Разработка моделей и методов исследования процессов развития пожаров на станциях метрополитена тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.26.03, кандидат технических наук Агеев, Павел Михайлович

• Агеев, Павел Михайлович
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Агеев, Павел Михайлович

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. АНАЛИЗ МЕРОПРИЯТИЙ ПО СНИЖЕНИЮ ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ СТАНЦИЙ МЕТРОПОЛИТЕНА.

1.1. Характеристика пожарной опасности подземных сооружений метрополитена.

1.2. Анализ пожаров на объектах метрополитенов.

1.3. Анализ исследований по эвакуации людей из сооружений метрополитенов.

1.4. Анализ математических моделей распространения опасных факторов пожара в подземных сооружениях метрополитена.

Глава 2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ И МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ДИНАМИКИ ФОРМИРОВАНИЯ И РАЗВИТИЯ ОСНОВНЫХ ОПАСНЫХ ФАКТОРОВ ПОЖАРА НА СТАНЦИЯХ МЕТРОПОЛИТЕНА.64'•

2.1 Экспериментальные исследования процесса возникновения и распространения опасных факторов пожара при горении подвижного состава

2.2. Анализ возможных аварийных ситуаций при пожаре на станции метрополитена.

2.3. Методики расчета времени блокирования путей эвакуации при пожаре на станции.

2.4. Пример расчета распространения ОФП в платформенных залах станций Казанского метрополитена.

Глава 3. МЕТОДИКА РАСЧЕТОВ ПАРАМЕТРОВ ПРОТИВ О ДЫМНОЙ ЗАЩИТЫ СООРУЖЕНИЙ МЕТРОПОЛИТЕНА И ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСЧЕТНОГО ВРЕМЕНИ ЭВАКУАЦИИ ПРИ ПРОГНОЗИРОВАНИИ РАЗВИТИЯ ПОЖАРОВ В МЕТРОПОЛИТЕНЕ.

3.1. Методика расчета параметров противодымной защиты сооружений метрополитена.

3.2. Математическая модель процесса воздухораспределения в вентсети сложной конфигурации.

3.3 Составление расчетной схемы воздухораспределения.

3.4. Требования к противодымной защите сооружений метрополитена

3.5. Упрощенные методики расчета времени эвакуации людей из подвижного состава метрополитена при пожаре на станции.

3.6. Методика прогнозирования развития пожаров на станциях метрополитенов.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка моделей и методов исследования процессов развития пожаров на станциях метрополитена»

Опыт эксплуатации метрополитенов свидетельствует о том, что пожары в них носят достаточно регулярный характер, а при нарушении правил эксплуатации и отсутствии необходимого уровня противопожарной защиты могут иметь катастрофические последствия, сопровождаться массовой гибелью людей и большими материальными потерями [1].

Подземное расположение любых объектов предопределяет ряд специфических особенностей, которые необходимо учитывать при решении вопросов защиты людей и материальных ценностей от пожаров. Поэтому при проектировании новых объектов и реконструкции существующих проводятся исследования, включающие решение таких задач, как: объемно-планировочные решения, выбор технических средств, а также другие меры по обеспечению пожарной безопасности, соответствующие требованиям ГОСТ 12.1.004 [2] и учитывающие особенности объекта. В приведенном комплексе задач можно выделить ряд конкретных вопросов, решение которых является обязательным при разработке мероприятий по обеспечению пожарной безопасности метрополитенов:

- определение вариантов конструктивных решений по основным сооружениям линий метрополитена (станции, перегонные тоннели), на которых аварийные ситуации, связанные с возникновением пожара представляет наибольшую опасность для пассажиров и персонала;

- определение времени эвакуации людей из подвижного состава метрополитена при пожаре в тоннеле и на станции;

- оценка динамики формирования и развития основных опасных факторов пожара в подземных сооружениях (высота свободной от задымления зоны, расстояние, пройденное фронтом задымленной зоны, средняя температура в слое дыма и т.д.);

- определение параметров систем вентиляции и дымоудалеиия;

- определение требований к противодымной защите сооружений метрополитена;

- выбор технических средств необходимых для обеспечения условий безопасной эвакуации людей из опасной зоны при возникновении пожара;

- проведение расчетов по прогнозированию развития пожаров в метрополитене (расчет условия обеспечения безопасной эвакуации людей при пожарах в подземных сооружениях метрополитена).

