Имитационная модель развития ситуации в зоне возникновения пожара Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

Библиографический список

1. Российская Федерация. Законы. Закон об образовании. - М., 2012.

2. Конаржевский, Ю.А. Менеджмент и внутришкольное управление. - М., 2000.

3. Качаровский, В.В. Непрерывное профессиональное образование как развивающаяся система // Вестник ЮУрГУ. - 2005. - № 15.

4. Землянский, В.В. Комплексная интеграция в региональной системе профессионального образования // Проблемы современного образования. - 2011. - № 3.

5. Голышев, И.Г. Принципы и тенденции инновационного преобразования региональных систем профессионального образования // Педагогика и психология профессионального образования. - 2010. - № 5-6.

Bibliography

1. Rossiyjskaya Federaciya. Zakonih. Zakon ob obrazovanii. - M., 2012.

2. Konarzhevskiyj, Yu.A. Menedzhment i vnutrishkoljnoe upravlenie. - M., 2000.

3. Kacharovskiyj, V.V. Neprerihvnoe professionaljnoe obrazovanie kak razvivayuthayasya sistema // Vestnik YuUrGU. - 2005. - № 15.

4. Zemlyanskiyj, V.V. Kompleksnaya integraciya v regionaljnoyj sisteme professionaljnogo obrazovaniya // Problemih sovremennogo obrazovaniya. - 2011. - № 3.

5. Golihshev, I.G. Principih i tendencii innovacionnogo preobrazovaniya regionaljnihkh sistem professionaljnogo obrazovaniya // Pedagogika i psikhologiya professionaljnogo obrazovaniya. - 2010. - № 5-6.

Статья поступила в редакцию 24.01.13

УДК 614.84

PogorelovA.V. SIMULATION MODEL OF THE SITUATION IN THE ZONE OF FIRE. The possibilities of the use of decision criteria to determine the development of the situation in the zone of fire, and proposed a simulation model to predict the factors necessary firefighting part for going to a fire.

Key words: Fire and Rescue part, the operational plan of extinguishing the fire, the area of the fire, the temperature of the evacuation.

А.В. Погорелое, ст. преп. каф. «Организация и проведение аварийно-спасательных работ» Новосибирского филиала Федерального гос. автономного образовательного учреждения дополнительного профессионального образования «Институт повышения квалификации руководящих работников и специалистов топливно-энергетического комплекса», г. Новосибирск, E-mail: 080277@ngs.ru

ИМИТАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ РАЗВИТИЯ СИТУАЦИИ В ЗОНЕ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ПОЖАРА

В статье рассмотрены возможности использования критериев принятия решений для определения развития ситуации в зоне возникновения пожара и предложена имитационная модель для прогнозирования факторов, необходимых пожарно-спасательной части для выезда на пожар.

Ключевые слова: пожарно-спасательная часть, оперативный план ликвидации пожара, площадь пожара, температура, эвакуация.

В процессе разработки оперативных планов ликвидации пожаров, а также для принятия оптимального решения в этом направлении для каждого объекта необходимо знать все условия в зоне его возникновения, то есть об объекте, с которого поступил вызов на диспетчерский пункт пожарной части необходима информация о комплексе факторов. К основным факторам в зоне пожара относят [1; 2]:

1) объект, на котором возник пожар, его характеристика и аэродинамические факторы;

2) место возникновения пожара на объекте и характеристика горючего материала;

3) ориентировочная площадь пожара на момент сообщения о нем;

4) площадь пожара на момент начала работы первых стволов;

5) критическое время продолжительности пожара для людей, находящихся на объекте в зоне пожара;

6) количество людей, подлежащей эвакуации с объекта, в том числе инвалидов и престарелых;

7) наличие водоснабжения на объекте;

8) выделения токсичных газов и дыма в зоне пожара;

9) температура в зоне теплового воздействия, что в ее воздействия на человека в процессе тушения пожара;

10) возможность подъезда к объекту пожарно-спасательной техники;

11) возможность перекрытия подачи бытового газа и электроэнергии.

