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    Evacuation – Time To Go

    BOABC – May 27, 2014

    PresentersFrankie Victor, EngL, BCQ

    Jun H. Kim, BASc, EIT

    GHLCONSULTANTS LTDBuilding Codes and Fire Science

    950 – 409 Granville StreetVancouver, BC V6C 1T2

    Phone 604 689 4449Fax 604 689 4419

    www.ghl.ca1

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    Copyright and Limitations

    This presentation is conceptual and for educational

    purposes only. GHL takes no responsibility for applicationof any concepts or interpretations in this presentation to

    specific projects unless specifically retained for that project.

    This presentation is intended to be presented by GHL andthese slides must not be considered complete or

    exhaustive.

    This presentation is a copyright of GHL Consultants Ltd andall rights are reserved.

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    GHL’s Role

      To know and understand the Code.

      To know and understand the fire science behind the Code.

      To assist in correct application of  the Code.

      To develop new solutions based on fire science to enable creative safe buildings.

      To understand the needs of  the client and of  the Authorities and First Responders.

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    GHL Team

      7 Engineers, 4 with Master’s degrees in fire science

      1 Architect

      4 Certified Professionals (CPs)

      2 former Building Officials

      4 Building Code Qualified (BCQ)

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    Building Code Committee Work

      CP Committee (David Graham)

      APEGBC Building Code Committee (John Buscemi) 

      BC Building Code Appeal Board (Frankie Victor)

      City 

    of  

    Vancouver 

    Building 

    Bylaw 

    Appeal 

    Board 

    (Teddy Lai)

      BC Building Code Interpretation Committee (Teddy Lai)

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    Building Code Approach To Risk

    Buildings are subject to risks:

      Code compliance  ≠no risk.

      Code compliance = risks at acceptable level.

    Failure will occur:

      Limit it to an acceptable level.

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    Building Code’s Building

    The Building Code’s ‘building’ has:

      Maximum travel distance

      Exits at full capacity 

      Minimum

     

    ceiling 

    height 

    (2100mm)   Minimum access to exit width (1100mm corridors)

      6m dead‐ends in public corridors

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    Building Code’s Building

    Base = unsprinklered floor area, 30m travel distance

      High‐hazard industrial  ‐ 5m = 25m   Sprinkler*  + 15m = 45m

      Service space  + 20m = 50m

      Open

     

    air 

    storage 

    garage 

    30m = 

    60m   Perimeter exits 60m apart  unlimited travel distance

      Public corridor**  travel distance x 2

      “Mall” corridor  + 75m = 105m (50% of  occupants)

    * Does not apply to high-hazard industrial occupancies

    ** Does not apply to “mall” corridors 8

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    Building Code’s Building

    Example  ‐ 45m travel distance, 2 exits, 2.1m ceiling height.

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    Elements of Evacuation

      Geometry  – dimensional and spatial features of  the space.

      Demographics  – characteristics of  occupants; mobility.   Psychology  – potential occupant behaviour in fires.

      Tenability  – visibility, breathability, toxicity, heat.

    The following presentation focuses primarily on Geometry, 

    which can be expressed in terms of  time.

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    Travel distance translates to time to walk across the room.

      All 

    else 

    being 

    equal, 

    increasing 

    travel 

    distance 

    simply 

    increases time to evacuate.

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    Geometry – Travel Distance

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    Geometry – Travel Distance

    Pathfinder is an agent-based emergency egress simulator developed

    by Thunderhead Engineering Inc. It utilizes the floor layout, occupantload and predictable elements of occupant behaviour as input to

    simulate the movement time. The simulator has been well validated

    through comparison to hand calculations, real life experiments and

    other software.

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    Exit capacity (width) translates to time to pass through a 

    corridor, door or down a stair. 

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    Geometry – Exit Capacity

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    914mm

    1828mm

    Geometry – Exit Capacity

    914mm

    1828mm

    Same floor area.  Same occupant load.

    Increased exit capacity = reduced time.

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    2 x 1828mm = 3656mm4 x 914mm = 3656mm

    Geometry – Exit CapacityIncreasing number of  exits without increased aggregate 

    width has no impact.

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    Occupant load determines queuing time.

    Higher occupant load / longer queue / increased time.

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    Geometry – Exit Capacity

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    1.2m

    2

    /person

    1.2m2/person120 persons

    180 persons

    Geometry – Exit CapacitySame exit capacity.  Same number of   exits.

    Higher occupant  load = increased time to egress.

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    60 persons

    10m x 10m

    60 persons

    15m x 15m

    Geometry – Exit Capacity

    Same exit capacity.  Same occupant load.

    Smaller floor area = shorter travel distance.

    Equal time to egress.

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    The Building Code’s factors for exit capacity are a simplified 

    method of  determining time to pass through a corridor, 

    door or down a stair.

