автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.03, диссертация на тему:Методология проектирования гарнизонов пожарной охраны

На правах рукописи

ПОРОШИН АЛЕКСАНДР АЛЕКСЕЕВИЧ

МЕТОДОЛОГИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ГАРНИЗОНОВ ПОЖАРНОЙ ОХРАНЫ

Специальность: 05.26.03. «Пожарная и промышленная безопасность» (технические науки, отрасль - "Жилищно-коммунальное хозяйство")

АВТОРЕФЕРАТ ДИССЕРТАЦИИ

на соискание ученой степени доктора технических наук

1 о ДЕК 2009

Москва-2009

003488262

На правах рукописи

ПОРОШИН АЛЕКСАНДР АЛЕКСЕЕВИЧ

МЕТОДОЛОГИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ГАРНИЗОНОВ ПОЖАРНОЙ ОХРАНЫ

Специальность: 05.26.03. «Пожарная и промышленная безопасность» (технические науки, отрасль - "Жилищно-коммунальное хозяйство")

АВТОРЕФЕРАТ ДИССЕРТАЦИИ

на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва-2009

Работа выполнена в Федеральном государственном учреждении «Всероссийский ордена "Знак Почета" научно-исследовательский институт противопожарной обороны» МЧС России (ФГУВНИИПО МЧС России).

Научный консультант: доктор технических наук, с.н.с.

Матюшин А.В.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Присадков В.И.

Ведущая организация: Ивановский институт Государственной противопожарной службы МЧС России

Защита состоится "24" декабря 2009 г. в 10.00 часов на заседании диссертационного совета ДС 205.003.01 при Федеральном государственном учреждении «Всероссийский ордена "Знак Почета" научно-исследовательский институт противопожарной обороны» МЧС России по г^тресу: мкр. ВНИИПО, д 12, г.Балашиха, Московская область, 143903, зал совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГУ ВНИИПО МЧС России.

Автореферат разослан " 23 " ноября 2009 г. Исх. № ГУС /5540.

Отзыв на автореферат с заверенной подписью и печатью просим направлять в двух экземплярах в ФГУ ВНИИПО МЧС России по указанному адресу.

Телефоны для справок: 521-29-00; 521-85-78 Ученый секретарь диссертационного совет

доктор технических наук, профессор Семиков В.Л.

доктор технических наук, профессор Качанов С.А.

к.т.н., с.н.с.

Общая характеристика работы

Постановка проблемы и ее актуальность. В последнее время решение задачи по обоснованию мест размещения и ресурсной потребности оперативных подразделений пожарной охраны для защиты городских и сельских поселений, городских округов (далее - населенных пунктов) от пожаров и чрезвычайных ситуаций (ЧС) приобрело особую значимость в связи с наличием ряда процессов в сфере государственного управления. Необходимость решения этой задачи обусловлена проводимой административной реформой, направленной на разграничение функций и полномочий федерального центра, субъектов Российской Федерации и органов местного самоуправления, а также государственной политикой, связанной с созданием систем технического регулирования в области пожарной безопасности.

В рамках концепции административной реформы в области пожарной безопасности тушение пожаров и проведение аварийно-спасательных работ реализуются силами и средствами различных видов пожарной охраны. В целях упорядочения их функционирования, разграничения ответственности и полномочий принят ряд государственных решений. В соответствии с протоколом оперативного совещания Совета безопасности Российской Федерации от 3 сентября 2005 г. Пр-1494 на федеральную противопожарную службу МЧС России возложены задачи по организации и осуществлению тушения пожаров в населенных пунктах. В связи с этим принят ряд федеральных законов. Федеральным законом от 25 октября 2006 г. № 172-ФЗ внесены изменения в Федеральный закон от 21 декабря 1994 г. № 69-ФЗ "О пожарной безопасности", касающиеся создания подразделений федеральной противопожарной службы МЧС России в целях организации профилактики и тушения пожаров в населенных пунктах (территориальные подразделения). Для установления единых критериев организации тушения пожаров, проведения аварийно-спасательных работ и объединения различных видов пожарной охраны по территориальному признаку был принят Федеральный закон от 18 октября 2007 г. № 230-ФЭ, которым в Федеральный закон от 21 декабря 1994 г. № 69-ФЗ "О пожарной безопасности" внесено понятие "гарнизон пожарной охраны".

При этом внесенные изменения не затрагивают предусмотренные Федеральным законом от 21 декабря 1994 г. № 69-ФЗ "О пожарной безопасности" полномочия в области пожарной безопасности органов государственной власти субъектов Российской Федерации, а также организаций, за ними сохраняются функции по созданию соответствующих видов пожарной охраны.

Для установления положений технического регулирования в Российской Федерации был принят Федеральный закон от 27 декабря 2002 г.

№ 184-ФЗ "О техническом регулировании". С его принятием потребовалась выработка системного подхода к решению проблем обеспечения пожарной безопасности различных объектов защиты, включая населенные пункты. Системный подход предусматривал использование общепризнанного в мировой практике объектно-ориентированного нормирования (по-другому, гибкого нормирования) в области пожарной безопасности. Применение принципов гибкого нормирования позволяет учесть индивидуальные особенности объекта защиты по пожарной опасности, а также характеристики его системы обеспечения пожарной безопасности. Наряду с применением принципов гибкого нормирования системный подход предусматривал установление противопожарных требований к объекту защиты для целей технического регулирования. Данные положения реализованы в Федеральном законе от 22 июля 2008 г. № 12Э-ФЗ "Технический регламент о требованиях пожарной безопасности". Установлено, что дислокация подразделений пожарной охраны на территориях поселений и городских округов определяется исходя из условия, что время прибытия первого подразделения к месту вызова в городских поселениях и городских округах не должно превышать 10 мин, а в сельских поселениях - 20 мин. Исходя из этих значений, на территориях населенных пунктов определяются нормативные области обслуживания пожарных частей. Практика применения этих нормативов показала, что существует проблема защиты зданий (сооружений), расположенных на тех территориях населенных пунктов, которые находятся вне нормативных областей обслуживания пожарных частей. Для защиты данных зданий (сооружений) необходимо соответствующее обоснование мест дислокации, состава сил и средств дополнительных пожарных частей.

Вышеизложенное позволяет утверждать, что обоснование мест дислокации и ресурсной потребности оперативных подразделений пожарной охраны является важной и актуальной хозяйственной задачей, решение которой направлено на повышение защищенности граждан и объектов экономики Российской Федерации от пожаров и ЧС.

Следует отметить, что большое количество научно-методических разработок посвящено решению рассматриваемой задачи. В зарубежных исследованиях получены следующие основные результаты. С использованием положений теории массового обслуживания созданы модели, учитывающие особенности стохастической природы возникновения инцидентов (пожаров, ЧС) и процессов их обслуживания (Blum Е., Chaiken J.). Имитационные системы функционирования пожарной охраны на средствах вычислительной техники изучены в ряде работ (Garter G., Santone L., Anderson R., Berlin G). В рамках детерминированного подхода созданы модели по определению мест дислокации исходя из

решения задач целочисленного программирования - "задач о покрытии множества" (Kolesar P., Walker W.) и решения многокритериальных задач при наличии компромиссных целей. Например, по выравниванию оперативной нагрузки на подразделения пожарной охраны (Larson R., Kolesar Р., Blum E.).

В отечественной практике значительный вклад в разработку научно-методических подходов и методов решения задач в рассматриваемой предметной области осуществлен д.т.н. H.H. Брушлинским (основатель и руководитель научной школы по аналитическому и имитационному моделированию деятельности оперативных подразделений); д.экон.н. А.К. Микеевым (экономические исследования в области обоснования ресурсов пожарной охраны), д.т.н. Б.М. Прановым (постановка и решение задач оптимизации распределения ресурсов пожарной охраны), д.т.н. C.B. Соколовым (разработка компьютерных имитационных систем проектирования противопожарных служб), д.т.н. Ю.М. Глухо-венко (проектирование организационных структур аппаратов управления и подразделений пожарной охраны); д.т.н. В.Б. Коробко (проектирование многофункциональной пожарно-спасательной службы), д.т.н. В.И. Присадковым, д.т.н. В.Л. Семиковым, д.т.н. Е.А. Мешалкиным, д.т.н. A.B. Матюшиным, к.т.н. В.М. Гаврилеем, к.т.н. С.А. Лупановым, к.т.н. Соболевым (аналитические исследования в области обоснования ресурсов пожарной охраны в зависимости от показателей объектов защиты), д.т.н. A.A. Таранцевым, д.т.н. Г.И. Абдурагимовым (применение положений теории массового обслуживания для моделирования деятельности пожарной охраны) и другими учеными.

На основе результатов исследований российских (советских) ученых определены варианты нормирования ресурсов пожарной охраны населенных пунктов в зависимости от их численности населения и площади территории, которые внедрены в нормативные документы по пожарной безопасности (СНиП 2.07.01-89*, ВСН-1-91 СПАСР МВД России, НПБ 101-95 и др.).

Однако, как показывает анализ зарубежных и отечественных научно-методических подходов, при решении рассматриваемой задачи не применялось модельное представление о процессах развития пожаров в конкретных зданиях (сооружениях) и учет параметров их систем противопожарной защиты (пожарная автоматика, огнестойкость строительных конструкций, системы оповещения и управления эвакуацией людей и др.), а были использованы вероятностные критерии и методы имитационного моделирования. В частности, использован критерий минимизации частичных или полных отказов в обслуживании вызовов на пожар или ЧС. Для применения этого критерия и методов имитационного моделирования необходимо предварительно провести статисти-

ческий анализ обстановки с пожарами в населенном пункте и процессов функционирования гарнизона пожарной охраны.

Поэтому у предложенных методов решения задачи по обоснованию мест размещения и ресурсной потребности оперативных подразделений пожарной охраны существуют ограничения в области применения. Они не могут быть использованы при проектировании новых населенных пунктов (или микрорайонов города), а также для действующих населенных пунктов, в которых отсутствуют оперативные подразделения пожарной охраны, так как для проведения расчетов и имитации необходима соответствующая статистическая информация по вызовам на пожары и боевой работе оперативных подразделений. Обоснование мест размещения и необходимого состава сил и средств пожарной охраны для защиты отдельных, уникальных зданий (сооружений) и промышленных предприятий также не осуществляется с помощью данных методов. Это связано с тем, что указанные методы не опираются на показатели пожарной опасности конкретных зданий (сооружений) и не отражают связи между требованиями по размещению пожарных депо с требованиями пожарной безопасности, которые предусмотрены в системе защиты зданий (сооружений) населенного пункта или промышленного предприятия от пожаров.

Наличие ограничений по применимости, а также существующая актуальность решения рассматриваемой задачи для практики определяют потребность в создании новой методологии обоснования мест дислокации и ресурсных потребностей пожарной охраны. Данная методология должна быть основана на принципах объектно-ориентированного нормирования, учитывающего особенности пожарной опасности зданий (сооружений), параметры элементов систем противопожарной защиты, а также показатели тактико-технических возможностей дежурных караулов, выезжающих на ликвидацию пожаров.

Исходя из вышеизложенного целью исследования является разработка методологии проектирования гарнизонов пожарной охраны с учетом модельного представления о процессах развития пожаров и установления взаимосвязей дислокационных и ресурсных характеристик оперативных подразделений пожарной охраны с параметрами элементов противопожарной защиты зданий (сооружений) и территории населенного пункта.

