djupare tunnelsystem än tidigare. Ett ex- empel är Hallandsåstunneln som med sina 8,7 km blir den längsta järnvägstun- neln i Sverige när den tas i drift kom- mande år. Ett annat exempel aktualiseras i planerna för utbyggnaden av Stockholms tunnelbana, där den nya sträckningen kan komma att inrymma en av världens dju- paste tunnelbanestationer, cirka 100 me- ter under mark.
Trots att byggnadsverk för väg- och järnvägstrafik under mark blir allt vanli- gare utgör de fortfarande en liten andel i förhållande till de byggnadsverk som an- läggs ovan mark. Det innebär bland annat att kunskap om hur värdering av person- säkerhet i undermarksanläggningar ska ske inte är lika omfattande som för vanli- ga byggnader ovan mark, och att forsk- ningsresultat inom området är relativt litet. Konsekvensen är att kunskap om till exempel hur utrymmande människor be- ter sig, hur fort de går, och hur långt de or- kar gå, i en sådan utrymningssituation, är begränsad.
Även om undermarksanläggningar för väg- och järnvägstrafik på många sätt skiljer sig från vanliga byggnader är den grundläggande principen för personsäker- heten vid brand densamma: Personer som befinner sig i byggnadsverket vid brand ska kunna lämna det eller räddas på an-
nat sätt (SFS 2011:338 3 kap. 8 § 4 p.).
Dessvärre innebär avsaknaden av kun- skap och empirisk data att osäkerheter i analyser och värderingar av personsäker- heten i transportsystem under mark ofta är större än vid utrymningsdimensione- ringen av vanliga byggnader. Dessutom introducerar byggnadsverk under mark en del unika faktorer som måste beaktas i analyser och värderingar av brandskyd- det. Till exempel uppstår i många fall ut- rymningssituationer där utrymmande per- soner måste förflytta sig långa sträckor för att lämna anläggningen, och inte sällan ingår då långa förflyttningar uppåt via trappor. Men hur påverkas människor vid förflyttningen uppåt och hur kommer gånghastigheterna påverkas av den för- flyttade sträckan? Klarar alla människor av att utrymma hur långa sträckor som helst? Om inte, var går gränsen? Och hur ska projektören beakta dessa förutsätt- ningar och effekter på utrymningsförlop- pen i sina analyser och utvärderingar av personsäkerheten?
Ett pågående forskningsprojekt, samfi- nansierat av Brandforsk och Trafikverket, försöker att öka kunskapen inom området och svara på några av dessa frågeställ- ningar. Inom projektet har det under våren genomförts en litteraturstudie, Delin &
Norén (2014), för att kartlägga det nuva- Växande storstäder och ett ökat
byggande under mark har gjort att undermarksanläggningar för bland annat transportsystem ökat i antal under de senaste decennierna. Tun- nelsystem för till exempel väg- och järnvägstunnlar har dessutom inte bara ökat i antal, utan också blivit längre och anlagts allt djupare under mark. Detta skapar nya ut- maningar för utrymmande personer och för den projekterande ingenjö- ren som ska dimensionera utrym- ningssäkerheten i de djupt belägna byggnadsverken. Det rådande kun- skapsläget om vad som händer när människor ska utrymma längre sträckor uppåt och hur en projektör ska hantera de nya utmaningarna är dock bristfälliga. Bristen på forsk- ningsresultat och riktlinjer kan äventyra säkerheten, något som uppmärksammats i en nyligen publi- cerad litteraturstudie om utrymning uppför längre trappor.
Förekomsten av undermarksanläggningar för bland annat transportsystem, till ex- empel väg- och järnvägstunnlar, har under de senaste decennierna ökat, såväl i Sverige som utomlands. Dessutom går trenden mot att bygga både längre och
Undermarksanläggningar utmaning för både brandskyddsprojektörer
och utrymmande människor
Artikelförfattare är Karl Fridolf, projektledare och doktorand i brandteknik vid Lunds universitet (LTH), Johan Norén, tekniskchef
på Briab Brand & Riskingenjörerna AB, samt Mattias Delin, vd på DeBrand Sverige AB.
