Расчет пожарного риска на гражданских объектах с помощью программы Феникс+

Размещено на http://www.allbest.ru/

Кафедра «Безопасность жизнедеятельности и защита окружающей среды» Россия

Расчет пожарного риска на гражданских объектах с помощью программы феникс

Пенжели-заде А.Р. магистрант курс, факультет «Безопасность жизнедеятельности и инженерная экология»

Сычев М.Е. магистрант курс, факультет «Безопасность жизнедеятельности и инженерная экология»

г. Ростов-на-Дону



Аннотация

Статья посвящена обзору и сравнительному анализу специализированного программного обеспечения, предназначенного для трёхмерного компьютерного моделирования пожара и определения пожарных рисков. Рассмотрены основные возможности программного обеспечения от различных разработчиков, включая отечественных и зарубежных, сделан обзор и сравнительный анализ методик, положенных в основу алгоритмов расчёта.

Ключевые слова: Пожар, моделирование пожара, программное обеспечение для определения пожарных рисков, методики определения пожарных рисков.

The Article is devoted to the review and comparative analysis of specialized software designed for three-dimensional computer modeling of fire and determining fire risks. The main features of software from various developers, including domestic and foreign, are considered, and a review and comparative analysis of the methods used as the basis for calculation algorithms is made.

Keyword: Fire, fire modeling, software for determining fire risks, methods for determining fire risks.



Пожарный риск - это мера возможности реализации пожарной опасности объекта и ее последствий для людей и материальных ценностей. Реализация пожарной опасности на объекте рассчитывается исходя из пожарной опасности применённых в здании или сооружении строительных материалов (в том числе конструкционных), технологических процессов и оборудования, оснащения системами противопожарной инженерной защиты, а также обращающихся в производстве или находящихся в здании (сооружении) горючих и пожаровзрывоопасных веществ и материалов, составляющих пожарную нагрузку. Помимо самой пожарной нагрузки существенное влияние на пожарную безопасность зданий и сооружений оказывает её концентрация и размещение, что напрямую влияет на местоположение потенциальных очагов пожара. Так мы приходим к определению расчета пожарного риска. Расчет пожарного риска это оценка воздействия на людей поражающих факторов пожара и принятых мер по снижению частоты их возникновения и последствий [1].

В соответствии с Федеральным законом от 22.07.2008 N 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности», расчёт пожарного риска необходим в следующих случаях:

при неполном выполнении обязательных требований пожарной безопасности, установленных законодательством и нормативными документами по пожарной безопасности;

при создании систем противопожарной защиты для защиты людей и имущества от воздействия опасных факторов пожара и (или) ограничении его последствий;

при составлении декларации пожарной безопасности в рамках реализации мер пожарной безопасности;

при обосновании требований пожарной безопасности при разработке специальных технических условий на проектирование систем пожарной безопасности для зданий, сооружений, строений, для которых отсутствуют нормативные требования пожарной безопасности.

Согласно тому же Федеральному закону от 22.07.2008 N 123-ФЗ, различают допустимый, индивидуальный и социальный пожарные риски. Допустимый пожарный риск -- пожарный риск, уровень которого допустим и обоснован исходя из социально-экономических условий. Индивидуальный пожарный риск - это пожарный риск, который может привести к гибели человека в результате воздействия ОФП (опасных факторов пожара). Социальный пожарный риск, соответственно, - степень опасности, ведущей к гибели группы людей в результате воздействия ОФП.

Различают нормативные и фактические расчётные значения пожарных рисков [1]. Расчётные значения определяются путём выполнения расчёта пожарного риска в соответствии с методиками, регламентированы пожарными нормативными документами, нормативные значения определены в Федеральном законе от 22.07.2008 N 123-ФЗ в зависимости от технологического назначения зданий.

Расчетом индивидуального пожарного риска обосновываются:

площади пожарных отсеков и секций;

объемно-планировочные решения эвакуационных путей и выходов, включая их протяженность, высоту и ширину;

исполнение противопожарных преград;

выбор средств, обеспечивающих ограничение распространения пожара;

тип систем оповещения людей о пожаре и управления эвакуацией;

наличие либо отсутствие систем противодымной защиты;

наличие либо отсутствие автоматических систем пожаротушения;

величинами противопожарных разрывов между зданиями и сооружениями;

обоснование своевременной эвакуации, в том числе МГН, в пожаробезопасную зону или наружу;

максимально возможное количество людей, которое может одновременно находится в помещении, на этаже и в здании в целом;

иные показатели и требования по пожарной безопасности, относительно которых нет чётких определений в пожарных нормативных документах.

