CC BY
28УДК 614.845.1
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧАСТОТЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ПОЖАРА В ЗДАНИЯХ РАЗЛИЧНЫХ КЛАССОВ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ПЛОЩАДИ ЗДАНИЯ
Алексей Павлович Меркулов; Дмитрий Федорович Кожевини.
Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России, Санкт-Петербург, Россия м Yagmort_KDF@mail.ru
Аннотация. Проанализирован метод определения частоты возникновения пожаров, применяемый в странах Европы и Соединенных Штатов Америки, а также используемый в пособии к методике по расчету пожарного риска на производственных объектах. В основе метода лежит предположение зависимости частоты возникновения пожаров от площади рассматриваемого здания.
Обоснована возможность применения этого метода для зданий различных классов функциональной пожарной опасности. Определены способы нахождения статистических коэффициентов, необходимых для расчета частоты возникновения пожаров. Сформирован и обоснован перечень минимальных исходных данных, необходимых для проведения расчета статистических коэффициентов. Предложено внесение изменения в методику по расчету пожарного риска в зданиях различных классов функциональной пожарной опасности на основе применения предложенного метода.
Ключевые слова: пожарный риск, вероятность возникновения пожара, количество пожаров, нормативно-правовые акты, статистические данные
Для цитирования: Меркулов А.П., Кожевин Д.Ф. Определение частоты возникновения пожара в зданиях различных классов функциональной пожарной опасности в зависимости от площади здания // Науч.-аналит. журн. «Вестник С.-Петерб. ун-та ГПС МЧС России». 2022. № 3. С. 34-41.
DETERMINATION OF THE FREQUENCY OF FIRE IN BUILDINGS OF DIFFERENT CLASSES OF FUNCTIONAL FIRE HAZARD DEPENDING ON THE AREA OF THE BUILDING
Alexey P. Merkulov; Dmitry F. KozhevinH.
Saint-Petersburg university of State fire service of EMERCOM of Russia, Saint-Petersburg, Russia M Yagmort_KDF@mail.ru
Abstract. The method for determining the frequency of fire occurrence, used in Europe and the United States of America, as well as used in the manual for the methodology for calculating fire risk at production facilities, is analyzed. The method is based on the assumption that the frequency of fire occurrence depends on the area of the building under consideration.
The possibility of using this method for buildings of various classes of functional fire hazard is substantiated. Methods for finding the statistical coefficients necessary for calculating the frequency of fires are determined. A list of minimum initial data necessary for the calculation of statistical coefficients has been formed and justified. It is proposed to amend the methodology for calculating the fire risk in buildings of various classes of functional fire hazard based on the application of the proposed method.
Keywords: fire risk, fire probability, number of fires, legal acts, statistical data
© Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России, 2022
34
For citation: Merkulov A.P., Kogevin D.F. Determining the frequency of fire occurrence in buildings of various classes of functional fire hazard depending on the area of the building // Nauch.-analit. jour. «Vestnik S.-Petersb. un-ta of State fire service of EMERCOM of Russia». 2022. № 3. S. 34-41.
Введение
Обеспечение пожарной безопасности объекта защиты в соответствии со ст. 6 Федерального закона от 22 июля 2008 г. № 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» [1] допускается обосновывать расчетом величины пожарного риска. Методология этого расчета сформировалась относительно давно и фактически состоит из трех основных блоков:
- расчет времени блокирования путей эвакуации опасными факторами пожара (ОФП);
- определения расчетного времени эвакуации людей из помещений и зданий;
- определение частоты воздействия ОФП на человека, находящегося в здании.
По первым двум блокам существует ряд программных комплексов, которые с достаточно высокой точностью моделируют образование ОФП и движение людских потоков в зданиях. Третий блок в расчете при своей внешней простоте и логичности имеет достаточно много «подводных камней», связанных с определением вероятностных характеристик, в том числе частоты возникновения пожара.
Целью работы является адаптация метода определения частоты возникновения пожара, применяемая при расчетах пожарного риска в производственных зданиях, для зданий различных классов функциональной пожарной опасности.
