автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.03, диссертация на тему:Снижение пожарной опасности зданий образовательных учреждений посредством предотвращения воздействия опасных факторов пожара на людей

На правах рукописи

БУШМАНОВ СЕРГЕЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

СНИЖЕНИЕ ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ ЗДАНИИ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ УЧРЕЖДЕНИЙ ПОСРЕДСТВОМ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ ОПАСНЫХ ФАКТОРОВ ПОЖАРА НА ЛЮДЕЙ

05.26.03 - Пожарная и промышленная безопасность (строительство)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

005546592

Москва-2013

005546592

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

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Корольченко Александр Яковлевич

Официальные оппоненты: Логинов Владимир Иванович, доктор

технических наук, старший научный сотрудник, ФГБУ «Всероссийский ордена «Знак Почета» научно-исследовательский институт противопожарной обороны МЧС России», заместитель начальника НИЦ-ПСТ, начальник отдела 2.2

Гаращенко Никита Анатольевич,

кандидат технических наук, ООО «УКС «ИНТЕКО», главный специалист технического отдела дирекции «Садовые Кварталы»

Ведущая организация:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Академия государственной противопожарной службы МЧС России»

Защита состоится

«2?» »

2013 г.

¡А: о о

часов 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, МГСУ, аудитория №9 «Открытая сеть».

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет». Автореферат разослан <<№ » се.кг ^¿Су' -Д 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Ляпин Антон Валерьевич

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы исследования. За прошедшее десятилетие в зданиях образовательных учреждений Российской Федерации произошли крупные пожары с массовой гибелью учащихся: в общежитии Российского Университета Дружбы Народов, г. Москва, 2003 г. (33 студента погибло, 160 -пострадало); в университете Московского Института Государственного и Корпоративного Управления, г. Москва, 2007 г. (9 студентов погибло, 50-пострадало); в общежитии Московского Государственного Строительного Университета, г. Москва, 2009 г. (один студент погиб, один - пострадал) и т.д. При возникновении пожаров в зданиях 60% людей двигаются через задымление. Доминирующей причиной гибели людей является воздействие продуктов горения - 75%, а наибольшее количество травм люди приобретают вследствие интенсивного развития пожара и распространения продуктов горения по путям эвакуации. Фактическое значение вероятности гибели обучающихся в зданиях образовательных учреждений превышает допустимое законом значение в 2,8 раза. В ежегодном послании Федеральному Собранию РФ в ноябре 2010 г. президент России заявил, что необходимо создать условия, в которых будут минимизированы риски травм, гибели детей и молодежи. Поэтому защита от пожара жизни и здоровья учащихся - будущей работоспособной части населения страны - приобретает особую актуальность и является первоочередной целью, стоящей перед руководителями учебных заведений и органами государственного пожарного надзора.

Одним из основных принципов, заложенных в определении пожарной безопасности объекта защиты по Федеральному закону «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» от 22 июля 2008 г. №123-Ф3 (далее №123-Ф3) является состояние объекта защиты, характеризуемое возможностью предотвращения воздействия на людей опасных факторов пожара (ОФП). Различные меры, предпринимаемые для снижения пожарной опасности объекта защиты, в итоге сводятся к повышению пожарной безопасности. Поэтому людям, не успевшим безопасно покинуть здание, в целях защиты их жизни и здоровья от пожара необходимо дать шанс на спасение. Успешность спасения, как одним из способов, определяется применением самоспасателей для исключения воздействия одного из ОФП на людей в зданиях образовательных учреждений.

Научно-техническая гипотеза диссертации состоит в повышении пожарной безопасности зданий образовательных учреждений с помощью

применения средств индивидуальной защиты органов дыхания и зрения людей при пожаре (самоспасателей).

Цель работы — повышение пожарной безопасности зданий образовательных учреждений предотвращением воздействия опасных факторов пожара на людей с помощью применения самоспасателей.

Для достижения поставленной цели необходимо было решение следующих задач:

- проанализировать динамику нарастания ОФП и движения людских потоков при пожарах в зданиях образовательных учреждений;

- определить условия применения самоспасателей в зданиях образовательных учреждений;

- определить параметры движения людских потоков в нормальных условиях и в самоспасателях в задымлении; разработать концепцию применения самоспасателей в зданиях образовательных учреждений;

- проанализировать воздействие ОФП и движение людских потоков с учетом применения самоспасателей при пожарах в зданиях образовательных учреждений;

- разработать методику применения самоспасателей в зданиях образовательных учреждений;

- обосновать методику применения самоспасателей.

. Объектом исследования являются динамика ОФП на путях эвакуации и движение людских потоков по путям эвакуации на начальной стадии пожара.

Предметом исследования являются динамика изменения ОФП для людей в самоспасателях и изменение движения людских потоков по путям эвакуации без самоспасателей в нормальных условиях и в самоспасателях в задымленных условиях на начальной стадии пожара.

