Современные методы компьютерного моделирования развития пожара и эвакуации: возможности , программное обеспечение

Моделирование (эвакуация, пожар):

область применения, нормативная база

123-ФЗ

«ТЕХНИЧЕСКИЙ РЕГЛАМЕНТ

О ТРЕБОВАНИЯХ ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ»

(в редакции от 23.06.2014)

Раздел I. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
Глава 1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

• Статья 6. Условие соответствия объекта защиты требованиям пожарной безопасности.

Ч.1 п.1: в полном объеме выполнены требования пожарной безопасности, установленные техническими регламентами, принятыми в соответствии с Федеральным законом "О техническом регулировании", и пожарный риск не превышает допустимых значений, установленных настоящим Федеральным законом;

Ч.1 п.2: в полном объеме выполнены требования пожарной безопасности, установленные техническими регламентами, принятыми в соответствии с Федеральным законом "О техническом регулировании", и нормативными документами по пожарной безопасности.

(часть 1 в ред. Федерального закона от 10.07.2012 N 117ФЗ)

Глава 14. СИСТЕМЫ ПРОТИВОПОЖАРНОЙ ЗАЩИТЫ

• Статья 53. Пути эвакуации людей при пожаре.

Ч.1, 2 (безопасная эвакуация людей - t_эв < t_необ)

• Статья 54. Системы обнаружения пожара, оповещения и управления эвакуацией людей при пожаре.

Ч.1 (t_эв < t_необ с учетом допустимого пожарного риска)

• Статья 55. Системы коллективной защиты и средства индивидуальной защиты людей от опасных факторов пожара (t_эв < t_необ)

• Статья 56. Система противодымной защиты (t_эв < t_необ)

• Статья 60. Первичные средства пожаротушения в зданиях и сооружениях.

Ч.2 (Номенклатура, количество и места размещения)

• Статья 61. Автоматические и автономные установки пожаротушения (t_ок.туш < t_бл и др. критерии)

• Статья 64. Требования к декларации пожарной безопасности.

Ч.1 (расчет пожарного риска)

•Раздел III. ТРЕБОВАНИЯ ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ, СТРОИТЕЛЬСТВЕ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

•Глава 18. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ, СТРОИТЕЛЬСТВЕ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

•Статья 78. Требования к проектной документации на объекты строительства. Ч. 2 (отсутствие нормативных требований ПБ -> СТУ -> расчет пожарного риска)

• подтверждение соответствия требованиям пожарной безопасности, установленные техническими регламентами, принятыми в соответствии с Федеральным законом "О техническом регулировании» (создание систем противопожарной защиты (пути эвакуации, обнаружения пожара, оповещения и управления эвакуацией людей при пожаре, противодымная защита) с целью защиты людей и имущества от воздействия опасных факторов пожара и (или) ограничении его последствий);

• подтверждение соответствия требованиям пожарной безопасности при выполнении не в полном объеме требований нормативных документов пожарной безопасности (расчет пожарного риска);

• составление декларации пожарной безопасности в рамках реализации мер пожарной безопасности;

• обоснование требований пожарной безопасности при разработке СТУ на проектирование систем пожарной безопасности для зданий, сооружений, строений, для которых отсутствуют нормативные требования пожарной безопасности.

Нормативная база. Моделирование (эвакуация, пожар)

ОПРЕДЕЛЕНИЕ t_эв, t_необ

123 ФЗ Статья 53. Пути эвакуации людей при пожаре.

Ч.4 Методы определения необходимого и расчетного времени (эвакуации), а также условий беспрепятственной и своевременной эвакуации людей, определяются нормативными документами по пожарной безопасности.

Приказ МЧС РФ от 30.06.2009 N 382 (ред. от 02.12.2015 Приказ 632) «Об утверждении методики определения расчетных величин пожарного риска в зданиях, сооружениях и пожарных отсеках различных классов функциональной пожарной опасности» (далее - Методика):

t_эв – определяется на основе моделирования движения людей из здания

t_необ = 0,8*t_бл – определяется на основе моделирования распространения ОФП по путям эвакуации

t_ск – время скопления людей при критической плотности

Приказ МЧС РФ от 10.07.2009 N 404 (ред. от 14.12.2010 Приказ 649) "Об утверждении методики определения расчетных величин пожарного риска на производственных объектах".

ОСОБЕННОСТИ СОВРЕМЕННОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

• многофункциональные торговые, спортивные и др. сооружения;
• атриумы, галереи, многоэтажные, разноуровневые здания;
• разнородный контингент по группам мобильности (скорость, площадь проекции);
• медицинские учреждения.

