CC BY
76
ХОАНГ ТХО ДЫК, аспирант кафедры комплексной безопасности в строительстве Московского государственного строительного университета (Россия, 129337, г. Москва, Ярославское ш., 26, e-mail: [email protected]) А. Я. КОРОЛЬЧЕНКО, д-р техн. наук, профессор, профессор кафедры комплексной безопасности в строительстве Московского государственного строительного университета (Россия, 129337, г. Москва, Ярославское ш., 26)
УДК 614.841.33
СОПОСТАВЛЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОВОДНЫХ И БЕСПРОВОДНЫХ СИСТЕМ ОПОВЕЩЕНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ ЭВАКУАЦИЕЙ
Дано понятие надежности и живучести пожарной сигнализации. Проведено сравнение проводных и беспроводных систем оповещения и управления (СОУЭ) по двум критериям — живучести и экономической эффективности. Показано, что, несмотря на то что радиоканальное оборудование стоит дороже проводного, монтажные организации в условиях растущих потребностей рынка могут получать значительную прибыль при работе с беспроводными системами. Показано также, что с технической точки зрения очень важно уже на этапе проектирования оценить надежность и эффективность системы пожарной сигнализации и предусмотреть возможные меры ее повышения. При сопоставлении эффективности этих систем сделан вывод, что наиболее перспективным направлением в области обеспечения противопожарной безопасности является беспроводная пожарная сигнализация объектов.
Ключевые слова: живучесть систем оповещения и управления эвакуацией; экономическая эффективность СОУЭ; эффективность беспроводной СОУЭ.
С выходом Федерального закона № 123 "Технический регламент о требованиях пожарной безопасности" [1] установлено, что стоимость проводных систем пожарной сигнализации (СПС) резко возрастает из-за обязательного требования использовать огнестойкий тип кабеля. В СП 3.13130.2009 [2] прямо указывается, что "кабели и провода систем противопожарной защиты систем обнаружения пожара, оповещения и управления эвакуацией людей при пожаре должны сохранять работоспособность в условиях пожара в течение времени, необходимого для полной эвакуации людей в безопасную зону". Реализовать данное требование можно только применением огнестойкого кабеля с пределом огнестойкости 180 мин. Единственным выходом в сложившейся ситуации является использование беспроводной системы, поскольку в ней таких проводов нет в принципе. Следовательно, конечная стоимость системы получается ниже, чем проводной. Не в последнюю очередь такие выводы базируются на том, что радиоканал в СПС [2] теперь законно считается линией связи.
Остановимся подробнее на эффективности беспроводных и проводных СОУЭ.
Что же нужно для того, чтобы система пожарной сигнализации была способна обеспечить своевременную эвакуацию? Две вещи:
© Хоанг Тхо Дык, Королъченко А. Я., 2013
• быть надежной — это раз;
• быть живучей, даже при возникновении нештатных ситуаций, — это два.
В понятие надежности пожарной сигнализации входят несколько составляющих:
• надежность обнаружения возгорания на ранней стадии развития пожара, отсутствие ложных тревог (снижающих доверие к самой системе);
• возможность безотказного функционирования (при условии регулярного проведения профилактических работ).
Живучесть — это способность системы сохранять работоспособность даже после начала пожара. Эта характеристика систем раньше не принималась во внимание. В задачи систем пожарной сигнализации входило только обнаружение первичного возгорания, после чего предполагалось, что люди покидают здание "быстро и без каких-либо затруднений".
За последние несколько лет упрощенный взгляд на живучесть системы пожарной сигнализации пришлось пересмотреть. Специалисты в области пожарной безопасности указывают на необходимость обеспечения работоспособности системы пожарной сигнализации (а не только оповещения) на все время, необходимое для эвакуации людей из здания. Только в этом случае имеется возможность отслеживать динамику распространения дыма (по сигналам от
извещателей) по этажам и лестницам и, следовательно, оперативно управлять эвакуацией людей из здания.
К сожалению, обеспечить живучесть проводных систем сигнализации после начала пожара очень непросто. Провода, например, могут перегореть, поэтому никто не может гарантировать работоспособность проводной системы сигнализации уже сразу после начала пожара.