Рассматривая вопрос определения составляющих факторов в зоне пожара, которые необходимо знать руководителю тушения пожара перед выездом на объект, можно констатировать отсутствие и почти невозможность получения таких данных на современном этапе в практике ликвидации пожаров.

Поэтому ставится задача разработать методологию прогнозирования факторов в зоне пожара, которыми могли бы пользоваться пожарные подразделения города.

Для прогнозирования факторов в зоне возникновения пожара можно использовать формы представления различных математических моделей: инвариантных, алгоритмических, аналитических и графических. Например, аналитические математические модели прогнозирования обстоятельств в зоне пожара разработаны д.т.н., проф. С.В. Пузачем на основании полевых (дифференциальных) моделей [3], но их использование в пожарно-спасательных частях практически невозможно вследствие их сложности. Поэтому наиболее целесообразно использовать по форме представления алгоритмические (имитационные) динамические модели с функциональным отражением этих факторов, в зависимости от свойств объекта, который рассматривается, и с учетом для модели известных результатов экспериментальных исследований.

В каждом городе находятся жилые и административные здания, магазины, лечебные учреждения, учебные заведения, культурно-зрелищные сооружения, производственные сооружения различных видов предприятий, складские помещения и торговые базы, станции горюче-смазочных материалов. Для упрощения условий моделирования определим основные типы объектов города: 1) жилые здания; 2) административные здания;

3) магазины продуктовые; 4) магазины промтоварные; 5) лечебные учреждения; 6) аптеки; 7) учебные заведения; 8) библиотеки; 9) культурно-зрелищные сооружения; 10) производственные сооружения категории А; 11) производственные сооружения категории Б; 12) производственные сооружения категории В; 13) производственные сооружения категории Г; 14) производственные сооружения категории Д; 15) складские помещения; 16) торговые базы; 17) станции горюче-смазочных материалов.

Рис. 1. Структурная схема имитационной модели

Таблица 1

№ типа объекта Виды сооружений по приведенной выше классификации Пожарная нагрузка, кг/м2

Мебель, быт. изделия, ткани Мебель, бумага Мебель, линолеум ПВХ Дерево, ткань, краска Электротехнические приборы и материалы

1 Жилые здания 50 - 1С 5 8

2 Административные здания - 60 - 20 15

Таблица 2

Параметры горючего нагрузки

№ пожарной нагрузки по табл.1 Название горючего нагрузки Линейная скорость распростране ния пламени У„, м / мин Удельное дымо-выделение Ьд, кг / кг Удельное выделение двуокиси углерода LcO2, кг / кг Удельное выделение оксида углерода Leo, кг/ кг Удельное выделение окислов азота LNOx, кг / кг Удельное выделение синильной кислоты LнCN, кг / кг Удельное выделение акролеина LАКР, кг / кг Удельное потребление кислорода Lo2, кг / кг

2 Мебель, быт. изделия, ткань 0,75 0,021 1,32 С,С19 0,003 2 10-5 0,0045 -1,44

4 Мебель, бумага 2,52 0,018 0,64 С,СЗ2 0,002 1 10-5 0,004 -1,16

5 Мебель, ленолиум ПВХ 0,9 0,017 1,48 С,СЗ 0,002 3 10-4 - -1,37

8 Дерево, ткань, краска 0,98 0,018 1,42 С,С2З 0,003 3 10-5 0,004 -1,22

11 Электротехнические приборы и материалы 0,75 0,115 0,38 С,С56 0,002 3 10-4 - -1,95

Каждый из рассмотренных объектов города имеет определенную пожарную нагрузку. Было рассмотрено 15 видов пожарной нагрузки: 1) древесина; 2) мебель, бытовые изделия, ткани; 3) оборудование (станки), масла, краска, ...; 15) автомобиль: резина, бензин, искусственная кожа, эмаль. Например, пожарная нагрузка для первых двух объектов, а именно жилых и административных зданий, по данным [4], и на основании многочисленных обследований зданий города, приведены в таблице 1. При этом среднестатистическая погрешность определения пожарной нагрузки для рассматриваемых объектов не превышает 10 ... 15%.

