امتیاز کاربران

ستاره فعالستاره فعالستاره فعالستاره فعالستاره فعال
 
  مقاله ارائه شده توسط گروه تحقیق و توسعه شرکت آلومینیوم شیشه تهران در چهارمین همایش ملی فن آوری های نوین صنعت ساختمان 

چکیده:

با توجه به رشد روز افزون شهرها و افزایش جمعیت شهری، مسئله ترافیک انسانی روز­به ­روز نمایا­ن تر گشته و به دنبال آن مشکلات جدی­ تری بر رفت آمد­های مردم به وجود خواهد آورد. ترافیک انسانی در سطوح مختلفی از جامعه انسانی قابل مشاهده است که ساختمان­های اداری یکی از نمونه­ های بارز آن است. این پدیده در اکثر موارد تاثیر­گذار و محسوس نیست اما به هنگام وقوع حادثه ­های ناگهانی مانند زلزله و آتش ­سوزی این موضوع شدیدتر شده و به دنبال آن تلفات جانی و مالی بیشتری بر جای خواهد گذاشت. هدف ازین مقاله، شناخت دقیق عملکرد ساختمان در مواقع اضطراری و کمک به طراحی بهینه مولفه­ های تاثیرگذار در وقوع حوادث ناشی از ترافیک انسانی است. بدین منظور اثر ازدحام جمعیت در یک ساختمان نمونه با کاربری اداری به عنوان یکی از بااهمیت ترین کاربری ها در مقیاس شهرتهران بررسی شد. در این مسیر از شبیه سازی ازدحام جمعیت به کمک نرم افزار Mass Motion استفاده شده است. در پایان با استناد به استاندارد NIST1822 و نمونه موردی انجام شده، مولفه هایی همچون زمان مورد نیاز جهت تخلیه ساختمان، بهینه سازی مسیرهای خروج و انتظار مسافران مورد بررسی و تحلیل قرار گرفت و گزینه ­های پیشنهادی جهت ارتقاء کیفیت ترافیک انسانی مطرح گردید. این فرایند می تواند به عنوان گزینه مناسبی برای سایر ساختمان­ها با کاربری­های متفاوت تعمیم داده شود تا گامی نوین در بررسی حرکت مردم در مکا­ن های عمومی برداشته شده و از بروز مشکلات و تلفات جانی جلوگیری شود.

مقدمه:

امروزه با گسترش شهرها و به دنبال آن افزایش جمعیت، مسئله ازدحام جمعیت و ترافیک انسانی در سطح شهرهای بزرگ به وضوح قابل مشاهده است. این ترافیک در سطوح مختلفی از یک شهر قابل مشاهده است؛ از ترافیک در فضاهای باز تا فضاهای بسته با کاربری های مختلف. بسته به عمومی بودن یا نبودن فضاهای بسته این ترافیک شدت و ضعف می یابد. بنا به همین دلیل نقش کاربری و سطوح جمعیتی تعریف شده برای فضا تاثیر زیادی در وقوع ترافیک های انسانی پرخطر در زمان های بروز حادثه ( زلزله، آتش سوزی، انفجار و ...) دارد. در صورت نبود پیش بینی های لازم و موثر در این زمینه، این حوادث می تواند منجر به تلفات مالی و جانی فراوانی شوند.

بررسی رفتار مردم با نگرش به علم شبیه سازی و استفاده از هوش مصنوعی می­تواند ما را در پیش بینی حرکت انسان ها در محیط های عمومی کمک کرده و به دنبال آن از مشکلات عبور و مرور جلوگیری کند. شبیه سازی ازدحام جمعیتی می تواند در تحلیل مسیر سیرکولاسیون و رفتار حرکتی اشخاص در فضای موردنظر موثر واقع شود. به طوری که مسیر حرکتی اشخاص را به طور آزاد (Circulate) و یا در پیمایش یک مسیر به خصوص (Journey) ردیابی و تحلیل کند. اینگونه ارزیابی ها داده های مفیدی را در جهت طراحی و مکان یابی مسیرهای خروج اضطراری در پروژه های کلان، بررسی سرعت حرکتی افراد، مسیر گردشی پیشنهادی برای طراحی و جانمایی فضاهای ایستا (به طور مثال ویترین مغازه ها) و فضاهای پویا (عبوری) در مکان های عمومی در اختیار طراحان قرار می دهد.

