Применение компьютерного моделирования эвакуации при пожаре для подтверждения и проверки эффективности СПС, СОУЭ

В этой статье мы рассмотрим вопрос подтверждения эффективности системы пожарной сигнализации (СПС) и системы оповещения и управления эвакуацией (СОУЭ) с помощью компьютерного моделирования. Данная технология помогает также в прогнозировании возможных сценариев возгорания и распространения огня.

Современное законодательство в области технического регулирования и пожарной безопасности (Федеральный закон 184-ФЗ "Закон о техническом регулировании", Федеральный закон 123-ФЗ "Технический регламент о требованиях пожарной безопасности") апеллирует к применению расчетных подходов с целью подтверждения эффективности решений в части обеспечения безопасности людей при пожаре. Задача обеспечения безопасных условий для людей при пожаре в здании (сооружении) сводится к обеспечению их безопасного перемещения (эвакуации) в безопасную зону. Говоря о расчетных методах, в первую очередь речь идет о моделировании эвакуации и развития пожара.

На основе соотнесения результатов моделирования этих двух процессов делаются выводы об эффективности рассматриваемой меры (совокупности мер).

Согласно ч. 3 ст. 53 123-ФЗ для любого i-го участка здания должны быть выполнены критерии:

• своевременности эвакуации: t_i,эв < t_{i, необ} = t_{i, бл} x 8
• беспрепятственности эвакуации: t_i,ск < 360 с

где  t_i,эв, с – время эвакуации последнего человека с i-го участка, t_{i, необ}, с – необходимое время эвакуации, определяемое через t_{i, бл} – время блокирования участка, которое определяется по минимальному времени достижения рассматриваемыми опасными факторами пожара критических значений, t_i,ск, с – время скопления людей с критической плотностью ≈3,5 чел/м2.  t_i,эв и t_i,ск определяется моделированием процесса эвакуации из здания с учетом степени мобильности контингента, доступных путей эвакуации, времени начала эвакуации, физических характеристик (скорость свободного движения, площадь проекции).

Алгоритм применения моделирования

Согласно требованию 123-ФЗ. ч. 1 ст. 54: "Системы обнаружения пожара (установки и системы пожарной сигнализации), оповещения и управления эвакуацией людей при пожаре должны обеспечивать автоматическое обнаружение пожара за время, необходимое для включения систем оповещения о пожаре в целях организации безопасной (с учетом допустимого пожарного риска) эвакуации людей в условиях конкретного объекта" необходимо обеспечить для каждого i-го участка здания выполнение условий:

t_i,эв < t_{i, необ} , t_i,ск < 360 c.

Алгоритм применения моделирования развития пожара и эвакуации для обоснования эффективности следующий:

• производится анализ, определяются сценарии, причем расположение очагов пожара, расчетная область для моделирования развития пожара, расположение людей и исследуемые пути эвакуации выбираются так, чтобы можно было проявить влияние исследуемого параметра (СПС, СОУЭ);
• для выбранных сценариев выполняется моделирование развития пожара, определяется время срабатывания пожарных извещателей;
• определяется время начала эвакуации (например, в соответствии с приказом МЧС № 1140 от 14.11.2022 г.), выполняется моделирование эвакуации при принятых проектных решениях для выбранных сценариев пожара, проверяется выполнение условий безопасности;
• в случае необходимости вносятся изменения для уменьшения времени начала эвакуации до выполнения условий;
• при невозможности достижения требуемых условий безопасности изменяется набор исходных данных, применяются дополнительные меры, проверяется их эффективность;
• разрабатываются алгоритмы работы СОУЭ с учетом требований 123-ФЗ.

Алгоритмы применения компьютерного моделирования эвакуации

Ниже представлены формулировки 123-ФЗ с требованиями к разработке алгоритмов работы СОУЭ и рекомендации к действиям.

1. Ч. 3 ст. 84. "Пожарные оповещатели, устанавливаемые на объекте, должны обеспечивать однозначное информирование людей о пожаре в течение времени эвакуации, а также выдачу дополнительной информации, отсутствие которой может привести к снижению уровня безопасности людей".

Данное требование означает, что в течение всего периода эвакуации (то есть до выхода последнего человека в безопасную зону) должна выдаваться такая информация (звуковая, речевая, световая), которая исключает движение людей в сторону очага пожара (помещений, где условия являются небезопасными и ОФП достигли критических значений).

Проверка выполнения требования разбивается на две составляющие:

1. Необходимо убедиться, что элементы системы будут работоспособны в течение всего времени эвакуации.
2. Необходимо проверить, что алгоритм эвакуации, транслируемый СОУЭ через имеющиеся способы, обеспечивает безопасные условия эвакуации.

