Evacuatiesysteem voor torens in noodsituaties
EVACUATIE VAN DE TOREN IN NOODSITUATIES
17 september 2001
Om contact te opnemen met de auteur:
Jean-Pierre Petit, Astrophysicus, Frankrijk
Vertaald door Benjamin Rottier
We hebben allemaal gezien hoe kwetsbaar wolkenkrabbers zijn, zoals de Twin Towers, de trots van Manhattan, een constructie van ijzer en beton.
Opmerking, 30/1/2008. Ik schreef deze regels op 17/9/2001: Toen de terroristen hun vliegtuigen op de toren lieten crashen, hadden ze toestellen gekozen die tot de rand vol waren met brandstof, wetende dat de ontsteking de instorting van de torens zou veroorzaken. Zonder dit gebruik van hitte zouden de torens ernstig beschadigd zijn, maar zouden ze hebben standgehouden. Dit fenomeen van opeenvolgende instorting van verdiepingen is onvermijdelijk. Als een dergelijke gebeurtenis zich opnieuw zou voordoen, zouden de bewoners van de gebouwen in staat moeten zijn om in zeer korte tijd te evacueren, voordat de hitte zijn desastreuze effecten had.
Dit laat zien hoe we onmiddellijk geloofden in de officiële theorie. De dingen zijn sindsdien veranderd.
Na de brand in San Francisco hadden de Amerikanen, getraumatiseerd door de gevolgen, externe trappen algemeen gemaakt. Maar deze oplossing kon niet worden toegepast op zeer hoge gebouwen. We stellen hier een andere oplossing voor, die onderzocht moet worden.
Hieronder, het algemene evacuatieplan van de toren, uitgevoerd aan de buitenkant, langs kabels. Deze kabels zijn bevestigd op trommels, geplaatst op verschillende hoogtes afhankelijk van het aantal mensen dat geëvacueerd moet worden. Zo zou de centrale kabel A worden toegewezen aan de redding van de bewoners van de verdiepingen aan de corresponderende kant van het gebouw. Linksboven, het afwikkelingsysteem. De trommel wordt ontgrendeld door een mechanisme binnen te activeren, bij de corresponderende evacuatiepost. De kabel wordt naar beneden getrokken door een profielgewogen ballast (zodat hij niet vasthakt aan de uitstulpingen van de gevel), waarbij de snelheid wordt beperkt door een aerodynamische rem.
Zoals opgemerkt door Alexandre Berube, Canadese ingenieur, zouden meer kabels nodig zijn voor de bovenste verdiepingen. Met alle respect voor mijn Canadese vriend Norman, is het gebruik van standaard abseil-apparaten en klimtouwen niet mogelijk. Immers, je moet het touw zigzaggen om het abseil-apparaat erop te zetten. Dit is onmogelijk als het touw wordt strakgetrokken door meerdere personen die nog steeds onderaan dalen.
Het evacuatiesysteem met 'sokken' is vermeld. Dit is zeer ingenieus. Lange nylon buizen worden langs de gevel uitgerold. Mensen gaan er via de bovenste opening in. Niemand kan stikken door verstikking dankzij hun permeabiliteit. Het is onmogelijk om de afdaling te stoppen, omdat er binnen geen uitstulpingen zijn; dit voorkomt dat levenloze lichamen vastlopen. De snelheid wordt beperkt door de wrijving van kleding op de binnenwand van de buis. Deze is bijna identiek voor iedereen, ongeacht de lengte of het postuur. Inderdaad, Norman zei dat een groter persoon een groter contactoppervlak met de buis zal hebben. De verticale snelheid is ongeveer 2 m/s. Omdat de buizen de grond niet bereiken, is de evacuatie automatisch. Natuurlijk kunnen mensen de buis slechts op één punt betreden, maar het vergroten van het aantal buizen zou dit probleem oplossen. Deze apparaten zijn bovendien relatief goedkoop en kunnen in grote hoeveelheden worden geproduceerd. Het enige nadeel: als mensen geklede zijn in kortmouwige shirts of shorts en als het gebouw zeer hoog is, kan de wrijving op de huid brandwonden veroorzaken. Maar het lijden van lichte brandwonden is beter dan begraven worden onder puin van ijzer en beton, toch?
