автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.03, диссертация на тему:Снижение пожарного риска зданий с массовым пребыванием людей

На правах рукописи

Хоанг Тхо Дык

СНИЖЕНИЕ ПОЖАРНОГО РИСКА ЗДАНИЙ С МАССОВЫМ ПРЕБЫВАНИЕМ ЛЮДЕЙ

Специальность

05.26.03 - Пожарная и промышленная безопасность (строительство)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

005552118

П 4 СЕН 2014

Москва-2014

005552118

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный строительный университет»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Король-ченко Александр Яковлевич

Официальные оппоненты:

Навценя Владимир Юрьевич, доктор технических наук, старший научный сотрудник, филиал ФГУП «Российская телевизионная и радиовещательная сеть» «Московский региональный центр», начальник службы пожарной безопасности

Пронин Денис Геннадьевич, кандидат технических наук, ОАО «НИЦ «Строительство» - Центральный научно-исследовательский институт строительных конструкций им. В.А.Кучеренко, заведующий сектором проектирования и экспертизы в области пожарной безопасности

Ведущая организация - Федеральное государственное бюджетное учреждение «Всероссийский научно-исследовательский институт противопожарной обороны»

Защита состоится «24» сентября 2014 г. в 14 ч 00 мин. на заседании диссертационного совета Д.212.138.09, созданного на базе ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет», по адресу: 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, «Открытая сеть» ауд. 9.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» http://www.mgsu.ru.

Автореферат разослан «32.» августа 2014 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Общая характеристика работы

Актуальность темы: Развитие мегаполисов, расширение высотного и подземного строительства, обусловленное все более увеличивающейся стоимостью земли, используемой под строительство, применение искусственных полимерных строительных материалов сопровождаются появлением новых видов опасностей, в частности, пожарной опасности, вызванной недостаточным знанием возникновения и развития процесса пожара в зданиях. Пожары являются наиболее распространенной причиной чрезвычайных ситуаций в зданиях с массовым пребыванием людей. Поэтому снижение пожарного риска до законодательно утвержденного уровня должно рассматриваться как важнейший индикатор и характеристика эффективности принимаемых решений по обеспечению пожарной безопасности.

В России в 2008 г. был принят Федеральный закон № 123 «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» (далее - Технический регламент), в котором появилось требование по снижению пожарного риска. Согласно регламенту риск воздействия опасных факторов пожара (ОФП) на людей определен одной миллионной в год в расчете на одного человека, однако не всегда очевидно, какими средствами можно обеспечить снижение пожарного риска.

Основным показателем уровня пожарной опасности в соответствии с требованиями закона является показатель пожарного риска — количество погибших в результате пожаров в год на 1 млн. жителей. За последние годы по данным пожарной статистики этот показатель не претерпел существенного снижения. Согласно официальной статистике пожарный риск в России превышает эту величину на порядок. В 2011 г. этот показатель в развитых странах составлял

Германия 5-10"6 год"1

Франция 6 • 10-6 год"1

Великобритания 8 • 1 О*6 год"1

США 10-10"6 год"1

Польша 20-Ю-6 год-1

Россия 81 • 10-6 год"1

Общая тенденция увеличения показателей гибели и травмирования людей на пожарах в Российской Федерации обуславливает необходимость внедрения новых средств и способов обеспечения пожарной безопасности, направленных на сохранение жизни и здоровья людей при возможных пожарах в зданиях.

Кроме того, в последние десятилетия такие пожары, как пожар в зданиях Всемирного торгового центра (США), пожары в высотных зданиях в Испании, КНР, России, Казахстане и др., поставили перед человечеством задачу оценки и предотвращения таких катастрофических событий.

Одно из наиболее эффективных решений данной проблемы— применение систем оповещения и управления эвакуацией(СОУЭ), в частности, беспроводных систем, являющихся перспективным направлением, дающим людям возможность покинуть здание, до наступления опасных факторов пожара.

Актуальность применения средств аварийной эвакуации при пожарах на объектах с массовьм пребыванием людей обусловлена тем фактом, что именно на данных объектах зачастую могут создаваться скопления людей в процессе штатной эвакуации, что приводит к увеличению времени эвакуации и, как следствие, воздействия ОФП на людей. Именно, на здания с массовым пребыванием людей приходится наибольший социальный и материальный ущерб от пожаров.

Это определило актуальность темы диссертационного исследования по оценке и снижению пожарного риска жилых и общественных зданий — зданий с массовым пребыванием людей, поскольку основное число людей погибает на пожарах в таких зданиях.

Целью исследования является разработка мероприятий по снижению пожарных рисков в зданиях с массовым пребыванием людей до значений, предусмотренных требованием закона.

Задачи исследования:

- проанализировать теоретические основы расчетов оценки пожарного риска и его место в системе безопасности строительных объектов;

- оценить уровень пожарного риска зданий с массовым пребыванием людей;

- выполнить исследование современных разработок по снижению пожарных рисков и разработать на их основе рекомендации по обеспечению пожарного риска на уровне требований стандарта.

Объект исследования— пожарный риск зданий с массовым пребыванием людей.

