Алгоритм выбора сценариев пожара в зданиях, сооружениях и строениях классов функциональной пожарной опасности Ф1.3 и Ф1.2

Статья опубликована в журнале «Вестник Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС России» выпуск 1, 2021.

Автор статьи: А.А. Панов, кандидат технических наук; А.А. Козлов, Департамент надзорной деятельности и профилактической работы МЧС России. Ю.Ю. Журавлев ООО «НИЭЦ ПБ».

Рекомендуется для слушателей курсов:

Представлен анализ статистических данных о пожарах в зданиях, сооружениях и строениях классов функциональной пожарной опасности Ф 1.3 и Ф 1.2 с целью выбора сценария пожара при расчетах пожарного риска. Приведен анализ выбора сценариев пожара при расчете величины пожарного риска. Приведены предложения по оптимизации и повышению качества нормативно-правовой базы в части обоснования сценариев развития пожара.

Оценка пожарного риска осуществляется путем определения расчетных величин пожарного риска на объекте защиты и сопоставления их с соответствующими нормативными значениями, установленными в ФЗ № 123 [1]. Расчетные величины пожарного риска являются количественной мерой возможности реализации пожарной опасности объекта защиты и ее последствий для людей и материальных ценностей.

Расчет пожарных рисков для общественных зданий проводится по методике, утвержденной приказом МЧС России от 30 июня 2009 г. № 382 [2] (Методика).

Подход при проектировании требований пожарной безопасности, предъявляемых к конкретному типу объекта защиты, требует особого выбора и оценки сценариев возникновения пожара, которые могут возникнуть в здании. Каждый сценарий пожара представляет собой уникальное сочетание событий и обстоятельств, влияющих на исход пожара в здании, включая влияние систем противопожарной защиты, установленных в здании, и действия людей в случае пожара.

Обзор статистики пожаров на примере первого полугодия 2020 г.

За шесть месяцев 2020 г. произошло 246 692 пожара, на которых погибло 4 196 человек, в том числе 173 несовершеннолетних, получили травмы порядка 4 274 человека. Зарегистрированный материальный ущерб составляет около 4,7 млрд руб. В среднем, ежедневно происходило 1 355 пожаров, на которых погибало 23 человека, получали травмы 23 человека, огнем уничтожалось 125 строений.

Количество погибших на 100 тыс. человек населения – 2,9 человека, количество травмированных на 100 тыс. населения – 2,9 человека (рис. 1).

Алгоритм выбора сценариев пожара в зданиях, сооружениях и строениях классов функциональной пожарной опасности Ф1.3 и Ф1.2
Рис. 1. Сравнение за 2019–2020 гг.

Наибольшее количество человек погибло вследствие отравления токсичными продуктами горения – 2 494 человека, от неустановленных причин – 868 человек, от воздействия высокой температуры – 476 человек (рис. 2).

Алгоритм выбора сценариев пожара в зданиях, сооружениях и строениях классов функциональной пожарной опасности Ф1.3 и Ф1.2
Рис. 2. Причины смерти людей

Основными причинами возникновения пожаров являются нарушение правил устройства и эксплуатации электрического оборудования, печного оборудования, неосторожное обращение с огнем, а также поджоги (рис. 3).

Алгоритм выбора сценариев пожара в зданиях, сооружениях и строениях классов функциональной пожарной опасности Ф1.3 и Ф1.2
Рис. 3. Причины пожаров. НПУиЭ – нарушение правил устройства и эксплуатации

Наибольшее кол-во пожаров происходит в зданиях жилого назначения (по отношению ко всем остальным объектам защиты) (рис. 4) [4–6].

