На правах рукописи

Хоанг Тхо Дык

СНИЖЕНИЕ ПОЖАРНОГО РИСКА ЗДАНИЙ С МАССОВЫМ

ПРЕБЫВАНИЕМ ЛЮДЕЙ

Специальность

05.26.03 – Пожарная и промышленная безопасность

(строительство)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-2014

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный строительный университет»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Корольченко Александр Яковлевич

Официальные оппоненты:

Навценя Владимир Юрьевич, доктор технических наук, старший научный сотрудник, филиал ФГУП «Российская телевизионная и радиовещательная сеть» «Московский региональный центр», начальник службы пожарной безопасности Пронин Денис Геннадьевич, кандидат технических наук, ОАО «НИЦ «Строительство» - Центральный научно-исследовательский институт строительных конструкций им. В.А.Кучеренко, заведующий сектором проектирования и экспертизы в области пожарной безопасности

Ведущая организация - Федеральное государственное бюджетное учреждение «Всероссийский научно-исследовательский институт противопожарной обороны»

Защита состоится «24» сентября 2014 г. в 14 ч 00 мин. на заседании диссертационного совета Д.212.138.09, созданного на базе ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет», по адресу:

129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, «Открытая сеть» ауд. 9.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет»

http://www.musu.ru.

Автореферат разослан «_» августа 2014 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Ляпин Антон Валерьевич

Общая характеристика работы

Актуальность темы: Развитие мегаполисов, расширение высотного и подземного строительства, обусловленное все более увеличивающейся стоимостью земли, используемой под строительство, применение искусственных полимерных строительных материалов сопровождаются появлением новых видов опасностей, в частности, пожарной опасности, вызванной недостаточным знанием возникновения и развития процесса пожара в зданиях. Пожары являются наиболее распространенной причиной чрезвычайных ситуаций в зданиях с массовым пребыванием людей. Поэтому снижение пожарного риска до законодательно утвержденного уровня должно рассматриваться как важнейший индикатор и характеристика эффективности принимаемых решений по обеспечению пожарной безопасности.

В России в 2008 г. был принят Федеральный закон № 123 «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» (далее – Технический регламент), в котором появилось требование по снижению пожарного риска.

Согласно регламенту риск воздействия опасных факторов пожара (ОФП) на людей определен одной миллионной в год в расчете на одного человека, однако не всегда очевидно, какими средствами можно обеспечить снижение пожарного риска.

Основным показателем уровня пожарной опасности в соответствии с требованиями закона является показатель пожарного риска — количество погибших в результате пожаров в год на 1 млн. жителей. За последние годы по данным пожарной статистики этот показатель не претерпел существенного снижения. Согласно официальной статистике пожарный риск в России превышает эту величину на порядок. В 2011 г. этот показатель в развитых странах составлял 5·10–6 год– Германия 6·10–6 год– Франция 8·10–6 год– Великобритания 10·10–6 год– США 20·10–6 год– Польша 81·10–6 год– Россия Общая тенденция увеличения показателей гибели и травмирования людей на пожарах в Российской Федерации обуславливает необходимость внедрения новых средств и способов обеспечения пожарной безопасности, направленных на сохранение жизни и здоровья людей при возможных пожарах в зданиях.

Кроме того, в последние десятилетия такие пожары, как пожар в зданиях Всемирного торгового центра (США), пожары в высотных зданиях в Испании, КНР, России, Казахстане и др., поставили перед человечеством задачу оценки и предотвращения таких катастрофических событий.

Одно из наиболее эффективных решений данной проблемы— применение систем оповещения и управления эвакуацией(СОУЭ), в частности, беспроводных систем, являющихся перспективным направлением, дающим людям возможность покинуть здание, до наступления опасных факторов пожара.

Актуальность применения средств аварийной эвакуации при пожарах на объектах с массовым пребыванием людей обусловлена тем фактом, что именно на данных объектах зачастую могут создаваться скопления людей в процессе штатной эвакуации, что приводит к увеличению времени эвакуации и, как следствие, воздействия ОФП на людей. Именно, на здания с массовым пребыванием людей приходится наибольший социальный и материальный ущерб от пожаров.

Это определило актуальность темы диссертационного исследования по оценке и снижению пожарного риска жилых и общественных зданий — зданий с массовым пребыванием людей, поскольку основное число людей погибает на пожарах в таких зданиях.

Целью исследования является разработка мероприятий по снижению пожарных рисков в зданиях с массовым пребыванием людей до значений, предусмотренных требованием закона.