В процессе горения различных материалов могут выделяться продукты горения в виде токсичных газов, а именно двуокиси углерода (СО2), оксида углерода (СО), синильной кислоты (НС^, оксидов азота ^Ох) и дыма. Параметры горючего нагрузки, например, для жилых и административных помещений гражданских сооружений с использованием данных, представленных в работах [3,5], приведены в табл. 2.

Для перехода от массы выделенных продуктов горения в процессе пожара к их объемам воспользуемся значениями их молярной рм и массовой р плотностей. Кроме этого, воспользуемся удельными массами дыма в зависимости от материала, который горит [2].

Разработанная имитационная модель прогнозирования обстоятельств в зоне пожара представлена в виде пакета прикладных программ, написанной на алгоритмическом языке программирования Delphi. За основу для имитационного моделирования были приняты объекты, рассмотрены выше.

Рассмотрим структуру имитационной модели и основные задачи, которые она может решать.

Блок 1. Предназначен для ввода исходных данных, к которым относят: название объекта, на котором возник пожар, время сообщения, ориентировочную площадь пожара на время сообщения S1, м2; форму пожара: круговая [а = 360 ° (6,28 рад)], угловая [а = 180 ° (3,14 рад), а = 90 ° (1,57 рад)], прямоугольная (ап - ширина пожара), количество этажей z на объекте; этаж, на котором возник пожар z„, наличие централизованного водоснабжения (Вц = 1 - в случае, когда оно есть; Вц = 0 - в случае, когда оно отсутствует) или водоема (Вв = 1 - в случае, когда оно есть; Вв = 0 - в случае, когда оно отсутствует); возможность перекрытия электроэнергии и газовых сетей (Кэ.г = 1 - в случае, когда такая возможность есть; К,.,- = 0 - в случае, когда такой возможности нет), возможность подачи кислорода в очаг пожара (Кк = 1 - в случае, когда такая возможность есть; Кк = 0 - в случае, когда такой возможности нет); ориентировочные размеры помещения, где возник пожар (ширина - а и длина - Ь в м); ориентировочная расстояние L, км от объекта до пожарно-спасательной части, которая обслуживает этот объект.

Блок 2. Выполняет генерацию объекта на основании распознавания его образа по ключевым словам и присвоения ему соответствующего номера, согласно классификации ф = 1, 2, 3, ..., 17).

Блок 3. Определение конструктивных параметров объекта выполняется в блоке 3.

Общий объем свободного распространения продуктов горения в процессе пожара, например, для жилых и административных зданий по вестибюлю и лестничной клетке будет

^П.Г. = ^ВЛ.^Т.Б. , м3 (1)

где г- количество этажей; Кв.д - объем вестибюля и лестничной клетки одного этажа; ЯТБ - коэффициент, учитывающий тип дома; КТБ = 0,2 ... 0,5 - для одноэтажных домов, а для многоэтажных КТБ= 1.

Подача кислорода в очаг пожара в жилых и административных зданиях возможна через оконные проемы, то есть коэффициент, учитывающий эту возможность Кк = 1.

Аналогичный подход к определению Fnr применяется для магазинов, универмагов и супермаркетов, лечебных учреждений, учебных заведений, культурно-зрелищных сооружений, производственных сооружений различных видов предприятий, складских помещений и торговых баз, а также станций горюче-смазочных материалов.

Блок 4. В этом блоке выполняется расчет прогнозируемого времени с момента возникновения пожара до начала тушению силами пожарно-спасательных подразделений, то есть время свободного горения тсг. [1, 2]

тс.г. = тв.в. + то.и. + тп.о. + тп.с. + тс.с. + тв.с. + ТВ.Р. (2)

где таа - время с момента возникновения до обнаружения пожара; тои - время с момента обнаружения пожара до

извещения о ней в пожарно-спасательное подразделение; тп.о. - время на получение и обработку оповещения о пожаре; тпс -время на привлечение сил и средств гарнизона для тушения пожара; tCCi - время сбора личного состава; твс - время следования на пожар; tBiBPi - время боевого развертывания.