Een opmerking: zijn gebouwen in gebieden met een hoog seismisch risico voorzien van dergelijke evacuatiesystemen? Onthoud een paar dingen. Wanneer een aardbeving plaatsvindt en als het gebouw niet instort, blokkeert zijn vervorming systematisch alle deuren in hun kozijnen, en is het absoluut onmogelijk om ze te openen. Je zult ze moeten breken, als je dat kunt. Bovendien, zoals in geval van brand, zijn trappen de eerste structuren die beschadigd worden. Onthoud ook dat er vaak opeenvolgende aardbevingen zijn. Hoeveel mensen zouden gered zijn geweest, zelfs in gebouwen van enkele verdiepingen, als ze hadden kunnen evacueren vanaf de eerste aankondigende tekens?
Op de volgende tekening, een binnenkantview van de evacuatiepost. Alleen deze ramen kunnen volledig openen en leiden naar een klein platform, waarop een paar mensen kunnen staan zonder risico op uitglijden. Trappen maken het mogelijk om snel het evacuatieplatform te bereiken. Je kunt de uitgerolde kabel zien (diameter: ongeveer 5 mm). Hieronder: het afwikkeling van de kabel en view op de draaiende aerodynamische rem.
Op de tekening hieronder, een groep mensen (een paar met een kind) op het punt om te springen. De uitrusting van elk zal later worden gedetailleerd.
Hieronder, de basis van het mechanisme. Dit is een afdalingrem, werkend op wrijving. In A, het systeem van flexibele bladen, afkomstig van de centrifugale koppelingen van auto's, in zijn behuizing. Het bladsysteem wordt buiten zijn behuizing getoond in D. De flexibele stalen bladen zijn verbonden met elementen die wrijven op het binnenste deel van de trommel E. In B, kun je zien hoe de kabel wrijft op een van de rollen, afhankelijk van een tandwiel dat de rotatie verhoogt. In C, een schema: rechts, de rol en het tandwiel; links, de rembladen die draaien in hun huis. In G, een opbergkast voor twee uitrustingen, verschillend door de manier waarop ze gekoppeld zijn aan de afdalingrem. Links, een vereenvoudigd harnas (vergelijkbaar met harnassen gebruikt om iemand uit een helikopter te hijsen).
De volgende tekeningen: de volledige afdalingrem. De bladen die werken op wrijving zijn niet meer zichtbaar. Ze zijn opgesloten in hun behuizing. A: het 'kabeldeksel' is boven, in ontgrendelde positie. Het apparaat is in dit geval opgeslagen, hangend aan de ophanghaak. Hieronder, een plaat afhankelijk van de twee behuizingen (de tweede bevat het verhogende tandwiel, afhankelijk van de rubberen rol die je gedeeltelijk kunt zien, zwart gekleurd). De plaat is uitgerust met een karabiner zodat mensen er zich aan kunnen vastmaken. Het systeem heeft een groef waarin de kabel wordt geplaatst. De kabel wordt sterk strakgetrokken door de zware ballast die hem naar de grond bracht, hij is verbonden door een spanveer (om te voorkomen dat de kabel door de wind wordt verplaatst). De kabel moet dan in de groef worden opgesloten door het kabeldeksel en de handremhendel 180° te draaien. B: systeem klaar voor de afdaling. Het driehoekige kabeldeksel verbergt de groef waarin de kabel is ingebracht. Door dit te doen, wordt de kabel tegen de eerste rubberen rol gedrukt. De handremhendel is naar beneden. In C, een zijaanzicht van het apparaat.
