29 Апреля 2016

Пожарный риск как метод обоснования размеров пожарных отсеков

Ю.В. Кривцов, д.т.н., профессор, руководитель НЭБ ПБС ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко

А.К. Микеев, д.э.н., профессор, главный научный консультант НПО «Ассоциация КрилаК»

Д.Г. Пронин, к.т.н., заведующий сектором проектирования и экспертизы в области пожарной безопасности НЭБ ПБС ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко

Введение

Актуальность исследования методов обоснования размеров пожарных отсеков обосновывается переходом Российской Федерации на новый вид технического регулирования в свете введения в действие Федерального закона от 22 июля 2008 года «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» [1], а также тенденцией к увеличению размеров зданий и сооружений (см. рис.1) при отсутствие необходимых требований, что в ряде случаев сдерживает проектирование и строительство многофункциональных, высотных и уникальных зданий и сооружений. Наряду с отмеченным, в этой системе не определены критерии оценки эффективности принимаемых решений в части деления зданий и сооружений на пожарные отсеки. Многие вновь проектируемые здания и сооружения требуют индивидуального подхода к обоснованию принимаемых решений по устройству пожарных отсеков. Вышеуказанное объективно вызывает необходимость создания методики обоснования принимаемых решений по устройству пожарных отсеков.

Рис.1. Жилой комплекс «Солнечный квартал», г. Новосибирск.

Разделение здания на пожарные отсеки направлено на ограничение распространения пожара за пределы его очага, является основополагающим техническим решением при формировании системы противопожарной защиты и осуществляется во взаимоувязке с объёмно-планировочными, конструктивными и инженерными проектными решениями. Одним из наиболее значимых критериев при выборе максимально допустимой площади пожарного отсека является учет тактико-технических возможностей гарнизона пожарной охраны и пожарно-спасательных подразделений, обслуживающих территорию, на которой размещено здание или сооружение. Алгоритм принятия решений по делению зданий на пожарные отсеки в соответствии с действующей системой технического регулирования основан на соблюдении требований нормативных документов.

В практике строительства инженерные решения обосновываются в большей части на расчётах. Однако, исторически сложилось, что по ряду причин, противопожарные решения по устройству пожарных отсеков основаны преимущественно на предписывающих нормативных документах. Это естественно, потому что они были частью строительного процесса на протяжении десятилетий. Важное преимущество проектирования на основе предписывающих норм в том, что оно нуждается в минимальном анализе и знаниях и, как правило, меньшем затрате времени на проектирование. Считается, что в здании обеспечивается требуемый уровень пожарной безопасности, если оно отвечает требованиям нормативных документов.

Очевидным способом сравнения эффективности тех или иных систем противопожарной защиты является анализ последствий большого числа пожаров, где конкретные противопожарные требования были выполнены при проектировании и строительстве здания. Поэтому, статистически невозможно обосновать как влияют разные нормативные требования на ситуацию с пожарами. Причём это справедливо не только для нашей страны, но и для других стран. Частично это связано с отсутствием отчётных данных о нормативных документах, которые применялись к зданию, в котором произошёл пожар, при его проектировании и строительстве. Во время проведения исследований в NFPA на предмет определения ограничений по максимальной высоте и площади зданий для стандарта NFPA 5000, группа, занимавшаяся этим исследованием, не смогла получить статистические данные, показывающие зависимость между размером здания или типом конструкций и гибелью людей при пожаре [2]. Образование, уровень доходов, другие социальные факторы во всём мире игнорируются в нормативных документах, хотя признаётся их роль в этих потерях (см. табл.1). Основным изъяном нормирования площадей пожарных отсеков в России отмечается недостаточный учет возможностей пожарной охраны по тушению возникающих пожаров [3, 4].

Таблица 1

Распределение людей, погибших при пожарах в 2007-2010 гг. по полу, социальному положению и возрасту [5].

Таким образом, вопрос деления зданий на пожарные отсеки, являясь одним из основополагающих при решении задач противопожарной защиты, практически остался за рамками комплексных исследований насущных проблем в области нормативного регулирования мер противопожарной защиты зданий и сооружений. Решение данного вопроса на основе современных представлений о целях и задачах системы обеспечения пожарной безопасности, позволит не только восполнить пробелы в научных знаниях по данной теме, но также обеспечит решение важнейших практических задач в области проектирования, строительства и эксплуатации зданий и сооружений.

В настоящее время многие страны предпринимают активные действия по созданию нормативных документов, основанных на возможности применения функционально-ориентированного проектирования (performance-based design) [6-10], или, как оно получило название в России «гибкое нормирование». При функционально-ориентированном проектировании в целом могут учитываются различные факторы, такие как: интенсивность орошения спринклерной системой пожаротушения, тип пожарных извещателей, расстояние от пожарных гидрантов до входов в здание или тип и количество пожарных автомобилей, прибывающих первыми на пожар. Некоторые из этих факторов могут быть не очень важными, а некоторые могут значительно влиять на противопожарную защиту конкретного объекта.

Существующие методики расчёта показателей, входящих составной частью в определение допустимой площади пожарного отсека в большей или меньшей степени проработаны и имеют под собой научную основу. Однако, на сегодняшний день расчёт этих показателей не увязан с определением площади пожарного отсека, не учтены цели разделения зданий и сооружений на пожарные отсеки, не определены необходимые и достаточные для нормирования пожарных отсеков параметры и не выстроена единая логическая цепочка получения практического результата. Кроме того, данные методики не получили официального статуса нормативного документа.

В СНиП 21-01-97* [11] было положение, согласно которому выбор размеров зданий и пожарных отсеков следует производить в зависимости от степени их огнестойкости, класса, конструктивной и функциональной пожарной опасности и величины пожарной нагрузки, а также с учетом эффективности применяемых средств противопожарной защиты, наличия и удаленности пожарных служб, их вооруженности, возможных экономических и экологических последствий пожара. Однако последние факторы не нашли отражение в нормативных документах по пожарной безопасности.

