Обеспечение безопасной эвакуации людей с учетом стохастичности процесса распространения опасных факторов пожара в высотных зданиях

БЕЗОПАСНОСТЬ ЛЮДЕЙ ПРИ ПОЖАРАХ

В. В. ХОЛЩЕВНИКОВ, д-р техн. наук, профессор кафедры пожарной безопасности в строительстве, Академия Государственной противопожарной службы МЧС России

(Россия, 129366, Москва, ул. Бориса Галушкина, 4; e-mail: reglament2004@mail.ru)

И. С. КУДРИН, научный сотрудник кафедры пожарной безопасности в строительстве,

Академия Государственной противопожарной службы МЧС России

(Россия, 129366, Москва, ул. Бориса Галушкина, 4; e-mail: ivankudrin@yahoo.com)

УДК 614.841.33

ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОЙ ЭВАКУАЦИИ

ЛЮДЕЙ С УЧЕТОМ СТОХАСТИЧНОСТИ ПРОЦЕССА

РАСПРОСТРАНЕНИЯ ОПАСНЫХ ФАКТОРОВ ПОЖАРА

В ВЫСОТНЫХ ЗДАНИЯХ

Ставится проблема необходимости воспроизведения реальной стохастичности процесса рас- пространения опасных факторов пожара и приведены результаты одного из подходов к его имитационному моделированию с использованием существующих детерминистических моде- лей программно-вычислительных комплексов. Показано, что результаты серии численных экс- периментов наглядно свидетельствуют о высокой вероятности невыполнения нормативного требования обеспечения своевременной эвакуации людей. Предложены основы методологии нормирования параметров функционирования систем противопожарной защиты, снижающие уровень пожарного риска людей в высотных зданиях.

Ключевые слова: моделирование распространения опасных факторов пожара; эвакуация; сто- хастичность процесса; высотные здания.

Общие положения                                 кирования путей эвакуации используются интег-
ральные, зонные и дифференциальные (полевые)
Выполнение критерия обеспечения безопасности лю-                 модели пожара.
дей в высотных зданиях при пожаре tэв Ј tн.б = 0,8tбл
Модели отражают, с одной стороны, последова-
(где tн.б — необходимое время эвакуации) требует
тельные этапы развития моделирования термодина-
моделирования процессов движения людей, опреде-
мики пожара [4–6], а с другой — имеющиеся воз-
ляющих время их эвакуации tэв, и динамики распро-
странения опасных факторов пожара (ОФП), опре-                   можности их программной реализации. Каждая из
деляющих время блокирования tбл путей эвакуации.                 этих моделей является вехой на многотрудном пути
Нормативно это регламентируется “Техническим                     исследований термодинамики пожара. Как известно,
регламентом о требованиях пожарной безопасности”                 интегральная модель описывает изменение во вре-
(№ 123-ФЗ) [1] и осуществляется согласно мето-                   мени средних по объему помещения значений пара-
дике, разработанной в соответствии с его требова-                метров опасных факторов. В зонной модели объем
ниями [2].                                                       помещения подразделяется на зоны по высоте (как
Распространение опасных факторов пожара —                   правило, две), и для каждой из них описывается ди-
сложный физико-химический процесс, начало изу-                   намика средних значений ОФП. Наиболее подроб-
чения которого приходится на середину XVIII в.                   ная полевая модель дифференцирует пространство
Это изучение заложило основы термодинамики и                     на элементарные объемы-кубы и описывает дина-
математической модели пожара, практическая реа-                  мику значений ОФП в каждом из них, давая тем са-
лизация которой стала возможной лишь в послед-                   мым наиболее точную картину изменения значений
ние десятилетия благодаря интенсивному развитию                  ОФП в любом возможном месте нахождения челове-
вычислительной техники и программного обеспе-                    ка. Степень точности полевой модели зависит, в том
чения. В противопожарном нормировании значения                   числе, и от величины элементарных объемов, т. е.
необходимого времени эвакуации на всех ее этапах                 от размеров ячеек пространственной сетки, исполь-
(tн.б = 0,8tбл) впервые были приведены в СНиП II-2–80.           зуемой для дифференциации объема помещения.
Они были установлены [3] на основании ограни-                        Широкое практическое применение полевой мо-
ченного количества эмпирических данных проис-                    дели стало возможным с развитием компьютерной
шедших пожаров. Сегодня для расчета времени бло-                 техники, которая позволила преодолеть сложности

38 ISSN 0869-7493 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2013 ТОМ 22 № 4

БЕЗОПАСНОСТЬ ЛЮДЕЙ ПРИ ПОЖАРАХ

ее математического аппарата и избавила от необхо-         Экспериментальная проверка моделей динами-
димости выполнения множества расчетных опера-         ки ОФП, когда исходные данные для теоретических
ций. Сегодня имеются программные комплексы, ре-       расчетов совпадают с исходными данными в экспе-
ализующие эту модель, и грамотный пользователь        рименте, позволяет судить только о корректности
может, не вдаваясь в тонкости описания каждым из      самой модели. При решении же задач по обеспече-
них сути реальной динамики ОФП, применить их          нию безопасности людей стоит задача не только
для определения времени tн.б, которым располагает     правильно воспроизвести динамику процесса при
человек для своевременной эвакуации (tэв Ј tн.б =     заданных условиях, но и спрогнозировать возмож-
= 0,8tбл), находясь на любом из ее этапов (помеще-    ную ситуацию при вероятных вариациях реальных
ние, этаж, лестничная клетка).                        условий, зависящих от множества меняющихся фак-
В России полевая модель впервые была разрабо-     торов и их сочетаний. Стремлением избежать ошиб-
тана и представлена в диссертации А. М. Рыжова [7],   ки при нормировании параметра tн.б в сторону его
написанной под руководством Ю. А. Кошмарова.          увеличения можно объяснить то, что расчетное
Далее, значительно повлияли на развитие полевой       время наступления предельно допустимых (крити-
модели исследования И. Ф. Астаховой, С. В. Пузача     ческих) значений ОФП tкр умножается на коэффи-
циент K = 0,8. Однако, для того чтобы обоснованно
и др. Однако сегодня программное обеспечение мо-
принимать значение этого коэффициента, необхо-
дели отсутствует как в свободном доступе, так и
димо знать распределение случайной величины tкр,
для коммерческого пользования.
которое описывается ее дисперсией s 2t кр для раз-
Среди зарубежных программ можно выделить
личных ситуаций.
программы универсальные (ANSYS CFX, FLUENT,
Методологической особенностью представлен-
STAR-CD) и специализированные (JASMINE, SOFIE,        ного исследования является учет стохастичности
SMARTFIRE, PHOENICS и FDS). Из тех, которыми          динамики распространения опасных факторов по-
есть возможность пользоваться в России, выделим       жара. Стохастичность этого процесса обуславлива-
SMARTFIRE, FDS и SOFIE. Однако SMARTFIRE и            ется как случайностью значений реальной пожар-
SOFIE — это коммерческие программы. Лишь про-         ной нагрузки, так и реальной стохастичностью мо-
грамма FDS (Fire Dynamics Simulator, Version 5) яв-   делируемой газовоздушной среды.
ляется свободно распространяемой, благодаря чему          Случайные факторы, влияющие на параметры
она может применяться широким кругом пользова-        ОФП, можно разделить на две группы: свойства по-
телей в различных странах. Это обеспечивает вос-      жарной нагрузки и стохастичность условий форми-
производимость результатов, полученных разными        рования газовоздушной среды.
авторами, и возможность совместного поиска ра-            Количественный и качественный состав пожар-
ционального решения общих задач обеспечения без-      ной нагрузки в реальной ситуации может отличать-
опасности людей при пожаре. Именно поэтому при        ся от его расчетных значений, даже для ее однотип-
анализе вероятных значений tбл в высотных зданиях     ных видов. Физическая нестабильность параметров
было использовано программное обеспечение FDS.        пожарной нагрузки и определяет, в первую очередь,
Из технического руководства FDS следует, что      разброс фиксируемых значений ее пожарно-техни-
программа основана на решении уравнения Навье–        ческих характеристик.
Стокса, и все уравнения, требуемые [2] для реали-         Так, например, давно экспериментально показа-
зации полевого метода расчета, представлены в ка-     но [8], что для комбинированной пожарной нагруз-
честве основополагающих (уравнение сохранения         ки дымообразующая способность Дк определяется
массы, энергии, импульса, химического компонен-       по формуле
та). Кроме того, немаловажным является и тот факт,                          k