Метод определения частоты возникновения пожаров
Частота возникновения пожара является важнейшим параметром при определении величины пожарного риска, используемого в Российской Федерации для обоснования обеспечения пожарной безопасности зданий и сооружений [1]. Авторами была обозначена проблема отсутствия в настоящее время методики определения частоты возникновения пожара [2]. В той же статье предложен и обоснован метод определения частоты возникновения пожара, исходя из статистических данных о пожарах в зданиях различных классов функциональной пожарной опасности. Перспективным авторам видится метод определения частоты возникновения пожаров исходя из площади рассматриваемого здания, аналогично методике [3] и данных зарубежного опыта [4-6]. Но для применения предложенной методики необходима корректировка статистических коэффициентов, учитываемых в ней.
Вероятность возникновения пожара в соответствии с этой методикой определяется по зависимости:
P = a ■ Ab, год1,
где a - отношение числа пожаров в однотипных зданиях ^пожаров) к числу зданий в рассматриваемой группе зданий (Кзд^й) за период Т; b - общее количество пожаров, деленное на максимальную площадь здания, ед./м2; A - площадь, рассматриваемого здания, м2.
При выводе этой формулы был проведен экономический анализ в части страховых выплат при пожарах [7, 8], которые коррелировались с площадью страхуемого здания. Коэффициенты a и b определены из данных статистики о пожарах в зданиях, расположенных в Европе в середине XX в.
Смысл коэффициента а принципиально понятен, он следует из зависимости:
N
а = р = пожаров , год1, (1)
35
где Кпожаров - количество пожаров в однотипных зданиях, ед.; Кзданий - количество зданий в рассматриваемой группе зданий (сооружений) за период, ед.; Т - период, год.
Причем исходные данные для определения коэффициента а возможно определить по статистике о пожарах, ведущейся в каждом территориальном органе МЧС России. В подтверждение этому в статье [2] было определено значение величины частоты пожаров (на один объект), которое, исходя из физического смысла, численно должно быть равно коэффициенту а.
При исследовании возник вопрос, почему полученную фактическую частоту возникновения пожара, определенную по формуле (1) в предлагаемой методике, умножают на площадь объекта в степени Ь? Результат заведомо увеличивается на несколько порядков. Для ответа на заданный вопрос была проанализирована предложенная методика [3, 4] с точки зрения теории вероятности [9] .
Частота возникновения пожара в здании определенного типа, в зависимости от площади, может быть определена по формуле:
с
Р = пожара год-1 (2)
4 т. р
зданий
где 8пожара - общая площадь однотипных зданий, в которых произошел пожар, м2; Рзданий - общая площадь однотипных зданий, м2.
Общую площадь возможно представить через произведение количества объектов на их среднюю площадь, тогда формула (2) будет иметь вид:
„ (".жаро, ■ Спожара средняя ^ __"пожаро, о \-1 /ОЧ
^ Р (Л/ Р ^ Т N Р пожара средняя ? . ( )
т '(" зданий ' р зданий средняя / зданий зданий средняя
Из формулы (3) видно, что коэффициент а численно не равен частоте возникновения пожара (Рг), а отличается в Рзданий средняя раз. В пособии [3] и в зарубежной литературе [4-8] учет значения средней площади указан в примечании, что формула справедлива для объектов площадью более 1 000 м2. Для объективного расчета необходимо указывать фактическую среднюю площадь в рассматриваемой группе зданий.
Из полученной формулы (3) видна физическая суть коэффициента а, но средняя площадь однотипных зданий, в которых произошел пожар (8пожара средняя), находится в первой степени, и физический смысл коэффициента Ь не определён. Показатель степени для каждого типа зданий индивидуальный им является коэффициент Ь.
N
р __пожаров__^6 год1 (4)
4 гг1 лт р пожара средняя ? * V /
зданий зданий средняя
Статистические данные [10-12] подтверждают, что количество пожаров в зданиях, в зависимости от их площади, возрастает не линейно, а по степенной функции. По статистике пожаров [13, 14] для однотипных зданий был проведен анализ зависимости количества пожаров от площади этих зданий. Статистические данные, в обобщенном виде сведенные по группам площадей, приведены в табл. 1.
По данным табл. 1 построены графики (рис. 1 ), и на них указаны линии тренда с коэффициентом корреляции Я2.
36
Таблица 1. Сгруппированные статистические данные о пожарах
Диапазон площадей, м2 Реперное значение площади, м2 Количество пожаров, ед.
