Posted: 13 augusti, 2014 By: Comments: 0

Gånghastighet i rök

Att räkna på hur och med vilken hastighet människor förflyttar sig i rökfyllda miljöer har länge varit förknippat med stora osäkerheter. Bland annat beror det på att forskning mer eller mindre i sin helhet saknats inom området, sannolikt p g a att det inte är ett önskvärt (eller i dimensioneringssammanhang tillåtet) scenario i samband med utrymning av traditionella byggnader ovan mark. Men som jag har skrivit i några av mina tidigare inlägg är förutsättningarna för byggnadsverk under mark (t ex väg- och järnvägstunnlar) lite annorlunda. En övervägande del av min forskning har därför inriktats på att minska dessa osäkerheter, bl a genom att utföra utrymningsförsök med människor i rökfyllda miljöer. Sommaren 2011 genomfördes t ex ett mycket stort utrymningsförsök där totalt 100 personer mellan 18-66 år fick utrymma en ca 180 m lång rökfylld tunnel, och strax innan semestern detta år genomfördes ett nytt liknande försök i Norra länken i Stockholm. I det senare försöket deltog totalt 66 personer mellan 18-72 år.

Även om försöken innebär stora tillskott till den lilla datamängd som tidigare existerat är långt ifrån alla frågetecken uträtade. En försöksperson innebär visserligen en ny datapunkt, men samtidigt varierar siktnedsättningen (eller siktsträckan) mellan varje försöksperson. Till detta kommer att försökspersonerna är olika gamla och långa, väger olika mycket och har varierande rörlighet. Att analysera ett utrymningsförsök innebär alltså till stor del att försöka reda ut samband. Med andra ord försöker jag svara på huruvida det är försökspersonernas varierande längd (eller annan valfri variabel) som  förklarar variationen i gånghastighet, eller om det faktiskt är siktnedsättningen. Något som inte alltid är helt okomplicerat.

En särskilt viktig aspekt i modellerings- och beräkningssammanhang, som jag på senare tid har börjat intressera mig för, är på vilket sätt människors gånghastighet i rök ska beskrivas. Ofta talas det då om att beskrivningen ska göras antingen som en fraktion av den opåverkade gånghastigheten (i rökfri miljö) eller absolut, utan koppling till individens opåverkade gånghastighet. Jag förtydligar med ett kort exempel.

Anta att vi ska modellera (d v s beräkna/beskriva/förutspå) hur lång tid det tar för två personer att utrymma en rökfylld tunnel. På grund av en tillväxande brand kommer sikten i tunneln kontinuerligt att förändras, dels som en funktion av avståndet från branden och dels som en funktion av brandens storlek. Person A som är ung och frisk går med en opåverkad gånghastighet motsvarande 1,5 m/s och person B som är lite äldre och funktionsnedsatt går med en opåverkad gånghastighet motsvarande 0,75 m/s. Vi gör också antagandet att människor generellt sett går med sin opåverkade gånghastighet till dess att sikten är mindre än 5 m och för enkelhetens skull att människor står helt stilla vid 0 m sikt (av pedagogiska skäl töjer vi lite på gällande praxis). Med antagandet om att människors gånghastighet reduceras som en fraktion av den opåverkade gånghastigheten innebär det att person A rör sig med 1,5 m/s vid 5 m sikt, 0,75 m/s vid 2,5 m sikt och 0 m/s vid 0 m sikt. Person B å andra sidan rör sig konsekvent mycket långsammare p g a den lägre ingångshastigheten, B rör sig med 0,75 m/s vid 5 m sikt, 0,375 m/s vid 2,5 m sikt och 0 m/s vid 0 m sikt. Är då detta rimligt, d v s att B alltid rör sig med A:s halva hastighet, precis som i rökfria miljöer?

Det finns tyvärr inget entydigt svar på denna fråga. Skälet är att tidigare studier aldrig inkluderat mätningar av försökspersonernas opåverkade gånghastighet, d v s det finns ingen information om sambandet mellan individens hastighet i rökfri och rökfylld miljö. En fraktionsreducering av människors gånghastighet i rök framstår dock som tveksam, åtminstone teoretiskt. Skälet är att vi från forskning inom t ex trafikapplikationer och flödesdynamik vet att människors gånghastighet i rökfria miljöer till stor del beror på bl a längd, ålder och mobilitet. Det är tveksamt om samma faktorer styr i tät rök. Snarare skulle jag tro att faktorer som perception, mörkerseende, rädslan för att trilla eller att gå in i någonting dominerar. De observationer jag gjort i tidigare försök antyder också att människor i tät rök sänker sin hastighet på ett sätt som gör att de ska kunna stanna om det dyker upp ett hinder framför dem. Det senare skulle innebära att den teoretiskt högsta hastigheten i rök i så fall utgörs av siktlängd + bromssträcka + ev säkerhetsmarginal m/s, något som är helt oberoende av vilken gånghastighet en person upprätthåller i rökfri miljö.