Задачи исследования:

– проанализировать теоретические основы расчетов оценки пожарного риска и его место в системе безопасности строительных объектов;

– оценить уровень пожарного риска зданий с массовым пребыванием людей;

– выполнить исследование современных разработок по снижению пожарных рисков и разработать на их основе рекомендации по обеспечению пожарного риска на уровне требований стандарта.

Объект исследования— пожарный риск зданий с массовым пребыванием людей.

Предметом исследования является метод снижения пожарного риска зданий с массовым пребыванием людей.

Научная новизна работы заключается в следующем:

– установлено влияние факторов, определяющих величину пожарного риска, и выявлены способы, наиболее эффективно влияющие на нее;

– выполнено сравнение методов оповещения и управления системами эвакуации людей при пожарах в зданиях; установлена неэффективность проводных систем;

– разработан алгоритм поэтапного оповещения людей о пожаре с использованием беспроводных систем на основе моделирования процесса движения людских потоков;

– разработана методика расчета пожарного риска для зданий с массовым пребыванием людей с применением беспроводных систем оповещения и управления эвакуацией (СОУЭ) на основе модифицированного дифференцированного метода моделирования пожара в условиях применения технических средств обеспечения пожарной безопасности;

– использованы математические модели для прогнозирования динамики развития пожаров в помещениях зданий с массовым пребыванием людей, которые позволяют выявить особенности динамики пожаров и оптимизировать условия беспрепятственной и безопасной эвакуации.

Достоверность полученных результатов подтверждается согласием с результатами полученными по апробированным методам, а также с результатами решения дифференциальных уравнений в частных производных. Полученные модели дают хорошее совпадение с данными, приведенными в литературных источниках, основанными на анализе реальных пожаров.

На защиту выносятся:

– методика расчета определения пожарного риска зданий с массовым пребыванием людей;

– результаты расчета опасных факторов пожара в начальной стадии развития пожара в проектируемых и эксплуатируемых зданиях до достижения критических величин опасных факторов пожара;

– алгоритм беспроводного позонного оповещения людей о пожаре;

– научно обоснованные рекомендации по обеспечению установленной законом РФ величины пожарного риска при возникновении пожара в зданиях с массовым пребыванием людей.

Практическая значимость работы заключается в совершенствовании научных основ обеспечения пожарного риска при возникновении пожара в зданиях с массовым пребыванием людей. Полученные данные по динамике развития опасных факторов и предложенные модели позволяют существенно снизить пожарный риск.

Результаты диссертации внедрены в учебный процесс МГСУ при подготовке специалистов по специальности «Пожарная безопасность». Результаты диссертации могут быть внедрены в российские и вьетнамские государственные стандарты при формулировании условий обеспечения безопасности людей при пожарах в зданиях.

Апробация результатов исследования: по содержанию диссертации опубликованы 3 работы в изданиях перечня ВАК РФ; доклады на конференции молодых ученых и специалистов «Проблемы техносферной безопасности 2012 и 2013»,15-йМеждународной межвузовской научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и докторантов«Строительство формирование среды жизнедеятельности» в МГСУ (2013 и 2014 гг.).

Структура диссертации: диссертация состоит из введения, пяти глав основного текста, заключения и библиографического списка.

Во введении обосновываются актуальность и значимость темы диссертационного исследования, цели и задачи работы, а также объект и предмет исследования.

В первой главе «Теоретические основы расчета пожарного риска» рассматриваются основные подходы, изложены в литературах к содержанию понятия «пожарный риск», рассмотрены его виды, а также методика расчета и управления пожарным риском.

Обобщая все факторы возникновения пожаров, можно утверждать, что пожарный риск есть функция социальных (S), техногенных (T) и природных (N) факторов, и выразить его обобщенной формулой:

R=(S, T, N).

Известно, что управление риском — это возможный путь к обеспечению безопасности. Управление риском как система состоит из двух подсистем — управляемой и управляющей. Предлагаемая блок-схема управления пожарным риском на предприятии (объекте, установке и т. п.) представлена на рис. 1. Основой управления пожарным риском является управление системой предотвращения пожара (СПП) и системой противопожарной защиты(СППЗ).

Рис.1. Блок-схема управления пожарным риском Сформулируем в общих чертах алгоритм обеспечения пожарной безопасности любого объекта защиты, представленный на рис. 2.

Рис.2. Алгоритм обеспечения пожарной безопасности Во второй главе приведена характеристика зданий с массовым пребыванием людей; проанализированы способы противопожарной защиты. Приведена статистика пожаров в зданиях с массовым пребыванием людей и гибели их при этих пожарах. На основе статистики сделан вывод, что в зданиях с массовым пребыванием людей ежегодно происходит примерно 40 % всех пожаров в стране, на которые приходится более 70 % всех жертв от пожаров.

