Problematika pádu ľudského subjektu z výšky s dôrazom na výšku zábradlia

Úvod

Predložený článok má za cieľ poukázať na významné riziko pádov (smrteľných pádov) spojených s nedostatočným konštrukčným riešením stavebných prvkov, konkrétne zábradlí. Úvodná časť článku obsahuje stručné pojednanie o problematike pádov z výšky, ako aj vymedzenie pojmu forenzná biomechanika, z dôvodu jej aplikácie na demonštratívny príklad pádu ľudského subjektu. Teoretický rámec je ďalej doplnený o prehľad vybraných doposiaľ publikovaných vedeckých a odborných prác zameraných na problematiku pádov ľudských subjektov. Nasledujúca praktická časť sa zameriava na odprezentovanie reálneho prípadu. Na uvedenom prípade sa demonštruje kvantitatívna biomechanická rekonštrukcia a analýza forenzne relevantnej udalosti – pádu ľudského subjektu z balkóna hotelovej izby. V rámci prípadu sa autori zaoberajú skúmaním vplyvu výšky zábradlia na celkový priebeh skúmanej udalosti a možnosťami zabránenia fatálnym smrtiacim následkom. Sekundárnym cieľom článku je poukázať na súčasne možnosti forenznej rekonštrukcie pádu z výšky realizovanej pomocou nasadenia simulačného softvéru PC-Crash, konkrétne viactelesového modulu a aplikácie techniky 3D modelovania a 3D laserového skenovania (3D mračno bodov).

1 TEORETICKÉ VÝCHODISKÁ

1.1 Pády z výšky

Pády z výšky predstavujú z pohľadu forenznej biomechaniky komplexný problém, na ktorého riešenie je možné aplikovať rekonštrukčné techniky a analýzy interakcie medzi ľudským telom aprostredím počas pádu, s cieľom určiť mechanizmus a následky udalosti, t. j. pôsobenie síl na telo počas rôznych fáz pádu. Takáto analýza následne dokáže v súlade so súdno-lekárskym posúdením objasniť interakciu ľudského tela s prostredím a určiť pravdepodobnú technickú príčinu vzniku forenzne relevantnej udalosti [1,2,3,4]. Kľúčové faktory, ktoré sa pri analýze a rekonštrukcii pádu zohľadňujú sú najmä: výška pádu, poloha tela počas pádu, typ povrchu dopadu, uhol a smer dopadu, hmotnosť a stav kostrovo-svalového systému osoby a iné. Na základe týchto parametrov je následne možné:

• určiť/predpokladať pravdepodobný mechanizmus zranenia,
• analyzovať, či bol pád náhodný, úmyselný alebo spôsobený cudzím zavinením,
• rekonštruovať pozíciu telapred, počas a po dopade. [3]

Z pohľadu pracovných úrazov patria pády z výšky k najčastejším príčinám smrteľných aj nefatálnych úrazov celosvetovo. Podľa údajov Medzinárodnej organizácie práce ročne zomrie viac ako 2,78 milióna ľudí v dôsledku pracovných úrazov alebo chorôb súvisiacich s prácou, pričom až 374 miliónov osôb utrpí nefatálne poranenia. Pády predstavujú po dopravných nehodách druhú najfrekventovanejšiu príčinu smrteľnýchneúmyselných úrazov. V sektorestavebníctva ide o jednu z hlavných príčin smrteľných úrazov, čo potvrdzujú štatistiky zo Spojených štátov (38,8 % všetkých úmrtí) a Veľkej Británie (20 % úmrtí pri práci). [5] Počet registrovaných pracovných úrazov na Slovensku sa pohybuje od roku 2015 do roku 2024 približne na úrovni 8 600 prípadov ročne, z toho tvoria v priemere 34 prípadov smrteľné pracovné úrazy a priemerne 78 prípadov tvoria úrazy s ťažkou ujmou na zdraví. Pády ako zdroje smrteľných pracovných úrazov sa pohybujú na úrovni 7 prípadov ročne, pričom Národný inšpektorát práce [6] kategorizuje pracovné, pripadne cestné dopravné priestory ako zdroje pádov zamestnancov do troch podskupín a to:

• Vnútropodnikové pracoviská (komunikačne priestory) akejkoľvek úrovne.
• Ostatné zvýšené pracoviská – pády zamestnancov z výšky (najpočetnejšia podskupina).
• Priehlbiny, jamy, nezakryté otvory (pri pracovisku akejkoľvek úrovne) – pády zamestnancov do hĺbky. [6]