Между тем, отечественные нормативные документы по проектированию, строительству и эксплуатации метрополитенов содержат мало требований, регламентирующих их пожарную безопасность, отсутствуют методики расчета времени эвакуации и времени блокирования путей эвакуации в сооружениях метрополитена. Все это делает актуальной научную задачу повышения эффективности прогнозирования развития пожаров в подземных вестибюлях станций метрополитена.

Целью настоящей работы являлась разработка математических моделей и методов прогнозирования развития пожаров на станциях метрополитена.

Объект исследования - пожарная опасность подземных вестибюлей станций метрополитена.

Предмет исследования - математические модели, алгоритмы и методики прогнозирования развития пожаров на станциях метрополитена.

Задачи исследования:

1. Разработать математическую модель и методику оценки динамики формирования и развития основных опасных факторов пожара на станциях метрополитена.

2. Провести расчеты параметров противодымной защиты сооружений метрополитена и сформулировать требования к противодымной защите станций метрополитена.

3. Провести корректировку методики определения расчетного времени эвакуации с учетом специфики условий пожаров в подземных сооружениях метрополитена.

4. Разработать методику расчетов по прогнозированию развития пожаров в метрополитене.

Методы исследования. При разработке основных положений диссертационной работы использовались методы физического и математического моделирования и полномасштабных экспериментов в опытном тоннеле.

Научная новизна:

1. На основании установления закономерностей формирования и развития опасных факторов пожара и разработаны математическая модель и методика расчета значений опасных факторов пожара на станциях метрополитена.

2. Проведены расчеты параметров противодымной защиты сооружений метрополитена и по их результатам сформулированы основные требования1 к противодымной защите станций метрополитена.

3. Проведена корректировка методики определения расчетного времени эвакуации из подземных сооружений метрополитена.

4. Разработана методика расчетов по прогнозированию'развития по1 жаров в метрополитене (методика расчета условия обеспечения безопасной I эвакуации людейпри пожарах в подземных сооружениях метрополитена).

Практическая значимость. Внедрение методики расчета значений опасных факторов пожара на станциях метрополитенов способствует повышению качества и эффективности противопожарной защиты метрополитенов России.

Результаты работы использованы при проектировании ряда метрополитенов России.

Основные положения работы используются в учебном процессе Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС России при проведении занятий по дисциплине «Прогнозирование опасных факторов пожара» на кафедре КиИТЭ.

Достоверность научных положений и выводов, изложенных в диссертации, подтверждается данными экспериментальных исследований, использованием современных методов математического моделирования.

На защиту выносятся следующие основные научные результаты:

1. Математическая модель и методика расчета значений опасных факторов пожара на станциях метрополитена.

2. Требования к противодымной защите станций метрополитена.

3. Скорректированная методика определения расчетного времени эвакуации при пожаре на станции метрополитена.

4. Методика расчетов по прогнозированию развития пожаров в метрополитене.

Апробация работы. Основные научные результаты исследования докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС России, на научно-практических конференциях: международной научно-практической конференции «Безопасность жизнедеятельности», СПб, Балтийский Университет, 1999; круглом столе .«Пожарная безопасность метрополитенов и транспортных тоннелей. Нормативная база, практика проектирования и эксплуатации», СПб, СПБФ ФГУ ВНИИПО МЧС России, 2002; XVIII научно-практической конференции по вопросам борьбы с пожарами «Снижение риска гибели людей при пожарах», СПб, СПб ФГУ ВНИИПО МЧС России, 2003; международной научно-практическая конференция «Актуальные проблемы пожарной безопасности», Москва, ФГУ ВНИИПО МЧС России, 2008; международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы пожарной безопасности», Москва, ФГУ ВНИИПО МЧС России, 2009; а также на совещании в Министерстве Регионального развития РФ «Разработка и согласование специальных технических условий и технического нормирования при проектировании объектов метрополитена», Москва, 2011.