Figur 1: Personer som befinner sig i byggnadsverk under mark ska kunna lämna det eller räddas på annat sätt, precis som i vanliga byggnader ovan mark.
rande kunskapsläget kring fysisk an- strängning och dess påverkan på gång- hastigheter, personflöden och beteenden vid utrymning uppför trappor samt hur en trappas design kan påverka utrymnings- förloppet vid uppåtgående förflyttning.
Litteraturstudien visar att forskningsläget och publicerad litteratur inom ämnet är kraftigt begränsad och i huvudsak handlar tidigare forskning om korta trappor. Den studerade litteraturen har dessutom starka inbördes kopplingar, och merparten av den befintliga forskningen hänvisar till, eller tar utgångspunkt i, forskning som genomförts i Nordamerika i slutet av 1960- och början av 1970-talet.
Fysisk ansträngning
De grunder på vilka utrymningsvägar, och specifikt trappor, traditionellt sett har dimensionerats efter har inte förändrats i någon större utsträckning de senaste 40 åren. Dessutom har den forskning som genomförts i första hand fokuserats på ut- rymning nerför trappor. Anledningen är naturligtvis den historia som präglat byg- gandet av höghus och skyskrapor, inte minst i USA, forna Sovjetunionen och en del andra länder, främst i Asien och Ocea- nien.
Utrymning nerför trappor skiljer sig dock från utrymning uppför trappor, framför allt kring hur människor fysiolo- giskt rör sig. Det finns dessutom starka argument för att möjligheten till en till- fredställande utrymning uppför trappor kommer att påverkas av den fysiska an- strängning som det innebär att gå i trap- pan, inte minst vid längre transportsträck- or. Sannolikt kommer denna påverkan att visa sig inte bara i den utrymmande perso- nens förändrade gånghastighet utan även i personens beteende och övergripande även som ett förändrat personflöde i trap- pan. Att den fysiska ansträngningen kan påverka utrymningsförloppet har belysts som ett aktuellt problemområde under flera decennier, både i Sverige och inter- nationellt. Än idag har dock ingen explicit studerat sambandet mellan till exempel människors gånghastigheter uppför trap- por och deras fysiska förmåga.
Starkt stöd för att den fysiska ansträng- ning som det innebär att gå uppför en trappa också påverkar utrymningsförlop- pet gavs i en studie som publicerades 2013, Choi et al (2013). Vid individuella försök med studenter (mellan 20 till 30 år) i Sydkorea mättes förflyttning såväl upp- som nerför trappor i ett 50 våningar högt hus. Effekten av den fysiska an- strängningen visade sig bland annat i en reducerad gånghastighet. Den reduce- rande gånghastigheten varierade från in- divid till individ beroende på bland annat personliga faktorer som hälsotillstånd, kondition samt grad av tidigare fysisk an- strängning under försöket. Hur stor varia- tionen hade varit om det varit en grupp av personer motsvarande de som rör sig i en
Tabell 1. Sammanställning av gånghastigheter uppför trappor längs med gånglin- jen (om inte annat anges), se figur 3. Endast studien av Kretz et al. (2006) samt Choi et al. (2013) omfattade försök i långa trappor.
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Medel- Kommentar Källa Land
hastighet
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
0,67 Män under 30 år Fruin, 1971 USA
0,64 Kvinnor under 30 år 0,63 Män mellan 30 och 50 år 0,59 Kvinnor mellan 30 och 50 år 0,51 Män över 50 år
0,49 Kvinnor över 50 år
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
0,52a Ensam person som ej påverkas av Kretz et al, 2008 Tyskland andra
0,47a Grupp med låg densitet och liten inbördes påverkan på varandra 0,44a Grupp med hög densitet och tydlig
påverkan på varandra
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
0,27b Äldre kvinnor (> 65 år) Yeo & He, 2009 Singpore 0,28b Äldre (> 65 år)
0,29b Äldre män (> 65 år) 0,29b Barn (< 13 år) 0,30b Vuxna kvinnor 0,31b Vuxna 0,32b Vuxna män
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
0,75c Män våning 1 – 25 (medelvärde) Choi et al, 2013 Sydkorea 0,55c Män våning 26 – 50 (medelvärde)
0,53d Kvinnor våning 1 – 25 (medelvärde) 0,42d Kvinnor våning 26 – 50 (medelvärde)
Byggnaden var 50 våningar hög
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
0,5 Hög persontäthet, dock högst Boverket, 2013 Sverige två personer per kvadratmeter
0,6e Låg persontäthet, så låg att personerna rör sig helt oberoende av varandra
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
aTrappan hade en lutning på 35,1° och var 35,8 meter hög. Mätning skedde efter 25 meter.