    Geometry – Configuration of Exits

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    Effective width

    = 4 x (914mm-300mm)

    = 3536mm

    2 x 1828mm = 3656mm4 x 914mm = 3656mm

    Effective width

    = 2 x (1828mm-300mm)

    = 3596mm

    Geometry – Configuration of ExitsReduced total effective width = increased time to egress.

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    Geometry – Configuration of Exits,Pinch Points and Obstructions

      Elements that hinder egress by creating pinch points or reducing capacity of  access to exit:

      Vestibules at exits (interconnected floor space).

      Use of  entry for ticket collecting, security, displays.

      Retail anti‐theft equipment.

      Turnstiles.

      Etc.21

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    Geometry – Ceiling HeightRelationship between ceiling height, or volume of  space, and time to egress is codified in Sentence 3.4.2.5.(1):

      Corridor 1100mm x 2100mm / Travel distance 45m

      Corridor 9000mm x 4000mm / Travel distance 105m

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    Ceiling height translates to time before smoke descends 

    to 

    head 

    level.

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    Geometry – Ceiling Height

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    Geometry – Ceiling Height

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    Occupants with locomotive disability are considered in the 

    average occupant travel speed. 

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    Demographics

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    Psychology

      Human behaviour is predictable….and 

    unpredictable.

      True “panic” is mostly a myth per studies and expert opinion.•   R.F. Fahy, G. Proulx. ‘Panic’ 

     

    and  

    human 

    behaviour  

    in 

     fire. (2009)

      Not necessary to 

    consider in most timed egress analyses.

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    Psychology – Human Behaviour 

    Human behaviour can be predicted to a degree:

      Behaviour upon alert to a hazard depends on occupancy:

      Nightclub  – unfamiliar, dark, crowded, impaired, noisy.

      Home/work  – familiar, sense of  ownership, protective of  others.

      School  – familiar, additional preparedness, leadership.

      Weather, gender, commitment to a task, alone or in a group, focal point/leader.

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    Psychology – Human Behaviour 

    Psychology is independent of  timed egress analysis.

    Not necessary to try and predict behaviour prior to 

    movement provided comparison is of  the same:

      People

      Space

      Conditions

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    Psychology - Panic   What is panic?  An overwhelming fear, with or without 

    cause, that produces an irrational response and may spread through a group.

      When do people panic?  When they can see no way out of  a situation.

      When does it matter?  When it causes action without 

    assessment 

    of  

    safety 

      What do people mean when they say panic? 

      What do building officials mean when they say panic?

    Real panic in an emergency is rare; experts considered it a myth since 

    about 1970…but the movies and news channels like it.

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    Psychology – Timed Egress AnalysisTimed egress analysis is a comparison of  the measurable 

    elements of  evacuation. (SFPE Handbook 4th Ed.)

    Available Safe Egress Time (ASET)

    Required Safe Egress Time (RSET) Margin of  Safety

    Evacuation Time

    Pre‐movement Movement

    Response

    Recognition

    Alarm

    Detection

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    Psychology – Timed Egress Analysis

    Available Safe Egress  Time (ASET)

    Required Safe Egress  Time (RSET) Margin of  Safety

    Movement Time

    Detection / Alarm

    Alert stage can be adjusted by detection 

    (smoke 

    detector 

    activates 

    sooner 

    than 

    sprinkler)

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    Tenability

      Upper Layer Height

      Visibility

      Heat flux / Temperature

      Toxicity

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    Tenability

    Two types of  computer models are used 

    to 

    gauge 

    tenability:   Zone Model: Upper layer height

      Simpler spaces

      CFD Model: Tenability parameters   3D complex spaces

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    Tenability

    Where a straight comparison to 

    Building 

    Code 

    scenarios 

    doesn’t 

    tell 

    the whole story:

      Don’t meet cumulative exit 

    capacity in an interconnected floor 

    space.

      Using open stair for egress.

      Converging egress routes.

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    Elements of Evacuation

      Geometry  – dimensional and spatial features of  the space.

      Demographics  – characteristics of  occupants; mobility.

      Psychology  – potential occupant behaviour in fires.

      Tenability  – visibility, breathability, toxicity, heat.

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    Hand Calculation

    Time to egress is the time for either:

      First occupant to reach door (t1) +  time to queue at door (t2)

    OR

      Last occupant to reach door (t3)

    Time to commence movement is not considered; 

    assumed 

    to 

    be 

    the 

    same 

    for 

    Building 

    Code 

    and 

    actual 

    scenarios.

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    Hand Calculation

    Example: Comparing Building Code and alternative solution

    Building 

    Code 

    Scenario Alternative 

    Solution

    Travel Distance 45m 60m

    Exits 2 x 914mm door 2 x 914mm door

    Occupant Load 2 x 914 ÷ 6.1 = 300 2 x 914 ÷ 6.1 = 300

    Assumption Nearest person 

    5m from exit

    Furthest persons 

    45m from exit

    Nearest person 

    5m from exit

    Furthest person 

    60m from exit

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    Hand CalculationQueuing (t2) is the limiting factor, hence 15m extra travel distance does not contribute to added evacuation time.