<100 100 1
100-200 200 5
200-300 300 8
300-400 400 10
400-500 500 15
500-600 600 18
600-700 700 20
700-800 800 25
800-900 900 40
900-1000 1000 50
а)
б)
в)
г)
Рис. 1. Графики зависимости количества пожаров от площади здания с аппроксимацией
по функциям различного типа: а) степенная функция; б) экспоненциальная; в) линейная; г) логарифмическая
Из данных рис. 1 видно, что из четырех аппроксимационных функций коэффициент корреляции (Я2=0,97) максимален именно у степенной функции. В программе МаШсаё, по данным табл. 1, был определен коэффициент Ь для степенной функции (копия файла МаШсаё приведена на рис. 2).
В иностранных нормативных документах [4, 5] значения коэффициентов определены для различных производственных зданий, те же численные значения коэффициентов а и Ь «перекочевали» без корректировки и в пособие [3].
37
Рис. 2. Вычисление коэффициента Ь для массива данных
Из вышеизложенного следует:
- применение методики расчета частоты возникновения пожара, в зависимости от площади, справедливо не только для производственных зданий, но и для зданий различных классов функциональной пожарной опасности;
- для использования этой методики необходима корректировка коэффициентов а и Ь;
- необходимо разработать метод определения коэффициентов а и Ь, на основе статистических данных.
Основы методики определения коэффициентов а и Ь
С учетом того, что площадь зданий, в которых произошел пожар, является частью (то есть выборкой) всех однотипных зданий, то в соответствии с теорией статистики [15, 16] среднее значение из выборки будет репрезентативно для среднего значения всего массива. То есть в формуле (4) 8„ожара средняя=Рзданий средняя, и вводя в нее коэффициент Ь, формула обретает вид:
N
Р _ пажарж _ ^6-1 год~
5 гг1 лт пожара средняя ? зданий
Необходимость ввода в формулу коэффициента а исчезает, этот коэффициент заменен на принципиально понятное значение частоты возникновения пожара в единичном однотипном здании. Обоснованные данные по этой величине для Санкт-Петербурга приведены в статье [2].
Перечень исходных данных для расчета величины частоты возникновения пожаров приведен в табл. 2.
Из табл. 2 видно, что перечень исходных данных, который необходим для объективного расчета величины частоты возникновения пожаров для зданий различных классов функциональной пожарной опасности, состоит всего из трех пунктов, причем данные первого и второго пунктов перечня заносятся в карточку статучета пожаров в каждом территориальном управлении МЧС России по региону и систематизируются Всероссийским ордена «Знак Почёта» научно-исследовательским институтом противопожарной обороны (ВНИИПО) МЧС России.
38
Таблица 2. Перечень исходных данных для расчета величины частоты возникновения пожаров
№ п/п Наименование показателя Необходимость использования
1 Количество однотипных зданий на заданный период в регионе или стране в целом Для определения значения частоты возникновения пожара в единичном однотипном здании по формуле (1)
2 Количество пожаров в рассматриваемых однотипных зданиях на заданный период в регионе или стране в целом
3 Распределение количества пожаров в рассматриваемых однотипных зданиях по площадям этих зданий на заданный период в регионе или стране в целом После группировки значений по алгоритму, приведенному на рис. 2, определяется коэффициент Ь
Распределение пожаров по площадям зданий на данный момент не регистрируется, что вызывает трудности в определении коэффициента b. Но для большинства объектов разработаны документы предварительного планирования, в которых указана площадь здания, поэтому данную трудность при необходимости возможно преодолеть.
Заключение
Предложенная методика позволяет адаптировать способ определения частоты возникновения пожаров в производственных зданиях [3, 4] для зданий различных классов функциональной пожарной опасности. В статье обосновано, что используемые в работах [3, 4] коэффициенты не являются константами, а зависят от ежегодно изменяющегося количества пожаров и требуют ежегодного пересмотра и корректировки. Внести изменения в п. 8 Приложения к приказу МЧС России от 30 июня 2009 г. № 382 «Методика определения расчетных величин пожарного риска в зданиях, сооружениях и пожарных отсеках различных классов функциональной пожарной опасности» и Приложения к приказу МЧС России от 10 июля 2009 г № 404 «Методика определения расчетных величин пожарного риска на производственных объектах» [17, 18] с возможностью в качестве статистических данных использовать анализ статистики, ежегодно публикуемой ВНИИПО МЧС России.