Поставленная цель предусматривает решение таких задач, как:

- разработка принципов (концепции) новой методологии проектирования гарнизонов пожарной охраны;

- разработка метода вариантного проектирования систем обеспечения пожарной безопасности зданий (сооружений) и территории населенного пункта для определения взаимосвязей дислокационных и ре-

сурсных характеристик противопожарных подразделений с параметрами элементов противопожарной защиты зданий (сооружений) и территории населенного пункта;

- формулирование целей выезда оперативных подразделений пожарной охраны на пожар и формализация условий их достижения;

- разработка метода расчета максимально допустимого расстояния от защищаемого здания (сооружения) до пожарного депо при различных целях выезда дежурного караула на пожар, схем его развития и параметров противопожарной защиты здания (сооружения) и территории населенного пункта;

- разработка метода обоснования мест дислокации на территории населенного пункта оперативных подразделений пожарной охраны с необходимым набором сил и средств на основе расчетов максимально допустимых расстояний как для одного здания (сооружения), так и их совокупности (в дальнейшем предполагается, что данный подход применим для промышленных предприятий, за исключением объектов, на которых осуществляются производство, переработка, хранение радиоактивных и взрывчатых веществ и материалов, объектов уничтожения и хранения химического оружия и средств взрывания);

- создание метода определения зон обслуживания (зон ответственности) оперативных подразделений пожарной охраны на территории населенного пункта с учетом оптимизации маршрутов следования дежурного караула к месту пожара по транспортной сети населенного пункта при изменении ее параметров;

- создание методов обоснования ресурсных потребностей пожарной охраны населенного пункта при одновременном возникновении двух и более пожаров в зоне обслуживания, а также при расширении ее функций с использованием имитационного моделирования оперативной деятельности гарнизонов пожарной охраны по тушению пожаров и проведению аварийно-спасательных работ (на примере дорожно-транспортных происшествий (далее - ДТП));

- разработка автоматизированной геоинформационной системы, предназначенной для обоснования проектных решений по размещению, определению состава сил и средств вновь создаваемых гарнизонов пожарной охраны, а также для экспертизы дислокационных характеристик и ресурсных возможностей действующих гарнизонов пожарной охраны.

Объект исследования - гарнизон пожарной охраны и система противопожарной защиты зданий (сооружений) и территории населенного пункта.

Предмет исследования - процесс организации деятельности гарнизона пожарной охраны по тушению пожаров и проведению аварий-

но-спасательных работ с учетом параметров элементов систем противопожарной защиты зданий (сооружений) и территории населенного пункта.

Методы исследования - системный и структурный анализ, методы решения нелинейных алгебраических уравнений и неравенств, теория моделирования пожара в помещении, теория алгоритмов, методы дискретного программирования и имитационного моделирования, теория вероятностей и математической статистики.

Научная новизна диссертации состоит в следующем:

- сформулирована и обоснована новая концепция проектирования гарнизонов пожарной охраны, базирующаяся на модельном представлении о процессах развития пожаров и установлении взаимосвязей дислокационных и ресурсных характеристик оперативных подразделений пожарной охраны с параметрами противопожарной защиты зданий (сооружений) и территории населенного пункта;

- впервые сформулированы цели выезда оперативных подразделений пожарной охраны на пожар и формализованы условия их достижения;

- впервые, с использованием условий достижения цели выезда оперативных подразделений на пожар, созданы теоретические положения расчета максимально допустимых расстояний от защищаемого здания (сооружения) до предполагаемого места размещения пожарного депо на территории населенного пункта;

- разработана методология обоснования мест дислокации и ресурсных потребностей оперативных подразделений пожарной охраны населенного пункта, учитывающая особенности пожарной опасности зданий (сооружений), параметров их противопожарной защиты, а также показатели тактико-технических возможностей дежурных караулов, выезжающих на ликвидацию пожаров;

- усовершенствованы методы обоснования ресурсных потребностей пожарной охраны населенного пункта при одновременном возникновении двух и более пожаров, а также при расширении ее функций с использованием имитационного моделирования оперативной деятельности гарнизона пожарной охраны;

- разработана автоматизированная геоинформационная система, предназначенная для обоснования проектных решений по размещению, определению состава сил и средств создаваемых гарнизонов пожарной охраны, а также для экспертизы дислокационных характеристик и ресурсных возможностей действующих гарнизонов пожарной охраны.

Практическая значимость. Результаты исследований могут быть использованы при формировании нормативной правовой базы, регламентирующей деятельность гарнизонов пожарной охраны. Предлагаемая методология позволяет проводить экспертизу эффективности

организации деятельности действующих гарнизонов пожарной охраны, обосновывать необходимость строительства новых пожарных депо, определять границы зон обслуживания пожарных частей на территории населенных пунктов, формировать требования к расписанию выездов на пожар в зависимости от особенностей пожарной опасности объектов защиты. Она может быть использована проектными организациями при формировании планов строительства и развития населенных пунктов (или их микрорайонов), а также промышленных предприятий, в части обоснования требований к их системе обеспечения пожарной безопасности.

Достоверность результатов и выводов обеспечивается применением современных методов исследования сложных функциональных систем, репрезентативностью исходных данных, полученных из официальных источников. Обоснованность научных положений и выводов диссертационного исследования доказана также положительным опытом внедрения результатов при определении дислокационных характеристик и ресурсных потребностей пожарной охраны населенных пунктов и промышленных предприятий.

Апробация и реализация результатов работы. Основные положения диссертационной работы опубликованы в реферируемом научно-техническом журнале "Пожарная безопасность" (2004-2007 гг.), в монографии "Обеспечение пожарной безопасности на территории Российской Федерации" (2006 г.), в Юбилейном сборнике трудов ФГУ ВНИИПО МЧС России (2007 г.), представлены в докладах на XVIII (2003 г.), XIX (2005 г.), XX (2007 г.) международных научно-практических конференциях ФГУ ВНИИПО МЧС России (г. Балашиха), на III Международной научно-практической конференции "Чрезвычайные ситуации: предупреждение и ликвидация" (г. Минск, 2005 г.), на международной научно-практической конференции "Реорганизация пожарно-спасательных служб в странах - членах КТИФ. Текущее состояние, проблемы и перспективы" (г. С.-Петербург, 2005 г.), на Международной научно-практической конференции "Технические и социально-гуманитарные аспекты профессиональной деятельности ГПС МЧС России: проблемы и перспективы" (г. Воронеж, 2006 г.).

Полученные результаты легли в основу свода правил СП 11.13130.2009 «Места дислокации подразделений пожарной охраны. Порядок и методика определения» (утвержден и введен в действие приказом МЧС России от 25 марта 2009 г. № 181, зарегистрирован Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии).

Результаты исследований внедрены в ФГУ ВНИИПО МЧС России при проведении ОКР (государственный контракт № 13/4.14-243Г от 22 августа 2005 г.) и НИР, выполненной согласно п.1.3.10 Единого те-

матического плана НИОКР МЧС России на 2007 г., утвержденного приказом МЧС России от 9 марта 2007 г. № 123.

В учебном центре ФГУ ВНИИПО МЧС России при очной и дистанционной подготовке специалистов организаций (экспертов) по независимой оценке рисков в области обеспечения пожарной безопасности по теме: "Пожарная охрана организаций, городских и сельских поселений. Требования пожарной безопасности к размещению подразделений пожарной охраны" (п.2.8 учебно-тематического плана учебного центра ФГУ ВНИИПО МЧС России "Пожарный аудит") также используются результаты данных исследований.

Методология использована Государственным унитарным предприятием "Инженерные работы" (г. Байконур) для обоснования мест размещения пожарных депо, ресурсной оснащенности пожарно-спасательных подразделений г. Байконур. На основе результатов обоснования разработано техническое задание на проектирование и строительство зданий пожарных депо в г. Байконур.

На основе разработанной методологии осуществлены расчеты ресурсной потребности пожарной охраны в ряде субъектов Российской Федерации. В частности, результаты расчетов использованы для составления организационно-штатного расписания и обоснования технической оснащенности пожарных частей в г. Калуга (ПЧ-69 УГПС МЧС Калужской области) и в г. Каменск-Уральский (ПЧ-26 ОГПС МЧС Свердловской области). Использование и внедрение подтверждено соответствующими актами.

Компьютерная система принята в эксплуатацию комиссией МЧС России (приказ МЧС России от 30 ноября 2006 г. № 623) и сдана в фонд алгоритмов, программ, баз и банков данных Государственной противопожарной службы (ФАП ГПС), созданный в соответствии с приказом МЧС России от 14.01.2003 г. № 9 "Об организации функционирования головных служб по учету и регистрации баз и банков данных МЧС России". На компьютерную систему Министерством юстиции Российской Федерации вьщано регистрационное свидетельство (ГЖ № 0003846 от 21.06 2007 г.).

На защиту выносятся:

- концепция проектирования гарнизона пожарной охраны, основанная на модельном представлении о процессах и схемах развития пожаров и установлении взаимосвязей дислокационных и ресурсных характеристик оперативных подразделений пожарной охраны с параметрами противопожарной защиты зданий (сооружений) и территории населенного пункта;

- формализация условий достижения целей выезда оперативных подразделений пожарной охраны на пожар;

- теоретические положения по расчету максимально допустимых расстояний от защищаемого здания (сооружения) до пожарного депо при различных целях выезда дежурного караула на пожар, схемах его развития, параметрах противопожарной защиты здания (сооружения) и территории населенного пункта;

- методология обоснования мест дислокации и ресурсных потребностей оперативных подразделений пожарной охраны, базирующаяся на учете особенностей пожарной опасности зданий (сооружений), параметров их противопожарной защиты, а также показателей тактико-технических возможностей дежурных караулов, выезжающих на ликвидацию пожаров;

- методы обоснования ресурсных потребностей пожарной охраны населенного пункта при одновременном возникновении двух и более пожаров, а также при расширении ее функций с использованием имитационного моделирования оперативной деятельности гарнизонов пожарной охраны;

- математическое, алгоритмическое и информационное обеспечение автоматизированной геоинформационной системы, предназначенной для принятия решений по размещению пожарных депо, определению состава сил и средств создаваемых и действующих гарнизонов пожарной охраны.

Публикации. По результатам диссертационных исследований опубликованы 52 печатные работы, из них 12 работ в научно-техническом журнале "Пожарная безопасность" (2 статьи в единоличном авторстве). Вклад автора в работы, выполненные в соавторстве, состоит в постановке проблемы и формализации задач исследования, разработке научно-методических и теоретических положений, а также непосредственном участии в создании математических моделей и алгоритмов.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, списка используемой литературы и приложений. Материал изложен на 516 страницах, в том числе 461 страница основного текста, содержит 153 рисунка, 60 таблиц и 6 приложений. Список литературы включает 161 позицию.

Основное содержание работы Во введении, исходя из состояния теории и практики проектирования гарнизонов пожарной охраны, рассматривается актуальность и практическая значимость диссертационной работы. Сформулирована цель, описываются объект и предмет исследования, раскрываются научная новизна и применяемые исследовательские методы, изложены основные положения, выносимые на защиту, а также указывается область практического использования результатов исследования.

В первой главе ("Аналитический обзор") представлены результаты анализа состояния исследований и решения задач в области проектирования мест размещения, определения состава сил и средств оперативных подразделений пожарной охраны по защите от пожаров населенных пунктов.

Анализ показал, что для решения задач в рассматриваемой предметной области используются методы теории исследования операций (детерминированные и стохастические модели, описывающие процесс функционирования оперативных подразделений пожарной охраны), а также методы имитационного моделирования. Основной целью исследований с использованием данных методов являлось: размещение оперативных подразделений пожарной охраны, при котором обеспечивается минимальное время их прибытия к месту вызова (при этом время не обосновывается); определение необходимого числа этих подразделений для обеспечения прибытия к месту вызова за заданное (нормированное) время и (или) обеспечение гарантии того, что время ожидания в очереди на обслуживание или вероятность отсутствия свободного подразделения в момент поступления вызова не будут превосходить установленных (заданных) предельных значений (риск отказа в обслуживании), имеющих достаточно малую величину.

