ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ РАЗВИТИЯ ПОЖАРОВ И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ОПАСНЫХ ФАКТОРОВ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ РИСКАМИ НА ПРЕДПРИЯТИИ

​APPLICATION OF FIRES MODELING AND HAZARD PREDICTIONS FOR RISK MANAGEMENT IN AN ENTERPRISE

Anna Seregina

Master student ZV-219MT of FSBEI HE «Siberian Fire and Rescue Academy of the State Fire Service of the Ministry of Emergencies of Russia»,

Russia, Krasnoyarsk

АННОТАЦИЯ

В работе представлен подход моделированию распространения пожара и прогнозированию опасных факторов для офисного здания. Моделирование в работе осуществлялось аналитическом методом и по средствам применения программного продукта «PyroSim» и «Pathfinder» позволяющих моделировать развитие пожара и скорость движения людских потоков по эвакуационным путям. Проведенное моделирование и расчеты свидетельствуют о достаточности принимаемых противопожарных мер на рассматриваемом объекте защиты. Также следует отметить относительную эффективность и наглядность сочетания аналитических и программных продуктов для расчета пожарных рисков.

ABSTRACT

The paper presents an approach to modeling the spread of fire and predicting hazardous factors for an office building. Modeling in the work was carried out by the analytical method and by means of using the software products "PyroSim" and "Pathfinder" allowing to simulate the development of a fire and the speed of movement of human streams along escape routes. The modeling and calculations carried out indicate the sufficiency of the fire-prevention measures taken at the considered protection object. It should also be noted the relative efficiency and clarity of the combination of analytical and software products for calculating fire risks.

Ключевые слова: Пожары, моделирование, прогнозирование, опасные факторы пожара.

Keywords: Fires, modeling, forecasting, fire hazards.

По результатам анализа статистических данных за период 2010 – 2020 годов, наибольшую опасность представляют техногенные пожары. Как показывает печальный опыт трагедии 2018 года, произошедшей в г. Кемерово, организация эвакуации и оповещения населения требует системного подхода и проведения надзора за исполнением требований законодательства РФ. Высокие значения пожарного риска на территории Сибирского федерального округа, обуславливают необходимость проведения комплексного анализа пожарной безопасности предприятий с массовым пребыванием людей, таких как торговые и промышленные предприятия[1].

В настоящее время развитие вычислительных мощностей и моделирования процессов, приводит к повсеместному внедрению программных продуктов для оценки пожарной опасности объектов защиты на основе применения полевых моделей. Полевые модели — это универсальный инструмент математического моделирования [2].  Использование таких моделей, дает возможность рассчитывать риск возникновения пожара на объекте геометрической формы учитывая химические процессы. Применяются в большинстве случаев для зданий сложной геометрической конфигурации [3].

В рамках настоящей работы нами настоящей работе нами решалась задача применения методов моделирования развития пожаров и прогнозирования опасных факторов для управления рисками в здании АО «Фармстандарт-Томскхимфарт» состоящему из 4 этажей и имеющих 2 эвакуационных выхода.

Моделирование проводилось аналитическим и программным способом. Моделирование движения людских потоков при возникновении пожара на первом этаже производственного объекта по средствам применения программного продукта  «PyroSim» и «Pathfinder.

Сценарий моделирования предполагает процесс распространения пожара по наихудшему сценарию развития ситуации и распространения опасных факторов пожара. Загорание в столовой на первом этаже.

Расчет необходимого количества сил и средств:

Определение параметров пожара на момент введения сил и средств первого подразделения.

Определение времени свободного развития горения.

t_св.=t_д.с.+t_сб.+tсл.1+t_б.р = 5 + 1 +  3,3 + 6 =15.3 [мин.],                                     (1)

t_сл.₁=60 * 2,5/45 =3,3 [мин.],                                                         (2)

где L – длина пути следования подразделения от пожарного депо до места пожара [км];

V_сл. - средняя скорость движения пожарных автомобилей, [км/ч] (при расчетах можно принимать: на широких улицах с твердым покрытием 45 км/ч, а на сложных участках, при интенсивном движении и грунтовых дорогах 25 км/ч).

t_б.р. – время, затраченное на проведение боевого развертывания (в пределах 6--8 минут).

Определение пути, пройденного огнём.

