АСПЕКТЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМ ОПОВЕЩЕНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ ЭВАКУАЦИЕЙ ЛЮДЕЙ ПРИ ПОЖАРЕ

Современные проблемы гражданской защиты

(Предыдущее название «Вестник Воронежского института ГПС МЧС России»)

2(51) / 2024, ISSN 2658-6223

УДК 614.842.42

Кочнов О. В., Н ик ифоров А. Л., Н ов ожилова К.А. А спекты определ ения эф фективно сти си ст ем оповещения и упр авл ения эв акуац ией люд ей при пож аре

Koc hnov O. V., Niki for ov A. L., N ovoz hilova K. A. A spects of d eter minin g the eff ectiveness of warn ing and evacu ation man ag em ent systems in case of f ire

АСПЕКТЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМ ОПОВЕЩЕНИЯ

И УПРАВЛЕНИЯ ЭВАКУАЦИЕЙ ЛЮДЕЙ ПРИ ПОЖАРЕ

О. В. КОЧНОВ1, А. Л. НИКИФОРОВ2, К. А. НОВОЖИЛОВА2

1 Группа компаний «ESCORT», Российская Федерация, г. Москва

2 Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России,

Российская Федерация, г. Иваново

E-mail: ok@escortpro.ru, anikiforoff@list.ru, novozhilovax@yandex.ru

В статье указаны основные подходы к определению эффективности систем оповещения и управления эвакуацией людей при пожаре (СОУЭ). Необходимость в оценке эффективности и рабо- тоспособности СОУЭ обусловлена нормативными требованиями по пожарной безопасности, а также фактической необходимостью. Оценка эффективности позволяет на стадии проектирования выбрать оптимальное решение по соотношению надежность/цена, оценить основные технико- эксплуатационные параметры системы. Решение данной задачи позволит при надежной гарантии определить затраты на проектирование и на эксплуатацию и наоборот, при установленном бюджете обеспечить максимальную надежность системы.

Ключевые слова: Система оповещения и управления эвакуацией людей при пожаре, рабо- тоспособность СОУЭ; экономическая эффективность СОУЭ, надежность систем оповещения, оценка эффективности системы на этапе эксплуатации.

ASPECTS OF DETERMINING THE EFFECTIVENESS OF WARNING

AND EVACUATION MANAGEMENT SYSTEMS IN CASE OF FIRE

O. V. KOCHNOV1, A. L. NIKIFOROV2, K. A. NOVOZHILOVA2

1 Group of companies «ESCORT», Russian Federation, Moscow

2 Federal State Budget Educational Establishment of Higher Education

«Ivanovo Fire Rescue Academy of State Firefighting Service of Ministry of Russian Federation for Civil Defense, Emergencies and Elimination of Consequences of Natural Disasters»,

Russian Federation, Ivanovo

E-mail: ok@escortpro.ru, anikiforoff@list.ru, novozhilovax@yandex.ru

The article outlines the main approaches to determining the effectiveness of fire warning and evacu- ation management systems (FWEMS). The need to assess the effectiveness and operability of the FWEMS is due to regulatory requirements for fire safety, as well as the actual need. Efficiency assessment allows choosing the most optimal solution in terms of reliability / price ratio at the design stage, and evaluating the main technical and operational parameters of the system. Solving this problem will allow, with a certain guarantee, to determine the costs of design and operation, and vice versa, with a certain budget, to ensure maximum reliability of the system.

Key words: Warning and evacuation management system in case of fire; efficiency of FWEMS;

economic efficiency of FWEMS; reliability of warning systems; evaluation of the effectiveness of the system at the operational stage.