что модель FDS успешно прошла оценочные испы-                         Д к = е Д i Mi M o ,           (1)
i
тания — валидацию и верификацию.
Во всех вариантах моделирования распростра-       где k — количество компонентов пожарной нагрузки;
нение опасных факторов пожара описывается как             Дi — дымообразующая способность i-го компо-
детерминированный процесс. Стремление к детер-            нента;
минированному описанию (из-за его простоты)               Mi — масса i-го компонента пожарной нагрузки;
традиционно, но если требуется точность прогно-           Mo — масса всей пожарной нагрузки.
зирования с вероятностью 0,999, то этого описания         Из формулы (1) очевидно, что расчетный пока-
становится недостаточно, поскольку время наступ-      затель дымообразующей способности Дк находится
ления предельно допустимых для человека значе-        в прямой количественной зависимости от много-
ний ОФП определяется по результатам расчета лишь      образия возможных сочетаний компонентов всей
одной реализации процесса их распространения.         пожарной нагрузки.

ISSN 0869-7493 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2013 ТОМ 22 № 4 39

БЕЗОПАСНОСТЬ ЛЮДЕЙ ПРИ ПОЖАРАХ

О неоднозначности свойств материалов пожар-              значительно занижает уровень опасности воздействия
ной нагрузки свидетельствуют данные по их харак-            ОФП, вводя тем самым в заблуждение и разработчи-
теристикам, полученные из различных литературных            ков систем активной противопожарной защиты, и их
источников. Они показывают, что свойства одного и           потенциальных приобретателей, и пользователей.
того же материала существенно меняются в зависимо-              С юридической точки зрения такое положение
сти от его агрегатного состояния, обработки, разме-         находится в явном противоречии с требованиями
щения и т. п. Так, например, может быть рассмотрена         ст. 3 Федерального закона “О техническом регули-
типичная для высотных конторских зданий (Ф4.3) по-          ровании” (№ 184-ФЗ) [10].
жарная нагрузка, состоящая из мебели, книг и бумаги.
Низшая теплота сгорания такой пожарной нагрузки                    Оценка влияния на величину
может быть принята постоянной Qнp = 13400 кДж/кг.                необходимого времени эвакуации
Постоянными принимаются также значения: коэффи-              стохастичности процесса распространения
циента полноты сгорания h = 1; коэффициента потерь              опасных факторов пожара на основе
тепла на нагрев ограждающих конструкций jп = 0,55;          существующих методов его моделирования
эмпирического коэффициента приведения средне-                   Влияние стохастичности процесса распростра-
объемной температуры к уровню рабочей зоны a = 1,3;         нения ОФП, проявляющееся в изменениях динами-
высоты рабочей зоны h = 1,5 м; критической темпе-           ки газовоздушной среды, сложно подвергнуть анали-
ратуры на уровне рабочей зоны tкр = 343 К. В каче-          зу прежде всего из-за трудностей, если не сказать,
стве случайных рассматриваются только две вели-             невозможности, их целенаправленного регулирова-
чины: линейная скорость выгорания Vл и массовая             ния в натурных условиях. В данном же случае рас-
скорость выгорания yв. Распределение вероятности            сматривается влияние на время блокирования путей
значений в интервалах их возможных изменений                эвакуации стохастичности термодинамического
Vл М [0,02; 0,07 м/с], yв М [0,003; 0,012 кг/(м2·с)]        состояния газовоздушной среды, определяемой па-
принято равномерным. При помощи генератора слу-             раметрами функционирования и размещения эле-
чайных чисел производится 300 расчетов (реализа-            ментов систем противодымной вентиляции и пожа-
ций) при значениях Vл и шв, выбираемых из указанных         ротушения.
интервалов их возможных изменений [9]. На рис. 1                В связи с этим было организовано несколько се-
представлена гистограмма распределения плотности            рий экспериментов численного моделирования про-
вероятности значений ОФП, полученная в резуль-              цесса по программе FDS, кинематические изме-
тате расчетов.                                              нения которого имитировались за счет различных
Как видно на рис. 1, распределение плотности ве-         вариантов расположения клапанов противодымной
роятностей значений tкр асимметричное, имеющее              защиты в рассматриваемом объеме, изменения их
min
минимальное значение t кр     = 192 c и математиче-         производительности и систем пожаротушения. Оцен-
ское ожидание m(tкр) = 318 с. Если же произвести            ка влияния этой “рукотворно создаваемой” стоха-
детерминированный расчет времени tкр при средних            стичности дает возможность приблизиться к уста-
значениях Vл = 0,045 м/с и yв = 0,0075 кг/(м2·с), то        новлению пессимистических значений tбл и опре-
получим: tкр = 322 с и, соответственно, tн.б = 258 с.       делить количественные показатели требований к
Как видно, данное значение tн.б более чем на треть          системам противопожарной защиты высотных зда-
превышает возможное значение tкр и, следовательно,          ний, способствующие реальному выполнению усло-
вия tэв Ј 0,8tбл при вероятных параметрах движения
людских потоков во время эвакуации (tэв) из высот-
ных зданий последовательно на всех ее этапах.

Первый этап.

Опасные факторы пожара в помещениях

Помещение — наиболее вероятное место возник- новения очага пожара. В качестве объекта исследо- вания использовалась модель помещения (рис. 2) размером 4ґ6 м с размещением типовой [6] для офисных помещений пожарной нагрузки — мебели

(столы, стулья, шкафы). Влияние атмосферной сре- ды допустимо считать, как правило, незначительным

Рис. 1. Гистограмма распределения времени наступления критических значений опасных факторов пожара с учетом ко- ввиду высокой требуемой степени изоляции микро- эффициента безопасности 0,8 (tн.б) в помещении объемом климата искусственной среды высотного здания за

17500 м3 на уровне 1,5 м счет герметизации его ограждающих конструкций.

40 ISSN 0869-7493 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2013 ТОМ 22 № 4

БЕЗОПАСНОСТЬ ЛЮДЕЙ ПРИ ПОЖАРАХ

пространения”. Поэтому задача моделирования вто- рого варианта развития пожара состоит в опреде- лении целесообразного местоположения клапана системы дымоудаления и влияния его производи- тельности (расхода воздуха) на увеличение значе- ния параметра tкр .

Задача моделирования третьего варианта разви- тия пожара вытекает из следующих требований ст. 61, ч. 2 [1]: “Автоматические установки пожаротуше- ния должны обеспечивать достижение одной или

Рис. 2. Помещение для моделирования ОФП: а — план мо- нескольких из следующих целей: 1) ликвидация по- делируемого помещения; б — моделируемое помещение в жара в помещении (здании) до возникновения кри- графическом редакторе Pyrosim тических значений опасных факторов пожара…”.

