CC BY
14
МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ЭВАКУАЦИИ ЛЮДЕЙ ПРИ ПОЖАРЕ ОБЪЕКТА ЗАЩИТЫ С МАССОВЫМ ПРЕБЫВАНИЕМ ЛЮДЕЙ Незамаев И.В.1, Сажин И.С.2, Калгатов С.С.3, Душнюк Д.Н.4 Email: [email protected]
1Незамаев Иван Владимирович - магистрант; 2Сажин Иван Сергеевич - магистрант; 3Калгатов Сергей Сергеевич - магистрант; 4Душнюк Данила Николаевич - магистрант, кафедра пожарной безопасности зданий и автоматизированных систем пожаротушения, Санкт-Петербургский университет Государственной противопожарной службы
МЧС России, г. Санкт-Петербург
Аннотация: представлены результаты исследования систем оповещения и управления эвакуацией людей при пожаре на основе BIM-моделирования. 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, позволяющие повысить уровень защищенности на рассматриваемом объекте.
Ключевые слова: транспорт, системы оповещения, управление эвакуацией людей, BIM-моделирование, объекты с массовым пребыванием людей, пожар, пожарный риск.
MODELING AND DETERMINATION OF THE PARAMETERS OF THE EVACUATION PROCESS OF HUMAN BEINGS IN THE FIRE OF THE PROTECTED OBJECT WITH MASS STAY OF PEOPLE Nezamaev I.V.1, Sazhin I.S.2, Kalgatov S.S.3, Dushnyuk D.N.4
1Nezamaev Ivan Vladimirovich - Master's degree Student;
2Sazhin Ivan Sergeevich - Master's degree Student; 3Kalgatov Sergey Sergeevich - Master's degree Student; 4Dushnyuk Danila Nikolaevich - Master's degree Student, DEPARTMENT OF FIRE SAFETY OF BUILDINGS AND AUTOMATED FIRE EXTINGUISHING
SYSTEM,
SAINT-PETERSBURG UNIVERSITY OF STATE FIRE SERVICE OF EMERCOM OF RUSSIA,
SAINT-PETERSBURG
Abstract: the results of the study of warning and evacuation systems in case offire based on BIM modeling are presented. The results of the study revealed the problems of modeling warning systems and evacuation management in case of a fire at an object with a massive presence of people. Based on the analysis of fire risk, an audit of the objects of the transport and logistics hub was carried out and technical solutions for the use of BIM - modeling were substantiated, which would increase the level of security at the facility under consideration.
Keywords: transport, warning systems, evacuation management, BIM - modeling, objects with mass presence of people, fire, fire risk.
УДК 699.81
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.
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).
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 осложняющих обстановку 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», реализующего изложенную выше методику. Размеры путей эвакуации принимались по поэтажным планам разработанной BIM-модели здания.
На Рис. 1 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. 1. Эвакуация людей из помещения
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 ВГМ-моделью терминала.
Расчет значений критической продолжительности пожара ^кр) 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.
Исходные данные для расчета времени блокирования эвакуационных путей, согласно приложения № 1 [14] приведены в таблице 3. Время моделирования пожара составляет 400 сек.
Предельно допустимые значения ОФП приведены в таблице 1.
Таблица 1. Предельно допустимые значения ОФП
Назван ие ОФП T, O2, CO2, CO, HCL, Тепловой поток
°С кг/м3 кг/м3 кг/м3 кг/м3 Вт/м2
Значени е 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. 2.
М i и Л - №.. Éat ¡>m w
в »у »ti jmi.n « mu» о-«ч_
S¡~" 18ИШДИ' * fUt ♦ г * + »
'П!, -с-.; :: "íF№ - 'rg
1-й
Рис. 2. Моделирование очага пожара
Результаты моделирования достижения ОФП предельно-допустимых значений в расчетной точке «А» приведены на рисунке 3.
щ
1НИлЯМ ин ИВ н ни
Рис. 3. 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. Анализ результатов
Расчетно е время эвакуаци и tр, сек/мин Время начала эвакуаци и ^ сек/мин * сек/мин 0,8*кл сек/мин * Время существ. скоплени я, сек/мин Условие tр+tнэ< 0,8Пбл 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, указанных в таблице 2, 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.
Условие безопасной эвакуации людей (в соответствии со ст. 53 п. 3 [1]) из терминала транспортно-логистического узла выполняется.
Таким образом, учитывая реализованные в терминале транспортно-логистического узла 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».
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 2.13130.2012 «Системы противопожарной защиты. Обеспечение огнестойкости объектов защиты».
7. Свод правил СП 3.13130.2009 «Системы противопожарной защиты. Система оповещения и управления эвакуацией людей при пожаре».
8. Свод правил СП 7.13130.2013 «Отопление, вентиляция и кондиционирование».
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.
12. Eastman C., Teicholz P., Sacks R., Liston K. BIM Handbook. Second edition. NJ: Wiley, 2011. 626 с.
