Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Статистический анализ характеристик пожаров в зданиях повышенной этажности
1. Анализ пожаров в зданиях повышенной этажности 10
1.1. Особенности пожарной опасности зданий повышенной этажности 10
1.2. Эвакуация людей при пожарах в зданиях повышенной этажн ости 15
1.3. Тушение пожаров в зданиях повышенной этажности 25
2. Статистический анализ характеристик пожаров в здани ях повышенной этажности 27
2.1. Задачи статистического анализа 27
2.2. Методика анализа статистических данных
2.2.1. Оценка вероятностей пожаров 29
2.2.2. Оценка числовых характеристик случайных величин.. 29
2.2.3. Оценка законов распределения случайных величин... 32
2.2.4. Методика регрессионного анализа 36
3. Анализ статистических характеристик пожаров в здани
ях повышенной этажности 38
Выводы 49
Глава II. Анализ технических средств, обеспечивающих пожарную безопасность зданий повышенной этажности 51
1. Качественные показатели пожарных технических средств 52
2. Пожарные спасательные средства 53
2.1. Требования к пожарным спасательным средствам 53
2.2. Классификация пожарных спасательных средств
2.3. Анализ характеристик пожарных спасательных средств 56
2.4. Стационарные пожарные спасательные средства 57
2.5. Предлагаемые пожарные спасательные средства
2.5.1. Пожарные лифты 60
2.5.2. Пожарные транспортеры 69
2.6. Анализ надежности пожарных лифтов 70
3. Системы противопожарного водоснабжения зданий по вышенной этажности 80
3.1. Требования к системам противопожарного водоснабжения зданий повышенной этажности 80
3.2. Анализ существующих систем противопожарного водоснабжения в зданиях повышенной этажности 82
3.3. Трубная каркасная система противопожарного водоснабжения 86
Выводы 92
Глава III. Анализ качества пожарных технических систем 95
1. Методика оценки качества пожарных спасательных средств на основе теории нечетких множеств 96
2. Анализ качества пожарных спасательных средств 101
3. Методика оценки качества систем противопожарного водоснабжения по комплексным показателям 104
4. Анализ качества систем противопожарного водоснабжения 107
Выводы 109
Заключение 110
Литература
- Эвакуация людей при пожарах в зданиях повышенной этажн ости
- Классификация пожарных спасательных средств
- Трубная каркасная система противопожарного водоснабжения
- Методика оценки качества систем противопожарного водоснабжения по комплексным показателям
Эвакуация людей при пожарах в зданиях повышенной этажн ости
Как видно из рис. 1.1 и 1.2 количество пожаров и погибших людей в ЗПЭ в РФ весьма велико и проблема обеспечения пожарной безопасности этих зданий является актуальной. Подтверждение этому свидетельствует анализ статистических данных последних лет по городу Санкт-Петербургу и области, который показывает, что за 1998 и 1999 годы в ЗПЭ произошло соответственно 1473 и 1410 пожаров, в которых за два года погибло 48 и пострадало 99 человек. Материальный ущерб только за 1998 год составил более 11 миллионов рублей. Каждый седьмой пожар в городе Санкт-Петербурге и области приходится на ЗПЭ, а за сутки происходит в среднем примерно четыре пожара.
Анализ пожаров, а также эксперименты по изучению скорости и характера задымления ЗПЭ без включения систем противодымной зашиты показывают, что скорость движения дыма в лестничной клетке может составлять до 7 - 8 м мин-1 [21]. При возникновении пожара на одном из нижних этажей уже через 5-6 минут задымление распространяется практически по всей высоте лестничной клетке, а уровень задымления может быть таков, что находиться в лестничной клетке без средств защиты органов дыхания практически невозможно. Одновременно происходит задымление помещений верхних этажей, особенно расположенных с подветренной стороны. Ухудшение видимости, паника, токсичное воздействие продуктов горения могут привести к гибели людей. Нагретые продукты горения, поступая в лестничную клетку, повышают температуру воздуха. Установлено, что уже на 5-й минуте от начала пожара температура в лестничной клетке, примыкающей к месту пожара, может достигать 120 - 140 С, что значительно превышает допустимую для человека температуру.