Нормативной базой для выполнения расчётов пожарных рисков являются:

Приказ МЧС РФ от 30.06.2009 №382 "Об утверждении методики определения расчетных величин пожарного риска в зданиях, сооружениях и строениях различных классов функциональной пожарной опасности” [2];

Приказ МЧС РФ от 10.07.2009 №404 "Об утверждении методики определения расчетных величин пожарного риска на производственных объектах" [3];

Приказ МЧС РФ от 12.12.2011 №749 «О внесении изменений в методику определения расчётных величин пожарного риска в зданиях, сооружениях и строениях различной функциональной пожарной опасности, утверждённую приказом МЧС России от 30.06.2009г.» [4].

Результаты расчётов пожарных рисков позволяют строить поля ОФП и в дальнейшем на основании этих полей наиболее эффективно размещать элементы систем противопожарной защиты, располагать пути эвакуации и т.д.

В то же время точность и адекватность расчётов пожарных рисков зависит от количества учитываемых факторов, а также адекватности модели самого объекта и процессов, происходящих во время пожара. То есть чем более многофакторна модель, тем больше результаты её расчёта отвечают реальной объективной обстановке. Необходимо отметить, что идя по пути увеличения факторности модели, усложняются и расчёты модели. Учитывая данное обстоятельство, рационально использование для расчётов пожарных рисков компьютеров и специализированного программного обеспечения, позволяющего значительно упростить труд расчётчика и, отчасти, снизить вероятность ошибки.

На сегодняшний день существует множество компьютерных программ и программных комплексов для расчёта пожарных рисков как в России, так и за её пределами.

Среди сертифицированного МЧС России российского программного обеспечения, предназначенного для расчёта пожарных рисков, можно назвать программы «Greenline» [5], «Z-Model» [6], «Riskmanager» [7], программный комплекс СИТИС [8], включающий в себя программы «СИТИС: Флоутек», «СИТИС: Блок», «СИТИС: ВИМ» и «СИТИС: Спринт», а также программу «Феникс+» [9], «TOXI+» [10].

Из зарубежных компьютерных программ расчёта пожарных рисков можно назвать, «PHAST» [11], «FLACS» [...] и др.

Сравнительный анализ возможностей программ.

Таблица 1

Основные возможности	ТОКСИН“	ТОКСИ+	PHAST RtSK	PHAST
Расчет последствии отдельных сцоиарие Оценка последствий аварийных выбросов токсичных веществ с учетом дрейфа	в аварии ¦	¦	¦	4
облака Оценка последствий аварийных выбросов горючих веществ с учетом дрейфа	¦	4	¦	4
облака Расчеты для опасных веществ в жидкой и газовой фазе	¦	¦	4	4
Расчеты для частичного и полного разрушения оборудования	4	*4	4-	4
Расчеты для газов как легче, так и тяжелей воздуха	4	4	4'	4-
Расчет последствий пожара-вспышки	4	4	¦	4
Расчет интенсивности теплового излучения от факельного горения	4	¦	4	4
Расчет факторов поражения ударной волной от физических взрывов	-	-	4-	4
Оценка термического воздействия при пожарах пролива легковоспламеияю-	4	4	¦	4
щейся жидкости Оценка последствий взрывов топлив но-воздушных смесей	4	¦	¦	4
Расчет интенсивности теплового излучения и времени существования огнен-	¦	4	¦	4
мого шара Расчет факторов поражения ударной волной от огненного шара			¦	4
Оценка максимального количества опасного вещества в облаке, ограничено«	4-	4-	4-	4
концентрационными пределами воспламенения Нанесение зон поражения на план местности	4	4	4	4
Использование в качестве подложки ситуационного плана растровых и вектор-	4	¦	¦	4
ных форматов графики (bmp. jpg, wmf, AutoCAD) Нанесение большого количества векторных слоев реципиентов с привязкой к	4	¦	¦	4
местности Расчет числа пострадавших	4	¦		4
Программный подбор наиболее опасного направления ветра (с наибольшим	4-	4	-	-
числом пострадавших) Построение графиков изменения значений физических величин в ходе про-	4^	4-	¦	4
цесса Задание виртуальных датчиков концентраций в пространстве	4	4	4-	4
Анимация процесса распространения облака газа	4	4	¦	4
Экспорт результатов в формате MS Word по пользовательским шаблонам (в	4	4	-	-
виде, максимально приближенном к российским требованиям) Расчет показателей риска Построение поля потенциального риска (контуров риска)	¦		¦
Оценка индивидуального риска гибели людей в производственных зданиях при	4	-	-	-
пожаре (расчет вероятности эвакуации) Оценка показателей риска для наружных установок	¦		4-
Построение F/ .V- кривой	¦	-	¦	-
Учет реальных массивов метеоданных	4-		4-