СИСТЕМЫ ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

• дымоудаление и подпор воздуха,
• доводчики (устройства для самозакрывания дверей),
• системы оповещения и управления эвакуацией СОУЭ (поэтапная эвакуация),
• объемно-планировочное решение Применение вариативного моделирования позволяет изучить влияние различных объемно-планировочных решений на исход эвакуации при пожаре -> найти оптимальный вариант по цене и качеству.

МОДЕЛИРОВАНИЕ: источники ограничений на постановку задачи

- положения нормативных документов;
- используемые модели и численные методы;
- возможности программного обеспечения.

Требования к расчетному инструменту: ПРАВИЛА ХОРОШЕГО ТОНА

• расчетные модели: полевая (ОФП) и индивидуально-поточная (эвакуация), включающие максимальную программную реализацию своих возможностей с необходимым (но не избыточным) набором регулируемых параметров;
• единый построитель и формат исходных данных (3D-модель здания) для расчета эвакуации и распространения ОФП (или согласованные форматы);
• удобный построитель 3D-модели объекта, включая импорт из BIM-программ проектирования;
• совместная 3D-визуализация расчетов;
• автоматизированный совместный анализ результатов расчетов и формирование отчета;
• автоматизированное формирование отчетов по исходным данным.

МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ для РАСЧЕТА РАСПРОСТРАНЕНИЯ ОФП

ЭВОЛЮЦИЯ МЕТОДОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПОЖАРА

ПОЛЕВАЯ МОДЕЛЬ РАЗВИТИЯ ПОЖАРА:

моделируемые физико-химические процессы

ЭВОЛЮЦИЯ МЕТОДОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭВАКУАЦИИ

МОДЕЛЬ ЭВАКУАЦИИ индивидуально-поточного типа

Класс индивидуально-поточных моделей - моделируется движение каждого отдельного человека с учетом препятствий и наличия других участников движения.
Индивидуально задаются характеристики:
- группа мобильности,
- площадь проекции человека,
- скорость движения человека,
- время начала эвакуации,
- расположение в начальный момент времени,
- путь эвакуации.
Учет изменения видимости (например, по причине задымления).
Учет (изменение) информированности людей о планировке здания.
Назначение ролей (событийное моделирование).

ОСОБЕННОСТИ ДВИЖЕНИЯ ЛЮДСКИХ ПОТОКОВ: скорость и плотность

Беляев С. В. Эвакуация зданий массового назначения. – М.: Изд. Всесоюзной академии архитектуры, 1938.
Предтеченский В. М., Милинский А. И. Проектирование зданий с учетом организации движения людских потоков. – М.: Изд. лит. по строительству, 1969; Berlin, 1971; Koln, 1971; Praha, 1972; U.S., New Delhi, 1978.
Изд. 2. – М.: Стройиздат, 1979.

Холщевников В. В., Самошин Д. А., Исаевич И. И. Натурные наблюдения людских потоков: учебное пособие. – М.: Академия ГПС МЧС России, 2009. – 191 с.
Приказ МЧС РФ № 382 от 30.06.2009

Нормативные документы: что проверяется

Административный регламент Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий исполнения государственной функции по надзору за выполнением требований пожарной безопасности (Приказ МЧС 644 от 30 ноября 2016)

П. 48. В случае поступления заключения НОР до утверждения ежегодного плана в орган ГПН, проверяется соответствие указанного заключения требованиям Правил оценки (Постановление Правительства РФ N 304 в ред. от 15 .08.2014).

// 4. Независимая оценка пожарного риска включает следующее:

// (в) в случаях, установленных нормативными документами по пожарной безопасности, - проведение необходимых

// исследований, испытаний, расчетов и экспертиз, а в случаях, установленных 123-ФЗ, - расчетов по оценке пожарного риска;

П. 63. В случае проведения расчета по оценке пожарного риска на объект защиты проверяется:

- соответствие исходных данных, применяемых в расчете, фактическим данным, полученным в ходе его обследования;

// (геометрические размеры объемно-планировочного решения,

// наличие/расположение инженерных систем пожарной безопасности,

// возможные места начального расположения людей,

// индивидуальные характеристики людей)

- соответствие требованиям, установленным Правилами проведения расчетов по оценке пожарного риска на объект защиты, утвержденными постановлением Правительства Российской Федерации N 272.

