МАТЕМАТИЧНА МОДЕЛЬ ЕНЕРГОЗАТРАТ ОСІБ З ПРОТЕЗАМИ В КОНТЕКСТІ ОПТИМІЗАЦІЇ ЕВАКУАЦІЇ ПРИ ПОЖЕЖІ

Анотація

Проблема. Зростання кількості осіб із ампутаціями нижніх кінцівок в Україні внаслідок бойових дій актуалізує проблему забезпечення їх безпечної евакуації під час пожеж та інших надзвичайних ситуацій. Особи з протезами характеризуються підвищеними енергетичними витратами при пересуванні, що обумовлено біомеханічними особливостями руху, додатковими втратами енергії та зниженням ефективності м’язової роботи. Водночас у сучасних дослідженнях недостатньо уваги приділено кількісному оцінюванню енергозатрат як ключового чинника, що визначає витривалість і здатність до успішної евакуації. Метою статті є розроблення математичної моделі енергозатрат осіб із протезами нижніх кінцівок у процесі евакуації при пожежі з урахуванням типу протезування, параметрів руху та характеристик евакуаційного маршруту. Методи досліджень. У роботі використано аналітичні методи математичного моделювання, що базуються на поєднанні механічних складових руху (кінетичної та потенційної енергії) з урахуванням дисипативних втрат та метаболічних коефіцієнтів. Проведено чисельне моделювання різних сценаріїв евакуації (горизонтальний рух, підйом і спуск сходами) із використанням програмної реалізації на Python. Виконано порівняльний аналіз енергозатрат для осіб без ампутацій, а також користувачів протезів гомілки та стегна. Результати. Розроблена модель дозволила описати лінійне зростання енергозатрат зі збільшенням довжини маршруту для всіх типів руху, при цьому їх величина суттєво залежить від типу ділянки. Найбільші витрати енергії спостерігаються при русі сходами вгору, що обумовлено виконанням роботи проти сили тяжіння. Для осіб із протезами зафіксовано систематичне перевищення енергозатрат у порівнянні зі здоровими особами, причому найбільш виражений ефект характерний для протезів стегна. Встановлено, що швидкість руху суттєво впливає на енергозатрати при горизонтальному переміщенні, тоді як при русі сходами її вплив є обмеженим. Висновки. Запропонована математична модель є адекватним інструментом оцінювання енергетичної складності маршрутів евакуації для осіб із протезами та може бути використана при проєктуванні безпечних евакуаційних шляхів. Встановлено, що врахування енергозатрат дозволяє більш обґрунтовано оцінювати можливості маломобільних груп населення в умовах пожежі. Перспективним напрямом подальших досліджень є урахування ефекту накопичення втоми, який має суттєвий вплив на ефективність евакуації осіб із протезами навіть на відносно коротких дистанціях.