EXAMENSARBETE. Utvärdering av tillvägagångssätt för utrymningsberäkning. Madelene Nordkvist. Civilingenjörsexamen Brandteknik

EXAMENSARBETE Utvärdering av tillvägagångssätt för utrymningsberäkning Madelene Nordkvist Civilingenjörsexamen Brandteknik Luleå tekniska universitet Institutionen för samhällsbyggnad och naturresurser

FÖRORD Jag skulle vilja rikta ett tack till dem som hjälpt till med diverse frågeställningar och problem under examensarbetets gång: Xudong Cheng, postdoktor vid Luleå tekniska universitet Maria Hjohlman, Sveriges tekniska forskningsinstitut Brand, risk och säkerhet David Tonegran, Tyréns AB Brand och Risk Terhi Kling, VTT Fire and evacuation Safety Jag skulle även vilja tacka Björn Sundström, adjungerad professor vid Luleå tekniska universitet, samt Magnus Åkerlind på Tyréns AB som varit mina handledare under projektets gång. i

Sammanfattning Utrymningsberäkningar är en mycket viktig del i att analytiskt dimensionera byggnader mot brand. Allt medan byggnader blir mer komplexa blir också kravet på analytisk dimensionering mer frekvent. Tre sätt att göra detta på är bland annat handberäkningar enligt Boverket samt genom simulering med Simulex och FDS+Evac. I denna rapport har de olika metoderna provats i olika scenarion i Prismagallerian i Härnösand. Resultatet som framkom av jämförelserna gav olika utrymningstider för olika program. I slutet kunde det dock fastställas att handberäkningsmetoden är mer konservativ vilket ger högre utrymningstider än fallet kanske är. Utrymningstiderna är kortare för Simulex än för FDS+Evac vilket beror till stor del på att Simulex utrymmer fortare i början av simuleringen än Evac. Trots detta är de båda programmen likvärdiga; Simulex är enklare för en ovan användare medan simulering i Evac resulterar i en visuellt mer tilltalande produkt. ii

Abstract Egress calculation is one of the most important parts in creating safe buildings from a fire point of view. Three ways of doing this is by calculation by hand as well as with computer simulation programs such as Simulex or FDS+Evac. In this report different egress cases will be calculated with these methods and then compared to each other. The results from the comparisons were different evacuation times for the different methods. The conclusion of the study was that the hand calculation gave a more conservative time than both of the two simulation programs hence results in a longer evacuation time than the real case sometimes. The comparison between the computer programs resulted in higher egress time for Simulex simulations than FDS+Evac. This was a consequence of Simulex evacuees leaving the building quicker in the first phase of the egress. Despite these differences the two programs are equals; the program Simulex is much more user friendly whereas Evac simulation results in a more visually appealing product. iii

Innehållsförteckning Inledning... 1 Bakgrund... 1 Syfte och mål... 1 Avgränsningar... 2 Metod... 3 Datainsamling... 3 Beräkning och simulering... 3 Olika scenarion... 4 Tidigare studier... 6 Jämförelse mellan 28 utrymningsprogram... 6 FDS+Evac 5; teknisk referensguide... 7 Beräkningsmetoder...10 Handberäkningar enligt Boverket... 10 Evac... 14 Simulex... 20 Prismagallerian i Härnösand...24 Objektsbeskrivning... 24 Handberäkning... 26 Evac... 28 Simulex... 35 Resultat... 37 Handberäkningar...38 Evac...39 500 personer... 39 500 personer, utgång 3 plan 3 stängd... 41 500 personer, utgång 7 plan 4 stängd... 43 1500 personer... 45 1500 personer, utgång plan 3 stängd... 48 1500 personer, utgång plan 4 stängd... 50 500 samt 1500 personer, fördelning skola... 52 Evac med brandscenario... 53 Simulex...53 Distanskartor... 53 500 personer... 54 500 personer utgång 3 plan 3 stängd... 58 500 personer utgång 7 plan 4 stängd... 60 1500 personer... 61 1500 personer utgång 3 plan 3 stängd... 65 1500 personer utgång plan 4 stängd... 67 500 samt 1500 personer: fördelning skola... 69 Sammanfattning, resultat... 71 Analys... 73 500 personer...73 1500 personer...75 Diskussion... 80 Slutsats... 82 1

Referenser... 83 Bilagor... 84 Bilaga 1: Planritning Prismagallerian plan 3 och 4...84 Bilaga 2: Avståndsberäkning...86 Bilaga 3: FDS+Evac fil...87 Bilaga 4: Brandscenario FDS+Evac... 100 2

Inledning Bakgrund Utrymningsberäkningar är en mycket viktig del i att analytiskt dimensionera byggnader mot brand. Allt medan byggnader blir mer komplexa blir också kravet på analytisk dimensionering mer frekvent. En schablonmässig metod för utrymningsberäkning finns i form av formler utgivna av Boverket (baserade på forskning av H. Frantzich) men för mer avancerade beräkningar kan det krävas mer avancerade verktyg och hjälpmedel. För att kunna utföra så realistiska simuleringar som möjligt för att beräkna korrekta utrymningstider finns det ett antal program på marknaden till hjälp. Ett relativt nytt program är FDS+Evac som ursprungligen är tänkt att simulera brand men som nu även används för att simulera utrymning både med och utan brand. Ett annat program är Simulex som även detta används för att beräkna utrymning men utan brandfallet. Denna rapport syftar till att jämföra FDS+Evac med Simulex men även studera utrymningstiderna från de olika programmen i jämförelse med handberäkningsmetoden enligt Utrymningsdimensionering 1. Syfte och mål Syftet med denna rapport är att jämföra den vedertagna handberäkningsmetoden enligt Utrymningsdimensionering 2 med CFD programmet FDS+Evac (hädanefter endast refererad till som Evac i text) samt Simulex med avseende på utrymningstider. Syftet är även att analysera de för- och nackdelar som kan finnas med respektive metod genom att jämföra tillämpbarheten på objektet Prismagallerian i Härnösands innerstad. Målet är att utföra beräkningar på Prismagallerian i Härnösand med de tre valda metoderna och framkomma med en rapport som beskriver de styrkor samt svagheter som respektive metod har. De frågeställningar som ska besvaras i denna rapport är följande: - Vilka parametrar tar handberäkningsmetoden hänsyn till? - Vilka parametrar tar Evac hänsyn till? - Vilka parametrar tar Simulex hänsyn till? 1 Boverket, 2006 2 Boverket, 2006 1

- Vilka begränsningar finns i handberäkningsmetoden? - Vilka begränsningar finns i Evac? - Vilka begränsningar finns i Simulex? - Vilka skillnader i utrymningstider finns mellan de tre valda metoderna? Avgränsningar Denna rapport kommer endast att behandla de tre tillvägagångssätten handberäkning enligt Boverket, Evac och Simulex samt dess för- och nackdelar. De tre metoderna kommer endast att analyseras med avseende på utrymningstider och val av utgång samt kommer endast att tillämpas på ett objekt; Prismagallerian i Härnösand. De fyra parametrarna som antas vara varierande i fallet är gånghastighet, antal utrymningsvägar, antal personer i byggnaden samt avstånd till utrymningsväg. Övriga parametrar antas vara statiska. 2

Metod Datainsamling Respektive metod har primärt studerats genom litteraturstudier. Inför arbetet med Simulex och Evac studerades programmens respektive tekniska guide. Inför handberäkningarna studerades Utrymningsdimensionering utgiven av Boverket samt även rapporten Tid för utrymning vid brand av Håkan Frantzich. Tidigare studier har även analyserats som en del i litteraturstudien och sammanfattning av dessa kommer att ges under kapitlet Tidigare studier i denna rapport. Ritningar på aktuellt objekt har studerats och inventering på objektet har utförts. Det har även gjorts en muntlig intervju med fastighetsskötaren. Beräkning och simulering För att vidare kunna analysera de båda metodernas funktionalitet har de testats på objektet Prismagallerian i Härnösand. Testet har gjorts med avseende på - avstånd till utrymningsväg - antal personer i gallerian - personernas gånghastighet - bredd på utgång till utrymningsväg Testet varierades även med avseende på - blockerade respektive tillgängliga utrymningsvägar (varierar avstånd till utrymningsväg) - antal personer samt antal personer med lägre gånghastighet i gallerian (varierar gånghastighet) För dessa varianter av utrymningssituationer beräknades tiderna både med hjälp av handberäkningsmetoden, Evac och Simulex. För att enkelt kunna jämföra modellerna i Evac samt Simulex gjordes vissa förenklingar i uppbyggnaden av modellen. Väggar med viss lutning gjordes vinkelräta samt att ljusschaktet i mitten av byggnaden på plan 3 som ursprungligen varit cirkulär gjordes om som en kvadrat med samma area. Då rutnätet i Evac delades upp i storleken 0,5*0,5*0,5 m 3 omvandlades dörrbredderna så att de skulle passa dessa mått. Dörrar med bredd 0,9 m sattes alltså till 1 m och dörrar med bredden 1,2 m sattes till 1,5 m. 3

Den förenklade modellen som användes i Evac användes även i Simulex för att jämförelsen programmen emellan skulle bli så rättvis som möjligt. Förenklingen medförde även att dörrarna i handberäkningarna angavs ha bredden 1,5 m istället för de faktiska 1,2 m. Jämförelsen mellan programmen gjordes med två olika personantal; 500 och 1500 personer där befolkningen spreds ut med jämn fördelning i byggnaden. Reaktionstiden sattes till 1 sekund med slumpmässig fördelning +/- 0,5 sekunder för både Evacmodellen samt Simulexmodellen. Olika scenarion För att kunna utvärdera vilka för- och nackdelar som respektive metod har måste olika scenarion testas för varje metod. Dessa scenarion är desamma för varje metod för att så rättvist som möjligt kunna utföra en jämförelse. Det enda scenariot som skiljer sig är för programvaran Evac där ytterligare ett scenario tillförts för att visa på att brandfallet kan användas även för utrymning. De olika scenarierna är följande för de olika metoderna: Handberäkningar: 1. Utrymningsberäkning för tiden för den längsta sträckan och 500 personer i byggnad. 2. Utrymningsberäkning för tiden för den längsta sträckan med blockerad utrymningsväg och 500 personer i byggnad. 3. Utrymningsberäkning för tiden för den längsta sträckan och 1500 personer i byggnad 4. Utrymningsberäkning för tiden för den längsta sträckan med blockerad utrymningsväg och 1500 personer i byggnad. Simulex och Evac: 1. Utrymningsberäkning för tiden med 500 besökande. 2. Utrymningsberäkning för tiden med 500 besökande och blockerad utrymningsväg (för plan 3 och 4). 3. Utrymningsberäkning för tiden med 500 besökande med högre andel barn. 4. Utrymningsberäkning för tiden med 1500 besökande. 5. Utrymningsberäkning för tiden med 1500 besökande och blockerad utrymningsväg (för plan 3 och 4). 6. Utrymningsberäkning för tiden med 1500 besökande med högre andel barn. 4

Evac (brandscenario): 1. Utrymningsberäkning för tiden med högt antal besökande och brand som orsakar massiv rökutveckling (brand i ljusschakt). 5