بررسی چند موضوع در ترافیک انسانی و ازدحام جمعیتی تعیین کننده شرایط آسایش یا خطر است که با نام اختصاریFIST از آن یاد میشود که منظور Force , Information , Space , Time بوده که به معنی فشار ازدحام، آگاهی افراد ، فضا و زمان می­باشد که جهت ارزیابی یک محیط شلوغ یا پر خطر استفاده می­شود.

زمان خروج یکی از اصلی ترین فاکتورهای برنامه­های شبیه ­سازی ازدحام جمعیتی است که با ارائه نمودار زمان- جمعیت، نمودار زمان- تراکم بالا (زمان های پرخطر) در هنگام خروج و همچنین ارائه نقشه های ازدحام در زون های مختلف و پیدا کردن مسیرهای پرتردد و کم تردد می­تواند در آنالیز محیطی نقشی موثر داشته باشد.

نرم افزار مس موشن قابلیت شبیه سازی و تحلیل حرکت انسان ها در فضاهای متفاوت سه بعدی را در اختیار برنامه ریزها و طراحان قرار می دهد. نتیجه این تحلیل های هوشمند، بهینه سازی حرکت افقی و عمودی به همراه تضمین امنیت و آسایش کاربران می­باشد. با درنظرگیری فاصله های اجتماعی در شرایط متفاوت (حباب فضای شخصی) و قابلیت شبیه سازی هوش مصنوعی برای جمعیت مورد تحلیل(ویژگی های فردی مانند توانایی پردازش و سرعت تصمیم­ گیری، اضطراب و توانمندی جسمی) بر اساس نمونه های آماری حقیقی به تحلیل رفتار لحظه­ ای افراد در فضا و نحوه تصمیم گیری آن ها در شرایط شبیه سازی می پردازد. شبیه سازی توسط نرم افزار مس موشن در فضای سه بعدی طرح پیشنهادی صورت می­گیرد. تمامی موارد تاثیرگذار در نحوه تجمع و پراکنش جمعیتی، طبق ویژگی های فضای به خصوص و استانداردهای ملی و جهانی کنترل و تغییر می­یابد. ارتباطات افقی و عمودی شناسایی شده و مورد آزمایش حجم جمعیت قرار گرفته به طوری که در بازه های مورد نظر سکانس های رفتاری و حرکتی آزمودنی ها ارزیابی و تحلیل می گردد تا در نهایت، درک درستی از سیرکولاسیون و فضاهای طراحی شده به دست آوریم.

 پیشینه تحقیق:

در پژوهش های های انجام شده در داخل کشور تاکنون اثر شبیه سازی رایانه ای در بررسی ازدحام جمعیت در  کاربری های گوناگون موجود بررسی نشده است و تنها به بررسی مباحث تئوری و مبانی نظری موضوع پرداخته شده است. مویدفر و نیک پسند در پژوهشی به بررسی تاثير ازدحام جمعیت در ساعات پيك بر استفاده مسافران از مترو پرداخته است. جهت کمی کردن اطلاعات جمع آوری شده و مقایسه، از تراکم مسافران سرپایی در هرمترمربع از وسیله نقلیه استفاده کرده است. مدل بکارگرفته شده در این پژوهش مدل لاجیت خطی بوده و دو حالت شرایط بدون ازدحام جمعیت در هردو وسیله نقلیه مترو و اتوبوس و شرایط ازدحام جمعیت درمترو و بدون ازدحام در اتوبوس بررسی شده است. در نهایت از نتایج بدست آمده می توان متوجه تاثیرات زیاد تغییر در میزان ازدحام جمعیت در انتخاب مود مسافران شد. در این پژوهش از شبیه سازی رایانه ای برای مقایسه شرایط فرض شده استفاده نشده است و محاسبات به صورت کمی انجام شده است. عسگری نیز در پژوهشی با عنوان چالش های مدیریت بحران ازدحام جمعیت در تئوری و عمل به بررسی مهم ترین چالش های مذکور بر اساس تجارب فعلی دنیا می پردازد.