Теоретической и методологической основой исследования являются численные методы расчета времени эвакуации и динамики ОФП.

Достоверность исследования полученных результатов обеспечивается применением апробированных методов натурных наблюдений людских потоков и математической статистики, и подтверждается высоким уровнем соответствия полученных теоретических результатов экспериментальным данным..

Научная новизна диссертационного исследования заключается:

1. В определении (К0/| а, и О01) параметров движения людского потока студентов в самоспасателях в задымлении. Установлено, что применение самоспасателей не меняет логарифмический принцип зависимости (1) скорости

людского потока от его плотности. Движение людей в самоспасателях описывается той же теоретической кривой, что и без самоспасателей. Отличия заключаются в различных количественных значениях параметров движения людского потока студентов в самоспасателях в задымлении и без самоспасателей в нормальных условиях.

2. В разработке и обосновании методики, обеспечивающей пожарную безопасность здания образовательных учреждений с помощью использования самоспасателей, предотвращающие воздействие на людей ОФП на начальной стадии пожара.

Практическая значимость диссертации заключается в следующем:

1. Разработана методика применения самоспасателей в зданиях образовательных учреждений, принятой Минобрнауки России к учету в работе руководителей образовательных учреждений по вопросам пожарной безопасности, определяющая в своем составе область применения, оснащения, размещения и хранения самоспасателей. Разработаны алгоритмы действий сотрудников, персонала и обучающихся при получении сигнала «пожар» с применением самоспасателей. Определены условия, определяющие безопасное применение самоспасателей в зданиях образовательных учреждений.

2. В получении результатов расчетов ОФП и движения людских потоков в самоспасателях в условиях задымления путей эвакуации.

3. Полученные результаты исследований на начальном этапе развития пожара могут быть использованы при разработке нормативно-технических документов, регламентирующих обеспечение пожарной безопасности в зданиях образовательных учреждений.

На защиту выносятся:

1. Результаты экспериментальных исследований движения людских потоков через задымление в фильтрующих самоспасателях и исследований применения фильтрующих самоспасателей.

2. Условия безопасного применения самоспасателей в зданиях

образовательных учреждений:

— условие целесообразности применения самоспасателей;

— определение минимально необходимого количества самоспасателей;

— места размещения самоспасателей;

— граничные условия применимости самоспасателей;

— выбор типов самоспасателей;

— эффективность применения самоспасателей;

- условие безопасного спасения при использовании самоспасателей.

3. Результаты расчетов динамики ОФП на основе математического моделирования условий развития пожара и движения людских потоков в самоспасателях в зданиях образовательных учреждений.

4. Результаты расчетов условий безопасного применения самоспасателей в зданиях образовательных учреждений на основании разработанной методики применения самоспасателей.

Апробация результатов исследования. Основные положения диссертации докладывались на заседании кафедры «Комплексная безопасность в строительстве» ФГБОУ «МГСУ» и обсуждались на следующих конференциях: «Научно-техническое творчество молодежи - путь к единству, основанному на знаниях» (Москва, 2009 г.); «Строительный сезон 2009» (Москва, 2009 г.); «Строительство-формирование среды жизнедеятельности» (Москва, 2010 г.); «Устойчивость, безопасность и энергоресурсосбережение в современных архитектурных, конструктивных, технологических решениях и инженерных системах зданий и сооружений» (Москва, 2010 г.); «Пожарная безопасность XXI века» (Москва, 2011 г.).

Внедрение результатов исследования:

1. Внедрены в методике применения самоспасателей в зданиях образовательных учреждений при выполнении государственного контракта Министерства образования и науки РФ № 09.0708.11.015 от 15 марта 2010 г.: «Разработка пилотного проекта по применению новых средств спасения людей (самоспасательных средств) на объектах сферы науки и образования».

2. Внедрены в учебный процесс Московского Государственного Строительного Университета по дисциплине «Пожарная безопасность зданий и сооружений» на кафедре «Архитектурно-строительное проектирование» и по дисциплине «Пожарная безопасность в строительстве» на кафедре «Комплексной безопасности в строительстве».

Соответствие диссертации Паспорту научной специальности. Область исследования соответствует п. 15. «Разработка методологических основ и нормативных положений для создания правил обеспечения пожарной и промышленной безопасности при строительстве и эксплуатации предприятий и объектов повышенной опасности» специальности 05.26.03 - «Пожарная и промышленная безопасность (строительство)».

Положения, структура и объем работы. По теме диссертации опубликовано 11 научных статей, в том числе 4 статьи в журналах, рекомендованных ВАК Минобразования и науки Российской Федерации для

публикации основных научных результатов. Диссертация, общий объем которой составляет 153 страницы, состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы, включающего 133 наименования научных трудов на русском и иностранном языках и 2 приложения. Диссертация содержит 42 иллюстрации и 32 таблицы.

II. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, сформулированы цели и задачи исследований, изложены научная новизна, практическая значимость полученных результатов, а также положения, которые выносятся на защиту.

В первой главе для обоснования принадлежности зданий общежитий к территории комплексов высших учебных заведений применяется обобщающий термин здания образовательных учреждений. Национальными стандартами по пожарной безопасности применение самоспасателей регламентировано для людей старше 12 лет, поэтому в дальнейшем обзор объемно-планировочных

решений детских дошкольных учреждений и общеобразовательных учреждений (в данных зданиях присутствуют люди до 12 лет) не рассматривался. В обзор

образовательных учреждений

включены здания с большим количеством людей, пребывающих в них: здания высших учебных заведений и общежития

(студенческие).

Схемы объемно-

планировочных решений указанных зданий следующие: здания высших учебных заведений - коридорная, крестообразная и блочная (как правило, высота здания не более 9 этажей); здания общежитий -коридорная, секционная, атриумная и круговая. В ранее проведенных исследованиях установлена общая расчетная схема, модификациями которой являются остальные (рис. 1).

Рисунок 1 - Общая расчетная схема путей

движения людских потоков и ее модификации: а - один источник людского

потока; б - поток на общем участке; в -одностороннее расположение источников на лестнице; г - двустороннее несимметричное расположение источников; д - двустороннее симметричное расположение источников (общая расчетная схема)

Поэтому на основании общей расчетной схемы (рисЛд) в качестве упрощения все объемно-планировочные решения зданий образовательных учреждений можно свести к коридорному типу.

Анализ статистики пожаров за период 2003-2009 гг. в зданиях образовательных учреждений показывает, что фактическая вероятность гибели обучающихся, определённая отношением числа погибших обучающихся (20 человек) к общему числу обучающихся в зданиях высших учебных заведений и общежитиях высших учебных заведний по стране в год (7 158 200 человек), составляет Q.^2,8-10"6, что превышает нормативное значение в 2,8 раза. Другими словами, количество погибших при пожарах людей в год в зданиях образовательных учреждений не должно превышать восьми человек. Поэтому для достижения установленного законом нормативного значения 1-Ю"6 необходимо совершенствование нормативных подходов, методов и технических средств для повышения пожарной безопасности в зданиях образовательных учреждений. Одной из мер повышения пожарной безопасности зданий образовательных учреждений является применение самоспасателей, предназначенных для защиты людей от воздействия частиц дыма, сажи, аэрозоля и токсичных продуктов горения.

Исследованиями в области безопасности людей при пожаре занималось большое количество отечественных и зарубежных специалистов. Значительный вклад в исследования эвакуации людей из зданий при пожаре внесли следующие авторы: C.B. Беляев, А.И. Милинский, В.М. Предтеченский, В.А. Копылов, В.В. Холщевников и его ученики (С.А. Никонов, И.И. Исаевич, Д.А. Самопган), J.J. Fruin, P.G. Wood, G. Proulx и др. Проблемой нахождения необходимого времени эвакуации при пожаре занимались такие специалисты, как Т.Г. Меркушкина, В.Н. Тимошенко, Ю.С. Зотов, A.B. Матюшин, V. Babrauskas, D.A. Purser, A. Tewarson. и др. Применение противодымной вентиляции в зданиях рассматривалось в работах В.М. Есина, И.И. Ильминского, J.H. Klote и др. Использование автоматических средств противопожарной защиты описано в работах A.B. Матюшина, R.P. Fleming, R.P. Schifiliti, B.J. Meacham, R.L.P. Custer и др. Применение самоспасателей рассматривалось в работах В.И. Логинова, В.Ю. Процкого, C.B. Пузача, A.B. Смагина, М.В. Баюкина, В.В. Батырева и др., а также в различных информационных источниках зарубежных фирм: Draeger, Elmridge Protection Products и MSA The Safety Company. Необходимость применения самоспасателей регламентирована положениями №123-Ф3 и методическими рекомендациями ФГБУ ВНИИПО МЧС РФ, однако в них не раскрыты:

концептуальный подход к оснащению самоспасателями зданий образовательных учреждений с целью снижения финансовых издержек на них, методический материал для расчета минимально необходимого количества самоспасателей и мест их размещения с целью повышения пожарной безопасности зданий образовательных учреждений; а также не установлены параметры движения студентов в составе потока в самоспасателях.