Кроме того, существующие расчётные методики не учитывают современные тенденции к переходу на вероятностные методы технического регулирования [12-18]. Например, в мире продолжаются дискуссии на тему эффективности применения спринклерного пожаротушения для снижения требуемых пределов огнестойкости конструкций [19, 20]. Существует мнение, что спринклерное пожаротушение более эффективно, чем огнестойкие конструкции в ограничении масштабов ущерба от пожара и гибели людей на пожаре [8]. Оценить это возможно только за счёт вероятностного подхода.

Вероятностный подход в России реализован положениями п.1 ст. 6 технического регламента [1] (в ред. Федерального закона от 10.07.2012 № 117-ФЗ), а именно: пожарная безопасность объекта защиты считается обеспеченной, если:

«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;

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».

Второй путь является сутью предписывающего регулирования, рассмотренного в главе 1.2. Согласно первого пути, необходимо провести расчёты пожарного риска.

Пожарный риск - мера возможности реализации пожарной опасности объекта защиты и ее последствий для людей и материальных ценностей [1].

Как видно из определения пожарного риска, он характеризует пожарную опасность объекта защиты. Последствия для людей и материальных ценностей являются следствием этой пожарной опасности.

На сегодняшний день в России разработаны только методики расчёта пожарного риска, который оценивает пожарную безопасность людей. Пожарная опасность самого здания и последствия для материальных ценностей не учитываются.

Например, если в здании ввиду характеристик хранимых материалов происходит быстрое задымление путей эвакуации, то безопасность людей, как правило, не будет обеспечена. Но при этом само здание от пожара может практически не пострадать, и материальный ущерб будет минимален. И наоборот. В здании, которое может полностью выгореть и будет нанесён огромный материальный ущерб, но люди своевременно эвакуируются, пожарный риск для людей будет обеспечен на должном уровне.

Соответственно, необходимо рассмотреть возможность обоснования требований к площадям пожарных отсеков расчётом пожарного риска.

Реализация пожарной опасности объекта защиты для людей. Индивидуальный пожарный риск.

Последствия реализации пожарной опасности объекта защиты для людей рассмотрим на примере Методики определения расчетных величин пожарного риска в зданиях, сооружениях и строениях различных классов функциональной пожарной опасности, утверждённой приказом МЧС России от 30.06.2009 № 382 [21].

Расчеты по оценке пожарного риска проводятся путем сопоставления расчетных величин пожарного риска с нормативным значением пожарного риска, установленного Федеральным законом [1]. Определение расчетных величин пожарного риска осуществляется на основании:

  • а) анализа пожарной опасности зданий;
  • 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.

Определение расчетных величин пожарного риска заключается в расчете индивидуального пожарного риска. Численным выражением индивидуального пожарного риска является частота воздействия опасных факторов пожара (далее – ОФП) на человека, находящегося в здании. Перечень ОФП установлен статьей 9 [1].

Частота воздействия ОФП определяется для пожароопасной ситуации, которая характеризуется наибольшей опасностью для жизни и здоровья людей, находящихся в здании.

Коэффициент, учитывающий соответствие системы противопожарной защиты, направленной на обеспечение безопасной эвакуации людей при пожаре, требованиям нормативных документов по пожарной безопасности, Kп.з,i рассчитывается по формуле:

Как видно из приведённых формул, в методике расчёта пожарного риска отсутствуют показатели, зависящие от площади пожарного отсека или его высоты. Безопасность людей обеспечивается за счёт правильного устройства путей эвакуации и технических систем противопожарной защиты. Размеры пожарных отсеков оказывают лишь косвенное влияние на принимаемые решения по обеспечению безопасности людей из-за изменения объёмно-планировочных решений.

Таким образом, методика расчёта пожарного риска не содержит показателей площади или высоты пожарного отсека и, соответственно, не может служить для обоснования требований к величине пожарного отсека, так как в соответствии с п.4 Методики определения расчетных величин пожарного риски в зданиях, сооружениях и строениях различных классов функциональной пожарной опасности [21], «результаты и выводы, полученные при определении пожарного риска, используются для обоснования параметров и характеристик зданий, сооружений и строений, которые учитываются в настоящей Методике».

Социальный пожарный риск также рассматривает безопасность людей, поэтому более подробно рассматриваться не будет.

Таким образом, расчёта индивидуального (и социального) пожарного риска не достаточно для обоснования размеров пожарных отсеков, и необходим поиск иных решений по их обоснованию.

Реализация пожарной опасности объекта защиты для материальных ценностей. Экономическая эффективность.

Последствия реализации пожарной опасности объекта защиты для материальных ценностей также входит в понятие пожарного риска. В последнее время в области нормирования площадей пожарных отсеков развивается направление, основанное на экономической эффективности принимаемых решений [8, 22, 23]. Ограничения по высоте и площади зданий, помимо безопасности, имеют социальный, экономический и экологический эффект для общества. В дополнение к стоимости устройства соответствующих конструкций и других противопожарных мероприятий, связанных с разделением зданий на пожарные отсеки, оценивают также такие ресурсы как площадь застройки, энергоэффективность и другие. Чем меньше допустимая площадь здания, тем больше площади земельных участков требуется для размещения помещений аналогичной функциональности и больше ресурсов и энергии затрачивается на их постройку и функционирование [23]. Большие здания предоставляют более комфортные условия для ведения бизнеса, но увеличивают пожарный риск [10].