bAvser vertikal hastighet. Flera korta trappor vid olika tunnelbanestationer studerades.
643 tunnelbaneresenärer ingick i studien. Trappornas lutning är inte känd, vilket ger att gånghastigheten längs trappan inte går att fastställa.
cStudien omfattade 30 män i åldern 20 – 28 år (medel 24,6 år) dStudien omfattade 30 kvinnor i åldern 20 – 28 år (medel 22,2 år) e Värdet uppges vara baserat på ett fåtal observationer (okänt vilka).
Figur 2: Hur hade ett utrymningsförlopp sett ut i denna situation om rulltrapporna stått stilla? Hade alla människor i bilden klarat av att på egen hand sätta sig i
säkerhet? Hur lång tid hade det tagit?
att resultaten bör betraktas som indikatio- ner snarare än fakta. En sammanställning över gånghastigheter i rulltrappor mot- svarande den för vanliga trappor presente- ras i tabell 2.
Trots att försökspersonerna i rull- trappsförsöken är unga studenter och att trapporna är relativt korta så syns ett sam- band mellan gånghastighet och trappans längd. Vid försöken framkom också att långsamma personer påverkade hastighe- ten för alla personer bakom dem.
Oavsett om det handlar om utrymning uppför vanliga trappor eller rulltrappor finns det starka argument för att fysisk ansträngning kommer att påverka utrym- ningsförloppet genom att till exempel gånghastigheter reduceras. Det verkar helt enkelt vara för ansträngande för män- niskor att upprätthålla samma tempo, sär- skilt i trappor med hög höjd. Det är dock uppenbart att de få studier som utförts inom området inte mer än berört kopp- lingen till fysisk ansträngning, och konse- kvensen är att det idag inte existerar nå-
gon metod för att kvantifiera fenomenet i befintliga utrymningsmodeller och beräk- ningar.
Människors gånghastighet vid utrym- ning uppför en trappa kommer i kombina- tion med det avstånd de har mellan varan- dra att påverka personflödet i trappan.
Flödet genom en trappa, det vill säga hur många personer som passerar en del av trappan per tidsenhet, beror således både på hur fort personerna går och hur tätt de går. Personflödet avgör hur fort det tar att förflytta personerna från exempelvis en tunnelbaneplattform via trappan upp till markplanet. I en äldre studie, genomförd i början av 1970-talet, konstateras att per- sonflödet upp- som nerför en trappa är ungefär detsamma. Det skulle kunna för- klaras av att människor som trots allt går långsammare uppför än nerför en trappa tillåter sig att hålla kortare avstånd till varandra. Senare studier har dock visat på motsatsen. Anledningen till det ökade av- ståndet vid uppåtgående förflyttning kan motiveras av den benrörelse som uppstår vid uppåtgående förflyttning. När män- niskan förflyttar sig uppåt sker benrö- relsen främst i höft- och knälederna, vilket kräver mer utrymme än vid förflyttning nerför trappor eller på plana underlag.
Dock är det mycket begränsad kunskap om personflöden vid utrymning uppför långa trappor och de studier som finns för långa trappor innehåller endast informa- tion om gånghastighet.
Trappors utformning
Eftersom den fysiska ansträngningen identifierats som en begränsande faktor vid utrymning uppför trappor har viss uppmärksamhet i litteraturstudien riktats mot utformningen av trappor som dimen- sioneras för uppåtriktad utrymning. Ett problem i sammanhanget är dock att da- Tabell 2: Sammanställning av gånghastigheter uppför rulltrappor längs med gånglinjen, se figur 3.