Кабельная сеть, как правило, имеет один общий стояк с поэтажными ответвлениями [2]. На горизонтальных участках кабеля подключаются кабельные коробки, от которых непосредственно отходят шлейфы сигнализации. При построении систем пожарной сигнализации на базе приемно-контрольных приборов с распределенной структурой, в которой блоки или расширители связаны по стыку, прокладывается, как правило, всего одна магистраль. При ее повреждении, например, на 2-м этаже часть здания останется без сигнализации.
Беспроводная система пожарной сигнализации и оповещения, построенная по радиально-узлово-му принципу с коэффициентом связности, равным трем (в проводных системах — единице), обладает гораздо большим запасом живучести. Более того, при использовании динамической маршрутизации в беспроводной системе пожарной сигнализации вообще исключается влияние структуры системы на ее живучесть. Радиоканал, как известно, "не перегорает", и сигналы доставляются вне зависимости от стадии развития пожара (например, все на том же 2-м этаже). Таким образом, беспроводная система с динамической маршрутизацией, как никакая другая, способна выполнять свои функции в течение всего времени проведения эвакуации людей из здания, как бы долго этот процесс ни продолжался. Конечно, отдельные извещатели, узлы и элементы, находящиеся в помещениях с открытым огнем, работать уже не будут, но все остальные средства будут функционировать в полном объеме, что позволяет говорить о новом уровне живучести радиосистемы в условиях чрезвычайных ситуаций.
Если учесть, что смонтировать систему пожарной сигнализации в проводном и беспроводном вариантах на одном и том же объекте "под ключ" можно при одинаковых затратах, то необходимо признать, что переход с проводных систем пожарной сигнализации на беспроводные так же неотвратим, как был неотвратим массовый переход к мобильным средствам связи.
Экономическая эффективность
Вместо того чтобы тратить время и силы на прокладку соединительных линий, коммутацию их с устройствами и т. д., заказчик получает практиче-
ски полностью готовую систему. По сути, требуется только установить на объекте заранее запрограммированные радиоустройства и радиоизвещатели, используя значительно меньшее число рабочих рук.
Несмотря на то что радиоканальное оборудование стоит дороже проводного, монтажные организации в условиях растущих потребностей рынка могут получать значительную прибыль при работе с беспроводными системами. Как показывает практика, в среднем цена оборудования в расчете на 1 м2 в рамках договора на проектирование, поставку, монтаж и пусконаладочные работы конкретного объекта будет одинаковой как для проводной, так и для радиоканальной систем, а в ряде случаев может оказаться даже ниже. Как объясняют специалисты, на практике эта арифметика неоднократно проверена и отлично себя зарекомендовала.
Итак, во-первых, обеспечивается почти 10-кратное сокращение объема монтажных (самых неквалифицированных) работ. Во-вторых, существенно снижаются затраты на расходные материалы. В-третьих, сокращаются трудозатраты на монтажные работы. Например, система "Стрелец" является профессиональной радиосистемой адресно-аналоговой пожарной сигнализации, поэтому в большей части помещений достаточно установить всего один пожарный радиоизвещатель "Аврора-Р". В-четвертых, это — качественно новая скорость бизнеса. С учетом того что объемы трудозатрат в человеко-днях для радиосистемы как минимум в 5 раз ниже по сравнению с проводными системами, сроки выполнения всех предусмотренных договором работ (за исключением подготовки проектной документации) сокращаются в 5 раз. Выполняется одно из главных требований заказчика: ценится его время. В-пятых, это — качественно другой уровень трудоемкости работ. Попытаемся, например, представить, насколько сложно прокладывать линии связи по потолку на высоте 5-6 м, причем уже не в одиночку, а вдвоем, и не с лестницы, а с лесов. В-шестых, нет необходимости проводить дополнительную ревизию и перекоммутацию уже смонтированных линий связи из-за ошибок, допущенных при проектировании или монтаже. А ведь при традиционном процессе пусконаладочных работ эти ошибки могут достигать 20 %, что часто становится причиной разногласий между проектировщиками, монтажниками и наладчиками.