De volgende tekening: de opslag. A: de afdalingrem hangend, handrem omhoog, in ontgrendelde positie. Je kunt de groef zien waarin de kabel loopt. B: een nylon harnas dat lijkt op een broek, zodat levenloze personen of mensen die vatbaar zijn voor paniek kunnen worden geëvacueerd. Worden gehesen uit een helikopter of springen van een hoogte van 400 meter geeft niet dezelfde sensaties. Ouderen, personen met beperkte mobiliteit of kinderen mogen niet worden vergeten. C: iemand die aan het broek-harnas trekt. D: hij strakkt de schouderbanden. Dicht bij hem, een persoon uitgerust met een vereenvoudigd harnas (voor hijsen). De ophanging wordt uitgevoerd door een genaaide nylon band, beëindigd met een karabiner.
Hieronder, een man klaar om te springen. Zijn afdalingrem is gepositioneerd. Het kabeldeksel is gesloten, waardoor het contact van de kabel met de rollen wordt verzekerd. Hij heeft zijn schouderbanden strakgetrokken en is vastgemaakt aan de rem. Hij houdt zijn ophangband in zijn rechterhand en is op het punt om de remhendel met zijn linkerhand te grijpen. Geen van deze grepen is essentieel voor de veiligheid, het apparaat kan automatisch tot de grond dalen.
Op dit luchtperspectief, iemand die daalt. Zijn linkerhand is op de remhendel, die hij theoretisch alleen dicht bij de grond zal gebruiken om te voorkomen dat hij iemand raakt die al zijn bestemming heeft bereikt maar nog niet is vertrokken of verwijderd. Een persoon met normaal gewicht zou kunnen dalen aan ongeveer 2 m/s. Omdat de wrijving evenredig is met het kwadraat van de daalsnelheid, zou deze niet veel toenemen als meerdere mensen aan dezelfde rem hangen of als de mensen zwaarder waren. Toen ik sprong met oude halfronde parachutes, was de gebruikelijke verticale snelheid op het moment van de impact 6 m/s.
Volgende view: meerdere mensen op hetzelfde abseil-apparaat. Hoe dan ook, een persoon verantwoordelijk voor de evacuatiepost zou op elk platform staan. Hij zou de afdalingrem vastmaken aan de kabel en de karabiner aan de aankomende mensen. Hij zou hen de remhendel tonen, hen eraan herinneren en controleren of alles in orde is voordat hij de sprong toestaat.
Tot slot, de mensen moeten worden ontvangen. Om de evacuatie zo snel mogelijk te laten verlopen, zouden mensen slechts enkele voet van elkaar verwijderd zijn op dezelfde kabel. Het is hun verantwoordelijkheid om hun daalsnelheid te controleren dankzij de handrem, en afstand te houden tot de persoon onder hen, zonder ooit de verticale instroom te verminderen. Twee personen zouden een belangrijke rol spelen in de evacuatieoperaties (er zou periodieke training moeten zijn): de eerste zou de kabel gebruiken om op de grond te wachten voor de 'lasten'. Hij zou snel de abseil-apparaten verwijderen, door het kabeldeksel omhoog te draaien, waardoor de kabel uit de groef kan. Boven, iemand heeft zijn rem gebruikt en wacht, om de operatie niet te verstoren (B). Op de voorgrond, iemand die snel weggaat (D).
Als een dergelijk systeem had geïnstalleerd op elk van de vier zijden van de torens in New York, duizenden mensenlevens hadden kunnen worden gered. Maar wie had een dergelijke horror kunnen voorspellen?
Vandaag weten we dat.
17 september 2001
Het afwikkeling van de kabels blijft problematisch, vooral vanaf honderden meters, vanwege het effect van zijwind. De kabels mogen niet verward raken door een windstoot, anders zouden mensen tegen elkaar botsen. We hadden simpelweg een zware ballast overwogen. Maar geen enkele ballast zou in staat zijn om de kabel strak te trekken als deze twee, drie of zelfs vierhonderd meter lang is. De oplossing zou dus zijn om de kabel onderaan te vergrendelen. Om dit te doen, kunnen ballasten worden geprofileerd als schelpen (B) en vallen (A) vrij snel (minimale aerodynamische remming) naar schachten geblokkeerd door plastic putdeksels, sterk genoeg om het gewicht van een man te weerstaan, maar fragiel genoeg om te exploderen op het moment van de impact. Schelpen zouden zich centreren in kegelvormige geleiders. De vergrendeling zou automatisch kunnen zijn.