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Medel- Kommentar Källa Land
hastighet
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
0,8a Ensam person Kadokura et al, Japan
0,7a Grupp personer 2012
Rulltrappan hade en höjd av 13,2 meter.
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
0,77b Ensam persson Okada, Hasemi Japan
0,49b Ensam person med hindrande & Moriyama,
utrustningc 2012
0,54b Grupp personer utan hindrande utrustning
0,47b, d Grupp personer varav en del utrustade med hindrande utrustningc
Rulltrappan hade en höjd av 22 meter.
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
a79 universitetsstudenter ingick i studien.
bFörsöksgruppen bestod av 35 manliga och 15 kvinnliga studenter med medelåldern 21 år.
c”Instant senior” innebar i försöken att försökspersonerna försågs med utrustning som försvårade rörelse för att efterlikna äldre personer.
dIndividerna ”instant senior” påverkade hela gruppen.
verklig undermarksanläggning vet vi inte, men det är nog rimligt att anta att variatio- nen hade varit betydligt större än i försö- ket. Förklaringen till den reducerade gånghastigheten ansågs delvis bero på att den inledande fysiska ansträngningen vid förflyttning uppför en trappa genererar en anaerob metabolism (mjölksyra) som inte kan upprätthållas under en längre tid.
Konsekvensen skulle i utrymningssam- manhang uppför längre trappor vara att gånghastigheten successivt reduceras för att minska energibehovet till dess att energiförbrukningen nått en nivå som kroppen kan upprätthålla under en längre tid. Dessvärre gjordes inte några mätning- ar av det fysiska arbetet i studien. Det på- gående forskningsprojektet syftar bland annat till att bringa mer klarhet i vad för effekter detta har för utrymningskonceptet och hur det kan beaktas i framtida ut- formningar av utrymningsvägar.
Gånghastighet och personflöde Det är få studier som studerat utrym- ningsförlopp uppför långa trappor, och som nämnts ovan är det inga tidigare stu- dier som tydligt studerat sambandet mellan utrymningsförloppet och den fy- siska ansträngning som det innebär. Det finns dock ett fåtal studier som studerat utrymningsförlopp i längre trappor och som berört kopplingen. Dessa har alla ge- mensamt att de konstaterat att utrym- mande människors gånghastighet sjunker med ökad byggnadshöjd (något som påvi- sats även vid utrymning nerför trappor).
Det har också fastslagits att den tid det tar att gå uppför en lång trappa är längre än att gå nedför densamma, och i en jämfö- relse mellan en lång och en kort trappa var den genomsnittliga gånghastigheten uppför den långa trappan cirka hälften så hög som i den korta trappan. Trots att underlaget är litet har en sammanställning av uppmätta gånghastigheter uppför vanli- ga trappor gjorts. Sammanställningen presenteras i tabell 1 på föregående sida.
Som referens ingår även Boverkets all- männa råd vid beräkning av människors förflyttningstid i utrymningssituationer.
Det ska även noteras att gånghastighe- terna har mätts på olika sätt och i figur 3 presenteras olika sätt att uttrycka gång- hastigheten i en trappa.
Sammanställningen visar på att befint- lig data till stor del härrör ifrån en person- fördelning som inte representerar den som normalt kan förväntas råda i under- marksanläggningar och att Boverkets re- kommenderade värden är höga i förhål- lande till dessa.
Som ett alternativ till vanliga trappor i undermarksanläggningar diskuteras i vis- sa sammanhang även stillastående rull- trappor som en möjlig del av en utrym- ningsväg. Underlaget är dock kraftigt be- gränsat, och vid de studier som genom- förts har försökspersonerna bestod uteslu- tande av unga friska studenter, vilket gav
Figur 3: Olika sätt att uttrycka gånghastighet i en trappa: a) längs
med gånglinjen; b) längs med den horisontella komposanten, och;
c) längs med den vertikala komposanten.
Avslutningsvis kan sägas att det idag också saknas information om hur och var handledare bör placeras för att underlätta vid utrymningsförlopp uppför trappor samt kring hur breda trappor bör vara för att optimera personflöden vid uppåtgå- ende förflyttning.