Результаты анализа статистических данных показаны на рис. 3 и 4. Из статистики следует, что количество людей, погибающих на пожарах, остается недопустимо высоким.

Количество пожаров, пожар Для расчета динамики развития пожаров в помещении используем известные программы модели FDS (FireDynamicSimulation) с учетом входных параметров — пожарной нагрузки. Результаты моделирования, полученные на расстоянии 170 см от пола на выходе от эвакуационного пути в безопасную зону, представлены на рис. 5–10.

Рис.5. Изменение температуры при свободноразвивающемся пожаре на этаже Рис.6. Изменение видимости при свободноразвивающемся Рис.7. Изменение концентрации СО2 при свободноразвивающемся пожаре Рис.8. Изменение температуры при свободноразвивающемся пожаре на этаже Рис.9. Изменение видимости при свободноразвивающемся пожаре на этаже в Рис.10. Изменение концентрации СО2 при свободноразвивающемся пожаре Анализ результата моделирования установлено время наступления допустимого значения опасных факторов пожара (ОФП) (предельное значение потери видимости в дыму принято 20 м) — 8 мин.

Третья глава диссертационной работы посвящена оценке и методам снижения пожарного риска в зданиях с массовым пребыванием людей. Показана возможность повышения эффективности способов эвакуации людей из зданий c массовым пребыванием людей с целью достижения допустимого уровня пожарного риска.

Для проведения индивидуальной оценки пожарного риска рассматриваются следующие аспекты:

– проведение анализа пожарной опасности зданий;

– определение частоты реализации пожароопасных ситуаций;

– построение полей распространения опасных факторов пожара при различных сценариях его развития;

– оценка последствий воздействия опасных факторов пожара на людей при различных сценариях его развития;

– изучение наличия и исправности систем обеспечения пожарной безопасности зданий.

Рассмотрим аспекты использования вероятностного подхода для расчета индивидуального пожарного риска в зданиях. В общем случае величина риска R определяется как где P— вероятность реализации возгорания;

U— ожидаемый ущербот пожара.

Если ущерб может возникать в результате нескольких чрезвычайных ситуаций N, то совокупный риск определится суммированием по всем возможным событиям:

Поскольку гибель людей может явиться результатом различных сценариев развития пожара, при вероятностном анализе риска необходимо рассматривать совокупность всех возможных сценариев пожара Si (i = 1,…, NS) и для каждого из них определить вероятности реализации P(Si) и последствия U(Si), а затем вычислить суммарный риск. При этом удобно выделить частоту возникновения пожаров Qп отдельным множителем, а в качестве P(Si) рассматривать условные вероятности сценариев при возникновении инициирующего события — пожара. Тогда общая формула (2) примет вид:

Величина R характеризует ожидаемый ущерб от пожара в единицу времени (за год). Наряду с этим показателем можно рассматривать относительный риск для людей при условии, что в рассматриваемом здании возник пожар:

Приведенный показатель не зависит от частоты возникающих пожаров, а характеризует число пострадавших на один пожар, возникший в присутствии людей. Этот показатель может использоваться проектными организациями для сравнения эффективности различных решений систем противопожарной защиты зданий, путей эвакуации и т. п.

При расчете индивидуального пожарного риска в качестве ущерба рассматривают гибель людей, поэтому естественной мерой ущерба для i-го сценария пожара является число погибших, т. е. количество людей, не успевших эвакуироваться к моменту блокирования путей эвакуации:

где ni,j— число погибших для i-го сценария пожара в j-й период времени;

Nj— число людей, находящихся в здании в j-й период времени;

tэ,i — время эвакуации людей;

tбл,i— время блокирования путей эвакуации.

При расчете числа погибших людей при пожаре в ряде случаев необходимо учитывать, что в зависимости от времени возникновения пожара в здании может находиться разное число людей (N). Если люди могут присутствовать на объекте лишь часть времени, то для каждого сценария развития пожара, определенного на основе дерева событий, достаточно провести один расчет эвакуации, а вероятность сценария умножить на вероятность присутствия людей Pпр, определенную как долю времени суток, в течение которой на объекте присутствуют люди. Если же люди на объекте присутствуют круглосуточно, то можно либо принять Pпр = 1 и провести также один расчет эвакуации с максимальным числом присутствующих людей N, либо (если имеются достаточные данные) определить доли времени Pпр,j, в течение которых в здании находится определенное число людей Nj(например, в дневное и ночное время), провести расчеты числа погибших ni,j для i-го сценария пожара в j-й период времени, после чего определить ожидаемое число погибших для i-го сценария: ni = Pпр, j ni, j.