Реализация и внедрение результатов работы.

Результаты диссертации использованы при разработке мероприятий по обеспечению пожарной безопасности следующих объектов: участок линии «Крестовский остров» - «Старая деревня» - «Богатырский проспект» Санкт-Петербургского метрополитена; участок линии «Лесная» - «Площадь Мужества» Санкт-Петербургского метрополитена, линии «Фрунзенский радиус» Санкт-Петербургского метрополитена, станций «Спортивная», Парнасская», «Коменданский проспект», «Чкаловская», пересадочный узел «Сенная площадь» Санкт-Петербургского метрополитена, участок первой линии метрополитена в г. Казани; нескольких станций Московского метрополитена.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 3 глав, выводов и списка литературы. Общий объем работы составляет 148 страниц печатного текста, содержит 32рисунка, 14таблиц.

Заключение диссертации по теме «Пожарная и промышленная безопасность (по отраслям)», Агеев, Павел Михайлович

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании результатов анализа отечественных и зарубежных математических моделей развития пожаров в метрополитене, приведенных в аналитическом обзоре, разработана методика прогнозирования последствий пожаров в метрополитенах. Методика позволяет проводить расчеты динамики развития пожара для конкретной аварийной ситуации и определять время наступления критических значений опасных факторов пожара в точках, определяющих условия безопасной эвакуации людей метрополитена из опасной зоны, доступа подразделений пожарной охраны для тушения пожара и проведения спасательных работ. Для реализации указанной методики в диссертационном исследовании:

- разработана математическая модель динамики формирования и развития основных опасных факторов пожара на станциях метрополитена, выбраны типовые конструктивные решения для основных объектов метрополитена (типы и геометрические характеристики станций, перегонных тоннелей), определены возможные варианты и параметры развития пожара; ---------- . .

- проведены расчеты параметров противодымной защиты сооружений метрополитена, сформулированыосновные требования к противодымной защите станций метрополитена.

- скорректирована методика определения расчетного времени эва-куациис учетом специфики условий пожаров в подземных сооружениях метрополитена;

- разработана методика расчетов по прогнозированию развития пожаров в метрополитене, проведены расчеты времени эвакуации людей для выбранных конструктивных решений объектов метрополитена и возможных вариантов аварийных ситуаций в соответствии с разработанными планами эксперимента;

- проведены расчеты динамики формирования и развития опасных факторов пожара для выбранных конструктивных решений объектов метрополитена и возможных вариантов аварийных ситуаций.

На основании проведенных исследований разработано программное средство, реализующее выбранный алгоритм проведения анализа возможных последствий пожара для различных вариантов режима работы программного средства.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Агеев, Павел Михайлович, 2012 год

1. ГОСТ 12.1.004-91. ССБТ. Пожарная безопасность. Общие требования. ИПК Издательство стандартов. М. 1996.

2. Беляцкий В.П. Пожары в метрополитенах // Пожарное дело.-1982,-№7.-32 с.

3. В.Ф.Бондарев, Э.А.Зычков, С.А.Бороздин, П.М. Агеев Рекомендации по тушению пожаров в подземных сооружениях метрополитена: Рекомендации. СПб. : Филиал ВНИИПО, 1999. - 96 с.

4. Hamer Mick. Vortex of flame beat back King's Cross police and fire crews // New Sci.- 1988, 117, № 1599. P. 22.

5. Klingsohr K. Der Brand in der U-Bahn // Brandschutz.- 1988, 42, № 1. -S. 18-21.

6. Alerte au R.E.R. Le Jeudi 29 Oktober 1970 // Alio 18.- 1971, Janvier, № 258,- P. 22-29

7. Отчет о расследовании пожара, происшедшего в метро Монреаля 23 января 1974 года// ВЦП, перевод № 2-61830. -М.: 1975.- 106 с.

8. The J. of the Fire Protection Profession.- 1975, 68, № 840.- P. 1-11.

9. Fire Safety J.- 1976, 76, № 41. P. 41-54.

10. New safety measures follow undersea tunnel fire // Int. Railway.- 1980, 20, №5,-P. 50.

11. Gossard W.H. Some major accident investigations of fires under-ground rail rapid transit systems // Fire Safety J.- 1984, 8, № 1. P. 9-14.