1.2 Forenzná biomechanika

Prvé poznatky z oblasti biomechaniky sa začali uplatňovať približne od 70. rokov 20. storočia, najprv v kontexte kriminalistikya neskôr pod názvom forenznábiomechanika. Jej využitie závisí od povahy forenzne a kriminalisticky relevantného deja – predovšetkým od toho, či obsahuje informácie o pohybe a telesných vlastnostiach človeka, ako je napríklad jeho svalovo-kostrový systém. Z praxe vyplýva, že osoba, ktorá stopu zanechala, spôsobí na mieste takú materiálnu zmenu, ktorá odráža jej telesné vlastnosti a pohybové správanie. Takéto zmeny v prostredí predstavujú funkčný a dynamický prejav pôsobiaceho človeka. Forenzná biomechanika využíva fyzikálne zákony, matematické výpočty a počítačové modely a ako interdisciplinárna veda prepájapoznatky mechaniky, anatómie, biológiea fyziológie. Vďaka tomu dokážeanalyzovať príčiny rôznych zranení, napríklad následkom pádov, pošmyknutí či zakopnutí. Skúma mechaniku ľudského pohybu riadeného svalovým aparátom a vypracúva odborné posudky, napríklad pri určovaní okolností vzniku zranení pri násilných útokoch, dopravných nehodách, pádoch či samovraždách. Rovnako posudzuje, či bol konkrétny pohyb alebo úkon možný bez zásahu inej osoby. V občianskoprávnych sporoch sa uplatňuje najmä pri analýze pádov bez svedkov.[3] Forenzná biomechanika vychádza z biomechaniky ako materskej disciplíny, no postupne si buduje vlastnú bázu poznatkov, špecializované metódy a výskumné smery. Skúsenosti zo znaleckej praxe prispievajú k presnejšiemu vymedzeniu jej možností pri znaleckom dokazovaní. Ako dynamicky sa rozvíjajúca súčasť forenzných vied významne prispieva k objasňovaniu a riešeniu otázok v trestnoprávnych aj občianskoprávnych konaniach, najmä pri hodnotení telesných zranení a analýze stôp na mieste činu. Pri forenznom skúmaní je mimoriadne prínosná najmä pri trestno-právnom skúmaní v rámci technickej analýzy forenzne relevantných dejov, najmä cestných dopravných nehôd a pádov z výšok, ďalej pri stanovovaní výšky a miesta pádu, životaschopnosti po dopade, hodnotení vierohodnosti výpovedí svedkov alebo obvinených a posudzovaní kompatibility zranení s uvádzaným scenárom. Kľúčovú úlohu zohráva tiež realizácia biomechanických rekonštrukcií a analýz pomocou matematickofyzikálnych a výpočtových modelov, 3D simulácií, rekonštrukcií pohybu či experimentálnych skúšok, napríklad s figurínami alebo senzormi. [1,2,3,4]

Na účely trestného konania v podmienkach Slovenskej republiky sa znalecké úkony vykonávajú ad hoc, spravidla interdisciplinárne, a to v rámci znaleckých ústavov alebo univerzitných pracovísk, ako je napríklad Ústav znaleckého výskumu a vzdelávania Žilinskej univerzity v Žiline.

2 PREHĽAD PUBLIKÁCIÍ K RIEŠENEJ PROBLEMATIKE

V minulosti vzniklo viacero publikácii venovaných tejto alebo obdobnej problematike, napr.:

• Lau, Ooi a Phoon (1998) analyzovali smrteľné pády z výšky v Singapure a potvrdili súvislosť medzi výškou pádu, vekom a závažnosťou zranení. [7]
• Adamec a kol. (2010) využili modely ľudských tiel v programe MADYMO na rekonštrukciu pádov z výšky 13,8 m a do jamy hlbokej 2,5 m. [8]
• Wach a Unarski (2014) rekonštruovali pád na schodisku bytového domu pomocou PC-Crash a parametrických simulácií, čím určili najpravdepodobnejšiu polohu pred pádom. [9]
• Zhou a kol. (2016) vytvorili model hlavy 10-ročného dieťaťa, validovaný testami a použitý rekonštrukcii pádu detského subjektu na betónový povrch. [10]
• Meng a kol. (2017) predstavujú výsledky experimentálneho výskumu pádov ľudského tela s cieľom identifikovať významné charakteristiky a parametre. Výskum sa zameriava na najčastejšie typy pádov – pády dopredu a dozadu. Diskutované sú výsledky testov, ktoré poskytujú údaje o správaní a hodnotách biomechaniky pádu. [11]
• Zlatar a kol. (2019) analyzovali prípady pádov z výšky s cieľom zistiť, ktoré opatrenia na riadenie rizík najčastejšie chýbali alebo boli nedostatočne uplatnené, a aké to malo dôsledky v závislosti od výšky pádu. Zistilo sa, že vo väčšine prípadov bolo možné pádom predísť, najmä lepšou aplikáciou postupov práce, zábradlí, hodnotenia rizík a používania plošín či lešení. [5]
• Kolla a Malinová (2021) savenujú forenznej biomechanickej analýze fyzických útokov, najmä prípadom strčenia, kde svedkovia uvádzajú odlišné verzie pádu obete. Skúmajú, či a do akej miery môže byť človek útokom strčením odhodený. [12]
• Kolla a kol. (2024) predstavujú metodiku 3D modelovania pre rekonštrukciu a biomechanickú analýzu pádu človeka do stiesneného priestoru betónovej skruže. Zameriavajú sa na tvorbu 3D modelu miesta činu a simulačného modelu tela s vyššou biomechanickou vernosťou. [4]

