Prosjektet TOTALPLANER FOR RØMMING AV KOMPLEKSE BYGG HOVEDRAPPORT ALLSAFE. Hovedrapport

Transkript

1 Prosjektet TOTALPLANER FOR RØMMING AV KOMPLEKSE BYGG HOVEDRAPPORT ALLSAFE Hovedrapport Beskrivelse og bruk av en metode som ivaretar evakueringssikkerhet systematisk Hovedanvendelser: Verifiseringsverktøy til bruk sammen med målorienterte forskrifter*. Optimaliseringsverktøy for byggplanleggere. Bestemme evakueringssikkerhet i uvanlige bygninger. (* Anerkjennelse for bruk av ALLSAFE må være gitt av forskriftsutgiver - eller gis for brukstilfellet) Andre anvendelser: Verktøy for å redigere nye forskrifter. Verktøy for å bestemme pre-aksepterte løsninger i nye forskrifter. Sammenlikne effekt av ulike forskrifter. Dokumentere evakueringssikkerhet. Forskning og utvikling innenfor evakueringssikkerhet. Ulykkesetterforskning. Brannvernutdanning. IGP AS Prosjektansvarlig: Thorleif Eriksen Redigering: Geir Jensen Trondheim 22. november 1994

2 Om prosjektet TOTALPLANER FOR RØMMING AV KOMPLEKSE BYGG Bakgrunn og mål Prosjektmålet er å øke sikkerhet mot rømmingskatastrofer ved å etablere det mest effektive tiltaket: Totalplaner som samordner rømmingstiltak i bygg. Forprosjektet Brannkatastrofer - bedre brannrømmingsmetoder har vist at vi vil ha mest nytte av å bruke det vi allerede vet og disponerer på en bedre måte. Totalplaner vil gi nye og eksisterende bygg en sikkerhet mot rømmingskatastrofer som er mer reell og mer kosteffektiv enn i dag. Prosjektet skal tilrettelegge kunnskap om brannrømmingssikkerhet slik at dette kan ivaretas ved planlegging av nye bygg og ved oppgradering av eksisterende. Totalplan for rømmingssikkerhet i alle komplekse bygg er i forprosjektet ansett som det tiltaket som har størst nytteverdi, både på kort og på lang sikt. IGP AS utvikler med dette prosjektet en brukervennlig planleggingsmetode basert på tilrettelagt kunnskap om rømmingssikkerhet. Hovedrapport skal kunne brukes som en grunnleggende og komplett anvisning for bruk av metoden, spesielt for brukere med god innsikt - så som forskriftsmakere og forskere. Metoden skal kunne anvendes for å utvikle/beregne seg fram til funksjonskrav i forskrifter og retningslinjer, blant annet. Metoden skal gradvis videreutvikles med det siktemål at den til enhver tid alltid skal være det beste verktøyet til sitt formål. Sluttresultat presenteres i en enkel håndbok, artikler og foredrag. Håndboken er rettet mot den største potensielle brukergruppen: Byggesaksbehandling, rådgivere, kontrollører og brannvesen. Prosjektansvar Prosjektorganisasjon IGP AS Thorleif Eriksen Oppdragsgivere og styringskomitemedlemmer Norsk Forskningsråd Statsbygg Statens bygningstekniske etat Direktoratet for brann- og eksplosjonsvern Sjøfartsdirektoratet Leidulf Dahle Tor Christensen Sigurd Hoelsbrekken Øistein Rimstad Ole Brakstad Egeninnsats IGP AS Prosjektgruppe IGP AS SINTEF Geir Jensen, prosjektsekretær Jonny Nersveen, Elin Tørlen med flere Truls Paulsen, med flere B

3 INNHOLD DEL A: Beskrivelse 1 INTRODUKSJON TIL ALLSAFE Orientering om ALLSAFE Beskrivelse av ALLSAFE Anvendelse av ALLSAFE ALLSAFE - fleksibilitet DEFINISJONER, FORUTSETNINGER, MÅL OG KRAV I ALLSAFE Definisjoner Forutsetninger Mål i ALLSAFE Grenseverdier Termisk energi Kjemisk eksponering MODELLBESKRIVELSE Kvalitativ modell Evakuering og evakueringsprosess Evakueringssikkerhet, evakueringstid og sikkerhetsmargin Minimumstid Påvirkende faktorer og evakueringstiltak Brannforløp og tid til personer blir udyktige Definisjon av scenarier for evakuering og brann Matematisk modell BRUK AV ALLSAFE - OVERSIKT REFERANSER C

4 1 INTRODUKSJON TIL ALLSAFE 1.1 Orientering om ALLSAFE ALLSAFE er en metode som ivaretar evakueringssikkerhet systematisk. Alle kjente faktorer som påvirker evakuering under brann er registrert, kategorisert og satt i system slik at vi kan beregne hvor god evakueringssikkerheten i et gitt bygg er. Beregning kan utføres på to måter: ALLSAFE Hovedrapport: Svar utregnes som sannsynlighet for at flere enn ingen omkommer i brann, eller som forventet antall omkomne per 10 8 personoppholdstimer i bygg. Sannsynlighetene angis med usikkerhet etter standard normalfordeling. ALLSAFE Håndbok: Håndboken er basert på hovedrapporten, men har lavere brukerterskel. Beregningene er forenklet slik at det ikke kreves forkunnskap eller dataverktøy. Boken retter seg mot mange ulike brukere, primært byggplanleggere og offentlige saksbehandlere i forbindelse med funksjonskravorienterte forskrifter. Svar gis som tidsforskjell mellom tilgjengelig og forventet tid til evakuering. Positiv tidsforskjell er sikkerhetsmargin. Ulike sikkerhetsmarginer kan settes i forskrifter: jo høyere margin jo høyere sikkerhetskrav. Usikkerhet beregnes ikke, og marginene må kompensere for dette. Svarene kan bli noe mer konservative (strengere) enn ved bruk av hovedrapporten. Men ellers er brukernytten lik, framfor alt det å kunne velge optimal løsning innenfor et funksjonskrav, og det å kunne bestemme personsikkerhet i eksisterende og nye spesialbygg uavhengig av detaljforskrifter. Beregningssvarene kan innebære helt andre løsninger i bygget enn hva som følger av detaljforskrifter: ALLSAFE vektlegger og veier så presist som mulig de faktorene som har betydning for evakuering, ikke minst de menneskelige faktorene. ALLSAFE er spesielt tilpasset kommende funksjonskravorienterte bygge- og brannforskrifter. Bruk i denne sammenheng betyr at arkitekt og planleggere får stor frihet i valg av løsning. Løsning kan optimaliseres for kostnad eller for arkitektoni og brukerbehov. I alle tilfeller vil brukere av ALLSAFE kunne framlegge beregning som dokumentasjon på at forskriftens funksjonskrav til evakueringssikkerhet er tilfredsstilt. Utgangspunktet for funksjonskravforskrifter er å erstatte tradisjonelle bygge- og brannforskrifter med noe som er bedre. Detaljforskrifter ansees i dag verden over å for lett gi overdimensjonerte løsninger, gjøre bygninger like, vektlegge de reelle (bl a organisatoriske og menneskelige) faktorene for dårlig, skape lav sikkerhet (til tross for overdimensjonering), hemme ny teknologi og vanskeliggjøre forståelsen av hvordan sikkerhet ivaretas. D