Обращение к вопросу эффективности                                                                                                                                                                       эффективности ее функционирования могут
системы оповещения и управления эвакуацией                                                                                                                                                                     зависеть чьи-то жизни. Согласно требованиям
людей при пожаре (СОУЭ) не случайно. Си-                                                                                                                                                                       технического регламента по пожарной без-
стема оповещения СОУЭ, как комплекс орга-                                                                                                                                                                      опасности2 , одним из способов обеспечения

низационных мероприятий и технических                                                                                                                                                                          безопасности людей, находящихся в зданиях и
средств, обеспечивает оповещение людей о                                                                                                                                                                       сооружениях, является их безопасная эвакуа-
пожаре, их беспрепятственную эвакуацию1 ; от                                                                                                                                                        8          ция. Данное требование обеспечивается вы-

2024                                                                                                                                                                                                           управления эвакуацией людей при пожаре. Руко-
1 Федеральный закон от 22.07.2007 № 123-ФЗ «Тех-
8                                                                                                                                                                                                       водство по проектированию, монтажу, техническому
нический регламент о требованиях пожарной без-                                                                                                                                                                 обслуживанию и ремонту. Методы испытаний на
опасности»                                                                                                                                                                                                     работоспособность.

Современные проблемы гражданской защиты

(Предыдущее название «Вестник Воронежского института ГПС МЧС России»)

2(51) / 2024, ISSN 2658-6223

полнением ряда мероприятий — применением экономическая эффективность системы опре- средств пассивной противопожарной защиты, деляется сравнением двух подходов — наибо- активными системами противопожарной защи- лее эффективного с дополнительными затра- ты (СПЗ) и организационно-техническими ме- тами и минимально-необходимого, обуслов- роприятиями. К активным средствам противо- ленного нормативными требованиями по по- пожарной защиты относятся системы пожаро- жарной безопасности. При этом, полученная тушения, системы дымоудаления, СОУЭ. Для разница сравнивается с потенциально воз- выполнения своей задачи СПЗ и СОУЭ долж- можными убытками от применения или непри- ны обладать надежностью, устойчивостью и менения того или иного подхода. Средние по- электромагнитной совместимостью с другими тери (убытки) от пожара можно определить по системами. Согласно требованиям стандарта3 , 10 формуле:

СОУЭ должна обеспечивать свою работоспо- собность и эффективность на всем этапе жиз- 𝐶П = {(УП − 𝐶П ) ∙ 𝐾Г + 𝐶П } ∙ 𝑄П , (1) ненного цикла.

В качестве тезиса отметим, что более где УП — ущерб от пожара на объекте без ТС;

дорогая система не значит более надежная,

CП — ущерб от пожара при наличии ТС на более надежная система не значит более эф- объекте; KГ — коэффициент готовности ТС;

фективная. Под эффективностью технических

QП — интенсивность потока пожаров на объек- средств понимается способность средства вы- те.

полнить свою задачу. Так, например, эффек-

Ущерб от пожара может быть снижен тивность применения СПА на объектах защиты применением систем противопожарной защи- обусловлена сокращением материального ты (СПЗ), СОУЭ повышенного типа. Надеж- ущерба от пожара или достижением требуемо- ность каждой из подсистем подтверждается го уровня защиты людей при возникновении коэффициентом соответствия системы требо- пожара. Эффективность СОУЭ, являющейся ваниям нормативной документации4 . Коэффи- частью СПА, определяется оптимальным со-

циент соответствия СПЗ в общей сложности отношением таких основных свойств, как до- определяется эффективностью срабатывания, стоверность и своевременность передаваемой по сути надежностью каждой из подсистем.

информации, надежность и стоимость систе-

Ущерб от пожара определяется расчетным или мы. Для СОУЭ данные параметры взаимосвя- статистическим способом с учетом косвенного заны, изменение одного приводит к изменению ущерба. Расчет показателей надежности поз- остальных, поэтому основной задачей оптими- воляет определить, какой состав оборудова- зации является поиск наилучшего соотноше- ния может быть применен (оптимален) для ния указанных параметров, при которых вы- данного объекта защиты. Приведем пример.

