SEF 15 - Sicurezza ed esercizio ferroviario

Transcript

1 SEF 15 - Sicurezza ed esercizio ferroviario Emergenza incendio in una linea metropolitana. Evacuazione della linea. Analisi e tempi di evacuazione Valter Di Mario ( 1) - Gabriele Malavasi (1) Roberto Recchia(2) (1)Sapienza Università di Roma - DICEA (2)ROMA METROPOLITANE SrL

2 Obiettivi dello studio Lo studio analizza le modalità e la gestione in sicurezza della evacuazione di una linea metropolitana nel caso di una emergenza incendio. Sulla base dello sviluppo temporale dell incendio e quindi del raggiungimento di valori pericolosi sia della temperatura che della concentrazione dei gas tossici, si analizza come risulti fondamentale conoscere il tempo massimo necessario agli utenti a raggiungere in condizioni normali di sicurezza le aree protette e sicure e come lo sviluppo di diversi modelli di calcolo vengono in supporto alla soluzione di tali problematiche. Pagina 2

3 Il Problema della Sicurezza Incendio La sicurezza è in generale definita come quella condizione che permette all uomo di svolgere ogni sua attività esente da pericoli e tale da richiedere risposte adeguate in presenza di situazioni incidentali impreviste. In tale ambito si inserisce il problema di sicurezza di una linea metropolitana, nel caso di incendio soprattutto per gli effetti devastanti che il fuoco ed il fumo possono procurare alle persone eventualmente coinvolte. Pagina 3

4 Il Problema della Sicurezza Incendio In Italia da statistiche annuali del Corpo Nazionale dei Vigili del Fuoco, sul totale degli interventi richiesti, l incendio è la causa principale di intervento rappresentando il 30% del totale degli interventi, causati nella maggior parte dei casi da guasti elettrici, con una percentuale di 0,2 morti ogni abitanti. Pagina 4

5 Il Problema della Sicurezza Incendio In ambito internazionale da statistiche curate dal CTFI (International association of fire and rescue service) all inizio del XXI secolo, su circa 6 miliardi di persone l elevato numero di incendi, circa 7 8 milioni, ha causato circa mila decessi e circa feriti. Pagina 5

6 Il Problema della Sicurezza Incendio Le stesse statistiche del CTFI evidenziano che per luogo di incendio e numeri di decessi, gli incidenti con incendio nei trasporti, con riferimento alle reti ferroviarie ed in particolare alle reti metropolitane, vengono collocati solo dietro agli edifici civili ed industriali. Pagina 6

7 Il Problema della Sicurezza Incendio Corse con disservizi a causa di incendio e/o principi di incendio dal 1980 al 2006 (Roma - 14 Eventi) 0,040% 0,035% 0,030% 0,025% Corse medie giornaliere = 900 Corse effettuate 9 milioni 0,020% 0,015% 0,010% 0,005% 0,000% Principio Incendio Stazione Incendio in stazione Principio Incendio treno Incendio Doloso Treno Incendio SSE Pagina 7

8 Il Problema della Sicurezza Incendio Incidente DAEGU (Corea del Sud) 2003 Pagina 8

9 Il Problema della Sicurezza Incendio Incidente DAEGU (Corea del Sud) 2003 Pagina 9

10 Incendio: analisi, sviluppi, effetti Gli aspetti critici che caratterizzano l incendio di una linea metropolitana sono: la quantità di materiale infiammabile il punto di inizio dell incendio gli incrementi termici e le concentrazioni di gas tossici i parametri legati alla visibilità le persone coinvolte le infrastrutture della linea Pagina 10

11 Incendio: analisi, sviluppi, effetti In una linea metropolitana la causa principale e più probabile dell evento incendio è costituito dal materiale rotabile. La quantità di calore che può svilupparsi è rappresentato dal carico di incendio dei vari componenti che costituiscono il materiale rotabile e pari a Q = gi x Hi / 1000 [ Mcal ] dove: Q = carico di incendio espresso in [Mcal] g i = peso in [kg] del generico fra gli n prodotti presenti nel materiale rotabile H i = potere calorifico [kcal/kg] del generico fra gli n prodotti di peso g i Pagina 11

