РИСК-ОРИЕНТИРОВАННАЯ МОДЕЛЬ УПРАВЛЕНИЯ ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТЬЮ В ОБЛАСТИ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ПОЖАРА МЕЖДУ ЗДАНИЯМИ Текст научной статьи по специальности «Математика»

УДК 621.396.98 DOI 10.25257/FE.2020.1.36-43

ЛОБАЕВ Игорь Александрович Кандидат технических наук, доцент Академия ГПС МЧС России, Москва, Россия E-mail: ialobaev@yandex.ru

ВОЛОШЕНКО Алексей Анатольевич

Академия ГПС МЧС России, Москва, Россия E-mail: volax84@mail.ru

РИСК-ОРИЕНТИРОВАННАЯ МОДЕЛЬ УПРАВЛЕНИЯ ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТЬЮ В ОБЛАСТИ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ПОЖАРА МЕЖДУ ЗДАНИЯМИ

Авторы затрагивают вопрос необходимости учёта расчётной оценки воздействия теплового потока через строительные конструкции здания (окно, проём) при пожаре с целью обеспечения условий для предотвращения распространения пожара между зданиями.

В данной статье предлагаются модель и алгоритм поддержки принятия управленческого решения при управлении пожарной безопасностью в области предотвращения распространения пожара между зданиями.

Ключевые слова: пожар, пожарная безопасность, управленческое решение, пожарный риск, экспресс-оценка, тепловой поток.

Типовая модель деятельности по обеспечению пожарной безопасности в области предотвращения распространения пожара между зданиями различных классов функционального назначения (в соответствии с Федеральным законом от 22 июля 2008 г. № 123 «Технический регламент о требованиях

пожарной безопасности») [1] требует подбора большого количества показателей безопасности (рисунок 1), что осложняет процесс принятия управленческого решения.

Данная модель не позволяет обеспечить условия для предотвращения распространения пожара

Методы оценки элементов системы предотвращение распространения пожара

(метод управления)

I Информационное обеспечение

4*

Лицо принимающее решение

/Ф1 // Ф2 / /Ф3 / / Ф4 / Ф5 J

Ш1ЛЫЫШ

/C0 // CI / ./02 /,^/ ■''К0 //'К1/ /K2 //K3 /

пожарная безопасность обеспечивается

пожарная безопасность не обеспечивается

Принятие управленческого решения

Рисунок 1. Схема принятия решения по типовой модели управления пожарной безопасностью предотвращению распространения пожара

36

© Лобаев И. А., Волошенко А. А., 2020

гф > гн

гф < Гн

при гф > (гн - 30(50)%) c учетом ОД ППО

гф < Гн

при гф < (гн - 30(50)%) c учетом ОД ППО

между зданиями, поскольку не учитывает расчётную оценку воздействия теплового потока через строительные конструкции здания (окно, проём) при пожаре [1-4].

Авторами был проведён сравнительный анализ значений расстояний между жилыми зданиями. Оценивалась возможность предотвращения распространения пожара при фактическом (условном) значении расстояния между жилыми зданиями (I и II степени огнестойкости, СО, К0), нормативном значении (гн) и расстоянии, определённом расчётным путём (гр), по двум вариантам: без учёта и с учётом деятельности добровольной пожарной охраны (ДПО) (рис. 2).

В исследуемом случае фактические значения расстояния между зданиями как мера предотвращения пожара не соответствуют приемлемым нормативным значениям, а выбранная мера реагирования (наличие на территории ДПО) - избыточна. Кроме этого, не во всех случаях существует возможность оценить уровень опасности при организации работы пожарными подразделениями.

Авторы с помощью расчётного метода спрогнозировали рисковую ситуацию с заранее определённым условным фактическим значением расстояния между зданиями (Гф), что позволило предложить вариативную меру реагирования по предотвращению распространения пожара между ними.

Несоответствие фактических значений расстояний между зданиями приемлемым нормативным значениям может стать значимой проблемой при принятии решения при управлении пожарной безопасностью в области предотвращения распространения пожара и снизить эффективность исполнения полномочий сотрудниками надзорных органов Федеральной противопожарной службы МЧС России.