In D, de persoon die de val van de kabel heeft geactiveerd, zou hem kunnen straktrekken met een eenvoudige hendel (M). Als, zoals hierboven vermeld, de kabels waren toegewezen aan de evacuatie van een eindig aantal verdiepingen, zou het afwikkeling en het straktrekken van de kabel kunnen worden uitgevoerd vanaf meerdere werk- en evacuatieposten (omdat een van hen ontoegankelijk zou kunnen zijn).
We hebben hier gesproken over een wrijvingsrem, afkomstig van auto-koppelingen. Een systeem afkomstig van de klassieke James Watt's vliegwielregulator zou een constante daalsnelheid kunnen garanderen, ongeacht de last (omdat dit systeem een zeer 'niet-lineaire' respons heeft).
Vliegwielregulator
Onder deze omstandigheden zouden de handremmen kunnen worden verwijderd, wat waarschijnlijk beter zou zijn. Immers, er zou een risico zijn dat een persoon die paniek ervaart of duizelig wordt, de remhendel te hard knijpt, waardoor de hele evacuatieketen wordt geblokkeerd. Als mensen dalen aan zeer vergelijkbare snelheden, zou het spreiden van de sprongen vanaf het platform voldoende tijd garanderen voor de persoon op de grond om de aankomende mensen vrij te maken.
Al het bovenstaande zijn slechts ideeën die ik heb neergezet naarmate ze me te binnen schoten. Maar ze lijken te tonen dat het mogelijk is, zonder bestaande gebouwen te wijzigen, om ze te voorzien van een efficiënt evacuatiesysteem. Niemand had de effecten van deze terroristische aanvallen op de structuur van de gebouwen voorspeld. Geen brandweerman, geen architect, geen specialist in veiligheid had kunnen denken dat de structuur in zeer korte tijd kon worden aangevallen vanwege de aanwezigheid van duizenden liters kerosine die de stalen wapeningsstangen verzachtte, waardoor de verdiepingen instortten als domino's. In de toekomst moeten zelfs de meest ongelooflijke ideeën in overweging worden genomen.
Nog een woord:
Deze tekst zal niet gevolgd worden door een patentregistratie. Ik geloof dat sommige dingen urgenter zijn dan proberen geld te verdienen in de veiligheidssector. Vooral, mensenlevens moeten worden gered. Dus, deze ideeën zijn volledig vrij voor iedereen die ze wil toepassen. Wanneer je huis in brand staat, verlies je geen tijd met het schoonmaken van de woonkamer.
Sinds 15 november 2001, aantal verbindingen: ---
Originele versie (Engels)
Evacuation tour security emergency
EMERGENCY TOWER EVACUATION
September 17th 2001
To get in touch with the author:
Jean-Pierre Petit, Astrophysicist, France
Translated by Benjamin Rottier
We've all seen how vulnerable skyscrapers are, as were the Twin towers, Manhattan's pride, assembly of iron and concrete.
Remark, 2008/1/30. I wrote these sentences on 2001/9/17. : *When the terrorists crashed their aircrafts on the towers, they had chosen planes crammed with fuel, knowing its ignition would make the towers collapse. Without this use of heat, towers would have been seriously damaged but would have stood up. This successive floors' collapse phenomenon is inevitable. If such an event had to happen again, buildings' occupants should be able to evacuate it in a very short time, before the heat could have its disastrous effects. *
It shows how we believed immediately in the official thesis. Things have changed now.
After fire in San Francisco, Americans, traumatized by its effects, had made outside staircases general. But this solution could not be applied to very tall buildings. We suggest another one here, to be examined.
Below, the general tower evacuation plan, that takes place outside, along cables. Those cables are fixed on drums starting at various floors depending on the people to be evacuated. Thus the central A cable would be assigned to the rescue of a floors residents living on that side of the building. Up left, the unwinding system. The drum is unlocked by triggering the mechanism from inside, near the corresponding evacuation post. The cable will be pulled downwards by a profiled ballast (in order it not to cling to a façade's relief), speed being limited by an aerodynamic brake.