Tidigare studier Tidigare har flertalet studier genomförts för att jämföra, validera och utvärdera olika program för beräkning och simulering av utrymning. I detta avsnitt behandlas ett par av dessa många studier. Jämförelse mellan 28 utrymningsprogram Erica Kuligowski vid National Institute of Standards and Technology genomförde en jämförelse mellan 28 olika simuleringsprogram för utrymning där bland annat Simulex återfanns. I denna undersökning kartlade hon programmens modelleringsstruktur och metod, metoder för att beräkna rörelse och beteende samt även vilken outputdata som erhölls. Därtill studerade hon om programmen tog hänsyn till brandfallet eller möjligheten att använda CADritningar direkt i programmet. Kuligowski undersökte även om programmen skapats för att simulera specifika byggnader och situationer (arenor, höghus etcetera) samt om dessa fanns att erhålla gratis på marknaden eller om viss taxa krävdes för att köra programmet. Då vissa av programmen inte ännu fanns på marknaden och vissa inte längre användes redogjorde Kuligowski även för detta i sin rapport. Resultatet blev en tabell i vilken samtliga programs egenskaper redovisades. Det som kunde konstateras för programmet Simulex (det program av dem som är aktuellt i denna rapport) anges i Tabell 1. 3 Tabell 1: 28 utrymningsmodeller 3 Kuligowski 2005 6

Förkortningarna i detta fall beskriver att utrymningsprogrammet Simulex kan simulera alla typer av byggnader (purpose-1), är tillgänglig för allmänheten (availability- Y), använder sig av partiell beteende modell (modeling method- PB), att strukturen i programmet tillåter byggnadsockupanterna att förflytta sig till en punkt från en annan genom hela byggnaden (Grid/Sturcture- Co) och att ockupanterna ses som individer samt att individerna ser byggnaden individuellt (perspective of M/O- I). Den andra halvan av tabellen beskriver att programmets ockupanter har ett implicit beteende där fördröjning i reaktion kan bestämmas av användaren (behavior- I), att ockupanten rör sig med ett visst avstånd till andra ockupanter samt exempelvis väggar (movement ID), programmet kan inte ta hänsyn till brandfallet (fire data - N), CAD-ritningar kan importeras direkt i programmet (CAD- Y), visualisering i programmet är i 2-D samt att programmet validerats med hjälp av tidigare utrymningsövningar (FD) och litteratur över tidigare utrymningsexperiment (PE). 4 Denna tidigare studie gav en klar och tydlig bild av hur programmet Simulex fungerar samt dess egenskaper men ingenting om Evacs egenskaper och tillämpbarhet. FDS+Evac 5; teknisk referensguide Den tekniska referensguiden till FDS+Evac 5 innehåller ett kapitel där författarna Timo Korhonen och Simo Hostikka (VTT TEchnical Research Centre of Finland) har jämfört programmet FDS+Evac 5 med Simulex i tre olika scenarion; en sporthall, ett kontorslandskap samt en fiktiv byggnad med en area 50*60 m 2 innehållande 1000 människor. Dessa tester gjordes som en del i valideringen av programmet FDS+Evac 5 och gjordes med avseende på utrymningstid med tillhörande analys i de fall där tiderna inte överensstämde. Personflöde genom dörr diskuterades även i textstycket. 5 Sporthallen, i vilken ett av scenariona utspelades, innehöll inga åskådarläktare och hade ett flertal utrymningsvägar varav en antogs vara blockerad av brand. I simuleringarna angavs att 235 personer skulle komma att använda den närmaste utrymningsvägen medan 130 personer skulle använda huvudentrén, 60 personer dörr 2 samt 75 personer skulle välja dörr 4 (se Figur 1). Därefter genomfördes simuleringar i två olika scenarion med reaktionstider baserade på olika fördelningsmetoder (den ena normal och den andra logaritmisk-normal). Simuleringarna kördes sedan fem gånger var och resultatet anges som medelvärdet av dessa fem simuleringar (se Figur 1). 6 4 Kuligowski 2005 5 Korhonen & Hostikka 2009 6 Korhonen & Hostikka 2009 7

Figur 1: Modell (t.v.) och diagram (t.h.) utrymningstider Simulex och Evac, sporthall 7 Det öppna kontorslandskapet vilket var scenario två var 40*40 m 2 stort och innehöll 216 personer som angavs vara fördelade mellan man och kvinna enligt Simulex kategori kontorspersonal. Tre trappor fanns i byggnadens centrum till vilka dörrarna var 1,2 m breda (se Figur 2). Sju olika simuleringsscenarion utfördes i vilka alla varianter av användande av dessa trappor kunde analyseras; alla i fullt bruk, en trappa blockerad eller två trappor blockerade. Resultaten av dessa simuleringar återfinns i Figur 2. 8 Figur 2: Modell (t.v.) och diagram, (t.h.) utrymningstider Simulex och Evac, kontorslokal 9 7 Korhonen & Hostikka 2009 8 Korhonen & Hostikka 2009 9 Korhonen & Hostikka 2009 8

Det tredje och sista scenariot visade på stora skillnader i de olika programmen (se Figur 3). Figur 3: Diagram utrymningstider Simulex, Exodus och FDS+Evac, scenario 3 10 Enligt T. Korhonen och S. Hostikka grundar sig denna skillnad i utrymningstid på hur väl varje program utnyttjar utrymningsvägens bredd. Då Evac utnyttjar korridorens bredd i större utsträckning än Simulex (se Figur 4) kunde Korhonen och Hostikka dra slutsatsen att utrymningsscenariot tedde sig mer realistiskt för simuleringen gjord i Evac snarare än den i Simulex. 11 Figur 4: Jämförelse utrymning, Evac (t.v.) samt Simulex (t.h.) 12 10 Korhonen & Hostikka 2009 11 Korhonen & Hostikka 2009 12 Korhonen & Hostikka 2009 9

Beräkningsmetoder Handberäkningar enligt Boverket Bakgrund till beräkningsmetod Bakgrunden till den handberäkningsmetod som Boverket antagit, samt de tider som används i denna, har sitt ursprung i en projektrapport av H. Frantzich som i ett projekt mellan 1998 till 2000 undersökte människors beteende vid utrymningssituationer med hjälp av empiriska studier 13. De ekvationer som används i handberäkningarna anges även dessa i projektrapporten men har sitt ursprung ännu längre tillbaka och kan återfinnas i H. Frantzichs rapport från 1994 14. Tillvägagångssätt För att beräkna den tid det tar att utrymma en byggnad delar man upp den totala tiden i tre delar; varseblivningstid, besluts- och reaktionstid samt förflyttningstid enligt Ekv. 1 15. Ekv. 1 Varseblivningstiden är en tid som är alltför svår att generalisera på grund av sina komplexa parametrar och finns därför inte tabellerade i vare sig Utrymningsdimensionering enligt Boverket eller Tid för utrymning vid brand. Däremot kan tiden beskrivas som den tid det tar från det att brand startat till dess att den detekteras och ett automatiskt larm löses ut. Om verksamheten i byggnaden däremot använder sig av larmlagring måste tiden anses som detektionstiden samt även den fördröjning som sker vid lagringen. Denna parameter är inte aktuell för de försök som utförs i denna rapport och kommer därför inte att ingå i beräkningarna. 16 Besluts- och reaktionstiden beskriver till exempel hur lång tid det tar för personer i lokalen att förstå att det brinner, att lyssna på utrymningslarm och assistera andra personer att utrymma lokalen. Denna tid skiljer sig åt beroende på orienterbarhet i lokalen, typ av utrymningslarm samt vakenhet hos personerna som befinner sig i lokalen. Detta medför att besluts- och reaktionstiden på ett hotell eller vårdanläggning där det befinner sig sovande personer skulle vara längre än exempelvis en galleria där alla personer antas vara vakna. Detsamma gäller för orienterbarhet där det antas att besluts- och reaktionstiden skulle vara kortare för en lokal i 13 Frantzich 2000 14 Frantzich 1994 15 Frantzich 2000 16 Boverket 2006 10

vilken utrymningsskyltningen är väl synlig för alla som befinner sig i lokalen eller i lokaler i vilken man har utrymningslarm med informativt meddelande istället för enbart ljudsignal. 17 Se Tabell 2. Tabell 2: Förslag till besluts- och reaktionstider för verksamheter 18 Verksamhet Person ser brand Besluts- och reaktionstid Offentlig miljö, skola, kontor Ja 1 minut varuhus, butik Varuhus, inget larm Nej 4 minuter Varuhus, ringklocka Nej 3,5 minuter Varuhus, enkelt talat Nej 2 minuter meddelande Varuhus, informativt, talat Nej 1 minuter meddelande Mindre lokal med larmdon i Nej 1 minut aktuell lokal, mindre biograf, butik, kyrka Sjukhus (vårdavdelning med Nej 2 minuter god överblickbarhet) personal, ringklocka Sjukhus (vårdavdelning med Nej 1 minut god överblickbarhet), personal, ljudsignal och textmeddelande Nattklubb, personal Nej 1-1,5 minuter (beroende på typ av larm och organisation) Nattklubb, gäster (beroende på typ av larm och organisation) Nej 3-5 minuter 17 Boverket 2006 18 Boverket 2006 11

I Tabell 2 beskrivs utrymningslarm som enkelt talat meddelande samt informativt meddelande. Skillnaden mellan dessa två är informationsinnehållet i meddelandet som går ut tillsammans med utrymningslarmet; informativt meddelande innehåller mer information om vad som inträffat än enkelt talat meddelande varför besluts- och reaktionstiden förkortas något. 19 Förflyttningstiden beskriver den tid det tar för personer att förflytta sig från lokal till säker plats. Denna parameter beror på flera faktorer: vilka personer som ska utrymmas, om personer med hjälpbehov finns i lokalen samt vilken typ av hjälpbehov det är, hur god belysningsnivån är, utrymningsskyltning med mera. Ett förenklat uttryck för att beräkna förflyttningstiden har dock härletts och består av tiden det tar att gå längsta möjliga avstånd från utrymningsvägen samt av tiden det tar att passera ut genom dörren (se Ekv. 2). 20 Ekv. 2 Vid ojämn fördelning av personer i lokalen så summeras dessa två tider. Dessa två olika tider beräknas med avseende på avstånd till utgång, personernas aktuella gånghastighet, antal personer som skall passera genom dörr, dörrens bredd samt dimensionerande personflödet ut genom dörren, se Ekv. 3 och Ekv. 4. 21 Ekv. 3 l - avstånd till utgång (m) v - personens aktuella gånghastighet (m/s) n - antal personer att passera dörr (-) b - dörrens bredd (m) f - dimensionerande personflöde genom dörr (pers/sm) Ekv. 4 Gånghastigheten vid beräkning varierar beroende på den utrymmande personens ålder och kön samt även om personen utrymmer via en eller flera trappor. Parametern personflöde genom dörr varierar beroende på om personen som utrymmer känner till dörren sedan innan enligt 19 Boverket 2006 20 Boverket 2006 21 Boverket 2006 12

Tabell 4 för hög persontäthet. Den högre persontätheten används i beräkningarna för båda personantalen då både 500 samt 1500 personer i ett sådant objekt som Prismagallerian räknas som hög persontäthet. 22 Tabell 3: Gånghastighet och personflöde vid låg persontäthet 23 Förbindelse Gånghastighet längs lutande planet Personflöde Horisontell 1,3 m/s - Uppför trappa 0,6 m/s - Nedför trappa 0,75 m/s - Dörr - 0,75 pers/sm för okänd dörr och 1,1 pers/sm för känd dörr Tabell 4: Gånghastighet och personflöde vid hög persontäthet 24 Förbindelse Gånghastighet längs lutande planet Personflöde Horisontell 0,6 m/s 1,2 pers/sm Uppför trappa 0,5 m/s - Nedför trappa 0,5 m/s 1 pers/sm Dörr - 0,75 pers/sm för okänd dörr och 1,1 pers/sm för känd dörr 22 Boverket 2006 23 Boverket 2006 24 Boverket 2006 13