3 REÁLNY PRÍPAD PÁDU Z VÝŠKY

V tejto časti článku bude odprezentovaný príklad simulačnej rekonštrukcie pádu ľudského subjektu z výšky (z balkóna hotelovej izby) vo virtuálnom prostredí prostredníctvom simulačného programu pre analýzu dopravných nehôd PC-Crash [13]. V rámci základných informácií o prípade jenevyhnutné zmieniť nasledovné: došlo k pádu 28-ročnej ženy (výška – 170 cm, váha – 60 kg) z balkóna na 4. poschodí hotela, pričom utrpela smrteľné poranenia v oblasti drieku a hlavy, v krvi jej namerali 2,73 g/kg etanolu. Okrem konečnej polohy tela a zranení bolo zdokumentované aj poškodené zábradlie na terase 1. poschodia a výška zábradlia balkóna bola 0,96 m, miesto činu bolo spracované do 3D modelu. Bližšie informácie o prípade a vstupných údajoch pre rekonštrukciu pádu sú uvedené v [1,2].

3.1 Metodika spracovania prípadu

V rámci získania veľmi presného a pre účely simulačnej rekonštrukcie vhodného polohopisu miesta činu bolo realizované 3D laserové skenovanie vonkajšej časti hotela prístrojom Faro FocusS 350 s presnosťou ± 1 mm. Bližšie informácie k popisu polohopisu miesta činu/pádu sú uvedené článku Komparatívna analýza vplyvu výšky zábradlia na priebeh pádu [2]. Na Obr. 1 je znázornený pohľad na vytvorené mračno bodov a priestorový pohľad na CAD model predmetnej časti hotela a na Obr. 2. je znázornený bočný pohľad na výškové parametre polohopisu miesta činu. V súvislosti s nadväznou analýzou vplyvu výšky zábradlia hotelovej izby na pád sa zdôrazňuje, že výška balkóna v čase dokumentácie miesta činu bola 0,96 m (Obr. 2.).

Rekonštrukcia pádu bola realizovaná simulačne v programe PC-Crash [13] s využitím modulu viactelesového systému. Pre tento účel bol vytvorený presnejší biomechanický model poškodenej podľa metodiky [14, 15], so zlepšenou presnosťou v kľúčových oblastiach.

Podrobnosti k modelu sú uvedené v článku 3D modelovanie pre potreby simulačnej rekonštrukcie pádu ľudského subjektu z výšky [1]. Na Obr. 3 sú zobrazené pohľady na model spredu a zboku, výška modelu vo vzpriamenej polohe je 1,72 m a hmotnosť 60 kg a polohy ťažísk segmentov a anatomických kĺbov.

Simulačná rekonštrukcia pádu prebiehala iteratívne a parametricky až do dosiahnutia zhody so zadokumentovanými stopami. Výpočty boli realizované s integračným krokom 0,1 ms. Geometrické okrajové parametre výsledku sú znázornené na Obr. 4.

3.2 Výsledky rekonštrukcie

Priestorový pohľad na simulačný výpočet pádu modelu tela poškodenej je odprezentovaný v publikácii Komparatívna analýza vplyvu výšky zábradlia na priebeh forenzne relevantného deja pádu z výšky[2]. Na nasledujúcich grafoch (Obr. 5 a Obr. 6) je znázornený graf dráha – čas a rýchlosť – čas pre ťažisko panvy modelu tela poškodenej.

