Ванович совершенствование способов обеспечения пожарной безопасности при проектировании, строительстве и эксплуатации дошкольных образовательных учреждений

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СПОСОБОВ ОБЕСПЕЧЕНИЯ

ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ,

СТРОИТЕЛЬСТВЕ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ДОШКОЛЬНЫХ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ УЧРЕЖДЕНИЙ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Защита состоится « 23 » марта 2012 г. в 15-00 ч. на заседании диссертационного совета Д 212.026.01 при ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет» по адресу: 400074, г. Волгоград,

ул. Академическая, 1, ауд. Б-203.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет».

Автореферат разослан « 20 » февраля 2012 года.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В процессе проектирования и строительства закладывается основа пожарной безопасности зданий и сооружений, поэтому соблюдение требований пожарной безопасности является приоритетной задачей при проектировании, строительстве и эксплуатации любых зданий и сооружений. От того, насколько будут реализованы все противопожарные мероприятия, зависит безопасность людей и целостность строения.

Ежедневно на территории РФ происходит около 600 пожаров, до 90 чел. погибают или получают серьезные травмы, около 1 тыс. чел. остаются без жилья в результате его уничтожения или существенного повреждения пожаром. Современное состояние пожарной безопасности в образовательных учреждениях (в том числе дошкольных) настолько сложное, что еще в 2008 году вопрос о состоянии их пожарной безопасности впервые в России поднимался на заседании правительства Российской Федерации. По результатам проверок прокуратуры России в 2009-2010 годах по 9 дошкольным образовательным учреждениям судами были приняты решения о приостановке их деятельности на 90 суток.

Анализ причин современного неудовлетворительного противопожарного состояния дошкольных образовательных учреждений, а также анализ пожаров и их последствий показал, что негативные последствия вызваны не только нарушениями правил пожарной безопасности при эксплуатации дошкольных образовательных учреждений (отсутствие установок пожарной автоматики, неисправность электропроводки, отсутствие в помещениях первичных средств пожаротушения и др.), но, в первую очередь, вызваны недостатками проектных решений и неточными расчетами времени эвакуации. В частности тем, что при расчётах не учитываются особенности процесса эвакуации детей. Все перечисленные факторы приводят к превышению допустимых величин пожарного риска в дошкольных образовательных учреждениях.

Оценка расчётных величин пожарного риска является одним из средств контроля состояния противопожарной безопасности объекта. Непосредственное влияние на расчётную величину пожарного риска оказывает расчётное время эвакуации. Параметры процесса эвакуации являются исходными данными для расчётов величин пожарного риска.

Таким образом, совершенствование методики оценки величин пожарного риска на объектах путём уточнения параметров процесса эвакуации для дошкольных образовательных учреждений является актуальной задачей совершенствования способов обеспечения пожарной безопасности при проектировании, строительстве и эксплуатации дошкольных образовательных учреждений.

Работа выполнялась в соответствии с протоколом № 8 от 20.05.2011 г. заседания кафедры «Безопасность жизнедеятельности в техносфере» ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет».

Целью работы является совершенствование способов обеспечения пожарной безопасности при проектировании, строительстве и эксплуатации дошкольных образовательных учреждений в целях предупреждения возникновения пожаров, гибели людей при пожарах посредством уточнения коэффициентов в оценке величины пожарных рисков, разработки технических решений и рекомендаций по проектированию зданий дошкольных образовательных учреждений.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