Evac Programmet Fire Dynamics Simulator (FDS) släpptes i sin första version februari 2000 och har sedan dess uppdaterats flertalet gånger. Den version som i denna rapport kommer att användas tillsammans med Evac (som beskrivs senare i detta avsnitt) är version 5 och utkom i sin första form oktober 2007. 25 Modelluppbyggnad För att förstå FDS måste först begreppet CFD-modellering redas ut. CFD, eller Computational Fluid Dynamics, är ett samlingsnamn för modellering av strömningsberäkningar vilka baseras på Navier-Stokes ekvationer. Det finns flera olika varianter av programvaror som baseras på CFD modellering och FDS är en utav dessa. Mer specifikt är FDS en variant av CFD-modellering som baseras på strömning orsakad av brand och kan beräkna termisk transport, simulera rökutveckling samt vattenspridning från sprinklersystem med mera. Till denna programvara används ett tillägg kallat Smokeview som används för att visualisera branden och brandgasutvecklingen. 26 Personernas uppbyggnad och rörelsemönster Evac är ett tillägg till FDS framtaget av VTT Technical Research Centre of Finland och fungerar tillsammans med FDS som ett verktyg för att simulera utrymning med eller utan brand. Varje utrymmande person i programmet har individuella egenskaper och kan antas vara barn, vuxen eller äldre beroende på vad användaren väljer att simulera. Personerna är uppbyggda av tre sammansatta cirklar (se Figur 5) som varierar i storlek och får olika rörelsehastighet beroende på vilken ålder och kön personen har (se Tabell 5). Personernas gånghastighet beskrivs sedan som v i (t). 27 Figur 5: Personens uppbyggnad 28 25 McGrattan, McDermot, Hostikka &Floyd 2007 26 McGrattan, McDermot, Hostikka &Floyd 2007 27 Korhonen & Hostikka 2009 28 Korhonen & Hostikka 2009 14

Tabell 5: Kroppsdimensioner och gånghastighet 29 Kroppstyp R d (m) R t /R d R s /R d d s /R d Fart (m/s) Vuxen 0,255±0,035 0,5882 0,3725 0,6275 1,25±0,30 Man 0,270±0,020 0,5926 0,3704 0,6296 1,35±0,20 Kvinna 0,240±0,020 0,5833 0,3750 0,6250 1,15±0,20 Barn 0,210±0,015 0,5714 0,3333 0,6667 0,90±0,30 Äldre 0,250±0,020 0,6000 0,3600 0,6400 0,80±0,30 Då Evac inte har något fördefiniterat kommando för fördelning av persontyper i olika verksamhetskategorier används den fördelning som ges i Simulex (se senare avsnitt). Rörelsealgoritmen för personerna i Evac baseras på Helbing s gruppmetod och medför att personerna reagerar på varandra och på fasta föremål i modellen på olika sätt. Detta kallas för att personer utsätts för en social kraft. Denna parameter introduceras genom ett antal ekvationer som alla leder fram till att beskriva personernas rörelsemönster: ( ) ( ) ( ) Ekv. 5 där x i (t) f i (t) m i i (t) - personens position under tiden t - kraft från omgivningen som påverkar personen - massa - en varierande, mindre kraft Därtill består kraften fi av ett flertal olika parametrar ( ) ( ) ( ) Ekv. 6 där 29 Korhonen & Hostikka 2009 15

( ) - summan av de krafter som verkar personerna emellan ( ) - summan av de krafter som verkar mellan en person och fysiska hinder - summan av andra krafter som påverkar personen (drivkraft att röra sig från brand) Varje person rör sig i sin egen hastighet men kan accelerera enligt tidsparametern ( i ). De sociala krafterna som beskrivs med den först stående summan består av sociala krafter, kontaktkrafter samt attraktions- och repulsionskrafter. Den totala kraften som personerna påverkar varandra med beskrivs sedan genom ( ( ) ( )) Ekv. 7 där - sträckan mellan centrum på de cirklar som en person består av - summan av alla cirklars radie - enhetsvektorn som går från person nummer j till nummer i På liknande vis har krafterna mellan personerna och de fysiska hindren (så som väggar) beskrivits. ( ( ) ) ( ) Ekv. 8 - skillnaden i tangentiella hastigheter på de cirklar (personer) som är i kontakt med varandra - skillnaden i normalhastigheterna hos de olika personerna - tangentiella enhetsvektorn hos de cirklar (personer) som är i kontakt - styrkan på den radiella, elastiska kraften - friktionskoefficient - dämpningskoefficient 16

Den dämpningskoefficient som ekvationen baseras på är en faktor vilken beskriver en kollision mellan personer som en statisk krock snarare än en elastisk. Den sistnämnda parametern visar de krafter som verkar mellan personer; barn söker vuxna om utrymningssituation skulle uppstå exempelvis. Ytterligare en faktor som påverkar ekvationerna är den rotation och det moment som varje person utsätts för i en utrymningssituation. ( ) ( ) ( ) Ekv. 9 ( ) - vinkeln på person nummer i vid tiden t - tröghetsmoment ( ) - varierande, mindre moment som påverkar personen ( ) - totalt vridmoment som påverkar personen från dess omgivning För att beräkna parametern M i z (t) används ekvation 9, där det visas att det totala vridmomentet för en person, liknande krafterna som verkar på personerna, beror på kontakt, socialt samspel samt även olika motiverande krafter. Ekv. 10 - vridmoment orsakat av kontaktkraft - vridmoment orsakat av sociala krafter - vridmoment orsakat av motivkrafter Var och en av dessa vridmoment orsakas av krafter som nämnts innan i detta kapitel och för att beräkna vridmomenten används krafterna på följande sätt ( ) Ekv. 11 17

( ) Ekv. 12 (( ( ) ) ( )) ( ( )) Ekv. 13 De sociala krafterna kommer endast att bestå av de krafter som verkar på den enskilda personen från de närmast stående övriga personerna och inte ta hänsyn till dem som står på avstånd. De parametrar som inverkar på vridmomentet orsakat av motivbaserade krafter är följande - maximala vinkelhastigheten ( ) - nuvarande vinkelhastigheten ( ) - nuvarande kroppsvinkeln - den vinkel som personen vill uppnå (vinkeln i riktning med flödesvektorn) Val av utrymningsväg Utrymning i Evac baseras på avstånd och vilken utgång som ligger närmast den utrymmande personen samt vilken väg som går fortast att utrymma via. Tiden det tar att utrymma en viss sträcka beräknas med avseende på förflyttningstid (sträcka till närmaste utgång dividerat med gånghastighet) samt tiden som går åt till att köa vid utgångarna. Kötiden i sin tur är en funktion av de utrymmande personernas beteende och placering. Personer i Evac byter enbart riktning och utrymningsväg om det tydligt kan visas att den nya vägen ger kortare utrymningstid än den nuvarande. I Evac kan även användaren själv definiera vilken utgång de utrymmande personerna ska välja. Personerna kommer då att välja denna utrymningsväg och utgång oavsett om det finns ett bättre alternativ till utrymningsväg eller ej. 30 FED - andel effektiv dos Vid en brand kommer det i ett faktiskt fall att bildas brandgaser och eventuellt blir utrymningsvägar blockerade eller skymda som följd. Brandgaserna kan även bidra till att de evakuerandes hälsostatus försämras; för höga halter av koldioxid kan orsaka förvirring samt slutligen leda till medvetslöshet och samma symtom kan ges av kolmonoxid. Efter ett försök av Håkan Frantzich samt Nilsson över hur rök inverkar på människors gånghastighet kunde följande formel härledas: 31 30 Korhonen & Hostikka 2009 31 Korhonen & Hostikka 2009 18

( ) { ( )} Ekv. 14 där Ks -utrotningskoefficienten -konstant värde 0,706 ms -1 -konstant värde 0,057 m 2 s -1 v 0 i, min v 0 i -multiplikator 0,1 v 0 i -personens gånghastighet Denna ekvation anger att en person i simuleringsfallet inte kommer att stanna förrän personen har utsatts för så stor del FED (andel effektiv dos,) att denne blir medvetslös. Evac tar i skrivande stund endast hänsyn till kolmonoxid (CO), koldioxid (CO 2 ) samt syre (O 2 ) där det är koncentrationen av dessa som bestämmer om personer förlorar medvetandet och blir overksamma eller om de kan fortsätta mot utgång. Om de blir overksamma kommer Evac att simulera dessa personer som oberoende av de sociala och fysiska krafterna beskrivna ovan samt att personerna inte kommer att ha någon gånghastighet. 32 Koncentrationen FED gaser som bidrar till minskad sikt och därigenom sänkt gånghastighet eller medvetslöshet bestäms genom Ekv. 15 ( ) Ekv. 16 [ ( )] Ekv. 17 där tiden, t, beskrivs i sekunder. 32 Korhonen & Hostikka 2009 19

Simulex Simulex är en produkt utformad av Integrated Environmental Solutions Limitied (IES) och har sitt ursprung i en doktorsavhandling av P.A Thompson. Programvaran är framtagen till PC, skrivet i Microsoft Visual C++ 33 och har utkommit i ett antal upplagor; den senaste är Simulex 6.0. Modelluppbyggnad För att modellera byggnaden varifrån utrymning ska ske måste användaren ha en CAD-ritning på objektet i DXF-format som laddas in i Simulex. Denna CAD-ritning kommer sedan att ange alla väggar och samtliga hinder som kan begränsa utrymningen och områden i vilka det kan finnas utrymmande personer. Utgångar från byggnaden samt trappor mellan olika plan i modellen får användaren definiera och placera ut. Det är i nuvarande version av Simulex möjligt att sätta ut flertalet utgångar på samma plan i modellen, dock aldrig mer än 50 stycken i samma modell. Trappor definieras som länkar mellan olika plan och blir tilldelade en bredd och en längd (detta går även att göra för spiraltrappor). 34 Simulex delar upp utrymningsmodellen i ett rutnät bestående av 0,2*0,2 m 2 stora rutor som kallas distanskartor. Dessa distanskartor kommer att ha stor betydelse då byggnadsockupanterna ska utrymma byggnaden vilket tas upp i kommande avsnitt. 35 Personernas uppbyggnad och rörelsemönster Personerna i Simulex är uppbyggda som tre sammansatta cirklar (se Figur 6) som har radierna R s, R t samt R b. Dessa radier beskriver radien för axelbredden, överkroppen samt sammanlagda arean för hela kroppen. 36 33 Thompson, Wu & Marchant 1997 34 IES, 2009 35 IES, 2009 36 IES, 2009 20

Figur 6: Personernas uppbyggnad 37 Radierna till cirklarna, som varje person består av, varierar i storlek beroende på personens kroppstyp; vuxen man, vuxen kvinna, barn eller äldre enligt Tabell 6. Tabell 6: Radie beroende på kroppstyp (m) 38 Kroppstyp R s R t R b Median 0,10 0,15 0,25 Vuxen man 0,10 0,16 0,27 Vuxen kvinna 0,09 0,14 0,24 Barn 0,07 0,12 0,21 Äldre 0,09 0,15 0,25 Samtliga av dessa persontyper kan röra sig över hela modellen där varje persons position beskrivs av x-, y-koordinater och riktningen i vilken personen rör sig anges av theta. Personernas reaktionstid bestäms av användaren och kan anges i olika intervall. 39 Beroende på vilken typ av verksamhet som byggnaden inrymmer finns förinställda värden på hur stora andelar av de olika kroppstyperna (medel, vuxen man, vuxen kvinna samt barn) som finns i byggnaden (se Tabell 7). Till exempel så skulle det i en kontorsbyggnad finnas 60% män, 40% kvinnor och 0% barn, medan det i en skola skulle finnas 3 % män, 7% kvinnor och 90% 37 IES, 2009 38 IES, 2009 39 Thompson, Wu & Marchant 1997 21

barn. I denna simulering användes i huvudsak kategorin Varuhus men även kategorin Skola. Tabell 7: Fördelning persontyper beroende på verksamhet (%) 40 Verksamhet Man Kvinna Barn Äldre Kontor 60 40 0 0 Varuhus 35 40 15 10 Skola 3 7 90 0 För varje person i utrymningssimuleringen kommer en specifik gånghastighet att sättas mellan 0,8-1,7 m/s. Denna gånghastighet kommer att vara konstant så länge som inte avståndet mellan personerna blir allt för litet, varvid personerna kommer att röra sig långsammare enligt Figur 7. Gånghastigheten för en person kommer även att sjunka till hälften om utrymning sker via trappa. I Simulex finns även fördefinierade hastigheter för hur snabbt personerna rör sig genom dörrar och utgångar; för utrymningssituationen antas ett värde på 1,1-1,4 personer/meter och sekund för flöde genom utgångar. 41 Figur 7: Gånghastighet med avseende på avstånd mellan personer 42 Förutom rörelser i x- och y-led finns även begränsningar för personerna att rotera. För att rotationen ska vara realistisk begränsas den av den omgivande folkmängden i byggnaden där värdet för en person är 100 grader per sekund. 43 40 Kuligowski 2003 41 IES, 2009 42 IES, 2009 22