По высоте лестничной клетки в пределах двух - трех этажей от уровня пожара создается как бы тепловая подушка с температурой 100-150 С, преодолеть которую без средств защиты невозможно [21].
Температура в помещении, где возник очаг пожара, зависит от величины пожарной нагрузки. Максимальное значение среднеобъем-ной температуры может достигать 1000 С, а температура - поверхности перекрытия - 960 С, стен - 860 С [21].
При отсутствии горизонтальных преград на фасаде пламя из оконного проема через 15-20 минут от начала пожара в помещении может распространиться вверх по балконам, лоджиям, оконным переплетам, воспламеняя сгораемые элементы строительных конструкций и предметы обстановки в помещениях следующего этажа.
Большинство пожаров, как правило, ограничивается одним помещением или, реже, одним этажом, поскольку в современных ЗПЭ осуществляется комплекс пожарно-профилактических мероприятий. Очаг пожара, обычно, выявляется своевременно и ликвидируется с минимальным ущербом. Пожар в ЗПЭ принимает катастрофические последствия при сочетании целого ряда неблагоприятных обстоятельств: применения в конструкциях и отделке помещений горючих полимерных материалов, отсутствия или неисправности систем автоматической пожарной сигнализации и противодымной защиты, недостаточный напор во внутреннем противопожарном водопроводе.
В России в ЗПЭ катастрофических пожаров с числом жертв в сотни человек не было. Однако из этого не следует, что такая опасность не существует. Особенно это касается проведения спасательных работ. Отсутствие подобных катастроф, скорее всего, объясняется небольшим числом построенных в России ЗПЭ по сравнению с другими странами. Трагедии большого масштаба имели место и в России (1977 г., Москва, гостиница «Россия», погибло 50 человек; 1991 г., Ленинград, гостиница «Ленинград», погибло 18 человек, в том числе 9 пожарных). [36, 64]
На основании анализа крупных пожаров в ЗПЭ в США, происшедших в начале 80-х гг., пожарными специалистами этой страны сделан вывод, что противопожарная защита, тушение пожаров, спасание людей при пожарах в ЗПЭ представляют совершенно особую проблему, требующую переосмысления традиционных противопожарных мероприятий. [63] Строительство ЗПЭ в США началось с 1890 г., причем согласно действовавшим тогда положениям они сооружались как обычные традиционные здания (1891г., Монаднок билдинг, каменная кладка здания, 16 этажей, толщина стен более 1,5 м). Во время промышленного кризиса 1929 г. строительство этих зданий сначала сократилось, а в 1933 г. прекратилось вовсе. Только в результате экономического подъема после второй мировой войны, строительство ЗПЭ возобновилось в 1950 г. Пожары в ЗПЭ в США, происшедшие в 70-е и 80-е гг. с большим числом человеческих жертв, случались именно в новых зданиях с новыми видами оборудования, возведенных новыми методами с применением каркасных конструкций, в то время как здания, выстроенные традиционными методами до второй мировой войны, от пожаров не пострадали.