Алгоритм выбора сценариев пожара в зданиях, сооружениях и строениях классов функциональной пожарной опасности Ф1.3 и Ф1.2
Рис. 4. Распределение пожаров по объектам разного функционального назначения

Глубокий анализ состояния системы пожарной безопасности в стране и в мире убедительно доказывает, что надо идти по пути совершенствования систем противопожарной защиты и обучения населению действиям при пожарах, так как наиболее частой причиной пожаров является:

1. Неосторожное обращение с огнем – 20 615 пожаров (35,5 % от общего количества пожаров в зданиях жилого назначения), в том числе:
– неосторожность при курении – 7 527 (13,0 %);
– детская шалость – 574 (1,0 %).
2. Аварийный режим работы электрических сетей и оборудования – 19 266 пожаров (33,2 %).
3. Нарушение правил устройства и эксплуатации печного оборудования – 12 377 (21,3 %).
4. Поджог – 3 007 (5,2 %).
5. Иные причины – 2 798 (4,8 %).

Использование таких технических средств, как автоматические установки пожаротушения, является эффективным мероприятием по ограничению распространения пожара и дальнейшая его локализация и ликвидация зависят от эффективности установки, что отражается в статистике пожаров. На основе статистики пожаров можно выделить три типа пожаров, включая пожары с большой дымообразующей способностью, пожары с образованием небольшого количества тепла и дыма и пожары с возможностью перехода огня на другие части зданий и помещений. Для очаговых пожаров вероятность успеха системы тушения обычно высока, поскольку скорость тепловыделения может активировать систему противопожарной защиты. Вероятность успеха не так высока для пожаров без вспышки, и вероятность успеха в основном равна нулю для пожаров с большой дымообразующей способностью [7].

Обоснования выбора сценария пожара

В соответствии с п. 7 Методики [2] сценарий пожара представляет собой вариант развития пожара с учетом принятого места возникновения и характера его развития.

Сценарий пожара определяется на основе данных об объемно-планировочных решениях, о размещении горючей нагрузки и людей на объекте. При расчете рассматриваются сценарии пожара, при которых реализуются наихудшие условия для обеспечения безопасности людей. 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 (ОФП), а именно пожары:

– в помещениях, рассчитанных на единовременное присутствие 50 и более человек;
– в системах помещений, в которых из-за распространения ОФП возможно быстрое блокирование путей эвакуации (коридоров, эвакуационных выходов и т.д.). При этом очаг пожара выбирается в помещении малого объема вблизи от одного из эвакуационных выходов либо в помещении с большим количеством горючей нагрузки, характеризующейся высокой скоростью распространения пламени;
– в помещениях и системах помещений атриумного типа;
– в системах помещений, в которых из-за недостаточной пропускной способности путей эвакуации возможно возникновение продолжительных скоплений людских потоков.

В случаях, когда перечисленные типы сценариев не отражают всех особенностей объекта, возможно рассмотрение иных сценариев пожара. В помещении, имеющем два и более эвакуационных выхода, очаг пожара следует размещать вблизи выхода, имеющего наибольшую пропускную способность. При этом данный выход считается блокированным с первых секунд пожара, и при определении расчетного времени эвакуации не учитывается.

Взяв за основу эти данные, проанализируем различные сценарии пожаров, которые могут выступать как типовые, для рассматриваемых объектов защиты (многоквартирные жилые дома и гостиницы), с целью получения возможности выбора сценария пожара, используемого при расчете величины пожарного риска.

Для подобных типов объектов существует три вида пожаров, такие как:
– пожары с большой дымообразующей способностью (Д1);
– пожары с образованием небольшого количества тепла и дыма (ТД1);
– пожары с возможностью перехода огня на другие части зданий и помещений (КП1).

Возможные сценарии развития пожара могут возникать на каждом этаже здания, и каждый пожар может произойти с открытой или закрытой дверью квартиры, гостиничного номера. Кроме того, при подборе сценария пожара следует рассматривать сценарии, когда жильцы бодрствуют или спят, а системы противопожарной защиты эффективны или нет. В рамках анализа каждого сценария пожара время реагирования и эвакуации людей основывается на анализе воздействия систем обнаружения пожара, систем сигнализации и других возможных особенностей, с которыми люди могут столкнуться во время пожара.

Как видно, эти три вида пожаров наиболее распространены как на территории Российской Федерации, так и во всем мире. Такой вывод можно сделать на основании данных, изложенных в таблице [8].

