CC BY
18
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНАЯ СИСТЕМА ОПОВЕЩЕНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ ЭВАКУАЦИЕЙ ЛЮДЕЙ ПРИ ПОЖАРЕ ОБЪЕКТОВ С МАССОВЫМ ПРЕБЫВАНИЕМ ЛЮДЕЙ НА
ОСНОВЕ В1М-МОДЕЛИРОВАНИЯ Лазарев Г.А.1, Федоров А.С.2, Процишин А.Ю.3, Зайцев Н.В.4
1Лазарев Геннадий Андреевич - магистрант;
2Федоров Андрей Сергеевич - магистрант;
3Процишин Алексей Юрьевич - магистрант;
4Зайцев Николай Владимирович - магистрант, кафедра пожарной безопасности зданий и автоматизированных систем пожаротушения, Санкт-Петербургский университет Государственной противопожарной службы Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий
стихийных бедствий, г. Санкт-Петербург
Аннотация: в статье представлены результаты исследования систем оповещения и управления эвакуацией людей при пожаре на основе BIM-моделирования, позволяющие повысить уровень защищенности на рассматриваемом объекте. В ходе исследования выявлены проблемы моделирования систем оповещения и управления эвакуацией людей при пожаре на объектах с массовым пребыванием людей. На основе анализа пожарного риска проведен аудит объектов транспортно-логистического узла и обоснованы технические решения по применению BIM-моделирования.
Ключевые слова: системы оповещения, BIM-моделирование, транспорт, управление эвакуацией людей, объекты с массовым пребыванием людей, пожар, пожарные риски.
УДК 620. 9
Введение
Оперативность и качество решения задач, связанных с защитой объектов транспортной инфраструктуры от пожара, базируются на основе применения автоматизированных систем управления. Наиболее актуальным становится решение указанных задач в условиях крупных чрезвычайных ситуаций.
При возникновении чрезвычайных ситуаций на объектах транспорта организация своевременной эвакуации людей становится весьма проблематичной. В настоящее время в крупных городах и населенных пунктах идет активное строительство различных по масштабу и назначению зданий и сооружений. Многие из них относятся к категории объектов с массовым пребыванием людей (МПЛ).
Абсолютное большинство таких объектов являются многоэтажными и имеют сложные объемно -планировочные и конструктивные решения, выполненные с применением типовых и уникальных строительных конструкций из строительных материалов различных по свойствам пожарной опасности.
Сложность объемно-планировочных решений зданий с массовым пребыванием людей объясняется:
• функциональной спецификой объектов, связанной с высокой концентрацией различной пожарной нагрузки на ограниченных площадях,
• блокировкой части эвакуационных и аварийных выходов на объектах вследствие воздействия на них опасных факторов пожара с критичными для жизни и здоровья людей параметрами,
• неэффективными, с точки зрения своевременной эвакуации, действиями людей различных возрастных групп и категорий мобильности, постоянно или временно находящихся на объектах.
Анализ статистических данных о пожарах на объектах с массовым пребыванием людей за последние 5 лет позволяет утверждать, что среднее количество погибших на таких пожарах ежегодно уменьшается. При этом соотношение суммарного числа погибших к числу пожаров на таких объектах является относительно неизменным.
В ходе проведенных исследований выявлено, что одной из основных причин такой ситуации является невысокая эффективность целевого применения автоматизированных систем оповещения и управления эвакуацией людей при пожаре (СОУЭ). Также к причинам гибели людей при возникновении пожаров на таких объектах можно отнести и отдельные отклонения технических и функциональных параметров современных СОУЭ от требований нормативных документов.
Своды правил по пожарной безопасности определяют в качестве основной задачи для СОУЭ объектов с МЛП своевременное оповещение людей о пожаре или других чрезвычайных ситуациях, а также информирование о путях безопасной и максимально оперативной эвакуации с целью минимизации или предотвращения ущерба их жизни и здоровью.
Предупреждение людей о возникновении на объекте защиты пожара или другой чрезвычайной ситуации осуществляется посредством звуковых и/или световых сигналов или трансляции речевой информации о необходимости эвакуироваться указании путях эвакуации.
Управление эвакуацией людей посредством СОУЭ осуществляется передачей специально разработанных сообщений, направленных на исключение паники и других, усложняющих процесс эвакуации, явлений.
Несмотря на широкую номенклатуру современных СОУЭ и их разнообразные функциональные возможности, не всегда удается обеспечить их высокоэффективную работу в условиях чрезвычайных ситуаций на сложных объектах с МПЛ.