Согласно ГОСТ 12.1.004-91* [24], ограничение распространения пожара за пределы очага должно достигаться, в том числе, установлением предельно допустимых по технико-экономическим расчетам площадей пожарных отсеков. Однако, данное положение государственного стандарта не было реализовано на практике [25]. В СНиП 21-01-97* было введено положение, согласно которому выбор размеров зданий и пожарных отсеков следует производить в зависимости от степени их огнестойкости, класса, конструктивной и функциональной пожарной опасности и величины пожарной нагрузки, а также с учетом эффективности применяемых средств противопожарной защиты, наличия и удаленности пожарных служб, их вооруженности, возможных экономических и экологических последствий пожара. Однако последние факторы не нашли отражение в нормативных документах по пожарной безопасности.

Система учета ущерба от пожаров была существенно усовершенство­вана в 1991 году с принятием межгосударственного стандарта ГОСТ 12.1.004-91*. Представленные в данном стандарте подходы к определению экономических потерь от пожаров и затрат на противопожарные мероприятия достаточно полно отражают всю структуру потерь и затрат [26].

Этим стандартом помимо материальных потерь вводился учет социально-экономических потерь, то есть затрат на проведение мероприятий вследствие гибели и травмирования людей на пожаре. Тем самым система учета последствий пожаров была в значитель­ной степени приближена к международной практике. К тому же при проведении расчетов экономического эффекта разновременные затраты стали приво­диться к единому моменту времени. Другими словами, в проведении эконо­мических расчетов стал учитываться показатель инфляции, чего ранее не бы­ло [27].

Однако, применение напрямую методики оценки экономической эффективности систем пожарной безопасности, приведённой в приложении 4 ГОСТ для нормирования размеров пожарных отсеков не возможно ввиду отсутствия в ней зависимостей, основанных на допустимой площади пожарного отсека.

Работы, посвящённые тематике экономического эффекта при оценке противопожарных требований при устройстве пожарных отсеков, как правило, оценивают сметную стоимость установки противопожарной стены и сравнивают данную стоимость со сметной стоимостью установки, например, систем пожаротушения.

При этом не оцениваются следующие составляющие:

  • стоимость установки противопожарного заполнения в противопожарной стене;
  • стоимость проведения работ по проектированию дополнительных систем;
  • стоимость обслуживания и замены систем противопожарной защиты при эксплуатации зданий;
  • стоимость устройства самостоятельных для разных пожарных отсеков систем вентиляции, противодымной защиты и т.д., включая необходимость защиты транзитных коммуникаций;
  • стоимость (проценты по обслуживанию) кредитных средств на постройку;
  • страхование потерь от пожара;
  • стоимость (доходы) от эксплуатации здания при более быстром вводе в эксплуатацию;
  • мнения специалистов по более эффективному использованию зданий.

По поводу последнего пункта можно привести пример из области торговли, когда точки зрения продаж более эффективно иметь один большой открытый торговый зал, чем два или больше меньших по размеру и разделённых противопожарной стеной. При этом никакие аргументы по большей стоимости такого вариант, естественно не действуют.

Кроме того, не стоит забывать, что даже для правильной экономической оценки устройства нескольких вариантов пожарных отсеков необходимо привлекать специалистов практически всех разделов проектной документации, маркетологов и т.д., что уже повышает сроки проектирования, строительства и стоимости собственно самого проекта. Даже сметная оценка стоимости устройства двух вариантов в одноэтажном здании влияет и на конструкции и на водоснабжение, и на вентиляцию. Если представить, что вариантов устройства деления на пожарные отсеки будет больше, само здание будет больше, то только подсчёт всех возможных ситуаций займёт много времени, а также дополнительной оплаты трудов соответствующих специалистов (по сути нужно будет сделать несколько проектов). Вряд ли какой-либо собственник пойдёт на такие жертвы.

Невозможность на сегодняшний день нормирования размеров пожарных отсеков на основе экономической оценки подтверждается тем, что за всё время существования положений, которые давали такую возможность, они так и не были реализованы на практике. В техническом регламенте [1] возможность экономической оценки уже не упоминается.

За рубежом экономическая оценка противопожарных мероприятий используется страховыми компаниями при оценке страховых премий и выплат по страховым случаям [7, 14]. Однако и за рубежом методы экономической оценки не применяются для законодательного нормирования конкретных параметров пожарных отсеков. Поэтому метод экономической оценки противопожарных мероприятий хоть, вероятно, со временем будет приобретать всё большую и большую значимость, но использовать его как инструмент законодательного нормирования вряд ли будет возможно.

Реализация пожарной опасности объекта защиты. Риск распространения пожара по зданию.

Метод расчёта риска распространения пожара по зданию.

При нормировании площадей отсеков обычно предполагают, что пожар всегда локализуется в пределах одного пожарного отсека. Однако, анализ фактических пожаров показывает, что при затяжных пожарах и недостаточности сил и средств пожарной охраны огонь может распространяться в смежные с пожарным отсеком помещения. Устройство противопожарной стены в здании не гарантирует нераспространение пожара через неё в соседний пожарный отсек, поскольку ни одна противопожарная преграда или их комбинация не может гарантировать не распространение пожара, даже если она выполнена в полном соответствии с требованиями нормативных документов. То есть при обосновании размеров площадей пожарных отсеков необходимо учитывать и другие факторы, в том числе активные средства пожаротушения. Например, в Англии в соответствии со статистическими данными вероятность распространения пожара за пределы отсека, не оборудованного системой спринклерного пожаротушения, оценивается как 0,13, а аналогичная вероятность для отсека, оборудованного спринклерным пожаротушением, составляет 0,02 [8]. То есть речь идёт сразу об эффективности нескольких элементов, включая надёжность противопожарных преград и систем автоматического пожаротушения.

Чтобы сравнивать между собой события по степени их возможности, нужно связать с каждым из них какое-то число, которое тем больше, чем более возможно событие. Это число и называется вероят­ностью события [17, 28].