Решение рассматриваемых задач осуществлялось не на основе использования модельного представления о процессах развития пожаров в конкретных зданиях (сооружениях) и учета параметров систем противопожарной защиты в них, а на основе анализа статистической информации об оперативной обстановке с пожарами и работе противопожарных подразделений. Это определяет ряд ограничений для использования научно-методических подходов, которые:

- не позволяют ответить на вопрос, какая конечная цель выезда на пожар будет достигнута в результате того или иного размещения противопожарных подразделений (пожар будет ликвидирован до наступления опасности для жизни и здоровья людей, до наступления предела огнестойкости строительных конструкций, до охвата пламенем всей пожарной нагрузки в помещении и т. д.) и, следовательно, не позволяют, в зависимости от этих целей, обосновать необходимое время прибытия подразделений к месту вызова и необходимый набор техники в дежурном карауле для тушения пожара и проведения аварийно-спасательных работ;

- не позволяют решать задачи по созданию оптимальной системы обеспечения пожарной безопасности населенных пунктов, так как не отражают связи между требованиями пожарной безопасности по размещению пожарных депо с требованиями пожарной безопасности зданий (сооружений). Например, такими, как: системы автоматического

обнаружения и тушения пожара, оповещения и управления эвакуацией людей, дымоудаления, пределы огнестойкости строительных конструкций здания и др.;

- не ориентируют пожарную охрану на тушение любого пожара силами одного дежурного караула (с необходимым набором сил и средств) и опираются на необходимость привлечения других подразделений пожарной охраны, дислоцированных в населенных пунктах;

- базируются на статистической информации о боевой работе дислоцированных на защищаемой территории подразделений пожарной охраны и поэтому не могут быть использованы для обоснования размещения и ресурсной потребности оперативных подразделений пожарной охраны при проектировании населенных пунктов (микрорайонов города) или промышленных предприятий;

- не опираются на показатели пожарной опасности конкретных зданий (сооружений) и поэтому не позволяют обосновать необходимость создания объектовых подразделений пожарной охраны;

- не позволяют ответить на вопрос, сколько и каких сил и средств необходимо выслать на пожар, возникший в конкретном здании, для достижения поставленной цели выезда, то есть не могут быть основой для составления расписания выездов оперативных подразделений пожарной охраны на пожар.

Исходя из наличия данных ограничений в области применения существующих научно-методических подходов к ряду объектов защиты (проектируемые населенные пункты, отдельные здания (сооружения и др.) в работе делается вывод о необходимости создания новой методологии решения рассматриваемой задачи. Новый подход должен основываться на целях, которые ставятся перед противопожарными подразделениями при выезде на пожар. Цели должны иметь формализованный характер в виде соответствующих условий их достижения, учитывающих схемы развития пожаров в зависимости от обращаемых в зданиях (сооружениях) веществ и материалов, а также наличие в них элементов системы противопожарной защиты. На основании сделанного вывода определены цель и задачи диссертационного исследования.

Во второй главе ("Метод вариантного проектирования систем обеспечения пожарной безопасности зданий (сооружений)") представлены результаты разработки вариантного проектирования систем обеспечения пожарной безопасности (СОПБ) зданий (сооружений) различной функциональной направленности. Проведено исследование процесса проектирования СОПБ здания (сооружения). Осуществлено построение ее структурного описания и определены целевые назначения ее составляющих элементов (мероприятий). Разработаны алгоритм вариантного проектирования и модель принятия решений по выбору ра-

ционального варианта СОПБ здания (сооружения). Сформулированы цели выезда на пожар оперативных подразделений пожарной охраны с учетом возможных вариантов СОПБ.

В рамках разработки структурной схематизации осуществлено описание СОПБ в виде иерархического графа, построенного по принципу "дерева событий" (см. фрагмент графа на рис. 1). Композиция СОПБ, соответствующая этому принципу, состоит из следующих описаний: система предотвращения пожара - 4 уровня иерархии, 29 элементов; система противопожарной защиты - 6 уровней иерархии, 117 элементов; организационно-технические мероприятия - 2 уровня иерархии, 12 элементов. Определено целевое назначение каждого элемента (мероприятия), входящего в структуру СОПБ.

Целевое назначение определено в виде требований по обеспечению безопасности людей при пожарах, сохранению материальных ценностей от них (минимизация материального ущерба) и обеспечению противопожарной устойчивости строительных конструкций здания (сооружения).

Проведенный анализ распределения мероприятий по целевому назначению показал, что мероприятия, направленные на обеспечение безопасности людей при пожаре, составляют 40 % от общего числа мероприятий входящих в структуру СОПБ. Влияние на снижение материальных последствий оказывает 25 % мероприятий от общего их числа. Соответственно одновременное влияние на снижение материального ущерба и обеспечение безопасности людей составляют 25 %, а обеспечивающие устойчивость строительных конструкций здания при пожарах мероприятия - 10 % мероприятий от общего их числа.

С учетом структурного описания СОПБ здания (сооружения) и определения целевых назначений элементов СОПБ, входящих в данное структурное построение, создан алгоритм вариантного проектирования СОПБ здания (сооружения).

Алгоритм состоит из следующих основных блоков (рис. 2):

- формирование планировочных решений по размещению зданий на планах застройки территории населенного пункта, учитывающих мероприятия СОПБ следующих типов: противоположные разрывы, подъездные пути пожарной техники, наружный водопровод и т.п.;

- определение планировочных решений по отдельным зданиям с целью обеспечения требований безопасности людей. На этом этапе происходит определение параметров путей эвакуации, параметров устройств оповещения и управления эвакуацией при пожарах и др.;

- выбор конструктивных элементов здания (сооружения) по пределам огнестойкости строительных конструкций;

с выходом на лестничную клетку через тамбур-шлюз с подпором воздуха

с выходом через наружную воздушную зону по балконам, лоджиям, переходам

с подпором воздуха при пожаре

без естественного освещения

с естественным освещением

внутренние открытые (без отражающих стен)

наружные открытые

внутренние, размещенные в лестничных клетках

- определение на выбранных планировочных схемах, обеспечивающих требования безопасности людей при пожарах, инженерно-технических решений, направленных на ограничение материального ущерба. К ним относятся: секционирование, автоматические установки пожаротушения, первичные средства пожаротушения и т.д.;

- решение оптимизационной задачи выбора рационального варианта СОПБ по функциональной эффективности и согласование конфликтных ситуаций, возникающих при взаимодействии варианта СОПБ с другими проектируемыми системами обеспечения функционирования здания (сооружения).

Для определения наиболее рационального варианта СОПБ по функциональной эффективности разработана модель принятия решений. Модель представлена в виде системы уравнений и неравенств:

м\\У(и ) [ и>

5Р

(АР •АУ) = (~2[

у 5К.

•ДК )-ДУ-

и>

К [Х(2)]>К°,

V/

г г

а

1 я (г) < я ,

¿ = 1 р

(1)

V е и>

V

В системе уравнений и неравенств (1) величина М\&У(и )1 обо-

значает математическое ожидание снижения социальных или материальных последствий пожара А У {и ) при выбранном варианте отно-

п1

сительно некоторого другого варианта СОПБ здания (сооружения).

В постановке задачи величину м\ Д У (и ) необходимо максими-

зировать, тем самым определяется наиболее рациональный вариант СОПБ по функциональной эффективности по сравнению с другими возможными вариантами противопожарной защиты.

Множество возможных вариантов \и I формируется на

I =

основе элементов (противопожарных мероприятий) из структурного описания СОПБ, где к - общее количество возможных вариантов данной системы.

Н.1

ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЗДАНИИ

1. Функциональное назначение.

2. Используемые типы структурных элементов.

3. Необходимое оборудование.

4. Определение материалов и веществ.

5. Определение трудовых ресурсов.

Н.2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТРУКТУРНОГО

___СОСТОЯНИЯ ЗДАНИЙ

]. Формирование схем размещения оборудования.

2. Формирование распределения веществ и материалов.

3. Формирование распределения трудовых ресурсов.

Н.З РАЗМЕЩЕНИЕ ЗДАНИИ

_и НА ПЛАНАХ ЗАСТРОЙКИ ТЕРРИТОРИИ Формирование схем планировочных решений по размещению на территории

Н.4

ОЦЕНКА ПРОТИВОПОЖАРНОЙ УСТОЙЧИВОСТИ НАБОРА ЗДАНИЙ НА СХЕМАХ РАЗМЕЩЕНИЙ

Модель функционирования, технологический процесс

Типы схем размещения оборудования

Количество пожарной нагрузки в элементах

Число занятых на объекте людей

Варианты схем размещения

H.5 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЪЕМНО__ ПЛАНИРОВОЧНЫХ РЕШЕНИЙ ДЛЯ

ОТДЕЛЬНЫХ ЗДАНИЙ

I. Формирование размеров помещений.

2. Формирование типов связей (проемность) между помещениями и с внешним пространством.

Н.6 ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕРОПРИЯТИЙ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ БЕЗОПАСНОСТЬ ЛЮДЕЙ

Н.7 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОТИВОПОЖАРНОЙ УСТОЙЧИВОСТИ СТРОИТЕЛЬНЫХ

КОНСТРУКЦИЙ

Н.8 ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСЛОВИЙ, ОГРАНИЧИВАЮЩИХ МАТЕРИАЛЬНЫЙ

УЩЕРБ

Н.9 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАТРАТ НА СОПБ

1. Затраты по обеспечению противопожарной устойчивости здания.

2. Затраты по обеспечению безопасности людей.

3. Затраты по обеспечению огнестойкости конструкций.

4. Затраты по обеспечению сохранности материальных ценностей.

н.ю

РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ ПО ВЫБОРУ РАЦИОНАЛЬНОГО ВАРИАНТА СОПБ

Определение необходимых противопожарных разрывов

Пропитка антипиренами

Выбор параметров облицовки и штукатурки

Варианты объемно-планировочных решений

Выбор средств и способов обеспечения эвакуации людей

Выбор систем оповещения

Выбор систем дымоудаления

Выбор конструктивных составляющих помещений

Определение необходимых пределов огнестойкости: несущих стен, перегородок, колонн, поэтажных перекрытий и др.

Схемы размещения и комплектации:

первичными средствами пожаротушения

автоматическими установками пожаротушения

Противопожарный водопровод

Противопожарное секционирование

Опепативнме поппазттепения ПО

Оценка комплекса выбранных элементов СОПБ по их стоимости

Выбор варианта СОПБ по характеристикам эффективности мероприятий и их стоимости

Согласование конфликтных ситуаций при взаимодействии с другими системами обеспечения объекта

Рис.2. Алгоритм вариантного проектирования СОПБ здания (сооружения)

Величина АР = Л(Р Р ) определяет снижение вероятности по-У в р

жара в здании при реализации выбранного варианта £ГК относительно другого варианта СОПБ. Величины Рв и Рр означают соответственно

вероятность возникновения и развития пожара в помещении здания. Предполагается, что каждый вариант СОПБ обладает определенной функциональной эффективностью (К ), которая зависит от тактико-

технических характеристик реализованных в нем противопожарных мероприятий X = Х(2). Величина Z обозначает противопожарное мероприятие из структурного описания СОПБ. Под тактико-техническими характеристикам понимается набор физических и других параметров, определяющих свойства проектируемых противопожарных мероприятий (например, время срабатывания, объем и интенсивность подачи ог-нетушащих веществ, время противодействия тепловому воздействию, комплектность личного состава, надежность срабатывания и др.).

Под функциональной эффективностью варианта СОПБ понимается общее (кооперативное) влияние противопожарных мероприятий, с выбранными тактико-техническими характеристиками, на снижение вероятности возникновения и развития пожара в здании (сооружении). Тогда АК-щ - повышение эффективности выбранного варианта 1}у, относительно другого варианта СОПБ. При этом существуют требования к

ЗР

эффективности не меньше заданной К0. Производная определяет

величину снижения вероятности пожара (как возникновения, так и развития) при реализации варианта 1!к с заданной эффективностью Кк относительно другого варианта СОПБ.