Снижение пожарного риска, уменьшение количества жертв и материального ущерба требует поиска новых высокотехнологичных решений и подходов. Обязательному учету должны подлежать следующие особенности подобных объектов:
1. Здания с МПЛ (терминалы, торгово-развлекательные комплексы и т.п.) на территориях транспортной инфраструктуры занимают огромные площади, в них одновременно могут находиться десятки тысяч человек.
2. Конструктивные и объемно-планировочные решения зданий основаны на использовании строительных конструкций с невысокой огнестойкостью (металлические несущие и ограждающие конструкции, конструкции с использованием полимерных материалов и т.п.).
3. В зданиях с МПЛ могут находиться люди разного возраста: от малолетних детей с родителями до пожилых; возможно присутствие людей с ОВЗ. Возраст, физическое и психологическое состояние определяют не только скорость индивидуального и группового перемещения в случае эвакуации, но и особенности поведения людей в стрессовой ситуации.
4. Помещения в подобных зданиях различаются по функциональному назначению и пожарной опасности.
5. В зданиях терминала транспортно-логистического узла имеются торговые площади и большое количество складских помещений.
6. При больших площадях торговых помещений зоны прямой видимости для находящихся в них людей ограничены стеллажами с товарами и секционными перегородками.
7. В зданиях с МПЛ психологическое и эмоциональное состояние отдельных групп людей может существенно различаться в зависимости от места их пребывания.
Указанные особенности являются основанием разделения подобных зданий на зоны оповещения для организации эффективной эвакуации людей.
Необходимое количество зон оповещения должно формироваться с учетом масштабов и опасности развития чрезвычайной ситуации и индивидуальных особенностей объекта. СОУЭ сложных объектов с МПЛ должны обладать собственными интеллектуальными возможностями как на уровне центрального управления всей системой, так и на уровне отдельных датчиков, пожарных извещателей и другого оконечного оборудования, объединенных между собой в единую интеллектуальную самоорганизующуюся сенсорную сеть.
Объекты и методы исследований
В ходе проведенных исследований установлено, что первым шагом в реализации интеллектуальных СОУЭ нового поколения, обеспечивающих максимально полный учет особенностей функционирования сложных и масштабных объектов с МПЛ, должна стать разработка цифровых моделей (цифровых двойников), сопровождающих эксплуатацию каждого объекта защиты на всех стадиях его жизненного цикла (ЖЦ).
В основу разработки и использования таких моделей может быть положена BIM-технология (Building Information Modelling - информационное моделирование зданий), представляющая собой современную методологию создания и использования единой, структурированной и взаимосвязанной информационной модели (BIM-модели) объектов защиты, процессов их ЖЦ, включая различные чрезвычайные ситуации (ЧС).
Структурная схема перспективной интеллектуальной СОУЭ объектов с массовым пребыванием людей на основе использования BIM-модели приведена на рис. 1.
В составе указанной системы можно выделить следующие основные компоненты:
• центральная подсистема управления мониторингом пожарной безопасности объекта, оповещением и эвакуацией людей;
• подсистема формирования, модификации и управления BIM-моделью объекта с МПЛ;
• подсистема контроля трафика посетителей объекта с МПЛ;
• подсистема мониторинга температурного режима электроустановок объекта;
• подсистема контроля безопасности большепролетных строительных конструкций;
• подсистема динамического формирования зон оповещения;
• подсистема автоматического контроля и управления аппаратными средствами пожарной сигнализации, оповещения, управления эвакуацией, дымоудаления и пожаротушения объекта;
• аппаратные средства динамических зон оповещения 1- N.
Все перечисленные подсистемы, входящие в структурный состав предлагаемой СОУЭ, позволяют максимально эффективно реализовывать планы эвакуации с учетом любых конструктивных и объемно-планировочных особенностей объектов с МПЛ, соответствуют и удовлетворяют требованиям основных нормативных документов.
Ключевые нормативные документы: Федеральный закон от 22.07.2008 № 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности», ГОСТ Р 53325-2012 «Техника пожарная. Технические средства пожарной автоматики. Общие технические требования и методы испытаний», Свод правил СП.3.131.30.2009 «Системы противопожарной защиты. Системы оповещения и управления эвакуацией людей при пожаре. Требования пожарной безопасности».
Рис. 1. Структурная схема перспективной интеллектуальной СОУЭ объектов с массовым пребыванием людей на основе использования BIM-модели
Подсистемы, входящие в структурный состав предлагаемой СОУЭ, позволяют максимально эффективно реали-зовывать планы эвакуации с учетом любых конструктивных и объемно-планировочных особенностей объектов с МПЛ, соответствуют требованиям основных нормативных документов, в том числе: Федеральный закон от 22.07.2008 № 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности», ГОСТ Р 53325-2012 «Техника пожарная. Технические средства пожарной автоматики. Общие технические требования и методы испытаний», Свод правил СП.3.131.30.2009 «Системы противопожарной защиты. Системы оповещения и управления эвакуацией людей при пожаре. Требования пожарной безопасности».