Для оценки вероятностей негативного события применяют понятие риска, которое в общем случае вычисляют по формуле [18, 29]:

Критерии пожарного риска могут быть неколичественными (см. например примечание 2 к п.3.1 ГОСТ Р 51901.10-2009 [18]). Поэтому, учитывая, что возможность распространения пожара по зданию однозначно характеризует пожарную опасность объекта защиты, что входит в понятие пожарного риска, для обоснования требований к пожарным отсекам введём понятие риска распространения пожара по зданию Rs.

Снижение риска требует значительных затрат. Поэтому обеспечение безопасности должно быть обеспечено снижением риска до разумно достижимого уровня [30].

Для того, чтобы размеры пожарного отсека соответствовали требованиям необходимо, чтобы риск распространения пожара по зданию Rs был меньше или равен допустимому риску:

Риск распространения пожара по зданию, является функцией нескольких факторов, таких как: вероятность возникновения пожара в пожарном отсеке, вероятность тушения пожара первичными средствами пожаротушения, вероятность тушения пожара прибывающими пожарными подразделениями, вероятность выполнения противопожарными преградами своих несущих и ограждающих функций. Данные зависимости можно представить в следующем математическом выражении:

Общепринятым считается рассчитывать и нормировать данные вероятности за определённый период, как правило, год.

Для возможностей вероятностной оценки распространения пожара необходимо определить вероятность распространения пожара до размеров пожарного отсека и затем учесть вероятность выполнения ограждающими конструкциями пожарного отсека своих функций.

Вероятность развития пожара до размеров пожарного отсека будет определяться исходя из вероятности возникновения пожара, вероятности тушения пожара средствами автоматического пожаротушения, привозными и первичными средствами пожаротушения. В данном случае, в отличие от расчёта материального ущерба по методикам [24] и [31], вероятности тушения пожара вышеуказанными средствами следует оценивать с точки зрения независимых событий. Данное решение обусловлено тем, что для оценки последствий пожара только с точки зрения его распространения на площадь, превышающую площадь пожарного отсека, не принципиально какими средствами он может быть локализован до момента, когда распространение пожара уже не может быть локализовано только за счёт средств пожаротушения.

Удобнее всего рассмотренный вариант развития пожара представить в виде дерева событий, применяемого для анализа технических систем [8, 18, 29, 32, 33, 34]. На рисунке 2 представлена схема дерева событий, в котором последовательность факторов представлена в порядке их эффективного применения. Последовательность представления обусловлена площадями пожара, характерными для каждого фактора, начиная от минимальной и до размеров пожарного отсека.

Таким образом, сначала реализовывается попытка тушения пожара первичными средствами пожаротушения, затем реализовывается попытка тушения пожара автоматическими установками пожаротушения, затем – привозными средствами пожаротушения и затем локализация противопожарными преградами. Вместе с тем, очевидно, что возможна ситуация, когда пожар может быть локализован одновременно несколькими средствами. Например, одновременное срабатывание системы автоматического пожаротушения и применение первичных средств пожаротушения. Также возможна ситуация, когда пусть даже неудачная попытка локализации пожара одним средством пожаротушения увеличивает вероятность локализации пожара другим средством.

Метод определения допустимого риска распространения пожара по зданию.

Проблеме определения уровня приемлемого риска в рамках противопожарной защиты посвящено немало научных работ [35], однако конкретные значения не предлагаются. В России существует понятие обоснованного риска согласно ст. 41 Уголовного кодекса [36]: «Не является преступлением причинение вреда охраняемым уголовным законом интересам при обоснованном риске для достижения общественно полезной цели». Однако, обоснованный риск определён не конкретным значением, а сравнением: «Риск признается обоснованным, если указанная цель не могла быть достигнута не связанными с риском действиями (бездействием) и лицо, допустившее риск, предприняло достаточные меры для предотвращения вреда охраняемым уголовным законом интересам. Риск не признается обоснованным, если он заведомо был сопряжен с угрозой для жизни многих людей, с угрозой экологической катастрофы или общественного бедствия».

Если же говорить о конкретном значении риска, то недостаточно сказать, что уровень риска составляет некое число. Необходимо знать какой риск приемлем, а какой нет [37, 38].

В то же время, невозможно с рациональной позиции объяснить с какого порогового значения: 10-5, 10-6, 10-7 и т.д., вероятность негативного события становится неприемлемой [39, 40]. Назначение допустимого риска связывают, как правило, с оценкой общества опасности тех или иных явлений [41, 42]. Например, в [43] приводятся следующий пример по оценке допустимого риска. Приводятся данные по гибели людей от различных событий (см. таблицу 2) и оговаривается, что большинство людей считает скалолазание и автогонки чем-то очень опасным, а авиаперелёты относительно безопасными. Следовательно, уровень опасности в 5 х 10-3 принимается неприемлемым, а уровень опасности 1 х 10-4 принимается условно приемлемым [14].

Однако, опрос общественного мнения далеко не всегда может дать правильные результаты, поскольку риск какого-либо события воспринимается в зависимости от разных субъективных факторов, таких как [29]:

- ознакомленность – малоизвестная опасность будет восприниматься более весомой, нежели более известная;

- понимание – плохо понимаемая (например, солнечная радиация при нарушении озонового слоя) будет восприниматься более весомой, чем хорошо понимаемая (например, риск сломать ногу подскользнувшись);

-научная неопределённость – опасность с высокой научной неопределённостью (например изменение ДНК) будет восприниматься более весомой, чем опасность с меньшей научной неопределённостью (например, автомобильная аврия);

- возможность персонального контроля – опасность, которую нельзя персонально контролировать (например, наличие пестицидов в еде) будет восприниматься более весомой, чем опасность, которую можно контролировать (например, вождение автомобиля);

- добровольность – опасность принятая без согласия (пестициды в еде) будет восприниматься более весомо, чем опасность, принятая добровольно (курение сигарет);

- симпатии к подверженным опасности – опасность, которой подвергаются например дети и инвалиды будет восприниматься более весомой, чем опасность, которой подвергаются алкоголики;

- форма опасности – опасность, представляющая особенно болезненную форму, будет восприниматься более весомой.