• исследование и определение параметров процесса эвакуации в дошкольных учреждениях, влияющих на сохранение жизни и здоровья людей при пожарах;
• уточнение формул расчёта при оценке пожарных рисков в дошкольных образовательных учреждениях на основе исследования и систематизации данных о психофизических закономерностях поведения детей при пожаре, связей между параметрами и кинематическими закономерностями их изменения при движении потока детей во время эвакуации;
• совершенствование методики по определению расчётных величин пожарного риска применительно к зданиям дошкольных образовательных учреждений, путём внесения в расчётные формулы поправочных коэффициентов, характеризующих особенности процесса эвакуации детей;
• определение экспериментальной зависимости интенсивности движения от возраста детей, плотности потока, количества детей в группе отнесенного к одному взрослому для групп детей в возрасте 2 и 6 лет;
• анализ возможных мест возникновения пожаров, вариантов развития и сценариев эвакуации в зданиях дошкольных образовательных учреждений;
• разработка и внедрение средств спасения и самоспасания детей при невозможности эвакуации через предусмотренные эвакуационные пути и выходы;
• разработка рекомендаций по проектированию зданий дошкольных образовательных учреждений;
• разработка оптимизированной схемы противодымной вентиляции для обеспечения оптимальных условий эвакуации из зданий дошкольных образовательных учреждений;
• разработка рекомендаций по организации эвакуации детей при пожарах в дошкольных образовательных учреждениях.

Основная идея работы состоит в усовершенствовании методики оценки пожарного риска применительно к дошкольным образовательным учреждениям, построенным по типовым проектам на основе полученных экспериментальным и расчётным путями коэффициентов, характеризующих особенности процесса эвакуации детей.

Методы исследования включали: аналитическое обобщение известных научных и технических результатов, математическое моделирование, прогнозирование, анализ практических результатов, математическую обработку экспериментальных данных по полученным результатам процесса эвакуации детей из дошкольных образовательных учреждений, соответствие полученных результатов существующей методике по оценке величин пожарных рисков с применением ПК методами сценарного прогнозирования.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обоснована применением классических положений теоретического анализа, математическим моделированием изучаемых процессов, подтверждена удовлетворяющей требуемым критериям сходимостью полученных результатов экспериментальных исследований.

Научная новизна работы состоит в том, что:

• на основании экспериментальных и опытных исследований получены зависимости интенсивности движения и скорости движения от возраста детей при эвакуации из зданий дошкольных образовательных учреждений;
• на основании экспериментальных и опытных исследований получены зависимости интенсивности движения и скорости движения от количества детей в группе и соотношения количества детей, приходящихся на одного взрослого при эвакуации из зданий дошкольных образовательных учреждений;

• - определена экспериментальная зависимость интенсивности движения от возраста детей, плотности потока, количества детей в группе отнесенного к одному взрослому для групп детей в возрасте 2 и 6 лет;

• усовершенствована методика оценки пожарного риска применительно к дошкольным образовательным учреждениям, построенных по типовым проектам на основе полученных экспериментальным и расчётным путём коэффициентов, характеризующих особенности процесса эвакуации детей;
• разработано спасательное надувное устройство для спасения и самоспасания детей из зданий дошкольных образовательных учреждений построенных по типовым проектам при невозможности эвакуации по предусмотренным для этой цели эвакуационным путям и выходам, новизна которого подтверждена патентом на полезную модель № 109413 Рос. Федерация;

Практическое значение работы:

• предложена методика расчета пожарных рисков в дошкольных образовательных учреждениях.
• предложено техническое решение для спасения и самоспасания детей из зданий дошкольных образовательных учреждений построенных по типовым проектам с использованием спасательного надувного устройства (патент на полезную модель № 109413 Рос. Федерация);
• разработаны рекомендации по эвакуации детей при пожарах в дошкольных образовательных учреждениях;
• разработаны рекомендации по проектированию зданий дошкольных образовательных учреждений;
• разработана оптимизированная схема противодымной вентиляции для обеспечения оптимальных условий эвакуации из зданий дошкольных образовательных учреждений;

Реализация результатов работы:

• рекомендации по эвакуации детей при пожарах в дошкольных образовательных учреждениях разработанные в диссертационной работе легли в основу разработки инструкции по мерам пожарной безопасности и приложения к плану эвакуации в ДОУ № 277 Дзержинского района г.Волгограда.
• рекомендации по проектированию зданий дошкольных образовательных учреждений предложенные в диссертационной работе используются ООО «ПТБ ПСО Волгоградгражданстрой».

материалы диссертационной работы использованы кафедрой Безопасность жизнедеятельности в техносфере ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет» в учебном процессе при подготовке инженеров по специальности 280101 «Безопасность жизнедеятельности в техносфере».