12 Incendio: analisi, sviluppi, effetti L andamento caratteristico nel tempo della potenza termica rilasciata nell ambiente in cui si sviluppa è caratterizzata da tre fasi : la fase di sviluppo avviene quando il fuoco passa dall ignizione all incendio localizzato. la fase di estensione caratterizzata dallo sviluppo di una combustione generalizzata con associato un notevole sviluppo di calore e vapori, con un picco di potenza emessa pari a circa 5 MW (raggiunto in circa 180 secondi) la fase di estinzione ha inizio, dopo il raggiungimento della temperatura massima (700 C C) e decresce più o meno velocemente in relazione alla quantità di calore prodotta dalla combustione dei residui. Il fenomeno si considera estinto quando la temperatura risulta intorno ai 300 C circa. Pagina 12

13 Incendio: analisi, sviluppi, effetti Pagina 13

14 Incendio: analisi, sviluppi, effetti Effetti sull organismo umano. Il calore, energia liberata dall incendio, può provocare sull organismo umano ustioni, disidratazione, blocco respiratorio ed arresto cardiaco. La temperatura massima sopportabile per 3/5 ore è di circa 40/50 C; valori che superano i 100 C provocano la morte in pochi minuti. La fiamma a contatto con le persone produce ustioni più o meno estese e più o meno gravi e provocano effetti analoghi al calore. Il fumo è una sospensione nell aria di particelle solide e liquide ed è molto pericoloso perché provoca difficoltà di respirazione e diminuisce la visibilità, rendendo difficile la fuga di persone e l intervento dei soccorritori. I gas di combustione, prodotti, sono corrosivi e tossici e dipendono dal tipo di materiali che brucia. I gas principali che si sviluppano quali ossido di carbonio ed altri, dipendenti dal combustibile, possono superare la % di ossigeno nell aria che diminuisce per effetto dell incendio e quindi diventare pericolosi. Pagina 14

15 Incendio: analisi, sviluppi, effetti Effetti sulle strutture Una distribuzione della temperatura non uniforme nelle strutture determina differenze di dilatazione fra strato e strato con notevoli sforzi che possono portare al distacco delle parti. Il degrado dei materiali con l aumentare della temperatura si evidenzia essenzialmente con la diminuzione della resistenza meccanica sotto sforzo che può portare al cedimento della struttura. La dilatazione termica, infine influisce sulla struttura ed in modo particolare sui di vincoli. Dilatazioni termiche libere possono condurre a deformazioni notevoli, che sommate a quelle elastiche e plastiche possono dar luogo a spostamenti e scorrimenti, rispetto a quelli permessi dai vincoli, fino al crollo. Dilatazioni termiche impedite portano a sforzi normali e flettenti incompatibili con le resistenze della struttura. Pagina 15

16 Legislazione in materia di sicurezza incendio Per la regolamentazione della soluzioni progettuali studiate, per prevenire e ridurre tali eventi legati all incendio, il D.M Norme di prevenzione degli incendi nelle metropolitane, fissa i criteri generali progettuali da seguire nella costruzione delle metropolitane sia dal punto di vista delle opere civili che degli impianti. 22/10/2015 Pagina 16

17 Legislazione in materia di sicurezza incendio Il D.M è suddiviso in diverse parti dove si sviluppano i seguenti argomenti: Punto 2: Elementi costitutivi di una metropolitana, quali le stazioni e le gallerie con relativi manufatti; Punto 3: Definizioni, che individuano, ai fini della sicurezza, il percorso di sfollamento, il percorso protetto e l area protetta; Punto 4: Criteri progettuali per la costruzione delle stazioni, soprattutto in funzione dell affollamento e dei percorsi di sfollamento (numero di moduli); Punto 5: Criteri progettuali per la costruzione delle gallerie, relativo a strutture e percorsi di emergenza (banchina di servizio); Punti 6-7: Impianti tecnici di stazione e di galleria, che devono essere presenti per la gestione dell emergenza incendi. Pagina 17

18 Legislazione in materia di sicurezza incendio Il D.M del 11 gennaio 1988 Norme di prevenzioni degli incendi nelle metropolitane,comunque, dopo anni di applicazione è in via di una sua rivisitazione, tuttora in corso, sulla base dell esperienza dell applicazione dello stesso D.M. e soprattutto delle nuove indicazioni tecniche di indirizzi progettuali condivisi a livello internazione. Pagina 18