Во второй главе обосновываются принципы выбора сценариев пожара и эвакуации. Помещения зданий высших учебных заведений и общежитий ранжируются в порядке уменьшения количественных величин пожарных нагрузок, среди которых выбираются наиболее пожароопасные помещения. Построены схемы типовых планировочных решений этажей зданий высшего учебного заведения и общежития на основе общей расчетной схемы (см. рис. 1), представляющей собой аналогию объёмно-планировочного решения здания коридорного типа (с учетом того, что высоту зданий образовательных учреждений принимаем не более 27 м (9 этажей) с задымляемыми лестничными клетками типа Л1). Проведены расчеты динамики ОФП и времени эвакуации в зданиях высшего учебного заведения и общежития, в результате которых по путям эвакуации установлено:

- в здании высшего учебного заведения выход из объема одной из лестничной клетки, ведущий непосредственно наружу из здания, блокируется по потере видимости раньше, чем люди с 1-9-го этажей покидают его (¿э=1251>0,5-%,=342). Время скопления людей в лестничной клетке составило 8,8 мин, что превысило предельно допустимое значение 6 мин. В здании общежития блокирование выхода одной из лестничной клетки, ведущего непосредственно наружу из здания, по потере видимости наступает раньше, чем люди с 1-9-го этажей успевают покинуть его (?э=531 > 0,5 /б,=389). Время скопления людей в лестничной клетке здания общежития составило 3,2 мин, что не превысило предельно допустимое значение 6 мин;

- безопасность людей, находящихся на втором и последующих этажах коридоров здания высшего учебного заведения, а в здании общежития -включая пятый этаж и выше, не обеспечена (в связи с попаданием под воздействие ОФП);

- для обеспечения безопасности людей (с целью повышения пожарной безопасности зданий образовательных учреждений) необходимо увеличение планируемого времени пребывания в зонах ОФП (1э+1вкл=1251+60=1311=1320 с) свыше 1320 с в здании высшего учебного заведения и (1^ + гвкл=531 +60=591—600 с) свыше 600 с в здании общежития, что

возможно благодаря применению современных самоспасателей. Для этого требуется проведение специальных исследований.

В третье главе рассмотрены общие понятия и технические требования для различных видов самоспасателей по национальным стандартам РФ: ГОСТ Р 53259-2009, ГОСТ Р 53260-2009, ГОСТ Р 53261-2009 и ГОСТ Р 22.9.09-2005, на основе которых классифицированы современные самоспасатели. Проведен анализ отечественных и зарубежных фильтрующих самоспасателей с учетом их защитных и потребительских характеристик. Для проведения испытаний в зданиях образовательных учреждений выбрано три фильтрующих самоспасателя, удовлетворяющих требованиям нормативных документов по пожарной безопасности, вошедших в единый Реестр сертифицированной продукции в области пожарной безопасности РФ.

Экспериментальные исследования людских потоков проведены в различных условиях движения (нормальные условия и движение через задымление в фильтрующих самоспасателях) с целью определения параметров движения студентов в составе потока в данных условиях. Экспериментальные исследования движения людских потоков состояли из двух этапов с привлечением 60-ти студентов на следующих участках здания высшего учебного заведения: 1) горизонтальный путь с постоянной шириной (рис. 2); 2) горизонтальный путь, идущий на сужение; 3) лестничный марш.

По результатам проведенных исследований сформированы шесть серий экспериментальных исследований по двум признакам: условия движения и вид пути. Результаты статистической обработки сведены в табл. 1.

Рисунок 2 - Участок — горизонтальный путь: а) установка опорной масштабной сетки и разбивка участка на ячейки 1x1 м; б) нормальные условия движения потоков студентов; в) движение студентов через задымление в самоспасателях

Таблица — I Результаты экспериментальных исследований движения людских потоков

н ьг а Вид пути Количество наблюдений п, среднее значение скорости V, м/мин, дисперсия скорости о2, м/мин2, в интервалах плотностей О, чел/м2 Итого

0-1 1-2 2-3 3-4

а 1 V | а2 П ! у 1 <г п | V | <г ..." 1 V 1 *

Студенты, £=0,09 м2/чел Нормальные условия

1 ГП 208 86,30 517,425 267 68,72 534,681 85 53,59 218,186 28 43.03 144,690

2 лвн 24 64.66 776,340 34 57.86 164,179 60 52,22 64,087 63 47,78 82,548

3 лвв 38 45,86 190,685 85 39.69 70,775 49 35,02 90,112 8 32,15 95,639

4-5 5-6 6-7 7-8

1 гп 20 35.08 14.555 12 27,07 24.445 14 21,75 16,727 15 18.64 14,177

2 лвн 24 45.15 60,332 4 42.53 24.105

3 лвв

8-9 - - -

I гп 12 15,19 12.946 661

2 лвн 209

3 лвв 180

Движение через задымление в самоспасателях

0-1 1-2 2-3 3-4

4 гп 71 85,36 258,566 56 74,71 294,902 10 64.47 474.399 137

5 лвн 27 67.05 269,334 25 57.24 109.794 10 50.57 89,070 62

6 лвв 32 59.25 179,347 26 42,66 42,8600 19 36.40 44,835 77

В сериях экспериментальных исследований установлены сильные и средние тесноты корреляционной связи г/э между скоростью движения людей в потоке и его плотностью. В результате анализа на однородность установлено, что ни одна их серий экспериментальных исследований объединению не подлежала.