As noticed Alexandre Berube, Canadian engineer, more cables would be needed for the upper floors. With all due respect to my Canadian friend Norman, the use of standard abseiling devices and ascent ropes is not possible. Indeed, you have to make the rope zigzag to put the abseiling device on. That's impossible if the rope is tightened by several persons still descending below.
The 'socks' evacuation system has been mentioned. It's very clever. Long nylon tubes are unfurled on the façade. People go into through the upper neck. Nobody can die of suffocation because of their permeability. It's impossible to stop the descent, because there is no relief inside; this prevents lifeless bodies from being trapped too. The speed is limited by the rubbing of clothes on the tube's inner surface. It's nearly the same for everyone, whatever the height or the corpulence. Indeed, Norman said, a big person will have a larger contact surface with the tube. The vertical speed is about 2 m/s. As the tubes don't reach the ground, the evacuation is automatic. Of course, people can enter the tube in only one point, but increasing the number of tubes would resolve this problem. Those devices are moreover quite cheap and can be produced in great numbers. The only drawback: if people are dressed with short-sleeved shirts or shorts and if the building is tall, the friction on the skin could cause some burns. But suffering from slight burns is better than being buried under iron and concrete rubble, isn't it?
A remark: are buildings located in high risk seismic areas provided with such evacuation systems? Just remember several things. When an earthquake occurs and if the building does not collapse, its distortion jams systematically every doors in their frames and it's absolutely impossible to open them. You will have to break it down, if you're able to. Moreover, as in case of fire, stairwells are the first structures to be damaged. Remember too that there often are successive tremors. How many people would have been saved, even in few floors buildings, if they had could evacuate it from the first heralding signs?
On the following drawing, an inside view of the evacuation post. Only those windows can be opened completely and lead to a small platform, on which a few people can stand up without risking to slip. Stairs allow to reach quickly the evacuation platform. You can see the cable uncoiled (diameter: about 5 mm). Below: the cable unwinding and view on the rotating aerodynamic brake.
On the drawing below, a group of people (a couple with a child) about to drop. Each one's equipment will be detailed afterwards.
Below, the basis of the mechanism. It is a descent retarder, working on friction. In A, the flexible paddles system, stemmed from cars' centrifugal clutches, in its case. The paddles system is shown out of its case in D. The flexible steel paddles are linked to elements that rub on the inside part of the E drum. In B, you can see the cable rubbing on one of the rollers, interdependent with a gear increasing the rotation. In C, a schematic drawing: on the right, the roller and the gear; on the left, the braking paddles rotating in their race. In G, a storage cupboard for two equipments, being different by the way they're coupled with the descent retarder. On the left, a simplified harness (similar to harnesses used to winch up somebody from a helicopter).
Following drawings: the complete descent retarder. The paddles working on friction are not visible anymore. They're shut in their case. A image: the 'cable-cover' is upwards, in unlocked position. The device is stored in a cupboard in that configuration, hung by the suspension hook. Below, a plate interdependent with the two cases (the second one containing the increasing gear, interdependent with the rubber roller you can see a part of, black-colored). The plate is equipped with a karabiner for people to hang. The system has a groove in which the cable is put. The cable is strongly tightened by the heavy ballast that brought it down to the ground, it is linked to by a tension spring (to prevent cables from being moved by wind). The cable then has to be shut in the groove by turning the cable-cover and the hand braking handle of 180°. B drawing: system ready for the descent. The triangular-shaped cable-cover, hides the groove in which the cable has been inserted. Doing this, the cable is pressed against the first rubber roller. The hand braking control handle is downwards. In C, a side view of the device.
Following drawing: the storage. A: the descent retarder hanging, hand brake upwards, in the unlocked position. You can see the groove in which the cable runs. In B, a nylon harness looking like pants so that lifeless persons or people likely to panic could be evacuated. Being winched up from a helicopter or dropping from a height of 400 meters may not make you feel the same impressions. Elderly people, persons with impaired mobility or children shall not be forgotten. In C, someone pulling on the pants-harness. In D, he tightens the suspenders. Near him, a people equipped with a simplified harness (winching like). The suspension is carried out by a sewn nylon strap, ended with a karabiner.