19 I parametri da considerare nell analisi di una evacuazione sono: la definizione del carico di incendio e suo sviluppo temporale; la caratterizzazione di scenari incidentali che a seguito dell incendio possono verificarsi in funzione della geometria della galleria e/o della stazione, della disponibilità degli impianti preposti alla mitigazione dell incendio, del luogo dell incendio; la definizione delle condizioni ambientali minime (temperatura,tossicità, visibilità) per garantire la sicurezza degli utenti, attraverso modelli e tecniche di simulazione, durante lo sviluppo dell incendio; la valutazione finale dei risultati ottenuti dalle simulazioni con le condizioni limite di sostenibilità e vivibilità degli utenti. Pagina 19

20 Lo sviluppo di studi e modelli matematici nell ambito della sicurezza delle metropolitane ha permesso nel tempo di verificare e confermare la validità di determinate scelte progettuali. Il processo di evacuazione può essere analizzato mediante l applicazione di diversi modelli matematici che si basano sulle condizioni di pericolo in termini di vivibilità per gli utenti e sui tempi di percorrenza sui diversi tipi di percorso. Si descrivono nel seguito i seguenti codici: codice di calcolo SES ( Subway Evironmental Simulation) codice di calcolo CFD ( Computational Fluid Dynamics) codice di calcolo STEPS (Simulation Transiet Evacuation and Pedestrian movements) Pagina 20

21 Il codice di calcolo monodimensionale SES ( Subway Environmental Simulation ) è in grado di determinare, sia in condizioni di esercizio normale che in caso di incendio una stima della portata e della velocità dell aria nelle varie sezioni sia della stazione che della galleria Pagina 21

22 Modello Geometrico Sezioni Nodi Segmenti SES Modello Dinamico Modello Termodinamico Portata Aria Velocità Aria Pressione Temperatura Umidità Relativa Calore Latente Modello Incendio Potenza Termica Fumi e Gas SES Subway Environmental Simulation Pagina 22

23 SES Esempio di Schema del sistema galleria stazione Pagina 23

24 SES - Esempio di risultati della simulazione dello sviluppo di un incendio in galleria Pagina 24

25 Il codice di calcolo CFD ( Computational Fluid Dynamics ), analizzando il trasporto del calore e dei fumi prodotti dalla combustione dell incendio, permette di determinare i valori di temperatura e concentrazioni dei fumi, in funzione del tempo di evoluzione dell incendio. Pagina 25

26 Sezioni Nodi Segmenti CFD Computational Fluid Dynamics Portata Aria Velocità Aria Pressione SES Temperatura Umidità Relativa Calore Latente CFD - Mappa Temperatura - Mappa Gas Tossici Potenza Termica Fumi e Gas Pagina 26

27 CFD (Smokeview) Esempio di Stato delle temperature in due istanti successivi all inizio dell incendio 240s Pianta Stazione 210s Pianta Stazione Pagina 27

28 CFD ( Mixture Fraction Model) - Esempio di Stato dei Gas tossici in due istanti dall inizio dell incendio 240s Pianta Stazione 210s Pianta Stazione Pagina 28

29 L Analisi dello sviluppo dell incendio, e quindi il tempo in cui si raggiungono le condizioni pericolose, individua il tempo di evacuazione massimo necessario ai passeggeri a raggiungere le zone sicure (aree protette), senza subire danni. Pagina 29

30 L Analisi dei tempi di evacuazione viene effettuata in base a calcoli analitici tenendo conto dell affollamento massimo ipotizzabile in stazione e delle velocità di sfollamento dei vari percorsi di sfollamento, intesi come percorsi dove sono realizzate condizioni sostenibili di vivibilità per le persone e che consentono agli utenti di raggiunger un luogo sicuro o un luogo all aperto. Pagina 30

31 Il tempo di evacuazione a partire dalla banchina, fino all esterno sarà la somma dei tempi impiegati a superare i vari tratti del percorso di sfollamento T totale = T i dove T i = L i / V i V i = velocità in piano o velocità con scala fissa o mobile Pagina 31