Необходимо заметить, что методики и нормы, заложенные в зарубежные программы расчёта пожарных рисков существенно отличаются от российских, что делает их применение для объектов, расположенных в России, неправомочным, а потому их обзор и сравнение (табл. 1) в настоящей статье приведены только в ознакомительных целях.

Сравнительный анализ российского программного обеспечения, предназначенного для расчёта пожарных рисков, представлен в табл. 2.

Таблица 2 Сравнительные характеристики ПО для расчета оценки пожарных рисков в РФ

В таблице указаны функции, опции и их наличие в программном обеспечений по данным, представленным на сайтах ПО, а также исходя из области применения реализованных расчетных моделей.

Согласно данной таблице наибольшими функциональными возможностями в плане расчёта пожарных рисков обладают программы «Феникс+», «ТОХ1+» и программный комплекс «СИТИС». Но при этом «СИТИС» для полноценного расчёта пожарных рисков должен включать в себя программы «Флоутек», «Блок», «ВИМ», «Спринт», при помощи которых расчёт пожарных рисков производится в четыре стадии и отсутствие любой из программ этого набора делает расчёт пожарных рисков невозможным. Если же сравнить совокупную стоимость программного обеспечения «Феникс+», «ТОХ1+» и «СИТИС» в заявленном объёме, то для конечного пользователя при равных расчётных возможностях программа «Феникс+» обходится дешевле. По этой причине рассмотрим функционал данной программы в плане расчёта пожарных рисков более подробно.

Расчёт пожарных рисков в программе «Феникс+» можно разделить на несколько стадий:

Построение трёхмерной модели здания во встроенном в «Феникс+» трёхмерном графопостроителе или его импорт из Аи1;оСАО, задание свойств использованных строительных материалов, а также свойств веществ и материалов, входящих в состав пожарной нагрузки, задание размещения пожарной нагрузки в здании.

Задание сценариев возникновения пожара и их свойств

Моделирование эвакуации по индивидуально-поточному методу

Моделирование динамики развития пожара (полевая модель).

В рамках данной статьи мы не будем рассматривать построение трёхмерной модели здания в графопостроителе «Феникс+» или импорт чертежей объекта из Аи1;оСАО для этой цели, а сразу перейдём к особенностям задания свойств строительных материалов, использованных в здании, а также свойств веществ и материалов, находящихся или обращающихся в здании и составляющих его пожарную нагрузку.

Построение чертежа в графопостроителе программы Бешх+

осуществляется базовыми примитивами, такими как полилиния, окружность, дуга, полигон, сфера, цилиндр, что позволяет очень точно передать структуру объекта практически любой сложности. На рис. 1 показан пример трёхмерной модели стадиона, построенной в графопостроителе Бешх+. Также доступен импорт готовых чертежей в форматах БХБ и DWG как в виде 3D объектов сцены, так и в виде изображения для использования его в качестве подложки для рисования.

Рис.1. Пример трёхмерной модели стадиона, построенной в графопостроителе Решх+

Программой Бешх+ поддерживается импорт готовых чертежей в форматах БХБ и DWG, а также импорт файлов изображений, возможность настройки импорта по слоям, с изменением высоты и цвета слоя, отключение и включение отдельных видов геометрических примитивов, таких как дуги, окружности, эллипсы, линии, полилинии, 3D объекты.

Импорт чертежей в формате БХБ возможен, также, в виде изображения, которое можно использовать в качестве подложки для рисования топологии. На рис. 2 показан пример импорта чертежей из ЛгеЫСЛО и послойное их отображение на базовой сцене.