Нормативные документы: Постановление 272

Постановление Правительства Российской Федерации от 31 марта 2009 г. № 272 «О порядке проведения расчетов по оценке пожарного риска»:
П. 3. Определение расчетных величин пожарного риска осуществляется на основании:
а) анализа пожарной опасности объекта защиты;
б) определения частоты реализации пожароопасных ситуаций;
в) построения полей опасных факторов пожара для различных сценариев его развития;
г) оценки последствий воздействия опасных факторов пожара на людей для различных сценариев его развития;
д) наличия систем обеспечения пожарной безопасности зданий, сооружений и строений.

П. 7. Расчеты по оценке пожарного риска оформляются в виде отчета, в который включаются:
а) наименование использованной методики, предусмотренной пунктом 5 настоящих Правил;
б) описание объекта защиты, в отношении которого проведен расчет по оценке пожарного риска;
в) результаты проведения расчетов по оценке пожарного риска;
г) перечень исходных данных и используемых справочных источников информации;
д) вывод об условиях соответствия (несоответствия) объекта защиты требованиям пожарной безопасности.

ОФП: особенности численного решения,

влияющие на линейные размеры, принятые в расчете

Способы дискретизации расчетной области:
- декартовы неструктурированные сетки;
- неортогональные блочно-структурированные сетки.
Способ дискретизации и выбранный шаг сетки могут давать искажение линейных размеров объекта, принятых в расчете, в сравнении с размерами самого объекта.

ОФП: ортогональные неструктурированные сетки (FDS)

FDS, ПРОБЛЕМЫ: ортогональные сетки

FDS (Феникс, Урбан, Фогард), ПРОБЛЕМЫ: ортогональные сетки

ОФП: ортогональные неструктурированные сетки

ОФП: неортогональные блочно-структурированные сетки

ОСОБЕННОСТИ ЧИСЛЕННОГО РЕШЕНИЯ

неортогональные блочно-структурированные сетки позволяют:
- использовать собственный произвольный шаг пространственной дискретизации в каждом блоке;
- заданные геометрические размеры в 3D-модели здания не изменяются при дискретизции расчетной области (создании сетки) и проведении численного моделирования развития пожара.
Оптимальная по составу расчетная область и точный учет геометрических размеров элементов объекта.

ОФП: неортогональные блочно-структурированные сетки

ОСОБЕННОСТИ ЧИСЛЕННОГО РЕШЕНИЯ

Экономичный подход к созданию расчетных областей

100 000 ячеек

ОСОБЕННОСТИ ЧИСЛЕННОГО РЕШЕНИЯ

- использование экономичных URANS-моделей турбулентности позволяет предъявлять пониженные требования к вычислительным характеристикам персонального компьютера (по сравнению с использованием LES, гибридных LES/RANS, DES моделей турбулентности), характерный размер шага дискретизации от 0,2 м (в помещении очага пожара) до 1 м на существенном удалении от очага пожара;
- отсутствие привязки к шагу дискретизации расчетной области;
- точный учет геометрических размеров объекта при проведении расчетов позволяет исследовать влияние объемно-планировочных решений на распространение опасных факторов пожара и на процесс эвакуации (при пожаре);
- за счет разделения понятий расчетных областей для моделирования эвакуации и распространения опасных факторов пожара в программе реализована гибкая постановка задач.

Что определяет исходные данные при расчетах риска:

возможности и ограничения

Перечень исходных данных по сценариям: виды данных

- данные с объекта (объемно-планировочное решение, линейные размеры, системы противопожарной защиты, данные по контингенту и начальному расположению)

(линейные размеры проверяются согласно п.63 Адм. Регламента, но часто не соответствуют принятым в расчете в силу используемых методов расчета);
-данные, характеризующие сценарий (эвакуация + пожар), (расположение очага, характеристики ГН, расчетные области, схема движения людей);
- данные, характеризующие используемые модели и численные процедуры моделирования (как результат – вывод о соответствии принятых в расчете геометрических размеров фактическим данным объекта).