En ny forskningsansats
Baserat på den litteraturgenomgång som publicerats tidigare i år kan det konstate- ras att det finns starka argument för att den fysiska ansträngning som det innebär att gå i en trappa kommer att påverka människors möjlighet till utrymning från undermarksanläggningar. Sannolikt kom-
mer till exempel människors gånghastig- het att reduceras med ökad stighöjd, och detta får konsekvenser för den totala för- flyttnings- och utrymningstiden. Bristen på befintliga studier, forskningsresultat och råd gör dock att den projekterande in- genjörens analys och värdering av per- sonsäkerheten är förknippat med stora osäkerheter, och i förlängningen kan detta leda till att människors faktiska förmåga att utrymma undermarksanläggningar missbedöms. Bristen på dimensionerings- förutsättningar för trappor avsedda främst för uppåtgående förflyttning är också till en nackdel.
I ett försök att öka förståelsen kring ut- rymningsförlopp uppför längre trappor inleddes därför under hösten 2013 ett forskningsprojekt samfinansierat av Tra- fikverket och Brandforsk. Syftet med pro- jektet är att kartlägga och kvantifiera fy- sisk ansträngning, utmattning och beteen- deförändringar med hänsyn till trappors höjd. Projektet initierades med arbetet kopplat till den litteraturstudie vars resul- tat översiktigt presenterats i denna artikel.
Det långsiktiga målet med projektet (som beräknas avslutat hösten 2015) är att öka förklaringsgraden och att utveckla en ny metod, som eventuellt inkluderar fysisk ansträngning som en styrande parameter för utrymningsdimensionering av under- marksanläggningar med mera där perso- ner kan förväntas utrymma längre sträckor gens dimensioneringsförutsättningar för
trappor är baserade på nedåtgående för- flyttning i trappor, något som har att göra med den ökade risken för olyckor i för- hållande till uppåtgående förflyttning. En annan viktig aspekt att ta med är att dessa dimensioneringsförutsättningar baseras på forskning som i stor del genomfördes på 1970-talet.
Att det saknas tydliga dimensione- ringsförutsättningar för trappor som främst är avsedda för uppåtgående för- flyttning är problematiskt inte minst för att den fysiologiska rörelsen, och i för- längningen det utförda arbetet (den fysis- ka ansträngningen av att gå i trappan), skiljer sig mellan förflyttning upp- och nerför en trappa. Vid uppåtgående för- flyttning sker rörelser framför allt i höft- och knäleder då foten mer eller mindre förs parallellt in över trappsteget. Vid nedåtgående förflyttning sker däremot majoriteten av rörelsen i knä- och fotleder och foten förs vinkelrätt ned mot trapp- steget. Konsekvensen är att ett lämpligt förhållande mellan trappans stegnos, plan- och sättsteg (se figur 4) vid nedåtgå- ende förflyttning inte nödvändigtvis är lämpligt vid förflyttning i andra riktning- en. Enligt dagens byggregler bör planste- get (stegdjupet) vara 0,25 m för att inte tvinga användaren till att ta för onaturliga kliv och måttet hänför sig till nedåtgå- ende förflyttning.
Figur 4: Illustration av en trappa med stegnos, plan- och sättsteg
markerade.
mer att publiceras under hösten 2015.
Mer information om projektet går att finna på http://www.brand.lth.se. Det går även bra att kontakta Karl Fridolf för mer
information. ■
Referenser
Boverket, (2013), Boverkets allmänna råd om analytisk dimensionering av byggnaders brandskydd, BBRAD 3 (BFS 2011:27 med ändringar t.o.m. BFS 2013:12), Boverket, Karlskrona.
Choi, J-H., Galea, E.R., Hong, W-H., (2013), Individual Stair Ascent and De- scent Walk Speeds Measured in a Korean High-rise building, Journal: Fire Techno- logy, December 2013. Online ISSN:
1572-8099, Publisher: Springer US.
Delin, M., & Norén, J. (2014). Fysisk ansträngning vid utrymning uppför trap- por – Kunskapsöversikt. Lunds univer- sitet, Lund.
Fruin, J., (1971), Pedestrian planning and design, Metropolitan association of urban designers and environmental plan- ners, New York, USA.