Поэтому задача моделирования третьего варианта

Исходная позиция для моделирования — раз- развития пожара состоит в определении условий, витие пожара в начальной стадии. Это значит, что при которых система АУПТ спринклерного типа внутри зоны горения возникшего неконтролируемо- (рис. 3) может обеспечить достижение этой цели.

го очага пожара и вокруг нее температура такова, что Результаты моделирования пожара в помещении скорость тепловыделения превышает скорость от- без функционирующих систем противопожарной за- вода тепла из зоны горения, чем обуславливается щиты показывают, что фактором, значения которого самоускорение процесса горения. В результате та- первыми достигают критического уровня воздейст- кого развития процесса постепенно, в несколько фаз, вия на людей, является потеря видимости.

происходит распространение пламени на все поме- Результаты расчетов распространения ОФП при щение. Поэтому распределение значений парамет- моделировании трех перечисленных вариантов раз- ров опасных факторов пожара по объему помеще- вития пожара в помещении приведены в табл. 1.

ния неравномерное. Как показывают опросы людей, находившихся

В качестве контрольной точки значений ОФП вблизи очага пожара, около 20 % из них тушили по- установлена точка на выходе из помещения на вы- жар, что называется, “до последней возможности”.

соте 1,7 м, поскольку при достижении в ней крити- Когда же исчерпываются у человека последние воз- ческого значения одного из опасных факторов по- можности тушить пожар? Очевидно, тогда, когда воз- жара безопасная эвакуация человека из помещения действие ощущаемых факторов пожара достигает становится невозможной. “терпимых” пределов. Для случая, когда эти преде-

Задача моделирования первого варианта разви- лы соответствуют значениям критических уровней тия пожара — определить время tкр достижения воздействия ОФП, в табл. 2 приведены значения вре- критического значения ОФП в контрольной точке мени их наступления tкр в плоскости вблизи очага при нефункционирующих системах противодымной пожара.

защиты и пожаротушения. Результатом этого ва- Данные табл. 2 показывают, что первым ощуща- рианта моделирования будет выявление условий, емым человеком опасным фактором пожара в по- при которых может быть выполнено следующее тре- мещениях различной площади является концентра- бование: “эвакуационные пути в пределах помеще- ция дыма, уменьшающая предел видимости. И хотя ния должны обеспечивать безопасную эвакуацию имеются данные [11] о возможности движения че- людей через эвакуационные выходы из данного по- ловека в дыму при видимости менее 5 м, следует об- мещения без учета применяемых в нем средств по- ратить внимание на то, что через несколько секунд жаротушения и противодымной защиты”, впервые введенное СНиП 21-01–97 “Пожарная безопас- ность зданий и сооружений” (п. 6.4).

Согласно требованиям (ст. 56. ч. 1) [1] “система противодымной защиты здания, сооружения или строения должна обеспечивать защиту людей на путях эвакуации и в безопасных зонах от воздейст- вия опасных факторов пожара в течение времени, необходимого для эвакуации людей в безопасную зону, или всего времени развития и тушения пожара посредством удаления продуктов горения и терми- ческого разложения и (или) предотвращения их рас- Рис. 3. Схема расстановки спринклеров в помещении

ISSN 0869-7493 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2013 ТОМ 22 № 4

БЕЗОПАСНОСТЬ ЛЮДЕЙ ПРИ ПОЖАРАХ

Таблица 1. Результаты вариантов моделирования пожара                    жара в большинстве случаев целесообразно эвакуи-
в помещении
роваться.
Время наступ-                        Второй вариант моделирования позволяет опре-
ления критиче-
Меняющийся       Значение
Располо-
ского значения                   делить рациональное размещение клапана системы
жение в
параметр        параметра
помещении
ОФП на выходе                    дымоудаления в помещении. При этом расход при-
из помещения                    нимался согласно данным [12]. В ходе моделирова-
tкр , с
ния положение клапана регулировало направление
Без систем               –                 –              35,1          воздушных потоков, обеспечивая таким образом сме-
противопожар-
ной защиты                                                              шивание продуктов горения со свежим воздухом,
притекающим в помещение. В этой серии экспери-
Расход воздуха         5 м3/с        Стена, про-          65,4
через клапан                         тивополож-                         ментов был выбран вариант расположения клапана,
дымоудаления                         ная выходу                         при котором опасные факторы пожара в помещении
8 м3/с          То же              139           наступают за наибольшее время: на стене, противо-
9 м3/с              “              179           положной относительно входа в помещение, на вы-
соте 1,5 м от уровня пола.
10 м3/с                “              Н/н*
После того как было установлено оптимальное
11 м /с  3
“              Н/н
положение клапана, определялись количественные
Расход              1,76 л/с               –              35,1          показатели системы дымоудаления. Расход воздуха
спринклерной        6,7 л/с                –              35,1
системы
повышался до таких значений, при которых опас-
1,76 л/с**              –              Н/н           ные факторы пожара перестали выходить за преде-
* Н/н — не наступает.                                                  лы помещения. Для данного помещения требуемый
** В данном примере рассматривается применение авто-                    расход воздуха через клапан дымоудаления, как вид-
матической установки спринклерного пожаротушения                     но из табл. 1, составил 10 м3/с.
с принудительным пуском, срабатывающей от дымо-                          Данные третьего варианта моделирования по-
вого пожарного извещателя с уменьшенным временем                     жара в помещении позволили установить два пока-
инерционности до 5 с.
зателя: момент времени достижения температуры
срабатывания спринклерного оросителя и время, тре-
воздействие на него неощущаемого HCl достигает                          буемое для локализации горения.
критических значений. При сокращении нормиру-                               В результате было установлено, что АУПТ сра-
емого предела видимости до 10 м воздействие HCl                         батывает после достижения опасными факторами
становится первым критическим фактором в поме-                          пожара критических значений. Это объясняется тем,
щениях любого объема. Исходя из этих соображе-                          что спринклерная система срабатывает от теплово-
ний нормирование значения tн.э для помещений                            го воздействия, которое наступает позже потери ви-
очага пожара по потере видимости на расстоянии                          димости. Кроме того, после достижения температу-
20 м получает дополнительную аргументацию.                              ры срабатывания оросителя необходимо учитывать
В зависимости от площади помещения очага по-                         время инерционного действия (номинальное время
жара F значение tкр (с), нормируемое исходя из этих                     срабатывания). Только после этого происходит
соображений, может быть определено по формуле                           вскрытие колбы и поступление огнетушащего веще-
ства в очаг пожара. Согласно ГОСТ Р 51043–2002
tкр = 19,56 + 0,227F.                         (2)    время инерционного действия оросителя составля-
ет 300 с.
Как видно из сказанного выше, человек распо-                             Отсюда следует, что для выполнения требова-
лагает весьма ограниченным резервом времени для                         ний [1] о недопущении распространения пожара за
тушения пожара, поэтому из помещений очага по-                          пределы помещения и об удалении продуктов горе-

Таблица 2. Время tкр (с) наступления критических значений ОФП в любой точке помещения площадью от 10 до 50 м2

Площадь,                        Видимость, м                            Повышенная    Тепловой
HCl                               O2      CO2      CO
м2            20                 10             5                    температура    поток