Для установления связи между скоростью людского потока и его плотностью использовалась зависимость, предложенная Холщевниковым В.В. Зависимость (1) апробирована им и его учениками на огромном количестве экспериментальных исследований:

О

V3 = V3 'в.! Ч.

1-я,1п

' А, у

(О

где а - коэффициент, определяющий степень влияния плотности потока при движении по .¡-му виду пути; Д - текущее значение плотности потока; Д) -пороговое значение плотности, по достижении которого плотность становится фактором, оказывающим влияние на скорость движения людей в потоке.

Построена функция, описывающая тенденцию реакции Лпу для

рассматриваемой серии экспериментальных исследований на увеличение плотности при движении по ]-му виду пути. Методом наименьших квадратов определены значения величин а, и Д.,-. Значения теоретического корреляционного отношения г]т во всех сериях экспериментальных исследований, вычисляемые для оценки тесноты установленной связи между Щ и Д, характеризовали её как практически функциональную ( т}7 = 1).

Построенные теоретические кривые (с учетом зависимости 1) лежали в области 95% доверительного интервала (рис. 3 и 4), что доказывает точность данных теоретических кривых (зависимость скорости от плотности людского

11

потока) и позволяет использовать их для расчетов времени эвакуации и спасения.

V, я 'мнн |-1

Рисунок 3 - Закономерность изменения скорости людского потока от его плотности для видов пути (нормальные условия): а) ГП, б) ЛВН, в) ЛВВ. 1-эмпирическая кривая, 2-верхняя доверительная граница, 3-нижняя доверительная граница

м мин

ш ш ш

1 2 В, чет'м2

1 2 и, че.1'м:

1 2 В, чел "м2

Рисунок 4 - Закономерность изменения скорости людского потока от его плотности для видов пути (движение через задымление в самоспасателях): а) ГП, б) ЛВН, в) ЛВВ. 1-эмпирическая кривая, 2-верхняя доверительная граница, 3-нижняя доверительная граница

Определены границы категорий движения через характерные точки изменения угла наклона кривых, описывающих рост скорости свободного движения, как свидетельство увеличения интенсивности воздействия эмоционального состояния (рис. 5).

va

Mí мин

Н

VA

E

зв -1-- зо

20-1--I-)-1-1-1--(-- 2»

0 0.1 0.2 0.3 0 4 0.5 0.6 0 7 0.8 0.9 1 0 0.1 0.2 0.3 0 4 0,5 0.6 0.7 0.6 0.9 1

ИТ,'} Р(У)

Рисунок 5 - Зависимость скорости свободного движения людей в потоке от вероятных значений скоростей при движении для видов пути (а - нормальные условия, б - движение через задымление в фильтрующих самоспасателях): 1-горизонтальный путь, 2-лестница вниз, 3-лестница вверх. Категории движения: 1-комфортное, П-спокойное, Ш-активное и ГУ-повышенной активности

По результатам экспериментальных исследований установлены:

- параметры движения людских потоков студентов в нормальных и задымленных условиях в фильтрующих самоспасателях;

- специфическое поведение людей при прохождении через задымленные эвакуационные пути в фильтрующих самоспасателях; по всем видам путей зафиксированы небольшие плотности людей до 3 чел/м2 (0,27 м2/м2). Это отражается на форме людского потока, становящегося более разуплотненным по сравнению с движением людей в нормальных условиях;

- при сопоставлении значений средних скоростей свободного движения Vo при применении фильтрующих самоспасателей в задымленных и нормальных условиях по различным видам путей эвакуации: горизонтальный путь - падает на 1,2%, лестница вниз - увеличивается на 3%, лестница вверх -увеличивается на 22%. Данное явление можно объяснить тем, что средние значения свободных скоростей лежат в верхней границе категории движения повышенной активности (см. рис. 5).

Дополнительно проведены исследования применения самоспасателей, состоящие из двух этапов, с привлечением десяти добровольцев - мужчин и женщин в возрасте 17-50 лет (некоторые из них имели бороду и очки). На первом этапе было организовано индивидуальное свободное движение людей в

здании высшего учебного заведения и движение людей группой по три человека в здании общежития в нормальных условиях. На втором этапе — на тех же объектах, но с учетом применения фильтрующих самоспасателей при задымлении отдельных участков эвакуационных путей. По результатам исследований установлено:

- движение людей в фильтрующих самоспасателях в нормальных условиях не снижает скорость индивидуального свободного движения людей;

- среднее значение времени включения в фильтрующие самоспасатели составило 38 с, что не превысило нормативного значения 60 с;

- частота пульса, верхнее и нижнее артериальное давление при движении в фильтрующих самоспасателях остались в норме;

- проявление особых реакций не превысило 10% случаев;

- средняя субъективная оценка удобства использования фильтрующих самоспасателей по 10-ти бальной шкале составила 9,3.