Kadokura, H., Sekizawa, A., & Taka- hashi, W. (2012). Study on availability and issues of evacuation using stopped escalators in a subway station. Fire and Materials, 36(5-6), 416–428.
Kretz, T., Grünebohm, A., Kessel, A., Klüpfel, H., Meyer-König, T., Schreck- enberg, M., (2006), Upstairs Walking Speed Distribution on a Long Stairway, Physik von Transport und Verkehr, Uni- versität Duisburg-Essen, Duisburg, Ger- many.
Okada, N., Hasemi, Y., Moriyama, S.
(2012). Feasibility of upward evacuation by escalator – An experimental study.
Fire and Materials, 36(5-6), 429–440.
Yeo, S.K., He, Y., (2009), Commuter characteristics in mass rapid transit sta- tions in Singapore, Fire Safety Journal 44 (2), pp. 183–191.
uppåt. Frågor som projektet ska försöka besvara är bland annat:
● Kommer fysisk ansträngning av att gå i trappor att påverka människors gånghas- tighet, och i så fall hur mycket?
● Kommer utrymmande människors be- teende att påverkas, och i så fall på vilket sätt?
● Finns det en gräns för hur högt ett ver- tikalt utrymningsförlopp bör vara, och
var går denna gräns i så fall?
●Hur bör trappor utformas för att minska den fysiska ansträngningen och för att optimera förflyttningstiden?
Detta är exempel på frå- gor som är viktiga att besvara om god ingenjörsmässig di- mensionering ska kunna ske.
Inom projektet kommer där- för, utöver redan publicerad litteraturgenomgång, en serie utrymningsförsök att genom- föras i såväl vanliga trappor som rulltrappor. Ett försök har redan genomförts i april i år på Ideon Gateway i Lund (se figur 5), där cirka 70 för- sökspersoner fick utrymma, såväl individuellt som i grupp, uppför ett tolv vå- ningar högt trapphus. Samti- digt som gånghastighet mät- tes och beteende dokumente- rades mättes även personer- nas utförda fysiska arbete genom att deras andningsfre- kvens, syreförbrukning, puls och subjektiva ansträngning loggades så som visas i figur 6.Senare i år kommer lik- nande försök att genomföras i Kista Science Tower i Stockholm samt i Stock- holms tunnelbana. Projektets resultat och slutsatser kom-
Information om projektet
Forskningsprojektet Utrymning i långa trappor uppåt: Utmattning, gånghastighet och beteende är ett svenskt forskningsprojekt som syftar till att öka förståelsen kring utrymning uppför längre trappor genom att undersöka fysisk ansträngning, utmattning och beteendeförändringar med hänsyn till utrymning uppåt i långa trappor. Målet är att ta fram ny data och att utveckla en ny metod för utrymnings- dimensionering via trappor i t ex djupa undermarksanläggningar.
Forskningsprojektet präglas av en tvärvetenskaplig mångfald och inkluderar forskare inom brandteknik och idrottsfysiologi samt projekterande brandingenjörer med praktisk erfarenhet från yrkeslivet. Inom ramen för projektet kommer bland annat en litteraturstudie och flera utrymningsförsök att utföras i såväl vanliga trappor som rulltrappor. Avslutningsvis kommer resultatet att presenteras i en mo- dell för som i framtiden ska kunna användas för att bättre beskriva utrymningsför- lopp uppför trappor.
Projektet samfinansieras av bland andra Trafikverket och Brandforsk och den totala budgeten är på drygt 2,1 miljoner kronor. Det inleddes i oktober 2013 och lö- per över en tvåårsperiod. Slutlig rapport kommer att publiceras under hösten 2015.
Figur 5: I Ideon Gateway i Lund genomfördes det första i en serie av utrymningsförsök inom ramen för ett forskningsprojekt som syftar till att öka
förklaringsgraden kring utrymning uppför längre trapphus.
Figur 6: Försöksperson vid försöken i april. Utöver gånghastighet och beteende mättes det fysiska arbetet
genom att andningsfrekvens, syreförbrukning, puls och den subjektiva ansträngningen loggades.