Below, a man ready to jump. His descent retarder has been positioned. The cable-cover is shut, securing by the same token the contact of the cable with the rollers. He has tightened his suspenders and is fastened to the retarder. He holds his suspension strap in his right hand and is about to grab the hand brake in his left one. None of those holds are essential to safety, the device being able to put the load down to the ground automatically.
On this bird's eye view, someone descending. His left hand is on the hand brake, he will use in theory only near the ground to avoid hitting a person having already reached his destination but who has not yet gone away or been removed. A "normal weight" person could descend at about 2 m/s. The rubbing being proportional to the square of the descent's speed, this one would not increase so much if several people were hanging to the same retarder or if people were more heavy. When I jumped with age-old hemispherical parachutes, the usual vertical speed at the time of the impact was 6 m/s.
Next view: several people on the same abseiling device. Anyway, a person in charge of the evacuation post would stand at each platform. He would fix the descent retarder to the cable and the karabiner to people coming. He would show them the hand brake handle, remind them of its use and would check that everything is OK before allowing the jump.
Lastly, people should be received. In order the evacuation to be as quick as possible, people would be spaced by only few feet on a same cable. The onus is on them to control their descent speed, thanks to the hand brake, and to keep their distance with the person below, without ever reducing the vertical influx. Two people would play a major role in the evacuation operations (there should be a periodical training): the first one would use the cable to wait on the ground for the 'loads'. He would swiftly take off the abseiling devices, turning up the cable-cover and so allowing the cable to go out of the groove. Above, someone has used his hand brake and is waiting, in order not to disrupt the operation (B). On the foreground, someone going away quickly (D).
If such a system had been installed on each of the four sides of the towers in New York, thousands of human lives might have been saved. But who could have foreseen such a horror?
Today, we do know.
September, 17th 2001
The cables' unwinding remains problematic, above all from several hundred metres, because of the effect of crosswind. Cables mustn't be tangled by the effect of a gust of wind, or people would hit each other. We had simply envisaged a heavy ballast. But no ballast would be able to tighten the cable if it is two, three or even four hundred metres long. The solution would so be to lock the cable down below. In order to do that, ballasts could be profiled as shells (B) and drop (A) quite quickly (minimal aerodynamic braking) towards shafts blocked up with plastic manhole covers, strong enough to withstand a man's weight but fragile enough to explode at the time of the impact. Shells would centre in cone-shaped guides. The locking could be automatic.
In D, the person who has triggered the drop of the cable could tighten it with a simple handle (M). If, as written above, cables were assigned to the evacuation of a finite number of floors, the unwinding of the cable and its tightening could be done from several operating and evacuation posts (if only because one of them may be inaccessible).
We here talked about a friction retarder, stemmed from cars' clutches. A system stemmed from the classic James Watt's fly-ball governor might ensure a constant descent speed, whatever the load is (because this system has a very 'unlinear' response).
Fly-ball governor
In these conditions, the hand brakes could be removed and that would probably be better. Indeed, there would be a risk that someone panicking or becoming dizzy clenches his hand on the brake, blocking all the evacuation chain. If people can go down at very similar speeds, spacing out the jumps from the platform would ensure for the man on the ground enough time to free people arriving.
Everything above is only ideas I've jotted down as they came. But they seem to show that without changing current buildings, they can be provided with an efficient evacuation system. No one had foreseen the effects of such terrorist attacks on the buildings' structure. No fireman, no architect, no specialist in security could have thought that the structure could be attacked in a very short time because of the provision of thousands liters of kerosene softening the reinforcing steel rods, then causing the floors' collapse like dominoes. In the future, even the most incredible ideas should be taken into consideration.
One more word :
This text won't be followed by any patent registration. I believe some things are more urgent than trying to make money with the security business. Above all, human lives have to be saved. Thus, those ideas are totally free for anyone wanting to apply them. When your house is burning, you don't waste time cleaning the livingroom.
** From 2001, November the 15th, number of connections : ** ---