Časopis 112 ROČNÍK XXIII ČÍSLO 8/2024
K nejrozsáhlejšímu lesnímu požáru v historii ČR došlo 24. července 2022. Celková plocha byla 1 100 ha. Čas a místo vzniku požáru byly stanoveny do oblasti Malinového údolí. Svědecké výpovědi směřovaly k podezřelé osobě, která se přiznala nejen ke zmiňovanému požáru, ale založení i několika dalších požárů. Bezpečná a efektivní evakuace osob představuje klíčovou roli v rámci požární bezpečnosti staveb. Nejrozšířenějším modelem je model Pathfinder, který simuluje různé scénáře evakuace z budov a dalších prostor ve 2D i 3D prostředí pomocí 3D triangulované sítě. Institut ochrany obyvatelstva disponuje novým přístrojem DRONES-G MINI vyvinutým v ČR. Umožňuje rychlý radiační průzkum bez nutnosti vstupovat do nebezpečných oblastí, ochrání tak zasahující před negativními účinky ionizujícího záření. Pro evidenci ubytování uprchlíků byl vytvořen Armádou ČR systém HUMPO, příslušníci HZS Libereckého kraje z úseku prevence a civilní nouzové připravenosti ho od počátku využívali a zdokonalovali.
Bezpečná a efektivní evakuace osob představuje klíčovou roli v rámci požární bezpečnosti staveb. V návaznosti na zavedenou kategorizaci staveb [1], kdy dispozičně složité budovy, jako například multifunkční haly, sportovní stadiony, výškové budovy či podzemní stavby, mohou spadat do kategorie III, se jeví využívání počítačových modelů pro evakuaci osob jako vhodný nástroj.
Modely evakuace však mohou být významné i pro zajištění bezpečného pořádání venkovních hromadných akcí. Počítačové modely na rozdíl od ručních výpočtů poskytují detailní vizualizaci prostoru a téměř reálné simulace evakuace, které pomáhají ověřit účinnost únikových cest a bezpečný průběh evakuace osob.
Počítačové modely pro evakuaci osob
Metody pro hodnocení evakuace osob se postupně vyvíjely od jednoduchých výpočtů až po sofistikované počítačové modely, které umožňují přesnější odhady pohybu a chování osob. Tyto modely umožňují mimo jiné ověřit návrh únikových cest a identifikovat místa možného vzniku front a kumulací osob. Zatímco u jednoduchých výpočtů je doba evakuace stanovována na základě hustoty, rychlosti či toku osob, počítačové modely využívají empirické rovnice odvozené z experimentálních dat a pozorování, aby co nejlépe simulovaly lidské chování a vliv kouře a zplodin hoření.
První snahy o modelování evakuace se objevily v 60. letech 20. století, kdy se používaly manuální a jednoduché výpočetní nástroje. V 70. letech vznikly první primitivní počítačové modely zaměřené na základní principy evakuace. Dnes je k dispozici celá řada počítačových modelů [2], [3], [4], které využívají různé přístupy k simulaci chování a pohybu osob.
V letech 2011 a 2018 [5], [6] proběhl mezinárodní online průzkum mezi odborníky a uživateli těchto modelů zaměřený na současný stav využívání a preference uživatelů v této oblasti. Průzkum odhalil, že respondenti znají celkem 72 různých modelů pro evakuaci a že většina preferuje tzv. agent-based modely, které přesněji simulují individuální chování osob během evakuace. V těchto modelech je každá osoba reprezentována agentem s vlastním vědomím, který rozhoduje o svém pohybu v závislosti na svém okolí. Nejrozšířenějším modelem podle průzkumu je model Pathfinder, obr. 1.
Obr. 1 Známé počítačové modely pro evakuaci osob. Poznámka: Součet procent je vyšší než 100 %, protože respondenti měli možnost vybrat více možností
Pathfinder – efektivní nástroj pro simulaci evakuace
Agent-based model Pathfinder, vyvinutý společností Thunderhead Engineering, je jedním z nejpoužívanějších počítačových modelů pro simulaci evakuace. Umožňuje simulovat různé scénáře evakuace z budov a dalších prostor ve 2D i 3D prostředí pomocí 3D triangulované sítě, která přesně reprezentuje geometrické detaily a nepřetržitý pohyb osob. Pro simulaci pohybu osob využívá dva režimy: jeden používá zjednodušené výpočetní postupy a druhý je založen na autonomním (nezávislém) chování každé osoby v modelu [7].
Pathfinder umožňuje detailní nastavení parametrů, jako je rychlost osob, pohybové schopnosti a chování osob při evakuaci, včetně modelování speciálních potřeb (např. invalidní vozíky či nemocniční lůžka včetně asistentů). Uživatelé mohou importovat i své vlastní modely osob. Osoby lze také rozdělit do skupin podle sociálního prostředí (např. rodina, spolupracovníci) nebo lze navrhnout fronty čekajících osob [7].