Практическая целесообразность
Адресно-аналоговые пожарные дымовые радио-извещатели, которые применяются, например, в "Стрельце", можно чистить по мере необходимости. Двухсторонний протокол в радиосистеме позволяет оперативно оценить текущую запылен-
ность дымовых камер извещателей и составить список только тех, которые подлежат обязательной очистке.
Более того, известно, что поддержание проводных линий в исправном состоянии требует определенных усилий: каждый год по нормам надлежит делать ревизию или заменять до 10 % проводных линий и проверять все коммутации. Этих проблем у беспроводного оборудования нет. Если изначально все радиоканальные устройства были правильно размещены и на радиоинтервалах между ними имеется достаточный запас уровня сигнала, рассчитанный на непредвиденные обстоятельства (двухсторонний протокол обмена позволяет легко бороться с возможными радиопомехами и преднамеренными попытками вмешательства в работу системы), то при эксплуатации беспроводная система намного надежнее проводной.
Беспроводные системы оповещения представляются обычно как наилучшее решение, так как при их использовании можно достичь значительной экономии при монтаже, а также сократить время на установку такой системы [3]. Тем не менее с момента появления беспроводных систем на российском рынке прошло уже более 10 лет, а они все еще не пользуются заслуженной популярностью. Попробуем разобраться, почему.
Если сравнивать две среды передачи сигналов — радиоволны и провода, то последние имеют много преимуществ. Провода являются наиболее надежной средой, так как в меньшей степени подвержены помехам. Помимо этого, по ним осуществляется и питание устройств.
Проблема радиоканального оборудования заключается в том, что необходимо иметь независимые источники питания в каждом радиоустройстве, а следовательно, периодически их менять. Во многих случаях это представляется сложным, так как опо-вещатели часто монтируются в подвесных потолках или других труднодоступных местах. Более серьезные проблемы вызывает использование радиоканальной системы пожарной сигнализации (СПС). У СПС все извещатели постоянно активны, поэтому срок их службы уменьшается. Наряду с этим существуют запотолочные пожарные извещатели, к которым невозможно обеспечить свободный доступ, особенно во время эксплуатации здания. Система оповещения, в свою очередь, находится в отключенном состоянии и срабатывает только в случае пожара или тестирования. Следовательно, одного комплекта батарей может хватить на много лет.
Дополнительно хотелось бы отметить совмещенные системы, в которых одна часть выполнена с использованием проводов, другая — на основе радиоканала. Такое решение позволяет совмещать поло-
жительные качества обеих систем и в итоге выйти на чистую экономию без ущерба качеству.
На адресный шлейф пожарной сигнализации можно устанавливать радиоточки и вокруг каждой из них нарасстоянии прохождения радиосигнала — располагать несколько устройств: пожарные изве-щатели, оповещатели (в том числе речевые), указатели направления движения.
Приведем пример использования такой технологии. На действующем объекте осуществляется ремонт на площади 200 м2. Потолочное перекрытие — гипсокартон. Заказчик, как нередко это случается, не предупредил вовремя подрядную организацию о необходимости установки пожарной сигнализации и системы оповещения. И если раньше потребовалось бы вскрывать потолки, то теперь достаточно установить радиоточку к ближайшему действующему адресному пожарному извещателю, а затем просто прикрепить к потолку речевые оповещатели.
