Анализ условий обеспечения требуемого уровня индивидуального пожарного риска в высотных зданиях Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

—-------ЖИЛИЩНОЕ ---

СТРОИТЕЛЬСТВО

УДК 69.032.22:614.841.45

В.В. ХОЛЩЕВНИКОВ, д-р техн. наук, И.С. КУДРИН, инженер ([email protected]), Академия государственной противопожарной службы МЧС РФ (Москва)

Анализ условий обеспечения требуемого уровня индивидуального пожарного риска в высотных зданиях

Проанализирован расчет пожарного риска в соответствии с Федеральным законом № 123 «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» в высотных зданиях различных классов функциональной пожарной опасности (гостиницы, офисные и жилые здания). Даны разъяснения по использованию и интерпретации начального времени эвакуации. Показано, что комбинированная эвакуация - единственный способ обеспечения своевременной беспрепятственной и безопасной эвакуации.

Ключевые слова: пожарный риск, эвакуация, высотные здания, беспрепятственность, начальное время эвакуации.

В 2002 г. в Российской Федерации при пожарах погибло 19988 человек. При 145-миллионном населении страны это дает значение вероятности Ов = 13810-6. По данным статистики, приблизительно в 10 раз больше людей получают при пожарах тяжелые ожоги и травмы [1]. В то же время Федеральный закон № 123-Ф3 «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» (далее ФЗ № 123), как и ГОСТ 12.1.004-91* «Пожарная безопасность. Общие требования» (далее ГОСТ 12.1.004-91*), требует: «Индивидуальный пожарный риск в зданиях, сооружениях и строениях не должен превышать значения одной миллионной в год...» (ст. 79 ч. 1 ФЗ № 123). Следовательно, статистические данные показывают, что в нашей стране фактический уровень пожарной опасности для людей превышает нормативный уровень более чем в 1000 раз!

По данным статистики, доля погибших на 1 пожар в здании высотой более 25 этажей в 3-4 раза выше по сравнению со зданиями высотой до 16 этажей. Кроме того, в зданиях высотой более 100 м 50% людей не в состоянии быстро его покинуть из-за физической усталости при спуске по лестницам [2].

Ст. 6 ФЗ № 123 гласит: «1. Пожарная безопасность объекта защиты считается обеспеченной, если... пожарный риск не превышает допустимых значений, установленных настоящим Федеральным законом».

Совершенно очевидно, что возведение требования расчета пожарного риска в ранг юридического (Федеральный закон) направлено на всемерное усиление требований обеспечения безопасности людей в зданиях начиная со стадии их проектирования. Оно должно обеспечиваться надежностью применяемых для этого систем, достоверностью используемых для расчетов данных и методов. В ст. 6 ч. 7 ФЗ № 123 указывается: «Порядок проведения расчетов по оценке пожарного риска определяется нормативными правовыми актами Российской Федерации». В соответствии с этим приказом МЧС РФ от 30.06.2009 № 382 утверждена «Методика определения расчетных величин

пожарного риска в зданиях, сооружениях и строениях различных классов функциональной пожарной опасности» (далее Методика).

Согласно Методике:

1. Индивидуальный пожарный риск отвечает требуемому уровню, если:

Ов < он,

(1)

где ов = 1 • 10-6 год - нормативное значение индивидуального пожарного риска; Ов - расчетная величина индивидуального пожарного риска.

2. Расчетная величина индивидуального пожарного риска Ов рассчитывается по формуле:

Ов = Оп(1 - Яап)-РПр-(1 - РЭК1 - Рп.з). (2)

Достоинством Методики является то, что значения величин, необходимых для определения вероятности эффективного срабатывания установок автоматического пожаротушения Яап и вероятность эффективной работы системы противопожарной защиты Рп. приводятся в явном виде: Яап = 0,9; значение Рпз составляет 0,87.

Анализ Методики применительно к наиболее распространенным функциональным видам высотных зданий показывает необходимость обеспечить вероятность эвакуации Рэ = 0,999 при выполнении практически единственно приемлемого условия:

tp + ^ < 0,8?6л и < 6 мин.