Предметом исследования является метод снижения пожарного риска зданий с массовым пребыванием людей.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- установлено влияние факторов, определяющих величину пожарного риска, и выявлены способы, наиболее эффективно влияющие на нее;

- выполнено сравнение методов оповещения и управления системами эвакуации людей при пожарах в зданиях; установлена неэффективность проводных систем;

- разработан алгоритм поэтапного оповещения людей о пожаре с использованием беспроводных систем на основе моделирования процесса движения людских потоков;

- разработана методика расчета пожарного риска для зданий с массовым пребыванием людей с применением беспроводных систем оповещения и управления эвакуацией (СОУЭ) на основе модифицированного дифференцированного метода моделирования пожара в условиях применения технических средств обеспечения пожарной безопасности;

- использованы математические модели для прогнозирования динамики развития пожаров в помещениях зданий с массовым пребыванием людей, которые позволяют выявить особенности динамики пожаров и оптимизировать условия беспрепятственной и безопасной эвакуации.

Достоверность полученных результатов подтверждается согласием с результатами полученными по апробированным методам, а также с результатами решения дифференциальных уравнений в частных производных. Полученные модели дают хорошее совпадение с данными, приведенными в литературных источниках, основанными на анализе реальных пожаров.

На защиту выносятся:

- методика расчета определения пожарного риска зданий с массовым пребыванием людей;

- результаты расчета опасных факторов пожара в начальной стадии развития пожара в проектируемых и эксплуатируемых зданиях до достижения критических величин опасных факторов пожара;

- алгоритм беспроводного позонного оповещения людей о пожаре;

- научно обоснованные рекомендации по обеспечению установленной законом РФ величины пожарного риска при возникновении пожара в зданиях с массовым пребыванием людей.

Практическая значимость работы заключается в совершенствовании научных основ обеспечения пожарного риска при возникновении пожара в зданиях с массовьм пребыванием людей. Полученные данные по динамике развития опасных факторов и предложенные модели позволяют существенно снизить пожарный риск.

Результаты диссертации внедрены в учебный процесс МГСУ при подготовке специалистов по специальности «Пожарная безопасность». Результаты

диссертации могут быть внедрены в российские и вьетнамские государственные стандарты при формулировании условий обеспечения безопасности людей при пожарах в зданиях.

Апробация результатов исследования: по содержанию диссертации опубликованы 3 работы в изданиях перечня ВАК РФ; доклады на конференции молодых ученых и специалистов «Проблемы техносферной безопасности 2012 и 2013»,15-йМеждународной межвузовской научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и докторантов«Строительство формирование среды жизнедеятельности» в МГСУ (2013 и 2014 гг.).

Структура диссертации: диссертация состоит из введения, пяти глав основного текста, заключения и библиографического списка.

Основные содержание работы

Во введении обосновываются актуальность и значимость темы диссертационного исследования, цели и задачи работы, а также объект и предмет исследования.

В первой главе «Теоретические основы расчета пожарного риска» рассматриваются основные подходы, изложены в литературах к содержанию понятия «пожарный риск», рассмотрены его виды, а также методика расчета и управления пожарным риском.

Обобщая все факторы возникновения пожаров, можно утверждать, что пожарный риск есть функция социальных (5), техногенных (Т) и природных (АО факторов, и выразить его обобщенной формулой:

Я=ср(5, Т, АО.

Известно, что управление риском — это возможный путь к обеспечению безопасности. Управление риском как система состоит из двух подсистем — управляемой и управляющей. Предлагаемая блок-схема управления пожарным риском на предприятии (объекте, установке и т. п.) представлена на рис. 1. Основой управления пожарным риском является управление системой предотвращения пожара (СПП) и системой противопожарной защи-ты(СППЗ).

Рис.1. Блок-схема управления пожарным риском

Сформулируем в общих чертах алгоритм обеспечения пожарной безопасности любого объекта защиты, представленный на рис. 2.

Рис.2. Алгоритм обеспечения пожарной безопасности

Во второй главе приведена характеристика зданий с массовым пребыванием людей; проанализированы способы противопожарной защиты. Приведена статистика пожаров в зданиях с массовым пребыванием людей и гибели их при этих пожарах. На основе статистики сделан вывод, что в зданиях с массовым пребыванием людей ежегодно происходит примерно 40 % всех пожаров в стране, на которые приходится более 70 % всех жертв от пожаров.

Результаты анализа статистических данных показаны на рис. 3 и 4. Из статистики следует, что количество людей, погибающих на пожарах, остается недопустимо высоким.

70000

а,

га %

о и

§ 50000 о,

| 40000 с о

и

н

и

Iи

Е Я

Ч о X

30000 20000

65912

58473

55235

50523

47748

2008

2009

2010 Годы

2011

2012

Рис. 3. Количество пожаров в зданиях с массовым пребыванием людей в период 2008-2012 гг.

12000

о V

я

о

|

о

V

11602

10475

10291

9407

9167

2009

2010 Годы

2011

2012

Рис. 4. Количество людей, погибших при пожарах в зданиях с массовым пребыванием людей в период 2008-2012 гг.