-зависимость интенсивности движения и скорости движения от возраста детей при эвакуации из зданий дошкольных образовательных учреждений;

• зависимость интенсивности движения и скорости движения от количества детей в группе и соотношения количества детей, приходящихся на одного взрослого при эвакуации из зданий дошкольных образовательных учреждений;

- усовершенствованная методика оценки пожарного риска применительно к дошкольным образовательным учреждениям, построенных по типовым проектам на основе полученных экспериментальным и расчётным путём коэффициентов, характеризующих особенности процесса эвакуации детей;

-спасательное надувное устройство для спасения и самоспасания детей из зданий дошкольных образовательных учреждений построенных по типовым проектам при невозможности эвакуации по предусмотренным для этой цели эвакуационным путям и выходам.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы докладывались : на ежегодных научно-технических конференциях Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета в 2009-2011 гг. Результаты опубликованы в «Вестнике ВолГАСУ» №23 (42) серии «Строительство и архитектура» (Волгоград, 2011 г.); в интернет-вестнике ВолГАСУ» №3 (17) «Политематическая серия» (Волгоград, 2011 г.); в сборнике материалов и научных трудов «Проблемы охраны производственной и окружающей среды» выпуск №3 издательство ВолгГАСУ 2011г, №4 издательство ВолгГАСУ 2012г. На международной научно – практической интернет конференции «Современные проблемы и пути их решения в науке, транспорте, производстве и образовании 2011». Результаты опубликованы в сборнике научных трудов SWorld. Одесса: Черноморье, 2011. Вып.4, т.7.

Публикации. Основные результаты по теме диссертации изложены в 8 научных статьях, из них 2 статьи опубликованы в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, 1 патенте на полезную модель.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Общий объем работы 236 страниц, в том числе: 166 страниц – основной текст, содержащий 26 таблиц на 23 страницах, 27 рисунков на 24 страницах; список литературы из 172 наименований на 18 страницах, 6 приложений на 52 страницах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель, задачи и основная идея работы, ее научная новизна и практическая значимость, приведены сведения об апробации и практическом внедрении результатов проведенных исследований.

В первой главе рассмотрено современное состояние вопроса пожарной безопасности, в том числе при проектировании, строительстве и эксплуатации дошкольных образовательных учреждений. Выявлено, что все основные пожарные риски зависят, прежде всего, от природных, техногенных и социальных факторов.

Описаны основные нарушения правил пожарной безопасности, приведены примеры наиболее характерных пожаров и их последствий в дошкольных образовательных учреждениях. Проанализированы государственные нормативные требования и документы регламентирующие обеспечение пожарной безопасности при проектировании, строительстве и эксплуатации дошкольных образовательных учреждений. Проведён обзор исследований в области эвакуации людей при пожарах. Приведены и проанализированы работы наиболее авторитетных исследователей в области эвакуации при пожарах, В.В. Холщевникова, Д.А. Самошина, И.И. Исаевича и др. Проанализированы методы расчёта параметров эвакуации с применением программного обеспечения. Однако, положение дел с пожарной безопасностью в дошкольных об­разовательных учреждениях на протяжении ряда лет признаётся неудовлетво­рительным, в документах регламентирующих обеспечение пожарной безопас­ности при проектировании, строительстве и эксплуатации уделено недоста­точное внимание специфике дошкольных образовательных учреждений, современные строительные решения в т.ч. выбор автоматических установок пожарной защиты в основном ориентированы на предотвращение возможного пожара в ущерб безопасности людей при его возникновении и, до настоящего времени не систематизированы научные исследования о поведении больших групп детей при эвакуации в случае реального пожара.

Оценка пожарных рисков является одним из основных элементов обеспечения пожарной безопасности. Исходными данными для оценки пожарных рисков являются параметры процесса эвакуации. Использование полученных результатов даёт возможность определять величины рисков воздействия различных факторов для конкретного объекта, проводить оценку значимости каждого фактора с позиции безопасности, что и является основой формирования мероприятий по предупреждению пожаров.