(3)

Таким образом, требуемый уровень индивидуального риска может быть обеспечен только при организации своевременной и беспрепятственной эвакуации людей из здания на всех ее этапах: из помещения; с этажа; по лестничной клетке с выходом наружу; по территории в зоны безопасности, расположенные вне зоны возможного обрушения высотного здания.

Индивидуально каждый потенциальный «приобретатель» квартиры на 31-м этаже, оценивая свой риск, может

щи

I

рассуждать следующим образом: при любой вероятности возникновения пожара (Оп), человек может оказаться в здании, тогда для него Оп = 1, а установки автоматического пожаротушения в этом здании, весьма вероятно, не сработают, ведь Яап всего 0,5 [2] (пусть даже 0,8). Как эвакуироваться? По незадымляемой лестничной клетке? Но противодымная защита тоже может не сработать. Тогда лестничная клетка задымится, а по ней нужно идти больше 300 м, лифт отключат по требованию ФЗ №123 [ст. 89 п. 14]. Так обнаруживается истинная причина нежелания 93% населения городов жить в высотных зданиях [3].

Критерии своевременной и беспрепятственной эвакуации впервые установлены в работах российских ученых [4] и начиная с 1980 г. используются в СНиП 11-2-80 (в настоящее время СНиП 21-01-97*) «Пожарная безопасность зданий и сооружений». Требование (3) является современной формой их выражения. Для их практической реализации научной школой «Теория людских потоков» проведены обширные многолетние практические и теоретические исследования, позволившие установить кинематические закономерности движения людских потоков [4], закономерности связи между их параметрами [5], разработать адекватные реальности модели и программы их расчета в разных условиях эксплуатации зданий различного назначения. Благодаря этим работам сегодня имеются необходимые данные и методы для достоверного прогнозирования ожидаемых ситуаций при различных вариантах организации эвакуации людей из высотных зданий в чрезвычайных обстоятельствах. Многие недостатки в нормировании организации процесса эвакуации людей из высотных зданий, вскрытые еще 40 лет назад [6], были устранены при разработке учебно-методического пособия в АН КБ «Общие требования к комплексному обеспечению безопасности многофункциональных высотных зданий», но некоторые остаются, к сожалению, актуальными и до сих пор. С таким положением столкнется каждый, кто будет рассчитывать значения tнэ и tр для определения величин пожарного риска в высотных зданиях.

Продолжительность интервала времени от возникновения пожара до начала эвакуации людей зависит:

- от того момента времени, когда человек узнает о пожаре по системе оповещения или по его косвенным признакам (даже при оборудовании здания системами пожарной сигнализации вероятность их эффективного срабатывания принимается согласно п. 13 Методики равной Яо6н = 0,8);

- от времени, составляющего не менее 0,18 с, реакции человека на сигнал о пожаре; текстовые сообщения человек прослушивает, как правило, не менее двух раз;

- от состава и продолжительности первых действий людей после осознания надвигающейся опасности, которые зависят от индивидуальных психофизиологических особенностей людей; пола и возраста; вида занятости человека в момент оповещения в состоянии бодрствования или сна; от того, находится человек в помещении один, среди сотрудников или в семье;

- от продолжительности принятия решения о необходимости эвакуации.

Очевидное влияние многих факторов на время начала эвакуации определяет необходимость рассматривать его как случайную величину. Первым документом (и не только в нашей стране), нормировавшим время начала эвакуации людей как случайную величину, являются

МГСН 4.19-2005 «Временные нормы и правила проектирования многофункциональных высотных зданий и зданий-комплексов в городе Москве».

Методика использует эти данные, заменив нормально распределенную случайную величину Д^э максимальным значением ее равномерно распределенного аналога. Поэтому интервал времени формирования людского потока в начале эвакуации:

Д^э = ^э '

0,5,

(4)

а величина потока, выходящего из первичного источника (помещения):

Р = N / Днэ,

(5)

где N - количество людей.