В процессе выполнения задач по предупреждению или тушению пожаров противопожарные мероприятия взаимодействуют между собой, что в общем случае можно определить некоторыми функциональными зависимостями: ^ [(х(7)], г = \,.я, где Я - количество урав-г г

нений, описывающих возможные взаимосвязи параметров противопожарных мероприятий. Величина 5 (г) определяет стоимость ¿-го проти-

г

вопожарного мероприятия, ¡' = 1 , где с! - количество мероприятий,

входящих в состав варианта и„. Величина задает общий финансовый

ресурс, выделяемый на реализацию системы обеспечения пожарной

безопасности проектируемого здания (сооружения).

Для более детальной реализации модели (1) необходимо получить

явные виды зависимостей Г = .Р [(х(2)]. В рамках проведенного ис-

г г

следования определение данных зависимостей осуществлено с позиции

выявления взаимосвязей дислокационных и ресурсных характеристик оперативных подразделений пожарной охраны с параметрами элементов противопожарной защиты зданий (сооружений) и территории населенного пункта. Исходя из классификации зданий (сооружений) по функциональной пожарной опасности (ст. 32 Федерального закона от 22 июля 2008 г. № 123-ФЭ "Технический регламент о требованиях пожарной безопасности") и соответствующих им проектируемых СОПБ определение данных зависимостей реализовано с позиции формулирования целей выезда дежурного караула на пожар.

Сформулированы следующие цели выезда караула на пожар: - ликвидация пожара прежде, чем его площадь превысит площадь, которую может потушить прибывший на пожар дежурный караул (цель № 1). Данная цель предусматривает тушение пожара дежурным караулом, если за интервал времени от момента возникновения пожара до момента подачи огнетушащего средства в очаг пожара его площадь не превысит площади, которую может потушить один караул с соответствующим набором сил и средств;

- ликвидация пожара прежде, чем наступит предел огнестойкости строительных конструкций в помещении пожара (цель № 2). Данная цель предусматривает тушение пожара дежурным караулом за время от момента возникновения пожара до момента его ликвидации, при условии, что не наступит предел огнестойкости строительных конструкций в помещении, где произошел пожар;

- ликвидация пожара прежде, чем опасные факторы пожара достигнут критических для жизни людей значений (цель № 3). Данная цель предусматривает тушение пожара дежурным караулом за время от момента возникновения пожара и до момента его ликвидации, при условии, что опасные факторы пожара не достигнут критических для жизни людей значений.

В третьей главе ("Методология проектирования размещения оперативных подразделений пожарной охраны на территории населенных пунктов исходя из целей выезда и схем пожаров в зданиях (сооружениях)") представлены результаты разработки нового методологического подхода к проектированию гарнизонов пожарной охраны. Методология строится на основе формализации условий достижения целей выезда дежурного караула на пожар и построения комплекса взаимосвязанных методов по определению мест размещения и соответствующих зон обслуживания оперативных подразделений пожарной охраны в схеме застройки населенного пункта, как для отдельных зданий (сооружений), так и для их совокупности.

На основе анализа действий дежурного караула по тушению пожара в зданиях (сооружениях) формализованы условия достижения вышеуказанных целей выезда дежурного караула на пожар:

^пож-^огн"' (2)

г0б +тс +*сб +гсл +тбр *хт-хпо; (3)

гоб +Хс+Тсб +Тсл+*бр +гт^гнб > (4)

где Я ж - площадь возможного пожара на момент подачи огнетушащего средства, м2; Богн - площадь пожара, которую может потушить прибывшее на пожар подразделение пожарной охраны, м2; - интервал времени от момента возникновения пожара до момента его обнаружения, мин; тс - интервал времени от момента обнаружения пожара до момента сообщения о нем в пожарную охрану, мин; - интервал времени от момента сообщения о пожаре в пожарную охрану до момента сбора личного состава по тревоге, мин; тсл - время следования подразделения пожарной охраны от места получения сообщения о пожаре (от пожарного депо) до места пожара, мин; т^ - интервал времени от момента прибытия на пожар до

момента подачи огнетушащего средства из первого ствола в очаг пожара (время боевого развертывания), мин; г - интервал времени от момента

подачи огнетушащего средства в очаг пожара до момента его ликвидации (время тушения), мин; тпо - интервал времени от момента возникновения

пожара до момента наступления предела огнестойкости строительных конструкций, мин; гн£ - необходимое время эвакуации людей из помещения

(здания, сооружения) при пожаре, мин.

Система неравенств (2)+(4) рассматривалась как совокупность условий, позволяющих определять дислокационные характеристики оперативных подразделений пожарной охраны. В частности, на их основе определяется максимально допустимое расстояние от пожарного депо до предполагаемого объекта пожара по транспортной сети населенного пункта.

С использованием системы неравенств (2)+(4) получены расчетные зависимости по определению данного расстояния для каждой из вышеперечисленных целей и соответствующих схем пожаров, отражающих случаи горения твердых и жидких веществ и материалов. При выводе расчетных формул предполагалось, что тушение пожара осуществляется водой или воздушно-механической пеной. Время тушения определяется по зависимости предложенной д.т.н. ИМ. Абдурагимовым.

Полученные зависимости имеют следующий вид: а) для случая кругового распространения пламени по поверхности твердых горючих веществ и материалов (ТГМ):

. (5)

^(т^-тр,

к<

/з^

60

9сл 60

60

Ц Тпо Зо' еСЛИ 5пожЛп« < 1,

-(Л + Гт)],если ^пож/^пом — 1 >

(6)

(7)

(8)

б) для случая горения твердых веществ и материалов на площади в виде полосы с постоянной шириной:

I Л(ГгГ,) 60 '

к<

Н<

&сл

60 А 9сл 60

1 ^-ПО - + Т\А)\, если ^ПОЖ/ '-'ПОЛ 1 >

^ПОЖ / ^ПОД — 1 5

|г-[т„б - (Го + 7\А)\ если 5П0Ж/5П(Ш < 1, 60Л

9сл

60

[т„б - (То + Г, + Г,)], если ^пож/^пол — 1 »

(9)

(10) (11)

(12) (13)

в) для случая горения свободно растекающихся ЛВЖ и ГЖ, а также расплавов твердых горючих материалов, если g > у<2„ /(/7рр):

I5-Г,) 60 '

/2 * 1- 5 + + 7,2а + тп0 - (Г0 + Г,)] , 216а 1 '

/з < 1- П + д/я2 + 7,2а [РГ, + тн6 - (Г0 + Г,)] 1; ¿16а

(14)

(15)

(16)

г) для случая горения ЛВЖ и ГЖ, а также расплавов твердых горючих материалов на постоянной площади (в обваловании):

V I

°пож — у «-'тр

/2<^-ко-(Го+Г1+Г7)], (18)

/з<-^-[тй6-(Го+Г1+Г7)]. (19)

В формулах (5)+(19) использованы обозначения:

7*0 =—5— (20) Гт = 5 + 0Д$'-ом (29)

Тг=тсб+тс + тсе+тбр , (21) а = (30)

(22) е = (31)

Гз^^Ц-; да, А.иИ^: (32,

г< ■ 6«. . (24) 5 = 1-^ + 1,8-в-Г,; (33)

Ть-р'кЩ\ )-; (25) ^ = -«- [г„0 - (Г0 + Г, + >]; (34)

т _ • о6") Я = 1-? + 1)8-«-Т1; (35)

(27) ^ = (36)

60 • Jmp

601 где /, - максимально допустимое расстояние по дорогам населенного пункта от объекта предполагаемого пожара до пожарного депо при г'-й цели выезда на пожар, км; 8пож - площадь возможного пожара на момент подачи огнетушащего средства, м2; - площадь помещения пожара, м2; 5П0Л - площадь горящей полосы, м2; т0д - время от момента возникновения пожара до момента его обнаружения, мин; тс - время от момента обнаружения пожара до момента сообщения о нем в пожарную охрану, мин; - время сбора личного состава по тревоге, мин; тбр ' вРемя от момента прибытия на пожар до момента подачи огнетушащего средства из первого ствола в очаг пожара (время боевого развертывания), мин; тпо - время от момента возникновения пожара до

момента наступления предела огнестойкости строительных конструкций, мин; THß - необходимое время эвакуации людей из помещения

(здания, сооружения) при пожаре, мин; &сл - скорость следования дежурного караула на место пожара (оценивается для наиболее неблагоприятных влияющих на нее факторов (состояние дорог, особенности ландшафта, климатические особенности периода года и др.), км/ч; g -расход жидкости, вытекающей из поврежденного аппарата, м3/мин; \\> -массовая скорость выгорания жидкости, кг/(м2-мин); QCT - фактический расход огнетушащего вещества, который дежурный караул может подать в очаг пожара, л/с; - требуемая интенсивность подачи огнетушащего вещества при тушении пожара, л/(м2-с); р - плотность жидкости, кг/м3; а - размерный комплекс, мин"1; Ъ - размерный комплекс, м2 А, В, К, П, Р - безразмерные комплексы; Зл - линейная скорость распространения пламени по данному материалу, м/мин; 0,5 - размерный коэффициент, отражающий потери огнетушащего вещества (воды) при тушении пожара, л/м4; т - ширина горящей полосы материала, м; d -длина горящей полосы материала, м; п - число направлений распространения пламени по полосе, ед.; h- толщина слоя растекающейся на полу жидкости, м; 5 - размерный коэффициент, отражающий расход огнетушащего вещества (воды) на тушение пожара с учетом расходов на прекращение горения, охлаждение и пропитку материала, л/м2; 60 - переводной коэффициент из часов в минуты.

Существуют методические особенности при определении исходных данных для расчета максимально допустимых расстояний от объекта предполагаемого пожара до пожарного депо. Так, необходимое время эвакуации людей из помещения (здания, сооружения) при пожаре можно рассчитать по ГОСТ 12.1.004-91* «Система стандартов безопасности труда. Пожарная безопасность. Общие требования». Однако данная методика сложна и требует в ряде случаев значительных промежуточных вычислений. В этой связи в своде правил "Места дислокации подразделений пожарной охраны. Порядок и методика определения" (СП 11.13130.2009) приведен более простой вариант расчета необходимого времени эвакуации людей из помещения. Расчет основан на решении интегральной математической модели начальной стадии развития пожара в помещении (разработчики д.т.н. Ю.А. Кошмаров, д.т.н. A.B. Матюшин, к.т.н. В.Н. Тимошенко).

Такой параметр, как время от момента возникновения пожара до момента наступления предела огнестойкости строительных конструкций, определяется в зависимости от задачи, которую необходимо решить. Так, если требуется определить максимально допустимое расстояние (и соответственно зону обслуживания пожарной части) для конкретного здания (сооружения), то целесообразно определять преде-

лы огнестойкости строительных конструкций по эквивалентной продолжительности пожара. При определении мест дислокации для населенного пункта, на территории которого расположена некоторая совокупность зданий и сооружений (причем значительное их количество), целесообразно использовать нормативные значения данного параметра для соответствующих зданий (сооружений), приведенные в Федеральном законе от 22 июля 2008 г. № 123-ФЭ "Технический регламент о требованиях пожарной безопасности". Для зданий (сооружений), у которых предел огнестойкости строительных конструкций не нормируется (здания V степени огнестойкости), предлагается рассчитывать максимально допустимое расстояние на основе определения необходимого времени эвакуации людей из помещений (пожарных отсеков) этих зданий (см. формулы (8), (12), (13), (16), (19)). Использование необходимого времени эвакуации людей объясняется тем, что строительные конструкции в этих зданиях при пожаре сами являются источниками опасных факторов пожара.