Математическое ожидание числа погибших на один пожар для данного объектаRп(чел./пожар) определим как:

Математическое ожидание числа погибших на рассматриваемом объекте в единицу времени (за год) Rк(чел./год) рассчитывается по формуле Индивидуальный пожарный риск в расчете на одного человека в единицу времени составит:

где PЭ,I = 1 – Pэ,i;

Pэ,i — вероятность эвакуации людей для i-го сценария, равная доле успешно эвакуировавшихся людей от общего числа присутствующих;

N — номинальное число присутствующих на объекте людей.

Учтем, что к числу противопожарных мероприятий, направленных на снижение пожарного риска в зданиях, относятся:

– дополнительные объемно-планировочные решения, обеспечивающие ограничение распространения пожара;

– устройство дополнительных эвакуационных путей, отвечающих требованиям безопасной эвакуации людей при пожаре;

– устройство эффективных систем оповещения людей о пожаре и управления эвакуацией людей повышенного типа;

– организация поэтапной эвакуации людей из здания;

– применение дополнительных систем противодымной защиты для защиты от воздействия опасных факторов пожара;

– ограничение количества людей в здании до значений, обеспечивающих безопасность их эвакуации из здания.

В современном мире существует много разных мероприятий, направленных на снижение индивидуального пожарного риска. Как показали наши исследования, наиболее эффективным решением является применение систем оповещения и управления эвакуацией, а перспективным направлением — применение беспроводных СОУЭ.

В четвертой главе рассмотрены современные проводные и беспроводные системы обнаружения пожара и их влияние на величину пожарного риска.

Было проведено экспериментальное компьютерное моделирование процесса эвакуации людей из высотного здания. Анализ результатов математического моделирования процесса эвакуации показал, что при одновременном выходе людей с этажей здания в лестничных клетках образуются на продолжительное время высокие травмоопасные плотности — 0,9 м 2/м2 (рис. 11), что приводит к гибели людей от компрессионной асфиксии.

Рис. 11. Максимальные значения плотности движения Решением указанной проблемы является разработка алгоритма поэтапного оповещения людей о пожаре с помощью беспроводных систем, которые позволяют минимизировать трудозатраты по монтажу, повышая тем самым экономическую эффективность и являясь надежной альтернативой 5-му типу СОУЭ.

Разработанный алгоритм поэтапного оповещения людей о пожаре с помощью беспроводных систем представлен в таблице.

Алгоритм поэтапного оповещения людей о пожаре 11 5,7 0 0 0 0 5,75,75,711,611,611,611,615, Приме чание. Например, при возникновении пожара на 8-м этаже сигнал СОУЭ о начале эвакуации следует подавать немедленно на 7, 9 и 10-й этажи. На 11–14-йэтажи сигнал подается спустя 5,0 мин после обнаружения пожара, на 3–6-й этажи — через 10,9 мин, на 2-й этаж —через 14,9 мин и т. д.

Алгоритм разработан для одной функционирующей лестничной клетки, поскольку такой вариант организации эвакуации является наиболее опасным при возникновении чрезвычайной ситуации. Эвакуация организуется блоками по 4 этажа, что исключает образование скоплений (рис. 12) и сокращает время полной поэтапной пешеходной эвакуации людей из здания на 60 % по сравнению с одновременной эвакуацией. При этом плотность людского потока не превышают 2 чел./м2, тогда как плотность потока при одновременной эвакуации составляют 7–9 чел./м2. В то же время разработка алгоритма поэтапного оповещения людей позволяет снизить величину индивидуального пожарного риска до нормативного значения, установленного Техническим регламентом, соблюдая условия безопасной эвакуации людей.

Рис. 12. Максимальные значения плотности движения людского потока в лестничной клетке при поэтапной эвакуации В пятой главе приведены общие рекомендации по составлению текстов для систем беспроводного оповещения, снижающих уровень эмоциональной напряженности при возникновении чрезвычайной ситуации.

Любое сообщение, адресуемое группе людей, оказавшейся в аварийной ситуации, всегда направлено на организацию их поведения и преследует цель полного исключения элементов стихийности и паники. Дезорганизующее влияние опасных факторов пожара может быть снижено следующими мерами:

изменением субъективной оценки угрозы жизни путем указания на ограниченность очага пожара, уточнения причины его возникновения:

содержанием и формой текстового материала, направленными на максимальное снижение элементов неожиданности и внезапности, которая создает высокий эмоциональный фон и своим действием на встревоженных людей может привести к возникновению у них паники;

указанием на последовательность действий людей и способы обращения за помощью при максимальной сжатости текста.