Проведенные экспериментальные исследования позволили установить возможность научно обоснованного применения фильтрующих самоспасателей для целей спасения.

Разработана концепция применения самоспасателей в зданиях образовательных учреждений, которая позволяет повысить пожарную безопасность зданий образовательных учреждений при возникновении пожара на его начальной стадии при соблюдении следующих условий безопасности людей:

- определение минимально необходимого количества самоспасателей и мест их размещения;

- граничные условия применимости самоспасателей;

- определение типов самоспасателей;

- эффективность применения самоспасателей;

- условие безопасного спасения при использовании самоспасателей.

В четвертой главе приведена методика применения самоспасателей в зданиях образовательных учреждений, состоящая из двух частей: методические рекомендации и расчетная методика применения самоспасателей.

Методические рекомендации применения самоспасателей определяют область их применения, рекомендуют места оснащения, размещения и хранения самоспасателей, определяют требования к обучению персонала, сотрудников и обучающихся и их действия при получении сигнала «пожар».

Расчетная методика применения самоспасателей включает ряд условий для достижения безопасности людей на начальной стадии пожара. Методика устанавливает условие целесообразности применения самоспасателей:

Рэ = 0,999,^. < в мин

Рэ < 0,999,?^ < Амин' (2)

где Рэ - вероятность эвакуации людей; 1ск - время существования скоплений людей на участках пути в нормальных условиях и £ - время существования скоплений людей на участках пути в задымленных условиях в самоспасателях.

Переход к расчету самоспасателей выполняется при условии:

',>0.8 Л,. (3)

где - время эвакуации и 0,8 • 1Гп - время блокирования эвакуационных выходов и путей эвакуации (с учетом коэффициента безопасности).

Разделяют здание по высоте на три зоны: зона 1 (1-й этаж - свободный от ОФП), зона 2 (этажи выше 1-го - свободные от ОФП) и зона 3 (этажи выше зоны 2 - под воздействием ОФП). Находят общее количество людей ¿Уо6„(.чы, попавших под воздействие ОФП. Из данного количества Ыо6щ ч<:я определяют количество спасающихся людей Ичед на каждом этаже с учетом коэффициента безопасности 1,2. Определяют количество самоспасателей Исам на этажах с учетом кратного количества людей, пребывающих в помещениях. При комплектовании самоспасателями зоны 3, приоритет отдается самым удаленным от лестничных клеток помещениям.

Определяют граничные условия применимости самоспасателей:

I < Амин

ск

где - время спасения людей, включенных в самоспасатели и 0,8 - время блокирования эвакуационных выходов и путей эвакуации с использованием самоспасателей (с учетом коэффициента безопасности).

При определении типов самоспасателей вводят два условия:

к<

1 (5)

При определении параметра 0,8 • £ необходимо использовать табл. 2.

Таблица - 2 Предельно допустимые значения ОФП, воздействующих на людей, при использовании фильтрующих самоспасателей

Предельно допустимые значения ОФП, воздействующие на людей, включенных в самоспасатели

Параметр При отсутствии паспортных данных на самоспасатель Паспортные данные некоторых самоспасателей типов

ГОСТ Р 53261-2009 Шанс-Е | гдзк | ГДЗК-У

Температура, °С 70

Тепловой поток, Вт/м 1400

11 СО, кг/м' 0,004375 0,004375 | 0,003 | 0,004375

С02, кг/м1 Не измеряется

м I НС1, кг/м1 0,001 0,001 | 0,0004 | 0,003

ь? р" 02, кг/м-1 0,226

Эффективность применения самоспасателей сводится к возможности продления времени пребывания людей под воздействием ОФП на период времени гсзф (эффективной защиты самоспасателя):

& = 'С -0,8-**, (6)

где ¡1ф - время эффективной защиты самоспасателя.

• Таким образом, условие безопасного спасения при использовании самоспасателей 1с определяется соотношением:

'е =+', +'«. * 0,8 • & = 0,8 • + £, (7)

где г,, - время начала эвакуации; 1р - расчетное время эвакуации и г„„- время

включения людей в самоспасатель при пожаре (не должно превышать 60 с).