Если для здания (сооружения) при обосновании места дислокации пожарного депо предусматривается одновременное выполнение всех трех целей выезда, то рассчитываются все три расстояния: I;, 12,1з ■ При их положительных значениях в дальнейших расчетах используется меньшее из тех значений, которые превышают минимально допустимое значение 1тт(ь0П) >0,5 км . Последнее ограничение выбрано из соображений практической целесообразности (пожарное депо нельзя разместить непосредственно на фасаде здания). Если хотя бы одно из условий достижения цели выполнить не удается (при расчетах значение 1-, получается равным или меньше минимально допустимого значения 1тщд0П), то это означает, что анализируемое здание (сооружение) при заданных исходных данных невозможно защитить силами подразделения пожарной охраны, дислоцированного за пределами минимально допустимого расстояния. В этом случае необходимо изменить исходные данные таким образом, чтобы все параметры /, стали больше 1ш„шж). Если же этого не удается добиться, то необходимо отказаться от одной из поставленных целей выезда на пожар и рассмотреть вопрос создания подразделения пожарной охраны непосредственно на объекте защиты или предложить мероприятия по внедрению элементов противопожарной защиты, при которых станет возможным выполнение условий достижения целей выезда на пожар. Например, уменьшить время обнаружения пожара, смонтировав автоматическую пожарную сигнализацию, уменьшить площадь возможного пожара за счет монтажа автоматической системы пожаротушения, повысить пределы огнестойкости строительных конструкций, увеличить необходимое время эвакуации людей за счет реализации дополнительных мер пожарной безопасности и т. д.

Проведены оценки абсолютной и относительной погрешностей вычисле-

ний максимально допустимых расстояний. Результаты оценок показывают, что погрешность определения значений максимально допустимых расстояний для рассматриваемых целей выезда и схем пожаров не превышает 14 %. При этом исходные параметры варьировались в пределах от 1 до 5 %.

Осуществлены стохастическая постановка и соответствующее решение задачи определения максимально допустимых расстояний от пожарного депо до предполагаемого объекта пожара для каждой сформулированной цели и схемы пожара. Применена двухэтапная схема решения. На первом этапе определялись решения детерминированной задачи. На втором - формировались правила корректировки решений после стохастического оценивания исходных параметров моделей. В такой постановке ряд исходных параметров моделей рассматривались как случайные величины, распределенные по некоторому вероятностному закону. В соответствии с принятой гипотезой (сформирована на основе анализа пожарно-технической литературы по описанию тушения пожаров) использовались нормальные либо равномерные распределения с соответствующими параметрами (табл. 1), некоторые параметры считались постоянными. Было промоделировано 105 наборов исходных параметров моделей для каждого случая горения веществ и материалов и соответствующих целей выезда на пожар.

Таблица 1

Моделируемые типы распределений для случая горения твердых веществ и материалов на площади в виде полосы с постоянной шириной

Параметр Используемый Параметры

модели тип распреде- распределения

ления

Зс„ км/ч Нормальное а = 30 ст= 10

&я, м/мин Константа с= 1,5 -

Тоб, мин Нормальное я =2 сг = 1

хп мин Нормальное а = 2 о= 1

тсб, мин Нормальное д = 2 ст= 1

Тбо, МИН Нормальное а = 1 а = 0,5

Лш, л/(м2-с) Нормальное а = 0,2 0 = 0,03

Ост, Л/С Равномерное d= 13 Ь= 14

т, м Константа с = 2 -

п, ед. Константа с = 2 -

Т„о, МИН Константа с = 30 -

Тиб, МИН Константа с = 5 -

Примечание. В таблице а - среднее значение; а - среднеквадратичное отклонение; с - константа; dub- параметры равномерного распределения. Смысловые значения параметров модели приведены в пояснениях к формулам (5)-(19).

В качестве примера (см. рис. 3) приведены данные, отражающие случайные реализации значений максимально допустимых расстояний для случая горения твердых веществ и материалов на площади в виде полосы с постоянной шириной. В табл. 1 представлены исходные распределения, которые применялись при стохастическом моделировании для данного случая горения.

Для каждой модели горения и цели выезда на пожар, по полученным результатам стохастического моделирования, построены гистограммы распределений максимально допустимых расстояний и исследованы их характеристики.

В табл. 2 представлены обобщенные данные о выполнении целей выезда дежурного караула на пожар с использованием различных схем его развития при случайных колебаниях значений исходных параметров моделей, определенных по принятой гипотезе их изменения. Для всех анализируемых случаев были приняты временные параметры т„ 0= 30 мин и т„в = 5 мин. Под выполнением цели выезда понималось наличие положительных значений максимально допустимых расстояний от объекта предполагаемого пожара до пожарного депо (более 0,5 км). Это свидетельствует о том, что здание (сооружение) может быть защищено силами подразделения пожарной охраны, дислоцированного за его пределами.

Данные табл. 2 показывают, что при случайных колебаниях значений исходных параметров цель № 2 выполняется всегда. То есть расстояние 12 положительно и объект предполагаемого пожара может быть защищен силами подразделения пожарной охраны, дислоцированного за пределами объекта. Однако при изменении параметра тпо с 30 на 15 мин было получено, что примерно в 8 % случаев расстояние Ь становится отрицательным (см. гистограмму на рис. 4). Это говорит о том, что при определенных условиях, ряд зданий (особенно IV степени огнестойкости) не смогут быть защищены дежурным караулом.

Из табл. 2 видно, что цель № 1 выполняется практически всегда (порядка 92 % случаев от общего их числа) для кругового распространения пламени по твердым веществам и материалам, а также горения твердых веществ и материалов в виде полосы (порядка 96 %). Для случая горения свободно растекающихся ЛВЖ и ГЖ расстояние и может принимать отрицательные значения (порядка 38%). Серьезной проблемой является выполнение цели № 3. При случайных колебаниях исходных параметров модели по расчету расстояния 13 в большинстве схем пожаров распределение данного расстояния лежит в области значений менее 0,5 км (см. табл. 2).

О 10 20 30 40 50

20 30 40 50

' ' л-- ; ; /■ I \ !• )',::.

• ^ Л; ; , ч. л л. -( , л л с ! ,Л -и

О 10 20 30 40 50

Порядковый номер реализации случайных величин

Рис. 3. Примеры случайных реализаций для горения твердых веществ и материалов на площади в виде полосы с постоянной шириной (жирной линией показаны колебания расстояний ¡¡, 12, 1з , остальные линии отражают колебания исходных параметров моделей)

Таблица 2

Данные о выполнении целей выезда дежурного караула на пожар при случайных колебаниях параметров моделей (в таблице представлен % числа случаев распределения расстояний ¡¡, ¡з относительно величины 0,5 км)

Цели выезда на пожего:

Цель № 1 Цель № 2 Цель № 3

Схема Расстоя- Расстоя- Расстоя- Расстоя- Расстоя- Расстоя-

пожара ние ние ние ние ние ние

/1 < 0,5 км h > 0,5 км 12 < 0,5 км k >0,5 км /з < 0,5 км /з > 0,5 км

Круговое

распространение пла- 0,8 99,2 0 100 55,3 44,7

мени

Горение ТГМ в виде 3,2 96,8 0 100 32,6 67,4

полосы

Горение сво-

бодно растекающихся 38,3 61,7 0 100 42,5 57,5

ЛВЖ и ГЖ

Горение ЛВЖ и ГЖ в 0 100 8,8 91,2

обваловании

Максимально допустимое расстояние км

Рис. 4. Распределение расстояния 12 для горения твердых веществ и материалов на площади в виде полосы при тпо= 15 мин

Из результатов решения стохастической задачи можно сделать следующий вывод. При определении мест дислокации оперативных подразделений пожарной охраны на территории населенных пунктов

необходимо учитывать наличие элементов противопожарной защиты зданий (сооружений) и их соответствующие параметры, а также согласовывать их с тактико-техническими возможностями дежурных караулов, размещаемых в этих местах и с возможными скоростными режимами на транспортных сетях населенного пункта. В качестве примера, для сравнения, ниже представлены две случайные реализации значений расстояния ¡з, полученные при стохастическом моделировании (рассмотрено горение ТГМ на площади в виде полосы с постоянной шириной, при т„б = 5 мин):

1) /3 = - 1,1 км при 9СЛ = 25,8 км/ч, ^ = 0,19 л/(м2 с),, гой = 2,4 мин, гс = 2,9 мин, тСо= 1,1 мин, ц, = 2,7 мин;

2) /3 = 2,3 км при Зсл = 37,7 км/ч, ]тр = 0,17 л/(м2 с),, т„в = 1,5 мин, тс = 2,1 мин, г„; =1,2 мин, Тор = 2,4 мин.

В первом случае пожар не ликвидирован дежурным караулом прежде, чем опасные факторы пожара достигли критических для жизни людей значений (/3 = - 1,1 км < 0,5 км). Во втором случае цель ликвидации пожара достигнута (/3 = 2,3 км > 0,5 км). Несмотря на близость значений тактико-технических характеристик дежурных караулов (параметры Зтр, Тсб , %,), существенное влияние на выполнение рассматриваемой цели оказали скорости следования караула на пожар, а также характеристики системы обнаружения пожара (параметр той) и системы передачи сигнала о пожаре в пожарную часть (параметр т0с). Таким образом, для эффективной защиты здания (например, проектируется больница с послеоперационными больными) необходимо реализовать в проекте СОПБ этого здания подсистему обнаружения пожара и подсистему передачи сигнала о пожаре с параметрами: то6= 1,5 мин, гс = 2,1 мин. Противопожарное подразделение должно дислоцироваться на расстоянии до 2,3 км от больницы, с силами и средствами, обеспечивающими подачу огнетушащего вещества порядка 3,пр = 0,17 л/(м2 с). При этом необходимо предусмотреть, чтобы скорость следования на пожар дежурного караула составляла порядка 40 км/ч. Этого можно достичь путем реализации в проекте требований по выделению специальных скоростных полос вокруг больницы для спецтранспорта.

Важной задачей исследования являлось изучение чувствительности полученных моделей к изменению того или иного параметра, а также определение критических областей значений исходных параметров, в которых модели могли дать некорректные результаты. С этой целью были построены зависимости максимально допустимых расстояний от исходных параметров моделей для каждого случая горения (см. пример на рис. 5). При этом варьировался какой-либо один из параметров, а все остальные были зафиксированы.

Исследования чувствительности моделей показали, что наибольший интерес представляют зависимости расстояния /; от параметров

модели для случая горения свободно растекающихся ЛВЖ и ГЖ (см. рис. 5). С ростом массовой скорости выгорания жидкости ц/ расстояние ¡1 увеличивается и при некотором критическом значении щрит асимптотически стремится к бесконечности. Аналогичным образом расстояние ¡1 зависит от фактического расхода огнетушащего средства ()ст. Напротив, с уменьшением интенсивности подачи огнетушащего средства ^р расстояние // увеличивается и при некотором критическом значении (¿тр)крит асимптотически стремится к бесконечности.

Такое поведение расстояния I; объясняется тем, что площадь пожара не может превышать величины 5тах - р%/щ которая достигается, когда масса жидкости, выгорающая в единицу времени (эта масса равна Бтах у/ кг/мин), становится равной массе жидкости, вытекающей из поврежденного аппарата в единицу времени, (эта масса равна кг/мин) при условии, что параметры g и ^ не меняются со временем. Если 5тса: не превышает площади пожара, которую может потушить один пожарный караул (эта площадь определяется отношением Богн = 0.ститр), то цель № 1 выполняется всегда.

Условие < 5огн позволило определить критические значения параметров модели для случая горения свободно растекающихся ЛВЖ и ГЖ и соответствующие области значений этих параметров, в которых цель № 1 будет гарантированно выполнена. При выбранных значениях параметров модели границы критических областей определяются следующими величинами:

¥ * ¥„,„„ = кКР\йст = 5,7 кг/См2мин);

8 * = Уйс^&щ = ОД 2 м3/мин;

Л* =^/7« = 0,07 л/(м2с);

О. * = Р&ф = б'° ^с-

Как показали исследования зависимостей расстояний \\ , 12, 1з от исходных параметров при других схемах пожаров, эти зависимости в основном носят характер выпуклых или линейных функций без асимптотик.

