Введение к работе
Актуальность темы. Строительство зданий с многосветными пространствами (атриумами, галереями и т.п.) в настоящее время активно осуществляется как в России, так и за рубежом.
К другим большим открытым пространствам относятся, например, моллы, аркады, выставочные комплексы, пассажи, галереи, терминалы аэропортов и вокзалы. Термин «атриум» используется в данном исследовании в обобщающем смысле и применяется к любому из этих больших пространств.
Многосветные пространства занимают центральное место в структуре многих общественно-развлекательных, культурных, деловых зданий. Можно с уверенностью утверждать, что с развитием строительных технологий, совершенствованием форм торговли, ростом населения крупных городов, социальными и техническими достижениями проектирование зданий с многосветными пространствами, особенно в составе крупных общественных центров, будет расширяться.
При этом здания с многосветными пространствами (атриумами) обладают повышенной пожарной опасностью, среди причин которой можно отметить следующие:
в силу особенностей объемно-планировочных решений атриумов при развитии пожара продукты горения с большей, чем в зданиях типичной планировки, скоростью, распространяются на вышерасположенные этажи;
в развитом по высоте атриуме конвективная колонка над очагом пожара имеет большую высоту, что из-за интенсивного вовлечения в колонку воздуха из окружающего пространства приводит к значительному увеличению объема дыма;
при пожаре дым может поступать в атриум как из примыкающих помещений, так и из удалённых помещений по коридорам, выходящим в атриум;
при больших объёмах атриума и открытых в него коридоров и галерей продукты горения имеют относительно невысокую температуру, что снижает эффективность работы системы дымоудаления из-за низкой плавучести дыма;
атриумы, как правило, предусматриваются в зданиях с массовым пребыванием людей и являются связующими центрами коммуникационной сети передвижения людей по зданию и, таким образом, задымление атриума «перерезает» основной узел системы путей эвакуации.
Таким образом, к обоснованности и достоверности расчётов пожарного риска на таких объектах должны предъявляться повышенные требования и, в первую очередь, к оценке вероятности эвакуации людей при пожаре.
Анализируя последствия произошедших за последнее время пожаров в зданиях с массовым пребыванием людей (пожар в торговом центре «Пассаж», 11 июля 2005 г., г. Ухта - 25 погибших; пожар в торгово-развлекательном центре «Красный Яр» 21 февраля 2012 г., Красноярский край - площадь возгорания превысила 3,3 тыс. м , ущерб составил более 50 млн. руб., пожар в торговом центре «Вилладжио» 28 мая 2012 г., г. Доха, Катар - погибли 19 человек, еще 17 получили ранения и многие другие), можно сделать вывод о том, что проблема обеспечения пожарной безопасности объектов с массовым пребыванием людей стоит на сегодняшний день крайне остро, и важным моментом является повышение качества нормативного обеспечения с целью снижения пожарной опасности зданий, в первую очередь, с наличием многосветных пространств.
Согласно приказу МЧС России от 12.12.2011 №749 «О внесении изменений в методику определения расчетных величин пожарного риска в зданиях, сооружениях и строениях различных классов функциональной пожарной опасности, утвержденную приказом МЧС России от 30.06.2009 №382», «...в качестве сценариев с наихудшими условиями пожара следует рассматривать сценарии, характеризуемые наиболее затрудненными условиями эвакуации людей и (или) наиболее высокой динамикой нарастания опасных факторов пожара, а именно пожары:
...в помещениях и системах помещений атриумного типа...».
При оценке вероятности эвакуации людей при пожаре из зданий моделирование динамики распространения опасных факторов пожара (ОФП), как и моделирование процесса эвакуации, должно иметь вероятностную постановку, в особенности для уникальных объектов, для которых на сегодняшний день отсутствуют нормы пожарной безопасности и к каким с полным основанием относятся многосветные пространства (атриумы), находящиеся в зданиях с высоким уровнем ответственности в плане обеспечения требуемого уровня пожарной безопасности (торговые центры, гостиницы, аэропорты и т.д.).
В этих условиях предлагается для оценки вероятности эвакуации из зданий с многосветными пространствами применять вероятностный подход, использующий имитационное моделирование. Вероятностный подход позволяет в значительной степени повысить достоверность и информативность полученных данных, степень обоснованности принимаемых решений.
Под термином «имитационная модель» в работе понимается численный метод проведения на ЭВМ вычислительных экспериментов с математическими моделями, имитирующими поведение реальных объектов, процессов и систем во времени в течение заданного периода.
«Имитатор» - это прибор, установка, воспроизводящее что-либо с задаваемой точностью.
Целью работы является повышение пожарной безопасности зданий с многосветными пространствами на основе стохастического моделирования процессов распространения ОФП и эвакуации людей при пожарах.
Для достижения поставленной цели в диссертации решены следующие задачи:
-
Модификация детерминированных моделей процесса эвакуации и распространения ОФП, используемых в исследовании.
-
Разработка системы входных факторов и методики сбора исходных данных для определения вероятности эвакуации людей из зданий с многосветными пространствами.