Перечень исходных данных по сценариям:

где используются в расчете

Перечень исходных данных: ОФП (полевая модель)

1. Место возгорания
2. Площадь горючей нагрузки //параметр для манипуляций
3. Площадная плотность (масса горючей нагрузки) // параметр для манипуляций
4. Характеристики горючей нагрузки
5. Учет АУПТ
6. Расчетная область (помещения, принятых в расчете) //определяет выполнение требований по наихудшимусловиям
7. Объем расчетной области
8. Геометрические размеры объемов (помещений) объекта //часто не совпадают с данными, принятыми в расчете
9. Связь с внешней относительно здания средой (открытые проемы)
10. Условия на проемы внутри расчетной области
11. Условия на ограждающие конструкции здания (адиабатные, изотермические, теплопроводные)
12. Начальная температура внутри расчетной области (здания) // но не за его пределами
13. Температура внешней среды // не всегда является таковой
14. Разрушение оконных проемов
15. Противодымная вентиляция
16. Дискретизация расчетной области – шаг сетки //для ортогональных сеток – позволяет дать оценку искажения линейных размеров)
17. Количество ячеек в расчетной области
18. Время моделирования (больше чем время окончания эвакуации!!!)
19. Длина расчетного шага
20. Частота сохранения данных моделирования

Перечень исходных данных: эвакуация

1. Расчетная область (состав помещений, вошедших в расчетную область)
2. Выходы наружу из здания, принятых в расчете
3. Геометрические размеры путей эвакуации объекта (принятых в расчете)
4. Всего людей в расчетной области (с распределением по степени мобильности)
5. Начальное расположение людей // инструмент для манипуляции
6. Индивидуальные характеристики // инструмент для манипуляции
7. Время начала эвакуации
8. Направление движения внутри расчетной области (схема эвакуации)
9. Заужение коридоров при открывании дверей в сторону коридоров

ПО КАЖДОМУ пункту перечня нужно указать принимаемое ЗНАЧЕНИЕ и ОБОСНОВАНИЕ

Особенности анализа результатов расчетов

Где нужно сопоставление данных развития пожара и эвакуации?

Согласно п.12 Методики на эвакуационных путях.

Тем самым обеспечивается наблюдение за условиями на протяжении всей эвакуации.

Особенности определения критического значения при определении блокирования по дальности видимости?

Согласно п. I Приложения 6 (стр.2), по потере видимости – 20 м

(для случая, когда оба горизонтальных линейных размера помещения меньше 20 м, предельно допустимое расстояние по потере видимости следует принимать равным наибольшему горизонтальному линейному размеру).

Особенности определения блокирования помещений с несколькими выходами.

Согласно п. I Приложения 6 (стр.2) для помещений с соизмеримыми горизонтальными размерами критическое время определяется как максимальное из критических времен для эвакуационных выходов из данного помещения (время блокирования последнего выхода).

ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ

Существуют ли автоматизированные способы определения контрольных точек?
Как понять, что при расчете все линейные размеры соответствуют введенным пользователем?
Как подробно нужно представлять данные по людям, например, если расчет для ТРЦ и в сценарии 3000 человек?
Как происходит пересчет в дальность видимости оптической плотности дыма?
Можно ли автоматически определять линейные размеры, чтобы критическое значение по дальности видимости выставлялось автоматически?
Если помещение содержит несколько выходов, следует ли вносить в отчет информацию по блокированию «первых» выходов?
Можно ли автоматически определять время блокирования помещений с несколькими выходами?

Назначение ПО «Сигма ПБ»

- выполнение расчетов:
* распространения опасных факторов пожара и
* эвакуации
из многоэтажных зданий, сооружений и пожарных отсеков различных классов функциональной пожарной опасности;
- определение вероятности эвакуации из здания;
- определение расчетной величины пожарного риска.

Состав ПО

1. Построитель 3D модели здания (+подложка, +импорт модели здания из Revit) (расчетные области для моделирования пожара и эвакуации).

2. Редактор сценариев пожара.

3. Редактор сценариев эвакуации.

4. Модуль, реализующий расчет развития пожара (полевая модель).

5. Модуль, реализующий расчет эвакуации людей (индивидуально-поточная модель).

6. Модуль 3D-визуализации, анализа, определения времен эвакуации и блокирования путей эвакуации, вероятности эвакуации, формирования отчетов.

Отличительные характеристики ПО «Сигма ПБ»

• единая программная среда с единым полем информационных ресурсов и форматом данных для решения задач расчета движения людей и распространения ОФП;
• собственный построитель объектов (с возможностью импортировать модель здания из Revit);
• собственные расчетные модули;
• 3D-визуализация эвакуации и распространения ОФП в трехмерной виртуальной среде объекта;
• автоматическое формирование и сохранение (в файлы) отчетов о начальных данных (сценарий пожара, геом. характеристики путей эвакуации, начальное расположение людей) и результатах расчета (времена эвакуации и блокирования участков, вероятность эвакуации), схемы эвакуации.

