CC BY
77
УДК 539.374
ПРИМЕНЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ С ЦЕЛЬЮ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ и тушения пожара
1М. В. Елфимова, 1,2В. В. Двирный, Г. В. Двирный
1Сибирская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России
Российская Федерация, 662972, г. Железногорск, Красноярский край, ул. Северная, 1
E-mail: elfimar@mail.ru
2 АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнёва»
Российская Федерация, 662972, г. Железногорск, Красноярский край, ул. Ленина, 52
E-mail: dvirnyi@mail.ru
Применение математической модели позволяет произвести расчеты по оценке пожарного риска, отразить обстановку и определить порядок действий персонала при различных сценариях пожара, разработать рекомендации по тушению пожара и проведению аварийно-спасательных работ, чем снизить риск гибели людей и значительно снизить материальный ущерб от пожара.
Ключевые слова: математическая модель, пожарный риск, тушение пожара.
USING THE MATHEMATICAL MODEL WITH THE AIM OF PREVENTING
AND FIRE FIGHTING
1M. V. Elfimova, UV. V. Dvirnyi, 2G. V. Dvirnyi
1Siberian fire and rescue Academy the state fire service of Ministry of emergency situations 1, North Str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation
E-mail: elfimar@mail.ru 2 JSС «Information Satellite System» named after academician M. F. Reshetnev» 52, Lenin Str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation
E-mail: dvirnyi@mail.ru
The use of mathematical model allows to make calculations, fire risk assessment, to reflect the situation and to determine the order of the personnel actions under different scenarios of fire, recommendations for fire-fighting and emergency rescue work, to reduce the risk of death and greatly reduce property damage from fire.
Keywords: mathematical model, fire risk, fire fighting.
Анализ статистики в области пожарной безопасности показывает, что в настоящее время наметилась тенденция к уменьшению количества пожаров в нашей стране, однако превышение темпов роста потерь от пожаров над темпами роста национального дохода также наглядно свидетельствует о том, что работа в этом направлении ведется все-таки еще не совсем активно. Таким образом, в условиях функционирования рыночной экономики возникает объективная необходимость разработки и внедрения в практику современных методов управления пожарным риском, основанных на принципах системного анализа, что позволит сбалансировать уровень критериев экономической безопасности хозяйствующих субъектов с учетом обеспечения их пожарной безопасности. При этом процесс управления пожарным риском рассматривается не как самоцель, а как составная часть более важной стратегической задачи: обеспечение экономической безопасности хозяйствующих субъектов для выполнения ими своих целевых функций.
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2017. Том 2
Прогнозирование опасных факторов пожара необходимо для оценки своевременности эвакуации и разработки мероприятий по ее совершенствованию, при создании и совершенствовании систем сигнализации, оповещения и тушения пожаров, при разработке планов пожаротушения, для оценки фактических пределов огнестойкости, проведении пожарно-технических экспертиз и других целей.
В развитии пожара в помещении обычно выделяют три стадии:
Совместное действие некоторых факторов усиливает их воздействие на организм человека (синергический эффект). Так токсичность окиси углерода увеличивается при наличии дыма, влажности среды, снижении концентрации кислорода и повышении температуры. Синергетиче-ский эффект обнаруживается и при совместном действии двуокиси азота и понижении концентрации кислорода при повышенной температуре, а также при совместном воздействии цианистого водорода и окиси углерода.
Особое воздействие на людей оказывает дым. Дым представляет собой смесь несгоревших частиц углерода с размерами частиц от 0,05 до 5,0 мкм. На этих частицах конденсируются токсичные газы. Поэтому воздействие дыма на человека также имеет, по-видимому, синергический эффект.
Для прогнозирования опасных факторов пожара в настоящее время используются интегральная, зонная и полевая (дифференциальные) модели пожара.
Прогнозирование опасных факторов пожара необходимо для оценки своевременности эвакуации и разработки мероприятий по ее совершенствованию, при создании и совершенствовании систем сигнализации, оповещения и тушения пожаров, при разработке планов пожаротушения, для оценки фактических пределов огнестойкости, проведении пожарно-технических экспертиз и других целей.