Алгоритм выбора сценариев пожара в зданиях, сооружениях и строениях классов функциональной пожарной опасности Ф1.3 и Ф1.2

В зависимости от типа систем противопожарной защиты, установленных на объектах защиты, и времени прибытия пожарных подразделений к очагу пожара, возгорания или небольшие по площади пожары могут развиться до крупных, если не обеспечена их локализация. С целью рассмотрения наихудшего сценария пожара при оценке величины пожарного риска, возьмем за исходные данные условия пожара, с которым сталкиваются люди до прибытия пожарных подразделений в самом начале его развития.

Возможности развития пожаров проистекают из различных условий и особенностей каждого конкретного помещения и объекта в целом (источник возгорания, расположение пожарной нагрузки и т.д.).

Открытая или закрытая дверь в помещении очага пожара также является одним из условий, влияющих на распространение опасных факторов пожара по путям эвакуации и соседним помещениям и скорость роста пожара.

Состояние дверного проема и различные виды пожаров могут быть объединены в кластер типовых сценариев пожара, учитывающих эту особенность:

  1. Д1 – с открытым дверным проемом очага пожара;
  2. Д1 – с закрытым дверным проемом очага пожара;
  3. ТД1 – с открытым дверным проемом очага пожара;
  4. ТД1 – с закрытым дверным проемом очага пожара;
  5. КП1 – с открытым дверным проемом очага пожара;
  6. КП1 – с закрытым дверным проемом очага пожара.

Возможность того или иного состояния дверного проема является величиной случайной и коррелируется со статистической вероятностью, изложенной в таблице.

Свойство дверного проема играет важную роль в развитии распространения горения, так, например, даже незначительно открытые дверные проемы дают возможность перехода через них факелов пламени. Эта особенность создает реальную угрозу перехода пожара из первоначального помещения в соседние, а в некоторых случаях – распространение огня на выше и нижележащие этажи зданий и сооружений.

Учитывая вышеизложенное, пожары делятся на два вида:

  1. с открытым дверным проемом очага пожара.
  2. с закрытым дверным проемом очага пожара.

Пожары первого вида, протекающие в помещениях:

  • с высотой не более 6 м до ограждающих конструкций, при расположении в них оконных проемов на одной отметке (уровне), газообмен осуществляется в заданных высотах этих проемов через общий эквивалентный проем;
  • с высотой более 6 м до ограждающих конструкций, при расположении в них оконных проемов на разных отметках (уровнях), расположения приточных и вытяжных проемов достаточно для образования больших перепадов давления, которые влекут за собой увеличение скорости движения газовых потоков, что влияет на скорость выгорания пожарной нагрузки.

Пожары второго вида, протекающие в помещениях с полностью закрытыми дверными проемами, характеризуются особенностями газообмена, который осуществляется только вследствие инфильтрации воздуха и неплотности в ограждениях (притворах дверей, оконных рам, работы систем вытяжной вентиляции без устройства притока). Данные, полученные в результате тушения пожаров и проведения экспериментов, показывают, что при закрытых дверных проемах скорость выгорания пожарной нагрузки не зависит от ее физикохимических свойств и полностью ограничивается расходом воздуха, поступающего в помещение очага пожара через неплотности в ограждающих конструкциях [9–11].

Сценарии, используемые при расчетах величины пожарного риска, могут демонстрировать различные параметры, которые способны повлиять на развитие пожара и распространение опасных факторов пожара, а также на реакцию людей при пожаре (рис. 5).

Модель не пытается уменьшить количество сценариев, хотя из результатов видно, что некоторые сценарии, такие как Д1 и ТД1, вносят меньший вклад в общий риск для жизни. Важными сценариями, определяемыми моделью, являются сценарии с открытой дверью и нерабочими системами противопожарной защиты.

Учитывая вышеизложенное, можно сделать вывод о том, что наиболее худшим выбором сценария пожара является сценарий с отрытыми дверными проемами и нерабочими системами противопожарной защиты, однако стоит помнить, что в соответствии с требованиями нормативных документов по пожарной безопасности системы противопожарной защиты должны находится в исправном состоянии, в противном случае не будут выполняться положения ФЗ № 123 [1], Методики [2] и Правил противопожарного режима.

