CC BY
22ЕСТЕСТВЕННЫЕ И ГУМАНИТАРНЫЕ НАУКИ
Шаптала В.Г., д-р. техн. наук, профессор, Шульженко В.Н., канд. техн. наук, профессор, Радоуцкий В.Ю., канд. техн. наук, доцент, Шаптала В.В., канд. техн. наук, доцент, Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ
Исследованы температурные зависимости удельной электропроводности токопроводящих композиционных материалов на основе различных марок графита. Определена зависимость величины энергии активации проводимости от концентрации графита. Установлено, что введение полимерных добавок изменяет величину энергии активации проводимости в гетерогенной системе цемент-графит.
Пожарная опасность зданий вузов заключается в возможности возникновения и развития пожара в результате образования и воспламенения пожаровзрывоопасных сред в его помещениях, хранилищах и технологическом оборудовании и обуславливается свойствами и количеством в них горючих веществ [1]. При возникновении пожара возникает угроза здоровью и жизни студентов, преподавателей и сотрудников, связанная с воздействием опасных факторов пожара (ОФП). Предельные величины опасных факторов пожара приведены в таблице.
Таблица
Предельные величины опасных факторов пожара (ОФП)
№ п/п ОФП Предельная величина
1 Обрушение конструкций Недопустимо
2 Температура, 0С 70
3 Тепловое излучение, Вт/м2 500
4 Содержание СО в воздухе, % об 0,1
5 Содержание СО2 в воздухе, % об 6,0
6 Содержание кислорода, % об Не менее 17,0
7 Потеря видимости на пожаре, раз. 2,4
Для обеспечения пожарной безопасности людей необходимо осуществление комплекса защитных мероприятий. В качестве основного критерия выбора мероприятий по снижению степени риска поражения людей может служить экономический показатель, определяющий стоимость реализации мероприятия по снижению степени риска поражения людей, отнесенную к одному человеку, поражение которого предотвращено (к одному спасенному) за счет проведения данного мероприятия.
Пожары имеют различную природу происхождения, механизм и специфику воздействия на человека и оборудование. В связи с этим необходимо проведение идентификации характерных (специфических) опасностей на рассматриваемом объекте, прежде всего по физическому принципу. Для прогнозирования пожарной безопасности объектов используют упрощенные детерминированные и вероятностные методы. Среди наиболее широко применяемых за рубежом детерминированных методов оценки фактического уровня пожарной опасности является метод Гретенета [2].
Данный метод позволяет:
- оценить потенциальную опасность возникновения пожара;
- оценить реальную пожароопасность помещения;
- определить мероприятия, необходимые для обеспечения пожарной безопасности объекта;
- определить требования к огнестойкости строительных конструкций;
- определить пригодность помещения для использования по новому назначению;
- определить тарифы по новому страхованию.
Основными показателями пожароопасности здания
(«объекта») являются численные значения параметров П (пожароопасность) и У (уровень пожароопасности), которые р ассчитыв аются по следующим ур авнениям:
П
= Р ■ А/З = О /З,
п '
у= П/ПД,
(1) (2)
где П - пожароопасность объекта; У - уровень пожароопасности; Р - потенциальная опасность, учитывающая
Вестник БГТУ им. В. Г. Шухова 2008, № 4
влияние всех основных факторов, способствующих возникновению и развитию пожара; А - фактор активации, отражающий вероятность возникновения пожара, связанную с видом использования объекта; Оп= Р • А - угроза возникновения пожара; З - фактор пожарозащи-ты, учитывающий влияние имеющихся на объекте по-жарозащитных средств и систем; Пд - допустимое значение пожароопасности, величина которого учитывает угр озу для людей.
Если р ассчитанное значение П не превышает Пд и, соответственно, У < 1, то объект считается достаточно защищенным. В противном случае, т.е. при У > 1, объект имеет повышенную пожароопасность.
Потенциальная опасность Р рассчитывается как произведение следующих факторов:
Р — ц ■ С ■ г ■ К ■ I ■ е ■}
(3)
где д - фактор подвижной пожарной нагрузки; С - фактор горючести; г - фактор дымообразования; К - фактор токсичности; I - фактор неподвижной пожарной нагрузки; е - фактор этажности или высоты помещения; g - фактор размеров и формы площади объекта.
Значения факторов рассчитываются или берутся из таблиц [2].
Пожарозащита З рассчитывается как произведение факторов, отражающих наличие имеющихся на объекте защитных средств и мероприятий:
З = N ■ £ ■ ^ ,
(4)
где N - показатель, хар актеризующий норм ативные мероприятия, рассчитывается как произведение факторов, отражающих выполнение мероприятий, предусмотренных действующими нормативами по пожаровзрывоза-щите; ^ - показатель, характеризующий специальные мероприятия, рассчитывается как произведение факторов, отражающих наличие специальных мероприятий по обнаружению пожара и борьбы с ним; Г - показатель строительных защитных мероприятий, рассчитывается как произведение факторов, отражающих огнестойкость строительных конструкций помещения.