10          19,9              28,9           38,7          20,3       44,0         88,5      96       –        –
20          24,7              38,5           46,4          29,6       53,0        138,6     120       –        –
30          26,8              42,2           52,6          31,2       61,2        160,2     141       –        –
50          33,0              50,8           60,6          43,0       73,8        200,0     160       –        –

42 ISSN 0869-7493 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2013 ТОМ 22 № 4

БЕЗОПАСНОСТЬ ЛЮДЕЙ ПРИ ПОЖАРАХ

ния для безопасной эвакуации людей возможно одно         ложен на стене напротив помещения на высоте 2 м
из двух решений:                                         от пола.
1) разработка установки спринклерной системы,            Следующая задача данного этапа моделирова-
срабатывающей от термочувствительных спринклер-          ния состояла в определении оптимального режима
ных оросителей с гораздо более низким номиналь-          функционирования системы противодымной защи-
ным временем срабатывания, и устройство системы          ты, исходя из требования обеспечения нераспро-
дымоудаления, которая будет рассчитана на удале-         странения опасных факторов по коридору этажа по-
ние количества дыма, образовавшегося до срабаты-         жара до завершения процесса эвакуации с него лю-
вания системы пожаротушения;                             дей. Для анализа возможностей выполнения этого
2) установка автоматической системы пожароту-        условия варьировались: расположение помещения
шения, срабатывающей от дымовых пожарных изве-           — источника ОФП и расходы системы дымоуда-
щателей с минимальным временем инерционности             ления (от нормативного значения 3,3 до 100 м3/с).
[13], что позволит обеспечить быструю локализацию        В результате было установлено, что при использо-
и ликвидацию горения до достижения опасными              вании системы противодымной защиты с норматив-
факторами пожара критических уровней воздейст-           ной производительностью удаления дыма время до-
вия на людей.                                            стижения критических уровней воздействия ОФП
Второй этап. Распространение ОФП                    увеличивается на 34 % по сравнению с тем, которое
по этажу пожара                            было получено без использования системы, хотя сис-
тема и не обеспечила полного удаления продуктов
Если пожар не удается локализовать в помеще-
горения. При повышении производительности сис-
нии, то образовавшаяся газовоздушная смесь опус-
темы эта разница увеличилась в 2–3 раза, однако
кается ниже верхней отметки двери, после чего
для полного удаления продуктов горения потребо-
опасные факторы пожара проникают в смежные по-
вались бы огромные расходы, равные 80–100 м3/с,
мещения, коридор и распространяются в пределах
что превышает нормативные в 30 раз!
этажа. Так же, как и на первом этапе моделирова-
ния, основной задачей числового эксперимента явля-           В связи с этим было также проведено моделиро-
ется поиск решений, ограничивающих распростра-           вание пожара при использовании системы дренчер-
нение опасных факторов пожара.                           ной завесы перед входом в помещение очага пожара.
При проведении моделирования были рассмот-           Из результатов семи вариантов моделирования ста-
рены такие активные противопожарные системы,             ло очевидно, что увеличение производительности
как система дымоудаление из коридоров и автома-          этой установки не дает требуемого эффекта (разница
тическая установка пожаротушения. В качестве ис-         по времени наступления опасных факторов пожара
следуемого объекта был выбран этаж с коридорным          при применении системы с нормативным расходом
типом планировки (как наиболее распространенный          и без нее составила всего 9 %, а при увеличении рас-
в высотных зданиях). Геометрические параметры            ходов — лишь 45 %). Поэтому было рассмотрено ее
помещения с очагом пожара, а также горючая на-           функционирование в комбинации с системой дымо-
грузка в нем были приняты такими же, как и при мо-       удаления.Объединение двух систем позволило достичь
делировании пожара в помещении. Длина коридора           увеличения времени наступления ОФП в 1,3 раза,
40 м, ширина 1,2 м. По всей длине коридора с шагом       но, тем не менее, не обеспечило нераспространение
6 м расставлены контрольные точки, определяющие          продуктов горения по этажу. Это объясняется тем,
значения опасных факторов пожара (рис. 4).               что при большой площади пожара, которая образу-
После моделирования пожара без применения            ется за 3–4 мин, продукты горения распространяют-
систем противопожарной защиты осуществлялся под-         ся за пределы помещения и блокируют коммуника-
бор местоположения дымового клапана в коридоре.          ционные пути на этаже, вне зависимости от работы
В результате моделирования девяти различных ва-          систем противопожарной защиты.
риантов пожара клапан дымоудаления был распо-                Итоговые результаты рассмотренных вариантов
приведены в табл. 3.
Использование различных активных систем про-
тивопожарной защиты и значений параметров их
функционирования, возможные варианты размеще-
ния помещения очага пожара в коридоре определя-
ют различные значения времени наступления опас-
ных факторов пожара в каждой из контрольных то-
чек. Полученные значения времени были сведены
Рис. 4. Моделирование распространения опасных факторов   в общий график, представляющий собой область,
пожара в пределах этажа                                  каждая точка которой определяет: по оси ординат

ISSN 0869-7493 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2013 ТОМ 22 № 4

Таблица 3. Результаты моделирования ОФП на этаже пожара

Значение меня-                    Расположение                  Время наступления критического значения ОФП, с, в контрольных точках измерения
Меняющийся параметр
ющегося параметра      помещения         клапана дымоудаления    GAS 1    GAS 102   GAS 103   GAS 104   GAS 105   GAS 106   GAS 107   GAS 108
Без систем противо-            –                   –                      –              108,9     100,8      91,5      83,4       91        90       59,7      50,4
пожарной защиты
Изменение расположе-            –            Конец коридора       Конец коридора          78,4     121,9     105,2     116,7     127,4      137,4     147,4     147
ния помещения очага             –                 То же          Середина коридора        55,6      80,8      85,2     120,8     101,5      113,5     120,3     122
пожара и клапана ды-            –                   “             Начало коридора         55,6      79,8      85,2      88,6      84,6       92,4     114,5     114
моудаления
–           Середина коридора     Конец коридора         101,7      117      114,9      65,5      90,6       89,1      95,4     102
–                 То же          Середина коридора       115,6     132,7     140,7      150      127,3      120,7     115,5     116
–                   “             Начало коридора          90       99,2     102,6     106,8      117       114,4     115,2     115
–            Начало коридора      Конец коридора          102      113,4     108,3     104,4     114,1       100       67,5      74
–                 То же          Середина коридора       117,7     111,9     123,8     121,2      88,9       100       69,5      78
–                   “             Начало коридора        142,5     134,5     123,9     137,2     142,5       150       59,8      84
Расход воздуха через        3,3 м3/с                “             Конец коридора          102       112       104      100,2      115       84,3      66,9      74,1
БЕЗОПАСНОСТЬ ЛЮДЕЙ ПРИ ПОЖАРАХ

клапан дымоудаления         6,6 м3/с                “                  То же             100,5     95,1      88,8       78,9     76,5       70,5      87,9      111
10 м3/с                 “                     “               108      86,7      86,7       85,5     87,6       91,2      124,8     177
10 м3/с                 “         Потолок в конце коридора    121      92,7      85,5       85,2       87       86,1      122,4     185
30 м3/с                 “         Стенка в конце коридора     138       108       92,1     111,6     130,5       130      Н/н*      Н/н
30 м3/с                 “            Стенка в коридоре        259       287       300       300       280        221       Н/н      Н/н
перед помещением
30 м3/с                “           Потолок в коридоре        229       240      199,5     192,3     158,4      165       Н/н       Н/н
перед помещением

