CC BY
28
МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭВАКУАЦИИ ЛЮДЕЙ ПРИ ПОЖАРЕ В ЗДАНИИ С МАССОВЫМ ПРЕБЫВАНИЕМ ЛЮДЕЙ Кантемиров А.Ю.1, Сажин И.С.2, Калгатов С.С.3, Душнюк Д.Н.4, Омурбаева Т.О.5
1Кантемиров Али Юсуфович - магистрант;
2Сажин Иван Сергеевич - магистрант; 3Калгатов Сергей Сергеевич - магистрант; 4Душнюк Данила Николаевич - магистрант; 5Омурбаева Татьяна Олеговна - 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 ходе проведенных исследований установлено, что одной из основных причин такой ситуации является невысокая эффективность целевого применения автоматизированных систем оповещения и управления эвакуацией людей при пожаре (СОУЭ), смонтированных и используемых на большинстве отечественных объектах гражданского назначения с массовым пребыванием людей. Ключевые слова: интеллектуальная система оповещения и управление эвакуацией людей, объект с массовым пребыванием людей, цифровая модель, чрезвычайная ситуация, пожар.
MODELING THE EVACUATION OF HUMANITIES IN A FIRE IN A BUILDING WITH A MASSIVE PERSONNEL Kantemirov A.Yu.1, Sazhin I.S.2, Kalgatov S.S.3, Dushnyuk D.N.4, Omurbaeva
T.O.5
1Kantemirov Ali Yusufovich - Master's Student;
2Sazhin Ivan Sergeevich - Master's Student; 3Kalgatov Sergey Sergeevich - Master's Student; 4Dushnyuk Danila Nikolaevich - Master's Student; 5Omurbaeva Tatyana Olegovna - Master's Student, DEPARTMENT OF FIRE SAFETY OF BUILDINGS AND AUTOMATED FIRE EXTINGUISHING SYSTEMS,
SAINT PETERSBURG UNIVERSITY OF THE STATE FIRE SERVICE MINISTRY OF THE RUSSIAN FEDERATION FOR CIVIL DEFENSE, EMERGENCIES AND ELIMINATION OF THE CONSEQUENCES OF
NATURAL DISASTERS, ST. PETERSBURG
Abstract: in the course of the studies carried out, it was found that one of the main reasons for this situation is the low efficiency of the targeted use of automated warning and evacuation systems in case of fire (SOUE), mounted and used at most domestic civilian facilities with a mass presence of people.
Modern and promising SOUE of complex objects with MPL should have their own intellectual capabilities both at the level of central control of the entire system, and at the level of individual sensors, fire detectors and other terminal equipment, united among themselves into a single intelligent self-organizing sensor network. Keywords: intelligent warning system and evacuation control, object with mass presence of people, digital model, emergency, fire.
УДК 699.88
Оперативность и качество решения комплексов задач управления, реализующих, как обеспечение защищенности объектов транспортной инфраструктуры от пожара, базируется на основе применения автоматизированных систем управления. Особенно актуальными становится решение указанных задач в условиях крупных чрезвычайных ситуаций.
В случае возникновения чрезвычайных ситуаций на таких объектах, организация своевременной эвакуации людей становится чрезвычайно проблематичной. В настоящее время в крупных городах и населенных пунктах ведется 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 в своей основе сложные комбинированные объемно-планировочные и конструктивные решения, реализованные с использованием типовых и уникальных строительных конструкций из строительных материалов с различными свойствами пожарной опасности.
Этот факт 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 и соответствующие пути эвакуации опасных факторов пожара с критичными для жизни и здоровья людей параметрами, а также неэффективными, с точки зрения своевременной эвакуации, действиями людей различных возрастных групп и категорий мобильности, постоянно или временно находящихся на объектах.
Анализ известных статистических данных за последние 5 лет о пожарах на объектах с массовым пребыванием людей позволяет утверждать, что среднее количество погибших на таких пожарах ежегодно уменьшается, но соотношение суммарного числа погибших к числу пожаров на таких объектах является относительно неизменным (рис. 1).
х 0,25
3 ю
2013 2014 2015 2016 2017 2018 Годы
Рис. 1. Отношение числа погибших к числу пожаров
Рис. 1. Отношение числа погибших к числу пожаров
В ходе проведенных исследований установлено, что одной из основных причин такой ситуации является невысокая эффективность целевого применения автоматизированных систем оповещения и управления эвакуацией людей при пожаре (СОУЭ), смонтированных и используемых на большинстве отечественных объектах различного назначения с массовым пребыванием людей. 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 [5].
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 передачей в помещения звуковых и/или световых сигналов, трансляцией с помощью звуковых оповещателей речевой информации о необходимости эвакуироваться, о действиях, направленных на обеспечение общей безопасности и путях эвакуации. Процесс управления эвакуацией людей посредством СОУЭ осуществляется передачей специально разработанных сообщений, направленных на исключение паники и других, усложняющих процесс эвакуации, явлений, трансляцией текстовых указаний о необходимом направлении движения к эвакуационным выходам, дистанционным открыванием дверей дополнительных эвакуационных выходов и включением специальных световых указателей направления движения по путям эвакуации [7].