Для расчета динамики развития пожаров в помещении используем известные программы модели FDS (FireDynamicSimulation) с учетом входных параметров — пожарной нагрузки. Результаты моделирования, полученные на расстоянии 170 см от пола на выходе от эвакуационного пути в безопасную зону, представлены на рис. 5-10.

Время, мин

Рис.5. Изменение температуры при свободноразвивающемся пожаре на этаже

в общественных зданиях

зо

29

28

2 27

ё 26 о

3 25

4

¡3 24 23 22 21

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 Время, с

Рис.6. Изменение видимости при свободноразвивающемся

пожаре на этаже в общественных зданиях

Рис.7. Изменение концентрации С02 при свободноразвивающемся пожаре на этаже в общественных зданиях

Время, мин

Рис.8. Изменение температуры при свободноразвивающемся пожаре на этаже

в жилых домах

Время, с

Рис.9. Изменение видимости при свободноразвивающемся пожаре на этаже в

жилых домах

Время, с

Рис.10. Изменение концентрации С02 при свободноразвивающемся пожаре на этаже в жилых домах

Анализ результата моделирования установлено время наступления допустимого значения опасных факторов пожара (ОФП) (предельное значение потери видимости в дыму принято 20 м) — 8 мин.

Третья глава диссертационной работы посвящена оценке и методам снижения пожарного риска в зданиях с массовым пребыванием людей. Показана возможность повышения эффективности способов эвакуации людей из зданий с массовым пребыванием людей с целью достижения допустимого уровня пожарного риска.

Для проведения индивидуальной оценки пожарного риска рассматриваются следующие аспекты:

- проведение анализа пожарной опасности зданий;

- определение частоты реализации пожароопасных ситуаций;

- построение полей распространения опасных факторов пожара при различных сценариях его развития;

- оценка последствий воздействия опасных факторов пожара на людей при различных сценариях его развития;

- изучение наличия и исправности систем обеспечения пожарной безопасности зданий.

Рассмотрим аспекты использования вероятностного подхода для расчета индивидуального пожарного риска в зданиях. В общем случае величина риска Я определяется как

где Р— вероятность реализации возгорания; и— ожидаемый ущербот пожара.

Если ущерб может возникать в результате нескольких чрезвычайных ситуаций Ы, то совокупный риск определится суммированием по всем возможным событиям:

Поскольку гибель людей может явиться результатом различных сценариев развития пожара, при вероятностном анализе риска необходимо рассматривать совокупность всех возможных сценариев пожара 5, (г = 1,..., Ы5) и для каждого из них определить вероятности реализации Р($1) и последствия {/(5,), а затем вычислить суммарный риск. При этом удобно выделить частоту возникновения пожаров 2п отдельным множителем, а в качестве />(5,) рассматривать условные вероятности сценариев при возникновении инициирующего события — пожара. Тогда общая формула (2) примет вид:

(1)

(2)

N.

Величина Л характеризует ожидаемый ущерб от пожара в единицу времени (за год). Наряду с этим показателем можно рассматривать относительный риск для людей при условии, что в рассматриваемом здании возник пожар:

Приведенный показатель не зависит от частоты возникающих пожаров, а характеризует число пострадавших на один пожар, возникший в присутствии людей. Этот показатель может использоваться проектными организациями для сравнения эффективности различных решений систем противопожарной защиты зданий, путей эвакуации и т. п.

При расчете индивидуального пожарного риска в качестве ущерба рассматривают гибель людей, поэтому естественной мерой ущерба для /-го сценария пожара является число погибших, т. е. количество людей, не успевших эвакуироваться к моменту блокирования путей эвакуации:

где п,]— число погибших для 1-го сценария пожара в у'-й период времени;

Л^— число людей, находящихся в здании в у'-й период времени; — время эвакуации людей;

'б.и— время блокирования путей эвакуации.

При расчете числа погибших людей при пожаре в ряде случаев необходимо учитывать, что в зависимости от времени возникновения пожара в здании может находиться разное число людей (АО- Если люди могут присутствовать на объекте лишь часть времени, то для каждого сценария развития пожара, определенного на основе дерева событий, достаточно провести один расчет эвакуации, а вероятность сценария умножить на вероятность присутствия людей Р„р, определенную как долю времени суток, в течение которой на объекте присутствуют люди. Если же люди на объекте присутствуют круглосуточно, то можно либо принять Рпр = 1 и провести также один расчет эвакуации с максимальным числом присутствующих людей Ы, либо (если имеются достаточные данные) определить доли времени Рпр>/-, в течение которых в здании находится определенное число людей ^например, в дневное и ночное время), провести расчеты числа погибших пц для /-го сценария пожара в _/-й период времени, после чего определить ожидаемое число погибших для /'-го сценария: и, = ;.

(4)

П,.]= ЛГ/Гэ.; - Г6л,Жм

(5)

Математическое ожидание числа погибших на один пожар для данного объектаЯп(чел./пожар) определим как:

Математическое ожидание числа погибших на рассматриваемом объекте в единицу времени (за год) Як(чел./год) рассчитывается по формуле

Индивидуальный пожарный риск в расчете на одного человека в единицу времени составит:

где Рэ, = 1 - Р,у,

— вероятность эвакуации людей для г'-го сценария, равная доле успешно эвакуировавшихся людей от общего числа присутствующих;

/\, = (УУ-л,)АУ;

N— номинальное число присутствующих на объекте людей.