Результаты исследования
Для экспериментальной проверки функциональных возможностей и эффективности применения основных компонентов предложенной СОУЭ было проведено моделирование процесса эвакуации посетителей терминала транспортно-логистического узла.
Для определения расчетного времени эвакуации принята модель индивидуально-поточного движения людей
[3].
Моделирование и определение параметров процесса эвакуации людей из терминала транспортно-логистического узла при возникновении пожара осуществлялось с учетом следующих факторов:
• максимальная пожарная нагрузка в помещении;
• максимальная протяженность эвакуационного пути;
• максимальное количество людей в помещении;
• блокирование очагом пожара одного из выходов из помещения.
Исходя из требований анализа максимально сложной обстановки для моделирования была предложена следующая чрезвычайная ситуация.
Очаг пожара находится в зале кафе на первом этаже терминала. В результате возникновения пожара блокируется один из эвакуационных выходов, ведущий из помещения зала кафе в эвакуационный путь.
Выбор сценария пожара обусловлен максимальным количеством людей в помещении очага пожара на этаже здания, а также расположением помещения очага пожара в непосредственной близости от эвакуационного выхода, ведущего в эвакуационный коридор.
Опасные факторы пожара (ОФП) распространяются из помещения очага пожара в помещения этажа пожара и блокируют процесс эвакуации из помещений объекта. Время моделирования пожара составляет 400 сек.
Расчет времени эвакуации из терминала проводится в соответствии с положениями приложения №3 к п. 10 Методики [3], и в соответствии со ст. 89 Технического регламента [1] от момента начала эвакуации. Расчет и моделирование осуществлялось при помощи программного комплекса «Pathfinder 2017.2.0301». Размеры путей эвакуации принимались по поэтажным планам разработанной BIM-модели здания.
На рисунке 2 представлены расчетные схемы эвакуации людей для рассматриваемого варианта пожара. Результаты расчетов приведены в таблице 1.
Расчетные значения параметров эвакуации:
• время выхода (с): Мин.-2,4; Макс.-344,1; Сред.-163,4; Станд. откл.-89,7;
• длина пути (м): Мин.-3,0; Макс.-190,8; Сред.-94,5; Станд. откл.-32,9.
Общее время эвакуации людей из помещений терминала составляет 344,1 сек. (5,73 мин.), в расчетной точке «А» - 61,7 сек. (1,03 мин.), что не превышает допустимое значение времени эвакуации из здания в 6 мин. Следовательно, время существования скоплений людей не превышает 6 мин.
Определение необходимого времени эвакуации осуществлялось с помощью программы «PyroSim» на основе использования полевого метода моделирования пожара.
Рис. 2. Эвакуация людей из помещений
При моделировании принимались следующие допущения:
1. Теплоемкость, газовая постоянная, коэффициент полноты горения, коэффициент теплопотерь и дымообразующая способность на начальной стадии пожара принимаются постоянными.
2. При расчете времени блокирования эвакуационных путей за пределами помещения пожара, определяющим принимается наступление опасного фактора пожара по потере видимости, содержанию токсичных продуктов горения, снижению концентрации кислорода; повышенной температуре и тепловому потоку.
3. Коэффициент теплопотерь ф для случая пожара на различных отметках рассчитывается исходя из условий теплообмена в помещениях для конкретного сценария развития пожара.
4. Расчеты производятся по типовой пожарной нагрузке в зависимости от особенностей назначений помещений.
Геометрические характеристики помещений принимались в соответствии с представленной BIM-моделью терминала.
Расчет значений критической продолжительности пожара (4р) проводился по условию достижения каждым из опасных факторов пожара (ОФП) предельно допустимых значений в рабочей зоне:
• по повышенной температуре;
• по потере видимости («задымление»);
• по пониженному содержанию кислорода;
• по каждому из газообразных токсичных продуктов горения;
• по тепловому потоку.
Предельно допустимые значения ОФП приведены в таблице 1.
Таблица 1. Предельно допустимые значения ОФП
Название T, 02, со2, со, ись, Тепловой поток,
ОФП °С кг/м3 кг/м3 кг/м3 кг/м3 Вт/м2
Значение 70 0,226 0,11 0,00116 0,000023 1400
Предельно допустимое значение по видимости для расчетной точки «А» составляет 20 м. Размеры ячеек расчетной сетки составляют: по оси Х - 0,56 м.; по оси Y - 0,56 м.; по оси Z - 0,56 м. BIM-моделирование очага пожара приведено на рис. 3.