Список источников
1. Технический регламент о требованиях пожарной безопасности: Федер. закон от 22 июля 2008 г. № 123-Ф3. Доступ из справ.-правового портала «Гарант».
2. Меркулов А.П., Кожевин Д.Ф. К вопросу определения частоты возникновения пожара в зданиях различных классах функциональной пожарной опасности // Проблемы управления рисками в техносфере. 2022. № 2 (62). С. 34-41.
3. Пособие по определению расчетных величин пожарного риска для производственных объектов. М.: ВНИИПО, 2019. 242 с.
4. PD 7974-7:2003. Application of fire safety engineering principles to the design of buildings. Probabilistic risk assessment.
5. Мейнс М., Раш Д. Критическая оценка данных о структурном реагировании на пожар в соответствии со стандартом BS PD 7974-7, основанная на статистике пожаров США // Пожарная техника. 2019. 55. Р. 1243-1293 https://doi.org/10.1007/s10694-018-0775-2.
6. Manes Martina & Rush David. (2020). Assessing fire frequency and structural fire behaviour of England statistics according to BS PD 7974-7 // Fire Safety Journal. 120. 103030. 10.1016/j.firesaf. 2020.103030.
7. D'Addario R (1940). Considerazioni sul tasso di premio delle assicurazioni incendi. Bari.
8. Rutstein R (1979). The probability of fire in different sectors of industry.pdf. // Fire Surv. 1979. № 8 (1). Р. 20-23.
39
9. Справочник по исследованию операций / под общ. ред. Ф.А. Матвейчука. М.: Воениздат, 1979. 368 с.
10. Manes Martina & Rush David. (2019). Probabilistic fire risk assessment in buildings using event tree analysis based on UK and USA fire statistics.
11. Fire Load Density Distribution in School Buildings and Statistical Modelling / A. Barnett [et al.] // Fire Technol. 2022. 58. Р. 503-521. https://doi.org/10.1007/s10694-021-01150-w.
12. Meacham B.J., van Straalen I.J. (2018). A socio-technical system framework for risk-informed performance-based building regulation // Build Res Inf 46(4):444-462.
13. Пожары и пожарная безопасность в 2019 году: стат. сб. / П.В. Полехин [и др.]; под общ. ред. Д.М. Гордиенко. М.: ВНИИПО, 2020. 80 с.
14. Пожары и пожарная безопасность в 2020 году: стат. сб. / П.В. Полехин [и др.]; под общ. ред. Д.М. Гордиенко. М.: ВНИИПО, 2021.112 с.
15. Вентцель Е.С. Теория вероятностей: учеб. для вузов. 6-е изд. стер. М.: Высш. шк., 1999. 576 c.
16. Самойленко Н.И., Кузнецов А.И., Костенко А.Б. Теория вероятностей: учеб. Х.: Изд-во «НТМТ», ХНАГХ, 2009. 200 с.
17. Методика определения расчетных величин пожарного риска в зданиях, сооружениях и пожарных отсеках различных классов функциональной пожарной опасности: Приложение к приказу МЧС России от 30 июня 2009 г. № 382. Доступ из справ.-правового портала «Гарант».
18. Методика определения расчетных величин пожарного риска на производственных объектах: Приложение к приказу МЧС России от 10 июля 2009 г. № 404. Доступ из справ. -правового портала «Гарант».
References
1. Tekhnicheskij reglament o trebovaniyah pozharnoj bezopasnosti: Feder. zakon ot 22 iyulya 2008 g. № 123-FZ. Dostup iz sprav.-pravovogo portala «Garant».
2. Merkulov A.P., Kozhevin D.F. K voprosu opredeleniya chastoty vozniknoveniya pozhara v zdaniyah razlichnyh klassah funkcional'noj pozharnoj opasnosti // Problemy upravleniya riskami v tekhnosfere. 2022. № 2 (62). S. 34-41.
3. Posobie po opredeleniyu raschetnyh velichin pozharnogo riska dlya proizvodstvennyh ob"ektov. M.: VNIIPO, 2019. 242 s.
4. PD 7974-7:2003. Application of fire safety engineering principles to the design of buildings. Probabilistic risk assessment.
5. Mejns M., Rash D. Kriticheskaya ocenka dannyh o strukturnom reagirovanii na pozhar v sootvetstvii so standartom BS PD 7974-7, osnovannaya na statistike pozharov SSHA // Pozharnaya tekhnika. 2019. 55. R. 1243-1293 https://doi.org/10.1007/s10694-018-0775-2.