Учтем, что к числу противопожарных мероприятий, направленных на снижение пожарного риска в зданиях, относятся:

- дополнительные объемно-планировочные решения, обеспечивающие ограничение распространения пожара;

- устройство дополнительных эвакуационных путей, отвечающих требованиям безопасной эвакуации людей при пожаре;

- устройство эффективных систем оповещения людей о пожаре и управления эвакуацией людей повышенного типа;

- организация поэтапной эвакуации людей из здания;

- применение дополнительных систем противодымной защиты для защиты от воздействия опасных факторов пожара;

- ограничение количества людей в здании до значений, обеспечивающих безопасность их эвакуации из здания.

В современном мире существует много разных мероприятий, направленных на снижение индивидуального пожарного риска. Как показали наши исследования, наиболее эффективным решением является применение систем оповещения и управления эвакуацией, а перспективным направлением — применение беспроводных СОУЭ.

(6)

(7)

(8)

10 19 28

, 37 Й 46

I 55 к

^ 64 о

¡2 73 82 91 100 109

0 0,] 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9

Плотность В, м2/м2 Рис. 11. Максимальные значения плотности движения людского потока в лестничной клетке

Решением указанной проблемы является разработка алгоритма поэтапного оповещения людей о пожаре с помощью беспроводных систем, которые позволяют минимизировать трудозатраты по монтажу, повышая тем самым экономическую эффективность и являясь надежной альтернативой 5-му типу СОУЭ.

В четвертой главе рассмотрены современные проводные и беспроводные системы обнаружения пожара и их влияние на величину пожарного риска.

Было проведено экспериментальное компьютерное моделирование процесса эвакуации людей из высотного здания. Анализ результатов математического моделирования процесса эвакуации показал, что при одновременном выходе людей с этажей здания в лестничных клетках образуются на продолжительное время высокие травмоопасные плотности — 0,9 м2/м2 (рис. 11), что приводит к гибели людей от компрессионной асфиксии.

1 ->-.............■ I . ■-----

Разработанный алгоритм поэтапного оповещения людей о пожаре с помощью беспроводных систем представлен в таблице.

Алгоритм поэтапного оповещения людей о пожаре с помощью беспроводных систем

Этаж пожара Время оповещения и начала эвакуации людей, мин, с этажа

14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2

14 0 0 0 0 6,7 6,7 6,7 6,7 11,7 11,7 11,7 11,7 15,7

13 0 0 0 0 6,7 6,7 6,7 6,7 11,7 11,7 11,7 11,7 15,7

12 0 0 0 0 6,7 6,7 6,7 6,7 11,7 11,7 11,7 11,7 15,7

11 5,7 0 0 0 0 5,7 5,7 5,7 11,6 11,6 11,6 11,6 15,6

10 5,5 5,5 0 0 0 0 5,5 5,5 11,4 11,4 11,4 11,4 15,4

9 5,2 5,2 5,2 0 0 0 0 5,2 11,1 11,1 11,1 11,1 15,1

8 5,0 5,0 5,0 5,0 0 0 0 0 10,9 10,9 10,9 10,9 14,9

7 14,2 4,7 4,7 4,7 4,7 0 0 0 0 10,4 10,4 10,4 10,4

6 10,0 15,9 4,5 4,5 4,5 4,5 0 0 0 0 10,0 10,0 10,0

5 9,5 9,5 15,4 4,3 4,3 4,3 4,3 0 0 0 0 9,5 9,5

4 9,0 9,0 9,0 14,9 4,0 4,0 4.0 4,0 0 0 0 0 9,0

3 8,5 8,5 8,5 8,5 14,4 3,8 3,8 3,8 3,8 0 0 0 0

2 8,5 8,5 8,5 8,5 14,4 3,8 3,8 3,8 3,8 0 0 0 0

Примечание. Например, при возникновении пожара на 8-м этаже сигнал СОУЭ о начале эвакуации следует подавать немедленно на 7, 9 и 10-й этажи. На 11-14-йэтажи сигнал подается спустя 5,0 мин после обнаружения пожара, на 3-6-й этажи — через 10,9 мин, на 2-й этаж —через 14,9 мин и т. д.

Алгоритм разработан для одной функционирующей лестничной клетки, поскольку такой вариант организации эвакуации является наиболее опасным при возникновении чрезвычайной ситуации. Эвакуация организуется блоками по 4 этажа, что исключает образование скоплений (рис. 12) и сокращает время полной поэтапной пешеходной эвакуации людей из здания на 60 % по сравнению с одновременной эвакуацией. При этом плотность людского потока не превышают 2 чел./м2, тогда как плотность потока при одновременной эвакуации составляют 7-9 чел. /м2. В то же время разработка алгоритма поэтапного оповещения людей позволяет снизить величину индивидуального пожарного риска до нормативного значения, установленного Техническим регламентом, соблюдая условия безопасной эвакуации людей.