В силу того, что на территории населенных пунктов размещается некоторое множество зданий (сооружений) с различными свойствами по пожарной опасности и с различными системами противопожарной защиты, требуется определить места дислокации оперативных подразделений пожарной охраны для данного множества зданий (сооружений) с учетом их характеристик безопасности. При этом требуется, чтобы общее число пожарных депо в населенном пункте было минимальным, а для каждого рассматриваемого здания (сооружения) обеспечивалась защита со стороны пожарной охраны (т. е. объект защиты должен находиться в зоне обслуживания одной из частей).

&Л, км/ч

9„, м/мин

ф

£ X ОС

о

Й и га о.

¿тр, Л/(М2 С)

уу, кг/(м2 МИН)

ф I

и; о

ь

о га О.

1 1

3 - 1 1

«• * ■ * * 1

-- 1 1

Г), мин

5 10

Ост, Л/С

Рис. 5. Зависимость расстояния от исходных параметров модели для схем горения: 1 - круговое распространение пламени по ТВГ; 2 - горение ТВГ на площади в виде полосы с постоянной шириной;

3 - горение свободно растекающихся ЛВЖ и ГЖ. Смысловые значения варьируемых параметров по оси абсцисс приведены в пояснениях к формулам (5)-(19)

Данное требование рассматривалось как критерий оптимизации определения наилучшего варианта размещения пожарных депо из множества возможных. Решение задачи определения мест дислокации оперативных подразделений пожарной охраны на территории населенного пункта осуществлено на основе методов дискретного целочисленного программирования. Разработаны модель и соответствующий алгоритм определения мест расположения пожарных депо в населенном пункте. Модель основана на процедурах преобразования матриц, отображающих информацию об условиях пересечений между собой индивидуальных пространственных областей (по-другому, "зон покрытия" объекта защиты). Последние строятся на основе рассчитанных по формулам (5)^(19) максимально допустимых расстояний для каждого рассматриваемого здания (сооружения) населенного пункта. Преобразование матриц пересечения осуществляется с целью получения вариантов размещения пожарных депо и выбора из них требуемого по обозначенному критерию оптимальности. Рассмотрены различные случаи представления индивидуальных пространственных областей конкретных зданий (сооружений) - правильные и неправильные многоугольники, фрагменты графа транспортной сети населенного пункта (см. примеры программной реализации на рис. 6 и 8).

Модель определения мест расположения пожарных депо в населенном пункте состоит в следующем. Формируется матрица пересечений зон покрытия зданий (сооружений) в населенном пункте (их число определено как N):

4l ап -

a 2i агг ...

А =

\ат aN2

Размерность матрицы равна NxN, элемент матрицы a¡¡ равен 1, если зоны покрытия i-то и j-ro объектов пересекаются, в противном случае справен 0. Диагональные элементы матрицы а„ равны 0 (считается, что зона покрытия объекта не пересекается сама с собой). Матрица является симметричной, то есть a¡j = a¡¡. Общее количество областей, в которых пересекаются зоны покрытия двух объектов защиты, рассчитывается по формуле:

Aí = lÉv (38)

Ы J-Í+1

Величина М равна количеству отличных от нуля элементов матрицы А, расположенных над главной диагональю. Каждая область пересечения зон покрытия /-го и j-го объектов является потенциальным местом размещения пожарного депо.

ат )

(37)

Рис. 6. Пример определения мест размещения зданий пожарных депо на территории населенного пункта

Эта область может пересекаться с зонами покрытия других объектов защиты, образуя область пересечения более высокого порядка. Для нахождения таких областей была использована циклическая процедура перебора всех возможных вариантов пересечений зон покрытия, то есть перебора по всем Мэлементам матрицы А, отличным от нуля. Разработанный алгоритм перебора представлен на рис. 7. В результате перебора формируются варианты размещения пожарных депо на территории населенного пункта, из которых осуществляется выбор варианта с наименьшим количеством пожарных депо, и каждое здание (сооружение) должно находиться в зоне обслуживания одной из частей.

После решения задачи по обоснованию мест расположения пожарных депо в населенном пункте необходимо для каждого оперативного подразделения определить на территории населенного пункта зону первоочередного обслуживания. Под последней понимается следующее. Зоной первоочередного обслуживания является участок территории населенного пункта с соответствующим набором зданий (сооружений), закрепленный за оперативным подразделением пожарной охраны в качестве первоочередной зоны реакции на поступающие вызовы. При этом на данной территории должны выполняться цели выезда дежурного караула на пожар, соответствующие рассматриваемым зданиям (сооружениям) этой территории.

Рис. 7. Алгоритм определения оптимального варианта размещения пожарных депо на территории населенного пункта

Решение задачи обоснования мест расположения пожарных депо в населенном пункте показывает, что при некоторых ситуациях часть зданий (сооружений) может одновременно попасть в зоны обслуживания двух и более пожарных частей. Поэтому потребовалась разработка критериев разнесения "спорных" зданий (сооружений) по зонам обслуживания, закрепленным за каждым оперативным подразделением пожарной охраны.

Разработаны модель и алгоритм разбиения территории населенного пункта на зоны первоочередного обслуживания. В основе модели лежит процедура сравнения признаков элементов конечных множеств и построения множеств без пересечений. Краткое описание этой процедуры следующее.

В результате решения задачи обоснования мест расположения пожарных депо в населенном пункте определен список (множество) мест дислокации пожарных депо с координатами - (х„ у^ ,1 = 1 ^ п, где п - полученное оптимальное число мест расположения пожарных депо. При этом для каждого г-го пожарного депо определен соответствующий список (множество) зданий (далее - элементы множества), находящихся на максимально допустимом расстоянии, для которых выполняются соответствующие цели выезда дежурного караула. Пусть количество таких элементов равно {,т¡} . При этом для каждого из них определен ряд признаков: название, адрес, координаты места расположения (хр ур), у = 1 + m¡ и расстояние 2Ч по транспортной сети населенного пункта до каждого пожарного депо. Рассматриваются пересечения списков (множеств) {т,:} с целью поиска в них элементов, принадлежащих одновременно двум и более спискам (множествам). В случае обнаружения одинаковых признаков элементов (совпадение обеих координат, названий зданий, адресов) осуществляется преобразование списков (множеств) таким образом, чтобы каждый элемент находился только в одном из них. Критерием для преобразования является сравнение величин расстояний г,у, из которых выбирается наименьшее. Тем самым формируются множества без пересечений (определяются списки зданий (сооружений), которые должны обслуживаться соответствующей пожарной частью).

Пример программной реализации модели и алгоритма разбиения территории населенного пункта на зоны обслуживания представлен на рис. 8.

Для разработки критерия разнесения "спорных" зданий (сооружений) по зонам обслуживания рассмотрено решение задачи нахождения кратчайшего пути на ориентированном графе, описывающем транспортную сеть населенного пункта. Проанализированы существующие алгоритмы нахождения кратчайших путей на ориентированных графах (Дейкстры, Беллмана - Форда, Джонсона, Фловда -Уоршолла и др.) на предмет оценки их вычислительной эффективности.

Последняя определялась по способам реализации очереди на обработку исходных данных (массив, двоичное представление данных, представление данных в виде чисел Фибоначчи), быстродействия счета и применимости алгоритма в зависимости от параметров графа транспортной сети.

ИА11.МШ.ШВШЦА1

¿5 Файл Е>1д Оле ?

Рис.8. Пример разбиения территории населенного пункта на зоны первоочередного обслуживания, закрепленные за каждой пожарной частью

В силу того, что требовалось определить кратчайший маршрут следования дежурного караула к месту пожара с учетом характеристик пропускной способности транспортной сети в зависимости от времени года и периода суток (рассматривался ориентированный граф с переменными параметрами), сравнительный анализ показал, что наиболее приемлемым по свойствам вычислительной эффективности является алгоритм Флойда - Уоршолла. Вычислительная эффективность работы этого алгоритма оценивается как 0(У3) (символ 0(..) определяет верхнюю оценку количества вычислений, V - множество вершин (соответствуют конечным точкам транспортной сети или перекресткам)). Вычислительная производительность других алгоритмов менее эффективна в зависимости от множества вершин и ребер транспортного графа. Алгоритм Флойда - Уоршолла был использован в программной реализации решения задачи определения зон обслуживания на территории населенных пунктов при наличии "спорных" зданий (сооружений).

Четвертая глава ("Математические модели и алгоритмы имитационного моделирования оперативной деятельности пожарной охраны населенного пункта") посвящена вопросам применения и разработки методов имитационного моделирования оперативной деятельности пожарной охраны. В зоне первоочередного обслуживания каждого оперативного подразделения может возникнуть одновременно два и более

___[ оьмнтькж |

сифлнлъвбд | п' лу..т |

III «Ч к о. яп

пожара. Такая ситуация определяет необходимость обоснования дополнительных сил и средств для выполнения целей выезда на пожар. Также необходимость учета задач по расширению функций пожарной охраны (выезды на ДТП, аварии и другие ЧС) требует обоснования ресурсной потребности пожарной охраны исходя из различных сценариев по оперативной обстановке с пожарами и ЧС в населенном пункте. Такое обоснование проводилось с применением методов имитационного моделирования.

Проанализированы методологические подходы к организации имитационного моделирования и проведения имитационных экспериментов на средствах вычислительной техники. Исследованы методы и способы генерации случайных величин с дискретными и непрерывными законами распределений. На основе анализа разработаны алгоритмы генерирования распределений случайных величин в соответствии с эмпирической дискретной и непрерывной функцией плотности вероятности, а также известного дискретного и непрерывного закона вероятностей.

Решение задачи имитационного моделирования оперативной деятельности пожарной охраны осуществлялось по следующей технологии. По методам обоснования размещения оперативных подразделений пожарной охраны на территории населенных пунктов определялись места дислокации пожарных депо, зоны первоочередного обслуживания пожарных частей, соответствующий их первичный набор сил и средств. Последний определялся по расходу огнетушащего вещества, который дежурный караул может подать в очаг пожара {()„, л/с). Тем самым система имитации настраивалась на начальные исходные данные (для населенных пунктов в основном на тушение пожара силами одного дежурного караула в составе двух автоцистерн для каждой пожарной части).

Далее, в соответствии с разработанными алгоритмами генерирования случайных величин осуществлялась процедура генерации потока случайных событий (пожаров или ЧС), распределенных в населенном пункте по пространственным и временным характеристикам. В разработанной системе имитации предусмотрено, что закон может иметь как эмпирическую плотность вероятности, так и известную плотность вероятности, полученную методом идентификации выборок случайных величин. Промежутки между событиями также определены по закону распределений случайных величин (эмпирический или известный). События рассматриваются как вызовы на обслуживание пожарной охраной. Время обслуживания также определяется случайным образом. При этом оно разбивалось на совокупность интервалов, отражающих раз-

личные действия пожарной охраны (сбор по тревоге, следование, подача 1-го ствола и т. д.).