12. Train fire between Wood Green and Bounds Green, London transport // Mod. Railways.- 1984, 41, № 424.- P. 29.

13. Underground fire proves the value of training exrcises // Fire.- 1982, 75, №928.-P. 210.

14. Sport circuit caused Bounds Green tube fire // Mod. Railways.- 1982, 39, № 409,- P. 436-437.

15. Thomas Alfred A. A resent fire incident on London underground // Fire Safety J.- 1984, 8, № 1. P. 47-52.

16. Wittmann H. Nürnberg: Feuer in U-Bahn // Brandschutz.- 1983, 37, №10.-S. 331-332.

17. Fire at Goodge Street station, London transport // Mod. Railways.- 1983, 40, №417.-P. 305.

18. London tube fire could have been a major disastem // Fire.- 1985, 77, № 955.-P. 9-10.

19. Cantillo R.L. Grand Central Station Fire // Fire Eng.- 1985, 138, № 12. -P. 27-30.

20. Wess G. Schwieriger Brand in U-Bahnanlage // Mag. Feuerwehr.- 1986,11,№ ll.-S. 593-595.

21. Hamer Mick. The nignt that luck ran out // New Sei.- 1988, 119, № 1620. P. 29-31.

22. Officer kiled as fire sweeps through crowded London subway // IAFC Scene.- 1988, 2, № 4. -P.l.

23. Hamer Mick. King's Cross: deja vu at Green Park // New Sei.- 1988, 117, № 1601.-P. 26.

24. Plattner S. Fürte Schlendrian zur Londoner Katastrophe? // Schweiz. Feuerwehr Ztg.- 1988, 114,№3.-S. 171-172.

25. Lind B. Ny brann pa tunnelbanen // Brannmannen.- 1988, 43, № 2. P.

26. Провести исследования тактических приемов и способов тушения пожаров в основных подземных сооружениях: Отчет о НИР (заключ.) / ЛФ ВНИИПО; Руководитель В.П.Беляцкий. П.Л5.Н.001.86; № ГР 0186.0054226. -Л., 1989.-223 с.

27. Описание пожара, происшедшего 28.10.95 на станции "Улдуз" Бакинского метрополитена // ГУГПС МВД РФ от 13.05. 1996 г. № 20/3.1./1126.

28. Титков В. Эхо бакинской трагедии // Пожарное дело.- 1996, №2. С.16.20.310 пожаре в кабельном коллекторе на Кольцевой линии Московского метрополитена // Ц. Метро № 1/41 от 21.05.96.

29. Предтеченский В.М., Милинский А.И. Проектирование зданий с учетом организации движения людских потоков. М.: Стройиздат, 1969. -248 с.

30. Временные рекомендации по тушению пожаров в подземных сооружениях метрополитена. ГУПО МВД СССР. М., 1978

31. Красников A.B. Расчетное время эвакуации людей со станции метрополитена // Противопожарная защита подземных сооружений метрополитена: Сб. науч. тр. М.: ВНИИПО, 1986. - С. 30-32.

32. Тиснек В.Н. Сравнительная оценка условий эвакуации при пожаре в одно и двухпутном тоннелях метрополитенов // Актуальные проблемы пожарной безопасности на транспорте: Сб. науч. тр.- М.: ВНИИПО МВД РФ, 1994.-С. 132- 136.

33. Разработать предложения по противодымной защите двухпутных тоннелей метрополитенов: Отчет о НИР (х/д № 7/93) / ЛФ ВНИИПО; Руководитель В.Н.Тиснек. СП., 1993. - 62 с.