а

о

3

~У 1-й участок 2-й участок

>■ 3-й участок

> 4-й участок

5-й участок

О

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 Плотность Д м2/м2 Рис. 12. Максимальные значения плотности движения людского потока в лестничной клетке при поэтапной эвакуации

В пятой главе приведены общие рекомендации по составлению текстов для систем беспроводного оповещения, снижающих уровень эмоциональной напряженности при возникновении чрезвычайной ситуации.

Любое сообщение, адресуемое группе людей, оказавшейся в аварийной ситуации, всегда направлено на организацию их поведения и преследует цель полного исключения элементов стихийности и паники. Дезорганизующее влияние опасных факторов пожара может быть снижено следующими мерами:

• изменением субъективной оценки угрозы жизни путем указания на ограниченность очага пожара, уточнения причины его возникновения:

• содержанием и формой текстового материала, направленными на максимальное снижение элементов неожиданности и внезапности, которая создает высокий эмоциональный фон и своим действием на встревоженных людей может привести к возникновению у них паники;

• указанием на последовательность действий людей и способы обращения за помощью при максимальной сжатости текста.

Особо следует выделить рекомендации по составлению текста и обращений дежурного персонала к лицам, которые оказались блокированными пожаром в здании.

Рассматривая основные принципы психологического.воздействия речевых текстов на человека в условиях сильного эмоционального стресса, мож-

17

но сформулировать ряд требований к текстам ответов и инструкций, используемых при разговоре с потерпевшими. В ответе на призыв о помощи свой текст необходимо построить так, чтобы:

• создать у пострадавшего уверенность в том, что помощь уже оказывается и что она действенна и оперативна;

• выяснить обстановку пожара, условия, в которых оказались пострадавшие, очаг и место загорания, основные опасные факторы пожара;

• блокировать неадекватные и ошибочные действия пострадавших;

• указать на конкретные действия пострадавших по обеспечению пожарной безопасности и оказанию помощи окружающим.

Очевидно, что конкретное содержание текста инструкций будет различным в зависимости от условий и особенностей здания, развития пожара, контингента потерпевших, их состояния и возможностей эвакуации.

Конкретный текст ответов на обращение за помощью должен строиться непосредственно по конкретной ситуации, исходя из обстановки. Следует обратить внимание на то, что в условиях приема сообщений о пожаре текст ответов не может быть стандартным и алгоритмически установленным. Для составления конкретных текстов требуется подготовка дежурного персонала под руководством специалистов. При этом главным является соблюдение психологических требований к содержанию и форме ответов.

Таким образом, сотрудники дежурных служб по обеспечению безопасности здания, ответственные за эвакуацию при пожаре, сотрудники пожарной охраны или руководители предприятий и учреждений с помощью текстов, построенных по вышеизложенным принципам, могут оказать существенную помощь людям, оказавшимся в горящем здании.

Заключение

1. Анализ официальных данных по пожарам и гибели людей при пожарах показал, что уровень пожарного риска в России не соответствует законодательно установленному уровню, превышая его. При этом показано, что уровень пожарного риска в Российской Федерации значительно превышает (более чем на порядок) соответствующий показатель развитых стран.

2. Установлено, что основной вклад в величину пожарного риска вносит гибель людей при пожарах в жилых и общественных зданиях (т. е. в зданиях с массовым пребыванием людей).

3. Определено время блокирования путей эвакуации (по времени наступления допустимого значения ОФГГ) из зданий с массовым пребыванием лю-

дей. Полученный результат использован для определения количества эвакуируемых людей из здания при применении СОУЭ.

4. Предложен расчет определения пожарного риска зданий с массовым пребыванием людей.

5. В работе было показано, что в случае ЧС при одновременной пешеходной эвакуации из высотного здания с массовым пребыванием людей эвакуирующимся следует преодолеть около 900 м по лестнице в потоке плотностью 9 чел./м2. Такой путь занимает около 1,5 ч в случае функционирования всех лестничных клеток. Перспективными путями решения указанной проблемы является организация поэтапного оповещения людей о пожаре при помощи беспроводных систем, которые позволяют минимизировать трудозатраты по монтажу, повышая тем самым экономическую эффективность и являясь надежной альтернативой 5-му типу СОУЭ. При полной поэтапной эвакуации людей по сравнению с полной одновременной эвакуацией удается добиться снижения времени эвакуации почти в 4 раза, увеличения скорости в 7 раз и уменьшения плотности людских потоков в 3 раза. Анализ практики организации эвакуации людей из высотных зданий, нормативных документов, результатов научных исследований, а также многочисленных инженерных расчетов позволил разработать алгоритм оповещения людей из высотных зданий с учетом исключения образования высоких травмоопасных плотностей на путях эвакуации и достичь при этом наибольшей экономической эффективности.

6. Разработано мероприятие по снижению пожарных рисков в зданиях с массовым пребыванием людей.

Основные результаты диссертации изложены в 3-х работах, опубликованных в изданиях перечня ВАК:

1 .Корольченко А.Я., Хоанг Тхо Дык. Выбор систем оповещения и управления эвакуацией при пожаре // Пожаровзрывобезопасность. — 2013.