Несмотря на широкую номенклатуру современных СОУЭ и их разнообразные функциональные возможности, обеспечить их высокоэффективную работу в условиях чрезвычайных ситуаций на сложных объектах с МПЛ не всегда удается.
Эффективное решение проблемы снижения пожарного риска, количества человеческих жертв и материального ущерба требует поиска новых высокотехнологичных решений и подходов, обеспечивающих защиту посетителей объектов с массовым пребыванием людей в полуавтоматическом и автоматическом режимах с оперативным учетом динамики распространения опасных факторов пожара (ОФП) и меняющихся параметров объектов защиты [6].
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) [6].
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) [11].
Для экспериментальной проверки функциональных возможностей и эффективности применения основных компонентов предложенной СОУЭ было проведено моделирование процесса эвакуации посетителей объектов с МПЛ [9].
Для определения расчетного времени эвакуации принята модель индивидуально-поточного движения людей [3].
Моделирование и определение параметров процесса эвакуации людей из объектов с МПЛ при возникновении пожара осуществлялось с учетом следующих осложняющих обстановку факторов [2] :
1. максимальная пожарная нагрузка в помещении;
2. максимальная протяженность эвакуационного пути;
3. максимальное количество людей в помещении;
4. блокирование очагом пожара одного из выходов из помещения.
При моделировании принимались следующие допущения:
1. Теплоемкость, газовая постоянная, коэффициент полноты горения, коэффициент тепло потерь 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.
Расчет значений критической продолжительности пожара Окр) проводился по условию достижения каждым из опасных факторов пожара (ОФП) предельно допустимых значений в рабочей зоне [3]:
1. по повышенной температуре;
2. по потере видимости («задымление»);
3. по пониженному содержанию кислорода;
4. по каждому из газообразных токсичных продуктов горения;
5. по тепловому потоку.
Расчет времени эвакуации из здания 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», реализующего изложенную выше методику. Размеры путей эвакуации принимались по поэтажным планам разработанной BIM-модели здания [4].
BIM-моделирование очага пожара приведено на рис. 2.
Рис. 2. Моделирование очага пожара
Рис. 2. ВМ-моделирование очага пожара
Результаты моделирования достижения ОФП предельно-допустимых значений в расчетной точке «А» приведены на рисунке 3.
■
— 1
Рис. 3. По предельной концентрации кислорода
Рис. 2. Результаты моделирования достижения ОФП предельно-допустимых значений в расчетной точке «А»
Для помещения с очагом пожара согласно [3] время от момента обнаружения пожара до начала процесса эвакуации людей принималось равным 1,5 мин.
Таблица 1. Результаты расчета параметров процесса эвакуации людей из объектов с МПЛ при помощи программного комплекса «Pathfinder 2017.2.0301»
Расчетное время эвакуации 1р, сек/мин Время начала эвакуации tro, сек/мин * tр+ tro, сек/мин 0,8*tai сек/мин * Время существ. скопления, сек/мин Условие tр+tнэ< 0,8*tai и U<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, что для принятых объемно-планировочных решений интервал времени от момента обнаружения пожара до завершения процесса эвакуации людей на улицу не превышает необходимое время эвакуации людей [10].
Условие безопасной эвакуации людей (в соответствии со ст. 53 п. 3 [1]) из здания с массовым пребыванием людей выполняется.
Таким образом, учитывая реализованные в здании с массовым пребыванием людей объемно-планировочные и конструктивные решения, а также развернутые средства предлагаемой СОУЭ, можно сделать вывод о возможности своевременной эвакуации людей из помещений исследуемого здания при заданном сценарии возникновения и развития пожара в соответствии с пунктом 1 части 1 статьи 6 Федерального закона № 123-Ф3 от 22.07.2008 «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности», при условии выполнения дополнительных организационных мероприятий, а также требований пожарной безопасности, установленных техническими регламентами, принятыми в соответствии с Федеральным законом «О техническом регулировании» [1]. Заключение.
Полученные результаты расчетов и выводы, сделанные в ходе проведенных исследований, 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.).
Таким образом, применение на современных объектах с массовым пребыванием людей СОУЭ на основе BIM-моделирования и с предлагаемыми структурными и функциональными особенностями должно способствовать значительному повышению эффективности принятия управленческих решений по организации безопасной эвакуации людей и спасению материальных средств.
Список литературы /References
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. Свод правил СП 1.13130.2009* «Системы противопожарной защиты. Эвакуационные пути и выходы».
6. Свод правил СП 3.13130.2009 «Системы противопожарной защиты. Система оповещения и управления эвакуацией людей при пожаре».
7. Свод правил СП 4.13130.2013 «Системы противопожарной защиты. Ограничение распространения пожара на объектах защиты. Требования к объемно-планировочным и конструктивным решениям».
8. Свод правил СП 6.13130.2009 «Системы противопожарной защиты. Электрооборудование».
9. СИТИС 4-09: Методические рекомендации по использованию программы FDS с применением программ PyroSim и Flamer.
10. 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. 293 с.
11. Талапов В.В. «Технология BIM: суть и особенности внедрения информационного моделирования зданий». М., 2015.