Na základe rekonštrukcie bolo zistené, že k pádu došlo samovoľným preklopením tela dopredu cez zábradlie, pričom ťažisko tela (panvy) prekonalo zvislú dráhu približne 16,7 m. Nárazová rýchlosť driekovej oblasti do zábradlia terasy bola približne 13,2 m/s (47,6 km/h), pričom po náraze došlo k poklesu rýchlosti, takže pri dopade na schodisko mala poškodená rýchlosť približne 11,1 m/s (40 km/h).

4 PRESKÚMANIE VPLYVU VÝŠKYZÁBRADLIA NA PÁD

V kontexte Vyhlášky č. 532/2002 Z. z. musí byť každá pochôdzna plocha, kde hrozí pád osôb (napr. aj balkón), zabezpečená ochranným zábradlím alebo inou zábranou, ktorá odolá zaťaženiu vo vodorovnom aj zvislom smere. [16]

Zábradlia sa štandardne navrhujú a zhotovujú podľa noriem STN 74 3305:2014 a v prípade dočasných systémov podľa STN EN 13374+A1. Vyhláška ďalej stanovuje minimálne výšky zábradlia a to základná výška (1 000 mm), znížená výška (900 mm, pri hĺbke voľného priestoru do 3 m), zvýšená výška (1 100 mm, pri hĺbke nad 12 m alebo pri zvažujúcich sa plochách) a zvláštna výška (1 200 mm, pri hĺbke nad 30 m). [2, 17, 18]

Rekonštrukcia potvrdila, že k prepadnutiu poškodenej došlo pri výške zábradlia 0,96 m a analogicky rovnako by k nemu došlo aj pri výške 0,9 m. Na Obr. 7 je zobrazené simulačné porovnanie pohybu tela pri výške zábradlia 0,96 m a 1,00 m, pri zachovaní ostatných parametrov výpočtu. [2]

5 ZHRNUTIE A ZÁVER

Hlavným cieľom predloženého článku bolo odprezentovať prístup situačnej rekonštrukcie pádu ľudského subjektu z výšky a poukázať na významné riziko pádov spojených s nedostatočným konštrukčným riešením stavebných prvkov, v tomto prípade s nedostatočnou výškou zábradlia balkóna hotelovej izby. Ako bolo odprezentované v kapitole 3 tohto článku, je nesporné, že výška zábradlia má signifikantný vplyv na riziko prepadnutia cez zábradlie, pričom je na základe výsledkov možné konštatovať a zovšeobecniť nasledujúce poznatky:

• K prepadnutiu poškodenej došlopravdepodobne samovoľnýmdopredným pádom cez hornú hranuzábradlia vo výške 0,96 m.
• Pri výške zábradlia 1 m a viac (t. j. 1,1m alebo 1,2 m) by za rovnakýchpodmienok k pádu nedošlo.
• Výška 0,96 m bola v súlade slegislatívou (Vyhláška č. 532/2002Z. z.), (min. 0,9 m).
• Z technického hľadiska však táto výškaleží pod úrovňou ťažiska tela značnejčasti populácie, pri výške poškodenej(1,7 m) a hmotnosti 60 kg je to ešteprijateľné, avšak pre viac než polovicumužskej populácie SR s väčšímitelesnými parametrami by už nebolabezpečná ani z pohľadu biomechanickejstatiky. [2]

V druhom rade mal predložený článok za cieľ predstaviť a priblížiť postup vytvorenia 3D modelu miesta činu a jeho nepochybné významné miesto a efektívne praktické nasadenie v tejto oblasti a taktiež vytvorenie matematicko-fyzikálneho modelu ľudského tela ako podklad pre simulačnú rekonštrukciu pádu z výšky. Tieto modely sa následne použili v iteratívnom numerickom výpočte, aby sa dosiahla zhoda so zadokumentovanými stopami a technická logika pádu. Výhodou je, že opísaná metóda je univerzálne využiteľná pri forenznom posudzovaní pádov s použitím softvéru PC-Crash. [1]

6 POĎAKOVANIE

Tento príspevok bol vypracovaný v rámci projektu APVV-20-0626: Biomechanicky verná náhrada ľudského tela pre zvýšenie objektivity forenznej analýzy cestných dopravných nehôd.

Tento príspevok bol vypracovaný v rámci projektu VEGA: 1/0775/24: Zvýšenie presnosti stôp pre účely kriminalistickotechnickej a expertíznej činnosti.

Financované EÚ NextGenerationEU prostredníctvom Plánu obnovy a odolnosti SR v rámci projektu č. 09I03-03-V05- 00002.