Вторая глава посвящена исследованию параметров процесса эвакуации как исходных данных для оценки пожарных рисков проектируемых объектов и объектов законченного строительства. Проведён анализ параметров процесса эвакуации, влияющих на пожарный риск проектируемых, строящихся и эксплуатируемых зданий дошкольных образовательных учреждений. Установлено, что важнейшим параметром является время начала эвакуации.

Для внесения поправочных коэффициентов в формулы существующей «Методики», проведены опытные исследования площади горизонтальной проекции детей, включающие определение действительной площади горизонтальной проекции человека (рис.2.), в результате которых рассчитана средняя площадь горизонтальной проекции 1 человека в дошкольных образовательных учреждениях равная 0,02 м2.

Проведены экспериментальные исследования зависимости интенсивности движения детей в горизонтальном направлении, по лестнице верх и вниз от их возраста В, плотности потока D, количество детей в группе отнесенное к одному взрослому n. Результаты исследований на примере движения в горизонтальном направлении представлены на рис.3.

Рис. 2. Площадь горизонтальной проекции человека: а) расчетная; б) действительная.

Проведены экспериментальные исследования зависимости интенсивности движения детей в горизонтальном направлении, по лестнице верх и вниз от их возраста В, плотности потока D, количества детей в группе отнесенное к одному взрослому n. Результаты исследований на примере движения в горизонтальном направлении представлены на рис.3.

		q = 4,86 – 2,42+ 3,63+ 1,76-0,46–0,27 – 0,11+2,962–5,032+4,882 (1)
Рис.3.	Результаты экспериментальных исследований зависимости интенсивности движения детей в горизонтальном направлении от плотности потока , возраста детей , количества детей в группе , отнесенного к одному взрослому чел: при , =2: 1- =4, 2- =6, 3- =8; при =4: 4- =4, 5- =6, 6- =8; при , =6: 7-=4, 8- =6, 9- =8.

В результате аппроксимации экспериментальных данных полиномами второй степени с учетом значимости вычисленных коэффициентов, на уровне значимости = 0,05 принятом для технических экспериментов, уравнение регрессии ищем в виде:

,

(1)

Значимость коэффициентов уравнения регрессии определялась по критерию Стьюдента – коэффициенты статистически значимы. Адекватность уравнений регрессии эксперименту определялась по критерию Фишера. Скорректированный коэффициент детерминации, определяемый по критерию Фишера показал, что F > Fkp, следовательно, коэффициент детерминации статистически значим и уравнение регрессии адекватно.

Во всех опытах наблюдается увеличение интенсивности движения при увеличении возраста детей и количества взрослых приходящихся на одного ребёнка.

Максимальное значение интенсивности достигается при возрасте детей 6 лет и количестве детей приходящихся на одного взрослого равное 4.

Экспериментальными исследованиями установлено, что для групп детей возраста 2 и 4 года максимальная интенсивность движения наблюдается при движении по горизонтали, а минимальная при движении по лестнице вверх. В свою очередь, для групп детей возрастом 6 лет, максимальная интенсивность движения достигнута при движении по лестнице вниз, минимальная при движении по лестнице вверх. Данная ситуация предположительно объясняется различиями в физиологическом и психологическом развитии детей возраста 2, 4 и 6 лет.

Проведены исследования по определению усредненного значения времени начала эвакуации применительно к дошкольным образовательным учреждениям. Исследования проводились со следующими группами детей:

ясельная группа, возраст: 1,5-2 года - группа из 15-20 человек; 2-3 года – группа из 15-20 человек; младшая группа, возраст: 3-4 года – группа из 15- 20 человек; 4 – 5 лет – группа из 20 - 25 человек; средняя группа, возраст: 5 – 6 лет – группа из 20 – 25 человек; старшая группа, возраст: 6– 7 лет – группа из 20-25 человек. Установлено, что среднее время начала эвакуации для групп составило: ясельной - 9 мин., младшей - 9 мин., средней – 7,5 мин., старшей – 5,5 мин., общее среднее время – 7,75 мин.

Глава 3 посвящена анализу методик по оценке величин пожарных рисков, определению метода расчёта критической продолжительности пожара наиболее подходящего для дошкольных образовательных учреждений и совершенствование методики путём внесения поправочных коэффициентов в математическую модель индивидуально-поточного движения. Представлены теоретические основы обеспечения пожарной безопасности при проектировании и эксплуатации дошкольных образовательных учреждений.

