Published since 1923
DOI: 10.33622/0869-7019
Russian Science Citation Index (RSCI) на платформе Web of Science


  • FIRE AND INDUSTRIAL SAFETY
  • Modelling of Fire Escalation and Escape Routes as Exemplified by a Higher Educational Institution
    (In English)
  • UDC 614.84
    doi: 10.33622/0869-7019.2022.06.38-45
    Anna V. DOROSHENKO, pochta.avd@gmail.com
    Evgenii S. DEMIN, jek5.g@mail.ru
    Moscow State University of Civil Engineering (National Research University), Yaroslavskoe shosse, 26, Moscow 129337, Russian Federation
    Abstract. Resulting from the growth of hazardous and emergency situation, formation of safe and healthy educational environment and safety culture has become one of the high-priority problems of general and professional education. The present article deals with the modelling for fire escalation and escape routes. For fire spread modelling, there has been used Computational fluid dynamics (CFD) model of fire escalation. In the present article, the example of modelling of fire escalation and escape routes in a five-storied building of a school is presented. Six possible scenarios of fire escalation are exemplified. The computations have shown that safe people's evacuation is ensured under the assumed design solutions. The hazardous factors do not threaten human life at the existing space-planning solutions and structural concepts. It was shown that non-compliance with fire-safety engineering and the lack of evacuation training sessions for students and staff could lead to loss of life due to carbon monoxide poisoning and congestion. Thus, a premium must be placed on the building evacuation training.
    Keywords: educational institution, fire safety, student, computational fluid dynamics, fire propagation modeling, evacuation of people
  • REFERENCES
    1. Siddiqui A. A., Ewer J. A., Lawrence P. J. et al. Building information modelling for performance-based fire safety engineering analysis - a strategy for data sharing [Информационное моделирование здания для инженерного анализа пожарной безопасности на основе характеристик - стратегия обмена данными]. Journal of Building Engineering, 2021, no. 42, doi: 10.1016/j.jobe.2021.102794
    2. Cheng M.-Y., Chiu K.-C., Hsieh Y.-M., Yang I.-T., et al. BIM integrated smart monitoring technique for building fire prevention and disaster relief [BIM-интегрированная технология интеллектуального мониторинга для предотвращения пожаров и оказания помощи при стихийных бедствиях]. Automation in Construction, 2017, no. 84, pp. 14-30.
    3. Wang B., Li H., Rezgui Y., Bradley A., Ong H. N. BIM based virtual environment for fire emergency evacuation [Виртуальная среда на основе BIM для экстренной эвакуации при пожаре]. Scientific World Journal, 2014, article 589016, doi: 10.1155/2014/589016
    4. Rьppel U., Schatz K. Designing a BIM-based serious game for fire safety evacuation simulations [Разработка серьезной игры на основе BIM для моделирования пожарной безопасности при эвакуации]. Advanced Engineering Informatics, 2011, no. 25(4), pp. 600-611, doi: 10.1016/j.aei.2011.08.001
    5. Caliendo C., Genovese G., Russo I. A numerical study for assessing the risk reduction using an emergency vehicle equipped with a micronized water system for contrasting the fire growth phase in road tunnels [Численное моделирование для оценки снижения риска с использованием автомобиля скорой помощи, оснащенного системой микронизированной воды, для сравнения фазы развития пожара в автодорожных туннелях]. Applied Sciences (Switzerland), 2021, no. 11(11), article 5248, doi: 10.3390/app11115248
    6. Caliendo C., Genovese G., Russo I. Risk analysis of road tunnels: A computational fluid dynamic model for assessing the effects of natural ventilation [Анализ риска автомобильных туннелей: вычислительная гидродинамическая модель для оценки воздействия естественной вентиляции]. Applied Sciences (Switzerland), 2021, no. 11(1), article 32, pp. 1-16, doi: 10.3390/app11010032
    7. Khasanov I. R., Zuev S. A., Abashkin A. A., Zuevа A. S. The spread of fire from an open car park on the ground floor of a residential building. Pozharovzryvobezopasnost, 2022, no. 31(1), pp. 77-87. (In Russ.). https://doi.org/10.22227/0869-7493.2022.31.01.77-87
    8. Deng M. P., Miclea P. C., McKinney D. CFD modeling considerations for train fires in underground subway stations [Особенности CFD-моделирования пожаров в поездах на станциях метрополитена]. American Society of Mechanical Engineers, Fluids Engineering Division FED, 1996, no. 238, pp. 547-551.