Предлагаемый расчётный метод оценки возможности предотвращения распространения пожара между зданиями основывается на уравнении лучистого теплообмена между телами, разделёнными прозрачной средой (в соответствии с ГОСТ 12.1.004-91*

«ССБТ. Пожарная безопасность. Общие требования»

и [1]):

епрО)

7 о 4 (т Л ДОП

Ф1-

где драсч - расчётное значение поверхностной плотности теплового потока, кВт/м2; епр - приведённая степень черноты системы; С0 - коэффициент излучения абсолютно чёрного тела, Вт/(м2 • К4); Ти - температура излучающей поверхности, К; Тдоп - допустимая температура на облучаемой поверхности, К; ф - коэффициент облучённости, в который в неявной форме входит искомое безопасное расстояние г.

Приведённая степень черноты системы епр определялась по уравнению:

1

обл

где еи - степень черноты излучающей поверхности; еобл - степень черноты облучаемого материала.

При оценке воздействия расчётных значений теплового потока пожара коэффициент облучённости для одной четвёртой части площади поверхности определялся следующим образом:

ф21 =

2к

а Ь

аг&д , +

Ь + а

+ , -агсЛд-

4ьг+г2

где а - удвоенная высота излучающей поверхности, м; Ь - ширина излучающей поверхности, м; г - безопасное расстояние, м; ф21 - коэффициент облучённости для одной четвёртой части площади поверхности.

-

Рисунок 2. Сравнительный анализ фактического, нормативного и расчётного значений расстояния между зданиями

Исходя из этого коэффициент облучённости будет равен:

Ф]_2 = 4 Ф21-

Однако применение развёрнутой расчётной оценки в условиях дефицита времени и недостатка справочной информации весьма затруднительно для практического использования лицом принимающим решение [5]. Для повышения эффективности управления пожарной безопасностью необходимо разработать расчётный метод экспресс-оценки предотвращения распространения пожара между зданиями, который должен быть незначителен по объёму и прост для практического использования.

Для выявления оптимального варианта расчётного метода было проведено математическое моделирование (2 156 численных расчётов) по определению предотвращения распространения пожара в части воздействия теплового потока через излучающую поверхность (окно, проём) на различные облучаемые поверхности (кожа человека, боевая и специальная защитная одежда пожарного, легковоспламеняющаяся и горючая жидкость, древесина (сосна влажностью 12 %), резина, стеклопластик, рулонная кровля, лакокрасочное покрытие). Линейные значения высоты (а) и ширины (Ь) излучающей поверхности конструкции здания составляют от 0,8 до 2,1 м, с шагом 0,1 м.

В таблице 1 представлен расчёт оценки возможности предотвращения распространения пожара от излучающего проёма здания на облучаемую поверхность в виде лакокрасочного покрытия.

С помощью степенной полиноминальной линии тренда были выражены аналитические формулы расчёта возможности предотвращения распространения пожара. На примере облучаемой поверхности в виде лакокрасочного покрытия представлены диаграммы, на которых отражено влияние линейных значений излучающей поверхности на расстояние г с величиной достоверности аппроксимации Я2 (рис. 3, 4).

По методу наименьших квадратов, основанному на минимизации суммы квадратов отклонений некоторых функций от искомых переменных с величиной достоверности аппроксимации Я2, было проведено интегрирование различных значений расстояний г от промежуточных линейных значений проёма до различных облучаемых материалов с учётом воздействия теплового потока и получены эмпирические формулы [6].

Для определения точности результатов расчёта по эмпирическим формулам и близости их к результатам измерений по развёрнутой расчётной оценке, представленной в ГОСТ 12.1.004-91* и [1], был проведён их сравнительный анализ [6]. Результаты данного анализа показали высокую точность расчётов

Таблица 1

Состав продуктов сгорания метана, турбинного и судового масла в условиях ПРВ

№ п/п Линейные размеры проёма Ьха, м Температура излучающей поверхности Ти, К / допустимая температура облучаемой поверхности Т ,К Г доп' Расчётная / критическая поверхностная плотность теплового потока, кВт/м2 Безопасное расстояние, м

1 0,4 х 0,8 1 273/713 24,999/25,0 0,9640

2 0,4 х 0,9 1 273/713 24,999/25,0 1,0065

195 1,05 х 2,0 1 273/713 24,999/25,0 2,4836

195 1,05 х 2,1 1 273/713 24,999/25,0 2,5305

1,8 1,6 1,4 5 1,2

¡2 1 ^

I 0,8

о

§ 0,6 со

0,4 0,2 0

-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-

0,4 0,45 0,5 0,55 0,6 0,65 0,7 0,75 0,8 0,85 0,9 095 1 1,05

Ширина проёма Ь, м

Рисунок 3. Влияние значения ширины излучающей поверхности на расстояние до облучаемой поверхности в виде лакокрасочного покрытия, величина достоверности аппроксимации Я2 = 0,9998

1,3 1,4 1,5 Высота проёма а, м

Рисунок 4. Влияние значения высоты излучающей поверхности на расстояние до облучаемой поверхности в виде лакокрасочного покрытия, величина достоверности аппроксимации Я2 = 1

по эмпирическим формулам и малую относительную погрешность, не превышающую 4,68 %. При этом абсолютная погрешность составляет 0,2462 м.