Особо следует выделить рекомендации по составлению текста и обращений дежурного персонала к лицам, которые оказались блокированными пожаром в здании.

Рассматривая основные принципы психологического воздействия речевых текстов на человека в условиях сильного эмоционального стресса, можно сформулировать ряд требований к текстам ответов и инструкций, используемых при разговоре с потерпевшими. В ответе на призыв о помощи свой текст необходимо построить так, чтобы:

создать у пострадавшего уверенность в том, что помощь уже оказывается и что она действенна и оперативна;

выяснить обстановку пожара, условия, в которых оказались пострадавшие, очаг и место загорания, основные опасные факторы пожара;

блокировать неадекватные и ошибочные действия пострадавших;

указать на конкретные действия пострадавших по обеспечению пожарной безопасности и оказанию помощи окружающим.

Очевидно, что конкретное содержание текста инструкций будет различным в зависимости от условий и особенностей здания, развития пожара, контингента потерпевших, их состояния и возможностей эвакуации.

Конкретный текст ответов на обращение за помощью должен строиться непосредственно по конкретной ситуации, исходя из обстановки. Следует обратить внимание на то, что в условиях приема сообщений о пожаре текст ответов не может быть стандартным и алгоритмически установленным. Для составления конкретных текстов требуется подготовка дежурного персонала под руководством специалистов. При этом главным является соблюдение психологических требований к содержанию и форме ответов.

Таким образом, сотрудники дежурных служб по обеспечению безопасности здания, ответственные за эвакуацию при пожаре, сотрудники пожарной охраны или руководители предприятий и учреждений с помощью текстов, построенных по вышеизложенным принципам, могут оказать существенную помощь людям, оказавшимся в горящем здании.

1. Анализ официальных данных по пожарам и гибели людей при пожарах показал, что уровень пожарного риска в России не соответствует законодательно установленному уровню, превышая его. При этом показано, что уровень пожарного риска в Российской Федерации значительно превышает (более чем на порядок) соответствующий показатель развитых стран.

2. Установлено, что основной вклад в величину пожарного риска вносит гибель людей при пожарах в жилых и общественных зданиях (т. е. в зданиях с массовым пребыванием людей).

3. Определено время блокирования путей эвакуации (по времени наступления допустимого значения ОФП) из зданий с массовым пребыванием людей. Полученный результат использован для определения количества эвакуируемых людей из здания при применении СОУЭ.

4. Предложен расчет определения пожарного риска зданий с массовым пребыванием людей.

5. В работе было показано, что в случае ЧС при одновременной пешеходной эвакуации из высотного здания с массовым пребыванием людей эвакуирующимся следует преодолеть около 900 м по лестнице в потоке плотностью 9 чел./м2. Такой путь занимает около 1,5 ч в случае функционирования всех лестничных клеток. Перспективными путями решения указанной проблемы является организация поэтапного оповещения людей о пожаре при помощи беспроводных систем, которые позволяют минимизировать трудозатраты по монтажу, повышая тем самым экономическую эффективность и являясь надежной альтернативой 5-му типу СОУЭ. При полной поэтапной эвакуации людей по сравнению с полной одновременной эвакуацией удается добиться снижения времени эвакуации почти в 4 раза, увеличения скорости в 7 раз и уменьшения плотности людских потоков в 3 раза. Анализ практики организации эвакуации людей из высотных зданий, нормативных документов, результатов научных исследований, а также многочисленных инженерных расчетов позволил разработать алгоритм оповещения людей из высотных зданий с учетом исключения образования высоких травмоопасных плотностей на путях эвакуации и достичь при этом наибольшей экономической эффективности.

6. Разработано мероприятие по снижению пожарных рисков в зданиях с массовым пребыванием людей.

Основные результаты диссертации изложены в 3-х работах, опубликованных в изданиях перечня ВАК:

1.Корольченко А.Я., Хоанг Тхо Дык. Выбор систем оповещения и управления эвакуацией при пожаре // Пожаровзрывобезопасность. — 2013.

— Т. 22, № 1. —С. 69–74.

2.Корольченко А.Я., Хоанг Тхо Дык. Оборудование, применяемое в системе оповещения и управления эвакуацией // Пожаровзрывобезопасность.

— 2013. — Т. 22, № 4. —С. 57–63.

3.Корольченко А.Я., Хоанг Тхо Дык. Сопоставление эффективности проводных и беспроводных систем оповещения и управления эвакуацией // Пожаровзрывобезопасность. — 2013. — Т. 22, № 10. —С. 69–73.