По мнению специалистов, занимающихся монтажом СОУЭ, преимущества беспроводной (радиоканальной) системы по сравнению с проводной заключаются в следующем:
• отсутствие необходимости в прокладке проводов, сверлении отверстий, установке электротехнических коробов;
• значительное сокращение времени на монтаж и уменьшение количества расходных материалов (в 5 раз);
• выполнение монтажа без остановки деятельности объекта и причинения неудобств работающему персоналу;
• возможность установки в помещениях с законченным ремонтом и сформировавшимся дизайном (музеи, гостиницы, бизнес-центры) без нарушения интерьера помещения;
• снижение затрат на проведение регламентных работ по обязательной очистке. Двухсторонний протокол обмена информацией позволяет составить список датчиков (извещателей) с высокой степенью запыленности дымовых камер и производить очистку не всех подряд, а только нуждающихся в этом датчиков;
• обеспечение высокой информативности адресно-аналоговой системы о месте задымления или срабатывания. Каждый датчик имеет свой индивидуальный номер или адрес, который указывается на плане объекта. При поступлении сигнала от датчика сразу будет известно, в каком конкретном кабинете или помещении произошло срабатывание;
• автономность беспроводной системы пожарной сигнализации. Датчики работают от 4 до 7,5 лет от основных элементов питания. После предупреждения о необходимости замены элементов
питания датчики могут работать на резервных элементах еще 2 месяца;
• мобильность беспроводной системы пожарной сигнализации. В случае переезда на новое место ее можно будет "забрать с собой" и установить на другом объекте;
• простота и легкость демонтажа датчиков (радио-извещателей) при необходимости проведения ремонта или перепланировки помещений;
• возможность дополнять систему пожарной сигнализации в процессе ее эксплуатации беспроводными охранными датчиками (движения, разбития стекла, открытия двери или окна и т. д.). Таким образом из системы пожарной сигнализации можно легко получить систему охранно-пожарной сигнализации.
Несмотря на очевидные, с первого взгляда, преимущества (исключая цену), следует внимательно оценивать показатели таких систем оповещения и управления эвакуацией, в частности обращать внимание на следующее [4]:
• большинство исполнительных устройств систем оповещения и управления эвакуацией являются сильноточными и, следовательно, должны иметь в своем составе источник электропитания с резервной аккумуляторной батареей и функциями ее контроля;
• трудно решается вопрос обратной связи зоны оповещения с диспетчерской, поэтому они могут найти применение только для систем СО3 и ниже;
• при чрезвычайной ситуации на объекте могут значительно активизироваться источники мощных электромагнитных помех и другие радиоустройства, работающие в обычной ситуации периодически (радиофицированные блоки автоматики жизнеобеспечения, системы охраны, устройства сотовой и радиосвязи), может произойти отключение силового оборудования, замыкание сильноточных электрических цепей и т. п. В результате нормально функционирующая в безопасной ситуации система может быть блокирована в самый неподходящий момент.
При расчетах открытых радиоинтервалов основная задача заключается в поиске и анализе влияния зон отражения сигнала от подстилающей поверхности. Наиболее типичные подстилающие поверхности — вода, солончаки, пойменные луга, ровные участки среднепересеченной местности. В городских условиях это — площади, автостоянки, хозяйственные дворы и т. п.
В беспроводных системах в условиях городской застройки на распространение радиоволн дополнительно влияют здания, находящиеся в непосредственной близости от радиолинии. К примеру, с треть-
его этажа одного дома на третий этаж другого дома, находящегося в прямой видимости, требуется передавать сигналы системы ОПС. И вдруг выясняется, что на расстоянии всего каких-нибудь 200-300 м внутри дворовой территории сигнала нет. Использование направленных антенн тоже результата не дает. Поэтому так важно, чтобы монтаж беспроводной системы производился только специалистами, учитывающими все нюансы оснащаемого объекта и прилегающей к нему территории.
Коснемся еще одной особенности распространения радиоволн. Практически все имеющиеся методики оценки радиоинтервалов, в том числе модель зон Френеля, применимы к так называемой дальней зоне электромагнитного поля. В ближней же зоне, которую еще называют областью статического поля, переноса энергии не происходит, и излучение отсутствует. Ближняя зона характеризуется наличием только электрического поля и высоким волновым сопротивлением. Вследствие этого любой токопро-водящий предмет, вносимый в ближнюю зону, изменяет распределение электрического потенциала, и, как следствие, это приводит к значительному изменению диаграммы направленности излучающих устройств [5].
Как ни странно, но строительные конструкции, к которым крепятся беспроводные технические средства, являются частично токопроводящими и вносят свой вклад в распределение электромагнитного поля в пространстве. В кирпичных стенах еще могут находиться металлические кладочные сетки, в потолочных перекрытиях — арматура. Поэтому, каким бы парадоксальным это ни казалось, небольшое смещение в пространстве беспроводных устройств оказывает значительное влияние на качество связи.