В рамках области применения формул авторы разработали расчётный метод экспресс-оценки предотвращения распространения пожара между зданиями (рис. 5).

Для повышения надёжности и автоматизации процесса принятия управленческого решения был разработан программный продукт «Экспресс-оценка риска причинения вреда от воздействия теплового потока при пожаре» (Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2018618632 от 16.07.2018).

В таблице 2 представлено сравнение возможностей использования различного информационного обеспечения.

Результаты сравнительного анализа показали увеличение скорости получения результата в 25 раз при расчёте с применением эмпирических формул и в 100 раз при использовании программного продукта по сравнению с временем по расчёту по развёрнутой оценке.

Так, информационно-аналитическое и программное обеспечение, помимо повышения надёжности организации деятельности ФГПН МЧС России за счёт прогнозирования конкретных ситуаций и сокращения времени на анализ обстановки, формирования

Рисунок 5. Блок-схема расчётного метода экспресс-оценки предотвращения распространения пожара между зданиями

Таблица 2

Сравнение различных методик для оценки возможности предотвращения распространения пожара

Методики оценки Горючее вещество Функциональная пожарная опасность здания, сооружения, Ф Количество формул, ед. Количество расчётных показателей, ед. Время, мин

Развёрнутая оценка Твёрдый горючий материал Ф1-Ф5 4 14 50

Экспресс-оценка Твёрдый горючий материал Ф1-Ф5 1 2 2

Информационный программный продукт Твёрдый горючий материал Ф1-Ф5 1 2 0,5

Метод оценки элементов системы предотвращение распространения пожара (метод управления)

Принятие управленческого решения

Рисунок 6. Риск-ориентированная модель управления пожарной безопасностью в области предотвращения распространения пожара между зданиями

адресных и эффективных мероприятий по обеспечению пожарной безопасности, может служить и инструментом контроля над качеством проведения расчётов в полевых условиях.

Применение информационных технологий позволило разработать:

1) риск-ориентированную модель управления пожарной безопасностью в области предотвращения распространения пожара между зданиями (рис. 6);

2) алгоритм поддержки принятия управленческого решения по предотвращения распространения пожара между зданиями (рис. 7).

На рисунке 8 представлен анализ эффективности применения типовой и риск-ориентированной моделей поддержки принятия решения в управлении пожарной безопасностью по предотвращению распространения пожара между зданиями.

Применение риск-ориентированной модели направлено на повышение надёжности, оперативности, обоснованности, оптимальности и эффективности

принятого управленческого решения в части предотвращения распространения пожара между зданиями [7-10]. А внедрение современных средств и технологий для обеспечения пожаробезопасного расстояния между зданиями согласуется с Указом Президента РФ от 1 января 2018 г. № 2 «Об утверждении Основ государственной политики Российской Федерации в области пожарной безопасности на период до 2030 года» и позволяет в полной мере реализовать функции и полномочия сотрудников ФГПН МЧС России.

В качестве выводов авторы отмечают следующее. Повышение качества оценки ситуации посредством применения информационного обеспечения позволит:

- исключить возникновение административных барьеров при реализации полномочий надзорных органов ФПС МЧС России;

- перейти на риск-ориентированную модель реализации контрольно-надзорных функций и полномочий сотрудниками ФГПН МЧС России при соблюдении выполнения требований пожарной

С

Начало

3

Ввод исходных данных

Изменение исходных данных

нет * к

Определение безопасного расстояния по экспресс-оценке с учётом облучаемых материалов строительных конструкций здания

Определение безопасного расстояния по экспресс-оценке с учётом ОД ППО

Отсутствие административной ответственности

Составление процессуальных документов

--1 ~

( Конец )

Рисунок 7. Алгоритм поддержки принятия управленческого решения в области предотвращения распространения пожара между зданиями

Типовая модель

Показатели для нормативного метода оценки требований вобласти предотвращения распространения пожара между зданиями:

- функциональное назначение (Ф.1 - Ф.5);

- степень огнестойкости (К Е, I);