Problemet med fraktionsmodellen är att många av dagens utrymningsmodeller utgår från experimentellt framtagna samband som endast visat att en person som exponeras för mycket dålig sikt generellt rör sig långsammare än en annan person vid bättre siktförhållanden. Vi pratar alltså om oberoende observationer som, när de jämförs med varandra, antyder att ju sämre sikten är desto långsammare går människor. Det verkar alltså finnas ett samband mellan gånghastighet och siktnedsättning, men datat säger ingenting om hur en och samma persons gånghastighet förändras som en funktion av siktnedsättningen. Kanske är det så att person B börjar reducera sin gånghastighet vid mycket sämre siktförhållanden, d v s kortare siktsträckor, än person A? Motiveringen skulle kunna vara att person B med sin låga opåverkade gånghastighet relativt person A löper en mindre risk att krocka med någonting vid en viss siktlängd.

Det må vara av praktiska och tillämpningsrelaterade skäl som en del av dagens utrymningsmodeller väljer att reducera utrymmande personers gånghastighet som en fraktion av den opåverkade gånghastigheten, t ex med en konstant i följande förenklade uttryck: gånghastighet = (opåverkad gånghastighet) – konstant * siktnedsättning. Alternativet skulle istället vara att ärligt erkänna att den lilla datamängd som existerar visserligen talar för att gånghastighet i rök verkar minska med försämrad sikt, men att vi inte vet någonting om hur den enskilde individen anpassar sin gånghastighet vid olika siktlängder. Istället borde kanske individers gånghastighet vid olika siktförhållanden bestämmas absolut, d v s som värden baserade på de gånghastigheter som uppmätts för samtliga individer inom ett visst intervall i tidigare utrymningsförsök. Jag förtydligar vad jag menar med ett nytt exempel.

Anta att det har gjorts ett försök med 100 försökspersoner. 20 personer har fått gå i rök med en sikt på 4-5 m, 20 personer med en sikt på 3-4 m, o s v. Medelvärdet på deras individuella gånghastighet var för 4-5 m sikt 1,5 m/s, 3-4 m sikt 1,2 m/s, 2-3 m sikt 0,9 m/s, 1-2 m sikt 0,6 m/s och för 0-1 m sikt 0,3 m/s. Viktigt att komma ihåg är att detta är medelvärden, det existerar både långsammare och snabbare personer inom respektive intervall. Denna variation kan t ex beskrivas med en standardavvikelse. Försöket tyder alltså på att gånghastigheten minskar med 0,3 m/s för varje m nedsättning i sikt. Detta är dock ett generellt samband. Vi vet ju fortfarande ingenting om hur fort en person som gick i intervallet 4-5 m sikt hade rört sig i något av de andra intervallen.

I brist på kunskap framstår det då för mig som lämpligare att istället explicit beakta denna osäkerhet när personers gånghastighet i rök ska modelleras. Istället för att utgå från en opåverkad gånghastighet och en konstant sänkning vore det rimligare att för respektive intervall titta på populationsmedelvrädet och spridningen kring detta. Informationen kan vi fortfarande hämta från samma genomförda utrymningsförsök, vi använder den bara lite annorlunda. I den deterministiska analysen vore det lämpligt att utgå från en percentil som utgör ett konservativt antagande av gånghastigheten i respektive siktintervall. Då beaktas variationen och osäkerheten implicit. I den probabilistiska analysen vore det däremot lämpligare att utgå från populationsmedelvärdet direkt, i kombination med spridningsmåttet (standardavvikelsen), för respektive intervall. Rimligen med begränsningen att en individ inte rör sig snabbare i förhållande till sin egen hastighet när sikten blir sämre. Detta tillvägagångssätt har jag också förespråket i en artikel i den vetenskapliga tidskriften Fire and Materials.

Men slutligen, som jag skrev ovan saknas entydig vägledning i frågan, och mina spekulationer är i dagsläget att betrakta som precis lika bra som någon annans. Min förhoppning är dock att kunna svara bättre på frågan senast om ett halvår. I de försök som genomfördes i Norra länken i början av juli mättes nämligen inte bara försökspersonernas gånghastighet när de utrymde den rökfyllda tunneln. Efter genomfört försök fick de promenera hela sträckan tillbaka till platsen där försöket började, motsvarande 365 m. Klart vi passade på att dokumentera deras gånghastighet då!

Post Categories

Fire Safety Engineering