Методика использует установленные закономерности связи между параметрами людских потоков:

У01= У0(1 - а/пй/йо

(6)

в которой Уц - случайная величина скорости потока на j-м виде пути при значении его плотности й, м/мин; У0/■ - случайная величина скорости свободного движения потока по /-му виду пути (при значении его плотности й<й0/), м/мин; й0/ - пороговое значение плотности потока, по достижении которого плотность начинает оказывать влияние на скорость движения в нем людей; а/ - коэффициент адаптации людей к движению по /-му виду пути при увеличении плотности.

Значения этих параметров для различных видов пути и групп мобильности приведены в Методике.

Использование приведенных данных позволяет воспроизвести людской поток, как процесс, наиболее близкий к наблюдаемому в реальности: «размещение людей в потоке имеет всегда неравномерный и часто случайный характер. Расстояние между идущими людьми постоянно меняется, возникают местные уплотнения, которые затем рассасываются и возникают снова. Эти изменения неустойчивы во времени...» [4]. Для этого используется приведенная в методике имитационно-стохастическая модель, реализуемая сертифицированным программно-вычислительным комплексом. Модель дает результаты, наиболее близкие к наблюдаемым в натуре (рис. 1), подтверждая тем самым как корректность используемых закономерностей движения людских потоков, так и возможность достоверного прогнозирования ожидаемых ситуаций при различных вариантах организации эвакуации людей.

Моделирование движения людских потоков при эвакуации в чрезвычайных ситуациях пожара, когда один из эвакуационных выходов с этажа (в лестничную клетку) может быть блокирован, показывает, что при ее организации од-

300

250

_ 200

§

^ 150 2 100 50 0

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30

^ мин

Рис. 1. Изменение количества людей, проходящих через поперечное сечение пути в последовательные моменты времени: 1 — наблюдаемое; 2 — расчетное

цн .1

а Этажи Лестница

25 этаж

20 этаж

18 этаж

16 этаж

в Этажи Лестница

25 этаж

18 этаж

16 этаж

б

25 этаж

20 этаж

18 этаж

9 Э,чел/ м2

16 этаж

г

25 этаж

18 этаж

п-гл / 2 16 этаж

9 Э, чел/ м2

9 Э, чел/ м2

9 Э, чел/ м2

Рис. 2. Динамика изменения плотности людского потока на лестницах при эвакуации по 100 чел. с этажа через: а — 0,5 мин; б — 1 мин; в — 1,5 мин; г — 2 мин

новременно со всех этажей в лестничной клетке образуются плотности превышающие значения, допустимые для беспрепятственного движения (рис. 2). Образование скоплений людей с плотностью более 7-8 чел/м2 чреваты гибелью людей в результате компрессионной асфиксии (отсутствие пульса, удушье, обусловленное кислородным голоданием и избытком углекислоты в крови и тканях при сдавли-

вании дыхательных путей извне), затаптыванием упавших людей в образующихся свалках.

В результате скоплений с максимальной плотностью, образующихся на лестнице, люди не могут своевременно выйти с этажей, что ведет к нарушению требования своевременности эвакуации: ^нэ + tp) < 0,8 а задержка движения возрастает в десятки раз.

24 этаж

24 этаж

5

5

24 этаж

24 этаж

23 этаж

23 этаж

22 этаж

22 этаж

21 этаж

21 этаж

20 этаж

20 этаж

19 этаж

19 этаж

17 этаж

17 этаж

5

5

------ЖИЛИЩНОЕ

СТРОИТЕЛЬСТВО

Таблица 1

Уровни обеспечения пожарной безопасности

Конструктивные и инженерные решения Лестничная клетка Нормативы Лифтовые установки Нормативы

Несущие конструкции REI 180* МГСН 4.19-2005 п. 4.24

Конструкции шахт лифтов REI 120*, 180* МГСН 4.19-2005 п. 4.24

Площадки, косоуры, марши R 60* МГСН 4.19-2005 п. 4.24

Внутрение ненесущие конструкции EI 60*, 120* МГСН 4.19-2005 п. 4.24

Двери EI 60*, 90* МГСН 4.19-2005 п. 4.29 60*,90* противопож., дымогазонепрониц. МГСН 4.19-2005 п. 4.29, СНиП 21-01-97 п. 8.10