На основе результатов исследований параметров процесса эвакуации установлено, что в условиях высокой степени неопределённости параметров внешней и внутренней среды для расчёта пожарного риска и проведения мероприятий по предупреждению пожаров, наиболее подходящим является метод сценарного прогнозирования.

Вероятность эвакуации людей в существующей «Методике определения расчетных величин пожарного риска в зданиях, сооружениях и строениях различных классов функциональной пожарной опасности» определяется по формуле (1).

Установлено, что наиболее подходящей моделью для проведения расчётов времени эвакуации детей из зданий дошкольных образовательных учреждений является математическая модель индивидуально-поточного движения. Расчетное время эвакуации людей из здания в этом случае устанавливается по времени выхода из него последнего человека (формула 3).

,

(2)

xi(t) = xi(t-t) – Vi(t)t м, (3)

где xi(t-t) – координата i-го человека в предыдущий момент времени, м;

Vi(t)– скорость i-го человека в момент времени t, м/с;

t– промежуток времени, с.

Расчётным путём получены коэффициенты, учитывающие особенности теоретических расчетов времени эвакуации детей из зданий дошкольных образовательных учреждений, по математической модели индивидуально-поточного движения. При расчётах локальной плотности в дошкольных образовательных учреждениях формула примет вид:

Di(t) = (n(t)-1) f m/ (bx), [м2/м2]. (4)

Для наглядного отображения адекватности уравнений регрессии (1) построены зависимости расчётно-пропускной способности выхода Qj(t) от значений qj(t) полученные экспериментальным и расчётным способами по уравнению регрессии (1) для групп детей в возрасте 2х и 6ти лет на примере движения по лестнице вниз (рис. 5). На основании статистического анализа уравнения регрессии (1) установлено, что среднеквадратическое отклонение , точность подбора уравнения регрессии средняя, т.к. .

а		б
Рис. 5.	Зависимость расчётно-пропускной способности выхода Qj(t) для группы детей а) в возрасте 2 лет: 1- при экспериментальном значении qj(t); 2 - при расчетном значении qj(t); б) в возрасте 6 лет: 1- при экспериментальном значении qj(t); 2 - при расчетном значении qj(t).

Проведен анализ возможных мест возникновения пожаров, вариантов развития и сценариев эвакуации в зданиях дошкольных образовательных учреждений для следующих случаев возникновения пожара: пожар возник в помещении музыкального зала на первом этаже, пожар возник в помещении столовой на первом этаже, возникновении пожара в коридоре между раздевалкой и столовой на втором этаже.

Проведённый анализ сценариев эвакуации позволил сделать вывод, что при возникновении пожара в зданиях дошкольных образовательных учреждений особенно опасными для жизни людей являются дым и токсичные продукты горения, поэтому в зданиях для удаления продуктов горения из помещений, в целях продления времени эвакуации, необходима установка систем противодымной вентиляции с «позонным» включением.

Глава 4 посвящена практическому применению полученных теоретических и экспериментальных результатов. На основании проведённых теоретических и экспериментальных исследований параметров процесса эвакуации усовершенствована существующая методика по определению расчётных величин пожарного риска для использования в дошкольных образовательных учреждениях. Нами был проведен расчет времени заполнения помещения дымом помещений и коридоров типового детского сада, в результате которого установлено, что помещения заполняются дымом до опасных концентраций быстрее, чем начнётся эвакуация.

Анализ существующих нормативных документов и проведённые в ходе написания работы опытные исследования позволили определить недостатки в проектировании дошкольных образовательных учреждений и разработать рекомендации по их проектированию (разделение здания на противопожарные отсеки, зоны, установка систем дымоудаления, рис.6), которые используются в работе ООО «ПТБ ПСО Волгоградгражданстрой». Результаты экспериментальных исследований позволили разработать рекомендации по организации эвакуации при пожарах в зданиях дошкольных образовательных учреждений, которые применены в ДОУ № 277 Дзержинского района г.Волгограда.