Val av utrymningsväg Personer i utrymningssimuleringen kommer i utrymningsskedet förflytta sig till den nödutgång som är närmast vid det tillfället. Var detta är baseras på distanskartan (se Figur 8) för aktuellt plan. För att kunna välja en annan väg för personen att gå än den ursprungliga kortaste vägen måste användaren göra ännu en distanskarta och ange en annan utgång som personerna istället kommer att använda. För varje simulering går det att skapa tio distanskartor. 44 Figur 8: Distanskarta Simulex, Prismagallerian Om person As väg till nödutgång skulle vara blockerad av person B med lägre hastighet, kan A gå runt B. Vägen som personerna färdas till närmaste nödutgång är alltså inte statisk utan varieras baserat på personer i omgivningen. Alternativa vägar för att undvika kollisioner mellan personer i Simulex beräknas genom att förutsäga personernas riktning och hastighet. 45 43 Thompson, Wu & Marchant 1997 44 IES, 2009 45 Thompson, Wu & Marchant 1997 23

Prismagallerian i Härnösand Objektsbeskrivning Prismagallerian i Härnösand är ett shoppingcenter byggt 1960-talet 46 med fem våningsplan där plan 1 består av bland annat fläktrum för till- och frånluft till varuhuset, plan 2 av parkeringsgarage och lager, plan 3 och plan 4 består av butiker samt plan 5 som består av kontorslokaler. De våningsplan som kommer att analyseras vidare i denna rapport är plan 3 och plan 4 där allmänheten kan vistas (se Bilaga 1). På ritning i Bilaga 1 finns även markerat vilken lokal som används till vilken typ av verksamhet i skrivande stund. Detta för att enklare kunna referera till lokalerna i rapporten. Våningsplanen 3 och 4 är sammankopplade med en rulltrappa i centrum av byggnaden, men även av två trapphus och en enskild trappa. Av dessa är det endast rulltrappan som används av allmänheten, så länge som en utrymningssituation inte uppstår. Vid en nödsituation är samtliga trappor markerade som utrymningsväg eller väg till utrymningsväg. Det finns även två hissar i de båda trapphusen som kopplar planen samman dock används dessa inte i en nödsituation. Tidigare har det funnits en utrymningsväg över en innergård till ännu ett trapphus (se Bilaga 1) men denna är nu borttagen och används inte. På ritningarna i Bilaga 1 finns även en utrymningsväg från en butik på plan 3 som är igenbyggd och inte används. Rulltrapport bör inte användas som utrymningsväg 47 varför denna trappa ej är markerad som utrymningsväg. Mellan butikslokalerna sträcker sig merparten av väggarna inte längre än till 60 cm under taket och lämnar alltså ett hålrum mellan butikerna, i vissa av fallen försedda med galler. Höjden varierar på dessa hålrum och vissa är så höga som 1,2 meter från toppen på väggen till botten på undertaket (se Figur 9). 46 Efm, European fund management hemsida 2012-03-20 47 Lunds tekniska högskola 2005 24

Figur 9: Avstånd vägg till tak Prismagallerian I gallerian finns två schakt; ett för den rulltrappa som förbinder våningsplanen samt ett ljusschakt i mitten av byggnaden (se Bilaga 1). Detta medför att, förutom en frisörsalong på plan 4, så ligger samtliga butiker inom samma brandcell och är inte bara sammankopplade genom respektive ingång utan även genom håltagningarna i väggarna samt ljusschakt och rulltrappa. På plan 3 har en avskiljande vägg mellan korridor och leksaksaffären byggts till som ej finns med på ritning men är av stor vikt för utrymningssituationen (se Figur 10). Figur 10: Nybyggd vägg Prismagallerian plan 3 25

Handberäkning För att beräkna utrymningstiderna för varje fall (angivna under avsnittet Metod ) beräknades varje fall för hand. Då beräkningarna baseras på utrymning från Prismagallerian i Härnösand sattes besluts- och reaktionstiden till 4 minuter enligt Tabell 2 då det antas att utrymningslarmet inte hörs bland besökare i gallerian dock så räknas denna tid inte in i jämförelsen då de båda beräkningsprogrammen ej tar hänsyn till denna. Jämförelsen kommer alltså bara att göras på den så kallade förflyttningstiden. För de två olika varianterna av gångavstånd användes fyra olika avstånd i beräkningarna; ett för maximalt avstånd på plan 3 och plan 4 med alla nödutgångar öppna samt ett maximalt avstånd för plan 3 och plan 4 med en nödutgång på vardera plan blockerad. Avståndet till utrymningsväg beräknas på längsta avståndet en person får gå för att komma till utgång från butikerna i Prismagallerian. Detta avstånd multipliceras med två för den sträcka där personen kan välja flera utrymningsvägar, med fyra då personen ska utrymma via trappa och med ett då endast en utrymningsväg är möjlig och utrymningen sker horisontellt. Det längsta uppmätta avståndet beräknas då bli på plan 3. Avståndet blir då för samtliga utgångar öppna: Avståndet för blockerad utgång på plan 3 blir: Då denna sträcka är vald kommer utgången ut till det fria att bestå av två dörrar med en bredd på 120 cm vilket ger en total utrymningsbredd på 240 cm. Då förenklingar gjorts i simuleringsprogrammen Evac och Simulex kommer dock dörrarna att antas vara 150 cm styck vilket ger en total utrymningsbredd 300 cm. Antalet medelbesökande i gallerian antas till 500 personer vilket ger personer fördelade på vardera plan och baserat på arean kommer då 96 personer att använda just denna utgång. Det högre antalet är satt till 1500 personer då det bedöms att maximalt 1200 personer ska vistas i gallerian samtidigt men att gallerian med dimensionerande persontäthet på 0,5 personer/m 2 skulle rymma ca 2250 personer (4500 m 2 *0,5=2250). Det högsta antalet är antaget till något över det uppskattade maximala värdet då dimensionerande värdet blev betydligt högre. Antal personer som då kommer utrymma via denna utgång blir 288. För blockerad utgång blir dessa personantal 99 respektive 423. 26

Personantalet i gallerian räknas som högt oavsett om beräkningen görs med 500 personer eller 1500 personer. Nedan listas alla antagna värden för samtliga scenarion. Tabell 8: Antagna värden för scenarion, handberäkningar Parameter Avstånd till utgång Gånghastighet Antal personer att passera dörr Dörrens bredd Dimensionerande personflöde genom dörr Antaget värde 79 respektive 99 meter 0,6 m/s (hög persontäthet) 96 och 141 respektive 288 och 423 personer 300 cm 0,75 personer/meter sekund 27

Evac Modelluppbyggnad Då det inte är möjligt att lägga in CAD-ritningar direkt i FDS utan annat hjälpprogram så lades varje vägg i gallerian in manuellt med hjälp av ett koordinatsystem där nedersta, vänstra hörnet på modellen (se Figur 11) är origo. Olika material angavs för de olika väggarna; i detta fall angavs innerväggarna antingen vara av glas eller gips medan ytterväggarna utgjordes av betong. För att kunna särskilja de olika materialen tilldelades varje material olika färger; betong angavs som gul, gips som blått och glas som semitransperent azurblå. Betongen till golvytan tilldelades färgen grå. För att lättare få insyn i byggnaden angavs takmaterialet som transparent. Ytterväggar byggdes upp följt av innerväggar och därefter golvytan. De flesta dörrar som inte utgjorde dörr till utrymningsväg eller dörr direkt ut i det fria angavs som hål i väggarna. Undantagen var tre dörrar invid frisörsalongen på plan 4 som beskrivs närmare senare i rapporten. Figur 11: Plan 3 Processen för uppbyggnaden av plan 4 var samma som för plan 3. På detta plan gjordes även hål i golvet för ljusschakt, rulltrappa samt trappan ner till blomsterbutiken (se Figur 12). Även trappor byggdes upp i modellen vilka kan ses i Figur 13. 28

Figur 12: Plan 4 Figur 13: Rulltrappor samt trappa till blomsteraffär Figur 14: Hela byggnaden 29

Modellens rutnätsstorlek varierades något genom byggnaden. Då gallerian är en större lokal användes ett rutnät 0,5 meter stort i x-, y-, samt z-led. Då programmet avrundar byggnadsdelar till närmaste linje på rutnätet var rutnätet tvunget att förfinas något i de områden med mer detaljerade byggnadsdelar. Detta var bland annat fallet vid trapporna där rutnätsstorleken minskades i alla riktningar så att varje trappsteg skulle få rätt form och storlek. Rutnätet kan ses i Figur 15. Figur 15: Rutnät sett uppifrån samt 3D-vy För att kunna simulera utrymningen lades även kommandon specifika för Evac in i koden. Det första som krävdes var ännu ett rutnät speciellt för utrymningssimuleringen. Rutnätet för utrymningen delades in i två för hela byggnaden; ett för plan 3 och ett för plan 4 (se Figur 16). I och med att rutnätet endast krävs för utrymning är det 0,5 meter högt i z-led och ligger 1 meter ovanför golvytan. På detta sätt kommer samtliga hinder lägst 1 meter över golvet samt med en bas högst 2,5 meter över golvytan att räknas som hinder även i utrymningssimuleringen. Personerna i utrymningssituationen är aldrig kortare än 1 meter och kommer alltid att ha sin bas vid golvytan vilket betyder att samtliga personer också kommer att räknas med i utrymningsberäkningen. 30

Figur 16: Rutnät för utrymning plan 3 samt plan 4 Då rutnätet för utrymning även omfattade områden utanför byggnaden där inga personer skulle vistas eller utrymma (se Figur 16) lades kommandon till för att undvika att detta skedde. Samtliga områden vilka låg utanför byggnaden men innanför rutnätet beskrevs som EVHOområden (enligt kodexempel nedan) vilket medförde att inga personer placerades ut i dessa områden. Även ljusschakt, schakt för rulltrappa samt trappa ner till blomsteraffär angavs som en sådan typ av område. För att möjliggöra personernas utrymning ur byggnaden modellerades sedan nödutgångarna. Då Evac simulerar utrymningen som ett flöde beskrivs varje utgång som en fläkt som drar ut personerna genom varje utgång. Detta medför att det för varje utgång måste skapas en fläkt ( vent ) för att föra personerna ut ur byggnaden. Först skapades en vent (se kod nedan) för att definiera en fläkt för nödutgången och samtidigt angavs även storleken på utgången. När fläkten skapats kunde sedan nödutgångarna, exit, placeras ut. Dessa kopplades till fläktarna för att skapa en nödutgång från vilken personerna togs ur beräkningen när de passerade denna. En viktig punkt vid modellering av utrymningsvägar är riktning på nödutgången. Som kan ses i Figur 17 kan nödutgångarna placeras på ytan av en yttervägg till byggnaden men även på en yta inuti byggnaden. 31

