Пожарная опасность и риск

Вычисленный по формуле (3) уровень пожарного риска сравнивается с предельно допустимым риском  Rmax = 1,3 · Kp, где Kp — понижающий коэффициент, учитывающий повышенную угрозу для людей в зданиях с массовым пребыванием людей и местах с затрудненной эвакуацией.

В выпущенной в 2007 году версии метода [68] отмечается, что расчетные методы, создававшиеся в 60-х годах, к настоящему времени во многом устарели, поскольку  в них в качестве базовых параметров помещения использовалась площадь противопожарного отсека в 1200 м2 при средней пожарной нагрузке в 500—1000 МДж/м2.  В 2003 г. в Швейцарии были приняты более либеральные нормативы, согласно которым обоснование пожарной безопасности на основе анализа риска обязательно лишь при площади помещения свыше 2400 м2 (за исключением многоэтажных строений со сгораемыми элементами, для которых по-прежнему такое обоснование необходимо при площади более 1200 м2). Кроме того, повсеместное распространение новых материалов привело к тому, что таблицы пожарных нагрузок и горючести для различных типов зданий также устарели. Обновленный метод расчета пожарного риска [68] применим к оценке пожарной опасности промышленных зданий, мастерских и кустарных производств, а также офисных зданий. В преамбуле явно указано, что методика [68] не применима для супермаркетов, отелей, больниц, зданий с массовым пребыванием людей, а также производств пожаровзрывоопасных веществ и материалов.

Обновленный метод [68] значительно  упрощен по сравнению как с  исходным методом Гретенера [63—65], так и его версией SIA 81 [66, 67], хотя суть его осталась той же. Методика [68] сопровождается пересмотренными таблицами, в которых приведены типичные значения пожарной нагрузки и фак-торов. Вычисленное значение пожарного риска Re сравнивается с приемлемым уровнем риска Ra, для чего вычисляется «коэффициент пожарной безопасности» γ = Ra/Re. Пожарная безопасность считается обеспеченной при γ ≥ 1. Документ [68] не дает рекомендаций по определению приемлемого уровня риска Ra, хотя, судя по приведенным примерам использования методики, Ra = 1,0.

Во Франции был создан свой вариант индексного метода оценки пожарного риска ERIC (Evaluation du Risque Incendie par le Calcul) [70], в основе которого лежит формула, аналогичная (3): пожарный риск R = P/M вычисляется как отношение факторов потенциальной пожарной опасности P и защитных мероприятий M. Один из сомножителей, входящих в фактор P, учитывает вероятность загорания.

Важным аспектом метода ERIC по сравнению  с [63—68] является то, что отдельно рассматривается  пожарная опасность для людей, R1 = P1/M1, и для имущества, R2 = P2/M2. Следует  отметить, что, несмотря на схожесть подходов, в методе ERIC для вычисления факторов опасности и защитных мероприятий  используются существенно отличающиеся соотношения, таблицы и т. д.

В работе [70] приведены примеры использования  метода ERIC для оценки пожарной опасности  четырех объектов — торгового центра, больницы, школы, промышленного здания, при этом для каждого объекта рассмотрено несколько видов защитных мероприятий. Результаты расчетов представлены точками на плоскости (R1,  R2), что позволяет наглядно видеть изменение риска для людей и имущества при введении дополнительных мер противопожарной защиты. Так, для торгового центра (площадь 20 000 м2, вместимость 6000 чело-век) при наличии гидранта общественного пользования, обнаружении пожара людьми, ручной подаче пожарной тревоги и при наличии огнетушителей уровни пожарной опасности составляют R1 = 1,31 (для людей) и R2 = 4,52 (для имущества). При установке спринклеров и системы принудительного дымоудаления эти значения снижаются до R1 = 0,45 и  R2 = 1,67 соответственно. К сожалению, вопрос о том, какие уровни пожарного риска являются приемлемыми, в [70] не решен. Сказано лишь, что такие уровни должны быть установлены, что позволит находить решения, обеспечивающие необходимую степень защищенности людей и имущества.

Поэтому метод в первую очередь пригоден для получения относительных оценок и сравнения однотипных объектов по степени пожарного риска.

Наконец, рассмотрим метод FRAME (Fire Risk Assessment Method for Engineering), основанный на методе Гретенера и активно развиваемый в Бельгии на протяжении более чем 30 лет [71]. От вариантов метода Гретенера, рассмотренных выше, FRAME выгодно отличается, во-первых, охватом более широкого спектра опасностей, связанных с пожарами.