ISSN 0869-7493 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2013 ТОМ 22 № 4
40 м3/с                “                  То же              157      163,5     169,2     151,5     156,6       234      Н/н       Н/н
50 м3/с                “                     “               174       183      175,2     173,4     171,3      177,3     Н/н       Н/н
100 м3/с         Начало коридора    Потолок в коридоре        н/н       н/н       240       239       219        210      Н/н       Н/н
перед помещением
Расход дренчерной си-          1 л/с              То же                                  124,8     116,1      106       97,5     100,6      108,4      60         60
стемы пожаротушения            2 л/с                “                                    131,4      124       113      103,8      108       112,2     69,3       63,6
(дренчерная завеса)            3 л/с                “                                    140,7     131,7     121,2      111       115       117,3     67,8        69
10 л/с                 “                                     160      150,3     140,7     132,9     124,8      100,2     71,1       77,4
20 л/с                “                                     169       158      146,7      141      125,1      104,7     85,2       84,3
50 л/с                “                                     182      171,6     160,5     150,3     138,6      105,6     91,5       70,2
100 л/с                “                                     196       186      173,7      162       126       111,6     85,2       71,4
Расход воздуха через     3,3 м3/с; 1 л/с            “             Конец коридора          140      124,5     113,4     103,2     92,7       83,1      71,7      126,3
клапан дымоудаления;     30 м3/с; 10 л/с            “                  То же             118,5     107,4     111,6     112,5     177,6      180,9     Н/н        Н/н
расход дренчерной си-
стемы пожаротушения
(дренчерная завеса)
* Н/н — не наступает.
БЕЗОПАСНОСТЬ ЛЮДЕЙ ПРИ ПОЖАРАХ

ничная клетка с подпором воздуха при пожаре. Для
учета возможных утечек воздуха с этажа через ин-
женерные сети, оконные проемы и конструктивные
неплотности в модель был введен открытый проем
площадью 0,5 м2 в конце коридора каждого этажа.
Количество сценариев моделирования опреде-
лялось исходя из этажа размещения пожарной на-
грузки, количества открытых дверей (от 1 до 9),
открытого (закрытого) выхода наружу, открыто-
го (закрытого) проема для утечки воздуха. Такое
количество переменных определило необходимость
моделирования 36 вариантов развития пожара в
9-этажном блоке высотного здания, что при исполь-
зовании одного ПК средней производительности по-
требовало 2,5 месяцев работы (табл. 4).
Анализ результатов, представленных в табл. 4,
Рис. 5. Область решений по выбору систем обеспечения по-   показывает следующее. Система противодымной
жарной безопасности                                        защиты оказывается эффективной только в том слу-
чае, если все двери на этажи, кроме дверей этажа
— время наступления опасных факторов пожара в              пожара, закрыты.
зависимости от производительности используемых                 Это вполне ожидаемый результат, поскольку си-
средств противопожарной защиты, по оси абсцисс —           стема противодымной защиты незадымляемых ле-
местоположение точки по длине коридора (рис. 5).           стничных клеток традиционно рассчитывается ис-
Этот график дает возможность определить тре-            ходя из следующих нормативных положений: “Для
буемые значения параметров функционирования                защищаемых лестничных клеток нижнее значение
противопожарных систем для обеспечения необхо-             избыточного давления следует принимать с учетом
димого времени на каждом участке пути эвакуации            совместного действия приточной и вытяжной про-
по коридору этажа пожара.                                  тиводымной вентиляции. При этом расчетное поло-
жение дверей защищаемых лестничных клеток не-
обходимо предусматривать в сочетании “открытая
Третий этап. Распространение ОФП
в блоке этажей высотного здания,                      дверь на уровне этажа пожара и закрытые осталь-
объединенных лестничной клеткой                       ные двери” или в сочетании “открытая дверь на-
ружного выхода и закрытые остальные двери” [14].
Лестничная клетка является основным этапом,                При этом следует учитывать, что если все двери,
определяющим продолжительность эвакуации лю-               включая и двери выхода с этажа пожара, закрыты,
дей из высотного здания. В то же время лестничная          то в лестничной клетке образуется чрезвычайно
клетка представляет собой аэродинамический ка-             высокое избыточное давление. Натурные экспери-
нал, интенсифицирующий распространение опас-               менты, проведенные в 20-этажном офисном здании
ных факторов пожара по смежным этажам высот-               “Роснефть” (Москва, Дубининская ул., 31), показа-
ного здания. Ввиду того что в лестничной клетке не         ли, что усилие, необходимое для открывания двери,
устанавливается система пожаротушения, при моде-           достигает 1160 Н (или 580 Па). Такую дверь не под
лировании пожара рассматривается действие толь-            силу открыть даже взрослому здоровому мужчине
ко системы противодымной защиты. Поскольку аэро-           (необходимы стравливающие воздух клапаны, сра-
динамический режим лестничной клетки зависит               батывающие при превышении нормативного значе-
от количества и расположения открытых в нее вы-            ния давления в лестничной клетке).
ходов с этажей, то моделирование распространения               В последующих экспериментах, когда была от-
ОФП по лестничной клетке при функционировании              крыта дополнительно входная дверь, продукты го-
системы противодымной защиты проводилось с уче-            рения начали проникать с этажа сначала в лестнич-
том различных алгоритмов эвакуации людей (эва-             ную клетку, а затем через дверь наружу, за пределы
куация с одного этажа, одновременная эвакуация со          здания.
всех этажей, поэтапная эвакуация).                             Далее, чем больше открывалось дверей на эта-
В качестве модели использовался блок из девя-          жах, тем больше ослабевал подпор воздуха в лестнич-
ти этажей, план каждого из которых соответствовал          ной клетке. Так, когда двери со всех этажей были от-
схеме предыдущего этапа численного эксперимен-             крыты, дым начинал постепенно подниматься вверх
та. Объектом исследования распространения опас-            по лестничной клетке: сначала дым заполнил этаж,
ных факторов пожара была незадымляемая лест-               который располагался над этажом пожара, затем

ISSN 0869-7493 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2013 ТОМ 22 № 4

БЕЗОПАСНОСТЬ ЛЮДЕЙ ПРИ ПОЖАРАХ

Таблица 4. Результаты моделирования ОФП в блоке этажей

Открытые дверные проемы на этаже на лестничную клетку/Оконные проемы                tкр, с,
Номер                                  на рассматриваемом этаже                           Этаж
на лестничной
эксперимента                                                                                пожара
1         2      3       4       5       6       7       8      9     Улица          площадке