پژوهش­ هایی در خارج از ایران به بررسی و تحلیل ازدحام جمعیت و شبیه سازی آن پرداخته اند. ریورز و همکاران در مقاله ای به بررسی یک نمونه موردی و تحلیل ازدحام جمعیت و مدل خروجی آن در نرم افزار مس موشن و اعتبارسنجی این نرم افزار پرداخته اند. در این پژوهش پارامترهایی مانند زمان خروج، سرعت، نرخ جریان حرکت و ... بررسی شده اند. نتایج نشان می دهند که نرم افزار مس موشن ابزار مناسبی برای مدل سازی خروج از ساختمان در برج های بلند است و داده های زمان خروج از ساختمان با تقریب 1% تا 10% به شرایط واقعی نزدیک است. شرکت آروپ سازنده نرم افزار مس موشن نیز در پژوهشی به بررسی و اعتبارسنجی داده های خروجی این نرم افزار با نمونه های مطرح شده در استاندارد NIST 1822 پرداخته و برای 16 حالت مختلف داده های بدست آمده از نرم افزار را اعتبار سنجی کرده است. در پژوهشی دیگر ژانگ و همکاران به بررسی و برنامه ریزی مسیر خروج اضطراری در ایستگاه مترویی در شهر ووهان چین با تکیه بر شبیه سازی رایانه ای پرداخته است. در این بررسی ها طول مسیر خروج، زمان طی کردن مسیر خروج و تراکم مسیر پیاده به عنوان پارامترهای اصلی درنظر گرفته شده است. زمان پیک استفاده از ایستگاه مترو در این محاسبات لحاظ شده است. دراین راستا دو سناریو مختلف برای مسیر خروج با هم مقایسه و سناریو بهینه با توجه به پارامترهای مطرح شده عنوان شده است.

در مقاله حاضر به بررسی اثر ازدحام جمعیت در ایمنی افراد ساکن در یک ساختمان با کاربری اداری با تکیه بر شبیه سازی رایانه ای با کمک نرم افزار مس موشن پرداخته شده است. بدین منظور مدل پایه ای برگرفته از ساختمان اداری واقع در شهر تهران شبیه سازی شده و اثر ازدحام جمعیت با توجه به مسیرهای خروج بررسی شده است.

روش تحقیق :

در این پژوهش هدف اصلی بررسی اثر ازدحام جمعیت در رفت و آمد ایمن ساکنان یک ساختمان اداری بوده و در این راستا از ابزارهای مختلف تحقیق همچون مطالعات کتابخانه ای، نمونه موردی و شبیه سازی رایانه ای بهره برده شد. تجزیه و تحلیل داده ها نیز با استفاده از روش های آمار توصیفی و استدلال منطقی انجام گرفته است.

 ویژگی های مدل پایه:

برج ساعی، ساختمانی اداری با 12 طبقه بالای همکف و 7 طبقه پارکینگ در شهر تهران واقع شده است .تصویر زیر مدل کلی ساختمان و تعداد طبقات آن را نمایش می­دهد. در داخل ساختمان فضاهایی مانند غذاخوری ، آموزشی ، لابی ، اتاق های کنفرانس و . . . تعبیه شده است که با توجه به نوع استفاده از فضا، تعداد افراد در داخل برج تعریف می شود.

مدل سه بعدی ساختمان

تعداد کاربران درنظرگرفته شده در هرفضا یکی از فرضیات اساسی در شروع شبیه سازی بوده که می­تواند در داده های خروجی تاثیر بسزایی داشته باشد. به منظور درنظرگیری شرایط بحرانی، حداکثر کاربر این ساختمان 800 نفر فرض شده و بر اساس نوع فضاها این جمعیت در داخل برج پراکنده شده است و مورد تحلیل و آنالیز خروج اضطراری قرار گرفته است. تصویر زیر نمایانگر میزان جمعیت فرض شده در طبقات مختلف ساختمان بوده که بر این اساس شبیه سازی تخلیه اضطراری انجام خواهد پذیرفت.

تعداد افراد فرض شده در طبقات ساختمان مدل

در تصویر زیر مدل کلی ساختمان با فرض وجود حداکثری افراد در داخل ساختمان مشاهده می شود. شبیه سازی در شرایط 3 بعدی مدل شده است و افراد با شرایط معمولی برنامه ریزی شده اند .