Figur 17: Exempel på EXIT direkt i yttervägg samt EXIT i glasvägg inne i byggnad till utrymningsväg Då rulltrappa inte bör vara del av utrymningsväg 48 antogs ingen utrymning ske via rulltrappan i mitten av gallerian. Trapporna ovanför den större handelsbutikens lokaler (se Bilaga 1) samt trapporna ner från bokhandeln är utrymningsvägar och därför ska utrymningstiden inte inkludera tiden det tar för personerna att utrymma via dessa trappor. Nödutgångar (se kodexempel nedan) placerades därför i ingångarna till dessa trapphus. Trappan som leder ner till blomsteraffären (se Figur 13) är däremot skyltad som väg till utrymningsväg och kommer därför att inkluderas i beräkningarna. I Evac finns specifika kommandon för utrymning via trappa, där det måste finnas dörrar i början och slutet av trappan. Maximalt antal personer som ryms i trappan samtidigt måste anges samt längden på trappan (se kod nedan). Dörrarna till trappan anges i detta fall, liksom nödutgångarna, som fläktar med den skillnaden att personerna inte tas ur beräkningen då de passerar dörren utan fortsätter ut i trapphuset och vidare ut i byggnaden. Liknande dörrar placerades invid frisörsalongen på plan 4 för att underlätta för personerna att utrymma lokalerna (se Figur 18). 48 Lunds tekniska högskola 2005 32

Figur 18: Dörrar frisörsalong plan 4 Då rutnätet för utrymningen samt nödutgångarna var modellerade återstod endast att ange personernas egenskaper och fördelning i byggnaden. Fyra persontyper angavs i filen (vuxen man, vuxen kvinna, barn samt äldre) där varje typ av person har sina egna karaktäristiska värden som definieras av användaren själv. För detta fall angavs reaktionstiden som slumpmässigt fördelad med ett medelvärde 1 sekund plus eller minus 0,5 sekunder. För att enkelt se vilken personkategori samtliga personer tillhörde tilldelades varje kategori en färg som i detta fall är vuxen man blå, vuxen kvinna röd, barn gul och äldre grön (se Figur 19). Evac-filen kan ses i sin helhet i Bilaga 3. 33

Figur 19: Personer i Evac 34

Simulex För att jämförelserna skulle bli så rättvisa som möjligt gjordes samma förenklingar i modellen i Simulex som för den i Evac. Modelluppbyggnad Modellen ritades upp i Autodesk Revit för att sedan exporteras till en.dxf fil, laddas in i Simulex och efter detta placerades nödutgångarna ut i modellen. Nödutgångarna lades till i samma storlek som dem i Evac för att få så rättvist resultat som möjligt. I Simulex är nödutgångens riktning oviktig för utrymningssimuleringen vilket betyder att det inte hade någon betydelse åt vilket håll nödutgången placerades. För trappan till blomsteraffären lades en länk till på plan 3, kopplad via en trappa till ännu en länk på plan 4. Längden på trappan angavs vara samma längd som trappan i Evac. Modellen med samtliga nödutgångar och länkar till trappa finns åskådliggjord i Figur 20. Figur 20: Plan 3 och 4 inladdat i Simulex För att utföra simuleringen beräknades sedan distanskartorna för respektive plan (se Figur 21). De grå rutorna i distanskartorna är områden varifrån inga utgångar finns. 35

Figur 21: Distanskartor för plan 3 och 4 För att slutföra modellen placerades slumpmässigt personer ut i byggnaden. Personerna placerades ut som en grupp med en fördelning av persontyper enligt kategorin Varuhus i Tabell 7. Modelleringen i Simulex var därmed klar. 36

Resultat För att kunna tydliggöra vilka utgångar personerna utrymmer från för utgång namngavs utgångarna enligt Figur 22 och Figur 23. Figur 22: Numrerade utgångar plan 3 Figur 23: Numrerade utgångar plan 4 37

Handberäkningar Resultatet från handberäkningarna resulterade i fyra olika utrymningstider vilka alla har åskådliggjorts i Tabell 9. Tabell 9: Resultat handberäkning Scenario Utrymningstid (s) 500 personer, alla nödutgångar öppna, gånghastighet 1,3 174 1500 personer, alla nödutgångar öppna, gånghastighet 1,3 228 500 personer, nödutgång blockerad, gånghastighet 1,3 260 1500 personer, nödutgång blockerad, gånghastighet 1,3 353 38

Evac Resultat presenteras för samtliga försök under separata rubriker. Utrymningstider, vägval samt specifika situationer för scenariot visas under samtliga rubriker. 500 personer Det första scenariot som simulerades var 500 personer utan blockerade utgångar. Nästintill ingen köbildning uppstod förutom vid utgång 2 plan 4 samt utgång 1 och 2 plan 3 (se Figur 24 samt Figur 25). Den röda linje som kan ses i Figur 25 visar var skärningslinjen går mellan personer som väljer utgång 1 eller 2 på plan 3 samt vilka som går mot utgång 3. Figur 24: 500 personer plan 4 Figur 25: Utrymning plan 3 Vid utgång 1, 2 och 3 plan 4 fastnade personer då utrymning försökte utföras genom vägg i byggnaden (se Figur 26). Denna situation uppstod flertalet gånger med fler personer än vad som kan ses i Figur 26 och på grund av detta infördes fler fläktar i dörröppningar för att försöka 39

Antal personer leda ut personerna för att närma sig en fullkomlig utrymning ur byggnaden (se Figur 18). Detta lyckades dock aldrig helt och resultatet som följde gav att 9 personer inte lyckades utrymma byggnaden. Detta antal blev större då personantalet höjdes till 1500 personer (se avsnitt 1500 personer nedan). Figur 26: Personer som fastnat i hörn plan 4 Diagrammet i Figur 27 visar på en utrymningstid där det vid 149 sekunder endast finns 9 personer kvar i byggnaden. Detta var det närmaste fullständig utrymning som kunde utföras utan att införa extra hål i väggarna eller extra utgångar. 500 personer 600 500 400 300 200 100 0 0 50 100 150 200 Tid (sekunder) Figur 27: Diagram utrymningstid 500 personer Vägvalet för personerna i byggnaden kan ses i Tabell 10 vilken visar två outnyttjade utgångar (utgångarna 4 och 5 på plan 3) samt att trappan användes som utrymningsväg av 18 personer. Det kan även uttydas att utgång 5 snarare än 6 används för utrymning, även om dessa båda är lokaliserade bredvid varandra. 40

Tabell 10: Vägval 500 personer Utgång Antal utrymmande 3:1 68 3:2 44 3:3 53 3:4 0 3:5 0 3:6 42 3:7 39 4:1 16 4:2 47 4:3 46 4:4 88 4:5 34 4:6 4 4:7 10 Trappa 18 500 personer, utgång 3 plan 3 stängd Det andra scenariot som utfördes var för blockerad utgång på plan 3. Utrymningsscenariot för plan 4 är i detta fall i princip det samma som för det första scenariot varför ingen figur på utrymningssituation för detta scenario visas. På plan 3 kan dock ses en förflyttning på skärningslinjen från vänster till höger från scenario 1 i vilken alla utgångar var tillgängliga. Figur 28: Utrymning 500 personer utgång 3 plan 3 stängd 41

Antal personer Utrymningstiden från det att simuleringen startat till dess att alla personer utrymt endast plan 3 var i detta scenario 156 sekunder. I denna simulering fastnade dock 17 personer mot väggen vid utgång 3 plan 4, liknande scenario ett. Tiden fram till dess att maximalt antal personer utrymt plan 4 var 177 sekunder. 600 500 500 personer, utgång 3 plan 3 stängd 400 300 200 100 0 0 50 100 150 200 250 Tid (sekunder) Figur 29: Utrymningstid 500 personer utgång 3 plan 3 stängd Vägvalen för detta scenario var liknande dem i scenario ett på plan 4. Då utgång 3 stängts på plan 3 kan ses i Tabell 11 att fler personer utrymde genom utgång 1 och 2 på plan 3 men att största höjningen är i utgång 6 samt 7. Utgångarna 4 och 5 fortsätter vara outnyttjade. Tabell 11: Vägval 500 personer utgång 3 plan 3 stängd Utgång Antal utrymmande 3:1 74 3:2 59 3:3 STÄNGD 3:4 0 3:5 0 3:6 65 3:7 47 4:1 19 4:2 48 4:3 43 4:4 84 4:5 26 42

4:6 2 4:7 17 Trappa 17 500 personer, utgång 7 plan 4 stängd Inför det tredje scenariot blockerades utgång 7 på plan 4. Från lagerutrymmena till höger i Figur 30 fortsatte vissa personer ut mot utgångarna 5 samt 6 medan en viss höjning i utrymning via trappan kan ses i Tabell 12. Figur 30: Utrymning plan 4, dörr 7 plan 4 stängd I detta scenario skedde utrymningen fastnade 10 personer vid utgång 3, men maximal utrymning skedde från plan 4 vid 146 sekunder. Från plan 3 skedde fullständig utrymning även där efter 146 sekunder. 43

Antal personer 500 personer, utgång 7 plan 4 stängd 600 500 400 300 200 100 0 0 50 100 150 200 250 Tid (sekunder) Figur 31: Utrymningstid 500 personer utgång 7 plan 4 Ökning från scenario ett och två kan ses i tabell nedan för utgång 5 på plan 4. Från scenario ett och två skedde också en ökning i utrymmande via trappa. Tabell 12: Vägval 500 personer utgång 7 plan 4 stängd Utgång Antal utrymmande 3:1 67 3:2 44 3:3 50 3:4 0 3:5 0 3:6 50 3:7 39 4:1 13 4:2 44 4:3 38 4:4 85 4:5 54 4:6 6 4:7 STÄNGD Trappa 22 44

1500 personer Scenario fem visar alla utgångar öppna med 1500 personer i byggnaden. För detta scenario kunde urskiljas köbildning i större utsträckning i både plan 3 och 4. Antal personer som fastnat i hörnet vid utgång 3 plan 4 ökade även i detta scenario och kan ses tydligt, tillsammans med köbildning till utgång 2 och 3, i Figur 33 inringat med röd cirkel. Figur 32: Utrymning 1500 personer plan 4 Figur 33: Köbildning samt instängda personer i hörn plan 4 Linjen mellan personer som utrymde via utgång 1 och 2 eller via utgång 3 på plan 3 visas i Figur 34. Linjen dras vid ungefär samma plats som i scenariot med 500 personer och alla utgångar öppna. 45

Figur 34: Utrymningssituation plan 3 Det ökade personantalet till trots fortsätter utgångarna 4 och 5 på plan 3 vara outnyttjade (se Figur 35). Figur 35: Köbildning plan 3 utgång 3, 6 och 7 samt oanvända utgångar 4 och 5. Personantalet som fastnat vid väggarna på plan 3 ökade från ett tiotal i fallet med 500 personer i byggnaden till 73 stycken i detta scenario med 1500 personer. Maximal utrymning från plan 4 skedde på 222 sekunder (och då var det som tidigare skrivet 73 stycken personer kvar i planet). Fullständig utrymning kunde ske från plan 3 och skedde på 169 sekunder. 46

Antal personer 1500 personer 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 0 50 100 150 200 250 Tid (sekunder) Figur 36: Utrymningstid 1500 personer Vägvalet för 1500 personer visar på en jämn ökning från scenario ett i vid samtliga utgångar. Ingen utrymning sker via utgångarna 4 och 5 på plan 3. Tabell 13: Vägval 1500 personer Utgång Antal utrymmande 3:1 166 3:2 158 3:3 158 3:4 0 3:5 0 3:6 146 3:7 110 4:1 37 4:2 156 4:3 117 4:4 198 4:5 101 4:6 26 4:7 57 Trappa 51 47