— Т. 22, №1,—С. 69-74.

2.Корольченко А .Я., Хоанг Тхо Дык. Оборудование, применяемое в системе оповещения и управления эвакуацией // Пожаровзрывобезопасность.

— 2013. — Т. 22, № 4. —С. 57-63.

3.Корольченко АЛ., Хоанг Тхо Дык. Сопоставление эффективности проводных и беспроводных систем оповещения и управления эвакуацией // Пожаровзрывобезопасность. — 2013. — Т. 22, № 10. —С. 69-73.

Подписано в печать 20.07.2014 г.

Усл.п.л. - 1.0 Заказ №22208 Тираж: 100 экз.

Копицентр «ЧЕРТЕЖ.ру» ИНН 7701723201 107023, Москва, ул.Б.Семеновская И, стр.12 (495) 542-7389 www.chertez.ru

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального образования «московский государственный строительный университет»

На правах рукописи

04201460546

Хоанг Тхо Дык

СНИЖЕНИЕ ПОЖАРНОГО РИСКА ЗДАНИЙ С МАССОВЫМ ПРЕБЫВАНИЕМ ЛЮДЕЙ

05.26.03 - Пожарная и промышленная безопасность (строительство)

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор Корольченко А.я.

Москва 2014

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение ...................................................................................................................................4

Глава 1. Теоретические основы расчета пожарного риска .............................................12

1.1. Расчет пожарного риска и его место в системе пожарной безопасности ..............................................................................................12

1.2. Виды пожарных рисков ............................................................................13

1.3. Оценка пожарных рисков .........................................................................14

1.4. Управление пожарным риском ................................................................23

1.5. Цели и задачи исследования.....................................................................28

Глава 2. Исследование объекта защиты............................................................................30

2.1. Характеристика зданий с массовым пребыванием людей ....................30

2.2. Статистика пожаров в жилых и общественных зданиях.......................33

2.3. Исследование моделирования пожаров в зданиях.................................35

2.4. Мероприятия пожарной безопасности в жилых и общественных зданиях........................................................................................................49

Глава 3. Исследование динамики пожарного риска зданий с массовым

пребыванием людей .............................................................................................52

3.1. Опасные факторы пожара и их воздействие на людей в начальной стадии пожара ............................................................................................52

3.2. Оценка индивидуального пожарного риска в жилых и общественных зданиях................................................................................................54

3.3. Методы снижения уровня пожарного риска в зданиях .........................73

Глава 4. Управление эвакуацией людей из зданий при возникновении пожара..........75

4.1. Проводные системы ..................................................................................78

4.2. Беспроводные системы .............................................................................81

4.3. Организация оповещения о пожаре с помощью беспроводных систем..........................................................................................................85

4.4. Моделирование процесса эвакуации людей из высотных зданий и

разработка алгоритма беспроводного оповещения людей о пожаре .....87

4.4.1. Безопасность эвакуации людей.....................................................87

4.4.2. Эвакуация людей с этажей офисов высотного комплекса.........93

4.4.3. Разработка алгоритма беспроводного оповещения людей

о пожаре.........................................................................................110

Глава 5. Общие рекомендации по составлению текстов для снижения уровня

эмоциональной напряженности при ЧС............................................................116

5.1. Общие рекомендации по составлению текстов для беспроводной системы оповещения и управления эвакуаций......................................116

5.2. Тексты для снижения эмоциональной напряженности

у блокированных ЧС людей в здании....................................................118

Заключение ..........................................................................................................................121

Список литературы .............................................................................................................123

ВВЕДЕНИЕ

По мере развития строительной технологии (проектирования и строительства зданий) появились новые виды опасностей, увеличился пожарный риск. Развитие мегаполисов, расширение высотного и подземного строительства, обусловленное все более увеличивающейся стоимостью земли, используемой под строительство, применение искусственных полимерных строительных материалов сопровождаются появлением новых видов опасностей, например пожарной опасности, вызванной недостаточным знанием возникновения и развития процесса пожара в зданиях или нередко обусловленной злым умыслом. Пожары являются наиболее распространенной причиной чрезвычайных ситуаций в зданиях с массовым пребыванием людей, поэтому снижение пожарного риска до законодательно у 1верждеиного уровня должно рассматриваться как важнейший индикатор и характеристика эффективности принимаемых решений по обеспечению пожарной безопасности.

Описанные трагические события последствий пожаров в гостинице «Россия» в Москве, здаиии УВД в Самаре, московских студенческих общежитиях, детских домах Якутии и Дагестана, наркологической клинике в Москве, сопровождавшиеся значительным количеством человеческих жизней, требуют пересмотра условий обеспечения пожарной безопасности.

Постепенно многие виды опасностей приобретают все большие масштабы и формы, становясь обще планетарными, затрагивающими интересы все большего количества людей. В последние десятилетия такие пожары, как пожар в зданиях Всемирного торгового центра (США), пожары высотных зданий в Испании, КНР, России, Казахстане и др., поставили перед человечеством задачу оценки и предотвращения таких катастрофических событий.