полняется основная задача СОУЭ — обеспе-

Согласно методике5 , условная вероятность чение безопасной эвакуации людей [1].

поражения человека при его нахождении в i-ом

В научных исследованиях принято рас- помещении при реализации j-го сценария по- сматривать следующие виды эффективности жара:

— экономическую, техническую, функциональ- ную [2]. Под экономической эффективностью

𝑄𝑑𝑖𝑗 = (1 − 𝑃Э𝑖𝑗 ) ∙ (1 − 𝐷𝑖𝑗 ), принято понимать эффект (выигрыш) от при- менения системы, по сравнению с ее отсут- ствием. Такая интерпретация, имеет широкое где PЭij — вероятность эвакуации людей, нахо- применение, позволяя управлять соотношени- дящихся в i-ом помещении здания, при реали- ем между затратами и ущербом. Экономиче- зации j-го сценария пожара; Dij — вероятность ская эффективность ТС, как правило, опреде- эффективной работы технических средств по ляется из соотношения надежности и общей обеспечению безопасности людей в i-ом по- стоимости системы, включая средства, затра- мещении при реализации j-го сценария пожа- ченные на ее проектирование, монтаж и экс- ра.

плуатацию. Согласно [3], задача оценки эф- фективности сводится к нахождению для кон- кретного объекта таких соотношений, при ко- торых общие потери СП, определяемые расче- том величины индивидуального пожарного

4 Приказ от 14.11.22 № 1140 «Об утверждении ме-

риска, были бы минимальны. В общем виде, тодики определения расчетных величин пожарного риска в зданиях, сооружениях и строениях различ- ных классов функциональной пожарной опасности».

3 СП 3.13130.2009. Системы противопожарной за-

5 Приказ МЧС РФ от 10.07.2009 № 404 «Об утвер-

щиты. Система оповещения и управления эвакуа-           ждении методики определения расчетных величин
цией людей при пожаре. Требования пожарной без-         пожарного риска на производственных объектах (с
опасности. М.: ФГУ ВНИИПО МЧС России, 2009.             изменениями и дополнениями)».

Современные проблемы гражданской защиты

(Предыдущее название «Вестник Воронежского института ГПС МЧС России»)

