ОЦЕНКА ПОЖАРНОГО РИСКА НА ОБЪЕКТЕ СКЛАДСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ РАЗВИТИЯ ПОЖАРА

Нельзя оценивать складские здания с точки зрения пожарной безопасности только по их площади и назначению, т.к. развитие пожара зависит от материалов в здании, способа их хранения, высоты складирования, размеров проходов, оборудования, проемов, предусмотренных систем противопожарной защиты.

Кроме того, отличительной особенностью склада является большой внутренний объем. По этой причине дым и горячие продукты горения после начала пожара заполняют помещение неравномерно. В одной зоне люди еще сохраняют возможность эвакуации, в другой опасная среда возникает уже быстро. Из-за этого при оценке последствий пожара важно смотреть на уровень опасных факторов, скорость их нарастания.

Федеральный закон от 22.07.2008 № 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» закрепляет риск-ориентированный подход, а постановление Правительства Российской Федерации от 22.07.2020 № 1084 задает общий порядок расчетов пожарного риска. Важное место здесь занимает проверка условий, в которых люди оказываются при разных сценариях развития пожара.

Для получения более подробных данных касательно сложившейся пожарной обстановки используется численное моделирование, которое предоставляет возможность для рассмотрения конечного результата, последовательности происходящих изменений после возникновения пожара.

Цель статьи – анализ возможностей использования численного моделирования развития пожара в процессе установления пожарного риска на объекте складского назначения с отображение значения результатов данного моделирования в анализе опасных факторов, условий эксплуатации.

1. Особенности оценки пожарного риска на объектах складского назначения

Пожарную опасность склада задают его размеры, состав и способ хранения продукции. На развитие пожара влияют свойства материалов, их объем, размещение, а при стеллажном хранении – еще и высота стеллажей, проходы и положение горючей нагрузки.

Стеллажи, штабели, перегородки, проемы и оборудование меняют ход пламени и дыма. По этой причине опасная среда в складе распределяется неравномерно и постоянно меняется в зависимости от очага и сценария пожара.

Важной для людей является информация, связанная с местом очага по отношению к эвакуационным путям. Указанное обусловлено тем, что при пожаре у основного направления движения требуется выполнение одних действий, а при его удалении от эвакуационных путей – других.

По этой причине в процессе оценивания пожарного риска требуется рассмотрение существующих сценариев, учитывающих место, где возник пожар, характеристики, а также размещение пожарной нагрузки, геометрию самого помещения, условия воздухообмена, эвакуационные пути, работу систем противопожарной защиты.

Благодаря данному подходу пожар рассматривается в качестве конкретного процесса, развивающегося в определенных условиях.

2. Численное моделирование развития пожара

Численное моделирование позволяет математически воспроизвести развитие пожара:

- распространение пламени,

- движение горячих газов,

- образование дыма,

- изменение среды.

Для этого применяют интегральные, зонные и полевые модели, которые различаются степенью детализации. Расчеты динамики пожара часто выполняют в Fire Dynamics Simulator (FDS), а в PyroSim обычно задают геометрию помещения, проемы, стеллажи, оборудование и пожарную нагрузку.

Далее устанавливаются условия сценария, а именно:

- место, где произошло возгорание,

- характеристики, параметры горения горючего материала,

- режим работы систем противопожарной защиты (при необходимости).

Не менее важное значение имеет выбор расчетной сетки. В том случае, если размер ячеек уменьшается, появляется возможность для более подробного описания распределения параметров. Однако при этом происходит увеличение количества вычислений. По этой причине требуется соответствие сетки определенной задаче, не выбираясь исключительно по принципу «чем меньше, тем лучше».

Моделирование предоставляет данные, изменяющиеся в пространстве, во времени.

В соответствии с задачей, которая была поставлена, появляется возможность для анализа температуры, движения газов, концентрации отдельных компонентов и пр. Благодаря этому очевидным становится процесс развития задымления, изменения условий в разных частях помещения.

Практическая ценность такого подхода в том, что он показывает пожар в развитии. Анализ позволяет увидеть конечную обстановку, сам процесс ее формирования.

3. Формирование сценариев развития пожара

Результат численного моделирования определяет выбранный сценарий. Расчет отражает пожар только при заданных исходных условиях. Другое положение очага, иная пожарная нагрузка или другой режим работы защиты меняют всю картину.

Для склада это особенно важно по той причине, что стеллажи, штабели и проходы направляют пламя и дым по-разному. Из-за этого переносить один сценарий на другой объект нельзя.

В процессе формирования сценария требуется учет системы противопожарной защиты. При автоматическом тушении пожара, наличии противодымной вентиляции или иных технических средств, требуется отражение их работы в расчетной постановке.

Требуется акцентировать внимание на расположении очага по отношению к эвакуационным путям, т.к. при наличии одинаковых характеристик помещения из-за изменения места возникновения очага возгорания изменяется время, на протяжении которого некоторые участки можно использовать для движения людей.