В [37] отмечается, что предположение о том, что угроза реальна только в том случае, если мы воспринимаем её такой, неверно и может быть легко опровергнуто. Таким образом, допустимый, по мнению общества, риск далеко не всегда является объективной величиной. Средства массовой информации могут уделять много внимания новой трагедии, создавая вокруг неё определённый психологический настрой, как, например, случилось после пожара в клубе «Хромая лошадь» в Перми. С другой стороны, отсутствие общественного возмущения по поводу потерь на пожарах также не является свидетельством того, что эти потери приняты обществом [44]. Таким образом, как может приемлемый риск быть определён, когда надзорные и экспертные органы не удовлетворены знанием, что нет нулевого риска и некоторые потери неизбежны?

Прилагаются усилия на международном уровне, чтобы определить уровни риска приемлемые для общества. Просто невозможно исключить потери от пожара и определить какие потери общество готово принять. В основном, решения о безопасности делаются правительством. Общественные обсуждения приемлемого риска редки. Более того, утверждается, что не корректно говорить что общество принимает текущий уровень потерь только потому, что нет общественного резонанса. Люди в основном не опротестовывают то, что не касается их напрямую, и потом они чувствуют, что потери от пожара неизбежны.

Следует обратить внимание на уже существующие критерии безопасности и прежде всего, следует проанализировать принятые критерии безопасности строительных конструкций. На основе анализа обрушений конструкций можно установить, что аварии строительных конструкций являются, как правило, следствием совокупности ряда причин [45], а, следовательно, могут быть описаны вероятностными методами. Например, вероятность наступления аварии зданий (сооружений) имеет порядок ~10–6 [46, 47]. Допустимые вероятности отказов вертикальных несущих конструкций, противопожарных преград, ригелей, перекрытий, ферм, балок по ГОСТ Р 12.3.047-98 [48] также составляет 10-6. Таким образом, целесообразно принять риск распространения пожара за пределы пожарного отсека 10-6 как исходную нормативную величину. В то же время и в России и за рубежом предлагается многовариантный подход к нормированию отказов, хотя невозможно сказать должен ли уровень надёжности одинаковым для всех сооружений или различаться и, если различаться, то в каких пределах [49].

Для объектов с неэкономической ответственностью (многофункциональные высотные здания, ответственные инженерные и другие уникальные сооружения) предложены значения приемлемого риска обрушения конструкций порядка (10-4 – 10-5)/год при нормативном риске (10‑6‑107)/ год [50].

В Китае на основе анализа старых полуэмпирических полувероятностных методов проектирования получены следующие нормативные значения вероятности отказов конструкций, представленные в таблице 3 [43].

Однако, такой метод лишь отражает в математическом виде существовавшие эмпирические зависимости.

В Великобритании предложенные ещё более многовариантные нормативные значения вероятностей отказов конструкций основного несущего каркаса здания, представленные в таблице 4 [51].

Кроме того, следует учесть и другие факторы, определяющие степень допустимого риска распространения пожара по зданию. Одним из таких факторов являются социальные и культурные последствия. В таблице 5 приведены данные по допустимым рискам от поражения молнией в соответствии с европейским стандартом EN 62305-2:2006 [52].

Таким образом, большинство значений допустимых вероятностей различных негативных последствий укладываются в диапазон от 10-3 до 10-5. При этом для ряда объектов повышенной ответственности эти допустимые значения могут увеличиваться до 10-6 и даже до 10-7. То есть для зданий и сооружений, на которых необходимо учитывать социальные, экологические, экономические и иные особенности, уровень допустимого риска должен быть увеличен соответственно значимости объекта. В диссертации соавтора статьи приведён расчёт риска распространения пожара для одноэтажного отдельностоящего многофункционального торгового центра «МЕТРО» в г.Томск. Принятые объёмно-планировочные решения по объекту были согласованы с надзорными органами. Расчётами установлено, что существующие проектные решения по устройству объекта обеспечивают риск распространения пожара на уровне 4,5х10-5 (1/год). Поскольку проектные решения, обеспечивающие такой уровень риска, удовлетворяют требованиям надзорных органов и собственника объекта, при проектировании новых подобных объектов автором предложено установить риск распространения пожара на уровне 4,5х10-5 (1/год) [12].

Определение вероятностных показателей, использующихся при расчёте пожарного риска.

Возникновение пожара

Рассчитать вероятность возникновения пожара чрезвычайно трудно из-за множества факторов, влияющих на такой расчёт [53]. Социально-экономические факторы, такие как возраст людей, социальный класс, национальность и т.д. не учитываются, хотя и оказывают влияние на вероятность возникновения пожара [54, 55, 56, 57]. Например, в [58] отмечается, что риск смерти и увечий от пожаров для людей, живущих в странах с низким и среднем уровнем доходов, в восемь раз выше, чем для людей в странах с высоким уровнем доходов. Тем не менее, существующие методики позволяют оценить вероятность возникновения пожара расчётным методом в соответствии с [24] и по статистическим данным, приведённым в [21].

Оценку частотных характеристик возникновения пожара также допускается выполнять исходя из статистических данных, публикуемых в научно-техническом журнале "Пожарная безопасность".

Первичные средства пожаротушения

При успешном действии первичных средств пожаротушения площадь пожара может составить 0,5-4 м2. Вероятность безотказной работы первичных средств тушения принимается в зависимости от скорости распространения горения по поверхности по таблице 6 [31].

Автоматические установки пожаротушения

Вероятность тушения пожара установками автоматического пожаротушения принимается равной от 05, до 0,95 в зависимости от наличия контроля работоспособности, типа системы и других факторов [21, 31, 48, 59].