2(51) / 2024, ISSN 2658-6223

Из формулы видно, что при наличии              ву экспоненциальный закон распределения
технических средств с вероятностью эффек-             отказов:
тивной работы Dij=0,8 (80 %), вероятность по-
ражения (величина риска) снижается в 5 раз по                                                   𝑡                     (5)
𝑃 = 𝐸𝑋𝑃(−𝑚 ∙            ),
сравнению с их отсутствием.                                                                    𝑇СР
При оценке эффективности системы
ведущими являются показатели надежности.              где t — срок службы СОУЭ; TСР — наработка
При этом следует учитывать, что высокая               на отказ; m — среднее число отказов за
надежность, необходимая для гарантирован-             время t.
ного выполнения системой своей задачи, не                    Логарифмируя (5), получим:
является залогом длительности эксплуатации                                  𝑇СР
и наоборот. Следует учитывать, что повыше-                           𝑚 = (−     ln 𝑃),
𝑡
ние качества системы предполагает повыше-
ние затрат. Выбор оптимального соотношения                    Убыток          на     один                          отказ:
между качеством и затратами может быть                           𝐶 𝑇
∆𝐶1 (𝑃) = − 1 СР ln 𝑃. Подставляя в (2):
𝑡
обоснован математически [4]. Суммарные за-
траты, связанные с обеспечением надежности                                                 𝐶1 𝑇СР                     (6)
СОУЭ можно представить:                                        𝐶(𝑃) = 𝐶0 (1 − 𝑃)−𝛼 −              ln 𝑃 + 𝐶Э (𝑃),
𝑡
𝐶(𝑃) = 𝐶ТС (𝑃) + 𝐶Э (𝑃),           (2)
Оптимальное значение надежности си-
стемы можно найти, решая следующее урав-
где 𝐶ТС (𝑃) — стоимость (ТС) системы, опреде-         нение:
dC( 𝑃)
= 0. Дифференцируя (6):
𝑑𝑃
ляемая ее надежностью (функция от надежно-
сти, P); 𝐶Э (𝑃) — расходы на обслуживание си-                             𝐶0 𝛼      𝐶1 𝑇СР                            (7)
стемы в период эксплуатации.                                                      −        = 0.
(1 − 𝑃)𝛼+1    𝑡𝑃
С повышением надежности системы
повышается ее стоимость, при этом затраты
Данное уравнение может быть решено
на эксплуатацию могут снизиться. Оптималь-
ное значение надежности можно найти, диф-             графически, для чего необходимо найти 𝛼. При
ференцируя уравнение (2) относительно P:              заданных TСР, C0, C1, t можно построить пара-
𝑑𝐶(𝑃)                                                 метрическое семейство кривых f(P) с различ-
= 0. Все современные СПЗ, в том числе           ными значениями 𝛼. Наибольшую сложность
𝑑𝑃
СОУЭ, относятся к радиоэлектронным сред-              представляет нахождение C0 и 𝛼. Методика их
ствам, отказы которых подчиняются экспонен-           определения для СОУЭ может быть следую-
циальному распределению (95 %) [5]. В этом            щей:
случае стоимость радиоэлектронной системы                    1) Производится оценка стоимости
связывается с ее надежностью следующим                СОУЭ при двух значениях показателя надеж-
соотношением [6]:                                     ности P1, со стоимостью СА1 (эти величины д.б.
известны) и P2 со стоимостью СА2.
𝐶ТС (𝑃) = 𝐶0 (1 − 𝑃)−𝛼 ,          (3)               2) Подставляя эти значения поочередно
в (7), решая относительно С0, затем логариф-
где 𝐶0 — коэффициент в виде стоимости си-             мируя получим:
стемы данного класса; 𝛼 — показатель класса
ln 𝐶А1 /𝐶А2                     (8)
системы (принимает значение от 0,1 до 0,3).                                     𝛼=−                .
Расходы на этапе эксплуатации опре-                                                1 − 𝑃1
ln(        )
деляются:                                                                                1 − 𝑃2

𝐶Э (𝑃) = ∆𝐶1 (𝑃) + ∆𝐶2 , (4) Построим семейство показателей α класса системы в зависимости от надежности сравниваемой системы, P2 с нормативным где ∆𝐶1 (𝑃) — стоимость эксплуатации, связан- значением6 , P1=0,95, для практических стои-

ная с убытками от отказов системы (ремонт, мостных соотношений CА1 /CА2, получим, рис. 1.

восстановление); ∆𝐶2 — стоимость эксплуата- ции, не связанная с отказами системы и не за- висящая от надежности, т.е. ∆𝐶2 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡.

Следует подчеркнуть, что при оценке 6 РНД 73-16-90 «Методика по расчету показателей стоимости отказа, необходимо учитывать не

надежности системы оповещения о пожаре и управ-
только стоимость восстановления, но и про-            ления эвакуацией при пожаре», ГПКИ «Спецавтома-
стоя. Зная убыток от одного отказа С1 и их ко-        тика», г. Новосибирск, дата введения 01.09.90 (дей-
личество, m: ∆𝐶1 (𝑃) = 𝑚𝐶1 и принимая за осно-        ствующий документ).

Современные проблемы гражданской защиты

(Предыдущее название «Вестник Воронежского института ГПС МЧС России»)

2(51) / 2024, ISSN 2658-6223

Рис. 1. Зависимость показателя класса степени α от надежности СОУЭ при различных соотношениях стоимостей систем.

Оптимальное значение показателя надежности можно найти из формулы (8). Ре- где С0 — базовая стоимость системы данного шение может быть найдено приближенным класса; С1 — убыток от одного отказа; t — срок методом не относительно Р, а относительно службы (~10 лет); TСР — средняя наработка на

Q=1-P. Преобразуя и раскладывая показа- отказ.