Antal personer 1500 personer, utgång plan 3 stängd I scenariot där 1500 personer befanns i byggnaden samt att utgång 3 plan 3 stängdes kunde tydligt ses att linjen mellan personer utrymmande via utgång 1 eller 2 och utrymmande via utgång 3 flyttats mot höger. Figur 37: Utrymningssituation 1500 personer plan 3, utgång 3 stängd Även i detta scenario fastnade personer vid utgång 3 plan 4 och fullständig utrymning kunder inte göras från plan 4. Antal personer som fastnade i detta fall var 62 stycken och tiden till dess att alla utom dessa personer utrymt plan 4 var 237 sekunder. Plan 3 hade uppnått fullständig utrymning på 169 sekunder. 1500 personer, utgång 3 plan 3 stängd 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 0 50 100 150 200 250 300 Tid (sekunder) Figur 38: Diagram utrymningstid 1500 personer utgång 3 plan 3 stängd 48

I Tabell 14 kan en ökning i utrymmande via utgång 1, 2, 6 och 7 ses. För utrymmande via plan 4 har inte vägvalet förändrats nämnvärt jämfört med scenario 1500 personer med alla utgångar öppna. Tabell 14: Vägval 1500 personer utgång 3 plan 3 stängd Utgång Antal utrymmande 3:1 207 3:2 200 3:3 STÄNGD 3:4 0 3:5 0 3:6 178 3:7 150 4:1 33 4:2 162 4:3 115 4:4 219 4:5 99 4:6 21 4:7 54 Trappa 48 49

1500 personer, utgång plan 4 stängd För det sista scenariot med fördelning enligt Simulex-kategorin varuhus syntes även här att skillnaden mellan antal utrymmande via utgång 5 och 6. De personer som befann sig i närheten av utgång 7 plan 4 men inte var placerade i lagerlokalerna använde alla utgång 4, 5 eller 6 för att utrymma byggnaden. De som nyttjade trappen som utrymningsväg var de personer som redan befann sig i lagerlokalerna (se Figur 40). Figur 39: Utrymningssituation 1500 personer utgång 7 plan 4 stängd Figur 40: Vägval runt utgång 7 plan 4 Tiden att utrymma plan 4 uppmättes till 251 sekunder och det var vid det tillfället 73 personer kvar vid utgång 3 på planet. Utrymning från plan 3 skedde på 158 sekunder. 50

Antal personer 1500 personer, utgång 7 plan 4 stängd 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 0 50 100 150 200 250 300 Tid (sekunder) Figur 41: Diagram utrymningstid 1500 personer utgång 7 plan 4 stängd För blockerad utgång 7 plan 4 märks en ökning i antalet utrymmande via trappa, dock är denna ökning inte markant. Tabell 15: Vägval 1500 personer utgång 7 plan 4 stängd Utgång Antal utrymmande 3:1 165 3:2 160 3:3 149 3:4 0 3:5 0 3:6 155 3:7 123 4:1 44 4:2 180 4:3 112 4:4 195 4:5 120 4:6 24 4:7 STÄNGD Trappa 66 51

Antal personer Antal personer 500 samt 1500 personer, fördelning skola Två scenarion simulerades med Simulex-fördelningen på persontyperna för skola. Syftet med dessa scenarion var att jämföra skillnader i utrymningstider beroende på persontyp varför varken bilder från simuleringen eller tabell över vägvalen redovisas i detta avsnitt. 600 500 500 personer: skolfördelning 400 300 200 100 0 0 50 100 150 200 250 Tid (sekunder) Figur 42: Diagram utrymningstid 500 personer, skolfördelning Utrymningstiden för fördelning skola 500 personer var från plan 3 142 sekunder. Tiden det tog för maximal utrymning från plan 4 var 174 sekunder och vid den tidpunkten var 15 personer fast vid utgång 3. 1500 personer: skolfördelning 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 0 50 100 150 200 250 300 Tid (sekunder) Figur 43: Diagram utrymningstid 1500 personer, skolfördelning Samma fördelning utfördes med 1500 personer i byggnaden. Utrymningstiden för detta scenario var 162 sekunder för plan 3 och för plan 4 226 sekunder. 67 personer kunde inte utrymma plan 4. 52

Evac med brandscenario En simulering gjordes även med brandscenario där 1500 personer befann sig i byggnaden. Detta gjordes enbart för att visa upp detta som en funktion i FDS+Evac och bilder från detta försök återfinns i Bilaga 4. Simulex Distanskartor Två olika distanskartor behövde beräknas för scenariona simulerade i Simulex; en för varje utgång öppen, en för blockerad utgång 3 plan 3 och en distanskarta för blockerad utgång 7 plan 4. Dessa har åskådliggjorts i fyra figurer nedan. Figur 44: Distanskarta plan 4, alla utgångar öppna Figur 45: Distanskarta plan 3, alla utgångar öppna 53

Figur 46: Distanskarta plan 3, exit plan 3 stängd Figur 47: Distanskarta plan 4, exit plan 4 stängd 500 personer I det första scenariot med 500 personer där samtliga utgångar var öppna kunde tydliga val av utrymningsvägar uttydas (se Figur 48). Figur 48: Utrymningssituation 500 personer plan 4 54

I det första scenariot utrymde ingen person nedför trappen till plan 3 utan samtliga gick till utrymningsväg 7 plan 4. Personerna utrymde även i en smal linje utan speciellt stor spridning (se Figur 49). Figur 49: Utrymning via utgång 7 plan 4, outnyttjad trappa Vid utrymning från plan 3 kunde personerna ses dela på sig och gå till olika nödutgångar vid linjen i Figur 50. Samtliga utgångar på plan 3 användes av personer vid utrymning. Figur 50: Utrymningssituation plan 3 Även i scenariot med 500 personer i byggnaden kunde en viss köbildning uttydas. I två figurer från plan 3 (se Figur 51 samt Figur 52) åskådliggörs denna köbildning. I dessa bilder syns även hur personer bildar kö längs hörn på väggar och lämnar stort outnyttjat utrymme i dörröppningen. 55

Figur 51: Situation i hörn Figur 52: Köbildning utgång 3 plan 3 Vägvalet i Simulex för scenario med 500 personer visar på jämn fördelning på de dörrar som är placerad tätt intill varandra i byggnaden så som utgång 1 och 2 i plan 3 samt utgång 4 och 6 i plan 4. Något som kan noteras är även att inga personer utrymde via trappa till plan 3. 56

Antal personer Tabell 16: Vägval 500 personer Utgång Antal utrymmande 3:1 44 3:2 48 3:3 112 3:4 8 3:5 8 3:6 6 3:7 4 4:1 13 4:2 12 4:3 28 4:4 29 4:5 43 4:6 48 4:7 97 Trappa 0 I diagram nedan kan ses att total utrymning skedde efter ca 75 sekunder för hela byggnaden. Det tog ungefär 75 sekunder för plan 3 att utrymma medan det för plan 4 endast tog cirka 70 sekunder. Simulex ger utdata var femte sekund. 600 500 400 500 personer 300 200 100 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Tid (sekunder) Figur 53: Diagram utrymningstid 500 personer 57

500 personer utgång 3 plan 3 stängd För scenario två stängdes, liksom i Evac, utgång 3 på plan 3. Utrymningssituationen som då uppstod på plan 3 visar på en förskjutning i val av utgångar, där större parten av planet väljer att ta utgång 1 eller 2. Figur 54: Utrymningssituation plan 3, utgång 3 plan 3 stängd I detta scenario kan också uttydas en ökning i nyttjandet av främst utgång 4 på plan 3 (se Figur 55). Fortfarande används inte trappan som utrymningsväg från plan 4 till plan 3 då utrymningssituationen på plan 4 inte ändras nämnvärt av den stängda utgången på plan 3. Figur 55: Utrymning via utgång 4, plan 3 58

Antal personer I Figur 56 visas utrymningstiden för hela byggnaden, vilket är cirka 95 sekunder; 95 sekunder för total utrymning av plan 3 och 65 sekunder för plan 4 (vilket är ungefär samma tid som för scenario 1 i Simulex). 600 500 400 500 personer utgång 3 plan 3 stängd 300 200 100 0 0 20 40 60 80 100 Tid (sekunder) Figur 56: Diagram utrymningstid 500 personer utgång 3 plan 3 stängd Vägvalet vid scenario två är olikt det i scenario ett såtillvida att det nu kan ses en markant skillnad mellan utgång 1 och 2 på plan 3. Ökningen i hur många personer som i detta fall väljer att använda utgång 4 på plan 3 är även denna stor. Fördelningen i personantal på vardera utrymningsväg på plan 4 är densamma som i scenario 1. Tabell 17: Vägval 500 personer utgång 3 plan 3 stängd Utgång Antal utrymmande 3:1 72 3:2 42 3:3 STÄNGD 3:4 97 3:5 8 3:6 6 3:7 5 4:1 13 4:2 12 4:3 28 4:4 29 59

Antal personer 4:5 43 4:6 48 4:7 97 Trappa 0 500 personer utgång 7 plan 4 stängd Den stora skillnaden i utrymningssituationen i plan 4 mellan scenario 1 och 2 är nyttjandet av trappa som utrymningsväg. Då utgång 7 på plan 4 stängs utrymmer personer även genom trappa från plan 3 till plan 4 (vilket kan ses i Figur 57). Figur 57: Via trappa vidare ut till utgång 5 plan 3 Utrymningstiden för total utrymning (som kan ses i Figur 58) är 115 sekunder. Då personer går från plan 4 till plan 3 via trappa är det utrymningen på plan 3 som tar längst till (alltså 115 sekunder) medan utrymningen från plan 4 endast tar 85 sekunder. 600 500 400 500 personer utgång 7 plan 4 stängd 300 200 100 0 0 20 40 60 80 100 120 140 Tid (sekunder) Figur 58: Diagram utrymningstid 500 personer utgång 7 plan 4 stängd 60

Fördelningen i personantal för utgångar i detta scenario visar återigen på jämn fördelning mellan utgångarna 1 och 2 i plan 3. En ökning har dock skett i utgång 5 i plan 3 vilken är den utgång närmast trappan i vilken utrymning sker från plan 3. För detta scenario kan även ses i sista raden i Tabell 18 att personer som utrymmer via trappa är 54 stycken. Tabell 18: Vägval 500 personer utgång 7 plan 4 stängd Utgång Antal utrymmande 3:1 44 3:2 48 3:3 112 3:4 8 3:5 62 3:6 4 3:7 6 4:1 13 4:2 12 4:3 28 4:4 29 4:5 43 4:6 91 4:7 STÄNGD Trappa 54 1500 personer Utrymningssituationen i detta scenario visar på samma persondelning mellan utgångarna 1 och 2 samt 3 som i scenariot med 500 personer. Delningen i detta fall åskådliggörs med hjälp av en röd linje i Figur 59. 61

Figur 59: Utrymningssituation plan 3, 1500 personer Köbildning i detta fall framkom tydligare och vid utgång 3 plan 3 syntes en tydlig personstockning där personer ansamlades runt väggarnas slut. I övrigt är utgångarna på planet outnyttjade vid detta tillfälle. Figur 60: Köbildning utgång 3 plan 3 På plan 4 såg utrymningssituationen ut enligt figur nedan. Personer är jämt ut spridda mellan utgångarna i planet och viss köbildning kan skönjas vid utgångarna 4, 5, 6 och 7. Värt att notera är den uteblivna köbildningen på plan 4 vid utgångarna 1, 2 samt 3 (se Figur 62). 62