-
Разработка стохастического имитатора оценки вероятности эвакуации с учетом вероятностной природы входных факторов, влияющих на процессы эвакуации людей и блокирования эвакуационных выходов в зданиях с многосветными пространствами.
-
Сравнение результатов оценки вероятности эвакуации с помощью разработанного стохастического имитатора и модели из принятой Методики.
-
Апробация разработанного стохастического имитатора на объектах г. Иваново, внедрение результатов исследования в практическую деятельность.
-
Разработка предложений по уточнению ряда входных факторов, связанных с оценкой вероятности эвакуации из особо сложных, уникальных зданий с многосветными пространствами.
Объектом исследования являются процессы распространения ОФП и эвакуации людей при пожарах в зданиях с многосветными пространствами.
Методы исследования основаны на использовании элементов теории вероятностей, имитационного моделирования, исследования операций, физического моделирования пожаров.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1. Разработана методика стохастического моделирования процессов
распространения ОФП и эвакуации людей при пожаре, позволяющая
повысить достоверность оценок вероятности эвакуации, с целью
повышения пожарной безопасности зданий с многосветными
пространствами.
-
Предложена система входных факторов, определяющих случайный характер процесса распространения ОФП при пожаре в зданиях с многосветными пространствами, а также процесса эвакуации.
-
Разработаны требования к информационному обеспечению задачи стохастической оценки вероятности эвакуации людей при пожарах в зданиях с многосветными пространствами.
-
Разработана методика сбора исходных данных для определения вероятности эвакуации людей при пожарах из зданий с многосветными пространствами.
-
Разработан стохастический имитатор для оценки вероятности эвакуации людей из зданий с многосветными пространствами, а также других параметров, характеризующих пожарную опасность таких зданий, с учетом стохастической природы процессов эвакуации и блокирования эвакуационных выходов при пожаре.
Практическая значимость диссертационной работы состоит в разработке научных основ для повышения пожарной безопасности зданий с многосветными пространствами на основе стохастического моделирования процессов распространения ОФП и процессов эвакуации людей при пожарах; разработан имитатор для стохастического моделирования процесса распространения ОФП и процесса эвакуации людей из зданий при пожаре, позволяющий повысить достоверность расчетов вероятности эвакуации при пожарах из зданий с многосветными пространствами; усовершенствована модель оценки высоты незадымляемой зоны при развитии пожара в атриуме здания.
Вероятностные оценки процессов распространения ОФП и эвакуации людей в зданиях с многосветными пространствами позволяют повысить эффективность решений при проектировании и строительстве подобных зданий.
Практическая реализация результатов работы.
Результаты диссертационной работы использованы в следующих организациях:
-
В практической деятельности Управления надзорной деятельности ГУ МЧС России по Ивановской области.
-
В учебном процессе ФГБОУ ВПО «Ивановский институт ГПС МЧС России» при изучении дисциплин «Пожарная безопасность в строительстве» (тема №15 «Противодымная защита зданий повышенной этажности»), «Прогнозирование опасных факторов пожара» (раздел 2 «Зонная математическая модель»).
-
При разработке компьютерного тренажерного комплекса «Пожарная тактика» в ЗАО «Транзас» (г. Санкт-Петербург).
4. В практической деятельности АГУ «Ивгосэкспертиза» (г. Иваново).
Практическое использование результатов исследования подтверждается актами внедрения.
На программную разработку «Модель оценки изменения высоты незадымляемои зоны в здании с наличием атриума» получено свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ в Федеральной службе по интеллектуальной собственности (Роспатент).
На защиту выносятся следующие положения:
-
Система исходных данных и методика их сбора для определения вероятности эвакуации людей из зданий с многосветными пространствами на основе стохастического моделирования.
-
Стохастический имитатор оценки вероятности эвакуации людей из зданий с многосветными пространствами, а также других параметров, характеризующих пожарную опасность таких зданий, с учетом стохастической природы процессов эвакуации и блокирования эвакуационных выходов при пожаре.
-
Результаты стохастического моделирования процесса распространения ОФП и процесса эвакуации при пожаре в торгово-развлекательном центре с наличием многосветного пространства.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих научных мероприятиях: XX-XXII Международные научно-практические конференции «Актуальные проблемы пожарной безопасности», Москва, 2008-2010 гг.; III-VI Международные научно-практические конференции «Пожарная и аварийная безопасность», Иваново, 2008-2011 гг.; XVII Международная конференция по вычислительной механике и современным прикладным программным системам, Алушта, 2011 г.; XXI Международная научно-практическая конференция «Предупреждение. Спасение. Помощь. Современность и инновации», Химки, 2011 г.; Международная научно-практическая конференция «Пожаротушение: проблемы, технологии, инновации», Москва, 2012 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 печатных работ, в том числе 5 - в рецензируемых научных изданиях, включенных в перечень ВАК России, 1 статья - в сборнике с грифом ДСП.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, списка литературы и приложения. Общий объем диссертации 152 страниц. Работа иллюстрирована 45 рисунками и 9 таблицами. Список литературы включает 91 наименование.