тельную функцию в ряд, затем отбрасывая Формула (12) справедлива при условии члены разложения больше второго порядка постоянства срока службы при выполнении получим: следующего условия:

Оптимизацию требуемого уровня эф- 𝛽 (9) фективности СОУЭ можно провести по ком-

𝑄= , плексному показателю, характеризующему 𝛽

1+ 𝐶

(1 + 𝛼) убытки. Если обозначить 𝑊 = 0 , можно вычис-

𝐶1 𝑑𝑊(𝑃)

𝐶 𝑡𝛼 где 𝛽 = ( 0 )1/(1+𝛼) (10) лить оптимальную надежность: = 0. Так 𝑑𝑃

𝐶1 𝑇СР как получение общего решения достаточно трудоемко, то его можно предоставить ма-

Подставляя (10) в (9) и учитывая шине. Мы же ограничимся построением пара-

P=1-Q, запишем выражение для нахождения метрического семейства при заданных соот- оптимального значения показателя надежно- ношениях убытков от одного отказа к стоимо- сти:

сти системы, рис. 2.

1 (11)

𝑃ОПТ = 1 − ,

𝐶1 𝑇СР 1/(1+𝛼)

( ) +

𝐶0 𝑡𝛼 (1 + 𝛼)

Современные проблемы гражданской защиты

(Предыдущее название «Вестник Воронежского института ГПС МЧС России»)

2(51) / 2024, ISSN 2658-6223

Рис. 2. Оптимальная надежность СОУЭ для различных соотношений убытков от одного отказа С1 к базовой стоимости системы C0 при α=0,15 и средней наработке на отказ ТСР=30000 часов.

Заключение                         периоде эксплуатации, при условии, что срав-
1. Одной из наиболее трудных задач            ниваемые системы относятся к одинаковому
представляется оценка убытков от одного от-         классу и сопоставимы по решаемым задачам
каза. При этом, если оценка убытков все-таки        — функционалу и области применения. Полу-
возможна, то соотношение надежности к стои-         ченные результаты позволяют удобно и быст-
мости может быть выбрано следующим обра-            ро сравнить различные системы, отличающие-
зом. При сопоставлении убытков от одного от-        ся по стоимости, оценить эффективность
каза со стоимостью системы за время работы          предлагаемого или выбираемого решения.
2000 часов (это нормативное значение совпа-         Данная методика может использоваться как на
дает со средним периодом проверки работо-           стадии проектирования при выборе оптималь-
способности) не допустить снижения надежно-         ного решения, так и на стадии эксплуатации
сти ниже, чем 95 %.                                 при определении оптимальной периодичности
2. Еще раз отметим, что представленные        обслуживания системы, формировании бюд-
результаты получены при сохранении постоян-         жета.
ства эффективности и надежности СОУЭ на