5 ALLSAFE verktøyet gjør det mulig med systematisk bestemmelse av evakueringssikkerheten og dermed praktisering av funksjonskravforskrifter. ALLSAFE er et av IGP AS registrertsøkt varemerke. ALLSAFE kan brukes fritt når det refereres til ALLSAFE Hovedrapport eller til ALLSAFE Håndbok eller til IGP AS. NFR er hovedsponsor. De immaterielle rettigheter tilhører IGP AS. 1.2 Beskrivelse av ALLSAFE ALLSAFE baserer seg på evakuering som tidsproblem. Tidsbegrepene er vist i figur 3. Systemet framgår av det selvforklarende flytskjemaet: For å beregne brannforløp og evakueringsforløp må det brukes anerkjente modeller, eller settes inn anerkjente default-verdier, som er tatt inn i de respektive sammenhenger i rapporten. Som del av prosjektet Totalplaner for rømming av komplekse bygg er det utviklet en egen modell for evakueringssikkerhet i ALLSAFE. Denne brukes som stamme i hovedrapporten og har delvis inkludert, og kan suppleres med, andre modeller for å beregne minste tid og brannforløp. E

6 Figur 1 ALLSAFE - Grafisk framstilling med forklaring 1 Definer et bygg. TRE-TRINNS INNFØRING 2 Bestem evakueringsforløp og brannforløp for å se om alle kommer tidsnok ut. Forandre planene hvis ikke, og regn på nytt. 3 Bestem påvirkning av kategorien personer i bygget, bruken av bygget og sikkerhetstiltak for å se om alle kommer tidsnok ut ved den måten bygget blir brukt på. Forandre planene hvis ikke, og regn på nytt. ALLSAFE vil automatisk få brukeren til å forholde seg til alle faktorene av betydning for evakueringssikkerheten, slik at ingen blir oversett og at alle blir riktig vektlagt. Under bruk av ALLSAFE gis det seks forskjellige måter å forandre planene/bygget på. Endringene behandles systematisk i prosedyren slik at sumeffekten av faktorer og tiltak stadig er under kontroll. ALLSAFE realiserer hovedtanken med funksjonskravforskrifter: Optimal løsning og planleggingsfrihet under spesifiserte og verifiserbare sikkerhetsnivå. Modeller, verdier av faktorer/tiltak og akseptkriterier som brukes i ALLSAFE kan erstattes av særkrav i forskrift som brukes, av forbedrede modeller eller av ny kunnskap. F

7 Figur 2: ALLSAFE - Detaljert grafisk framstilling START Antall Personer Geometri Beregn Beregn µ 10 ν Funksjonskrav Bygningens brannegenskaper Standard brannscenarier µ < 10 ν Aktivitet og Aktører NEI JA Beregn µ Er µ < ν? Evakueringstiltak NEI JA SM STOPP G

8 Figur 3: Tidsbegrepene Eksempel 1; Alle kommer ikke tidsnok ut: Tilgjengelig tid Nødvendig tid Minimum tid Sumtid faktorer og tiltak 4 min 10 min 12 min Eksempel 2; OK, 4 min sikkerhetsmargin: Nødvendig tid Tilgjengelig tid Minimum tid Sumtid 4 min 6 min 10 min Minimum evakueringstid Den tiden det tar for alle personer som oppholder seg i et evakueringsobjekt å forflytte seg til et sikkert sted ved optimale forhold i hver fase. Tiden er teoretisk fordi den forutsetter null forsinkelser pga påvirkende faktorer. Nødvendig evakueringstid Den tiden det tar for alle personer som oppholder seg i et evakueringsobjekt å forflytte seg til et sikkert sted. Tilgjengelig evakueringstid Tiden fra antenning til forholdene i rømmingsvegene er blitt slik at personer som prøver å evakuere blir udyktiggjort. Sikkerhetsmargin Differansen mellom nødvendig evakueringstid og tilgjengelig evakueringstid. Tilgjengelig evakueringstid og minimum evakueringstid er beregnede og faste tider bestemt av bygningens gitte form, brannforløprisiko og maks antall personer. Den delen av nødvendig evakueringstid som vi kaller Sumvirkningen av påvirkende faktorer og tiltak er den tid vi lettest kan kontrollere. Den er bestemt av den bruk vi tillater i bygningen, av de menneskekategorier vi da må forholde oss til, av evakueringskontrollerende tiltak og av brannforløpkontrollerende tiltak. H