6. Manes Martina & Rush David. (2020). Assessing fire frequency and structural fire behaviour of England statistics according to BS PD 7974-7 // Fire Safety Journal. 120. 103030. 10.1016/j.firesaf. 2020.103030.
7. D'Addario R (1940). Considerazioni sul tasso di premio delle assicurazioni incendi. Bari.
8. Rutstein R (1979). The probability of fire in different sectors of industry.pdf. // Fire Surv. 1979. № 8 (1). R. 20-23.
9. Spravochnik po issledovaniyu operacij / pod obshch. red. F.A. Matvejchuka. M.: Voenizdat, 1979. 368 s.
10. Manes Martina & Rush David. (2019). Probabilistic fire risk assessment in buildings using event tree analysis based on UK and USA fire statistics.
11. Fire Load Density Distribution in School Buildings and Statistical Modelling / A. Barnett [et al.] // Fire Technol. 2022. 58. R. 503-521. https://doi.org/10.1007/s10694-021-01150-w.
12. Meacham BJ, van Straalen IJ (2018). A socio-technical system framework for risk-informed performance-based building regulation // Build Res Inf 46(4):444-462.
40
13. Pozhary i pozharnaya bezopasnost' v 2019 godu: stat. sb. / P.V. Polekhin [i dr.]; pod obshch. red. D.M. Gordienko. M.: VNIIPO, 2020. 80 s.
14. Pozhary i pozharnaya bezopasnost' v 2020 godu: stat. sb. / P.V. Polekhin [i dr.]; pod obshch. red. D.M. Gordienko. M.: VNIIPO, 2021.112 s.
15. Ventcel' E.S. Teoriya veroyatnostej: ucheb. dlya vuzov. 6-e izd. ster. M.: Vyssh. shk., 1999. 576 c.
16. Samojlenko N.I., Kuznecov A.I., Kostenko A.B. Teoriya veroyatnostej: ucheb. H.: Izd-vo «NTMT», HNAGH, 2009. 200 s.
17. Metodika opredeleniya raschetnyh velichin pozharnogo riska v zdaniyah, sooruzheniyah i pozharnyh otsekah razlichnyh klassov funkcional'noj pozharnoj opasnosti: Prilozhenie k prikazu MCHS Rossii ot 30 iyunya 2009 g. № 382. Dostup iz sprav.-pravovogo portala «Garant».
18. Metodika opredeleniya raschetnyh velichin pozharnogo riska na proizvodstvennyh ob"ektah: Prilozhenie k prikazu MCHS Rossii ot 10 iyulya 2009 g. № 404. Dostup iz sprav.-pravovogo portala «Garant».
Информация о статье:
Статья поступила в редакцию: 27.04.2022; одобрена после рецензирования: 08.07.2022; принята к публикации: 12.07.2022 Information about the article:
The article was submitted to the editorial office: 27.04.2022; approved after review: 08.07.2022; accepted for publication: 12.07.2022
Информация об авторах:
Алексей Павлович Меркулов, начальник управления по Калининскому району Главного управления МЧС России по г. Санкт-Петербургу, магистр кафедры криминалистики и инженерно-технических экспертиз Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС России (196105, Санкт-Петербург, Московский пр., д. 149)
Дмитрий Федорович Кожевин, начальник кафедры физико-химических основ процессов горения и тушения Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС России (196105, Санкт-Петербург, Московский пр., д. 149), кандидат технических наук, доцент, e-mail: Yagmort_KDF@mail.ru, https://orcid.org/0000-0002-6418-107X
Information about authors:
Alexey P. Merkulov, head of the department for the Kalininsky district of the Main directorate of the Ministry of emergency situations of Russia for Saint-Petersburg, master of the department of criminalistics and engineering and technical expertise Saint-Petersburg university of State fire service of EMERCOM of Russia (196105, Saint-Petersburg, Moskovskiy ave., 149)
Dmitry F. Kozhevin, chief of the physical and chemical bases of the burning and extinguishing processes department Saint-Petersburg university of State fire service of EMERCOM of Russia (196105, Saint-Petersburg, Moskovskiy av., 149), candidate of technical sciences, e-mail address: Yagmort_KDF@mail.ru, https://orcid.org/0000-0002-6418-107X
41