Список литературы                              5. Боровиков С. М. Теоретические ос-
новы конструирования, технологии и надежно-
1. Кочнов О. В., Никифоров А. Л. Ос-         сти. Мн.: Дизайн ПРО, 1998. 336 с.
новные подходы к построению обобщенной                     6. Острейковский В. А. Теория надеж-
оценки эффективности систем оповещения и            ности: учебник для вузов. М: Высшая школа,
управления эвакуацией людей при пожаре //           2003. 463 c.
Пожарная и аварийная безопасность: сборник
материалов XVIII Международной научно-                                References
практической конференции, 23 ноября 2023 г.
Иваново: Ивановская пожарно-спасательная                     1. Kochnov O. V., Nikiforov A. L. Osnov-
академия ГПС МЧС России, 2023. 1204 с.              nye podkhody k postroeniiu obobshchennoi
2. Арутюнян Д. М. Новые технологии           otsenki effektivnosti sistem opoveshcheniia i up-
гарантированного предотвращения пожаров.            ravleniia evakuatsiei liudei pri pozhare [The main
Монография. М.: Специнформатика-СИ, 2014.           approaches to the construction of a generalized
232 с.                                              assessment of the effectiveness of warning sys-
3. Бубырь Н. Ф., Бабуров В. П., Пота-        tems and evacuation management in case of fire]
пов В. А. Производственная и пожарная авто-         // Pozharnaia i avariinaia bezopasnost sbornik
матика. Часть II. Пожарная автоматика. М.:          materialov XVIII Mezhdunarodnoi nauchno-
ВИПТШ, 1986. 296 с.                                 prakticheskoi konferentsii. November 23, 2023.
4. Шаровар Ф. И. Пожаропредупреди-           Ivanovo:     Ivanovskaia     pozharno-spasatelnaia
тельная автоматика. М.: СПЕЦИНФОРМАТИ-              akademiia GPS MCHS Rossii, 2023. 1204 p.
КА-СИ, 2013 г. 556 с.

Современные проблемы гражданской защиты

(Предыдущее название «Вестник Воронежского института ГПС МЧС России»)

2(51) / 2024, ISSN 2658-6223

2. Arutyunyan D. M. Novye tekhnologii                       4. Sharovar F. I. Pozharopredupred-
garantirovannogo predotvrashcheniia pozharov.              itelnaia avtomatika [Fire safety automation], Mos-
Monografiia [New technologies for guaranteed fire          cow: SPECIFORMATIKA-SI, 2013. 556 p.
prevention. Monograph]. Moscow: Spetsinformat-                       5. Borovikov S. M. Teoreticheskie osnovy
ika-SI, 2014. 232 p.                                       konstruirovaniia tekhnologii i nadezhnosti [Theo-
3. Bubyr N. F., Baburov V. P., Pota-              retical foundations of design, technology and reli-
pov V. A.    Proizvodstvennaia      i    pozharnaia        ability]. Mn.: Design PRO, 1998. 336 p.
avtomatika, chast II, Pozharnaia avtomatika [In-                     6. Ostreikovskiy V. A. Teoriia nadezhnos-
dustrial and fire automation. Part II. Fire automa-        ti: uchebnik dlya vuzov [Theory of reliability: text-
tion.]. Moscow: VIPTSH, 1986. 296 p.                       book for universities]. Moscow: Vysshaia shkola,
2003. 463 p.

Кочнов Олег Владимирович

Группа компаний «Эскорт»,

Российская Федерация, г. Москва

Заместитель генерального директора по научно-производственной работе

E-mail: ok@escortpro.ru

Kochnov Oleg Vladimirovich

Escort Group of Companies,

Moscow, Russian Federation

Deputy General Director for Scientific and Production Work

E-mail: ok@escortpro.ru

Никифоров Александр Леонидович

Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России,

Российская Федерация, г. Иваново

Доктор технических наук, профессор

E-mail: anikiforoff@list.ru

Nikiforov Aleksandr Leonidovich

Federal State Budget Educational Establishment of Higher Education «Ivanovo Fire Rescue Academy of State Firefighting Service of Ministry of Russian Federation for Civil Defense, Emergencies and Elimination of Consequences of Natural Disasters»,

Russian Federation, Ivanovo

Doctor of Technical Sciences, Professor

E-mail: anikiforoff@list.ru

Новожилова Ксения Александровна

Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России,

Российская Федерация, г. Иваново

Старший преподаватель

E-mail: novozhilovax@yandex.ru

Novozhilova Kseniia Aleksandrovna

Federal State Budget Educational Establishment of Higher Education «Ivanovo Fire Rescue Academy of State Firefighting Service of Ministry of Russian Federation for Civil Defense, Emergencies and Elimination of Consequences of Natural Disasters»,

Russian Federation, Ivanovo

Senior teacher

E-mail: novozhilovax@yandex.ru