- класс конструктивной пожарной опасности строительных конструкций (СО -СЗ);

- класс пожарной опасности строительных конструкций (КО-КЗ);

- организация деятельности подразделений пожарной охраны (ОД ППО)

Риск-ориентированная модель

Показатели для расчётного метода экспресс-оценки требований в области предотвращения распространения пожара между зданиями:

- высота и ширина излучаемой поверхности (а, Ь);

- материал облучаемой поверхности

Не позволяет оценить область эффективного применения Позволяет оценить область эффективного применения

Элементы системы предотвращения распространения пожара не соразмерны риску причинения вреда -создание административного барьера

Элементы системы предотвращения распространения пожара соразмерны риску причинения вреда -снятие административного барьера

Время принятия решения с составлением процессуальных документов - не менее 30 суток

Время принятия решения с составлением процессуальных документов - не более 1 суток

Рисунок 8. Оценка эффективности применения типовой и риск-ориентированной моделей для поддержки принятия решения при управлении пожарной безопасностью в области предотвращения распространения пожара между зданиями

безопасности в области предотвращения распространения пожара между зданиями;

- сократить в 30 раз время для качественного и оптимального принятия управленческого решения при управлении пожарной безопасностью в области предотвращения распространения пожара между зданиями, в реальной обстановке и полевых условиях, с высокой степенью надёжности на основе экспресс-оценки;

- должностным лицам ФПС МЧС России эффективно осуществлять производство судебных пожарно-технических экспертиз, а специалистам сторонних организаций, предпринимателям или иным подконтрольным субъектам самостоятельно в режиме пользователя проводить оценку возможности предотвращения распространения пожара между зданиями.

ЛИТЕРАТУРА

1. Кошмаров Ю. А., Башкирцев М. П. Термодинамика и теплопередача в пожарном деле. Учебник. ВИПТШ МВД СССР, 1987 г. 444 с.

2. Ройтман М. Я. Противопожарное нормирование в строительстве. М.: Стройиздат, 1985. 590 с.

3. Драйздейл Д. Введение в динамику пожаров / под ред. Ю. А. Кошмарова, В. Е. Макарова. М.: Стройиздат, 1990. 162 с.

4. Зигель Р., Хауэл Дж. Теплообмен излучением. М.: Мир, 1975. 936 с.

5. Hu L., Lu K., Delichatsios M., Hea L., Tang F. An experimental investigation and statistical characterization of intermittent flame ejecting behavior of enclosure fires with an opening // Combustion and Flame. 2012. Vol. 159, Iss. 3, pp. 1178-1184. DOI: 10.1016/j.combustflame.2011.09.018

6. Козлачков В. И., Лобаев И. А, Волошенко А. А. Проблема оценки пожарных рисков при применении требований пожарной безопасности по ограничению распространения пожара [Электронный ресурс] // Технологии техносферной безопасности. 2016.

Вып. 2 (66). Режим доступа: http://academygps.ucoz.ru/ttb/2016-2/2016-2.Мт1

7. Козлачков В. И. Типовая и риск-ориентированная модели надзорной деятельности в области обеспечения пожарной безопасности. Сравнительный анализ. Монография. М.: Академия ГПС МЧС России, 2016. 328 с.

8. Лобаев И. А, Волошенко А. А. Идентификация требований пожарной безопасности на основе экспресс-оценки риска от воздействия теплового потока // Технологии техносферной безопасности. 2018. Вып. 4 (80). С. 60-73. 001: 10.25257/ТТЭ.2018.4.80.60-73

9. Лобаев И. А, Матюшина Е. А, Волошенко А. А. Применение расчётных методик при расследовании пожаров по уголовным делам и делам об административных правонарушениях // Материалы Международной научно-практической конференции «Криминалистическое сопровождение расследования преступлений: проблемы и пути их решения». М.: Академия Следственного комитета Российской Федерации, 2016. С. 332-334.

Материал поступил в редакцию 30 января 2020 года.

Igor LOBAEV

PhD in Engineering, Associate Professor

State Fire Academy of EMERCOM of Russia, Moscow, Russia

E-mail: ialobaev@yandex.ru

Alexei VOLOSHENKO

State Fire Academy of EMERCOM of Russia, Moscow, Russia E-mail: volax84@mail.ru

RISK-ORIENTED MODEL OF FIRE SAFETY MANAGEMENT IN THE FIELD OF PREVENTING FIRE SPREAD BETWEEN BUILDINGS

ABSTRACT

Purpose. The article entails taking into account calculated assessment of impact of heat flow through building structures (a window or an opening) in case of fire in order to ensure conditions for preventing fire spread between buildings.