    *assumed 5m for nearest occupant to an exit.  This may vary depending on floor layout.

    Building Code Scenario Alternative Solution

    t 1*   5 1.1 4.5 5 1.1 4.5

    t 2300

    2 0.914 0.3 1.32  185

    300

    2 0.914 0.3 1.32  185

    t 3

      45 1.1 41 60 1.1 55

    t 1 t 2 185 4.5 189.5 t 1 t 2 185 4.5 189.5

    t 189.5s 189.5s

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    Project Examples

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    1.   Egress via Open Stair.

    2.   Cumulative 

    Exiting 

    (interconnected 

    floor 

    space).3.   Egress from Two Storey Dwelling Unit.

    4.   Converging Egress (Department store travel distance).

    5.   Parkade 70m Travel Distance.

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    Example 1 – Egress via Open Stair Single exit and open egress stair.

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      Sentence 3.4.2.1.(1)  ‐ at least two exits required

      Building

     

    divided 

    into 

    two 

    storey 

    suites 

    each 

    served 

    by one exit from upper storey.

      Travel distance and exit capacity met by exit stair. 

    Open stair provided second egress route.

      Timed egress, smoke model to confirm tenability.

      Additional features included smoke detection for 

    early alert.

    Example 1 – Egress via Open Stair 

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    Example 2 – Cumulative Exiting

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      Sentence 3.4.3.2.(6)  ‐ Exit stairs serving 

    interconnected floor space based on cumulative 

    occupant load.

      Cumulative exiting not met.

      Used convenience stair leading to exit on 1st storey 

    as a means of  egress.

      Timed egress, smoke model to confirm tenability.

      Additional features included smoke detection and 

    smoke 

    exhaust 

    to 

    keep 

    open 

    stair 

    tenable.

    Example 2 – Cumulative Exiting

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    Example 3 – Egress from Two Storey

    Dwelling Unit

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      Sentence 3.3.4.4.(2)  ‐ describes egress doors in multi‐level dwelling units at both the upper and lower 

    storeys.   Egress door was not provided at the upper storey

      Timed egress confirmed increased egress of  3 seconds.

      Concern was tenability at route from upper storey.

      Smoke model confirmed tenable conditions.

      Draft stop was necessary.

      Additional features included smoke alarms for early 

    alert, emergency lighting linked to smoke alarm.   Fire alarm annunciation  – both storeys at lower.

    Example 3 – Egress from Two Storey

    Dwelling Unit

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    Example 4 – Converging Egress

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    Mall Corridor 

    Back-of-house Corridor 

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    Example 4 – Converging Egress

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      Clause 3.4.2.5.(1)(d)  ‐ 50% of  occupants exit via mall 

    corridor  with travel distance  of  105m.

      Rear corridor converged with mall corridor.

      Used mall corridor as a means of  egress for 100% of  

    occupants.

      Timed egress, smoke model to confirm tenability.

      Additional features include passive smoke venting to maintain tenability.

      Code compliant solution = tunnel out of  the building. Are people willing?

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    Example 5 – Parkade 70m Travel Distance

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    Example 5 – Parkade 70m Travel Distance

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    Scenario

    Number 

    of  

    Occupants

    per Exit 

    (persons)

    Maximum

    Travel

    Distance 

    (m)

    Time 

    to

    Evacuate

    (sec)

    1.  Code Minimum using 

    full door capacity  149 45 219

    2.  Proposed Scenario 54 70 110

      Sentence 3.4.2.5.(1)  ‐ prescribes 45m travel distance.

      Increased travel distance from centre areas.

      Increased

     

    total 

    exit 

    width 

    (extra 

    doors).   Low occupant load eliminated queuing at exits.

      Timed egress.

      Additional features include exit signage, increased light 

    levels.

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    Comparison of BC to IBC and NFPA 101

    (sprinklered)

    50

    Occupancy BC IBC NFPA 

    101

    Assembly 45m 76m 76m

    Care 45m 76m 61m

    Business / service 45m 90m 91m

    Residential 45m 76m 61m

    Retail 45m 76m 76m

    Industrial F1/F2/F3 25/45/45m 23/76/120m 30/122/unlimited

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    Summary

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      Building Code limits  ‐ travel distance, ceiling height, 

    exit capacity  ‐ define a space, create a scenario.

      Real‐life scenarios are compared to Building Code 

    scenario.

      Human behaviour is predictable / unpredictable.

      Can reduce detection / alert stage by smoke detection 

    (operate earlier than sprinklers).

      Can ‘buy time’ by increasing ceiling height or exit 

    capacity.

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