Формализация действий по тушению пожаров и проведению аварийно-спасательных работ осуществлена с использованием разработанных временных диаграмм, отражающих соответствующие интервалы событий, связанных с деятельностью пожарной охраны по тушению пожаров и проведению аварийно-спасательных работ. Для программной реализации имитации процессов оперативной деятельности пожарной охраны на средствах вычислительной техники разработан алгоритм имитации. При выполнении последнего требуется определить законы распределений и их параметры для описания случайных потоков событий и временных характеристик оперативной работы пожарной охраны, то есть требуется решить задачу идентификации данных. Для этой цели использовалась информация из федерального банка данных статистики пожаров ФГУ ВНИИПО МЧС России. Исследовались следующие временные характеристики: время, затраченное на сообщение о пожаре (от момента обнаружения пожара до момента сообщения о нем в пожарную охрану); время следования на пожар (от момента получения сообщения о пожаре до момента прибытия на пожар); время свободного горения (от момента получения сообщения о пожаре до подачи 1-го ствола); время, затраченное на тушение пожара (от момента подачи 1-го ствола до момента ликвидации пожара). Исследования показали, что, наряду с законом Эрланга и |3-распределением, вышеприведенные временные характеристики оперативного реагирования пожарной охраны можно описывать законом Коши. При проверке статистических гипотез были использованы критерии согласия, основанные на анализе близости теоретической и эмпирической функций распределения - критерий согласия Колмогорова и критерий согласия Смирнова - Крамера - Мизеса.

Целью имитации являлось определение состава сил и средств пожарных частей в населенном пункте, при котором вероятность невыполнения целей выезда на пожар, при одновременном возникновении двух и более пожаров в одной из зон обслуживания пожарных частей, была меньше некоторого порогового значения (например, менее 0,001).

Другим важным аспектом разработки системы имитации оперативной деятельности пожарной охраны являлось следующее. В соответствии с изменениями в законодательстве на оперативные подразделения пожарной охраны возлагаются дополнительные функции, заключающиеся в участии оперативных подразделений в действиях, не связанных непосредственно с тушением пожаров,- ликвидация последствий стихийных бедствий, техногенных аварий, ДТП и др.

В этой связи возникает задача определения необходимых ресурсов и вариантов организации функционирования оперативных подразделений пожарной охраны. В рамках работы определялись силы и средства пожарной охраны и варианты функционирования для решения задач по ликвидации последствий ДТП, с учетом участия в тушении пожаров.

По результатам имитации осуществляется сравнительное сопоставление вариантов организации функционирования оперативных подразделений, участвующих в тушении пожаров и ликвидации последствий ДТП. Это позволяет сформировать соответствующие рекомендаций по необходимому количеству сил и средств в каждом пожарном депо.

В пятой главе ("Разработка автоматизированной геоинформационной системы принятия проектных решений по размещению, определению состава сил и средств оперативных подразделений пожарной охраны в населенном пункте") описана компьютерная система, предназначенная для автоматизации расчетов и проведения имитационных экспериментов при проектировании размещения пожарных депо в схеме застройки населенных пунктов и определении необходимого состава сил и средств оперативных подразделений пожарной охраны, а также для проведения экспертизы дислокационных и ресурсных характеристик действующих гарнизонов пожарной охраны.

В системе реализованы два типа задач: расчетные и имитационные. К расчетным задачам относятся: определение максимально допустимого расстояния от объекта предполагаемого пожара до места дислокации оперативного подразделения пожарной охраны при различных целях выезда оперативных подразделений пожарной охраны и схемах пожаров в зданиях (сооружениях); определение мест дислокации оперативных подразделений пожарной охраны на территории населенного пункта по совокупности максимально допустимых расстояний; определение зон первоочередного обслуживания оперативных подразделений пожарной охраны; определение оптимальных маршрутов следования оперативных подразделений пожарной охраны к месту пожара (ЧС) по транспортной сети населенного пункта.

К имитационным задачам относятся: имитация действий оперативных подразделений пожарной охраны по тушению пожаров в зданиях (сооружениях); имитация действий оперативных подразделений пожарной охраны по ликвидации последствий ДТП.

Каждая из расчетных и имитационных задач представлена в геоинформационной системе в виде самостоятельных функциональных модулей, которые взаимосвязаны между собой (выходные параметры одного модуля являются входными параметрами другого). Примеры программного исполнения функциональных модулей приведены на рис. 6 и 8.

Для реализации расчетных и имитационных задач, а также для создания цифровой карты населенного пункта разработаны реляционные базы данных (БД), содержащие информацию по характеристикам населенного пункта (типы зданий (сооружений); водоисточники, транспортная сеть и др.), параметрам пожарной опасности зданий (сооружений) и их подсистем противопожарной защиты, характеристикам сил и средств пожарной охраны и др. Для создания цифровой карты населенного пункта или объекта экономики в виде послойного образа использован векторный графический редактор БЮИМАР (разработка МГУ им. М. В. Ломоносова).

В шестой главе ("Практическое применение методологии проектирования размещения, определения состава сил и средств оперативных подразделений пожарной охраны") показаны возможности применения разработанной методологии и автоматизированной системы для проектирования размещения, определения состава сил и средств оперативных подразделений пожарной охраны для защиты высотных жилых зданий, а также возможности проведения экспертизы дислокационных и ресурсных характеристик действующего гарнизона пожарной охраны населенного пункта.

Проанализированы проблемы обеспечения пожарной безопасности высотных зданий. На основе проектной документации исследованы решения по противопожарной защите 25-этажного монолитного жилого дома и получены необходимые для расчетов параметры. С использованием полученных зависимостей (см. формулы (5) - (8)) проведены вариантные вычисления максимально допустимых расстояний от дома до предполагаемого места пожарного депо. Использована модель горения, соответствующая круговому распространению пламени по твердым материалам. На рис. 9 и 10 приведены примеры расчетов расстояний.

Расчеты показали, что наименьшие значения расстояния получаются для цели выезда № 3 (принималось тнб = 5 мин). Данное расстояние находится в пределах от 0 и менее до 0,5 км в зависимости от вариации исходных параметров. При достаточно жестких требованиях на время обнаружения пожара, сообщения и сбора по тревоге дежурного караула, принимаемых равными 1 мин, требуется, чтобы время от момента прибытия дежурного караула к дому до момента подачи первого ствола в очаг пожара находилось в пределах от 1,7 до 2,7 мин, при вариации скорости следования от 20 до 50 км/ч. Практическая реализация такого временного интервала для верхних этажей возможна при наличии в доме скоростных лифтов для перевозки личного состава пожарных подразделений. Выявлено, что для обеспечения выполнения целей № 1 и № 2 на верхних этажах требуется, чтобы противопожарное подразделение находилось на расстоянии в пределах от 1,6 до 3,5 км.

10 15 20

Номер этажа

Рис. 9. Изменение расстояния 1\ при значениях фактического расхода огнету-шащего средства <2^. от 3,5 л/с (нижняя прямая) до 35 л/с (верхняя прямая)

2 к

к «

о н о

и «

0-1

Номер этажа

Рис. 10. Изменение расстояния /2 при значениях скорости следования дежурного караула на пожар от 25 км/ч (жирная сплошная прямая) до 50 км/ч (штриховая прямая) при тт = 60 мин

При этом необходимо учитывать особенности места расположения жилого дома по отношению к транспортным магистралям. При наличии затрудненного движения на транспортных магистралях (скорость следования на пожар принимается равной 25 км/ч) расстояние определяется по нижней границе (1,6 км). Если расположение дома проектируется при наличии относительно свободных по транспортной загрузке магистралей (скорость следования порядка 40-50 км/ч), то выбирается верхняя граница 3,5 км.

Определены варианты оснащения пожарных частей по защите 25-этажного монолитного жилого дома пожарной техникой и спасательным оборудованием. Так, на основе анализа расхода огнетушащего вещества, который дежурный караул может подать в очаг пожара, для тушения пожара в случае его самого критического варианта - охват пламенем всего этажа здания (площадь порядка 500 м2), особенно его верхних этажей, предложено поставить в боевой расчет оперативного подразделения две автоцистерны среднего класса (например, АЦ-4,0-40...70 (43206)).

Для организации эффективной эвакуации людей и проведения спасательных операций при пожарах в 25-этажном жилом доме предложены мероприятия:

- в составе боевого расчета должна находиться пожарная автолестница или коленчатый подъемник с высотой подъема 50-60 м (например, АЛ-50 на базе КамАЭ-53228 или АЛ-60 на базе ТАТРА-815);

- необходимо предусмотреть размещение средств индивидуальной защиты органов дыхания на каждом этаже здания в боксах, анти-вандального исполнения. Количество этих средств определяется из расчета количества жильцов на этаже;

- необходимо применить спасательное рукавное устройство контейнерного типа с поворотной площадкой, размещаемое в двух местах: на 12-м этаже с пропускной способностью не менее 10 чел/мин и на 25-м этаже (или чердаке) с пропускной способностью не менее 15 чел/мин.

Разработанная методология и автоматизированная геоинформационная система применены при проведении экспертизы дислокационных и ресурсных характеристик подразделений пожарной охраны г. Байконур. С использованием функциональных модулей "цель -расстояние" и "дислокация" автоматизированной геоинформационной системы проведены расчеты по обоснованию мест дислокации оперативных подразделений пожарной охраны на территории г. Байконур и осуществлено разбиение территории города на зоны обслуживания. В результате вычислений показано, что существовавшая дислокация пожарных частей неэффективна и требует корректировки. Предложен но-

вый вариант дислокации пожарных частей.

Проведена имитация оперативной работы пожарной охраны с целью определения необходимого состава ее сил и средств в г. Байконур.

По результатам имитационных экспериментов вычислялись значения вероятностей невыполнения целей выезда (для пожаров) и переадресации вызова (для ДТП) при различных значениях плотности потока вызовов и количествах автомобилей в пожарных депо. Критерием определения достаточности пожарных и спасательных автомобилей являлось сравнение значений вероятности невыполнения целей выезда и вероятности переадресации вызова для ДТП с пороговым уровнем. Последний принимался равным 0,001.

На основе проведенных расчетов и имитационных экспериментов разработаны рекомендации по размещению на территории г. Байконур пожарных частей. Предложен состав сил и средств пожарной охраны, который должен располагаться в зданиях пожарных депо для тушения пожаров и проведения спасательных операций при ДТП. Разработано техническое задание на проектирование и строительство пожарных депо с соответствующим количеством выездов и соответствующими местами размещения на территории г. Байконур.

Основные выводы и результаты

Основным результатом работы является создание новой методологии проектирования гарнизонов пожарной охраны с учетом модельного представления о процессах развития пожаров и установления взаимосвязей дислокационных и ресурсных характеристик оперативных подразделений пожарной охраны с параметрами элементов противопожарной защиты зданий (сооружений) и территории населенного пункта.

При разработке данной методологии получены следующие основные результаты и выводы.

1. На основе сравнительного анализа показано, что существующие на настоящий момент методы проектирования гарнизонов пожарной охраны не универсальны и имеют ограничения по применимости. Они не могут быть использованы при проектировании населенных пунктов (или микрорайонов города), а также для существующих населенных пунктов, в которых не созданы оперативные подразделения пожарной охраны. Данные методы непригодны для обоснования мест размещения и необходимого состава сил и средств пожарной охраны для защиты отдельных, уникальных зданий (сооружений), а также промышленных предприятий. На основе этого сделан вывод о необходимости разработки более совершенной методологии проектирования гарнизонов пожарной охраны.

2. Разработаны принципы (концепция) новой методологии обоснования мест дислокации и ресурсных потребностей пожарной охраны. Данная методология основана на принципах объектно-ориентированного нормирования, учитывающего особенности пожарной опасности зданий (сооружений), параметры элементов систем противопожарной защиты, а также цели выезда дежурного караула на пожар и показатели их тактико-технических возможностей.

3. Разработан метод вариантного проектирования систем обеспечения пожарной безопасности зданий (сооружений) и территории населенного пункта, позволяющий устанавливать взаимосвязь дислокационных и ресурсных характеристик оперативных подразделений пожарной охраны с параметрами элементов противопожарной защиты зданий (сооружений) и территории населенного пункта.