Methods. For developing rapid assessment method mathematical modeling of safe distances between buildings was performed. Using the least squares method, various distance values from intermediate linear values of an opening to various irradiated materials (with due regard for the effect of heat flow) were integrated and empirical formulas were obtained.

Findings. The proposed calculation method is based on the equation of radiant heat exchange between bodies separated by a transparent medium. To determine the accuracy of the calculation results from empirical formulas and their proximity to the calculation results based on a detailed calculation assessment, a comparative analysis was performed. The analysis results showed high accuracy of calculations based on empirical formulas and a small relative error not exceeding 4,68 %. The absolute error is 0,2462 m.

The results of the comparative analysis showed increase in the rate of the result achieving by 25 times when calculating using empirical formulas and by 100 times when using the software product compared to the time for calculations based on the detailed assessment.

Research application field. The risk-oriented model worked out by the authors can be used to improve fire safety management. The developed algorithm based on rapid assessment is necessary to support managerial decision-making regarding the need for requirements in the field of preventing fire spread between buildings.

Conclusions. In the future the presented developments can be used for classifying a protected object under a certain risk category or a certain fire-hazard class (category) and for determining safe zones for locating fire engines and cordoning off an object.

Key words: fire, fire safety, management decision, fire risk, rapid assessment, heat flow.

REFERENCES

1. Koshmarov Yu.A., Bashkirtsev M.P. Termodinamika i teploperedacha vpozharnom dele [Thermodynamics and heat transfer in firefighting]. Moscow, higher engineering fire-technical school of the Ministry of internal Affairs of the USSR Publ., 1987. 444 p.

2. Roytman M.Ya. Protivopozharnoe normirovanie v stroitelstve [Fire setting in construction]. Moscow, Stroiizdat Publ., 1985. 590 p.

3. Drysdale D. An Introduction to Fire Dynamics (In Russ. ed. Vvedenie vdinamikupozharov, Moscow, Stroiizdat Publ., 1990. 162 p.)

4. Siegel R., Howell J.R. Thermal radiation heat transfer (In Russ. ed. Teploobmen izlucheniem. Moscow, Mir Publ., 1975. 936 p.)

5. Hu L., Lu K., Delichatsios M., Hea L., Tang F. An experimental investigation and statistical characterization of intermittent flame ejecting behavior of enclosure fires with an opening. Combustion and Flame. 2012. vol. 159, iss. 3, pp. 1178-1184. DOI: 10.1016/j.combustflame.2011.09.018

6. Kozlachkov V.I., Lobaev I.A., Voloshenko A.A. The problem of fire risk assessment in applying the fire safety requirements to limit the spread of fire Tekhnologii tekhnosfernoi bezopasnosti (Technology of technosphere safety), 2016, vol. 2 (66). Available at: http:// academygps.ucoz.ru/ttb/2016-2/2016-2.html (accessed December 28, 2019) (in Russ.).

7. Kozlachkov V.I. Tipovaia i risk-orientirovannaia modeli nadzornoi deiatelnosti v oblasti obespecheniia pozharnoi bezopasnosti. Sravnitel'nyi analiz. [Typical and risk-oriented models of Supervisory activities in the field of fire safety. Comparative analysis]. Moscow, State Fire Academy of EMERCOM of Russia Publ., 2016. 328 p.

8. Lobaev I.A., Voloshenko A.A. Identification of requirements of fire safety on the basis of express assessment of risk from the heat flow effect. Tekhnologii tekhnosfernoj bezopasnosti (Technology of technosphere safety), vol. 4 (80), 2018, pp. 60-73 (in Russ.). DOI: 10.25257/TTS.2018.4.80.60-73.

9. Lobaev I.A., Matiushina E.A., Voloshenko A.A. Primenenie raschetnykh metodik pri rassledovanii pozharov po ugolovnym delam i delam ob administrativnykh pravonarusheniiakh. Materialy Mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii "Kriminalisticheskoe soprovozhdenie rassledovaniia prestuplenii: problemy i puti ikh resheniia" [Application of calculation methods in the investigation of fires in criminal cases and cases of administrative offenses. Materials of the International scientific and practical conference "Forensic support of crime investigation: problems and ways to solve them"] Moscow, Academy of the Investigative Committee of the Russian Federation, 2016. Pp. 332-334 (in Russ.).

© Lobaev I., Voloshenko A., 2020

43