Алгоритм выбора сценариев пожара

Алгоритм выбора сценариев пожара в зданиях, сооружениях и строениях классов функциональной пожарной опасности Ф1.3 и Ф1.2
Рис.5

Основываясь на этом утверждении, наиболее опасным сценарием пожара в многоквартирных жилых домах и гостиницах с точки зрения расчета величины пожарного риска является пожар в квартире (номере) с открытыми дверными проемами. При этом место пожара (квартира, номер) должно определятся исходя из особенностей объемнопланировочных решений каждого объекта защиты, в частности, наличия в нем требующих в соответствии с действующими нормами определѐнных систем противопожарной защиты, таких как автоматическая пожарная сигнализация, внутренний противопожарный водопровод, система противодымной защиты, система оповещения и управления людей при пожаре и т.д.

Как правило, наиболее худшим местом для выбора помещения пожара являются помещения (квартиры, номера), наиболее удаленные от указанных выше систем (в частности, от клапанов дымоприемных устройств).

При этом стоит отметить, что и при полном соблюдении требований нормативных документов по пожарной безопасности порой в связи с особенностями объемнопланировочных решений конкретного объекта защиты складываются ситуации, когда расчет величины пожарного риска не отвечает требуемым значениям, а добавлять дополнительные системы противопожарной защиты не представляется возможным (к примеру, из-за их полного наличия на объекте защиты), то следует предусматривать в соответствии с пунктом 21 Методики [2] дополнительные противопожарные мероприятия, направленные на снижение величины пожарного риска.

Исходя из проведенного анализа, наиболее эффективным мероприятием (с учетом особенностей класса конструктивной пожарной опасности Ф 1.3, Ф 1.2), снижающим нормативное значение пожарного риска, будет являться устройство противопожарных преград, направленное на ограничение распространения пожара за пределы очага пожара.

Противопожарные стены и перегородки являются одними из типов противопожарных преград, при этом заполнения проемов в таких преградах (двери, ворота, люки и т.д.) также нормируются в соответствии с требованиями ФЗ № 123 [1]. При этом учет в расчете проемов (дверей) закрытыми и применение в качестве заполнения проемов в указанных преградах противопожарных дверей в качестве компенсирующих мероприятий по ограничению распространения пожара должен осуществляться с учетом специфики объекта и предполагаемых проектных решений и обосновываться в расчѐте величины пожарного риска.

Вероятность такого события, как открытая/закрытая дверь квартиры (номера), выражается в долях единицы и равна отношению количества повторений данного исхода события к общему числу повторений события и выражается в формуле вероятности случайного события:
P(А)=K/N,
где K – величина, показывающая сколько раз произошло интересующие нас событие (изменения параметров дверного проема выраженного в 1); N – общее число возможных исходов данного события (равным 2 исходам (дверной проем открыт/закрыт)

P(A)=1 – событие происходит всегда (нет неопределенности).
P(A)=0,5 – событие происходит в половине случаев (есть неопределенность).
P(A)=0 – событие никогда не происходит (нет неопределенности).

В итоге, получаем P(А)=0,5: вероятность события открытого/закрытого дверного проема, в общем случае вероятностного подхода будет происходить в половине случаев. Вероятность того, что дверь будет открыта или закрыта (в итоге), может быть оценена на основе опыта, учитывающего конкретные особенности каждого конкретного объекта защиты. Например, входная дверь в квартиру (номер) может быть в основном закрыта (по соображениям безопасности и конфиденциальности), в то время как дверь в зданиях органов управления учреждений, проектно-конструкторских организаций, информационных и редакционно-издательских организаций, научных организаций, банков, контор, офисов, может быть в основном открыта (для обеспечения рабочего взаимодействия) [12].