Вероятность возникновения рассмотренных ситуаций невелика, но если у одного из сотни установленных беспроводных извещателей будет выявлено низкое качество связи при минимальном расстоянии до приемно-контрольного прибора, то уместно лишний раз вспомнить о надежности беспроводных систем и своевременно удостовериться в качестве ее исполнения.
С другой стороны, если в оборудовании предусмотрена возможность автоматической смены рабочих частот и разнесенный радиоприем, то риск столкнуться с описанными ситуациями минимален. Эти возможности целесообразно учитывать непосредственно при выборе самих технических средств.
Вполне вероятно, что большинство специалистов, работающих с беспроводными системами, никогда не столкнутся с перечисленными особенностями радиоканала. Но, как говорится, "предупрежден — значит, вооружен! ". И именно опыт мобильной со-
товой связи наглядно доказал, что радиоканал, действительно, может являться надежной альтернативой проводным системам.
С технической точки зрения очень важно уже на этапе проектирования оценить надежность и эффективность системы пожарной сигнализации и предусмотреть возможные меры ее повышения.
Важное техническое требование для любой системы оповещения и управления эвакуацией — соблюдение мер по обеспечению надежности ее функционирования: аппаратный контроль целостности линий (шлейфов) оповещателей, контроль работоспособности управляющих и питающих устройств и т. д. Применяемые технические средства оповещения должны иметь соответствующее исполнение, а провода и кабели соединительных линий — прокладываться в строительных конструкциях, коробах или каналах из негорючих материалов. Повышенные требования к работоспособности системы объясняются тем, что она должна функционировать в течение времени, необходимого и достаточного для завершения эвакуации людей из здания.
Выводы
В настоящее время наиболее перспективным направлением в области обеспечения противопожарной безопасности является беспроводная пожарная сигнализация объектов. И это неслучайно. На объектах, где отсутствует возможность прокладки традиционных кабельных трасс (музеи, выставочные комплексы, памятники архитектуры, храмы и др.), беспроводная пожарная сигнализация позволит обеспечить выполнение требований по их противопожарной защите. Кроме того, установка беспроводной пожарной сигнализации позволит значительно снизить сроки выполнения монтажных работ.
Если установка пожарной сигнализации выполнена с нарушениями, то в случае пожара может возникнуть ситуация, когда кабель перегорит раньше, чем система обнаружит очаг возгорания. Современная беспроводная пожарная сигнализация позволя-
ет, благодаря непрерывной связи между устройствами системы, контролировать динамику развития пожара, в том числе появление вторичных очагов возгорания, и оперативно управлять эвакуацией и оповещением о пожаре, регулировать ее проведение с учетом динамики развития пожара.
Трагические события в интернатах, домах престарелых и общежитиях, происшедшие на территории России в последние пять лет, еще раз показали, что очень часто при пожаре люди гибнут не от огня, а от дыма. Для своевременной эвакуации людей необходимо непрерывно получать информацию о задымлении помещений во время пожара. Огонь и дым могут распространяться по воздуховодам, межэтажным перекрытиям. Обстановка меняется очень быстро. Тем временем проводные системы сигнализации могут выйти из строя еще на начальной стадии развития пожара. Если, к примеру, перегорят провода, то управлять эвакуацией, например, многоэтажной больницы станет невозможно.
Системы пожарной сигнализации на базе радиоканальной системы "Стрелец" по своей надежности и функциональности, удобству и трудозатратам на монтаж значительно превосходят проводные пожарные системы. Кроме того, обеспечивается уникальная возможность оперативно управлять эвакуацией людей на любой стадии развития пожара.
Повышение эффективности беспроводной СОУЭ достигается за счет работы в диалоговом режиме всех устройств системы, использования резервных каналов связи, постоянной самодиагностики устройств, входящих в систему, а также контроля качества радиосвязи между устройствами. С учетом вышеописанного можно отметить, что беспроводная пожарная сигнализация обеспечивает не менее высокую надежность в работе, чем традиционные проводные системы. Как показывает практика, в настоящее время беспроводная пожарная сигнализация по стоимости сопоставима с проводной сигнализацией, а в некоторых случаях (на объектах большого объема и протяженности) оказывается даже дешевле.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Технический регламент о требованиях пожарной безопасности : Федер. закон от 22.07.2008 г. № 123-Ф3; принят Гос. Думой 04.07.2008 г.; одобр. Сов. Федерации 11.07.2008 г. // Собр. законодательства РФ. — 2008. — № 30 (ч. I), ст. 3579.