32 Schema della stazione per il calcolo del tempo di evacuazione Pagina 32

33 LA SIMULAZIONE DEI FLUSSI PEDONALI NELLA PROGETTAZIONE DELLE STAZIONI METROPOLITANE Esaminare e modellare le dinamiche dei flussi di persone all interno delle stazioni della metropolitana è importante per: migliorare l analisi della sicurezza riproducendo i comportamenti che si possono evidenziare in condizioni incidentali migliorare l analisi dell efficienza funzionale di un layout di stazione Esempi di applicazione del software STEPS (Mott MacDonald UK) Simulation of Transient Evacuation and Pedestrian movements Pagina 33

34 STEPS Simulation of Transient Evacuation and Pedestrian movements verifica dell efficienza e rapidità di esodo in caso di emergenza indicazione visiva (rendering video) dei flussi passeggeri stazione stato di congestione della stazione analisi delle condizioni di efficienza e comfort (code, bottleneck) valutare se particolari elementi architettonici e/o adeguamenti geometrici possano agevolare o intralciare il deflusso misurare la densità di affollamento in zone sensibili della stazione misurare tempi di percorrenza medi in ingresso, uscita e in scambio nel caso di stazioni di corrispondenza verificare gli effetti di incrementi di velocità dei sistemi di traslazione meccanici (scale mobili, ascensori, tappeti mobili) misurare tempi medi di attesa (ascensori, tornelli, emettitrici) Pagina 34

35 curriculum STEPS (fonte Pagina 35

36 STEPS Simulation of Transient Evacuation and Pedestrian movements Modello Geometrico e Funzionale Banchine, atrii, corridoi, scale fisse (geometria, grid-spacing ) Scale e tappeti mobili (velocità di traslazione, distanziamento minimo tra i pedoni a bordo scala/tappeto) Ascensori (velocità, accelerazione/decelerazione, capacità, gestione delle chiamate) Treni (composizione, capacità, frequenza, velocità, accelerazione/decelerazione, tempi di apertura/chiusura e flow-rate delle porte) Tornellerie (flow-rate ingresso/uscita), Emettitrici titoli di viaggio,.. Pagina 36

37 STEPS Simulation of Transient Evacuation and Pedestrian movements Schematizzazione della Stazione Termini delle Linee A e B della Metropolitana di Roma - PROGETTO CUNICOLO TERZA DISCENDERIA da terza discenderia TERZA DISCENDERIA (USCITA) a livello LINEA B (USCITA) LINEA A ANAGNINA LINEA A BATTISTINI Pagina 37

38 STEPS Simulation of Transient Evacuation and Pedestrian movements Schematizzazione della Stazione Termini delle Linee A e B della Metropolitana di Roma Pagina 38

39 STEPS Simulation of Transient Evacuation and Pedestrian movements Schematizzazione della Stazione Termini delle Linee A e B della Metropolitana di Roma PROGETTO LINEA B REBIBBIA LINEA B LAURENTINA CUNICOLO da terza discenderia a livello LINEA B LINEA A ANAGNINA LINEA A BATTISTINI TERZA DISCENDERIA (USCITA) Pagina 39

40 STEPS Simulation of Transient Evacuation and Pedestrian movements Modello Comportamentale Utente Modello agent based simula azioni e interazioni tra agenti autonomi (individui o gruppi di individui con le stesse caratteristiche) all interno di un sistema in cui comportamenti complessi possono essere il frutto delle interazioni fra agenti i quali operano, invece, sulla base di regole estremamente semplici. Parametri caratteristici assegnabili a ciascun individuo o gruppi di individui: parametri morfologici, velocità pedonale massima, livello di familiarità con l ambiente-stazione, etc. Pagina 40

41 STEPS Simulation of Transient Evacuation and Pedestrian movements Modello Comportamentale Utente Speed/Distance Curve (condizionamento tra il pedone che precede e quello che segue) Speed/Density Curve (condizionamento reciproco tra pedoni che occupano spazi limitrofi) Algoritmo di ricerca del percorso minimo in evacuazione (verso l uscita) e in condizioni di normale esercizio (verso il target assegnato) Pagina 41

42 STEPS Simulation of Transient Evacuation and Pedestrian movements Modello Comportamentale Utente Pagina 42

43 STEPS Simulation of Transient Evacuation and Pedestrian movements Risultati della Simulazione per l evacuazione del Nodo di Termini, Linee A della Metropolitana di Roma TEMPI DI EVACUAZIONE LINEA A Condizioni di affollamento attuale progetto versione aggiornata progetto versione originaria DM " '06" banchina con treno pax banchina senza treno pax Pagina 43