Импорт модели здания из Revit

Схема работы

Основное окно программы

ПОСТРОЕНИЯ КАРКАСА и РАСЧЕТНЫХ ОБЛАСТЕЙ

(расчетные области для моделирования пожара и эвакуации)

МОДУЛИ ЗАДАНИЯ СЦЕНАРИЯ ПОЖАРА И ВЫПОЛНЕНИЯ РАСЧЕТА

МОДУЛИ ЗАДАНИЯ СЦЕНАРИЯ ЭВАКУАЦИИ и РАСЧЕТА• расстановка препятствий (мебели);
• расстановка людей и задание характеристик: группа мобильности, скорость свободного движения, возраст, площадь проекции, время начала эвакуации, путь эвакуации (эвакуационный выход).

СОВМЕСТНАЯ ВИЗУАЛИЗАЦИЯ (ОФП + эвакуация)

ФОРМИРОВАНИЕ ОТЧЕТА: Вероятность эвакуации (Ф 1.2, Ф2, Ф3, Ф4, Ф5)

Из п.12 (Методика): «Время блокирования путей эвакуации tбл вычисляется путем
расчета времени достижения ОФП предельно допустимых значений на эвакуационных
путях в различные моменты времени.»
Из п.18 (Методика): «Вероятность эвакуации людей определяется по формуле (3) на
основе сопоставления значений времени эвакуации людей и времени блокирования
путей эвакуации опасными факторами пожара.»
Из п. 9 (Методика):

ФОРМИРОВАНИЕ ОТЧЕТА: Вероятность эвакуации

ФОРМИРОВАНИЕ ОТЧЕТА по результатам расчета

ФОРМИРОВАНИЕ ОТЧЕТА:

Начальные и граничные условия для сценария пожара:

• пожарная нагрузка (номер помещения, в котором находится очаг пожара; координаты центра очага пожара; площадь ПН; площадь помещения; площадная плотность; характеристики ПН);
• системы вынужденного притока воздуха и дымоудаления (для каждой единицы указываются: номер помещения, координаты центра области, площадь области, ±расход);
• открытые проемы из здания, включая системы естественного дымоудаления (для каждой единицы указываются: номер помещения, координаты центра области, площадь области);
• температура воздуха внутри здания в начальный момент времени;
• температура окружающей среды.

ФОРМИРОВАНИЕ ОТЧЕТА:

данные о геометрических характеристиках путей эвакуации,

начальном расположении людей, схема эвакуации

Из п.2. Приложения 5 (Методика):
«Принципы составления расчетной схемы эвакуации.
Расчетная схема эвакуации представляет собой отдельно выполненную, или возможно нанесенную на план здания схему, на которой отражены:
количество людей на начальных участках – источниках (проходы между рабочими местами, оборудованием, рядами кресел и т. п.);
направление их движения (маршруты);
геометрические параметры участков пути (длина, ширина) и виды участков пути.»

ФОРМИРОВАНИЕ ОТЧЕТА:

данные о геометрических характеристиках путей эвакуации

ФОРМИРОВАНИЕ ОТЧЕТА:

данные о начальном расположении людей

ФОРМИРОВАНИЕ ОТЧЕТА: схема эвакуации

«ВЫЗОВЫ» новой редакции Методики, реализованные в «СИГМА ПБ»

1. Разнородный контингент по индивидуальным характеристикам (площадь проекции и скорость)

ВЫЗОВЫ» новой редакции Методики (Ф 1.1, Ф 1.2, Ф 1.4)

«ВЫЗОВЫ» новой редакции Методики: реализация

1. Отслеживание людей в КАЖДОМ помещении по ходу их следования.
2. Слежение за тем, чтобы только один раз человек был учтен в статистике при подсчете неэвакуировавшихся.
3. Расчетная область для моделирования распространения ОФП включает коридоры этажей и лестничные клетки.

Отчет

Расчетные области

Расчетная область для моделирования эвакуации

Расчетная область для моделирования пожара

«ВЫЗОВЫ» новой редакции Методики

3. (а) Предполагается, что медперсонал в момент начала транспортировки находится в том же помещении, что и немобильный
Задача: расставить немобильных пациентов и медперсонал.
(б) Медперсонал, который транспортирует немобильных имеет четное количество на этаже
(в) Количество рейсов для каждого этажа определяется программой по введенной информации.

1. Моделирование ОФП дольше, чем завершается процесс транспортировки немобильных .
2. Учет медперсонала, делающего >1 рейса, при определении количества неэвакуировавшихся.

Визуализация расчетов

Современные методы компьютерного моделирования развития пожара и эвакуации: возможности , программное обеспечение

Похожие записи

Комментарии (0)