Богатый набор инструментов позволяет создавать и редактировать сложные сцены. Сложная сцена позволяет произвести моделирование процессов эвакуации наиболее точно, что напрямую влияет на качество расчета.



Рис.2. Пример импорта чертежей из АгеЫСАБ и послойное их отображение на базовой сцене автостоянки

Особое внимание стоит уделить инструментарию программы, касающемуся построения элементов здания и твердотельных объектов внутри него.

Инструмент «Стена» имеет 9 различных способов построения:

-- Полилиния;

-- Прямоугольник;

-- Полилиния с измерением ширины;

-- Полигон;

-- Окружность по центру и радиусу;

-- Окружность диаметр;

-- Окружность по трем точкам;

-- Дуга по трем точкам;

-- Сфера по центру и радиусу;

-- Цилиндр по центрам основаниям;

-- Прямая стена.

На рис. 3 показаны примеры построения элементов здания при помощи описанного выше инструментария.



Рис. 3. примеры построения элементов здания в Решх+

(а) - стена сложного очертания, (б) - перекрытие, (в) и (г) - лестницы

Данный инструментарий позволяет также поместить на сцену твердое тело, на которое в дальнейшем возможно поместить область возникновения пожара. С помощью инструмента «твердое тело» можно создавать предметы мебели и другие различные препятствия на сцене. Также данный инструмент позволяет разместить на сцене одного человека или группу людей в заданной области (рис. 4).

Для непосредственного моделирования развития пожара используется программа FDS (Fire Dynamics Simulator), разрабатываемая Национальным институтом стандартов и технологии (НИСТ/NIST) министерством торговли США при содействии Технического научно-исследовательского центра VTT.

Программа FDS реализует вычислительную гидродинамическую модель тепломассопереноса при горении. FDS численно решает уравнение Навье - Стокса для низкоскоростных температурно-зависимых потоков. В методике расчета пожарного риска особое внимание уделяется распространению дыма и теплопередаче при пожаре.

Рис. 4. Размещение людей при моделировании пожара на сцене

Fenix+ автоматически подготавливает сцену для расчета в FDS (рис. 5).

Рис.5. Сцены для расчёта в FDS

При создании модели для FDS важным параметром является область расчета или MESH в терминах FDS. В программе есть возможность задать область, в которой необходимо моделировать развитие пожара.

Fenix+ позволяет автоматически определить степень дискретизации расчетной области. Программа управляет правильным разбиением области на ячейки, а также осуществляет автоматическое согласование нескольких расчетных областей (рис. 6).

Рис.6. Разбиение области на ячейки

Очаг пожара -- часть поверхности объекта сцены, в пределах которой моделируется возгорание. Она связана с материалом стен или других объектов, на которых расположена. Материал стен можно выбрать из имеющихся в базе данных. Пример задания области пожара и пожарной нагрузки в ПО Бешх+ показан на рис. 7.



Рис. 7. Пример задания области пожара и пожарной нагрузки в ПО

Решх+

Программа Fenix+ включает в себя инструмент, позволяющий установить в произвольном месте сцены на произвольной высоте измерительную линию -- Регистратор. Обычно он размещается около двери и одновременно с измерением опасных факторов пожара, автоматически производит учет людей, которые пересекают его линию.

Для контроля моделирования пожара, на протяжении всего процесса расчета ОФП, имеется возможность следить за распространением дыма и огня в отдельном окне «БтокеУшлу» (рис. 8).

Рис. 8. Пример окна «SmokeView» для контроля распространения дыма

По окончании расчета опасных факторов пожара можно просмотреть результаты моделирования в виде удобных графиков отдельно по каждому из регистраторов и опасных факторов пожара. Инструмент позволяет визуально представить один выбранный опасный фактор пожара из следующих: температура, видимость, концентрация кислорода, концентрация углекислого газа, концентрация угарного газа, концентрация HCl (рис. 9).

Рис.9. Результаты моделирования пожара в Решх+

С помощью встроенной в Fenix+ панели просмотра результатов возможно как отображение эвакуации, так и динамики развития полей опасных факторов пожара.

Моделирование пожара | Моделирование эвакуации | О Просмотр результатов | ИШ1Ж)|И&Й1лЙ|йа][Ы] Время I 00=01:26.о| х Показывать динамику развития пожара

Опасный фактор пожара: (Температура Регистратор: (Дверь 2 ^ Уровень отображения: | 1.60

Рис.10. Динамика развития полей опасных факторов пожара в

Решх+

После моделирования пожара и расчета эвакуации программа автоматически рассчитывает пожарный риск.