Проведены расчеты динамики опасных факторов пожара (ОФП) и времени спасения с учетом применения самоспасателей в зданиях высшего учебного заведения и общежития, результаты которых следующие:

1. Здание высшего учебного заведения. Выход из объема лестничной клетки, ведущий непосредственно наружу из здания, блокировался по температуре и с применением самоспасателей по монооксиду углерода намного позже, поэтому люди успевали спастись через него ?с=1369<0,<3/бл (Н.6.). Время скопления людей в самоспасателях составило 9,4 мин, что превысило предельно допустимое значение 4 мин. При спасение людей с использованием самоспасателей на выходе из помещения пожара (административное помещение) люди попали под воздействие ОФП

f =30 + 12 +60 = 102>0,<5/с&,=56; к примеру, без их использования

С И. э р вкл

люди безопасно эвакуировались из помещения пожара = /и э + = 30 +12 = 42 <0,8-^=44. В административном помещении, смежном по отношению к помещению пожара, люди спасались и эвакуировались своевременно:

16

и = К, +*Р+ =90 + 12 + 60 = 162<0,5/6л=179, = + гр = 90 +12 = 102

<0,<5-/й,=111. Поэтому в целях минимизации затрат на время включения в самоспасатели необходимо покидать помещение пожара без них. Смежное с помещением пожара административное помещение и этаж пожара допускается покидать без их использования. Вывод: безопасность людей, находящихся на 2-9-м этажах в здании высшего учебного заведения, будет обеспечена при организации поэтапной эвакуации с применением самоспасателей, а людей с 1-го этажа необходимо эвакуировать без применения самоспасателей.

2. Здание общежития. Выход из объема лестничной клетки, ведущий непосредственно наружу из здания, блокировался по температуре и с применением самоспасателей по хлороводороду намного позже, поэтому люди могли безопасно спастись через него 1с=625<0,8-гсбл (Н.6.). Время скопления людей в самоспасателях составило 3,6 мин, что не превысило предельно допустимое значение 4 мин. При спасение людей с использованием самоспасателей на выходе из помещения пожара (жилой комнаты) люди попали под воздействие ОФП ?с = , + гр + = 30 + 9 + 60 = 99 >0,5/а=89; к примеру, без их использования люди безопасно эвакуировались из помещения пожара гз = =ЗО + 9 = 39<0,8-/а,=53. В смежной по отношению к

помещению пожара жилой комнате люди спасались и эвакуировались своевременно: 1С = /иэ + / + /я = 120 + 9 + 60 = 189<0,<?-гс&=24О, Гэ = з + Г = 120 + 9 = 129 <0,8-^=133. В целях уменьшения затрат, идущих на время включения в самоспасатели, покидать помещение пожара необходимо без самоспасателей. Смежную с помещением пожара жилую комнату и этаж пожара допускается покидать без их использования. Вывод: безопасность людей, находящихся на 2-9-м этажах в здании общежития, будет обеспечена при организации одновременной эвакуации с применением самоспасателей, а людей с 1-го этажа необходимо эвакуировать без применения самоспасателей.

На примере здания общежития проведены расчеты и обоснована методика применения самоспасателей в зданиях образовательных учреждений, позволяющая повысить пожарную безопасность здания на начальной стадии пожара.

Ш. ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. На основании статистики пожаров, анализа причин гибели и травмирования людей на пожарах, анализа расчетов динамики ОФП и движения людских потоков без самоспасателей следует, что для обеспечения безопасности людей в зданиях образовательных учреждений необходимо

увеличение планируемого времени пребывания в зонах ОФП, что становится возможным благодаря применению современных самоспасателей как эффективных средств индивидуальной защиты органов дыхания и зрения человека от частиц дыма, сажи, аэрозоля и токсичных продуктов горения.

2. По результатам экспериментальных исследований установлены (уп], а, и Д,.,) параметры движения людских потоков студентов в фильтрующих самоспасателях и нормальных условиях. Параметры движения людских потоков студентов в фильтрующих самоспасателях установлены впервые. Проведены исследования применения самоспасателей. Проведенные экспериментальные исследования позволили установить возможность научно обоснованного применения фильтрующих самоспасателей для целей спасения.

3. Разработана методика применения самоспасателей в зданиях образовательных учреждений, состоящая из методических рекомендаций и расчетной методики применения самоспасателей. Методические рекомендации устанавливают область применения, оснащения, размещения и хранения самоспасателей. Даны требования к алгоритмам действий сотрудников, персонала и обучающихся при получении сигнала «пожар» с применением самоспасателей. Расчетная методика применения самоспасателей определяет: условия целесообразности применения самоспасателей, нахождение минимально необходимого количества самоспасателей и мест их размещения, граничных условий применимости самоспасателей, выбора типов, эффективности применения самоспасателей и условие безопасного спасения при использовании самоспасателей.

4. Получены результаты расчетов ОФП и движения людских потоков в самоспасателях в условиях задымления путей эвакуации. Фильтрующие самоспасатели позволили продлить в 2 раза время безопасного пребывания людей в зданиях высшего учебного заведения под воздействием токсичных ОФП (монооксид углерода) и в 3,4 раза - в общежитии под воздействием ОФП (монооксид углерода и хлороводород). Безопасность спасения людей обеспечена за счет исключения воздействия ОФП на них при применении самоспасателей и при соблюдении следующих мероприятий: в здании общежития - с помощью одновременной эвакуации, а в здании высшего учебного заведения - с организацией поэтапной эвакуации.