ш ой ,»<«-*« Г.ВвГДНАО-«'«
Рис. 3. Моделирование очага пожара
Результата: моделирования достижения ОФП предельно-допустимых значений в расчетной точке «А» приведены на рисунке 4.
Рис. 4. По предельной концентрации кислорода
Для помещения с очагом пожара согласно [3] время от момента обнаружения пожара до начала процесса эвакуации людей принималось равным 1,5 мин.
Таблица 2. Расчет времени эвакуации
Расчетное время эвакуации сек/мин Время начала эвакуации 1нэ, сек/мин * сек/мин 0,8%л сек/мин * Время существ. скопления, сек/мин Условие tр+tнэ< 0,8%л и и<6 мин. при котором Рэ=0,999
61,7/1,03 90/1,5 151,7/2,53 169,6/2,82 << 6 мин Выполняется
Анализ результатов расчетов показал: для принятых объемно-планировочных решений интервал времени от момента обнаружения пожара до завершения процесса эвакуации людей на улицу не превышает необходимого времени эвакуации людей.
Условие безопасной эвакуации людей (в соответствии со ст. 53 п. 3 [1]) из терминала транспортно-логистического узла выполняется.
Таким образом, можно сделать вывод о возможности своевременной эвакуации людей из помещений исследуемого здания при заданном сценарии возникновения и развития пожара при условии выполнения дополнительных организационных мероприятий, а также требований пожарной безопасности, установленных техническими регламентами, принятыми в соответствии с Федеральным законом «О техническом регулировании».
Полученные результаты расчетов и выводы, справедливы только для принятых исходных данных и должны быть пересмотрены при их изменении (перепланировке, изменении функционального назначения помещений, изменение количества сотрудников, персонала и посетителей и т.п.).
Заключение
Применение на современных объектах с массовым пребыванием людей СОУЭ на основе В1М-моделирования и с предлагаемыми структурными и функциональными особенностями должно способствовать значительному по-
вышению эффективности принятия управленческих решений по организации безопасной эвакуации людей и спасению материальных средств.
Список литературы
1. Федеральный закон от 22.06.2008 №123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» (с изм. и доп.).
2. Постановление Правительства Российской Федерации от 31 марта 2009 г. № 272 «О порядке проведения расчетов по оценке пожарного риска.
3. Приказ МЧС России № 382 от 30 июня 2009 г. «Об утверждении методики определения расчетных величин пожарного риска в зданиях, сооружениях и строениях различных классов функциональной пожарной опасности» (в ред. Приказа МЧС России № 632 от 02.12.2015).
4. PyroSim и Pathfinder Руководство пользователя.
5. ГОСТ 12.1.004-91* Система стандартов безопасности труда (ССБТ). Пожарная безопасность. Общие требования (с изменением № 1).
6. ГОСТ 12.1.033-81* Система стандартов безопасности труда (ССБТ). Пожарная опасность. Термины и определения (с изменением № 1).
7. Свод правил СП 1.13130.2009* «Системы противопожарной защиты. Эвакуационные пути и выходы».
8. Свод правил СП 2.13130.2012 «Системы противопожарной защиты. Обеспечение огнестойкости объектов защиты».
9. Свод правил СП 3.13130.2009 «Системы противопожарной защиты. Система оповещения и управления эвакуацией людей при пожаре».
10. Свод правил СП 4.13130.2013 «Системы противопожарной защиты. Ограничение распространения пожара на объектах защиты. Требования к объемно-планировочным и конструктивным решениям».
11. Свод правил СП 5.13130.2009 «Системы противопожарной защиты. Установки пожарной сигнализации и пожаротушения автоматические. Нормы и правила проектирования».
12. Свод правил СП 6.13130.2009 «Системы противопожарной защиты. Электрооборудование».
13. Свод правил СП 7.13130.2013 «Отопление, вентиляция и кондиционирование».
14. СИТИС 4-09: Методические рекомендации по использованию программы FDS с применением программ PyroSim и Flamer.
15.Актерский Ю.Е., Шидловский Г.Л., Власова Т.В. Здания, сооружения и их устойчивость при пожаре: Ч. 2. Строительные конструкции, здания, сооружения и их поведение в условиях пожара [Текст]: учебник. СПб: Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России, 2019. - 293с.
16. Талапов В.В. «Технология BIM: суть и особенности внедрения информационного моделирования зданий». М., 2015.
17. Eastman C., Teicholz P., SacksR., Liston K. BIM Handbook. Second edition. NJ: Wiley, 2011. 626 с.