POUŽITÁ LITERATÚRA

[1] KOLLA, Eduard, Veronika ADAMOVÁ. 3D modelovanie pre potreby simulačnej rekonštrukcie pádu ľudského subjektu z výšky. Krízový manažment. Žilina: EDIS, vydavateľstvo UNIZA, 22, 2/2023, s. 55-63. ISSN 2730-0544.
[2] KOLLA, Eduard, Veronika ADAMOVÁ, Lukáš SZABO. Komparatívna analýza vplyvu výšky zábradlia na priebeh forenzne relevantného deja pádu z výšky. Krízový manažment. Žilina: EDIS, vydavateľstvo UNIZA, 2024, 23, 2/2024, s. 83-91. ISSN 2730-0544.
[3] STRAUS, Jiří. Forenzní biomechanika Teoretické, experimentální a empirické metody. Praha: VŠFS, 2021. ISBN 978- 80-7408-219-1.
[4] KOLLA, Eduard, Veronika ADAMOVÁ, František ŠTULLER. 3D modelovanie pre potreby simulačnej rekonštrukcie pádu ľudského subjektu do betónovej skruže. Forenzní vědy, právo, kriminalistika. Praha: Vysoká škola finanční a správní, a.s., 2024, 9, 1/2024, s. 54-70. ISSN 2533-4395.
[5] ZLATAR, Tomi, Eliane Maria Gorga LAGO, Willames de Albuquerque SOARES, João dos Santos BAPTISTA a Béda BARKOKÉBAS JUNIOR. Falls from height: analysis of 114 cases. Production [online]. 2019, 29. ISSN 1980-5411. Dostupné z: doi:10.1590/0103-6513.20180091.
[6] Štatistika úrazov. cit. [13-08-2025]. Dostupné na: https://ebts.besoft.sk/odborneinformacie/statistika-urazov.
[7] LAU, G. a kol. Fatal falls from a height: The use of mathematical models to estimate the height of fall from the injuries sustained. Forensic Science International, roč. 93, č. 1, 1998, 33- 44, ISSN 0379-0738, DOI: 10.1016/S0379-0738(98)00027-9.
[8] ADAMEC, J. a kol. Forensic Biomechanical Analysis of Falls from Height Using Numerical Human Body Models. Journal of Forensic Sciences. 2010, ISSN: 1556-4029. DOI: 10.1111/j.1556-4029.2010.01445.x.
[9] WACH, W. a kol. Fall from height in a stairwell – mechanics and simulation analysis. Forensic Science International. Volume 244, 2014, 136- 151, ISSN 0379-0738, DOI: 10.1016/j. forsciint.2014.08.018.
[10] ZHOU, Z. a kol. Numerical simulations of the 10-year-old head response in drop impacts and compression tests. Computer Methods and Programs in Biomedicine. 2016. č. 131, s. 13-25, ISSN 0169-2607, DOI: 10.1016/j. cmpb.2016.04.013.
[11] MENG, Libo a kol. A Falling Motion Strategy for Humanoids Based on Motion Primitives of Human Falling. Ferraresi, C., Quaglia, G. (eds) Advances in Service and Industrial Robotics. RAAD 2017. Mechanisms and Machine Science. č. 49. Springer, Cham. DOI: 10.1007/978-3-319- 61276-8_29.
[12] KOLLA, Eduard, Katarína MALINOVÁ. Experimentálna verifikácia vzdialenosti odhodenia ľudského tela pri útoku strčením. Trilobit. Zlín: Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně, Fakulta aplikované informatiky. 2021. 3/2021. ISSN 1804-1795.
[13] PC-Crash 11.1, operačný a technický manuál, DSD, Linz, Rakúsko,2017.
[14] KOLLA, Eduard (2016). Biofidelic human body modelling using mutlibody approach. In Proceedings from X. international science-technical conference Automotive Safety 2016, Kielce, Poland.
[15] KOLLA, Eduard, Pavol KOHÚT. (2015) Virtual human body model for PC-Crash. In Proceedings from 24thannual congress of the EVU. Edinburgh, UK.
[16] Vyhláška MŽP SR č. 532/2002 Z. z.,ktorou sa ustanovujú podrobnosti o všeobecných technických požiadavkách na výstavbu a o všeobecných technických požiadavkách na stavby užívané osobami s obmedzenou schopnosťou pohybu a orientácie.
[17] STN 74 3305: 2014 Ochranné zábradlia.
[18] STN EN 13374+A1 Dočasné bočnéochranné a záchytné systémy