9 Figur 4: Grafisk framstilling av modellen for evakueringssikkerhet Evakuering og brann er to hendelseforløp som skjer samtidig. Det vi har definert som påvirkende faktorer bestemmer evakueringsforløpet, mens det vi har definert som tiltak både kan bestemme evakueringsforløpet og brannforløpet. Se figuren. Noen faktorer og tiltak påvirker flere faser i forløpene. Påvirkende faktorer kan vi også i praksis ofte kontrollere og bruke som tiltak. ALLSAFE ivaretar dette. PÅVIRKENDE FAKTORER EVAKUERINGSTILTAK Sosiale roller Språkforståelse Bevistehetstillstand t t n 0 Evakueringsprosess Aktivitet Brannforløp Antennelse / begynnende ulming t t t 0 t ad Oppfattelsesevne Bakgrunnstøy Bakgrunnslukt Tekniske barrierer Sosiale og økonomiske barrierer Gruppetilhørighet t d Menneskelig deteksjon av brannrelatert informasjon Fortolkning av brannrelatert informasjon Deteksjon av brann Forberedende informasjon Informasjon om brannen Informasjon i evakueringssituasjonen Evakueringsplan Vedvarende flamming / ulming t md Organisasjonsstruktur Visuell tilgjengelighet av rømningsveier t h Beslutte / Forberede Opplæring og trening Bemanning Etablert forbrenning t ot Plassering av rømningsveiens begynnelse Dagelig bruk av rømningsveiene Redundante rømningsveier Visuellbakgrunn Førlighet Rømningsveienes planløsning t f Velge evakueringsrute Følge evakueringsrute Merking av rømningsveier Røykkontroll Sprinkler To-veis kommunikasjon i evak.situasjonen Personlig beskyttelse Overtenning Rømningsveienes kompleksistet t s Ankomst til sikkert sted Full brann t u I

10 1.3 Anvendelser av ALLSAFE Hovedanvendelser av ALLSAFE er: Verifiseringsverktøy til bruk sammen med funksjonsrettede forskrifter Optimaliseringsverktøy for byggplanleggere Bestemme evakueringssikkerhet i uvanlige bygninger Hovedanvendelsene vil ha med funksjonsrettede forskrifter å gjøre, og fungere slik: En slik forskrift vil typisk stille krav på 5 nivåer: 1 Mål 2 Funksjonskrav 3 Kvantitative grenseverdier (målbare) 4 Verifikasjonsmetode 5 Pre-aksepterte løsninger EU basisdokumentet Safety in Case of Fire, Nordisk Komite for Byggebestemmelser s Brandbestemmelser med veiledning, forventet ny Byggeforskrift 1995 og ALLSAFE er alle dokumenter orientert rundt samme modell, bare med litt ulike navn på nivåene. Nivåene 1-3 er faste krav. For å møte disse kravene kan planleggeren velge enten nivå 4 eller 5 som strategi. I nivå 4 angir forskriften en beregningsmetode eller alternative metoder, slik som ALLSAFE, som kan brukes til å dokumentere at kravene i 1-3 er fylt. I nivå 5 angir forskriften spesifikke detaljløsninger som automatisk tilfredsstiller kravene i 1-3, slik de konvensjonelle byggeforskriftene fungerer. Forskjellen på strategiene i iht 4 og 5 er at med strategi 4 kan planleggeren velge sin egen løsning som kan bli rimelig og samtidig ha en god og dokumentert sikkerhetsmargin. Strategi 5 kan gi en dyr løsning, som samtidig har en udokumentert liten sikkerhetsmargin. Noen andre anvendelser av ALLSAFE er: Verktøy for å redigere nye forskrifter Verktøy for å bestemme pre-aksepterte løsninger i nye forskrifter Sammenlikne effekt av ulike forskrifter Dokumentere evakueringssikkerhet Forskning og utvikling innenfor evakueringssikkerhet Ulykkesetterforskning Brannvernutdanning 1.4 ALLSAFE - fleksibilitet Det følger av innledningen at ALLSAFE er en generell systematisering av evakueringssikkerhet. ALLSAFE er altså uavhengig av hvilken forskrift, regnemodell eller nøyaktighet man bruker, og det gir stor frihet. ALLSAFE vil lett ta opp i seg ny kunnskap - enten ved at Hovedrapport/Håndbok revideres eller ved at delverktøy (regnemodeller), kriterier og faktor-effekter oppdateres før bruk i hvert tilfelle. J

11 Dokumentasjonen etter en beregning inkludere informasjon om: hvilken modell som er brukt for å bestemme tid til udyktiggjøring eventuelt hvilken modell som er brukt for å bestemme antall omkomne hvilken modell som er brukt for å bestemme minste tid hvilken modell som er brukt for å bestemme effekt av menneskelige faktorer hvilken modell som er brukt for å bestemme effekt av tiltak mål og sikkerhetsmarginer kriterier for udyktiggjøring hvilke(t) scenarier som er brukt (døgntid, aktivitet, brannsted, branntype ol) Når ALLSAFE brukes for å dokumentere at krav i en funksjonsrettet forskrift er oppfylt, vil forskriften eller forskriftens kontrollinstans fastlegge denne informasjonen - eventuelt sammen med brukeren av ALLSAFE for hvert brukstilfelle. K

12 2 DEFINISJONER, FORUTSETNINGER, MÅL OG KRAV I ALLSAFE 2.1 Definisjoner Begrep Betegnelse / måleenhet Definisjon Aktivitet t 0 (0 s) De handlingene personene i evakueringsobjektet er invol-vert i før en brann starter, f eks sove, spise, arbeide Alvorlig personskade Ankomst til sikkert sted t s (s) T s = tid fra t f til t s Skader definert som alvorlighetsgrad 4 i skadeklassifiseringssystemet "Abbreviated Injury Scale" (AIS). Se AN2. Alle personene har ankommet til et sikkert sted Antenning t 0 0 s Det tidspunkt et brannforløp blir eksotermt, dvs selvunderholdende brann når antennelseenergien er fjernet. Fyrstikktenning av bensin eller papir gir umiddelbart eksoterm brann, mens f eks elbrann bare er eksoterm når den vil fortsette uten eltilførsel. Ulmebranner er eksoterme fra starten. Antenningsdefinisjon er viktig i ALLSAFE fordi tenning er felles starttidspunkt for evakuering- og brann-forløp. Beslutte/forberede t h (s) T h = tid fra t d til t h Branncelle Defaultverdi Effekt (av påvirkende faktor) Alle personene har besluttet å evakuere og utfører derfor handlinger som forbereder dem på dette; f eks ta på klær, ta kontakt med andre etc Avgrenset del av en bygning hvor en brann fritt kan utvikle seg uten å spre seg til andre deler av bygningen i løpet av fastsatt tid. Forhåndsangitt konservativ tallverdi. For bruk når spesifikk verdi ikke er kjent/beregnet av bruker. Effekten av en påvirkende faktor er en skaleringsfaktor som angir bidraget verdien av en påvirkende faktor har med hensyn på nødvendig evakueringstid. L