5. На основании расчетов самоспасателей в здании общежития обоснована методика применения самоспасателей в зданиях образовательных учреждений, позволившая повысить пожарную безопасность здания общежития.

6. Успешность безопасного спасения при пожаре в зданиях высшего учебного заведения и общежития достигается при соблюдении следующих мероприятий:

- самоспасатели следует размещать в помещениях (защита людей и хранящихся в шкафах самоспасателей от воздействия ОФП);

- включение в самоспасатели необходимо осуществлять в процессе движения по коридору (минимизация времени включения в самоспасатели);

- самоспасатели следует размещать в помещениях (защита людей и хранящихся в шкафах самоспасателей от воздействия ОФП);

- включение в самоспасатели необходимо осуществлять в процессе движения по коридору (минимизация времени включения в самоспасатели);

- помещение пожара следует покинуть без использования самоспасателей (снижение вероятности воздействия ОФП во время включения в самоспасатели);

- первый этаж самоспасателями не комплектуется (уменьшение затрат на время включения в самоспасатели);

- этаж пожара, комплектующийся самоспасателями, следует покинуть без их использования (уменьшение затрат на время включения в самоспасатели).

8. Применение самоспасателей является инструментом, предназначенным для повышения пожарной безопасности зданий образовательных учреждений и, как следствие, сохранения здоровья и жизни людей от пожара. Следовательно, подходить к их применению необходимо с учетом всех условий, изложенных в методике применения самоспасателей в зданиях образовательных учреждений.

IV. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ СОДЕРЖАТСЯ В

РАБОТАХ:

1. Корольченко А.Я, Бушманов С.А. Принципы оценки пожарного риска зданий общественного назначения // Научно-техническое творчество молодежи - путь к единству, основанному на знаниях: Материалы всероссийской выставки научно-технического творчества молодежи. М.: МГСУ, 2009. С. 127-128.

2. Корольченко А.Я, Бушманов С.А. Факторы, определяющие величину пожарного риска для общественных зданий // Эффективное и безопасное строительство. Быстровозводимые здания : Материалы международной выставки «Строительный сезон 2009». М.: МГСУ, 2009. С. 95-97.

3. * Корольченко А.Я, Бушманов С.А. Количественная оценка величины пожарного риска // Пожаровзрывобезопасность. 2010. №б. С. 29-32.

4. Корольченко А.Я, Бушманов С.А. Количественная величина пожарного риска // Строительство-формирование среды жизнедеятельности: научные труды: Материалы XIII международной межвузовской научно-практической конференции молодых ученых, докторантов и аспирантов. М. : МГСУ, Издательство АСВ, 2010. С. 639-641.

5. Корольченко А.Я, Бушманов С.А. Повышение уровня безопасности людей при пожарах в зданиях // Устойчивость, безопасность и энергоресурсосбережение в современных архитектурных, конструктивных, технологических решениях и инженерных системах зданий и сооружений: Материалы I Всероссийской конференции с элементами научной школы для молодежи. М.: МГСУ, 2010. С. 85-88.

6. * Бушманов С.А. Обеспечение безопасности людей при пожарах в зданиях посредством применения самоспасателей. Часть 1. Современные самоспасатели

для защиты органов дыхания и зрения // Пожаровзрывобезопасность. 2011. №2. С. 41-46.

7. * Заикин C.B., Бушманов С.А., Парфененко А.П., Белосохов И.Р. Обеспечение безопасности людей при пожарах в зданиях посредством применения самоспасателей. Часть 2. Объекты испытаний. Методика эксперимента //Пожаровзрывобезопасность. 2011. №3. С. 32-40.

8. * Заикин C.B., Бушманов С.А., Парфененко А.П., Белосохов И.Р. Обеспечение безопасности людей при пожарах в зданиях посредством применения самоспасателей. Часть 3. Результаты испытаний и их обсуждения // Пожаровзрывобезопасность. 2011. №4. С. 25-30.

9. Корольченко А.Я., Бушманов С.А. Концепция применения самоспасателей в зданиях образовательных учреждений // Пожарная безопасность в строительстве. 2011. №1. С. 60-63.

10. Корольченко А.Я., Бушманов С.А. Применение самоспасателей в образовательных учреждениях // Пожарная безопасность в строительстве. 2011. №4. С. 62-65.

11. Бушманов С.А., Корольченко А.Я. Исследование области эффективного применения самоспасателей в зданиях образования и науки // Официальный каталог : Материалы 10-я юбилейной международной специализированной выставки «Пожарная безопасность XXI века». М. : Издательство Крокус Экспо, 2011. С. 138-141.

* - работы, опубликованные в научных изданиях, входящих в действующий перечень российских рецензируемых научных журналов, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук.

КОПИ-ЦЕНТР св.: 77 007140227 Тираж 100 экз. г. Москва, ул. Енисейская, д. 36. тел.: 8-499-185-79-54, 8-906-787-70-86 www.kopirovka.ru