Именно, пожарный риск оценивается  с трех точек зрения — прямой материальный риск (уничтожение имущества), риск для людей и риск косвенных экономических потерь (остановка производства). Во-вторых, при создании FRAME на основе логических деревьев событий и отказов были проанализированы причинно-следственные связи между событиями, возможными при пожаре, что нашло отражение в используемых расчетных формулах. В-третьих, для оценки самих факторов используются аналитические формулы, избавляющие от «ступенчатости» параметров, характерной при использовании таблиц.

В методе FRAME [71] используются следующие  формулы для расчета риска  материальных потерь R, риска для  людей R1 и риска косвенных потерь R2:

 

В формулах (5)—(7)  P представляет собой потенциальный риск, A — приемлемый риск, D характеризует защитные мероприятия. Таким образом, в отличие от рассмотренных выше модификаций метода Гретенера, во FRAME рассматривается относительный риск, и значение  R = 1 означает, что пожарный риск соответствует приемлемому уровню. Формулы (5)—(7) по сути своей близки к аналогичным формулам в других модификациях метода Гретенера (см. (3), однако состав входящих в них факторов и способ их вычисления во многом отличаются.

Не вдаваясь в подробности, перечислим входящие в (5)—(7) факторы, что даст возможность получить представление об учитываемых явлениях и характеристиках пожара. Итак, q — фактор полной пожарной нагрузки,  i — фактор распространения пламени, определяемый с учетом среднего размера горючего материала m (отношения объема к площади поверхности), температуры термической деструкции поверхности T и класса горючести  M (по классификации стандартов EN 13501-1 и EN 12845). В определенном смысле, фактор i является аналогом фактора горючести c в формуле (4), но включает в себя физически значимые свойства материала.

Фактор вентиляции  v учитывает  возможность накопления горячих  продуктов сгорания в помещении, что способствует объемной вспышке и переходу пожара в развитую стадию. Величина v зависит от подвижной пожарной нагрузки Qm, она уменьшается с увеличением высоты помещения h и отношения площади вентиляционных отверстий к площади пола помещения k. Геометрия помещения учитывается факторами этажности e и формы помещения g, используемыми в большинстве модификаций метода Гретенера (см. выше), однако вместо таблиц для них предложены аналитические выражения. Наконец, новой величиной в (5)—(7) является фактор доступности помещения для пожарного расчета z, зависящий от высоты (глубины) помещения и числа направлений, с которых возможен доступ в помещение.

Определение приемлемого риска  A в (5)—(7) во многом аналогично исходному методу Гретенера: условное значение A0 = 1,6 определяет базовый уровень допустимого риска, который уменьшается за счет фактора инициации загорания a, фактора времени эвакуации  t и фактора окружающей обстановки r, который показывает, насколько быстро распространяется пожар и накапливается дым.

Материальные риски (прямой и косвенный) зависят от того, насколько ценным является содержимое здания, что учитывается введением фактора c, характеризующего трудность восстановления содержимого и его стоимость в денежном выражении.

Наконец, фактор зависимости d оценивает, насколько серьезным является влияние пожара на функционирование здания с точки зрения прерывания производственного процесса.

Фактор огнестойкости F вычисляется по аналитической формуле как функция среднего предела огнестойкости f и фактора специальных защитных мероприятий S. Защитные мероприятия в (5)—(7) включают факторы, характеризующие систему водоснабжения  W, нормативные мероприятия  N, специальные мероприятия  S, мероприятия, способствующие эвакуации  U и сохранности имущества Y.

Таким образом, в методе FRAME на основе оценки совокупности определяющих параметров и вычисления факторов потенциальной опасности, допустимого риска и защитных мероприятий, по формулам (5)—(7) определяется три уровня риска: материальный риск R, риск для людей R1 и риск кос-венных материальных потерь  R2. Как отмечалось выше, в методе FRAME определяется относительный риск, поэтому пожаробезопасность с каждой из трех точек зрения считается обеспеченной, если соответствующий относительный риск не превышает единицы. В работе [71] указывается, что риск рассматривается в логарифмических единицах и дается следующая связь между величиной  R и ожидаемым ущербом: при R < 1 в случае пожара можно ожидать уничтожения не более 10% оцениваемого помещения, при 1,0 < R < 1,3 — от 10 до 20%, при 1,3 <  R < 1,5 — от 20 до 30%, при 1,5 <  R < 1,7 — от 30 до 50%, при 1,7 < R < 1,9 — от 50 до 80%, при R > 1,9 — от 80 до 100%.

Метод FRAME реализован в виде компьютерной программы, позволяющей ввести все  необходимые данные и рассчитать риски для базового набора данных (например, характеризующего текущее состояние объекта) и двух альтернативных вариантов, что позволяет в наглядном виде оценить воздействие тех или иных факторов на риск для имущества и людей. Это существенно облегчает его использование по сравнению с заполнением бланков, характерным для методов [63—68].