13 Begrep Betegnelse / måleenhet Definisjon Evakuering Evakueringssikkerhet Den prossess som fører til at mennesker som oppholder seg i et evakueringsobjekt, ved egen hjelp eller assistert av andre personer i evakueringsobjektet, forflyttes til sikkert sted. Se fig 4, og under hvor fasene er definert. Sikkerhet for at mennesker som evakuerer ikke omkommer eller blir alvorlig skadet som følge av skadeårsaker relatert til brann og/eller evakueringsprossessen. Evakueringstiltak T k Et evakueringstiltak er en handling som iverksettes, eller teknologi som implementeres, for å redusere nødvendig evakueringstid. Et tiltak settes primært inn for å motvirke effekten av en påvirkende faktor. Tiltakene kan i visse situasjoner også endre verdien av en påvirkende faktor. Et tiltak kan også redusere tid fram til udyktiggjøring, eventuelt forhindre en brann i å utvikles. Fatal Accident Rate FAR per 10 8 timer Forventet antall omkomne per 10 8 eksponerte timer Fortolkning av brannrelatert informasjon Følge evakueringsrute t f (s) Komplekst evakueringsobjekt T f = tid fra t h til t f Alle personene har forstått at det brenner i evakueringsobjektet Alle personene følger den evakueringsruten de har valgt fram til et sikkert sted Enhver bygning til opphold for et større antall mennesker, og hvor brann kan medføre mer enn alminnelig fare for tap av menneskeliv. Menneskelig deteksjon av brannrelatert informasjon t d T d = tid fra t 0 til t d (s) Alle personene i evakueringsobjektet har sanset (hørt, luktet, sett eller følt) informasjon som er forbundet med brann; alarm, røyk, varme, brannlyder, talebeskjeder ol Minimum evakueringstid Nødvendig evakueringstid (i enkelte sammenhenger kalt sannsynlig evakueringstid eller forventet evakueringstid) T m µ io (s) T n = T d + T h + T f + T s (s) µ = forventingsverdi (s) T fn = forventet evak.tid (s) Den tiden det tar for alle personer som oppholder seg i et evakueringsobjekt å forflytte seg til et sikkert sted ved optimale forhold i hver fase. Tiden er teoretisk fordi den forutsetter null forsinkelse pga påvirkende faktorer. Den tiden det tar for alle personer som oppholder seg i et evakueringsobjekt å forflytte seg til et sikkert sted, dvs tiden det tar å gjennomføre evakueringsprossessen. M

14 Begrep Betegnelse / måleenhet Definisjon Påvirkende faktor En påvirkende faktor er et grunnleggende forhold ved utforming eller bruk av et evakueringsobjekt som påvirker nødvendig evakueringstid. En påvirkende faktor har en verdi og en effekt: se under. Redning Rømning Rømningsveg Den prosses som fører til at mennesker som oppholder seg i et evakueringsobjekt og som ikke klarer å evakuere, forflyttes av andre til et sikkert sted. Den prossess som fører til at mennesker som oppholder seg i et evakueringsobjekt forflytter seg til sikkert sted pga fare. Utgang direkte til sikkert sted samt korridorer, trapper ol som leder fra enbranncelle og til sikkert sted. Sikkerhetsmargin SM (s) Differansen mellom nødvendig evakueringstid og tilgjengelig evakueringstid. Sikkert sted Skadeårsak Tilgjengelig evakueringstid (også kalt tid til udyktiggjøring) Tilstandskategori (av en påvirkende faktor) Velge evakueringsrute Verdi (av påvirkende faktor) T bf (s) ν = forventningsverdi (s) t u = tid til udyktiggjøring (s) Et sted i eller utenfor evakueringsobjektet hvor mennesker er trygge for skadeårsaker relatert til brann/sammenbrudd i evakueringsobjektet. Dødsfall og alvorlige personskader ved evakuering fra brann er forårsaket av at personer blir eksponert for forskjellige former for energi. I den videre tekst vil vi kalle denne eksponeringen for skadeårsak. Se tabell i AN2. Tiden fra antenning til forholdene i rømningsvegene er blitt slik at personer som prøver å evakuere blir udyktiggjort. Eksempel: Sovende og våken er to tilstandskategorier av faktoren Bevissthet. Alle personene har valgt en evakueringsrute som de tror fører dem til et sikkert sted Verdien av en påvirkende faktor er en kvalitativ beskrivelse av forskjellige tilstandskategorier faktoren kan plasseres i. N

15 Generelt om betegnelsene For å lette lesningen av rapporten har vi følgende kommentarer til notasjon og begrep: Tilfeldig størrelse: En størrelse hvis verdi avhenger av 'tilfeldighetenes spill'. Før et forsøk utføres er det umulig å si hva verdien til en tilfeldig størrelse blir. Vi kan imidlertid si noe om f eks forventningsverdien til denne størrelsen. Vanligvis benyttes store bokstaver for å angi stokastiske variable, de mest bruke bokstavene er T,U,V,W,X,Y og Z. Her benyttes bokstaven T for å angi tid. Det er vanlig å benytte ordet 'stokastisk variabel' om det vi her har betegnet en 'tilfeldig størrelse'. Parametre: Parametrene er faste størrelser som karakteriserer statistisk regelmessighet ved tilfeldige størrelser. Typisk benyttes µ = E(T) = forventningsverdien til T, og σ 2 = Var(T) = variansen til T. Ved empiriske studier er det et mål å estimere (anslå) verdiene til parametrene. Ved modellering og beslutningsproblemer er parametrene (evt med angivelse av usikkerhet) å betrakte som kjente inngangsstørrelser. Det er vanlig å benytte greske bokstaver for å angi parametre. Her har vi benyttet bokstaven µ (my) for å angi forventningsverdi til evakueringstiden. σ (sigma) benyttes for å angi standardavviket til evakueringstiden. σ 2 blir da variansen til evakueringstiden. Forventning og varians til tiden fram til udyktiggjørin angis ved hhv ν (ny) og τ 2 (tau 2 ). Sannsynlighet: Sannsynlighet er et numerisk mål på hvor rimelig det er at en hendelse vil inntreffe. Vi skriver P(A) for å angi sannsynligheten for at hendelsen A vil inntreffe. For alle hendelser A gjelder at 0 P(A) 1. Merk at det ikke gir mening å finne sannsynligheten for en stokastisk variabel, da en stokastisk variabel ikke er noen hendelse. Men vi kan f eks angi sannsynligheten for at en stokastisk variabel er større enn ett tall, f eks P(X > 3) = 0.7, da {X > 3} er en hendelse. Tellevariable: Tellevariable er dummy-variable som benyttes for å angi f eks leddene i en sum. Vi skriver f eks n,s,i=1x i for å angi x 1 + x 2 + x x n Bokstaven i er her en indeks som løper gjennom verdiene 1,2,..,n. Vi skriver også: n Π i=1 x = x x x... x i n I dette notatet har vi konsekvent benyttet bokstaven i for å angi ulike evakueringsfaser, bokstaven j for å angi ulike påvirkende faktorer og bokstaven l for å angi ulike tiltak. O