Проводимые исследования в сфере полевого моделирования указывают на то, что развитие пожарной обстановки зависит от характеристик пожарной нагрузки, работы инженерных систем, расположения очага. Указанное имеет особое значение для складских помещений в процессе рассмотрения взаимодействия противодымной вентиляции и автоматического пожаротушения.

При этом отсутствует потребность в сборе множества почти одинаковых вариантов расчета. Полезнее взять несколько сценариев, которые реально различаются по исходным условиям и показывают типовые для объекта ситуации.

Сценарий не сводится только к точке возникновения пожара. Он включает всю совокупность исходных условий, и именно они дальше меняют развитие пожара.

4. Роль результатов численного моделирования в оценке пожарного риска

Ценность численного моделирования при оценке пожарного риска прежде всего связана с тем, что расчет показывает пожарную обстановку во времени. Он позволяет проследить, как после возникновения очага меняются параметры среды и как эти изменения расходятся по помещению.

Полученные данные подлежат применению в анализе температуры, продуктов горения, прочих опасных факторов. Требуется учет пространственного распределения, т.е. условия вблизи и на удаленном расстоянии от очага могут значительно отличаться.

Важное значение имеет временная составляющая. Для того, чтобы оценить безопасность людей требуется понимание ликвидации у определенного участка помещения приемлемых условий. Указанные сведения в дальнейшем могут быть сопоставлены со временем, которое требуется для эвакуации всех людей.

Отобразим далее связь численного моделирования и оценки пожарного риска в общем виде: характеристики объекта → сценарий пожара → математическая модель → развитие пожара → распределение опасных факторов → условия пребывания и эвакуации → возможные последствия → оценка пожарного риска.

Численное моделирование нельзя прямо приравнивать к расчету пожарного риска. Модель описывает, как развивается пожар в пределах выбранного сценария, а уже потом эти данные используют для оценки последствий и для расчета по нужной методике.

Отдельно стоит разграничить моделирование пожара и моделирование движения людей. Несмотря на то, что данные задачи разные, они имеют сильную связь. Пожар меняет среду, а среда уже задает условия, в которых люди выходят из здания.

Численное моделирование позволяет уйти от общего предположения о распространении пожара и перейти к разбору конкретной ситуации с ее параметрами и ограничениями.

5. Возможности и ограничения численного моделирования

Благодаря полевому моделированию появляется возможность для изучения пожара в динамике, учета сложной геометрии помещения, неоднородного размещения пожарной нагрузки. Указанное имеет особое значение для складских объектов по причине существенной площади помещений, высоты хранения, использования различных стеллажных конструкций.

Кроме того, с его помощью можно осуществлять сравнение сценариев, т.е. оценивать влияние изменения места возникновения пожара, характеристик нагрузки или же режима работы противопожарных систем на самой пожарной обстановке.

Но, не стоит забывать, что математическая модель не является точной копией реального пожара. В основу всех расчетов входят исходные данные, определенные допущения. Тогда как отсутствует возможность дать точное описание реальных характеристик горения, фактического распределения материалов, а также условий воздухообмена.

На результат влияет и расчетная сетка. Крупная ячейка сглаживает процессы и теряет детали, а слишком мелкая сетка резко увеличивает вычислительные затраты. Характеристики горючего материала тоже нельзя брать формально, т.к. в том случае, если их задают слабо или по усредненной схеме, модель уводит расчет в сторону.

Отдельный результат вне контекста почти ничего не объясняет. Нужно видеть, какой сценарий заложили, на каких исходных данных построили расчет и какие допущения ввели по ходу работы.

Качество численного моделирования задает не одна программа. Его формируют постановка задачи, исходная информация и то, как в дальнейшем читают и толкуют полученный результат. Иногда программа считает корректно, а ошибку дает сама постановка задачи, что потом влияет на весь вывод, последующий анализ.

Для оценки пожарного риска на объектах складского назначения требуется учет характеристик здания, вида, размещения пожарной нагрузки, условий воздухообмена, работы используемых систем противопожарной защиты.

Численное моделирование предоставляет возможность для рассмотрения пожара в качестве процесса, развивающегося в пространстве, во времени. Благодаря этому появляется возможность для более подробного исследования распространения опасных факторов, изменения условий непосредственно для самих людей.

Для складских помещений такой подход приобретает особую значимость, когда объект имеет большую площадь, сложную планировку и неравномерное распределение пожарной нагрузки. Обоснованный выбор сценариев дает возможность по результатам моделирования сопоставлять разные варианты развития пожара.

Численная модель при этом не подменяет нормативную оценку пожарного риска. Она решает другую задачу, т.е. показывает физическое развитие пожара и дает материал для последующего анализа его последствий.

Практическая ценность численного моделирования напрямую связана с качеством исходных данных, с тем, насколько обоснованно выбран сценарий, и с тем, насколько корректно интерпретируют результат. Если эти условия соблюдаются, анализ пожарной обстановки становится более детальным, а исследователь получает сведения, которые трудно выразить только через усредненные показатели.