minimální šířku pro úniková schodiště určená pro určitý počet osob v budově - jako např. pro rozsáhlé výškové budovy. První pokus byl určit tuto šířku pro více než 2 000 osob a pro budovy s více než 20 podlažími.

Základním předpokladem pro tradiční jmenovitou minimální šířku 1 120 mm je, že lidé se mohou snadno pohybovat těsně vedle sebe v jednom směru (mohou se i předbíhat nebo se pohybovat v obou směrech. Toto se může pozorovat ve skutečnosti zřídka. Studie provedená Paulsem o nekontrolované celkové evakuaci výškových administrativních budov s 58 rameny schodišť (některé použité dvakrát nebo vícekrát pro evakuaci) se jmenovitou šířkou od 920 mm do 1525 mm, 16 ramen mělo jmenovitou šířku 1 200 mm a dále 10 mělo minimální šířku 1 150 mm. Dva proudy lidí nebyly zaznamenány při jmenovité šířce menší než 1 200 mm a i když byl zaznamenán relativně velký proud lidí, dva proudy byly zaznamenány pouze u 5% evakuovaných.

Pro případ přednostní minimální šířky schodiště byly v USA provedeny tři zkoušky pohybu cestujících. Ve víře, že 762 mm "pruh" by měl být k dispozici v situacích, kdy se na schodech vyskytuje obousměrný pohyb osob, John Fruin (nejznámější autorita pro pohyb osob a autor klasické knihy z roku 1971 Pedestrian Planning and Movement) doporučil jmenovitou šířku schodiště 1 525 mm. Především jeho první věcí bylo, že se jednalo o přicházející a ne o evakuované osoby, proto tato navrhovaná minimální šířka je pravděpodobně trochu širší než by bylo nutno pro situace, kdy se neponesou aktovky (nebo v dnešní době tašky s počítači). Známý výzkumník v oblasti schodišť, John Templer doporučil, aby byla šířka, která by dovolovala osobám jít vedle sebe pohodlně, minimálně 1 422 mm.

Pauls, který spolupracoval jak s Fruinem tak s Templerem nezávisle na nich přišel s jinými důvody pro minimální šířku mezi madly 1 220 mm a to znamená jmenovitou šířku asi 1 400 mm plus nebo minus 25 mm v závislosti na velikosti madla nebo vzdálenosti od stěny. Například 1 220 mm mezi madly dovoluje dospělému stojícímu uprostřed dosáhnout na obě madla současně. Toto kriterium vedle kritéria, že nemá dojít k dotyku dvou dospělých osob jdoucích vedle sebe je znázorněno na obrázku 3. Obrázek 3. také empiricky ukazuje polohu středu těla ke stěně, je to 350 mm.

Obr. 3 - Rozdělení lidí na schodišti s jm. šířkou 1400 mm

Dalším současným kritériem rovněž pro 1 220 mm mezi madly je po zkouškách dopravy osoby invalidního vozíku třemi osobami. Toto kritérium bylo rovněž převzato v posledních letech do předpisů U.S. pro stavebnictví a do bezpečnostních norem.

Tak šířka 1 220 mm mezi madly odpovídající jmenovité šířce 1 400 mm vychází jako jasný favorit, jako kritérium minimální šířky pro nejvíce používané únikové schodiště. Mimochodem tato šířka byla použita u jednoho ze tří únikových schodišť v budovách Světového obchodního centra (WTC) v New Yorku. Naneštěstí jediné fotografie zhotovené při konečné evakuaci budov (a třetí během krátké tři desetiletí trvající existence) byly z menší šířky, obvyklé 1 120 mm. Tyto fotografie jasně ukázaly naprostou nevhodnost šířky pro obecné podmínky zjištěné r. 1993 a 2001 - evakuace se silným obousměrným provozem vystupujících hasičů. Sestupující evakuující osoby se musily zastavit a přitlačit ke kraji, aby hasiči mohli projít. Jestliže současně předkládané studie založené na dotaznících přeživších evakuovaných osob WTC poskytují potřebné detaily na dvou šířkách schodišť, poskytují více důkazů proti jmenovité šířce 1 120 mm a pro šířku větší o 280 mm.

Argumentem může také být, jestliže výtahy nejsou navrženy, provedeny, udržovány a provozovány pro nouzový příchod zachránců a pro nouzový únik osob v budově, že tak musíme více investovat do únikových schodišť. V takovém případě, když jsou schodiště provedena se šířkou, která je zdůvodněna výzkumem, zatím co opačně jsou provedena podle tradiční nekoncepčnosti s "šířkou pro únik" 560 mm, bude velkou prioritou, jako součást úsilí udělat schodiště účinnějším a spolehlivějším.

Závěrečné poznámky: osobní překážky

Obecně podle autorova názoru, osobní překážky jsou největším faktorem v tradičních špatně pochopených požadavcích norem, jak zachovat chybné důkazy. Dále, pokud se vrátíme k úvodní poznámce, že "překážky v používání výtahů pro evakuaci se zdají být mnohem více v chování lidí než překážky technické", bylo by korektnější říci, že technické úsilí potřebuje lidské faktory technické nebo ergonomické, zvláště pro provoz systému, ať už to je schodišťový nebo výtahový systém.

Zde je také vhodné ocitovat Gronera (2002): "Technika zařízení zabránit obtěžování teplem, kouřem a vodou není primární bariérou. Větší změnou je v reálném světě použití těchto systémů - ve strategickém plánování, návrhu rozhraní a školení provozovatelů, aby byli schopni bezpečného, účinného a výkonného použití výtahů v nouzové situaci - při zpracování detailů strategického plánování a taktiky, a využívali lidské faktory při navrhování funkcí a rozhraní vhodným školením provozovatelů. Tyto systémy budou jenom tehdy výhradně uskutečnitelné při požadovaném snížení rizika jak pro osoby pracující v budově, tak pro osoby odpovědné za mimořádné události."

Poslední kritická práce Bukowského (2003) potvrzovala důležitost provozních úvah použití výtahů pro únik a přístup do vysokých budov při požáru. Těmto skutečnostem se musí věnovat mnohem větší pozornost a lze jen doufat, že třetí setkání zaměřené na použití výtahů při požáru poskytne dobrou příležitost pro otevřenou interdisciplinární diskuzi.

Jake Pauls - částečně zkráceno

Otištěno se souhlasem vydavatele Elevator World Roberta S. Caporale, MSc

Tato problematika není v České republice dosud řešena na odpovídající úrovni s ohledem na dopady špatného řešení evakuace z výškových budov.
V roce 2006 bude zahájeno zpracování české normy, která by tuto situaci řešila.