2. СП 3.13130.2009. Системы противопожарной защиты. Система оповещения и управления эвакуацией людей при пожаре. Требования пожарной безопасности : приказ МЧС России от 25.03.2009 г. № 173; введ. 01.05.2009. — М. : ФГУ ВНИИПО МЧС России, 2009.
3. Ульянов В. А. Экономические аспекты выбора систем оповещения и управления эвакуацией // Пожарная безопасность в строительстве. - 2010. —№5. — С. 38-49.
4. Якунькин Д. Техническое проектирование систем оповещения и управления эвакуацией людей при пожаре // Алгоритм безопасности. — 2006. — № 4. — С. 64-67.
5. ЕлькинМ. С. Работа беспроводных систем ОПС на открытых интервалах вне помещений // Системы безопасности. —2011. — № 1. — С. 134-135.
Материал поступил в редакцию 16 мая 2013 г.
— English
COMPARISON OF EFFICIENCY BETWEEN WIRED AND WIRELESS EVACUATION CONTROL AND ALARM SYSTEMS
HOANG THO DUC, Postgraduate Student of Department of Complex Safety in Construction, Moscow State University of Civil Engineering (Yaroslavskoye Shosse, 26, Moscow, 129337, Russian Federation; e-mail address: [email protected])
KOROL'CHENKO A. Ya., Doctor of Technical Sciences, Professor, Professor of Department of Complex Safety in Construction, Moscow State University of Civil Engineering (Yaroslavskoye shosse, 26, Moscow, 129337, Russian Federation)
ABSTRACT
Given concept of reliability and viability of fire alarm. Wired and wireless systems of warning and management (WSEM) are compared on two criteria — viability and economic efficiency. The work presents not only theoretical but also practical comparison. Despite the fact that during growing demand of market, radio channel equipment is more expensive than wired, mounting one, it can be significantly profitable using wireless system. Practice shows that average price of the equipment per square meter under the contract for the design, supply, installation and commissioning of specific object will be the same for both wired and radio channel system, and in some cases it is even cheaper. From a technical point of view it is very important at the design stage to assess the reliability and effectiveness of fire alarm system and provide possible measures to improve it. Conclusion is made by comparing the efficiency of these systems and increase efficiency of wireless warning system and evacuation and the most promising area in the field of fire safety is a wireless fire alarm facilities.
Keywords: evacuation control and alarm systems viability; economic efficiency of WSEM; efficiency of wireless WSEM.
REFERENCES
1. Technical Regulations on Fire Safety: Law of Russian Federation on 22.07.2008 No. 123. Sobraniye zakonodatelstva RF— Collection of Laws of the Russian Federation, 2008, no. 30 (part I), art. 3579 (in Russian).
2. Set of rules No. 3.13130.2009. Systems of fire protection. System of annunciation and management of human evacuation at fire. Requirements of fire safety. Moscow, All-Russian Research Institute for Fire Protection of Emercom of Russia Publ., 2009 (in Russian).
3. Ulyanov V. A. Ekonomicheskiye aspekty vybora sistem opoveshcheniya i upravleniya evakuatsiyey [Economic aspects of selection of warning systems and evacuation management]. Pozharnaya bez-opasnost v stroitelstve — Fire Safety in Construction, 2010, no. 5, pp. 38-49.
4. Yakunkin D. Tekhnicheskoye proektirovaniye sistem opoveshcheniya i upravleniya evakuatsiyey lyudey pri pozhare [Technical design of systems of warning and evacuation management in case of fire]. Algoritm bezopasnosti — Algorithm Security, 2006, no. 4, pp. 64-67.
5. Yelkin M. S. Rabota besprovodnykh sistem OPS na otkrytykh intervalakh vne pomeshcheniy [Operation of wireless security and fire warning systems on open intervals outdoors]. Sistemy bezopasnosti — Security Systems, 2011, no. 1,pp. 134-135.