Путь, пройденный огнём на момент введения сил и средств первого подразделения, определяется по формуле:

L=0,5V_лt₁+V_л (t_св.-t₁) = 0.5 * 1 * 10 + 1 * (15,3 – 10) =10,3[м].                 (3)

Определение площади пожара  угловая 90^о:

S_п == = 83,3 [м²].                                                      (4)

Требуемый расход огнетушащего средства на тушение пожара определяется по формуле:

Q_ттр. = _Sт  I_тр. = 83,3 * 0.2 = 16,6 [л/с].                                               (5)

где: Sт = Sп – площадь тушения пожара;

I_тр.–требуемая интенсивность подачи огнетушащего средства.

Определение требуемого расхода воды на защиту.

Требуемый расход воды на защиту выше и нижерасположенных уровней объекта  от того уровня, где произошел пожар, рассчитывается по формуле:

Q_защтр. = S_защ   = 83,3 * 0.025 = 2,08 [л/с].                                       (6)

где S_защ  –  площадь защищаемого участка, [м²];

  = 0,25  I_тр. = 0,25  0,1=0,025 [л/(с*м2)]                                          (7)

– требуемая интенсивность подачи огнетушащих средств на защиту.

Определение общего расхода воды.

Qтр. =  + . = 16,6 + 2,08 = 18,68  [л/с].                                    (8)

Определение требуемого количества стволов на тушение пожара.

N_тств. =.  =16,6/3.5 = 4,7 = 5  [5_ств РСК-50 или 2РСК-70 и 1РСК-50].      (9)

где: q_ств.– расход ствола, [л/с].

Определение требуемого количества стволов на защиту объекта.

 = = 2,08/ 3.5 = 0,59 = 1 [ств РСК-50].                                               (10)

из тактических соображений принимаем 2 [ств РСК-50].

При осуществлении защитных действий водяными струями нередки случаи, когда требуемое количество стволов определяют не по формуле, а по количеству мест защиты.

Определение общего количества стволов на тушение пожара и защиту объекта.

N_ств. =  + = 5 + 2 = 7 [ств РСК-50].                                                   (11)

Определение фактического расхода воды на тушение пожара.

Фактический расход (Q_ф) – весовое или объёмное количество огнетушащего средства, фактически подаваемого в единицу времени на величину соответствующего параметра тушения пожара или защиты объекта, [л/с]; [кг/с]; [м³/с]; [л/мин.]; [кг/мин.]; [м³/мин.].

Фактический расход находится в зависимости от количества и тактико-технической характеристики приборов подачи огнетушащих средств и определяется по формуле :

 =   q_ств. = 5 * 3.5 = 17,5 [л/с].                                                    (12)

Определение фактического расхода воды на защиту объекта.

 =   q_ств. = 2 * 3.5 =7 [л/с].                                                    (13)

Определение общего фактического расхода воды на тушение пожара и защиту объекта.

Q_ф =  +  = 17,5+7 = 24,5 [л/с].                                                  (14)

Q_ф > Q_тр.; выполняется условие для успешной ликвидации пожара.

Определение водоотдачи наружного противопожарного водопровода.

для полной обеспеченности объекта водой необходимы два условия:

- чтобы водоотдача водопроводной сети превышала фактический расход воды (Q_cетиQ_ф) – соответствует.

- чтобы количество пожарных гидрантов соответствовало бы количеству пожарных автомобилей, которые необходимо установить на эти гидранты (N_пгN_авт.) - соответствует.

Определение предельного расстояния подачи огнетушащих средств.

L_пред= == 166  [м]                         (15)

где: Н_н – напор на насосе, который равен 90-100 м вод.ст.;

Н_разв –напор у разветвления, который равен 40-50 м вод.ст.;

Z_м –наибольшая высота подъёма (+) или спуска (-) местности на предельном расстоянии, [м];

Z_ств - наибольшая высота подъёма (+) или спуска (-) ствола от места установки разветвления или прилегающей местности на пожаре, [м];

S- сопротивление одного пожарного рукава;

Q- суммарный расход воды одной наиболее загруженной магистральной рукавной линии, [л/с];

«20»- длина одного напорного рукава, [м];

«1,2»- коэффициент рельефа местности.

Полученное расчётным путём предельное расстояние по подаче огнетушащих средств следует сравнить с расстоянием от водоисточника, на который установлен пожарный автомобиль, до места пожара (L). При этом должно соблюдаться условие:

L_пред > L 166 > 40 – соответствует.

Определение требуемого количества пожарных автомобилей, которые необходимо установить на водоисточники.

Использование насосов на полную тактическую возможность в практике тушения пожаров является основным и обязательным требованием. При этом боевое развёртывание производится в первую очередь от пожарных автомобилей, установленных на ближайших водоисточниках. Требуемое количество пожарных автомобилей, которые необходимо установить на водоисточники, определяется по формуле:

N_маш = Q_общ / Q_нас                                                                  (16)

N = 24,5/40 = 0.61 = 1 ПА

где: Q_н – производительность насоса пожарного автомобиля по самой загруженной схеме [л/с].