Анализируя зависимость (2) устанавливаем, что для прогнозирования времени свободного горения tCFi неизвестными составляющими есть время с момента возникновения до обнаружения пожара таа и время следования на пожар tBCi.

Определим время таа с момента возникновения до обнаружения пожара соответственно для круговой, угловой и

прямоугольной формы: а) круговая, угловая

ТВ.В. :

у|0,5а

"Ї

(З)

где 5! - площадь пожара по сообщению (приближенное значение), м2; Ул - линейная скорость распространения пожара, м / мин. (табл. 2); а - угол формы пожара, рад.; б) прямоугольная

тв.в. =^, мин. (4)

где Оп - ширина пожара, м.

Для определения времени следования на пожар воспользуемся рекомендациями [10], согласно которым

бОЬкп /с,

ТВ.С. мин. (5)

У в. с.

где Ь - ориентировочная расстояние от пожарно-спасательной части, обслуживающей этот объект, км; кп - коэффициент,

учитывающий непрямолинейность уличной сети (в градостроительной практике его максимальное значение принимают

= 1,4); Ув.с. - средняя скорость движения пожарных автомобилей в данном городе, км / час. По данным работы [6] среднесуточная скорость движения пожарных автомобилей составляет 32 км / ч, а ночью - до 60 км / час.

Блок 5. Для определения площади !>п пожара, которая образуется за время свободного развития пожара, воспользуемся известной зависимостью [2] с использованием основных свойств теории матриц. В этом случае для круговой и угловой форм пожара

— 0,5 ос (тсг — 5)2 -

“її

МЇ71

“115

м1715

.^15.

м

(б)

где п равен сумме единиц, количество которых соответствует количеству видов материалов из 15 рассмотренных (как пример, в табл. 1 приведены пожарная нагрузка для двух объектов), сгорающего в период свободного развития пожара с линейной скоростью распространения пламени и12, ..., - элементы матрицы, которые по своему значению

соответствуют линейным скоростям распространения пламени (как пример, эти скорости приведены в табл. 2 только для пяти видов пожарной нагрузки) с± = с2 = ... = с15 = 1 .

Для прямоугольной формы пожара значение ее площади за время свободного развития пожара определяют по аналогичной зависимости.

Блок 6. Расчет массы выделенных токсичных продуктов горения и их объемов выполняем на основании рекомендаций [3 -6], которые приведены в табл. 1 (как пример только для жилых и административных зданий). Массу каждого материала для соответствующего типа объекта можно определить по зависимости

°11 ■ a115 Cl

Mt = Sm . . . ■ ■ , кг. (7)

“171 ■ a17isj LClSJ

где Mt - набор видов материалов для i-го объекта (i = 1, 2, 3, ..., 17); atl, а12.“ms - элементы матрицы, которые по

своему значению соответствуют пожарной нагрузке в кг/м (например, табл. 1). В этом случае Mt е ...,mtl5 ).

Массу дыма, выделенных токсическими продуктами и массу потребленного кислорода G, за время свободного развития пожара определяем по зависимости тп

Gt= hi • " , кг. (8)

m-i is

где Lt - соответствующее удельное выделение продуктов в процессе горения различных материалов (табл. 2): дыма !д, двуокиси углерода ЬС02, оксида углерода Lco, оксидов азота LNOx, синильной кислоты LHCN, акролеина LAKf и потребления кислорода i02, кг/кг; т(1,т(2,...,mlis - масса материала из всех 15 рассмотренных, которые сгорают за время свободного развития пожара. Значение этих масс получено по зависимости (7).

В процессе решения матрицы, согласно материалам, которые рассматриваются, все результаты суммируются с целью получения общей массы для каждого выделенного или потребленного продукта.

Объем выделенного дыма определяем по зависимости

УЯ = 5Г1-, м3

тд.ср.ар.

где СД - масса выделенного дыма, которая определена по зависимости (8); тДшСрлрш удельной массы дыма, определяется как среднее значение из тех видов горючей нагрузки, котором возник пожар.