В России в 2008 г. был принят Федеральный закон № 123 «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» (далее - Технический регламент) [1], в котором появилось требование по снижению пожарного риска. Согласно ему риск воздействия опасных факторов пожара (ОФП) па людей опреде-

леи одной миллионной в год в расчете на одного человека, однако не всегда очевидно, какими средствами можно обеспечить снижение пожарного риска.

Согласно официальной статистике пожарный риск в России превышает эту величину на порядок. Введение этого закона [1] потребовало от проектных организаций и строителей новых организационно-технических и технологических решений по обеспечению требований указанного закона.

Основным показателем уровня пожарной опасности в соответствии с требованиями закона является показатель пожарного риска — количество погибших в результате пожаров в год на 1 млн. жителей. В 2011 г. этот показатель в развитых странах составлял [2]:

Германия................................................. .......................................5-10"6 год"1

Франция ................................................. .......................................6-Ю-6 год-1

Великобритания .................................... .......................................8 • 10"6 год-1

США ....................................................... .....................................10-10""6 год-'

Польша................................................... .....................................20-Ю-6 год-1

Россия ..................................................... .....................................81-Ю"6 год-'

По данным статистики, приведенной управлением пожарной охраны Вьетнама, в 2013 г. во Вьетнаме произошло 2600 пожаров, при которых погибли 124 чел. и 349 чел. получили травмы.

Общая тенденция увеличения показателей гибели и травмирования людей на пожарах в Российской Федерации обуславливает необходимость внедрения новых средств и способов обеспечения пожарной безопасное ш, направленных па сохранение жизни и здоровья людей при возможных пожарах в зданиях.

Одним из перспективных направлений решения данной проблемы является применение специальных средств аварийной эвакуации из горящего здания в безопасную зону, при использовании которых сокращается время воздействия опасных факторов пожара на людей.

Актуальность применения средств аварийной эвакуации при пожарах на объектах с массовым пребыванием людей обусловлена тем фактом, что именно на данных объектах зачастую могут создаваться скопления людей в процессе штат-

ной эвакуации, приводящие к увеличению времени эвакуации и, как следствие, к воздействию опасных факторов пожара на людей. Именно на пожары в зданиях массового пребывания людей приходится наибольший социальный и материальный ущерб.

Вместе с тем в настоящее время практически отсутствуют научно обоснованные методики определения эффективности применения количественного оснащения и выбора типов систем управления эвакуацией в зданиях различных классов функциональной пожарной опасности.

Разнообразие объектов с массовым пребыванием людей требует создания для них объективных технических условий с целыо выполнения основных требований пожарной безопасности, которые предусматривают проведение профилактических мероприятий и содержание всех систем защи ты от пожаров в соответствии с требованиями проектной, технической и нормативной документации. Важнейшей составляющей таких систем являются средства оповещения, которые должны обеспечивать передачу своевременной информации о возникновении угрозы пожара, выбор наиболее безопасных путей эвакуации в зависимости от реализуемого сценария развития пожара, в том числе в направлении ближайшей зоны безопасности в здании — специально оборудованного помещения, предназначенного для защиты людей от опасных факторов пожара.

Технический регламент [1] установил ряд новых понятий и требований. Прежде всего стоит упомянуть оценку допустимого уровня пожарного риска. В ст. 6 [1] определено: «Пожарная безопасность объекта защиты считается обеспеченной в том случае, если пожарный риск не превышает допустимых значений».

Определение величины индивидуального пожарного риска осуществляется в соответствии с «Методикой определения расчетных величин пожарного риска в зданиях, сооружениях и строениях различных классов функциональной пожарной опасности», утвержденной приказом МЧС России от 30 июня 2009 г. № 382 [3] (далее - Методика). Однако данная методика имеет явные недостатки.

По данным пожарной статистики за последние годы этот показатель не претерпевает существенного снижения: Россия по-прежнему остается лидером по числу погибших па пожарах людей.

Это определило актуальность темы диссертационного исследования по оценке и снижению пожарного риска жилых и общественных зданий — зданий с массовым пребыванием людей, поскольку основное число людей погибает на пожарах именно в таких зданиях.

Целью исследования является разработка мероприятий по снижению пожарных рисков в зданиях с массовым пребыванием людей.

Задачи исследования:

- проанализировать теоретические основы расчетов оценки пожарного риска и его место в системе безопасности строительных объектов;

- оценить уровень пожарного риска зданий с массовым пребыванием людей;

- выполнить исследование современных разработок по снижению пожарных рисков и разработать на их основе рекомендации по обеспечению пожарного риска на уровне требований стандарта [1].

Объект исследования — пожарный риск зданий с массовым пребыванием людей.