34. Escapebehaviourchangeswithage // Firelnt.- 1994, № 144. P. 20-21.

35. Chow W.K., Yin R. CFD simulation of air movement in a big hall induced by a bare cabin fire and studies on free boundary conditions. // Jornal of Fire Sciences, 1998

36. Cox G., Markatos N.C. Hydrodynamics and heat transfer in enclosures containing a here source. // Physico-cemical Hydrodynamics, 1984, 5. P.53

37. Tanaka T. // Proceedings CSSN Specialist Meeting on Interaction of Fire and Explosion witch Ventilation System. Los Alamos, 1983. P.231,

38. Kujime M., Matsushita Т., Tanaka T. Hand Calculation method for air supply rates in vestibule pressurization smoke control system. // Inter. Jornal on Eng. Performance-Based Fire Codes, 1999, v.l, NL P.27-40

39. Термогазодинамика пожаров в помещениях / В. М. Астапенко, Ю. А. Кошмаров, И. С. Молчадский, А. Н. Шевляков; Под ред. Ю. А, Кошмаро-ва. — М.: Стройиздат, 1988. — 448 с.

40. Кошмаров Ю.А. Прогнозирование опасных факторов пожара. -М.: Академия ГПС МВД России, 2000.-118с.

41. Kymar S. and Сох G. Mathematical modelling of fire in road tunnels -validation of JASMINE. // Transport and Road Research Laboratory Contractor: Report N28, 1986,

42. Miles S.D., KumarS., CoxG. Comparison of'Blind Prediction'of a CFD Model with Ex- perimrntal Data. // Sixth International Symposium on Fire Safety Science, France, 1999,

43. Galea E.R. A general approach to validating evacuation models witch an application to EXODUS. //Jomal of Fire Sciences, 1998, v. 16, N 6. P.414-436,

44. Рыжов A.M. Моделирование пожаров в помещениях с учетом горения в условиях естественной конвекции. // ФГВ, 1991, 27, N 3. С.40-47,

45. Рыжов A.M. Результаты и перспективы развития полевого метода моделирования пожаров. // Проблемы безопасности зданий и сооружений: Материалы X Всесоюзной научно-практической конференции, 1990. С.121-122,

46. Рыжов A.M. Дифференциальная модель пожара в помещении с учетом задымления и излучения. // Огнестойкость строительных конструкций. / Под ред. А.И. Яковлева. М.: ВНИИПО, 1986. - С.49-57,

47. Кошмаров Ю.А., Молчадский И.С. Моделирование пожара в помещениях зданий различного назначения. // Пожаровзрывобезопасность, 1992, N 1. С.22-28

48. Атабеков И.У. Численное решение сопряженной задача теплообмена в замкнутом объеме/ И.У. Атабеков, И.С. Молчадский // Вопросы вычислительной и прикладной математики / АН УзССР. Ташкент, 1982. -С. 85 93

49. Технический регламент о требования пожарной безопасности. Федеральный закон № 123-Ф3. /Российская газета. Федеральный выпуск № 4720 от 01.08.2008.

50. Ильин В.В., Федоров А.И., Григорьева И.Н. Пожарная нагрузка и интенсивность тепловыделения сооружений метрополитенов // Противопожарная защита подземных сооружений метрополитенов: Сб. науч. тр. М.: ВНИИПО, 1984. - С. 11-20 с.

51. Разработать программу мер по укреплению пожарной безопасности объектов транспорта Российской Федерации: Аннотационный отчет 1 этапа / СПФ ВНИИПО; Руководитель В.П.Беляцкий. СП., 1994. - 62 с.

52. Состав продуктов горения основных материалов вагонов метрополитена. Красников А. В., Кулев Д. X., Федоров А. И., Гитцович А. В. «Про-тивопожар. защита подзем, сооруж. метрополитенов.» М., 1986, 5—8 (рус.)

53. Развитие пожара в подвижном составе метрополитена /Беляцкий В. П., Махин B.C., Бакинов И. Г. //Пожар, опасность подвиж. состава метрополитенов и ж. д. —М. ,1990 —С. 26—29 —Рус.

54. Пожарная опасность цельнометаллических пассажирских вагонов /Махин В. С. //Пожар, опасность подвиж. состава метрополитенов и ж. д. .—-М. ,1990 .—С. 43—52 .—Рус.