    9. Vega M. G., Argьelles Dнaz K. M., Fernбndez Oro J. M. et al. Numerical 3D simulation of a longitudinal ventilation system: Memorial Tunnel case [Численное 3D-моделирование системы продольной вентиляции на примере Мемориального туннеля]. Tunnelling and Underground Space Technology, 2008, no. 23(5), pp. 539-551, doi: 10.1016/j.tust.2007.10.001
    10. Nguyen K. T. Q., Mendis P., Fernando S. Novel modelling approach for evacuation strategies of tall towers - a case study of Lotus Tower [Новый подход к моделированию стратегий эвакуации из высоких башен на примере Lotus Tower]. Journal of Building Engineering, 2019, no. 25, article 100763, doi: 10.1016/j.jobe.2019.100763
    11. Gravit M. V., Nedryshkin O. V. Full-scale tests for the simulation of fire hazards in the building with an atrium [Натурные испытания по моделированию пожароопасности в здании с атриумом]. Advances and Trends in Engineering Sciences and Technologies III-Proceedings of the 3rd International Conference on Engineering Sciences and Technologies (ESaT 2018), 2019, pp. 375-380.
    12. Hong T.-K., Park S.-H. Numerical analysis of smoke behavior and detection of solid combustible fire developed in manned exploration module based on exploration gravity [Численный анализ поведения дыма и обнаружение твердого горючего огня, разработанного в пилотируемом исследовательском модуле на основе гравитационного исследования]. Fire, 2021, no. 4 (4), article 85, doi: 10.3390/fire4040085
    13. Gravit M., Kirik E., Savchenko E., Vitova T., Shabunina D. Simulation of evacuation from stadiums and entertainment arenas of different epochs on the example of the roman colosseum and the gazprom arena [Моделирование эвакуации со стадионов и арен разных эпох на примере римского Колизея и "Газпром Арены"]. Fire, 2022, no. 5, article 20, doi: 10.3390/fire5010020
    14. Xu A. Elevator fire simulation and operation control in virtual subway [Моделирование пожара в лифте и управление работой в виртуальном метро]. Journal of Advanced Oxidation Technologies, 2018, no. 21(2), article 201809015.
    15. Manley M., Kim Y. S. Modeling emergency evacuation of individuals with disabilities (exitus): an agent-based public decision support system [Моделирование экстренной эвакуации лиц с ограниченными возможностями (выход): aгентная система поддержки принятия общественных решений]. Expert Systems with Applications, 2012, no. 39(9), pp. 8300-8311, doi: 10.1016/j.eswa.2012.01.169
    16. Aleksandrov M., Cheng C., Rajabifard A., Kalantari M. Modelling and finding optimal evacuation strategy for tall buildings [Моделирование и поиск оптимальной стратегии эвакуации для высотных зданий]. Safety Science, 2019, no. 115, pp. 247-255, doi: 10.1016/j.ssci.2019.02.017
    17. Rassia S. T., Siettos C. I. Escape dynamics in office buildings: using molecular dynamics to quantify the impact of certain aspects of human behavior during emergency evacuation [Динамика эвакуации в офисных зданиях: использование молекулярной динамики для количественной оценки воздействия определенных аспектов поведения человека во время аварийной эвакуации]. Environmental Modeling and Assessment, 2010, no. 15(5), pp. 411-418, doi: 10.1007/s10666-009-9209-3
    18. Eremina T., Korolchenko D. Fire protection of building constructions with the use of fire-retardant intumescent compositions [Огнезащита строительных конструкций с применением огнезащитных вспучивающихся составов]. Buildings, 2020, no. 10(10), article 185, pp. 1-14, doi: 10.3390/buildings10100185
    19. Stepanov E. V., Tarakanov D. V., Topolskiy N. G. The wave algorithm used to determine the optimal indoor route for smoke divers in case of fire and fumigation. Pozharovzryvobezopasnost, 2021, no. 30(3), pp. 31-40. (In Russ.). https://doi.org/10.22227/0869-7493.2021.30.03.31-40