مدل ساختمان با درنظرگیری حداکثری کاربران فضا

      تراکم افراد در یک سطح تایین کننده فاکتوری به نام سطح تراکم جمعیتی بوده که بیانگر دو موضوع مهم است:

  • تعداد افراد در یک متر مربع از سطح
  • میزان کارکرد افراد

       بنا به همین مسئله سطوح مختلفی از تراکم جمعیتی تعریف شده است که تعاریف هرکدام ازین سطوح در تصویر زیر آمده است:

 

سطوح مختلف تراکم جمعیتی در فضا  

- تراکم جمعیتی سطح A: حرکت آزادانه و ترافیک بسیار سبک است.
- تراکم جمعیتی سطح B: حرکت یک پارچه و یک جهت ، حرکت در جهت معکوس با کمی برخورد منجر خواهد شد .
- تراکم جمعیتی سطح C: حرکت آزادانه امکان پذیر نیست ، به سختی امکان عبور از افراد دیگر ممکن است، حرکت در جهت معکوس بهسختی خواهد بود .
- تراکم جمعیتی سطح D: حرکت آزادانه امکان پذیر نیست، حرکت در جهت معکوس بسیار سخت خواهد بود .
- تراکم جمعیتی سطح E: حرکت آزادانه امکان پذیر نیست، حرکت در جهت معکوس امکان پذیر نیست .
- تراکم جمعیتی سطح F: ترافیک بسیار بالا است و افراد به طور کامل برای همدیگر مانع حرکت و آزادی عمل هستند.

تعداد خروجی­ها، موقعیت قرارگیری و فاصله تا فضاهای داخلی عامل موثری در ارزیابی مسئله ازدحام جمعیت و ایمنی افراد به هنگام خروج اضطراری می­باشد، در این ساختمان شش درب خروجی در طبقه همکف وجود دارد که مطابق تصویر 5 است. در این شبیه سازی تابلوهای معرفی پله­های خروج ساختمان به صورت پیش فرض درنظر گرفته شده و به دلیل عدم کارکرد صحیح آسانسورها در مواقع بروز حادثه، هیچ گونه آسانسوری برای استفاده افراد مدل سازی نشده است.

 موقعیت درب های خروجی در پلان طبقه همکف

شعاع فضای اشغال شده توسط هر نفر 25سانتی مترمربع و سرعت های فرض شده برای این افراد مطابق با استانداردهای تعریف شده در نرم افزار مس موشن در جدول زیر بیان شده است. 

سرعت حرکت افراد مطابق با استانداردهای نرم افزار مس موشن (متربرثانیه)

 ارائه نتایج و تحلیل ها

 در بررسی نتایج شبیه سازی انجام شده، فاکتور زمان عامل مهمی در بررسی و نتیجه گیری می­باشد. بدین منظور نتایج آنالیز در زمان های مختلفی بررسی شده است. تصاویر زیر نمایانگر لحظه شروع خروج افراد از فضاهای داخل ساختمان است.

لحظه شروع خروج افراد از رستوران نیم طبقه اول

 لحظه شروع خروج افراد از فضای آموزشی

 شبیه سازی پس از دقیقه دوم:

 پس از گذشت 2 دقیقه از شروع زمان اعلام خروج، مشاهده می­شود که تراکم در راه پله های ساختمان به ویژه راه پله های غربی زیاد شده و افراد حاضر در طبقه همکف و بخشی از جمعیت نیم طبقه اول از ساختمان خارج شده اند. افراد حاضر در طبقات بالاتر با مشاهده وجود ترافیک زیاد در راه پله غربی (تصویر9)، استفاده از راه پله شرقی (تصویر8) را ترجیح داده و مسیر خروج خود را با کمک گرفتن از خروجی شرقی کوتاه می­کنند .

دید به راه پله شرقی و نحوه خروج افراد

دید به راه پله غربی و نحوه خروج افراد

بعد از گذشت 6 دقیقه و 50 ثانیه از زمان اعلام خروج، تمام افراد حاضر در ساختمان خارج شده­اند. این موضوع در قالب نموداری به نام نمودار تخلیه عنوان می شود که محدوده های رنگی بیانگر فشارهای مختلف ناشی از ازدحام جمعیت است. وجود فشار بالا در هنگام بروز حادثه و لزوم تخلیه اضطراری یکی از مشکلات اساسی در خروج بدون خطر افراد و سلامت جمعیت است.

تراکم جمعیت

تراکم جمعیت در نقاط و طبقات مختلف ساختمان متفاوت بوده و بسته به تعداد افراد حاضر در فضا، فاصله از مسیرهای خروجی و سرعت تعریف شده برای افراد نتایج متفاوتی وجود دارد. تراکم جمعیتی در طبقه اول به غیر از راه پله­ی شرقی در بقیه نقاط سبک و نامحسوس بوده در حالی که در راه پله­ی شرقی این تراکم تا تراکم جمعیتی سطح F  ادامه پیدا می­کند . به دلیل وجود راه پله های مناسب در پروژه و حجم جمعیت، سطح ایمنی مسیر های خروجی به غیر از راه پله­ی شرقی مناسب برآورد می­شود .تصاویر زیر نمایانگر بیشینه تراکم جمعیت در طبقات مختلف ساختمان است.