Figur 61: Utrymningssituation plan 4, 1500 personer Figur 62: Utrymningssituation utgångar 1, 2 och 3 plan 3 Bland de första körningarna som gjordes på detta scenario skedde aldrig total utrymning. Detta berodde på en person som fastnat i hörnet mellan väg och länk 1 till trappa mellan plan 3 och 4. Detta åtgärdades och sedan kunde total utrymning ske. 63

Antal personer Figur 63: Person fast vid länk till trappa Fullständig utrymning från byggnaden hade skett efter 180 sekunder (se Figur 64). På plan 3 var utrymning klar vid 180 sekunder och från plan 4 skedde utrymning under 145 sekunder. 1600 1400 1200 1500 personer 1000 800 600 400 200 0 0 50 100 150 200 Tid (sekunder) Figur 64: Diagram utrymningstid 1500 personer Vägvalen för detta scenario visar viss skillnad mellan utgångarna 1 och 2 på plan 3 som ändå är placerade tätt intill varandra. En viss skillnad återfinns även mellan utgång 5 och 6 på plan 4 som även dessa är placerade bredvid varandra. Till skillnad från fallet med endast 500 personer i byggnaden används trappan mellan plan 3 och 4 som utrymningsväg av fyra personer. Samtliga utgångar nyttjas till utrymning enligt Tabell 19. 64

Tabell 19: Vägval 1500 personer Utgång Antal utrymmande 3:1 119 3:2 174 3:3 320 3:4 24 3:5 28 3:6 16 3:7 10 4:1 49 4:2 37 4:3 93 4:4 83 4:5 100 4:6 170 4:7 276 Trappa 4 1500 personer utgång 3 plan 3 stängd Då utgång 3 på plan 3 stängs vid det tredje scenariot med 1500 personer så kommer andelen personer som utrymmer via utgång 1 och 2 att öka. Som kan ses i Figur 65 kommer den avskiljande röda linjen mellan personer som väljer utgångarna 1 och 2 samt dem som väljer utgång 3 att flyttas åt höger i bild jämfört med ursprungsfallet. 65

Antal personer Figur 65: Utrymningssituation plan 4 Utrymningstiden för detta scenario blev i Simulex 255 sekunder (vilket även var tiden för det tredje planet). Tiden som förflöt från simuleringens start till dess att fullkomlig utrymning gjorts från plan 4 var 140 sekunder. 1600 1400 1200 1500 personer utgång plan 3 stängd 1000 800 600 400 200 0 0 50 100 150 200 250 300 Tid (sekunder) Figur 66: Diagram utrymningstid 1500 personer blockerad utgång 3 plan 3 För scenario med utgång 3 stängd på plan 3 visade sig vägvalet vara inte helt jämnt fördelat. För utgång 1 och 2 på plan 3 som är belägna bredvid varandra skilde sig antalet utrymmande med 78 personer. Antalet som utrymde via utgång 4 på plan 3 ökade markant och vid denna utgång kunde även urskiljas stor köbildning. Även utgångarna 5 och 6 på plan 4 som är placerade bredvid varandra visade sig utrymma helt olika antal personer; mellan dessa utgångar 66

skilde det 70 personer. Antal personer som utrymde via trappa är, liksom i scenariot 1500 personer med alla utgångar öppna, fyra stycken. Tabell 20: Vägval blockerad utgång 3 plan 3 Utgång Antal utrymmande 3:1 139 3:2 217 3:3 STÄNGD 3:4 280 3:5 28 3:6 16 3:7 11 4:1 49 4:2 37 4:3 93 4:4 83 4:5 100 4:6 170 4:7 276 Trappa 4 1500 personer utgång plan 4 stängd Då utgång 7 stängdes på plan 4 kan utrymningssituationen beskrivas som scenario med alla utgångar öppna för 1500 personer men den skillnaden att fler personer utrymmer via trappan (se Tabell 21). Utrymningstiden för denna simulering åskådliggörs i Figur 67 där det kan ses att total utrymning skedde på 275 sekunder. Den sista personen som utrymde byggnaden utrymde från plan 3, medan utrymning från plan 4 skedde vid tiden 190 sekunder. 67

Antal personer 1500 personer utgång plan 4 stängd 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 0 50 100 150 200 250 300 Tid (sekunder) Figur 67: Diagram utrymningstid 1500 personer blockerad utgång 7 plan 4 Även i detta scenario finns vissa skillnader på personantal i utgångar som är placerade precis bredvid varandra. Specifikt för detta fall visar sig vara antalet personer som utrymmer via trappa ned till utgång 5 på plan 3 där antalet personer ökar med 166 personer från tidigare liknande scenarion i Simulex. Tabell 21: Vägval 1500 personer blockerad utgång 7 plan 4 Utgång Antal utrymmande 3:1 112 3:2 173 3:3 329 3:4 22 3:5 196 3:6 16 3:7 9 4:1 50 4:2 35 4:3 93 4:4 84 4:5 107 4:6 274 4:7 STÄNGD Trappa 170 68

Antal personer 500 samt 1500 personer: fördelning skola De sista scenariona för Simulex simuleringarna angavs med 500 respektive 1500 personer med fördelning skola vilket betyder att huvudparten var barn. Utrymningstiden för vilken alla personer utrymt byggnaden för fallet med 500 individer var 80 sekunder där den sista personen utrymde från plan 3. Den sista personen att lämna plan 4 gjorde detta vid tiden 75 sekunder. Fördelningen i antal personer på de olika utgångarna var samma för motsvarande simulering med personer fördelade enligt kategorin varuhus varför denna tabell inte visas i detta kapitel. 600 500 400 500 personer, skolfördelning 300 200 100 0 0 20 40 60 80 100 Tid (sekunder) Figur 68: Diagram utrymningstid 500 personer skolfördelning För fördelning skola med 1500 personer utrymde samtliga personer vid 210 sekunder där den sista personen utrymde från plan 3. Den sista personen som utrymde från plan 4 lämnade byggnaden vid tiden 140 sekunder. 69

Antal personer 1500 personer, skolfördelning 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 0 50 100 150 200 250 Tid (sekunder) Figur 69: Diagram utrymningstid 1500 personer skolfördelning 70

Sammanfattning, resultat För att ge en överblick över samtliga resultat tabellerades samtliga värden som framkom av försöken förutom utrymningstiden för plan 4 då denna inte är jämförbar då plan 4 aldrig helt utrymdes. Sifforna anger hur många personer som utrymmer genom varje utgång samt även utrymningstiden från plan 3 angiven i sekunder. Tabell 22: Sammanfattning antal personer genom utgångar samt utrymningstid plan 3 Evac Evac 500 500, exit 500, exit 1500 1500,exit 1500,exit 500 1500 3 stängd 4 stängd 3 stängd 4 stängd skola skola 3:1 68 74 67 166 207 165 68 172 3:2 44 59 44 158 200 160 43 155 3:3 53 STÄNGD 50 158 STÄNGD 149 45 148 3:4 0 0 0 0 0 0 0 0 3:5 0 0 0 0 0 0 0 0 3:6 42 65 50 146 178 155 55 145 3:7 39 47 39 110 150 123 35 114 4:1 16 19 13 37 33 44 14 50 4:2 47 48 44 156 162 180 50 150 4:3 46 43 38 117 115 112 47 103 4:4 88 84 85 198 219 195 70 212 4:5 34 26 54 101 99 120 36 107 4:6 4 2 6 26 21 24 3 31 4:7 10 17 STÄNGD 57 54 STÄNGD 19 45 Trappa 18 17 22 51 48 66 18 48 Tid, plan 3 (s) 149 156 146 169 169 158 142 161 71

Tabell 23: Sammanfattning antal personer genom utgång samt utrymningstid plan 3 Simulex Simulex 500 500, exit 3 stängd 500, exit 4 stängd 1500 1500,exit 3 stängd 1500,exit 4 stängd 500 skola 1500 skola 3:1 44 72 44 119 139 112 44 108 3:2 48 42 48 174 217 173 54 178 3:3 112 STÄNGD 112 320 STÄNGD 329 105 326 3:4 8 97 8 24 280 22 9 21 3:5 8 8 62 28 28 196 10 30 3:6 6 6 4 16 16 16 3 17 3:7 4 5 6 10 11 9 5 8 4:1 13 13 13 49 49 50 14 52 4:2 12 12 12 37 37 35 15 37 4:3 28 28 28 93 93 93 28 100 4:4 29 29 29 83 83 84 29 83 4:5 43 43 43 100 100 107 38 97 4:6 48 48 91 170 170 274 56 175 4:7 97 97 STÄNGD 276 276 STÄNGD 90 268 Trappa 0 0 54 4 4 170 0 1 Tid, plan 3 (s) 75 95 115 180 250 275 80 210 72

Antal personer Analys De olika resultat som gavs för de olika tillvägagångssätten visade sig skilja sig markant från varandra. För att överskådligt kunna göra jämförelser mellan tiderna de olika metoderna gav ställs materialet upp i tabellformat samt även i diagram nedan indelade för varje scenario. Resultatet för handberäkningarna anges i texten under aktuell rubrik. 500 personer 600 500 400 Jämförelse 500 personer 300 200 Simulex Evac 100 0 0 50 100 150 200 Tid (sekunder) Figur 70: Diagram jämförelse utrymningstid Evac och Simulex 500 personer För 500 personer var utrymningstiden enligt handberäkningsmetoden 174 sekunder. Utrymningstiden för Simulex var i detta fall betydligt lägre än utrymningstiden beräknad i Evac. I detta fall sker heller aldrig total utrymning i Evac-simuleringen varför denna kurva aldrig går ner till noll. Däremot kan ses likheter i kurvornas lutning men personerna i Simulex börjar utrymma fler snabbare. Om Evac hade börjat utrymma personer lika snabbt hade kurvorna samstämt bättre även om utrymningen i Evac planar ut något mer runt 50 sekunder. Redan i det första fallet kan konstateras att handberäkningarna är mer konservativa än simuleringsprogrammen. 73

Antal personer Antal personer 600 Jämförelse 500 personer, utgång 3 plan 3 stängd 500 400 300 200 Simulex Evac 100 0 0 50 100 150 200 Tid (sekunder) Figur 71: Diagram jämförelse utrymningstid Evac och Simulex, 500 personer utgång plan 3 stängd Även i fallet med dörr 3 på plan 3 stängd skiljer sig utrymningstiderna betydligt åt. Evac har en mycket långsammare start och riktig utrymning kommer inte igång förrän runt 20 sekunder. Simulex-kurvan lutar relativt brant från början vilket betyder att utrymning startade väldigt fort efter simuleringens början och fortsätter sedan i samma takt till 45 sekunder in i simuleringen. Där börjar köbildning märkas av vid de utgångar som belastas med av att utgång 3 är stängd. Denna effekt kan inte uttydas lika markant i Evac-simuleringen. Handberäkningarna i detta fall angav att utrymningstiden skulle bli cirka 228 sekunder vilket är betydligt mer än båda programmen. 600 500 400 Jämförelse 500 personer utgång 7 plan 4 stängd 300 200 Simulex Evac 100 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 Tid (sekunder) Figur 72: Diagram jämförelse utrymningstid Evac och Simulex, 500 personer utgång plan 4 stängd 74