Классификация пожарных спасательных средств
Основными характеристиками случайных величин являются начальные и центральные моменты. Начальный момент s-ro порядка случайной величины X определяется зависимостью: а,[Х] = І;х1врІ. (1.2) Центральный момент s-ro порядка случайной величины X имеет вид: МЛХ] = (х, -Mx)sPi. (1.3) Основными характеристиками случайных величин являются их математическое ожидание Мх (характеристика положения), дисперсия зо Dx (характеристика рассеивания случайной величины относительно математического ожидания) и среднее квадратичное отклонение ах. Оценка математического ожидания определяется по зависимости (первый начальный момент): п МЖ=І . 1 4 П Оценка математического ожидания является случайной величиной и может при малых выборках существенно отличаться от его истинного значения. Погрешность оценки математического ожидания определяется на основе доверительных интервалов: !p=(MxpaMx;Mx+tpaMx). (1.5) где 1р - доверительный интервал; Р - доверительная вероятность; Мх- оценка математического ожидания; tp - статистика Стьюдента; оМх - среднее квадратичное отклонение оценки математического ожидания. . /67 1-8 Стм- = \ Т где Dx - оценка дисперсии. Значение величены tp, находятся из таблиц [4], в зависимости от заданной доверительной вероятности р и числа данных в выборке п. Оценка дисперсии определяется по зависимости (второй центральный момент): (1.7) п-1 Доверительный интервал для дисперсии имеет вид: P=(DxpaDx;Dx+tp0Dx). (1.8) где Г2 Г (1.9) aD = Dx. D \)n-1 x Оценка среднего квадратического отклонения определяется по зависимости: a,=VS; (1-Ю) Для более подробного описания случайных величин и определения их законов распределения применяют моменты более высоких порядков.
Третий центральный момент случайной величины служит для характеристики асимметрии (или «скошенности») закона распределения. Если распределение симметрично относительно математического ожидания, то все моменты нечетного порядка (если они существуют) равны нулю. Эти свойства распределения описываются коэффициентом асимметрии, оценка которого определяется зависимостью: а= -. (1.11) a где, JJ.3 - оценка третьего центрального момента. Четвертый центральный момент служит для характеристики так называемой «крутости», т.е. островершинности распределения. Эти свойства распределения описываются эксцессом. е=- --3. (1.12) где, {.и - оценка четвертого центрального момента. Для нормального распределения эксцесс равен нулю ( -4- = 3). a Распределения с острой вершиной, обладают положительным эксцессом; кривые более плосковершинные - отрицательным эксцессом. Другими характеристиками положения максимума распределения являются мода и медиана. Мода представляет собой значение случайной величины при котором плотность вероятностей максимальна. В общем случае мода и математическое ожидание случайной величины не совпадают. Для нормального распределения матическое ожидание совпадает с модой и центром симметрии распределения. Медиана определяется зависимостью: р(Х М.) = р(Х М.), (1.13) где Ме - значение медианы. Из формулы видно, что одинаково вероятно окажется ли случайная величина меньше или больше значения медианы. Геометрически медиана - это абсцисса точки, в которой площадь, ограниченная кривой распределения, делится пополам. В случае симметричного модального распределения медиана совпадает с математическим ожиданием и модой.
Основными характеристиками случайных величин являются законы распределения. Законы распределения могут иметь дифференциальную или интегральную формы. Интегральный закон распределения выражается в виде функции распределения случайной величины X, которая имеет вид: F(x,) = p(X x,). (1.14) Дифференциальный закон распределения выражается функцией f(x) - производной функции распределения. . =- - (1.15) Для оценки законов распределения случайных величин удобно имеющиеся данные записывать в виде статистического ряда и представить его в форме гистограммы. Практика показывает, что в большинстве случаев рационально выбирать число разрядов гистограмм в пределах 10 -г 20. Ширину разрядов АХк удобно брать одинаковой. Высота столбца разряда определяется на основе следующих зависимостей: для интегрального закона IX F(x)K _ 0П го закона адк = "к пДХк (1.16) (1.17) ,илк где, к - номер разряда; пк - число значений случайной величины X, попадающих в к-ый разряд. Выбор вида теоретических законов распределения проводился с учетом вида гистограммы на основе метода моментов. Выбор вида теоретических законов распределения по методу моментов проводился на основе анализа соотношения коэффициентов асимметрии и эксцесса в соответствии с диаграммой представленной на рис.1.8 [22,23]
Трубная каркасная система противопожарного водоснабжения
Стационарные ПСС должны быть установлены в здании или сооружении в местах наиболее вероятного скопления людей при пожаре. Конструкции и способы их крепления к зданию, как правило, не позволяют их перемещать. Стационарные ПСС по готовности к использованию подразделяются на две группы: готовые к использованию в любой момент времени и требующие дополнительной подготовки и приведение в действие перед использованием. Из всех видов ПСС наиболее надежными и эффективными при пожаре являются стационарные ПСС, готовые к использованию в любой момент времени. В большинстве случаев это капитальные конструкции, представляющие собой составную часть здания или сооружения. Однако, такие ПСС сравнительно дороги, поэтому их строительство оправдано только в крупных ЗПЭ жилого, административного и общественного назначения с большим количеством людей.