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Без ПДЗ +/– – 1
1        +/–                                                                              1       Н/н
2        +/–                                                                         +    1       99,6
3 +/+ + 1
4 +/– +/– + 1
5        +/+      +/+                                                                +    1      127,2
6        +/–      +/+     +/+                                                        +    1      104,4
7        +/–      +/+     +/+     +/+                                                +    1      106,8
8        +/–      +/+     +/+     +/+     +/+                                        +    1      106,2
9        +/–      +/+     +/+     +/+     +/+     +/+                                +    1       97,8
10       +/–      +/+     +/+     +/+     +/+     +/+    +/+                         +    1      101,4
11       +/–      +/+     +/+     +/+     +/+     +/+    +/+     +/+     +/+         –    1       97,2
12       +/–      +/+     +/+     +/+     +/+     +/+    +/+     +/+     +/+         +    1      100,8
13                                        +/–                                             5       Н/н
14                                        +/–                                        +    5      109,2
15 +/+ + 5
16                                        +/–     +/–                                +    5      116,4
17                                        +/+     +/+                                +    5      102,6
18                                +/+     +/–     +/+                                +    5      109,8
19                        +/+     +/+     +/–     +/+                                +    5       94,8
20                        +/+     +/+     +/–     +/+    +/+                         +    5      109,2
21                        +/+     +/+     +/–     +/+    +/+     +/+                 +    5      117,6
22                +/+     +/+     +/+     +/–     +/+    +/+     +/+                 +    5       89,4
23 +/+ +/+ +/+ +/– +/+ +/+ +/+ +/+ – 5
24       +/+      +/+     +/+     +/+     +/–     +/+    +/+     +/+     +/+         +    5       89,4
25                                                                       +/–              9       Н/н
26                                                                       +/–         +    9      108,6
27 +/+ + 9
28                                                               +/–     +/–         +    9       82,8
29                                                               +/+     +/+         +    9      108,6
30                                                       +/+     +/+     +/–         +    9       91,8
31                                                +/+    +/+     +/+     +/–         +    9       90,6
32 +/+ +/+ +/+ +/+ +/– + 9
33                                +/+     +/+     +/+    +/+     +/+     +/–         +    9       93,6
34                        +/+     +/+     +/+     +/+    +/+     +/+     +/–         +    9       82,2
35                +/+     +/+     +/+     +/+     +/+    +/+     +/+     +/–         –    9       88,2
36       +/+      +/+     +/+     +/+     +/+     +/+    +/+     +/+     +/–         +    9       98,4
Примечания.
1. В графах 2–11 знак “+” означает открытый дверной или оконный проем, а знак “–” — закрытый.
2. Красным цветом в таблице выделены строки, данные в которых относятся к этажу пожара.

46 ISSN 0869-7493 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2013 ТОМ 22 № 4

БЕЗОПАСНОСТЬ ЛЮДЕЙ ПРИ ПОЖАРАХ

последовательно вышерасположенные этажи. При-
мер распространения опасных факторов пожара
(см. табл. 4, эксперимент № 12) в первые 4 минуты
(при одновременной эвакуации — все двери на эта-
жи открыты) дает следующие изменения ситуации
с интервалами времени 1 мин:
l  1-я минута: пожар распространяется в пределах
этажа и не выходит в лестничную клетку;
l  2-я минута: дым заполнил коридор этажа пожа-
ра и частично попал в лестничную клетку; буль-
шая часть дыма выходит из здания через выход
наружу благодаря работе системы подпора воз-        Рис. 6. Иллюстрация обеспечения условий своевременной
духа;                                               эвакуации людей: а — при действительном развитии процес-
l  3-я минута: подпора воздуха в лестничной клет-      сов эвакуации (tэв = tн.эв + tр.эв) и опасных факторов пожара
(tн.б), описываемых плотностями распределения вероятно-
ке недостаточно, и дым распространился по ней
стей времени их достижения Р(t); б — при детерминирован-
на вышележащие этажи, создав среду, неблаго-        ном описании этих процессов, игнорирующем действитель-
приятную для нахождения человека;                   ный (вероятностный) характер этих процессов (соотноше-
l  4-я минута: дым распространился по лестничной       ние только между средними значениями tэв Ј tн.б)
клетке и попал на вышележащие этажи вблизи
этажа пожара. На 1–4-м этажах значения опас-        онно-стохастической модели и имеет программное
ных факторов пожара достигли критических.           обеспечение [19].
В отличие от моделирования движения людских
Заключение                          потоков методология моделирования распростране-
Распространение опасных факторов пожара име-       ния опасных факторов пожара использует детерми-
ет стохастическую природу, определяемую как не-        нированное описание процесса, что не позволяет
однозначностью [9, 15] параметров пожарной на-         адекватно реальности оценить вероятность выпол-
грузки и места возникновения очага пожара, так и ва-   нения условия своевременной эвакуации людей:
риативностью термодинамики газовоздушной сре-          Р(tэв) > Р(tкр). Такое положение заставляет искать спо-
ды, образующейся при пожаре под влиянием атмо-         собы корректировки существующей методики мо-
сферных воздействий, режимов функционирования          делирования динамики ОФП путем имитации сто-
систем противопожарной защиты и объемно-плани-         хастичности процесса моделирования множества
ровочной структуры помещений, являющихся кана-         вариантов (сценариев) развития пожара для установ-
лами ее распространения и в то же время путями эва-    ления условий обеспечения своевременной эвакуа-
куации людей из здания. Поэтому модели развития        ции в целях, определяемых федеральным законом [10].
пожара должны использовать числовые характери-             Результаты имитации стохастичности процесса
стики случайных величин исходных данных, а не их       распространения опасных факторов путем поэтап-
детерминированные значения и воспроизводить ди-        ного моделирования их динамики на последователь-
намику развития пожара в виде случайного процесса.     но расположенных участках коммуникационных по-
В связи с этим оценка выполнения основного усло-       мещений высотных зданий приводят к следующим
вия обеспечения безопасности людей при определе-       основным выводам.
нии пожарного риска должна производиться на осно-          1. Продолжительность безопасного пребывания
вании сопоставления случайных величин (рис. 6,а)       людей tн.б.п при пожаре в помещениях функциональ-
времени завершения эвакуации людей Р(tэв) и вре-       ной пожарной опасности класса Ф4.3 площадью
мени их блокирования на путях эвакуации опасны-        от 10 до 50 м2 при нефункционирующих системах
ми факторами пожара Р(tкр), а не сравнения значений    противопожарной защиты составляет от 20 до 30 с
отдельных реализаций (рис. 6,б), полученных при        соответственно. Время начала эвакуации людей tн.эв
детерминированных значениях параметров и зави-         из таких помещений не должно превосходить соот-
симостях между ними в этих процессах.                  ветствующих значений tн.б.п.
Методология математического моделирования              2. Выполнение требований о недопущении рас-
движения людских потоков основывается на его опи-      пространения пожара за пределы помещения и тре-
сании в форме случайного процесса, отражающего         бований ч. 2 ст. 61 [1] о ликвидации пожара до воз-
физическую и психологическую неоднородность лю-        никновения критических значений его опасных фак-
дей в составе потока и стохастичность кинематики       торов в помещении обуславливает необходимость
и динамики их движения [16–18], что нашло отраже-      применения инновационной системы АУПТ с при-
ние в нормативных документах [2] в виде имитаци-       нудительным пуском, обеспечивающей время нача-

ISSN 0869-7493 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2013 ТОМ 22 № 4

БЕЗОПАСНОСТЬ ЛЮДЕЙ ПРИ ПОЖАРАХ

ла ее функционирования менее tн.б.п и контролирова- ния производительности клапана ДУ с учетом площади развивающегося пожара.

3. При невозможности блокировать помещения путей эвакуации на этаже пожара от распростране- ния в них ОФП из очага пожара выбор требуемых значений параметров функционирования систем про- тивопожарной защиты в коридоре этажа должен осу- ществляться на основании построения области ве- роятных значений времени блокирования (tн.б.к) ко- ридора опасными факторами пожара (см. рис. 5) и нанесения на нее границ вероятных значений вре- мени движения людских потоков по участкам эва- куационного пути этого этажа (рис. 7).