16 2.2 Forutsetninger En må være oppmerksom på at forutsetningene som egentlig ligger til grunn i tradisjonelle detaljforskrifter er flere, og mer alvorlige, enn de vi definerer i ALLSAFE. Forutsetninger ble ofte ikke tatt inn i detaljforskrifter, eller definert overhodet. Eksempelvis er brannscenarier sjelden definert, folks respons på alarm er sjelden definert (eller stilltiende forutsatt øyeblikkelig og korrekt), brannskiller er stilltiende forutsatt røyktette, røyk forutsettes i noen sammenhenger og i andre ikke, trapper forutsettes røykfrie, folk antas å fordele seg jevnt på alle tilgjengelige utganger osv. ALLSAFE er presentert slik at forutsetninger er angitt for brukeren der de er aktuelle. Men det skal nevnes særskilt at: Alle definisjonene i kapittel 2.1 er å regne som forutsetninger. Når annen definisjon savnes, gjelder definisjon brukt i delrapporter og arbeidsnotater. Antenning, tid t 0, er felles starttidspunkt for evakuerings- og brann-forløp. Tekniske tiltak regnes å ha 100% pålitelighet. Men når det er gitt at f eks et sprinkleranlegg vil virke som forutsatt i statistisk 90% av tilfeller, kan reduksjonsfaktoren for tiltaket reduseres til 90%. Det er strengt tatt ikke en forutsetning at det evakueringsobjektet ALLSAFE benyttes på er et komplekst bygg. Hvis metoden brukes på en enkel konstruksjon kan brukeren riktignok oppleve at metoden fører til opplagte konklusjoner via en omveg, fordi det ikke er tenkt kun på enkle objekt under utviklingen av metoden, men forøvrig vil resultatet bli rett. ALLSAFE er egnet for en svært stor spredning i type bygg, og passer også for sykehus, passasjerskip og trafikkanlegg i fjell. Spesielt gunstig vil ALLSAFE være for uvanlige bygg, som kan være enkle eller komplekse: Evakueringssikkerheten bestemmes uavhengig av om det finnes detaljbestemmelser eller forskrift for den aktuelle typen bygg. Offshore, tog og fly er anvendeler som ALLSAFE ikke er forberedt for. P

17 2.3 Mål i ALLSAFE Når ikke annet spesifiseres ligger følgende overordnede mål bak utarbeidelsen av ALLSAFE. Disse mål er sammenfallende med mål i kjente brannlover og forskrifter: Mål med sikkerhet mot brann: Mennesker som evakuerer et komplekst evakueringsobjekt skal ikke omkomme eller få alvorlige skader som følge av skadeårsaker relatert til brann. Mål med sikkerhet mot sammenbrudd i evakueringsobjekt: Mennesker som evakuerer et komplekst evakueringsobjekt skal ikke omkomme eller få alvorlige skader som følge av skadeårsaker relatert til sammenbrudd i evakueringsobjektet. Mål med sikkerhet mot forflytning og opphold under evakuering: Mennesker skal ikke omkomme eller få alvorlige skader som følge av forflytning til eller opphold i sikkert sted. Ved bruk av ALLSAFE settes kvantitative mål for å angi en sikkerhetsmargin: ALLSAFE kan brukes til å bestemme sannsynligheten for at fler enn ingen vil omkomme, og til å bestemme forventet antall omkomne. Sikkerhetsmål i form av sannsynlighetstall eller FAR (Fatal Accident Rate)-verdi settes av den forskrift eller oppdrag som gjelder i hvert tilfelle. Likeledes kan sikkerhetsmål angis ved et antall minutter som skal skille tilgjengelig og beregnet forventet evakueringstid, eller ved prosenttillegg. 2.4 Grenseverdier Følgende grenseverdier er satt som kvantitative funksjonskrav i ALLSAFE, og gjelder for bruk når det gjøres detaljerte beregninger: Termisk energi Krav til rømningsveier Temperatur Ved evakuering fra brann må temperaturen T ( o C)i rømningsveiene tilfredsstille: e T ( o C ) < 1 dvs. T < 190 o C under hele evakueringstiden Q

18 Varmestråling '' Ved evakuering fra brann må påfallende stråling q ri (kw/m 2 ) på mennesker i rømningsveien tilfredsstille: '' q ri < 1.7 kw/m 2 når t e > 60 s og '' q ri < 35/t 0.75 e når t e < 60 s hvor t e : Tiden en person eksponeres for strålevarme Krav til sikkert sted i evakueringsobjektet Temperatur Luft- temperaturen må tilfredsstille: t s ( T - 10) dt < 4.0 x 10 (hvis ( T - 10) < 0, ( T - 10) = 0 ) hvor T: temperaturstigning (K) t s : tiden personer må oppholde seg der (s) Temperaturøkningen på overflatene må ikke overstige 10 K Varmestråling Maksimal strålingsintensitet må ikke overstige 1 kw/m Krav til sikkert sted utenfor evakueringsobjektet Temperatur Ikke aktuelt Varmestråling Maksimal strålingsintensitet må ikke overstige 1 kw/m 2 R