4. Впервые сформулированы цели выезда оперативных подразделений пожарной охраны на пожар и формализованы условия их достижения. С использованием этих условий обосновываются количественные величины дислокационных характеристик оперативных подразделений пожарной охраны. В частности, определяется максимально допустимое расстояние от пожарного депо до предполагаемого объекта пожара по транспортной сети населенного пункта.

5. Разработан метод расчета максимально допустимого расстояния от защищаемого здания (сооружения) до пожарного депо при различных целях выезда дежурного караула на пожар, схемах его развития и параметров противопожарной защиты здания (сооружения) и территории населенного пункта. Данный метод позволяет определять области возможного размещения на территории населенного пункта оперативного подразделения пожарной охраны, необходимый набор сил и средств для эффективного тушения пожаров, а также обосновывать необходимость создания объектовых подразделений пожарной охраны на соответствующих объектах защиты.

6. Разработан метод определения мест дислокации оперативных подразделений пожарной охраны на территории населенного пункта. Метод позволяет обосновывать минимально необходимое число оперативных подразделений пожарной охраны, а также решать задачу по согласованию требований к размещению пожарных депо с требованиями системы обеспечения пожарной безопасности зданий (сооружений) и территории населенного пункта.

7. Разработан метод определения зон обслуживания (зон ответственности) оперативных подразделений пожарной охраны на территории населенного пункта с учетом оптимизации маршрутов следования дежурного караула к месту пожара по транспортной сети населенного пункта при изменении ее параметров. Данный метод позволяет опре-

делять границы районов выездов противопожарных подразделений на территории населенного пункта.

8. Разработан метод обоснования ресурсных потребностей пожарной охраны населенного пункта при одновременном возникновении двух и более пожаров в зоне обслуживания пожарной части, а также при расширении функций пожарной охраны. Предложенный подход позволяет определять состав дополнительных сил и средств пожарной охраны, а также составлять расписание выездов на пожар соответствующего объекта защиты.

9. Создана автоматизированная геоинформационная система, реализующая на средствах вычислительной техники разработанную методологию обоснования мест дислокации и соответствующих ресурсных потребностей оперативных подразделений пожарной охраны населенного пункта. Данная система позволяет решать задачи проектирования гарнизонов пожарной охраны (для новых населенных пунктов (их микрорайонов)) и осуществлять экспертизу эффективности функционирования действующих гарнизонов пожарной охраны. С использованием этой системы осуществлена апробация разработанной методологии. Подготовлены рекомендации по совершенствованию противопожарной защиты 25-этажного монолитного жилого дома и рекомендации по совершенствованию системы обеспечения пожарной безопасности г. Байконур.

10. Во исполнение требований ст. 76 и 97 Федерального закона от 22 июля 2008 г. № 123-ФЭ "Технический регламент о требованиях пожарной безопасности" разработан свод правил "Места дислокации подразделений пожарной охраны. Порядок и методика определения" (СП 11.13130.2009). Настоящий свод правил устанавливает требования пожарной безопасности по расчетному определению числа и мест дислокации подразделений пожарной охраны на территории поселений, городских округов и производственных объектов.

Основные положения диссертации изложены в 52 публикациях, в том числе:

I. Статьи в рецензируемых научных журналах и изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки Российской Федерации

1. Порошин A.A. Пожарная безопасность людей. Часть 1. От допустимого уровня до реальных статистик // Пожарная безопасность. -2004.-№1,- С. 59-70.

2. Порошин A.A. Пожарная безопасность людей. Часть 2. Многомерный статистический анализ и обобщающие индексы. Бифуркация и скачкообразные изменения / / Пожарная безопасность. - 2004. - № 2. -С. 79 - 89.

3. Из мирового опыта функционирования пожарной охраны: Направления деятельности, параметры реагирования, ресурсное обеспечение / Матюшин A.B., Порошин A.A., Бобринев Е.В., Олейник С.А. // Пожарная безопасность. - 2004,- № 3. - С. 82 - 89.

4. Матюшин A.B., Порошин A.A., Матюшин Ю.А. Зарубежный опыт обоснования мест дислокации оперативных подразделений пожарной охраны // Пожарная безопасность. - 2005. - № 2. - С. 74 - 82.

5. Матюшин A.B., Порошин A.A., Матюшин Ю.А. Отечественный опыт расчетного обоснования ресурсов оперативных подразделений пожарной охраны и мест их дислокации в населенных пунктах // Пожарная безопасность. - 2005. - № 3. - С. 61 - 74.

6. Матюшин A.B., Порошин A.A., Матюшин Ю.А. Методологические основы определения необходимого числа оперативных подразделений пожарной охраны для защиты городских и сельских поселений от пожаров (новый взгляд на старую проблему) // Пожарная безопасность. - 2005. - № 3. - С. 45 - 52.

7. Матюшин A.B., Порошин A.A., Матюшин Ю.А. Отечественный опыт нормирования ресурсов оперативных подразделений пожарной охраны и мест их дислокации в населенных пунктах // Пожарная безопасность. - 2005. - № 3. - С 75 - 80.

8. Использование параметров зон первоочередного обслуживания при обосновании численности личного состава пожарной охраны /Матюшин A.B., Порошин A.A., Бобринев Е.В., Олейник С.А. // Пожарная безопасность. - 2005.- № 6. - С. 86 - 89.

9. Обоснование численности личного состава пожарной охраны с учетом технико-экономических и социальных особенностей населенных пунктов/ Матюшин A.B., Порошин A.A., Бобринев Е.В., Олейник С.А. // Пожарная безопасность. - 2005.- № 6. - С. 90 - 91.

10. Обоснование законов распределения временных характеристик оперативного реагирования подразделений пожарной охраны / Матюшин A.B., Порошин A.A., Кондашов A.A., Матюшин Ю.А. // Пожарная безопасность. - 2006,- № 6. - С. 69 - 79.

11. Информационно-аналитическое обеспечение деятельности оперативных подразделений пожарной охраны / Матюшин A.B., Порошин А.А, Бобринев Е.В. и др. // Пожарная безопасность. - 2007.- № 2. -С. 34-41.

12. Определение максимально допустимого расстояния между пожарным депо и объектом предполагаемого пожара при стохастической постановке задачи / Матюшин A.B., Порошин A.A., Кондашов А А, Мапошин Ю А. // Пожарная безопасность. - 2007. - № 2. -С. 103 -121.

II. Публикации в других изданиях

13. Порошин A.A., Матюшин Ю.А. Обоснование мест дислокаций оперативных подразделений пожарной охраны по защите особо важных и режимных организаций // Проблемы горения и тушения пожаров: Сб. науч. тр. - М.: ВНИИПО, 2009. - Вып. 1. Инв. № 5-22/656 дсп- С. 220 - 232.

14. Порошин A.A. Проектирование гарнизона пожарной охраны на комплексе Байконур // Проблемы горения и тушения пожаров: Сб. науч. тр. - М.: ВНИИПО, 2009.-Вып.1. Инв. №5-22/656 дсп - С. 232-241.

15. Тарасов В.Н., Порошин A.A. Рациональный выбор СОПБ объектов защиты // Методические проблемы обеспечения пожарной безопасности: Сб. науч. тр. - М.: ВНИИПО, 1991. - С. 15 - 23.

16. Вариантное проектирование систем обеспечения пожарной безопасности объектов защиты посредством подсистемы САПР «Пожарная безопасность» / Тарасов В.Н., Порошин A.A., Шишков М.В., Меркулов В.П. // Системы обеспечения пожарной безопасности объектов: Сб. науч. тр. - М.: ВНИИПО, 1992. - С. 3 - 8.

17. Порошин A.A., Шишков М.В. Построение структурно-параметрического описания элементов системы обеспечения пожарной безопасности // Системы обеспечения пожарной безопасности объектов: Сб. науч. тр. - М.: ВНИИПО, 1992. - С. 9 - 15.

18. Тарасов В.Н., Порошин A.A., Фирсов А.Г. Один из подходов к определению границ зоны первоочередного обслуживания оперативными подразделениями ГПС в городах //Научно-техническое обеспечение противопожарной службы: Сб. науч. тр. / М.: ВНИИПО, 1994. - С. 177-188.

19. Матюшин A.B., Порошин A.A., Матюшин Ю.А. Анализ научно-методических подходов к обоснованию мест дислокации оперативных подразделений пожарной охраны и формирование новых взглядов на решение данной проблемы // Чрезвычайные ситуации: предупреждение и ликвидация: Сб. тез. докл. III Международной науч.-практ. конф.: В 3 т. - Т.З. / Ред. кол.: Э.Р. Бариев и др.- Минск; 2005.- С.176 -179.

20. Матюшин A.B., Порошин A.A., Матюшин Ю.А. Проблемы и пути решения задачи обоснования мест дислокации оперативных подразделений пожарной охраны / Пожарная безопасность многофункциональных и высотных зданий и сооружений: Материалы XIX науч.-практ. конф. - Ч. 2 - М.: ВНИИПО, 2005. - С. 271 - 275.

21. Матюшин A.B., Порошин A.A., Матюшин Ю.А. Анализ нормативных требований по количеству пожарных депо, пожарных автомобилей и зон обслуживания оперативных подразделений пожарной охраны / Пожарная безопасность многофункциональных и высотных зданий и сооружений: Материалы XIX науч.-практ. конф. -Ч. 2 - М.: ВНИИПО, 2005. - С. 275 - 281.

22. Матюшин A.B., Порошин A.A., Матюшин Ю.А.. Определение необходимого числа оперативных подразделений пожарной охраны для защиты городских и сельских поселений от пожаров / Технические и социально-гуманитарные аспекты профессиональной деятельности ГПС МЧС России: проблемы и перспективы: Материалы Междун. на-уч.-практ. конф. - Воронеж: Лио-принт, 2006. - С. 85 - 96.

23. Методология определения максимально допустимого расстояния между пожарным депо и объектом предполагаемого пожара / Матюшин A.B., Порошин A.A., Кондашов A.A., Матюшин Ю.А. // Исторические и современные аспекты решения проблем горения, тушения и обеспечения безопасности людей при пожарах: Материалы XX Международной науч.- пракг. конф. Секция 3. - М.: ВНИИПО, 2007. - С. 59 - 65.

24. Модель обоснования мест дислокации оперативных подразделений пожарной охраны на территории населенного пункта / Матюшин A.B., Порошин A.A., Бобринев Е.В.и др. // Исторические и современные аспекты решения проблем горения, тушения и обеспечения безопасности людей при пожарах: Материалы XX Международной науч.-практ. конф. Секция 3- М.: ВНИИПО, 2007.- С. 66 - 71.

25. Автоматизированная геоинформационная система формирования планов дислокаций, определения состава сил и средств оперативных подразделений пожарной охраны в населенных пунктах / Матюшин A.B., Порошин A.A., Бобринев Е.В. и др. // Исторические и современные аспекты решения проблем горения, тушения и обеспечения безопасности людей при пожарах. Материалы XX Международной на-уч.-практ. конф. Секция 3. - М.: ВНИИПО, 2007.- С. 72-76.

26. Методология обоснования необходимого числа оперативных подразделений пожарной охраны для защиты населенных пунктов от пожаров и численности противопожарной службы субъектов Российской Федерации / Матюшин A.B., Порошин A.A., Бобринев Е.В., Матюшин Ю.А. // Юбилейный сборник трудов ФГУ ВНИИПО МЧС России; под общ. ред. Н.П. Копылова.- М.: ВНИИПО, 2007.- С. 373 - 396.

27. СП 11.13130.2009 «Места дислокации подразделений пожарной охраны. Порядок и методика определения»,- М.: ВНИИПО, 2009. - 14 с.

Подписано в печать 20.11.2009 г. Формат 60x84/16. Печать офсетная.

Усл. печ. л. 3,02. Тираж - 100 экз. Заказ № 75.

Типография ФГУ ВНИИПО МЧС России мкр. ВНИИПО, д. 12, г. Балашиха, Московская обл., 143903