4. При определении вероятных значений време- ни блокирования коридора следует учитывать также случайный характер величины пожарной нагрузки, Рис. 7. Область решений по выбору требуемых значений па- определяя закон распределения времени блокиро- раметров функционирования систем противопожарной за- щиты с учетом времени эвакуации людей вания путей эвакуации в виде композиции законов распределения случайных величин характеристик по- жарной нагрузки и времени распространения ОФП. организация комбинированной (с использованием

5. Алгоритм функционирования систем противо- лифтов) поэтапной эвакуации людей из высотных дымной защиты незадымляемых лестничных клеток зданий [21, 22].

должен согласовываться с алгоритмом эвакуации по 7. При невозможности ограничения распростра- ним людей с этажей высотного здания [20]. нения ОФП за пределы помещения очага пожара не-

6. Для сокращения продолжительности эвакуа- обходимо устройство зон пожарной безопасности ции из высотного здания и повышения при этом без- на каждом этаже высотного здания в составе его опасности людей в лестничных клетках необходима транспортно-коммуникационного узла.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Технический регламент о требованиях пожарной безопасности : Федер. закон от 22.07.2008 г.

№ 123-ФЗ; принят Гос. Думой 04.07.2008 г.; одобр. Сов. Федерации 11.07.2008 г. // Собр. законо- дательства РФ. — 2008. — № 30 (ч. I), ст. 3579.

2. Методика определения расчетных величин пожарного риска в зданиях, сооружениях и строениях различных классов функциональной пожарной опасности : приказ МЧС России от 30.06.2009 г.

№ 382; введ. 30.06.2009 г. // Российская газета. — 2009. — № 161.

3. Стрельчук Н. А., Ройтман М. Я., Башкирцев М. П., Кривошеев И. Н., Котов Н. Л. Обоснование допустимого времени эвакуации из зданий различного назначения : отчетная справка / Высшая пожарно-техническая школа МВД СССР. — М. : ВИПТШ МВД СССР, 1972.

4. Кошмаров Ю. А. Развитие пожара в помещении // Горение и проблемы тушения пожаров : cб.

науч. тр. ВНИИПО МВД СССР. — М. : ВНИИПО, 1977.

5. Воланин Е. Температурный режим и газообмен в помещениях в условиях пожара при горении

ЛВЖ : дис. … канд. техн. наук. — М. : ВИПТШ МВД СССР, 1983.

6. Кошмаров Ю. А. Прогнозирование опасных факторов пожара в помещении : учебное пособие.

— М. : АГПС МВД РФ, 2000. — 118 c.

7. Рыжов А. М. Моделирование на ЭВМ скоростных, температурных и концентрационных полей при пожарах в помещениях : дис. … канд. техн. наук. — М. : ВИПТШ МВД СССР, 1986.

8. Ани Э. В., Григорьев Г. Н., Леонович А. А. Дымообразующая способность древесных материалов

// Безопасность людей при пожарах. — М. : ВНИИПО МВД СССР, 1981.

9. Никонов С. А. Разработка мероприятий по организации эвакуации при пожарах в зданиях с мас- совым пребыванием людей на основе моделирования движения людских потоков : дис. … канд.

техн. наук. — М. : ВИПТШ МВД СССР, 1985.

10. О техническом регулировании : Федер. закон от 27.12.2002 г. № 184-ФЗ; принят Гос. Думой

15.12.2002 г.; одобр. Сов. Федерации 18.12.2002 г. // Российская газета. — 2002. — № 245.

48 ISSN 0869-7493 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2013 ТОМ 22 № 4

БЕЗОПАСНОСТЬ ЛЮДЕЙ ПРИ ПОЖАРАХ

11. ISO/TR 16738. Пожарная безопасность — техническая информация о методах оценки поведе- ния и движения людей. 2009.

12. Есин В. М., Сидорук В. И., Токарев В. Н. Пожарная профилактика в строительстве. — М. :

ВИПТШ МВД РФ, 1995.

13. Белоусов Л., Дауэнгауэр С. Спринклерные системы водяного пожаротушения с принудитель- ным пуском // Алгоритм безопасности. — 2009. — № 6. — С. 24–27.

14. СНиП 41-01–2003. Отопление, вентиляция и кондиционирование : постановление Госстроя Рос- сии от 26.06.2003 г. № 115; введ. 01.01.2004 г. — М. : ГУП ЦПП, 2004.

15. Костерин И. В., Присадков В. И., Лицкевич В. В. Вероятностная модель оценки времени блоки- рования эвакуационных путей при развитии пожара в зданиях с многосветными пространства- ми // Пожаровзрывобезопасность. — 2012. — Т. 21, № 12. — С. 45–48.

16. Холщевников В. В. Людские потоки в зданиях, сооружениях и на территории их комплексов :

дис. … д-ра техн. наук. — М. : МИСИ, 1983.

17. Закономерность связи между параметрами людских потоков. Авт. В. В. Холщевников. Диплом

№ 24-S. Открытие в области социальной психологии. — М. : РАЕН, МААНОИ, МААНО, 2004.

18. Холщевников В. В. Моделирование людских потоков // Моделирование пожаров и взрывов :

кол. монография. — М. : Пожнаука, 2000. — C. 139–169.

19. Анализ движения людских потоков, вероятность. Версия 2.0 (ADLPV-2.0) : программный про- дукт. Госстандарт России. № РОСС RUCTI05.IT00220.

20. BS EN 12101-6:2005. Smoke and heat control systems. Part 6: Specification for pressure differential systems, 2005.

21. Холщевников В. В. Оптимизация путей движения людских потоков. Высотные здания : дис. … канд. техн. наук. — М. : МИСИ, 1969.

22. Великовский Л. Б., Холщевников В. В. Вопросы эвакуации из высотных зданий // Архитектура

СССР. — 1969. — № 1. — С. 46–49.

Материал поступил в редакцию 25 января 2013 г.

English

ORGANIZATION OF THE SAFE EVACUATION TAKING

INTO ACCOUNT STOCHASTICITY OF THE SPREAD PROCESS

OF DANGEROUS FACTORS IN HIGH-RISE BUILDINGS

KHOLSHCHEVNIKOV V. V., Doctor of Technical Science, Professor of Department of Fire Safety in Construction, State Fire Academy of Emercom of Russia (Borisa Galushkina St., 4, Moscow, 129366,

Russian Federation; e-mail address: reglament2004@mail.ru)

KUDRIN I. S., Researcher of Department of Fire Safety in Construction,

State Fire Academy of Emercom of Russia (Borisa Galushkina St., 4, Moscow,

129366, Russian Federation; e-mail address: ivankudrin@yahoo.com)

ABSTRACT

The blocking time (tn.b = tASET — available safe evacuation time) is considered as stochastic process.

It is necessary for recreation of real stochasticity of spread process of dangerous factors of a fire.

Casual factors are specified as a basic data and subdivided into two groups: characteristics of a fire load and external conditions.

To estimate the influence of stochasticity of fire load characteristics here is presented the results of numerical modeling of time changes tn.b dependent on variations of the linear (Vl) and mass (yb) burnout velocity.

As casual factors of external environment influence it is considered: placement of elements of smoke ventilation system and its productivity, combined operation of smoke exhaust systems and fire suppression systems.

For realization of spread process of dangerous factors of a fire it was chosen the “Fire Dynamic

Simulation” (FDS) software and computing complex. The simulation of dangerous factors of a fire was realized on three stages: within the limits of premises, -floor and -block of floors.

ISSN 0869-7493 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2013 ТОМ 22 № 4

БЕЗОПАСНОСТЬ ЛЮДЕЙ ПРИ ПОЖАРАХ

During modeling of fire spread process on the first stage it were determined requirements of function parameters of fire-prevention systems within the limits of premises which could prevent the process of fire spread out of premises and provide exhaust of combustion products.