Определение требуемой численности личного состава для тушения пожара.

N_л.с.= N_гдзс3+ N_{гдзсрез}3+ N_п.б. 1+ N_авт. 1+ N_л1= 53+13+51+11+11=21 чел.        (17)

где: N_гдзс - количество звеньев ГДЗС («3» – состав звена ГДЗС 3 человека)

N_{гдзсрез}- количество резервных звеньев ГДЗС (1 звено ГДЗС на 3 рабочих звена);

N_п.б. – количество организованных на пожаре постов безопасности;

N_авт. – количество пожарных автомобилей, установленных на водоисточники и подающих огнетушащие средства. Личный состав при этом занят контролем за работой насосно-рукавных систем из расчёта: 1 человек на 1 автомобиль;

N_л - количество выдвижных лестниц на которые задействованы страховщики из расчета: 1 человек на 1 лестницу;

Определение количества отделений.

Требуемое количество отделений на основных пожарных автомобилей (АЦ, АН, АНР) определяется по формулам:

N _отд. = = 25 / 4 = 6,25 = 7 отд.                                                            (17)

Исходя из количества требуемых основных пожарных автомобилей для тушения пожара, предусмотрена высылка сил и средств по рангу пожара №2.

Проведено моделирование движения людских потоков при возникновении пожара на первом этаже производственного объекта по средствам применения программного продукта «PyroSim» (рисунок 1) и «Pathfinder» (рисунок 2).  Определено время необходимое для эвакуации персонала из здания. Произведен расчет необходимых сил и средств для ликвидации моделируемого пожара.

Рисунок 1. Моделирование распространения пожара в здании через  (1150,0 с) после возгорания программным продуктом PyroSim

Рисунок 2. Моделирование удельного потока людей при покидании здания программным продуктом «Pathfinder»

На основании проведённого моделирования сценария возникновения и развития пожара в столовой на первом этаже здания АО «Фармстандарт-Томскхимфарт», можно сделать вывод о том, что время блокирования первого эвакуационного выхода из помещения наступает происходит через 5 минут, второго через 20,0 мин. Таким образом все эвакуационные мероприятия должны быть произведены за 20 минут.

В здании используется СОУЭ 2 го и требуется, в соответствии с «методикой» время срабатывания данного типа пожарных извещателей составляет 3 минуты. Таким образом учитывая временной лаг в 3 минуты, общее время для эвакуации составит 4,05 мин.

Произведен далее расчет вероятности эвакуации Рэ. Расчетная величина индивидуального пожарного риска  для людей находящихся в рассматриваемом здании определяется по формуле (20).

Частоту возникновения пожара в здании принята (ввиду отсутствия статистических данных)

Вероятность присутствия людей в здании определяется на основе времени нахождения людей в течение суток и составляет 9 часов 00 мин. Следовательно:

                                                            (18)

Значение вероятности эвакуации людей принимаем равным

Вероятность эффективного срабатывания установок автоматического пожаротушения принимается равной .

Вероятность эффективной работы системы противопожарной защиты Kп.з , направленной на обеспечение безопасной эвакуации людей при пожаре, определяется по формуле (25):

                                              (19)

При этом:

- вероятность эффективного срабатывания системы пожарной сигнализации

- условная вероятность эффективного срабатывания системы оповещения людей о пожаре и управления эвакуацией людей  

- условная вероятность эффективного срабатывания системы противодымной защиты .

Произведем расчеты  значений пожарного риска по формуле (20):

 = 4  (20)

Таким образом, проведенное моделирование и расчеты свидетельствуют о достаточности принимаемых противопожарных мер на рассматриваемом объекте защиты. Также следует отметить относительную эффективность и наглядность сочетания аналитических и программных продуктов для расчета пожарных рисков.

Список литературы:

1. Кошмаров Ю.А. Прогнозирование опасных факторов пожара в помещении: Учебное пособие - М.: Академия ГПС МВД России, 2000. 118 с.;
2. Пузач С.В., Смагин А.В., Лебедченко О.С., Абакумов Е.С. Новые представления о расчете необходимого времени эвакуации людей и об эффективности использования портативных фильтрующих самоспасателей при эвакуации на пожарах. – М.: Академия ГПС МЧС России, 2007. 222 с.;
3. Рыжов A.M., Хасанов И.Р., Карпов А.В. и др. Применение полевого метода математического моделирования пожаров в помещениях. Методические рекомендации. – М.: ВНИИПО, 2003;