При этом следует принимать во внимание, что технические средства, надежность которых в диапазоне внешних воздействий не может быть определена, должны иметь автоматический контроль работоспособности. Техническими средствами с автоматическим контролем работоспособности признаются технические средства, имеющие контроль компонентов, составляющих не менее 80% интенсивности отказов технического средства.

Пожарные подразделения

Вероятность тушения пожара пожарными подразделениями так или иначе зависит от расхода воды на пожаротушение. Согласно [31] предложено определять в зависимости от нормативного расхода воды на наружное пожаротушение и на основании данных о бесперебойности водоснабжения пожарного водопровода или насосами пожарных машин из водоемов в соответствии с таблицей 7.

Для более точной оценки вероятности тушения пожара пожарными подразделениями Pтуш можно воспользоваться следующей формулой [60, 61, 62]:

Требуемый расход — это весовое или объемное количество огнетушащего средства, подаваемого в единицу времени на величину соответствующего параметра тушения пожара или защиты объекта, которому угрожает опасность. Требуемый расход огнетушащего сред­ства на тушение пожара вычисляют по формуле

При расчёте площади пожара при тушении пожара прибывающими пожарными подразделениями делается допущение, что пожарная нагрузка равномерно размещена, а, следовательно, значение линейной скорости распространения пожара во всех направления одинакова. Площадь пожара определяется по формулам, приведённым в СП 11.13130.2009 [63], и других методических и справочных изданиях [64, 65, 66, 67].

Форма площади развивающегося пожара является основной для определения расчетной схемы, направлений сосредоточения сил и средств тушения, а также требуемого их количества. Для определения расчетной схемы реальную форму площади пожара приводят к фигурам правильной геометрической формы: кругу с радиусом R (при круговой форме), сектору круга с радиусом R и углом α (при угловой форме), прямоугольнику с шириной стороны а и длиной b (при прямоугольной форме). Указанные расчетные схемы являются основными, часто встречающимися в практических расчетах, хотя не исключены и другие зависимости от реальных условий развития пожара. Геометрические и физические параметры, характеризующие обстановку в зависимости от форм площади по­жара, определяют по формулам, приведенным в табл. 8.

1. R и b — соответственно приведенные радиус и длина площади пожара;

2. VЛ - линейная скорость распространения горения, м/мин (вычисляют по данным оценки обстановки пожара или принимают по справочным данным.

3.  — время распространения горения до момента локализа­ции пожара.

4.  — угол, внутри которого происходит развитие пожара, рад. (1 рад  57°).

5. n — число направлений развития пожара в горизонтальной проекции.

6.  — коэффициент горючей загрузки или застройки, равный <1 (принимается по данным характеристики объекта).

Скорость распространения го­рения в первые 10 мин от начала возникновения пожара необходимо принимать половинной от табличного значения (0,5 VЛ). Спустя 10 мин и до момента введения средств тушения первыми подраз­делениями, прибывшими на пожар, линейная скорость при расчете берется равной табличной (т. е. VЛ), а с момента введения первых средств тушения (стволов, генераторов и т.д.) до момента локали­зации пожара она вновь принимается равной 0,5 VЛ.

Противопожарные преграды

Пожарный отсек может быть разделён на пожарные секции противопожарными преградами, такими как противопожарные стены 2-го типа и противопожарные перегородки 1-го типа, которые могут выполнить свою ограждающую функцию с определённой вероятностью. Расчёт вероятности достижения предела огнестойкости конструкциями при пожаре является предметом изучения и содержится в нормативных документах и научных работах [48, 68].

Считаем возможным рассчитывать вероятность выполнения противопожарной преградой своей ограждающей функции по формуле:

Заключение

Предложенный метод определения площади пожарных отсеков основан на современном уровне научных знаний и позволяет получить научно обоснованные требования к их размерам.

Основные отличия рассматриваемого метода от приведённых в литературных источниках состоят в учёте реальных параметров возникновения, развития, локализации и ликвидации пожара, в том числе, с учётом одновременно как пассивных, так и активных средств противопожарной защиты. При этом учтены современные тенденции к вероятностной оценке уровня безопасности.

Разработанный метод широко востребован при решении практических задач по противопожарной защите зданий и сооружений. На основе научно-обоснованного расчёта определяется перечень необходимых и достаточных средств противопожарной защиты с заданными характеристиками по эффективности их работы.

Результаты работы легли в основу противопожарной защиты целого ряда объектов общественного и промышленного назначения, используются в учебном процессе в высшем учебном заведении по подготовке специалистов пожарной безопасности.

Особая ценность предложенного метода заключается в возможности его применения для объектов, на которые отсутствуют нормативные требования к площади пожарных отсеков (многофункциональные здания, крупные цеха предприятий и т.д.).

Дальнейшее совершенствование расчёта позволит максимально эффективно использовать и сочетать возможности пожарной охраны, объёмно-планировочные и конструктивные решения зданий и сооружений, а также применяемые автоматические системы противопожарной защиты.

Список используемых источников

1. Федеральный закон от 22.07.2008 г. №123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» (в ред. Федерального закона от 10.07.2012 № 117-ФЗ).

2. David S. Collins. Balance, Height and Area, and the Building Codes. Fire Protection Engineering, №30, Spring 2006. - P.44-55.

3. М.Я. Ройтман. Пожарная профилактика в строительном деле. Под ред. д.т.н., профессора Н.А. Стрельчука. – М.: ВИПТШ МВД СССР, 1975.

4. Пожарная профилактика в строительстве. / Под редакцией В.Ф. Кудаленкина. – М.: ВИПТШ МВД СССР, 1985.

5. Пожары и пожарная безопасность в 2010 году: Статистический сборник. Под общей редакцией В.И. Климкина. - М.: ВНИИПО, 2011, - 140 с.: ил. 40.

6. James G. Quintiere. Fundamentals of Fire Phenomena. / John Wiley & Sons Ltd, The Atrium, Southern Gate, Chichester, West Sussex PO19 8SQ, England, 2006 - 439p.