Предметом исследования является метод снижения пожарного риска зданий с массовым пребыванием людей.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- установлено влияние факторов, определяющих величину пожарного риска, и выявлены способы, наиболее эффективно влияющие на нее;

- выполнено сравнение методов оповещения и управления системами эвакуации людей при пожарах в зданиях;

- разработан алгоритм поэтапного оповещения людей о пожаре с использованием беспроводных систем на основе моделирования процесса движения людских потоков;

- разработана методика расчета пожарного риска для зданий с массовым пребыванием людей с применением беспроводных систем оповещения и управления эвакуацией на основе модифицированного дифференцированного метода моделирования пожара в условиях применения 1ехнических средств обеспечения пожарной безопасности;

- использование дифференциальных математических моделей для прогнозирования динамики развития пожаров в помещениях зданий с массовым пребыванием людей позволяет выявить особенности динамики пожаров и оптимизировать условия беспрепятственной и безопасной эвакуации.

Достоверность полученных результатов подтверждается применением апробированных методов анализа, а также решением дифференциальных уравнений. Полученные модели дают хорошее совпадение с данными, приведенными в литературных источниках и основанными на анализе реальных пожаров.

На защиту выносятся:

- расчет определения пожарного риска зданий с массовым пребыванием людей;

- результаты расчета опасных факторов пожара в начальной стадии развития пожара в проектируемых и эксплуатируемых зданиях до достижения критических величии опасных факторов пожара;

-алгоритм беспроводного позонного оповещения людей о пожаре;

- научно обоснованные рекомендации по снижению величины пожарного риска при возникновении пожара в зданиях с массовым пребыванием людей.

Практическая значимость работы заключается в совершенствовании научных основ обеспечения пожарного риска при возникновении пожара в зданиях с массовым пребыванием людей. Полученные данные по динамике развития опасных факторов и предложенные модели позволяют существенно снизить пожарный риск.

Результаты диссертации внедрены в учебный процесс МГСУ при подготовке специалистов по специальности «Пожарная безопасность».

Результаты диссертации могут быть внедрены в российские и вьетнамские государственные стандарты при формулировании условий обеспечения безопасности людей при пожарах в зданиях.

Во введении обосновываются актуальность и значение темы диссертационного исследования, цели и задачи работы, а также объект и предмет исследования. Во введении приведены термины и их определения, принятые в работе.

В первой главе «Теоретические основы расчета пожарного риска» рассматриваются основные подходы к содержанию «пожарный риск», его виды, методика расчета и управления пожарным риском.

Во второй главе приведена характеристика зданий с массовым пребыванием людей, анализируются способы противопожарной защиты. Проведена оценка мероприятий по противопожарной защите таких зданий.

Третья глава диссертационной работы посвящена оценке и методам снижения пожарного риска в зданиях с массовым пребыванием людей. Показана возможность повышения эффективности способов эвакуации людей из зданий с массовым пребыванием людей с целью достижения допустимого уровня пожарного риска.

В четвертой главе изложены современные системы проводной и беспроводной систем обнаружения пожара и их влияние на величину пожарного риска.

В пятой главе приведены общие рекомендации по составлению текстов для снижения уровня эмоциональной напряженности при чрезвычайных ситуациях.

В заключении представлены выводы по результатам исследования по теме диссертации.

Библиографический список содержит литературу по законодательству в области пожарной безопасности, а также основную литературу по теме диссертации.

Приведем определения основных понятий, применяемых в тексте диссертации:

пожарная опасность — опасность возникновения и развития неуправляемого горения (пожара), приносящего вред обществу, окружающей среде, объекту защиты [4];

пожарный риск — количественная характеристика возможности реализации пожарной опасности (и ее последствий), измеряемая, как правило, в соответствующих единицах [4];

управление пожарным риском — разработка и реализация комплекса мероприятий (инженерно-технического, экономического, социального и иного характера), позволяющих уменьшить значение данного пожарного риска до допустимого (приемлемого) уровня [4];

пожарная безопасность — состояние объекта противопожарной защиты, при котором значения всех пожарных рисков не превышают их допустимых уровней [4].

Приведенные определения соответствуют понятиям, принятым в законе [1]. Кроме того, в диссертации вводятся понятия допустимого, индивидуального и социального пожарных рисков так, как это принято в монографии [4], а также понятие здания с массовым пребыванием людей.

Допустимый пожарный риск — пожарный риск, уровень которого допустим и обоснован исходя из социально-экономических условий государства.

Индивидуальный пожарный риск — пожарный риск, который может привести к гибели человека в результате воздействия опасных факторов пожара.

Социальный пожарный риск — степень опасности, ведущей к гибели группы людей в результате воздействия опасных факторов пожара.

Критерии допустимого пожарного риска задаются законодательным образом. В России принято, что требуемый уровень обеспечения пожарной безопасности людей должен быть не менее 0,999999 предотвращения воздействия опасных факторов в год в расчете на каждого человека, а допустимый уровень пожарной опасности для людей должен быть не более Ю-6 воздействия опасных факторов пожара, превышающих предельно допустимые значения, в год в расчете на каждого человека.

Техническим регламентом [1] предусмотрено, что «индивидуальный пожарный риск в зданиях, сооружениях и строениях не должен превышать значение одной миллионной в год при размещении отдельного человека в наиболее удален-

ной точке от выхода из задания, сооружения и строения. Риск гибели людей в результате воздействия опасных факторов пожара должен определяться с учетом функционирования систем обеспеч