19 2.4.2 Kjemisk eksponering Krav til rømningsveier Ved evakuering må atmosfæren F IN i rømningsveiene tilfredsstille : ( ) = dt 2 60 F F + F V + F IN co HCN o 2 co < 1 under hele evakueringstiden hvor F CO = Fraksjon av en udyktiggjørende dose CO F HCN = Fraksjon av en udyktiggjørende dose hydrogen cyanid V CO2 = Multiplikasjonsfaktor for CO 2 indusert hyperventilering F O2 = Fraksjon av en udyktiggjørende dose O 2 For en eksponeringstid på 60 s ved en gitt konsentrasjon er; F CO = x ppm CO F HCN = V CO2 = F O2 = 1 ( x ppm HCN) e x % CO e ( ( %O2)) Krav til sikkert sted i evakueringsobjekt Atmosfæren F IN i sikkert sted i evakueringsobjektet må tilfredsstille: ( ) = dt < 0.3 under hele oppholdstiden 2 60 F F + F V + F IN co HCN o2 co (Formelen er forklart i avsnitt ovenfor) Luftkvaliteten, uten introduksjon av forbrenningsprodukter fra brann, må tilfredsstille: konsentrasjon av CO 2 < 0.02 %. S

20 3 MODELLBESKRIVELSE 3.1 Kvalitativ modell I kapitlene foran er den kvalitative modellen av evakueringssikkerhet beskrevet i oversikt. I dette kapitlet definerer vi grundigere en del viktige begreper som inngår Evakuering og evakueringsprosess Det første begrepet som trenger en definisjon er selve evakueringsbegrepet. Det er i denne modellen definert slik: Evakuering: Den prosess som fører til at mennesker som oppholder seg i et evakueringsobjekt, ved egen hjelp eller assistert av andre personer i evakueringsobjektet, forflyttes til et sikkert sted. Som det fremgår av denne definisjonen er evakuering en prosess. Denne prosessen er vanskelig å beskrive presist fordi den ikke er fullt ut forstått. Et annet problem er at den kan beskrives på minst to forskjellige nivåer; mikro- og makronivå: På mikronivå kan man beskrive evakueringprosessen for hvert enkelt individ. På dette nivået kan de enkelte individer befinne seg på forskjellige stadier i prosessen; noen ligger og sover, noen er i ferd med å oppdage brannen, andre har begynt å bevege seg til et sikkert sted, osv. På et makronivå kan man beskrive evakueringsprosessen for samlingen av alle individer som en helhet. I den foreliggende modellen har vi valgt å beskrive evakueringsprosessen på et makronivå. Dette innebærer at vi beskriver den som en sekvens av stadier og at vi antar at overgangen fra et stadie til et senere ikke kan skje før alle individene har nådd det første stadiet. Videre antar vi at det på makronivå er fornuftig å anta at sekvensen av stadier er irreversibel. I den foreliggende modellen er evakueringsprosessen definert som en sekvens av 7 stadier, slik det er vist i Figur 4. T

21 Figur 4: Definisjon av evakueringsprossessen (makro-nivå) Aktivitet Menneskelig deteksjon av brannrelatert informasjon Fortolkning av brannrelatert informasjon Beslutte / Forberede Velge evakueringsrute Følge evakueringsrute Ankomst til sikkert sted Hvert enkelt stadium er definert i det følgende: Aktivitet: Menneskelig deteksjon av brannrelatert informasjon Fortolkning av brannrelatert informasjon Beslutte /Forberede: Velge evakuerings-rute: Følge evakuerings-rute: Ankomst til sikkert sted: De handlinger personene i evakueringsobjektet er involvert i før en brann starter, f.eks sove, spise mat, arbeide, etc. Alle personene i evakueringsobjektet har sanset (hørt, luktet, sett eller følt) informasjon som er forbundet med brann; røykvarsler, røyk, varme, brannlyder, talebeskjeder, etc. Alle personene har forstått at det brenner i evakueringsobjektet. Alle personene har besluttet å evakuere og utfører derfor handlinger som forbereder dem på dette; f eks ta på klær, ta kontakt med andre personer, etc. Alle personene har valgt en evakueringsrute som de tror fører til et sikkert sted. Alle personene følger den evakeringsruten de har valgt frem til et sikkert sted. Alle personene har ankommet til et sikkert sted. U

22 Evakueringssikkerhet, evakueringstid og sikkerhetsmargin Det fenomenet som skal modelleres, dvs evakueringssikkerhet, må også defineres: Evakueringssikkerhet: Sikkerhet for at mennesker som evakuerer ikke omkommer eller blir alvorlig skadet som følge av skadeårsaker relatert til brann og/eller evakueringsprosessen. Dette fenomenet kan modelleres på flere måter, f.eks ved detaljert modellering av skadeårsakene og personers eksponering for disse. Vår oppfatning er imidlertid at kunnskapen på dette området pr i dag ikke er tilstrekkelig for en slik tilnærming. Det er f.eks ennå relativt stor usikkerhet i modellering av brann og røykspredning. Vi har derfor valgt å modellere evakueringssikkerhet som forholdet mellom nødvendig og tilgjengelig evakueringstid. Denne tilnærmingen er også benytte i andre metoder for vurdering av evakueringssikkerhet. Hovedantagelsen er da at disse tidsbegrepene indirekte sier noe om sannsynligheten for at personer blir eksponert for skadeårsaker. Tiden i seg selv er ingen skadeårsak. Vi har i ALLSAFE definert disse tidsbegrepene slik: Nødvendig evakueringstid Tilgjengelig evakueringstid Den tiden det tar for alle personer som oppholder seg i et evakueringsobjekt å forflytte seg til et sikkert sted, dvs tiden det tar å gjennomføre evakueringsprosessen Tiden fra antennelse eller begynnende ulming til forholdene i rømningsveiene er blitt slik at personer som prøver å evakuere blir udyktiggjort (for enkelhets skyld betegnes dette som tiden frem til udyktiggjøring i resten av dokumentet) Forholdet mellom disse tidene gir så et uttrykk for evakueringssikkerheten. Dette forholdet blir her kalt sikkerhetsmargin og er definert slik: Sikkerhetsmargin: Differansen mellom nødvendig evakueringstid og tilgjengelig evakueringstid Siden nødvendig evakueringstid er definert som tiden det tar å gjennomføre evakueringsprosessen kan den omskrives som summen av tiden for hvert stadie i evakueringsprosessen. Vi må derfor også gi en definisjon av tiden for hvert stadium. t 0 = t d = t h = t f = t s = T d = T h = T f = T s = T n = t u = Tidspunktet for «Antennelse/begynnende ulming». Det er på dette tidspunkt en brann blir eksoterm, dvs selvunderholdende når tennenergien er fjernet. Tidspunkt for «Menneskelig deteksjon av brannrelatert informasjon» Tidspunkt for «Beslutte/forberede» Tidspunkt for «Følg evakueringsrute» Tidspunkt for «Ankomst til sikkert sted» Tiden fra t 0 til t d Tiden fra t d til t h Tiden fra t h til t f Tiden fra t f til t s Nødvendig evakueringstid Tiden frem til udyktiggjøring På bakgrunn av dette kan vi definere nødvendig evakueringstid slik: Tn = Td + Th + Tf + Ts V