Тенденцией последних лет в области обеспечения пожарной безопасности, обусловленной требованиями практики, является создание специализированных комплексных программных продуктов, позволяющих моделировать развитие пожара и эвакуацию людей, визуализировать и автоматически анализировать результаты расчетов. Такие комплексы можно использовать для оценивания пожарной опасности зданий и сооружений (включая объекты наземного, водного и воздушного транспорта, объекты общественного и промышленного назначения) [1], для организации и управления экстренной эвакуацией на объектах с массовым пребыванием людей и для создания обучающих комплексов. Моделирование эвакуации людей и динамики опасных факторов пожара всегда, в том или ином виде, используется в целях нормирования эвакуационных путей в зданиях и сооружениях различного назначения. Математическое описание содержит наиболее точное и однозначное представление свойств реального явления, учитываемых его моделью. Но его реализация зависит от разработки необходимого математического аппарата, от имеющихся средств вычислительной техники и программного обеспечения.
Математические модели движения людских потоков, реализованные в программных продуктах, позволяют проследить динамику изменений параметров потока во времени в процессе эвакуации, выявить наиболее загруженные участки пути движения.
Интегральная математическая модель пожара описывает в самом общем виде процесс изменения во времени состояния газовой среды в помещении. С позиций термодинамики газовая среда, заполняющая помещение с проемами (окна, двери и т.п.), как объект исследования есть открытая термодинамическая система. Ограждающие конструкции (пол, потолок, стены) и наружный воздух (атмосфера) является внешней средой по отношению в этой термодинамической системе. Эта система взаимодействует с внешней средой путем тепло- и массообмена. В процессе развития пожара через одни проемы выталкивается из помещения нагретые газы, а через другие поступает холодных воздух. Количество вещества, т.е. масса газа в рассматриваемой термодинамической системе, в течение времени изменяется. Поступление холодного воздуха обусловлено работой проталкивания, которую совершает внешняя среда. Термогазодинамическая система, в свою очередь, совершает работу, выталкивая нагретые газы во внешнюю атмосферу. Эта термодинамическая система взаимодействует также с ограждающими конструкциями путем теплообмена. Кроме того, в эту систему с поверхности горящего материала (т.е. из пламенной зоны) поступает вещество в виде газообразных продуктов горения.
Основные задачи, которые решаются моделированием развития пожара - определение времен блокирования опасными факторами пожара эвакуационных выходов и путей следования людей до выхода наружу из здания, определение времен достижения критических значений по тепловой нагрузке конструктивных элементов здания, оценка и оптимизация работы элементов системы противопожарной защиты. Для моделирования пожаров используют три модели [2-4], отличающиеся областью применимости и степенью детализации воспроизведения процесса: интегральная, зональная, полевая.
Получить аналитическое решение полной неупрощенной системы дифференциальных уравнений пожара, дополненных зависимостями для расчета газообмена помещения с окружающей атмосферой, теплообмена с ограждающими конструкциями, скорости газификации и тепловыделения - не представляется возможным. Упрощенная система дифференциальных уравнений была названа решением первого приближения для дифференциальных уравнений пожара [5], в дальнейшем она получила название интегральной математической модели начальной стадии пожара [6]. Аналитическое решение системы дифференциальных уравнений описывает начальную стадию пожара при его свободном развитии [5].
Как правило, компьютерным моделированием эвакуации решают задачу об определении времени эвакуации из отдельных помещений, этажей, здания в целом. Однако можно решать и другие задачи: о пребывании людей в области критических значений опасный фактор пожара, об организации и управлении эвакуацией. В настоящее время методы моделирования движения людей (эвакуации) интенсивно развиваются. Современные постановки задач в области пожарной безопасности обусловили активное развитие дискретные и непрерывные модели индивидуально-поточного типа.
Библиографические ссылки
1. Hanea, D.M. Human Risk of Fire: Building a decision support tool using Bayesian networks. Wöhrmann Print Service. 2009, 227 p.
2. Guan H.Y., Kwok K.Y. Computational fluid dynamics in fire engineering: theory, modelling and practice. Oxford: Butterworth-Heinemann, Elsevier Science and Technology, 2009. 560 p.
3. Кошмаров Ю.А. Прогнозирование опасных факторов пожара в помещении: Учебное пособие. М.: Академия ГПС МВД России, 2000. 120 с.
4.Литвинцев К.Ю., Дектерев А.А., Необъявляющий П.А. Моделирование развития пожаров в зданиях // Тепловые процессы в технике, 2011. Том 3. №1. С. 9-11.
5. Кошмаров Ю. А., Рубцов В. В. Процессы нарастания опасных факторов пожара в производственных помещениях и расчет критической продолжительности пожара. М.: МИНЬ МВД России, 1999. 89 с.
6. Методика определения расчетных величин пожарного риска в зданиях, сооружениях и строениях различных классов функциональной пожарной опасности. М.: ФГУ ВНИИПО МЧС России, 2009. 71 с.
© Елфимова М. В., Двирный В. В., Двирный Г. В., 2017