 

1.4 Выводы

Выполненный обзор современных  методов анализа пожарных рисков однозначно свидетельствует о том, что и вероятностные, и индексные  методы являются весьма мощными инструментами, каждый из которых занимает собственное  место в спектре возможных подходов к проблеме количественной оценки риска. Вероятностные методы требуют проведения весьма трудоемкого и детального анализа с привлечением соответствующего математического аппарата и программных средств.

Их применение для расчета пожарного риска в зданиях представляет значительные трудности из-за необходимости проводить расчеты развития пожара и эвакуации людей на основе дифференциальных моделей для многих сценариев. Индексные методы, реализующие эвристический подход к оценке риска, наоборот, позволяют оценивать уровень пожарной опасности и риска с минимальными вычислительными затратами, однако успешность их использования кардинальным образом зависит от правильности балльной оценки различных факторов и интерпретации результата. Для максимально эффективного использования различных методов необходимо четко представлять их область применимости, а также сильные и слабые стороны.

 

2 РАСЧЕТНАЯ  ЧАСТЬ

Задача  №1. Составьте структурную надежностную схему автомобиля и найдите вероятность его безотказной работы, если вероятность безотказной работы каждого элемента равна P_i (см. табл.). При составлении схемы автомобиля считайте, что в его состав входят: четырехцилиндровый двигатель, трансмиссия, две независимые тормозные системы и система питания. Следовательно, он может быть представлен схемой четырех элементов двигателя (четыре цилиндропоршневые группы), с которыми соединяются два элемента трансмиссии (муфта сцепления и коробка передач). Последовательно с ними включаются два элемента, соответствующие двум различным системам торможения. Последний (9-ый), включенный элемент соответствует системе питания.

Определите затем вероятность  безотказной работы, при условии, что для питания используются две системы питания, например, с  бензиновым и газовым топливом с  той же вероятностью безотказной  работы.

Сравните результаты расчётов и  сделайте вывод о надёжности двух рассмотренных структурных схемах автомобиля.

 

Вариант	Значение Pi, li×104
23	0,92

 

 

 

 

Решение:

 

1) Структурная схема надежности  автомобиля с одной системой  питания:

 

 Структурная схема надежности автомобиля с двумя системами питания:

a_1,2,3,4 - цилиндропоршневые группы;

b₁ - муфта сцепления;

b₂ - коробка передач;

c_1,2 - тормозные системы;

d₁ - система питания с бензиновым топливом;

d₂ - система питания с газовым топливом.

 

 

2) Предположим,  что A_i - событие, состоящее в безотказной работе цилиндропоршневой группы (i=1-4);

B₁ - событие, состоящее в безотказной работе муфты сцепления;

B₂ - событие, состоящее в безотказной работе коробки передач;

C_1,2 - событие, состоящее в безотказной работе тормозной системы;

D_j - событие, состоящее в безотказной работе системы питания (j=1 для одной системы питания, j=1,2 для двух систем питания);

E - событие, состоящее в безотказной работе автомобиля.

 

3) Определим  вероятность безотказной работы  автомобиля с одной системой  питания:

E₁ = A_i∙B₁∙B₂∙C_1,2∙D₁  ;

P_E1 = P_Ai∙P_B1∙P_B2∙P_C1,2∙P_D2

 

P_Ai = 1-(1-P)⁴ = 1-(1-0,92)⁴ = 1;

P_C1,2 = 1-(1-P)² = 1-(1-0,92)² = 0,994.

 

Следовательно, P_E1 = 1∙0,92∙0,92∙0,994∙0,92 = 0,774.

 

4) Определим  вероятность безотказной работы  автомобиля с двумя системами  питания:

E₂ = A_i∙B₁∙B₂∙C_1,2∙D_{1 ,2} ;

P_E2 = P_Ai∙P_B1∙P_B2∙P_C1,2∙P_D1,2

 

P_D1,2 = 1-(1-P)² = 1-(1-0,92)² = 0,994

 

P_E2 = 1∙0,92∙0,92∙0,994∙0,994 = 0,836

 

Вывод: т.к. P_E1< P_E2 , то вероятность безотказной работы автомобиля с двумя системами питания выше, чем с одной.

 

 

Задача №2. Известно, что в целом по машиностроительной отрасли на N единиц однотипного оборудования повышенной опасности приходится M аварий в год. Какова вероятность того, что на конкретном машиностроительном предприятии, имеющем n единиц аналогичного оборудования, произойдет m аварий в год, если работы по предупреждению аварий проводятся на отраслевом уровне (т.е. для данного предприятия вероятность аварии на  оборудовании, такая же, как и в отрасли). Определите также, вероятность m и более аварий в год.