23 Minimumstid Av pragmatiske grunner innfører vi også begrepet minimumstid. Vi sier at det for hvert stadie i evakueringsprosessen finnes en minimumstid T m som representerer den tiden et stadie tar under optimale forhold Påvirkende faktorer og evakueringstiltak Så langt har vi kun vist hvordan evakueringssikkerhet kan modelleres som forholdet mellom nødvendig og tilgjengelig evakueringstid. For at ALLSAFE skal kunne brukes på forskjellige evakueringsobjekter er det imidlertid også nødvendig å modellere hvordan disse tidene påvirkes av forskjellige forhold. Dette gjør vi ved å innføre begrepene "Påvirkende faktor" og "Evakueringstiltak". En påvirkende faktor er definert slik: Påvirkende faktor: En påvirkende faktor er et grunnleggende forhold ved utforming eller bruk av et evakueringsobjekt som påvirker nødvendig evakueringstid. Videre modellerer vi en påvirkende faktor slik at den har en verdi og en effekt. Disse to begrepene er definert nedenfor: Verdi av en påvirkende faktor: Verdien av en påvirkende faktor er en kvalitativ beskrivelse av forskjellige tilstandskategorier den påvirkende faktoren kan plasseres i. Effekten av en påvirkende faktor: Effekten av en påvirkende faktor er en skaleringsfaktor som angir bidraget verdien av en påvirkende faktor har med hensyn på nødvendig evakueringstid.. Et evakueringstiltak er definert slik: Evakueringstiltak: Et evakueringstiltak er en handling som iverksettes, eller teknologi som implementeres, for å redusere nødvendig evakueringstid. Et tiltak settes primært inn for å motvirke effekten av en påvirkende faktor. Tiltakene kan i visse situasjoner også endre verdien av en påvirkende faktor. Et tiltak kan også redusere tid fram til udyktiggjøring, eventuelt forhindre en brann i å utvikles Brannforløp og tid til personer blir udyktige I dag har vi gode muligheter til å beregne tid til udyktiggjørende forhold inntrer på et gitt sted i et gitt evakueringsobjekt ved en gitt brannstart. Pga begrensinger i betraktning av evakueringsforløpet - nemlig at alle har avsluttet en fase når den neste starter - er det imidlertid begrenset nytte av gode brannforløpmodeller. Vi har også forutsatt at det f.o.m. tidspunkt t u, tiden til udyktiggjørende forhold, inntrer udyktiggjørende forhold momentant og i hele rømmingsvegen. W

24 Vi forutsetter at t u er den samme for alle rømmingsvegene i evakueringsobjektet. Men ALLSAFE kan brukes til først å beregne konsekvensen for de som bruker første rømingsveg, deretter konsekvensen for de som bruker andre osv. - idet det bestemmes egne verdier av t u for hvert rømmingsvegalternativ. Default En må uansett forutsette et verste tilfelle av brannforløp. Det er påsatt flammebrann i en rømmingsveg (påsatt brann som sperrer alle rømmingsveger er forutsatt uaktuelt) eller tilfeldig flammebrann i tilsluttende rom med åpen dør. Forløp er da så raske at tiden til udyktiggjøring, t u, domineres av valgt brann og sted - og beregnings-modell for røykspredning så vel som byggets geometri blir underordnet. I Del B Bruk angir vi derfor defaultverdier for tiden til personer blir udyktige i hhv branncellen, nabobranncellen og resten av bygget. Beregning Alternativt til å bruke defaultverdiene må man beregne forventet verste brannforløp: Prinsippet er å forutsette den brann som raskest vil skape udyktiggjørende forhold i rømmingsvegen mellom personer i evakueringsobjektet og sikkert sted, og deretter bestemme tiden t u. Eksempler på aktuelle arnesteder er foaje i hotell om natten, korridor eller trapp utenfor i kontoretasje i arbeidstiden, og arbeidsrom i aldershjem med åpen dør mot rømmingsvegen. Brann som starter i avlukkede siderom, loft og kjellere, og ulmebranner, forutsettes her å gi lenger tid til t u, men i gitte tilfeller kan disse representere verste brannscenarium. I så fall skal disse velges og begrunnes, og t u beregnes i h.h.t. til dette. Etter behov deles rømmingsvegsystemet i seksjoner, og respektive verdier for t u1, t u2 o.s.v. bestemmes som beskrevet for default-verdiene. Brannforløpmodeller til beregning i ALLSAFE er mest hensiktsmessig i forbindelse med åpne rom som forsamlingsrom, varehus og haller. Obs! Det skal i utgangspunktet ikke forutsettes aktive tiltak for å slå tilbake brann (personellinnsats, sprinkler, røykventilasjon etc). Dersom sikkerheten blir utilstrekkelig kan ny beregning, som f. eks. forutsetter røykventilasjon, gjøres Definisjon av scenarier for evakuering og brann Det kan velges ett eller flere scenarier. Når det er åpenbart hva som er verste branntilfelle kan det være tilstrekkelig å regne kun for dette, men normalt bør det regnes for de 2 eller 3 antatt ugunstigste branntilfellene (-scenariene). Designendringer kan medføre at et annet enn det opprinnelige scenariet rykker opp som det verste. X