Antal personer Diagrammet ovan beskrivande utrymningen för 500 personer vid stängd utgång 7 plan 4 visar återigen på en fördröjning i utrymningen i Evac-simuleringen. Intressant i denna graf är att utrymningen i Evac går fortare när den väl börjat och att utrymningstiden i slutet börjar närma sig samma siffra. Återigen kommer inte fullkomlig utrymning att ske från byggnaden vid utrymning med Evac och därför når linjen heller aldrig noll. Skillnaden i detta fall kan bero på att utrymning i Simulex nu sker även via trappa och går något långsammare i slutet då endast ett visst antal människor kan befinna sig i trappan. 600 500 400 Jämförelse 500 personer; skolfördelning 300 200 Simulex Evac 100 0 0 50 100 150 200 Tid (sekunder) Figur 73: Diagram jämförelse utrymningstid Evac och Simulex, 500 personer "skola" Jämförelsen mellan resultaten från Simulex och Evac då fördelning enligt skola användes visar stor skillnad i utrymningstid; både på grund av att fullkomlig utrymning inte sker från Evac men även på grund av att Simulex börjar utrymma tidigare än Evac. Lutningen, alltså hastigheten på utrymningen, är dock ungefär samma men förskjuten. 1500 personer För 1500 personer syntes det i större utsträckning att fullkomlig utrymning aldrig skedde i Evac dock kan skillnader ses i grafen även om man bortser från denna felaktighet. Fördröjningen i utrymning i Evac kan fortfarande synas i början av grafen men efter det är utrymningshastigheten ungefär densamma. Utplaning av linjerna runt 100 sekunder för båda simuleringsprogrammen och åstadkoms av köbildning vid diverse utgångar i byggnaden. För Simulex planar kurvan ut mer än för Evac men detta beror på att personer fortfarande finns kvar på plan 3 i Evac simuleringen medan dessa istället utrymmer i Simulex. Handberäkningarna gav i detta fall att utrymningstiden skulle bli cirka 260 sekunder vilket är 75

Antal personer Antal personer mindre felmarginal från programmen i jämförelse med de första scenariona men fortfarande konservativt. 1600 1400 1200 Jämförelse 1500 personer 1000 800 600 400 Simulex Evac 200 0 0 50 100 150 200 250 Tid (sekunder) Figur 74: Diagram jämförelse utrymningstid Evac och Simulex, 1500 personer 1600 1400 1200 1000 Jämförelse 1500 personer utgång 3 plan 3 stängd 800 600 400 Simulex Evac 200 0 0 50 100 150 200 250 300 Tid (sekunder) Figur 75: Diagram jämförelse utrymningstid Evac och Simulex, 1500 personer utgång plan 3 stängd För 1500 personer, med utgång 3 stängd, ses återigen fördröjningen i utrymningens början i Evac-simuleringen. Efter 100 sekunder planar däremot kurvan för Simulex-simuleringen ut kraftigt beroende på de massiva köbildningar som blir som följd av stängd utgång 3. Kurvan för 76

Antal persoer Evac-simuleringen planar även den ut, men inte i samma utsträckning och av samma skäl; utplaningen i detta fall sker till stor del av de personer som sitter fast på plan 4 och inte på köbildning i plan 3. Vid stängning av utgång 3 på plan 3 blev utrymningstiden enligt handberäkningarna 353 sekunder vilket är betydligt mer än den utrymningstid som ges av simuleringsprogrammen. 1600 1400 1200 1000 Jämförelse 1500 personer utgång 7 plan 4 stängd 800 600 Simulex Evac 400 200 0 0 50 100 150 200 250 300 Tid (sekunder) Figur 76: Diagram jämförelse utrymningstid Evac och Simulex, 1500 personer utgång plan 4 stängd För utrymningstiden då utgång 7 plan 4 stängs stämmer graferna väl överens. Återigen kommer alla personer i byggnaden i Evac aldrig att utrymma och därför kommer heller inte utrymningstiden att bli densamma. Vad som kan uttydas är dock att trots den lilla fördröjning som sker i Evac-simulering så är utrymningshastigheten i början högre. Därtill sker utrymning från plan 4 till plan 3 i detta fall via trappa även i Simulex-simuleringen vilket ger lägre utrymningshastighet senare i utrymningsskedet. 77

Antal personer 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 Jämförelse 1500 personer; skolfördelning 0 50 100 150 200 250 Tid (sekunder) Simulex Evac Figur 77: Diagram jämförelse utrymningstid Evac och Simulex, 1500 personer "skola" Liksom tidigare finns en fördröjning i första skedet i utrymningssituationen med efter det är utrymningshastigheterna för de olika fallen ungefär detsamma. Även i denna situation stängs personer in på plan 3 och därav kommer aldrig linjen för Evac simuleringen att nå noll. Sammanfattningsvis så ha de största skillnaderna mellan Evac och Simulex ställts upp i Tabell 24 och Tabell 25. I dessa tabeller anges hur många personer som utrymmer via dörrarna 4 och 5 på plan 3, hur många som utrymmer via trappan samt även utrymningstiden för plan 3. Tabell 24: Distinkta skillnader, Evac Evac 500 500, exit 500, exit 1500 1500,exit 1500,exit 500 1500 3 stängd 4 stängd 3 stängd 4 stängd skola skola 3:4 0 0 0 0 0 0 0 0 3:5 0 0 0 0 0 0 0 0 Trappa 18 17 22 51 48 66 18 48 Tid, plan 3 (s) 149 156 146 169 169 158 142 161 78

Tabell 25: Distinkta skillnader, Simulex Simulex 500 500, exit 3 stängd 500, exit 4 stängd 1500 1500,exit 3 stängd 1500,exit 4 stängd 500 skola 1500 skola 3:4 8 97 8 24 280 22 9 21 3:5 8 8 62 28 28 196 10 30 Trappa 0 0 54 4 4 170 0 1 Tid, plan 3 (s) 75 95 115 180 250 275 80 210 79

Diskussion Det ska först konstateras att handberäkningarna ger en övergripande bild om hur lång tid utrymning skulle ta från en byggnad. Tiden som anges av handberäkningarna är dock konservativ och ger en högre utrymningstid i samtliga av de fall som testats i denna rapport jämfört med programmen Evac och Simulex. Skillnaderna i utrymningstider mellan Simulex och Evac kan till stor del förklaras med vilket vägval som personerna i respektive program gjorde. Utrymning via trappa är tidskrävande vilket kan vara en av anledningarna varför det går snabbare att utrymma byggnaden i Simulex än i Evac. Att personer har svårigheter att utrymma vid komplexa geometrier i Evac gör att det finns svårigheter att jämföra de båda utrymningstiderna då total utrymning aldrig sker från plan 4. Detta skulle kunna avhjälpas med flera olika rutnät för utrymning samt att på förhand definiera vilken utgång personerna ska använda. En felkälla kan även vara att koden är felaktig så utrymning försvåras, vilket endast visar på känsligheten i kodning vid användning av Evac. Den största skillnaden i vid jämförelse med utrymningstiderna på plan 3 återfinns i utrymningens början där Evac tar längre tid att påbörja utrymning. Senare kan ses att utrymningshastigheten är i princip densamma för både Evac och Simulex, vilket inte samma slutsats som Korhonen och Hostikka drog i den tekniska referensguiden. Det kan däremot urskiljas en skillnad i slutet på utrymningen där Evac får ett jämnare flöde ut ur byggnaden trots köbildning medan utrymningsflödet i Simulex nästintill står stilla på grund av kö vid utgångarna. Att Evac bättre nyttjar utrymmet vid utgångarna är dock en slutsats som även Korhonen och Hostikka kunde dra av sina försök. Visuellt kan inte Simulex visas i annat än 2D om inte annat tilläggsprogram används. Detta ger Evac en fördel då det blir mer tydligt vid visning av utrymningssituationen. I Evac kan även brandfallet användas för att visuellt beskriva hur personer i en byggnad skulle te sig vid i en utrymningssituation om brand utbröt. Med detta hjälpmedel kan även kritiska förhållanden beräknas samtidigt med utrymningstiden. Användarvänligheten i de båda programmen skiljer sig mycket åt. Simulex är ett relativt enkelt program att använda med tydliga angivelser vilka inputdata som användaren kan ange samt var dessa ska anges. Mycket är redan angivet i programmet vilket gör arbetet att färdigställa filen för simulering så litet som möjligt. 80

I Evac måste användaren själv definiera stor del av all inputdata som ska användas för simuleringen, på gott och ont. Detta ger större frihet att definiera hur utrymningssituationen med personerna som utrymmer ska gå till och se ut. Detta upplägg gör även Evac känsligt för felaktigheter i kodning samt ställer något högre krav på användaren än Simulex. Simulex använder filer direkt från CAD-program i dxf-format för att bygga upp ytter- och innerväggar samt dörröppningar för utrymningssimuleringen. Detta förutsätter att användaren har tillgång till dessa ritningar men tar samtidigt bort ett tidskrävande moment utöver att beskriva de utrymmande personerna och dess egenskaper. För Evac måste en FDS-fil byggas upp, oavsett om brandfallet ska simuleras eller ej. För detta ska kunna utföras korrekt krävs en CAD-ritning med exakta mått men utan tilläggsprogram så måste alla objekt i bygganden (väggar, golv, tak etcetera) skrivas in för hand i FDS-kod. Detta kan vara mycket tidskrävande beroende på hur komplex byggnaden är. Om dessutom brandfallet ska tas i beaktning så måste materialen på väggar, golv och tak ha korrekta egenskaper för att brandfallet ska bli så realistiskt som möjligt. För att jämförelsen i denna rapport skulle blivit mer korrekt skulle ett flertal simuleringar behövts köras på detta objekt. Därtill borde programmen jämföras med varandra i simuleringar på byggnader med olika funktion, geometri och storlek. 81

Slutsats Detta examensarbete har lett till att ett antal slutsatser kunnat dras. o Programmen är likvärdiga i utrymningssituationer då båda har för och nackdelar. Evac något mer realistiskt då personer utnyttjar större delar av byggnadens area samt har en långsammare utrymningshastighet vid simuleringens början. Däremot måste användaren vid komplexa geometrier i Evac bygga upp flera rutnät. o Simulex är mer ett mer användarvänligt program då det tydligt är angivet vilken indata som ska anges var. Evac ger utrymme för användaren själv att modellera de utrymmande personernas egenskaper men det kräver också mer kunskap av användaren. o Visuellt sett är Evac mer tilltalande med visningsmöjligheter i 3D än Simulex som endast kan visa utrymningssituationen i 2D. Evac ger även användaren möjligheter att kombinera brandfallet med utrymningsscenariot. o Ytterligare forskning bör göras på området med ett flertal olika objekt för att mer specifikt komma fram till vilket program som fungerar bäst i vilket fall. 82

Referenser Tryckta källor Boverket (2006). Utrymningsdimensionering. Karlskrona: Boverket. Brandteknik, Lunds tekniska högskola. (2005). Brandskyddshandboken. Lund: Lunds tekniska högskola Frantzich, H. (2000). Tid för utrymning vid brand. Karlstad: Räddningsverket. Korhonen, T & Hostikka, S. (2009). Fire Dynamics Simulator with Evacuation: FDS+Evac. Finland: VTT Technical Research Centre of Finland. McGrattan, K. McDermott, R. Hostikka, S. Floyd, J. (2007). Fire Dynamics Simulator(Version 5) User s Guide. Washington: National Insitute of Standards and Technology. IES (2009). Simulex User s Guide. Glasgow: Integrated Environmental Solution Integrated Kuligowski, E. (2005). Review of 28 egress models. Gaithersburg: National Institute of Standards and Technology. Kuligowski, E. (2003). The evaluation of performance-based design process for a hotel building. College Park: University of Maryland. Thompson, P. Wu, J. Marchant, E. (1997). Simulex 3.0: Modelling evacuation in multi-storey buildings. Gaithersburg: International Association for Fire Safety Science. Elektroniska källor EFM group, Prisma Factsheet [http://sweden.tbm-group.co.uk/efm-sweden-properties/sweden-shoppingcentres/prismagallerian-harnosand/] Hämtad 2012-03-20 83

Bilagor Bilaga 1: Planritning Prismagallerian plan 3 och 4 84