    20. Bae Y.-H., Kim Y.-C., Oh R.-S. et al. Walking speed reduction rates at intersections while wayfinding indoors: an experimental study [Коэффициенты снижения скорости ходьбы на перекрестках при поиске пути в помещении: экспериментальное исследование]. Fire and Materials, 2021, no. 45 (4), pp. 498-507, doi: 10.1002/fam.2821
    21. Rahouti A., Lovreglio R., Gwynne S., Jackson P., Datoussaпd S., Hunt A. Human behaviour during a healthcare facility evacuation drills: Investigation of pre-evacuation and travel phases [Поведение человека во время учений по эвакуации из медицинского учреждения: исследование этапов подготовки к эвакуации и перемещений]. Safety Science, 2020, no. 129, article 104754, doi: 10.1016/j.ssci.2020.104754
    22. Fu L., Cao S., Song W., Fang J. The influence of emergency signage on building evacuation behavior: An experimental study [Влияние аварийных знаков на эвакуацию из здания: экспериментальное исследование]. Fire and Materials, 2019, no. 43 (1), pp. 22-33, doi: 10.1002/fam.2665
    23. Lo S. M., Huang H. C., Wang P., Yuen K. K. A game theory based exit selection model for evacuation [Модель выбора выхода для эвакуации, основанная на теории игр]. Fire Safety Journal, 2006, no. 41(5), pp. 364-369, doi: 10.1016/j.firesaf.2006.02.003
    24. Ding A. W. Implementing real-time grouping for fast egress in emergency [Реализация группировки в реальном времени для быстрого выхода в аварийной ситуации]. Safety Science, 2011, no. 49(10), pp. 1404-1411, doi: 10.1016/j.ssci.2011.06.006
    25. Niu Y., Zhang J., Chen Y., Xiao J. Simulation of pedestrian behaviours in high-rise buildings based on intelligence decision P system [Моделирование поведения пешеходов в высотных зданиях на основе интеллектуальной системы принятия решений], International Journal of Parallel, Emergent and Distributed Systems, 2021, no. 36(1), pp. 28-43, doi: 10.1080/17445760.2019.1682147
    26. Danial S. N., Smith J., Khan F., Veitch B. Human-Like sequential learning of escape routes for virtual reality agents [Последовательное изучение путей эвакуации для агентов виртуальной реальности]. Fire Technology, 2019, no. 55(3), pp. 1057-1083, doi: 10.1007/s10694-019-00819-7
    27. Groner N. E. A decision model for recommending which building occupants should move where during fire emergencies [Модель принятия решений для рекомендации перемещения жильцов из здания во время пожара]. Fire Safety Journal, 2016, no. 80, pp. 20-29, doi: 10.1016/j.firesaf.2015.11.002
    28. Weng X., Su Z., Liu W., Xu Q. Research on the stairs evacuation with fluid wave theory [Исследование эвакуации по лестницам с помощью теории волн жидкости]. Lecture Notes in Electrical Engineering, 2015, no. 286, pp. 51-59, doi: 10.1007/978-3-662-44674-4_5
    29. Hagwood C., Reneke P. A., Peacock R. D., Kuligowski E. D. Incorporating human interaction into stair egress with an application to minimum stair width [Применение минимальной ширины лестниц при эвакуации людей]. Fire Technology, 2019, no. 55(2), pp. 547-567, doi: 10.1007/s10694-018-0741-z
    30. Chen J., Ma J., Lo S. M. Geometric constraint based pedestrian movement model on stairways [Модель движения пешеходов по лестницам на основе геометрических ограничений]. Physica A: Statistical Mechanics and its Applications, 2018, no. 505, pp. 1212-1230, doi: 10.1016/j.physa.2018.03.051
  • For citation: Doroshenko A. V., Demin E. S. Modelling of Fire Escalation and Escape Routes as Exemplified by a Higher Educational Institution. Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel'stvo [Industrial and Civil Engineering], 2022, no. 6, рp. 38-45. (In Engl.) doi: 10.33622/0869-7019.2022.06.38-45

BACK