Системы приточной противодымной защиты, подпор воздуха Н2 СНиП 21-01-97 п. 5.15 МГСН 4.19-2005 п. 4.24 Шахты Холлы СНиП 41-01-2003 п. 8.15б МГСН 4.19-2005 п. 14.60, 14.58

Адресные дымовые извещатели Да Да МГСН 4.19 п. 13.2.43

Системы чрезвычайной опер. телефонной связи Лифты, холлы МГСН 4.19-2005 п. 13.2.51

Материалы отделки полов Негорючие МГСН 4.19-2005 п. 14.33 Негорючие МГСН 4.19-2005 п. 14.70

Система пожарной сигнализации Холлы, шахты МГСН 4.19-2005 п. 13.2.40

* Время от начала огневых испытаний до наступления одного из предельных состояний по огнестойкости, мин.

При этом следует учитывать, что модель расчета подпора воздуха в лестничную клетку для обеспечения ее неза-дымляемости не соответствует условиям одновременной эвакуации людей с этажей, во время которой все двери выходов с этажей или большинство из них оказываются открытыми.

Принятое в России нормирование размеров и необходимого количества лестниц исходя из населенности только одного этажа приводит к парадоксальным результатам: они остаются одинаковыми и для 2- и для 102-этажных зданий! Почему же на это никто не обращает внимания? Зато соблюдается требование: «Эвакуационные пути не должны включать лифты.», вплоть до включения в Технический регламент в ст. 89, п. 14 ФЗ № 123. Однако оно не соблюдается населением высотных зданий, поскольку для большинства людей пройти по лестнице сотни метров в толпе -непосильная задача. Мировая статистика показывает, что «в многоэтажных зданиях лифты используются частью людей, а иногда и большинством для эвакуации до тех пор, пока они действуют» Результаты анкетного опроса, проведенные японскими исследователями, показали, что 67-75% людей при пожаре в зданиях высотой всего лишь 14-20 этажей использовали лифты для эвакуации. 3 тыс. человек спаслись при помощи лифтов из зданий Всемирного торгового центра 11 сентября 2001 г.

В настоящее время уровень противопожарной защиты лифтовых установок идентичен уровню защиты незадым-ляемых лестничных клеток типа Н2 (табл. 1).

Путь к обеспечению беспрепятственной и своевременной эвакуации людей из высотных зданий давно известен [6]: организация поэтапной пешеходной и с использованием лифтов эвакуации. В эффективности поэтапной эвакуации специалисты недавно убедились практически, организовав ряд тренировочных эвакуаций. Результаты моделирования различных вариантов организации эвакуации 15 тыс. человек из 46-этажного офисного блока высотного здания приведены в табл. 2.

МГСН 4.19-2005 (п. 16.2.2.) предоставляет широкие и обоснованные возможности для оптимизации проектных решений по обеспечению безопасности людей при эвакуации из высотных зданий. Необходимо снять архаичные противопожарные ограничения и на государственном уровне, для того чтобы комплексная система безопасности выполняла поставленные перед ней задачи в соответствии с современными требованиями и возможностями.

Список литературы

1. Кожушко Т.Г. Экспертиза проектов в области пожарной безопасности высотных зданий // Глобальная безопасность. 2008. № 1-2. С. 104.

2. Балодян И.А. Актуальные проблемы противопожарной защиты объектов строительства и реконструкции // Строительная безопасность 2004. С. 94.

3. Маклакова Т.Г. Высотные здания. М.: АСВ, 2006. 158 с.

4. Предтеченский В.М., Милинский А.И. Проектирование зданий с учетом организации движения людских потоков. М.: Стройиздат, 1979. 375 с.

5. Закономерности связи между параметрами людских потоков. Диплом № 24-в (авт. Холщевников В.В.) // Научные открытия. М.: Российская академия естественных наук, Международная академия авторов научных открытий и изобретений. М., 2006.

6. Великовский Л.Б., Холщевников В.В. Вопросы эвакуации из высотных зданий // Архитектура СССР. 1969. № 1. С. 46.

Таблица 2

Виды эвакуации Максимальная плотность,чел/м2 Время эвакуации, мин

Одновременная 9 80

Поэтапная пешеходная 3 42

Поэтапная с использованием лифтов 3 24