 Obr. 2 Snímek asistované evakuace z modelu Pathfinder |
|---|
Po dokončení simulace poskytuje Pathfinder detailní datové výstupy ve formě textových souborů, formátů CSV (Comma Separated Values) a animovaných 3D vizualizací, které napomáhají k realistickému zobrazení evakuačních scénářů a identifikaci potenciálních kritických míst v prostoru. Pathfinder umožňuje plynulou animaci tisíců lidí v reálném čase a podporuje hardware pro virtuální realitu. Výstupy modelu umožňují rychlé vyhodnocení přetížení prostoru [7].
Pathfinder může využít údaje o kouři a požáru. Tyto informace jsou importovány z výsledků počítačového modelu požáru Fire Dynamics Simulator k identifikaci oblastí s vysokým rizikem. Možnost integrace požáru z Fire Dynamics Simulator umožní komplexní analýzu bezpečnosti budovy v případě požáru [7].
Pro náhodné nastavení parametrů modelu v rámci stovek nebo tisíců simulací poskytuje Pathfinder nástroj Monte Carlo, který se využívá k náhodnému rozložení vstupů napříč mnoha simulacemi. Tento nástroj umožňuje uživateli vytvářet různé varianty konkrétního scénáře s náhodně umístěnými osobami a definováním jejich profilů, které jsou charakterizovány mimo jiné rychlostí pohybu a půdorysným průmětem osob [7].
 |
|---|
Obr. 3 Snímek evakuace osob z modelu Pathfinder
Praktické využití modelu Pathfinder
Podzemní železniční stanice
Obr. 4 Snímek evakuace osob z podzemní železniční staniceModel Pathfinder lze využít pro posouzení bezpečného návrhu evakuace osob z podzemní železniční stanice. Evakuace osob byla navržena podle předloženého požárně bezpečnostního řešení se zohledněním vlivu účinků zplodin hoření. Pathfinder pomohl prokázat, že doba potřebná pro evakuaci osob ze zasažené podzemní železniční stanice na bezpečné místo bude kratší než doba, kdy účinky požáru již ohrozí kohokoli z unikajících osob. Pro zlepšení průběhu evakuace byla následně navržena doporučení, jako například zajištění nadstandardního osvětlení prostor či instalace informačního a navigačního systému pro navádění unikajících osob.
Multifunkční hala
Model Pathfinder lze využít pro ověření dispozičního řešení prostorového uspořádání či návrh efektivních bezpečnostních opatření. Právě za tímto účelem byla analyzována evakuace osob z vybrané multifunkční haly při konání hokejového zápasu s kapacitou 9 500 osob a hudebního koncertu s kapacitou 11 000 osob. Při této analýze byla aplikována metoda Monte Carlo, která umožnila generovat několik variant stejného scénáře. Model pomohl identifikovat kritické oblasti z hlediska kumulace osob, především úzké prostory a místa, kde se střetávaly proudy osob.
 Obr. 5 Snímek evakuace osob z multifunkční haly |
|---|
Venkovní hudební festival
Model Pathfinder lze také aplikovat na venkovní hromadné akce, kterých se účastní velký počet osob. Jedním z mnoha nebezpečí při pohybu velkého množství osob je vznik paniky a davové tlačenice, které mohou vést ke zranění či usmrcení. Vznik těchto situací lze odhalit pomocí 3D vizualizací pohybu osob v prostoru, které model Pathfinder poskytuje. Pro zhodnocení bezpečného pohybu osob lze využít časové křivky evakuace a také barevné mapy znázorňující například hustotu osob v prostoru nebo dobu využití prostoru. Barevné mapy dovolují organizátorům festivalů nebo jiných venkovních hromadných akcí ověřit maximální kapacitu a dostatečný počet únikových východů.
 Obr. 6 Snímek doby obsazení prostoru při evakuaci osob z venkovního hudebního festivalu |
|---|
Závěr
Počítačové modely představují významný pokrok v požární bezpečnosti i krizovém řízení, umožňují detailní a téměř skutečné simulace zohledňující individuální chování a interakce mezi jednotlivci. Díky těmto modelům je možné komplexně analyzovat průběh evakuace, identifikovat kritická místa a efektivně navrhovat únikové cesty.
Současné trendy zahrnují integraci virtuální a rozšířené reality pro reálné simulace a využívání umělé inteligence k předpovědi pohybu a chování osob. Technologie jako „big data“ a internet věcí mohou do budoucna umožnit nepřetržité sledování prostředí a aktualizaci modelů v reálném čase.
I přes všechny tyto technologie a možnosti simulace je důležité mít na paměti, že skutečné chování osob se může odchylovat od toho simulovaného. Osoby nacházející se v dispozičně složitých objektech je nezbytné informovat o možnostech evakuace a umístění únikových cest a východů. Rovněž je důležité v těchto objektech provádět pravidelná reálná evakuační cvičení.
Ing. Adéla SNOHOVÁ, doc. Ing. Petr KUČERA, Ph.D., VŠB – Technická univerzita Ostrava