Объем выделенных токсических продуктов определяем по зависимости

(9)

среднеарифметическое значение которые находятся на объекте, на

Сі

рА’

(10) коэффициента

kt определяем по

где - коэффициент, учитывающий температуру в среде помещения. Значение зависимости, полученной на основании статистической обработки данных, приведенных в [2]

= -0,002110,9805, где г - температура в помещении в пределах от 10 °С до 200 °С.

Блок 7. Концентрацию выделенных токсических продуктов определяем по зависимости

К. =^1 г/м3. (11)

Уп.г.

Полученное значение ^ сравниваем со значением предельно допустимой концентрации [К^, приведенных в [2]. Кроме этого, определяем уменьшение концентрации кислорода К02 в воздухе помещения за время свободного развития пожара с

З

м

целью прогнозирования возможности прекращения горения. Уменьшение концентрации кислорода К02 определяем по зависимости

2l(mo2fct—

Ко2=—---------, % (12)

™02*t 3

где т02- масса кислорода в одном м воздуха при температуре окружающей среды 0 ° С и нормальном давлении, кг/м3; Gm - масса потребленного кислорода, определенная по зависимости (8), за время свободного развития пожара в объеме Fnr (м3) свободного распространения продуктов горения в помещении в кг.

Задымленность объема помещения определяем исходя из соотношения

Кд=р. (13)

Н Рп.Г.

В случае, когда Кд меньше единицы, объем помещения считается задымленным с плотностью дыма, которая позволяет работать пожарно-спасательным подразделениям без изолирующих аппаратов и выполнять эвакуацию людей. Если Кд > 1, то задымленность объема помещения становится такой, что для работы пожарно-спасательных подразделений и эвакуации людей необходимо использовать изолирующие аппараты.

Блок 8. Для установления критического времени продолжительности пожара выполняем расчеты по зависимостям (6) -(13), рассчитывая Sm по зависимости (6) с подстановкой вместо значения тсг. первого значения 6 мин [3] и далее с шагом 1 мин до определенного в блоке 4 прогнозируемого времени тсг.

На каждом шагу получаем значения концентраций Kt выделенных токсических продуктов, кислорода и задымленности и сравниваем с допустимыми значениями. В случае, когда хотя бы один из токсичных продуктов превысит допустимую величину, это время принимается критического с одновременной проверкой задымленности помещения.

Блок 9. Расчет количества людей, подлежащих эвакуации с объекта, выполнены по каждому из 17 объектов с учетом времени суток.

Блок 10. Расчет температуры в зоне теплового воздействия, по ее влияния на человека, начинаем с определения суммарного пожарной нагрузки для соответствующего типа объекта с использованием данных табл. 1 и зависимости (7).

Для определения температуры Tt в очаге пожара для i-го типа объекта воспользуемся рекомендациями, приведенными в работе [2, 3]

Ti =1°30^Р- *ш*5 + 293, K. (14)

^(.уд.т.ср. ^I

где Qip.m.c.cp. - среднее значение рабочей теплоты сгорания для i-го типа объекта, МДж / (м2 ■ мин); C(yftTit;pi - среднее значение удельной теплоемкости для i-го типа объекта, кДж / кг • K; Mt - суммарная масса материалов пожарной нагрузки, которое находится на площади пожара; xs - время свободного горения до принятого значения 5Ш, мин (определяется по зависимости (3) или (4)); 293К - температура окружающей среды в помещении, в котором возник пожар.

Для определения расстояния !фп от фронта пожара до безопасной температуры, при которой возможно пребывание людей в процессе тушения пожара, воспользуемся рекомендациями, приведенными в работе [3]. После обработки рекомендаций методом математической статистики, получим

1фЛ=370е^ [- (0,01 - г], м. (15)

где Tj - температура в очаге пожара для i-го типа объекта, К, Т - опасная температура для пребывания людей в процессе тушения пожара, К.

Блок 11. В этом блоке выполняется анализ данных блока 1, на основании которого делается вывод о наличии на объекте водоснабжения, возможности подъезда техники и перекрытия подачи бытового газа и электроэнергии.