Пд - допустимое значение пожароопасности, рассчитывается как произведение:
П = 1,3 К
(5)
где 1,3 - численное значение «нормальной» пожароопасности; Кл - поправочный коэффициент, учитывающие повышенную угрозу для людей в сооружениях массового посещения (школы, вузы, культурные центры), а также здания с затрудненными условиями эвакуации людей.
Согласно данной методике конечные показатели пожарной опасности заносятся в специальный бланк.
Такие бланки должны быть составлены для всех учебных и вспомогательных зданий вуза. В бланки заносятся также мероприятия по повышению пожарной безопасности зданий и помещений.
Наряду с расчетом пожароопасности зданий и по-
мещений вуза по методу Гретенера, целесообразно также оценить состояние их пожарной защиты вероятностным методом [3].
Одним из основных положений вероятностного метода моделирования чрезвычайных ситуаций является эмпирическая зависимость вероятности наступления последствий ЧС от времени:
Р(/) = 1 - ехр(—Х/),
(6)
где X - пар аметр, устанавлив аемый опытным путем; г -время действия ЧС.
Возникновение пожара можно представить как случайное событие, противопожарной совмещению следующих событий:
- своевременное обнаружение пожара средствами противопожарной сигнализации;
- своевременное включение средств и систем пожаротушения;
- безотказная работа средств и систем тушения пожара.
При несвоевременном обнаружении возгораня и недостаточно эффективной работе средств пожаротушения происходит развитие пожара.
Возникновение и развитие пожара, как правило, является следствием отсутствия или низкой эффективности профилактических организационно-технических мероприятий, которые должны проводиться на объекте.
Учет перечисленных выше факторов приводит к следующему соотношению для вероятности пожара:
Р = 1 — рЛ1 (1 — роп ■ рзпт ■ -ррпг) Ррп(1 — рпм ) , (7)
где Рсоп - вероятность безотказного включения и работы средств обнаружения пожара и передачи информации о нем:
рсоп = 1 ехР( /нсо / Ткро ) ,
(8)
где Гнсо - среднее время наработки на отказ системы обнаружения, передачи информации о пожаре (г = 1-30 тыс. час); Т - период контроля работоспособности системы обнаружения и передачи информации (Т = 100-5000 час).
* кро '
Величина Р - вероятность своевременного вклю-
впт А А
(9)
чения средств пожаротушения:
Ртл — 1 — ехр(—/ял / Тр),
где Гзпт - время запаздывания включения средств пожаротушения (время, необходимое для обнаружения пожара, передачи информации о пожаре, прибытия к месту пожара и развёртывания пожарной команды); Т^ -среднее время включения средств пожаротушения с учётом инерционности средств обнаружения и передачи информации (ручной огнетушитель Т^ = 1-2 мин, АУП Тр = 2-3 мин, пожарная команда Т^ = 5-30 мин).
Величина Р - вероятность безотказной работы
рпт
оборудования и систем пожаротушения в течении всего необходимого времени:
Рр1тт 1 ехр( ^нпт / Ткрп) ,
(10)
где г - среднее время наработки на отказ для оборудования и средств пожаротушения; Т - период контроля работоспособности оборудования и систем пожаротушения.
Величина Рш - вероятность развития пожара на объекте, определяемая по формуле:
Рпт = 1 - еХР(-?р т / Тб!) ,
(11)
где Трп - среднее время развития пожара, определяется на основе статистических данных (для образовательных учреждений Т = 15-60 мин).
Величина Рэпм - вероятность получения ожидаемого эффекта от организационно-технических мероприятий по предотвращению возникновения и развития пожара в случае его возникновения. Для ее определения применяется эмпирическая формула:
Рм = 1 - ехр(-5М 5/(1 + М5)),
(12)
где М - относительная доля фактически выполненных мероприятий на объекте:
п т
М = ХМ! / XМ!, (13)
1=1 1=1
где т и п - общее количество необходимых и количество
фактически выполненных на объекте мероприятий; М. - экспертная балльная оценка степени результативности 1-го мероприятия (1 < М.< 10).
Формула (12) аппроксимирует опытные данные по результативности профилактических мероприятий. Согласно ей даже при выполнении всех основных организационно-технических мероприятий (М= 1) вероятность ожидаемой эффективности профилактических мероприятий в среднем не превышает 0,92 из-за непредвиденных обстоятельств и человеческого фактора.
Рассмотренные выше методы математического моделирования могут служить основой для разработки системы поддержки управленческих решений в области пожарной безопасности учебных заведений.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Радоуцкий, В.Ю. Комплексная безопасность высших учебных заведений: Монография/ В.Ю. Радоуцкий, В.Г. Шап-тала, В.Н. Шульженко, В.С. Добровольский, А.Н. Овечкин.
- С.-Пб.: Инфо-да, 2008. - 120с.
2. Осипова, М.Н. Методическое пособие по оценке пожароопасности помещений различного назначения методом Гренера /М.Н. Осипова. - М.: НОУ «Такир», 1998.
- 68с.
3. Комплексная безопасность России - исследования, управление, опыт. Международный симпозиум. Сб. материалов.
- М.: 2002. - 398с.