7. G. Ramachandran. The Economics of Fire Protection. E&FN Spon, UK, London, 1998. – 230 p.

8. A.M. Hasofer, V.R. Beck, I.D. Bennetts. Risk Analysis in Building Fire Safety Engineering. First edition. Elsevier Ltd, Oxford, UK, 2007. – 189p.

9. Fire Resistance Testing for Performance-based Fire Design of Buildings. Final Report. NIST GCR 07-910. U.S.A., Hughes Association, Inc., Baltimore, MD 21227-1652, June 2007.

10. Jane I. Lataille. Fire Protection Engineering in Building Design. Elsevier Science, USA, 2003. – 133p.

11. СНиП 21-01-97* Пожарная безопасность зданий и сооружений.

12. Пронин Д.Г. Обоснование размеров пожарных отсеков. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. ВНИИПО, 2011. – 21 с.

13. А.К. Микеев, Ю.В. Кривцов, Д.Г. Пронин / Некоторые особенности теории пожарных рисков. // Актуальные проблемы пожарной безопасности: Тезисы докладов ХХI Международной научно-практической конференции. – Ч.1. – М.: ФГУ ВНИИПО МЧС России, 2009. – С.40-42.

14. Ю.В. Кривцов, А.К. Микеев, Д.Г. Пронин. / Пожарные риски: история развития и пути совершенствования. // Актуальные проблемы исследований по теории сооружений: Сборник научных статей в двух частях. Часть 2. // ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко – М.: ОАО «ЦПП», 2009. – С.184-193.

15. Ю.В. Кривцов, А.К. Микеев, Д.Г. Пронин. / Пожары в высотных зданиях: риск потери огнестойкости. // Актуальные проблемы исследований по теории сооружений: Сборник научных статей в двух частях. Часть 2. // ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко – М.: ОАО «ЦПП», 2009. – С.157-162.

16. Риски в природе, техносфере, обществе и экономике / В. А. Акимов, В. В. Лесных, Н. Н. Радаев; МЧС России. — М.: Деловой экспресс, 2004. — 352 с.

17. Давид Ллойд, Мирон Липов. Надёжность. Организация исследования, методы, математический аппарат. Перевод с английского И.Н. Коваленко и Г.А. Русакова под редакцией Н.П. Бусленко. – М., Советское радио, 1964.

18. ГОСТ Р 51901.10-2009/ISO/TS 16732:2005 Менеджмент риска. Процедуры управления пожарным риском на предприятии.

19. John A. Purkiss. Fire Safety Engineering. Design of Structures. Second Edition. UK, Elsevier Ltd., 2007. – 389 p.

20. Stirland, C. Sprinklers and the Building Regulations: the Case for Tradeoffs, Report T/RS/1189/22/81/C, Teesside Laboratory, British Steel Technical, Middlesborough, 1981.

21. Методика определения расчетных величин пожарного риска в зданиях, сооружениях и строениях различных классов функциональной пожарной опасности. Приложение к приказу МЧС России от 30.06.2009 № 382. (зарегистрирован в Минюсте РФ 06.08.2009 № 14486).

22. А.К. Микеев. Пожар. Социальные, экономические, экологические проблемы. – М.: Пожнаука, 1994. – 386с., ил.

23. David S. Collins. Balance, Height and Area, and the Building Codes. Fire Protection Engineering, №30, Spring 2006. - P.44-55.

24. ГОСТ 12.1.004-91* ССБТ. Пожарная безопасность. Общие требования.

25. Научно-техническое обоснование размеров пожарных отсеков в зданиях и сооружениях: монография / Денис Геннадиевич Пронин, Дмитрий Александрович Корольченко. – М.: издательство «Пожнаука», 2014. -104 с.:ил.

26. И.Р. Хасанов, А.В. Гомозов, Л.В. Боева. Проблемы оценки ущерба от пожара. Снижение риска гибели людей при пожарах: Материалы XVIII науч.-практ. конф. – Ч.1. – М.: ВНИИПО, 2003. – С.59-62.

27. В.Н. Баранин. Экономика чрезвычайных ситуаций и управление рисками. Учебное пособие для ВУЗов и системы повышении квалификации по курсу «Пожарная безопасность». Под ред. А.Я. Корольченко. – М.: ООО «Пожнаука», 2004. – 327с.

28. Е.С. Вентцель, Л.А. Овчаров. Теория вероятностей и её инженерные приложения. Учеб. пособие для втузов. – 2-е изд., стер. – М.: Высш. шк., 2000. – 480с.

29. SFPE Engineering Guide to Application of Risk Assessment in Fire Protection Design. Review Draft. October, 2005.

30. Экономические механизмы управления рисками чрезвычайных ситуаций / МЧС России. — М.: ИПП «Куна», 2004. — 312 с.

31. МДС 21-3.2001 «Методика и примеры технико-экономического обоснования противопожарных мероприятий к СНиП 21-01-97*».

32. Акимов В. А., Лапин В. Л., Попов В. М., Пучков В. А., Томаков В. И., Фалеев М. И. Надежность технических систем и техногенный риск. — М.: ЗАО ФИД «Деловой экспресс», 2002 — 368 с.

33. Статистические методы анализа безопасности сложных технических систем: Учебник / Л.Н. Александровская, И.З. Аронов, А.И. Елизаров и др.; Под ред. В.П. Соколова. – М.: Логос, 2001. – 232с.: ил.

34. Хенли Э. Дж., Кумамото Х. Надёжность технических систем и оценка риска: Пер. с англ. В.С. Сыромятникова, Г.С. Дёминой. Под общ. ред. В.С. Сыромятникова. – М.: Машиностроение, 1984. – 528 с., ил.

35. Е.Ю. Колесников. О методическом обеспечении оценки риска пожаровзрывоопасных объектов. Проблемы анализа риска, том 5, 2008, №2. – С. 8-25.