Стационарные ПСС, требующие дополнительной подготовки перед использованием, применяются в тех случаях, когда необходимо избежать больших капитальных затрат или риска гибели людей в случае пожара. Этот вид ПСС менее надежен, однако он значительно дешевле, занимает мало места при хранении. К таким ПСС относятся главным образом спасательно-эвакуационные лестницы, а также некоторые мобильные ПСС, в том числе спасательные рукава.
К стационарным ПСС готовым к применению в любой момент времени относятся: незадымляемые лестничные клетки, винтовые спуски в незадымляемых шахтах, лифты, желоба, шахты с транспортными средствами.
В настоящее время наиболее распространенными являются незадымляемые лестничные клетки. Незадымляемость лестниц достигается двумя способами. Наиболее надежным способом является устройство выхода в лестничную клетку через так называемую наружную воздушную зону. Другим способом является обеспечение незадым-ляемости обычных лестничных клеток путем создания в них подпора воздуха. Каждый из этих способов имеет свои преимущества и недостатки. К недостаткам незадымляемых лестничных клеток относятся следующие: - большая протяженность путей эвакуации и продолжительность времени эвакуации людей из горящего здания; - создание препятствий из-за скопления большой массы людей на лестнице, что ограничивает возможность их спасания; - для детей, пожилых и больных людей этот путь может оказаться непреодолимым, в лестницах могут создаваться пробки, что вызывает панику; - использование СиС пожарной охраны для тушения пожара по данным лестницам ограничено (скорость их подъема минимальна), так как они мешают проведению эвакуации.
Ограниченность ширины эвакуационных лестниц, большая плотность людских потоков, их слияние на лестнице и более низкая интенсивность движения людей по лестнице вниз, чем по горизонтальным путям, приводит к образованию на. лестничных клетках ЗПЭ людских потоков с весьма большой плотностью. Проведенные исследования показывают [52], что в зданиях высотой более трех этажей возможны следующие варианты развития процесса эвакуации. Если средняя расчетная плотность людского потока на лестнице более 4 чел«м"2, то не удается избежать образования пробок в местах слияния потоков на уровне выходов с этажей. При увеличении же значений средней расчетной плотности потока в лестничной клетке зоны недопустимой плотности потока распространяются на все большую длину лестницы, захватывая весь образовавшийся на ней поток, что препятствует входу в нее людей с этажа. В этом случае время эвакуации определяется не сколько пропускной способностью эвакуационного выхода с этажа, сколько частями потоков с максимальной плотностью, образующимися на уровне межэтажных лестничных площадок.
Методика оценки качества систем противопожарного водоснабжения по комплексным показателям
Каждый из существующих методов имеет свои достоинства и недостатки. К недостаткам методов А.Н. Колмогорова и Н.В. Смирнова можно отнести то, что применение их требует значительной априорной информации о теоретическом законе распределения, так как кроме вида закона распределения должны быть известны значения других параметров распределения. К недостаткам метода А.Н. Колмогорова также относится то, что метод учитывает только максимальное отклонение статистической функции распределения от теоретической, а не изменения отклонений по всему диапазону случайной выборки. Проверка сходимости гистограммы и теоретического закона проводилась по критерию К. Пирсона, на основе зависимости: Х -І ПВЇ)!. (118) к=1 Прк где, х2 - критерий Пирсона; пк - число значений в к - разряде, рк - частота (или оценка вероятности), п - число значений в выборке, R - число разрядов. С помощью таблицы [23] определяется вероятность Рх того, что величина, имеющая распределение х2 с r-степенями свободы, превзойдет критическое значение Хкр2- Если эта вероятность весьма мала, гипотеза отбрасывалась как неправдоподобная. Если эта вероятность велика, гипотеза принималась как не противоречащая опытным данным.