 بیشینه تراکم جمعیتی در طبقه همکف

 بیشینه تراکم جمعیتی در نیم طبقه اول

بیشینه تراکم جمعیتی در طبقه پنجم

همان طور که در تصاویر بالا می بینیم، افراد حاضر در طبقه 5 به دلیل قرارگیری مناسب راه پله های خروج که تراکمی در سطح C و D دارند، در انتخاب مسیر خروجی از هردو راه پله موجود استفاده کرده که این امر از از افزایش ترافیک در راه پله های شرقی کاسته و بخشی از فشار را به راه پله های غربی منتقل می­کند.

مقایسه مسیر های خروجی

به دلیل نزدیکی راه پله های شرقی به فضاهای پررفت و آمد مثل سالن کنفرانس اصلی ، این راه پله از تراکم بیشتری نسبت به سایر مسیر ها برخوردار است . تراکم این فضا در حد F بوده که این حد از تراکم برای راه پله ها خطرناک به حساب می آید. تصاویر زیر نشان دهنده خروج افراد از راه پله های شرقی و غربی در زمان های تحلیه ساختمان است.

 

مقایسه سطح تراکم جمعیت در راه پله شرقی و غربی 

 

مسئله حایز اهمیت دیگر مقایسه کارکرد درب های خروجی و سطح تراکم جمعیتی این خروجی ها در زمان تخلیه اضطراری ساختمان است که با توجه به شبیه سازی انجام شده، نتایج حاکی از میزان عبور و مرور زیاد در درب های یک و چهار می باشد .

مقایسه کارکرد درب های خروجی ساختمان مدل

پیشنهادات :

افزایش عرض درب خروجی:

با توجه به تراکم در راه پله شرقی و نتایج حاصل از بررسی فشار در درب های خروج  پیشنهاد افزایش عرض درب خروجی در اولویت بوده و این امر سبب کاهش تراکم و ترافیک در پشت درب خروج خواهد شد که به مراتب تاثیری کمی هم در زمان خروج خواهد داشت .ابعاد پیشنهادی 1.5برابر شدن این درب می­باشد.

 پیشنهاد افزایش عرض درب راه پله شرقی

 استفاده از علائم هشداردهنده جهت خروج افراد:

یکی از تجهیزات و امکاناتی که در تخلیه اضطراری می توان از آن استفاده نمود، تابلوهای نورتاب و تابلوهای تخلیه اضطراری می­باشد. این تابلو ها در هنگام نبود برق هم می­توانند روشن و در تاریکی دیده شوند که باعث هدایت صحیح افراد به خروجی ها خواهند شد. با توجه به نتایج حاصل شده و توجه ویژه افراد به راه پله شرقی درجهت کنترل تراکم این مسیر پیشنهاد می­گردد در طبقه 12+ سالن کنفرانس ، توجه افراد داخل فضای مذکور را با ایجاد تابلوها و راهنمایی ها به پله های غربی جلب کرد تا از میزان تراکم و فشار از راه پله شرقی کاسته شده و افراد سایر طبقات استفاده مناسبتری از این مسیر داشته باشند.

 پیشنهاد استفاده از تابلوهای نورتاب در مسیر خروجی راه پله شرقی

نحوه جانمایی تابلوهای خروج جهت راهنمایی افراد حاضر در سالن کنفرانس به راه پله غربی

نتیجه گیری:

بر اساس شبیه سازی انجام شده زمان مورد نیاز جهت تخلیه ساختمان 6 دقیقه و 50 ثانیه می­باشد که زمان مجاز بسته به جمعیت و تعداد طبقات به طور معمول در حد 9 دقیقه می­باشد. همچنین با در نظرگیری تخلیه ساختمان از جبهه شرقی و غربی و تراکم بالای افراد در راه پله های شرقی ، این بخش دارای ترافیک و تراکم بالایی خواهد بود .این فرایند می تواند به عنوان گزینه مناسبی برای سایر ساختمان­ها با کاربری­های متفاوت تعمیم داده شود تا گامی نوین در بررسی حرکت مردم در مکا­ن های عمومی برداشته شده و از بروز مشکلات و تلفات جانی جلوگیری شود.