36. "Уголовный кодекс Российской Федерации" от 13.06.1996 N 63-ФЗ (принят ГД ФС РФ 24.05.1996) (ред. от 17.12.2009)).

37. Terje Aven. Misconceptions of Risk. UK, John Wiley & Sons Ltd., 2010. – 240 p.

38. Cooke, R. The anatomy of the squizzel. The role of operational definitions in representing uncertainty. Reliability Engineering and System Safety, 85, 2004. – p.p. 313–319.

39. Becker P. Schadensvorsorge aus Sicht der Betroffenen. Deutsches Atomrechtssymposium. Forum Energierecht Band 8, Nomos Verlagsgesellschaft 2004 Baden-Baden, 2004. - pp 133–148.

40. Catalogue of Risks. Natural, Technical, Social and Health Risks. By Dirk Proske. Springer, September 25, 2008. – 510p.

41. Risk. John Adams, UCL Press, London, February 1, 1995. - 228 p.

42. Акимов В.А. Катастрофы и безопасность/ В.А. Акимов, В.А. Владимиров, В.И. Измалков; МЧС России. — М.: Деловой экспресс, 2006. — 392 с.

43. Advanced Analysis and Design of Steel Frames / Guo-Qiang Li, Jin-Jun Li // John Wiley & Sons, Ltd. England, 2007. – 368 p.

44. Richard W. Bukowski. Predicting the Fire Performance of Buildings: Establishing Appropriate Calculation Methods for Regulatory Applications. ASIAFLAM`95. International Conference on Fire Science and Engineering, 1st. Proceedings. March 15-16, 1995, Kowloon, Hong Kong, 9-18 pp.

45. Шкинев А.Н. Аварии в строительстве. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Стройиздат, 1984. – 320 с., ил.

46. Аугусти Г., Баратта А., Кашиати Ф. Вероятностные методы в строительном проектировании/ Пер. с англ. – М.: Стройиздат, 1988.

47. А.П. Мельчаков. Расчёт и оценка риска аварии и безопасного ресурса строительных объектов. (Теория, методики и инженерные приложения): Учебное пособие. – Челябинск: Издательство ЮУрГУ, 2006.-49 с.

48. ГОСТ Р 12.3.047-98 ССБТ. Пожарная безопасность технологических процессов. Общие требования. Методы контроля.

49. В.Д. Райзер. Теория надёжности в строительном проектировании: Монография. – М.: изд-во АСВ, 1998. – 304 с., ил.

50. А.Г. Тамразян, А.Ю. Степанов. Безопасность конструкций на основе анализа рисков. /Технологии безопасности и инженерные системы, №6/1(12), 2007. – С.34-36.

51. CIB W14 Report. A conceptual approach towards a probability based design guide on structural fire safety. Fire Safety Journal, 6, UK, 1983. – pp. 1–79.

52. EN 62305-2:2006. Protection against lightning. Part 2: Risk management.

53. Douglas J. Landoll. The security risk assessment handbook. A Complete Guide for Performing Security Risk Assessments. USA, Auerbach Publications Taylor & Francis Group, 2006. -473 p.

54. C.R. Jennings. Socioeconomic characteristics and their relationship to fire incidence: a review of the literature. Fire Technology, № 35, 1999. – pp. 7–34.

55. M. Duncanson, A. Woodward, P. Reid. Socioeconomic deprivation and fatal unintentional domestic fire incidents in New Zealand. Fire Safety Journal, №37, 2001. – pp. 165–179.

56. S.E. Chandler, A. Chapman, S.J. Hallington. Fire incidence, housing and social conditions: the urban situation in Britain. Fire Prevention, №172, 1984. – pp. 15–20.

57. Ali Asgary, Alireza Ghaffari, JasonLevy. Spatial and temporal analyses of structural fire incidents and their causes: A case of Toronto, Canada. Fire Safety Journal, №45, 2010, pp. 44–57.

58. Травматизм и насилие в Европе. В чем важность этой проблемы и что можно сделать. Резюме. / Всемирная организация здравоохранения, Европейское региональное бюро, 2006.

59. Пособие по определению расчётных величин пожарного риска для производственных объектов. М.: ВНИИПО, 2012. 242 с.

60. Н.П. Копылов. Крупные пожары: классификация, современные технологии предупреждения и тушения./ Крупные пожары: предупреждение и тушение: Материалы XVI науч.-практ. конф. – Ч.3. – М.: ВНИИПО, 2002. – С.22-36.

61. А.К. Микеев. Итоги науки и техники. Пожарная охрана. Том 11. Пожарная безопасность атомных электростанций. – ВИНИТИ, 1990.

62. А.К. Микеев. Противопожарная защита АЭС. –М.: Энергоатомиздат, 1990. – 432 с.: ил.

63. СП 11.13130.2009 Места дислокации подразделений пожарной охраны. Порядок и методика определения.

64. Я.С. Повзик. Пожарная тактика. Москва, ЗАО «Спецтехника», 2004.

65. Иванников В.П., Клюс П.П. Справочник руководителя тушения пожара. – М.: Стройиздат, 1987. – 288 с.: ил.

66. А.А. Брежнев, В.В. Теребнёв, И.Г. Тучков. Методические указания к изучению курса «Пожарная тактика» для слушателей специального факультета. М.: ВИПТШ МВД СССР, 1986.

67. Обеспечение пожарной безопасности на территории Российской Федерации: Методическое пособие / С.П. Амельчугов, И.А. Болодьян, Г.В. Боков и др.; Под общ. ред. Ю.Л. Воробьёва. – М.: ФГУ ВНИИПО МЧС России, 2006. – 462 с.

68. В.И. Присадков. Надёжность строительных конструкций при пожаре. / Огнестойкость строительных конструкций: Сборник научных трудов. М.: ВНИИПО, 1986. – С.70-73.