Выводы

Результаты анализа статистических данных по пожарам как в России, так и за рубежом позволили выявить алгоритм выбора сценария пожара для класса функциональной пожарной опасности Ф 1.3 и Ф 1.2, который позволит всесторонне рассматривать как наихудшие ситуации распространения опасных факторов пожара в соответствии с п. 7 Методики [2], так и сценарии пожара, реализующие фактический режим работы объектов защиты и поведения людей, как при нормальном функционировании здания, так и при возникновении пожара. В случае превышения нормативного значения пожарного риска в обоих случаях необходимо предусмотреть дополнительные компенсирующие мероприятия (в соответствии с п. 21 Методики [2]), которые будут обосновывать выбор того или иного сценария пожара для классов пожарной опасности Ф 1.3 и Ф 1.2.

  1. Технический регламент о требованиях пожарной безопасности: Федер. закон Рос. Федерации от 22 июля 2008 г. № 123-ФЗ (в ред. от 29 июля 2017 г.). URL: http://docs.cntd.ru/document/902111644 (дата обращения: 15.01.2018).
  2. Методика определения расчетных величин пожарного риска в зданиях, сооружениях и строениях различных классов функциональной пожарной опасности: приказ МЧС России от 30 июня 2009 г. № 382 (ред. от 2 дек. 2015 г.). URL: http://base.garant.ru/12169057/ (дата обращения: 10.03.2019).
  3. О пожарной безопасности: Федер. закон Рос. Федерации от 21 дек. 1994 г. № 69-ФЗ (в ред. от 28 мая 2017 г.). URL: http://www.consultant.ru/ document/cons_doc_LAW_5438/ (дата обращения: 15.03.2018).
  4. Эвакуация и поведение людей при пожарах: учеб. пособие / В.В. Холщевников [и др.]. М.: Акад. ГПС МЧС России, 2015. 262 с.
  5. Холщевников В.В., Самошин Д.А. Эвакуация и поведение людей при пожарах. М.: Акад. ГПС МЧС России, 2009. 212 с.
  6. Айбуев З.С.-А., Исаевич И.И., Медяник М.В. Свободное движение людей в потоке и проблемы индивидуально-поточного моделирования // Пожаровзрывобезопасность. 2015. Т. 24. № 6. С. 66–73.
  7. Карпов В.Л., Медяник М.В. О необходимости реализации процесса превентивного спасения людей при пожаре в уникальных высотных зданиях // Пожаровзрывобезопасность. Т. 26. № 8. С. 25–30. DOI: 10.18322/PVB.2017.26.08.25-30.
  8. Kuligowski E.D., Peacock R.D. A review of building evacuation models / National Institute of Standards and Technology // Technical Note 1471. Washington: U.S. Department of Commerce, 2005. 156 p. URL: https://ws680.nist.gov/publication/get_pdf.cfm?pub_id=902501 (дата обращения: 20.03.2019).
  9. Guan Heng Yeoh and Kwok Kit Yuen (eds.). Computational fluid dynamics in fire engineering: theory, modelling and practice. Oxford: Butterworth-Heinemann, 2009. 544 p. DOI: 10.1016/B978-0-7506-8589-4.X0001-4.
  10. Hermes. Investigation of an evacuation assistant for use in emergencies during largescale public events // Institute for Advanced Simulation (IAS), 2011. URL: https://www.fzjuelich.de/ias/jsc/EN/Research/ModellingSimulation/CivilSecurityTraffic/Projects/Hermes/_node.html.
  11. Schadschneider A., Klingsch W., Klüpfel H., Kretz T., Rogsch C., Seyfried A. Evacuation dynamics: empirical results, modeling and applications // Encyclopedia of Complexity and System Science // Meyers R. (ed.). New York: Springer, 2009. P. 3142–3176. DOI: 10.1007/978-0-387-30440-3_187.
  12. Анализ обстановки с пожарами и их последствий на территории Российской Федерации за 9 месяцев 2020 года. URL: https://fireman.club/literature/analiz-obstanovki-spozharami-i-ih-posledstviy-na-territorii-rf-za-9-mesyatsev-2020-goda/ (дата обращения: 12.02.2021).

Учим самостоятельно считать риски по методикам определения расчетных величин пожарного риска. Практикуем по основным этапам расчетов под руководством опытных экспертов.