Обычно гипотеза о сходимости статистического и теоретического законов распределения принимается, если эта вероятность не менее 0,1. 2.2.4. Методика регрессионного анализа.
Весьма важными задачами статистического анализа являются задачи определения взаимосвязи случайных величин. Эти задачи решаются на основе регрессионных, корреляционных и дисперсионных методов анализа.
Регрессионные методы позволяют определить зависимость между случайными величинами в виде аналитического выражения. При этом регрессионный анализ позволяет не только определить факторы, влияющие на зависимую случайную величину, определить аналитическую форму уравнения регрессии, но и решить задачи прогнозирования исследуемых случайных процессов. Взаимосвязь двух случайных величин часто определяется на основе метода парной регрессии. В линейной постановки задачи уравнение регрессии записывается в виде: у = в0+в.,х+є (1.19) где у - зависимая случайная величина; х - независимая случайная величина; Во, Ві - коэффициенты; є - случайная величина, характеризующая отклонения зависимой переменой от линии уравнения регрессии. Определение коэффициентов уравнения регрессии решается на основе метода наименьших квадратов [22]. ЕХІУІ а,= (1.20) Е І г=1 в0=у-вх (1.21) где Хь у( - фактические значения случайных величин; х;у - математические ожидания случайных величин; n - количество данных в анализируемой выборке. Адекватность уравнения регрессии исследуемой зависимости случайных величин проверяется на основе критерия Фишера: (1.22) где Da - оценка дисперсии адекватности; Dy - оценка дисперсии фактических значений у, в выборке. При этом: П - 2 І=І (1.23) где Ун - значение зависимой переменной по уравнению регрессии. Критическое значение критерия Фишера FKp определяется по таблицам в зависимости от числа степеней свободы Гф=п - 2 и принятого уровня значимости J3 (обычно принимается р = 0,05 ... 0,10) [22]. Адекватность уравнения регрессии подтверждается при F FKP. (1.24) Ошибка определения коэффициентов уравнения регрессии определяется среднеквадратическим отклонением S- = U (1 25) Гипотеза о значимости коэффициентов регрессии проверяется по критерию Стьюдента t, критическое значение которого tKp определяется по таблицам в зависимости от числа степеней свободы Гт = п и принятого уравнения значимости р [22]. Гипотеза о значимости коэффициента регрессии подтверждается, если: кР- (1-26) где в I - абсолютное значение коэффициента регрессии. Полученное уравнение регрессии определяет аналитическую связь между случайными величинами и позволяет прогнозировать возможные изменения зависимой случайной величины за границами исследуемой статистической выборки. 3. Анализ статистических характеристик пожаров в ЗПЭ. Статистический анализ и обработка данных по пожарам в ЗПЭ проводилась на основе данных о пожарах в городе Санкт-Петербурге за период 1998 - 1999 годов, по описанной методике. При этом использовались программы Matcad - 2000 и Excel -97.
За период 1998 и 1999 годы в ЗПЭ произошло соответственно 1473 и 1410 пожаров, в которых за два года погибло 48 и пострадало 99 человек. Материальный ущерб только за 1998 год составил более 11 миллионов рублей. Как показывают статистические данные, каждый седьмой пожар в городе Санкт-Петербурге приходится на ЗПЭ, а за сутки в городе происходит в среднем примерно четыре пожара.