Для проверки выполнения первого требования необходимо:

• выполнить анализ здания и сгруппировать помещения по принципу схожести динамики развития пожара, определить список очагов пожара, чтобы на каждую группу приходился как минимум один очаг;
• для выбранных очагов пожара выполнить моделирование развития пожара полевой моделью и определить температуру в области расположения извещателей и кабельных линий (при наличии);
• выполнить предварительные расчеты сценариев эвакуации для каждого очага, оценить максимальное время эвакуации на протяжении путей эвакуации (t_i,эв);
• сравнить температурные режимы, возникающие во всех рассмотренных сценариях, с критическими значениями температуры для элементов СОУЭ в течение времени, требуемого на эвакуацию;
• если установлено, что оборудование может выйти из строя до окончания эвакуации, то предпринимаются меры по повышению устойчивости оборудования к температурному воздействию.

Для решения второй задачи необходимо:

• выполнить анализ предварительных результатов моделирования развития пожара и эвакуации;
• на основе выполненного анализа разработать алгоритмы эвакуации для каждого сценария, выполнить моделирование эвакуации с учетом предполагаемых алгоритмов, провести сравнительный анализ результатов моделирования и убедиться в обеспечении безопасных условий эвакуации;
• в случае необходимости выполнить корректировку алгоритма и произвести перерасчет и повторный анализ до достижения цели.

2. Ч. 5 ст. 84. "При разделении здания и сооружения на зоны оповещения людей о пожаре должна быть разработана специальная очередность оповещения о пожаре людей, находящихся в различных помещениях здания и сооружения".

3. Ч. 6 ст. 84. "Размеры зон оповещения, специальная очередность оповещения людей о пожаре и время начала оповещения людей о пожаре в отдельных зонах должны быть определены исходя из условия обеспечения безопасной эвакуации людей при пожаре".

По данному пункту следует:

• выполнить анализ предварительных результатов моделирования развития пожара и эвакуации;
• на основе выполненного анализа разработать алгоритмы эвакуации для каждого сценария, выполнить моделирование эвакуации с учетом предполагаемых алгоритмов, провести сравнительный анализ результатов моделирования и убедиться в обеспечении безопасных условий эвакуации;
• в случае необходимости выполнить корректировку алгоритма и произвести перерасчет и повторный анализ до достижения цели.

4. Ч. 7 ст. 84. "Системы оповещения людей о пожаре и управления эвакуацией людей должны функционировать в течение времени, необходимого для завершения эвакуации людей из здания, сооружения".

Из данного требования следует, что в течение всего периода эвакуации (то есть до выхода последнего человека в безопасную зону) оповещатели должны находиться в работоспособном состоянии. Для проверки выполнения данного требования необходимо:

• для различных очагов пожара выполнить моделирование развития пожара полевой моделью и определить температуру в области расположения извещателей и кабельных линий (при наличии) в течение времени, требуемого на эвакуацию;
• определить время эвакуации на протяжении путей эвакуации (t_i,эв);
• сравнить температурный режим, возникающий при пожаре, от всех рассмотренных очагов, с критическими значениями температуры для элементов СОУЭ, сделать вывод о работоспособности в данных условиях.

Пример определения допустимых путей эвакуации для организации управления эвакуацией

В качестве конкретного примера рассмотрим здания массового пребывания с помещением зального типа, где основное время находится основная часть людей. Это могут быть театры, кинотеатры, концертные залы, крытые спортивные арены.

Подобные объекты обладают своей спецификой как по контингенту (как правило, знакомому только с основными путями входа/выхода в/из зала), так и по объемно-планировочному решению (многосветное связанное пространство, окружающее выходы из зала в фойе на разных уровнях).

В случае пожара в здании включится оповещение, имеющее подобный текст: "Внимание! В здании сработала пожарная сигнализация. Администрация просит выйти наружу через ближайшие основные и запасные выходы. При движении руководствуйтесь световыми указателями..."

Представим, что очаг пожара находится в фудкорте второго этажа. Допустим, что персонал объекта, дежурящий на люках, скоординирует потоки вправо и влево на западной трибуне.

На рис. 1а показано, что в момент начала эвакуации выход слева с западной трибуны является безопасным. Признаков пожара в пределах видимости нет.

а) 3D-модель здания, поле задымления на момент начала эвакуации в фудкорте второго этажа на 65 с. от начала пожара
б) поле задымления на 160 с. от начала пожара в фудкорте второго этажа

Рис. 1. Ледовая арена на 3,5 тыс. мест. Синий – безопасно, красный – опасно, µ_крит = 0,12 Нп/м

С развитием пожара уже на 160 с. в районе левого выхода достигаются условия, небезопасные для человека, то есть  t_i,эв > t_{i, необ}, (рис. 1б), но сами зрители узнают об этом, только попав непосредственно в опасную зону.

Еще раз о важности компьютерного моделирования

Следует заметить, что рассмотренное объемно-планировочное решение укладывается в действующее нормативное представление.

Избежать такой ситуации можно только с помощью управления эвакуацией на объекте, основанной на предварительной подготовке.

Моделирование развития пожара может ответить на вопрос, какие пути принципиально возможно использовать при эвакуации из здания при пожаре, произошедшем в конкретном месте.

Моделирование эвакуации отвечает на вопрос о продолжительности эвакуации рассматриваемым путем. Адресная пожарная сигнализация является залогом корректного применения разработанных инструкций для персонала.

Опубликовано в каталоге "Пожарная безопасность" – 2024

Изображение от jannoon028 на Freepik