The data of series of numerical experiments on the second stage of modeling allows determining the required values of function parameters of fire-prevention systems in order to ensure required time on each way of evacuation at the corridor of burning floor.

On the third stage of modeling it was determined that the functioning algorithm of smoke-proof systems at smoke controlled staircases should comply with the algorithm of people evacuation through these staircases from high-rise building. In order to decrease the evacuation time and increase the level of people safety it is necessary to organize combined (with lifts) stepwise evacuation together with creation of the safety areas on each floor as a part of the transport and communication center.

Keywords: modeling of spread of the fire dangerous factors; evacuation; stochasticity of a process;

high-rise buildings.

REFERENCES

1. Technical Regulations on Fire Safety. Federal Law No. 123-FZ. Collection of Laws of the Russian

Federation, 2008, no. 30 (part I), art. 3579 (in Russian).

2. Technique of determination of settlement sizes of fire risk in buildings, constructions and structures of various classes of functional fire danger. Russian Newspaper, 2009, no. 161 (in Russian).

3. Strelchuk N. A., Roytman M. Ya., Bashkirtsev M. P., Krivosheev I. N., Kotov N. L. Obosnovaniye do- pustimogo vremeni evakuatsii iz zdaniy razlichnogo naznacheniya: otchetnaya spravka [The basis of required evacuation time from buildings of different usage. Report]. Moscow, Higher Fire and Tech- nical School of Ministry of the Interior of USSR Publ., 1972.

4. Koshmarov Yu. A. Razvitiye pozhara v pomeshchenii [The fire spreading in premises]. Goreniye i prob- lemy tusheniya pozharov: cb. nauch. tr. [The burning and the problems of fire fighting. Collection of

Scientific Papers]. Moscow, All-Russian Research Institute for Fire Protection of Emercom of Russia

Publ., 1977.

5. Volanin E. Temperaturnyy rezhim i gazoobmen v pomeshcheniyakh v usloviyakh pozhara pri gorenii

LVZh: dis. kand. tekhn. nauk [Temperature behavior and gas exchange in premises in highly-flammable liquid fire. Cand. tech. sci. diss.]. Мoscow, Higher Fire and Technical School of Ministry of the Interior of USSR Publ., 1983.

6. Koshmarov Yu. A. Prognozirovaniye opasnykh faktorov pozhara v pomeshchenii: uchebnoye posobiye

[The simulation of dangerous fire factors in rooms. Handbook]. Moscow, State Fire Academy of Emercom of Russia Publ., 2000. 118 p.

7. Ryzhov A. M. Modelirovaniye na EVM skorostnykh, temperaturnykh i kontsentratsionnykh poley pri pozharakh v pomeshcheniyakh: dis. kand. tekhn. nauk [The simulation of speed, thermal and concentr- ated fields on PC in fire in the room. Cand. tech. sci. diss.]. Moscow, Higher Fire and Technical School of Ministry of the Interior of USSR Publ., 1986.

8. Ani E. V., Grigoryev G. N., Leonovich A. A. Dymoobrazuyushchaya sposobnost drevesnykh materia- lov [The smoke ability of the wood materials]. Bezopasnost lyudey pri pozharakh [Human safety in fire]. Мoscow, All-Russian Research Institute for Fire Protection of Emercom of Russia Publ., 1981.

9. Nikonov S. A. Razrabotka meropriyatiy po organizatsii evakuatsii pri pozharakh v zdaniyakh s masso- vym prebyvaniyem lyudey na osnove modelirovaniya dvizheniya lyudskikh potokov: dis. kand. tekhn.

nauk [The development of the activities for the organization of evacuation in fire at the buildings of the mass usage which is based on the simulation of the human flow. Cand. tech. sci. diss.]. Moscow, Higher

Fire and Technical School of Ministry of the Interior of USSR Publ., 1985.

10. On technical regulation. Federal Law No. 184-FZ. Russian Newspaper, 2002, no. 245 (in Russian).

11. ISO/TR 16738. Fire-safety engineering — Technical information on methods for evaluating behavior and movement of people. 2009.

12. Yesin V. M., Sidoruk V. I., Tokarev V. N. Pozharnaya profilaktika v stroitelstve [Fire Prevention in Const- ruction]. Moscow, Higher Fire and Technical School of Ministry of the Interior of USSR Publ., 1995.

13. Belousov L., Dauengauer S. Sprinklernyye sistemy vodyanogo pozharotusheniya s prinuditelnym puskom [The water sprinkler system with forced start]. Algoritm bezopasnosti — Algorithm of Safety,

2009, no. 6, pp. 24–27.

14. Construction norms and rules 41-01–2003. Heating, ventilation and conditioning. Moscow, GUP TsPP

Publ., 2004 (in Russian).

50 ISSN 0869-7493 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2013 ТОМ 22 № 4

БЕЗОПАСНОСТЬ ЛЮДЕЙ ПРИ ПОЖАРАХ

15. Kosterin I. V., Prisadkov V. I., Litskevich V. V. Veroyatnostnaya model otsenki vremeni blokirovaniya evakuatsionnykh putey pri razvitii pozhara v zdaniyakh s mnogosvetnymi prostranstvami [Probabilistic model of estimation of the time of evacuation routes blocking the development from atrium at the fire in public buildings]. Pozharovzryvobezopasnost — Fire and Explosion Safety, 2012, vol. 21, no. 12, pp. 45–48.

16. Kholshchevnikov V. V. Lyudskiye potoki v zdaniyakh, sooruzheniyakh i na territorii ikh kompleksov:

dis. d-ra tekhn. nauk [Human flows in buildings, structures and on their adjoining territories. Dr. tech.

sci. diss.]. Moscow, Moscow Construction Institute Publ., 1983.

17. Kholshevnikov V. V. Zakonomernost svyazi mezhdu parametrami lyudskikh potokov. Diplom № 24-S.

Otkrytiye v oblasti sotsialnoy psikhologii [Relationship between parameters of human flow. Diplom

No. 24-S. Scientific discovery in the area of social psychology]. Moscow, Russian Academy of Natural

Sciences Publ., International academy of authors of scientific discovery and inventions Publ., Interna- tional agency of authors of scientific discovery Publ., 2004.

18. Kholshchevnikov V. V. Modelirovaniye lyudskikh potokov [The modeling of human flows]. Modeliro- vaniye pozharov i vzryvov [The modeling of fire and explosions]. Мoscow, Pozhnauka Publ., 2000, pp. 139–169.

19. Software: Analyze of Human Flow Movement, Probability. Version 2.0 (ADLPV-2.0). Gosstandard of

Russia. No. ROSS RUCTI05.IT00220 (in Russian).

20. BS EN 12101–6:2005. Smoke and heat control systems. Part 6: Specification for pressure differential systems, 2005.

21. Kholshchevnikov V. V. Optimizatsiya putey dvizheniya lyudskikh potokov. Vysotnyye zdaniya: dis. kand.

tekhn. nauk [The escape routes optimization for human flow. High-rise buildings. Cand. tech. sci. diss.].

Moscow, Moscow Construction Institute Publ., 1969.

22. Velikovskiy L. B., Kholshchevnikov V. V. Voprosy evakuatsii iz vysotnykh zdaniy [The questions of evacuation from high-rise buildings]. Arkhitektura SSSR — Architecture of USSR, 1969, no. 1, pp. 46–49.

ISSN 0869-7493 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2013 ТОМ 22 № 4