Блок 12. Этот блок выполняет вывод полученных на основании решения имитационной модели прогнозируемых факторов в зоне пожара на экран компьютера.

Проверку на адекватность результатов, полученных с помощью предложенной имитационной модели, действительным данным объекта выполняли с помощью критерия Фишера F [7]. В процессе проверки для нашего случая табличное значение

критерия Фишера равно ^(о.оявдо) = 3,0717, где 0,05 - 5%-ный уровень значимости, 8 - число степеней свободы дисперсии

адекватности, 10 - число степеней свободы дисперсии опыта. Эмпирические значения критерия Фишера колебались в пределах 0,625 ... 0,3107. Результаты такой проверки показали, что среднее значение погрешности модели не превышало 14 ... 18% и в целом разработанная имитационная модель развития факторов в зоне возникновения пожара является адекватной и может использоваться в работе пожарно-спасательных подразделений для повышения эффективности их функционирования.

Выводы:

1. Разработанная имитационная модель развития факторов в зоне пожара позволяет оперативно получать информацию, которая обеспечивает значительное повышение эффективности функционирования пожарно-спасательных подразделений города в процессе ликвидации пожара.

2. Время получения информации с помощью имитационной модели развития факторов в зоне возникновения пожара не превышает 40 ... 50 с, с момента получения уведомления, что обеспечивает оперативность работы диспетчерской службы.

Библиографический список

1. Кимстач, И.Ф. Организация тушения пожаров в городах и населенных пунктах. - М., 1977.

2. Иванников, В.П. Справочник руководителя тушения пожара / В.П. Иванников, П.П. Клюс. - М., 1987.

3. Пузач, С.В. Методы расчета тепломассообмена при пожаре в помещении и их применение при решении практических задач пожаров-зрывобезопасности. - М., 2005.

4. Повзик, Я.С. Пожарная тактика / Я.С. Повзик, П.П. Клюс, А.М. Матвейкин. - М., 1990.

5. Смагин, А.В. Моделирование выделения и распространения токсичных газов при пожарах в зданиях и сооружениях для обоснования их объемно-планировочных решений с целью обеспечения безопасной эвакуации людей: автореф. дис. ... канд. техн. наук. - М., 2008.

6. Совершенствование организации и управления пожарной охраной / Н.Н. Брушлинский, А.К. Микеев, Г.С. Бозуков [и др.]; под ред. Н.Н. Брушлинского. - М., 1986.

7. Пляскин, И.И. Оптимизация технических решений в машиностроении. - М., 1982.

Bibliography

1. Kimstach, I.F. Organizaciya tusheniya pozharov v gorodakh i naselennihkh punktakh. - M., 1977.

2. Ivannikov, V.P. Spravochnik rukovoditelya tusheniya pozhara / V.P. Ivannikov, P.P. Klyus. - M., 1987.

3. Puzach, S.V. Metodih rascheta teplomassoobmena pri pozhare v pomethenii i ikh primenenie pri reshenii prakticheskikh zadach pozharovzrihvobezopasnosti. - M., 2005.

4. Povzik, Ya.S. Pozharnaya taktika / Ya.S. Povzik, P.P. Klyus, A.M. Matveyjkin. - M., 1990.

5. Smagin, A.V. Modelirovanie vihdeleniya i rasprostraneniya toksichnihkh gazov pri pozharakh v zdaniyakh i sooruzheniyakh dlya obosnovaniya ikh objhemno-planirovochnihkh resheniyj s celjyu obespecheniya bezopasnoyj ehvakuacii lyudeyj: avtoref. dis. ... kand. tekhn. nauk. -M., 2008.

6. Sovershenstvovanie organizacii i upravleniya pozharnoyj okhranoyj / N.N. Brushlinskiyj, A.K. Mikeev, G.S. Bozukov [i dr.]; pod red. N.N. Brushlinskogo. - M., 1986.

7. Plyaskin, I.I. Optimizaciya tekhnicheskikh resheniyj v mashinostroenii. - M., 1982.

Статья поступила в редакцию 10.01.13