Расчет осуществляется по нескольким, заранее подготовленным, сценариям. Данные о времени эвакуации и моделировании развития пожара поступают динамически, по мере завершения расчета. Также доступны остальные опции расчета, согласно приложению к Приказу №382 (с проектом изменений) [2].

Определение расчетных величин пожарного риска для каждого сценария и для проекта происходит автоматически. От пользователя требуется только: правильно задать свойства сценария, выполнить моделирование эвакуации, выполнить моделирование динамики развития пожара.

Чтобы посмотреть результаты расчета риска, необходимо открыть окно Расчет риска по проекту. Для этого надо нажать клавишу F12 или кнопку на панели управления.

После того как расчет пожарного риска по всем сценариям завершен, можно узнать соответствует ли индивидуальный риск допустимому значению. Функциональность по его расчету встроена непосредственно в программу, можно свободно переключаться между редактируемым сценарием и формой расчета.

В открывшемся окне (рис. 11) будут показаны все сценарии, а также значение коэффициентов, используемые при вычислении риска.

Рис. 11. Форма представления результатов расчёта индивидуального пожарного риска в Решх+

В таблице с результатами расчета используется цветовая индикация:

Если полученная величина индивидуального пожарного риска соответствует нормативному значению, то соответствующее значение будет выделено зеленым цветом.

Если полученная величина индивидуального пожарного риска не соответствует нормативному значению, то соответствующее значение будет выделено красным цветом.

Если время моделирования динамики развития пожара было указано без учета коэффициента безопасности, используемого при расчете вероятности эвакуации, то полученная величина индивидуального пожарного риска не будет достоверной. Соответствующее значение будет выделено желтым цветом.

На значение всех коэффициентов (кроме вероятности эвакуации) влияют свойства сценария. Свойства сценария можно изменить, если нажать на его название.

Вероятность успешной эвакуации для сценария определяется следующим образом (за исключением классов функциональной пожарной опасности Ф1.1, Ф1.3, Ф1.4):

Определяется время блокирования каждого регистратора (для этого моделируется динамика развития пожара).

Определяется время эвакуации через каждый регистратор - время, когда последний человек прошел через регистратор (для этого моделируется эвакуация). Кроме того, во время моделирования эвакуации определяется время начала эвакуации и время существования скоплений.

В соответствии с формулой (3) методики [2]

и на основании результатов, полученных на этапах 1 и 2, определяется вероятность эвакуации для каждого регистратора. Вероятность эвакуации для каждого регистратора можно посмотреть в окне Сравнение результатов расчета в регистраторах.

Выбирается регистратор с наименьшей вероятностью эвакуации, которая и считается как вероятность эвакуации для сценария и отображается в таблице. компьютерный пожарный риск здание

Вероятность эвакуации для сценария определяется следующим образом (для классов функциональной пожарной опасности Ф1.1, Ф1.3, Ф1.4):

Определяется время блокирования каждого регистратора (для этого моделируется динамика развития пожара).

Определяется время эвакуации каждого человека через регистраторы, находящиеся на его пути к выходу.

Определяется количество людей, которые не успели пройти через регистратор до его блокирования опасными факторами пожара.

Определяется количество людей, которые попали в скопление

продолжительностью более 6 минут.

На основании результатов, полученных на этапах 3 и 4, определяется количество не эвакуировавшихся людей.

В соответствии с формулой (6) методики

и на основании результатов, полученных на этапе 5, определяется вероятность эвакуации для сценария.



Библиографический список

1. Федеральный закон от 22.07.2008 N 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности»

2. Приказ МЧС РФ от 30.06.2009 №382 "Об утверждении методики определения расчетных величин пожарного риска в зданиях, сооружениях и строениях различных классов функциональной пожарной опасности”.

3. Приказ МЧС РФ от 10.07.2009 №404 "Об утверждении методики определения расчетных величин пожарного риска на производственных объектах".

4. Приказ МЧС РФ от 12.12.2011 №749 «О внесении изменений в методику определения расчётных величин пожарного риска в зданиях, сооружениях и строениях различной функциональной пожарной опасности, утверждённую приказом МЧС России от 30.06.2009г.».

Размещено на Allbest.ru