25 Scenarier velges slik at: Tilgjengelig tid blir minst mulig. Typisk betyr dette å velge hurtig flammebrann i et rom med åpen dør mot rømmingsveg, på et sted nær utgang til sikkert sted. Unntak: Påsatt brann i rømmingsveg, påsatt brann som blokkerer alle rømmingsvegene og tilfeldig brann flere steder samtidig. Nødvendig tid blir lengst mulig. Situasjoner som er utenfor byggets bruksformål eller de det er godkjent for skal ikke forutsettes. Typisk betyr dette at brann oppstår på et tidspunkt med mange personer og/- eller ved en bruksanledning hvor rømning er vanskelig. F.eks. om natten i sengebygg, med fullsatt sal av unge på rockekonsert i forsamlingsbygg osv. Den kombinasjon av tilgjengelig og nødvendig tid som gir verste tilfelle velges. Dette gjelder dersom ugunstigste brann ikke kan oppstå samtidig med ugunstigste bruk av bygget. Y

26 3.2 Matematisk modell ALLSAFE bygger på en matematisk modell av evakueringssikkerhet, utviklet i prosjektet (arbeidsnotat 5, delrapport 2). De kritiske størrelser som modelleres er 1) Sannsynligheten for at en brann gir dødelig utfall, og 2) forventet antall drepte per 10 8 eksponerte timer. Ved modellering av evakueringsforløpet er to forhold betraktet: Først tiden det tar frem til alle er evakuert. Denne tiden vil være avhengig av de påvirkende faktorene. Evakueringstiden vil være en stokastisk (tilfeldig) variabel som det er mulig å anslå forventning (µ) og varians (σ 2 ) til. Tilsvarende er brannforløpet modellert som en stokastisk variabel med forventning ν og varians τ 2. En potensiell fatal situasjon oppstår dersom forventet nødvendig evakueringtid, Tfn er større en tiden fram til udyktiggjøring Tu. Sikkerhetsmarginen (SM) angir standardisert differanse mellom forventet tid til udyktiggjøring og forventet nødvendig evakueringtid. SM må være så stor at sannsynligheten for en fatal situasjon er innenfor akseptable grenser. I tillegg til å beregne tiden det tar å evakuere alle personer i bygningen, kan ALLSAFE også se på tiden det tar å evakuere f eks 75% av personene. Dersom denne tiden er lengre enn tiden fram til udyktiggjøring, vil en slik situasjon bidra sterkt til den såkalte FAR-verdien. ALLSAFE er derfor også etablert for å anslå FAR verdi. Til slutt er også effekten av ulike tiltak modellert. Tiltakene vil være rettet mot ulike faser i både brannforløpet og i evakueringsprosessen. I ALLSAFE er effekten av hvert tiltak vurdert i forhold til de ulike påvirkende faktorene. I den matematiske framstillingen betraktes ulike typer branner under ett. Dette gir en varians i tiden det tar til full brann oppstår. Alternativt kunne ulike typer branner vurderes separat, men det ville krevd mer regnearbeid. I arbeidet med ALLSAFE er det utviklet (arbeidsnotat 5, delrapport 2) beregningsmodeller for å finne 1) q = Sannsynligheten for at en brann utvikles til en dødsbrann og 2) FAR = forventet antall brann-drepte per 10 8 timer. Begge disse størrelsene avhenger av både nødvendig evakueringstid og tid til udyktiggjøring. Nødvendig evakueringstid vil variere fra tiden til første person er i sikkerhet til tiden siste person er i sikkerhet. Tid til udyktiggjøring betraktes som uavhengig av evakueringsforløpet. Prinsipielt bør beregninger foretas for alle verdier av evakueringsprosenten, dvs hvor mange som til en hver tid er evakuert ved ett gitt tidspunkt. ALLSAFE er imidlertid begrenset til å vurdere 1) tiden det tar til alle er evakuert, og 2) tiden det tar til 75% er evakuert. Z

27 4 BRUK AV ALLSAFE - TRINN FOR TRINN I OVERSIKT Del B gir en detaljert beskrivelse av beregningsmetoder, prosedyrer og verdier for bruk av ALLSAFE. Følgende er en oversikt av trinnene i framgangsmåten: 1. Beskriv evakueringsobjektet 2. Definer brannscenarier 3. Del inn evakueringsobjektet i beregningssoner 4. Beregn tilgjengelig tid 5. Beregn minimum evakueringstid 6. Beregn sannsynligheten for dødsbrann, uten evakueringstiltak 7. Beregn sannsynligheten for at minst 75% av evakueringspopulasjonen klarer å evakuere i tide, uten evakueringstiltak. 8. Beregn "Fatal Accident Rate" (FAR), uten evakueringstiltak 9. Beregn sannsynligheten for dødsbrann, med evakueringstiltak 10. Beregn sannsynligheten for at minst 75% av evakueringspopulasjonen klarer å evakuere i tide, med evakueringstiltak. 11. Beregn "Fatal Accident Rate" (FAR), med evakueringstiltak. AA

28 5 REFERANSER 1 Jensen, G., Paulsen, T. m fl: Brannkatastrofer - bedre brannrømmingsmetoder. Hovedrapport og delrapporter. IGP AS Arbeidsnotater og delrapporter i prosjektet Totalplaner for rømming av komplekse bygg (dokumentene har sine egne referanselister for litteratur): Delrapport 1: Planleggingsverktøy for brannsikkerhet - spesielt mhp brannrømming Delrapport 2, arbeidsnotat 1: Oppbygging av rammeverk Delrapport 2, arbeidsnotat 2: Funksjonskrav til evakueringssikkerhet Delrapport 2, arbeidsnotat 3: Regneteknisk metode. Skjema for be regning (se revidert i arbeidsnotat 6). Delrapport 2, arbeidsnotat 4: Utgår - se arbeidsnotat 5. Delrapport 2, arbeidsnotat 5: Modell for evakueringssikkerhet Delrapport 2, arbeidsnotat 6: Beregninger, prosedyrer og verdier i ALLSAFE m/regneeksempel. Delrapport 2, sluttrapport: Foredrag NTNF seminar febr: Foredrag NTNF seminar febr: Hovedrapport: ALLSAFE: Beskrivelse og bruk av en metode som ivaretar evakueringssikkerhet systematisk. Om prosjektet (prosj.ansvarl. Eriksen) Planleggingsverktøyutvikling (Paulsen) 3 M/S Kong Harald - utprøving av ALLSAFE. IGP AS for Sjøfartsdirektoratet. 4 Trøndelag Teater - utprøving av ALLSAFE. IGP AS for Statsbygg. BB