55. Огневые испытания пассажирских вагонов /Ефимов С. Г., Бакинов И. Г., Федоров А. И. //Пожар, опасность подвиж. состава метрополитенов и ж. д. .—М., 1990 .—С. 52—61 .—Рус.

56. Формирование опасных факторов пожара в пассажирском вагоне /Негодаев Г. Д. //Пожар, опасность подвиж. состава метрополитенов и ж. д. .—М. ,1990 .—С. 61—68 .—Рус.

57. Меркушкина Т.Г., Тимоненко В.Н. Обоснование коэффициента безопасности при определении необходимого времени эвакуации людей // Системное исследование пожаров и организационные проблемы пожарной безопасности: Сб. науч. Тр. М.: ВНИИПО, 1988.

58. Иличкин B.C., Фукалова A.A. Токсичность продуктов горения полимерных материалов: Обзорная информ. -М.: ГИЦ, 1987. 68 с.

59. Разработка методики определения пределов фактической огнестойкости основных несущих конструкций путевых тоннелей метрополитенов / Голиков А. Д., Черкасов Е. Ю. // Пожаровзрывобезопасность.— 1997.— № 4.—С. 30-35, 128.— Рус.;рез. англ.

60. Разработать предложения по противодымной защите двухпутных тоннелей метрополитенов: Отчет о НИР (х/д № 7/93) / ЛФ ВНИИПО; Руководитель В.Н.Тиснек. СП., 1993. - 62 с.

61. Разработка требований к системам эвакуации пассажиров из вагонов метрополитена в экстремальных условиях: Отчет о НИР /ВНИИПО. А.Д., Голиков, В.Ф. Бондарев, П.М. Агеев 100-10.01-04; № ГР б/н; инв. № б/н -СПб., 2001.-78 л.

62. Категорирование помещений и сооружений Санкт-Петербургского метрополитена по взрывопожарной и пожарной опасности: Отчетная справка о НИР /ВНИИПО. Руководитель В1Ф. Бондарев, Исп. П.М. Агеев (х/д № 45/98); № ГР б/н; инв. № б/н - СПб., 2000. - 37 л.

63. Бондарев В.Ф., Лесков A.A. Определение интенсивности тепловыделения при пожаре подвижного состава метрополитена в тоннеле // Борьба с пожарами в метрополитенах: Сб. науч. тр. М.: ВНИИПО МВД РФ, 1992. С. 62-70.

64. Батчер Е., Парнэлл А. Опасность дыма и дымозащита / Пер. с англ.; под ред. В.М.Есина. М.: Стройиздат, 1983. - 152 с.

65. Heselden A.J.M.Studies of fire and smoke behavior relevant to tunnels. «Build Res. Establ. Curr. Pap.,» 1978, № 66, p.p. 1-15.

66. Heat Release Rate Measurements in Tunnel Fires: SP Report / Swedish National Testing and Research Institute Fire Technology. ISBN 91-7848-XXX-X.Boras, 1993.75 p.

67. Документы по противодымной и противопожарной защите в автодорожных тоннелях, опубликованные до 1992 года Комитетом по автодорожным тоннелям Ассоциации PIARC.Перевод № 2536, СПбФВНИИПО. 1994 г., 89 с.

68. Heat Release Rate Measurements in Tunnel Fires :SP Report / Swedish National Testing and Research Institute Fire Technology.ISBN 91-7848-XXX-X.Boras, 1993. 75 p.

69. Агеев П.М., Голиков А.Д., Шарапов С.В. Определение параметров противодымной защиты станций метрополитена /Надзорная деятельность исудебная экспертизав системе безопасности, научно-практический журнал. № 1,2011.

70. Лойцанский Л.Г. Механика жидкости и газа. М.: Наука, 1973,с.847.

71. Белоцерковский С.М., Гиневский A.C. Моделирование турбулентных струй и следов на основе метода дискретных вихрей. М.: Физматлит. 1995. 386с.

72. Лыков A.B. Теория теплопроводности. М.: Высшая школа, 1967,с.599.

73. HamerMick.Vortex of flame beat back King's Cross police and fire crews //New Sei.- 1988, 117, № 1599. P. 22.

74. СП 32-105-2004. Метрополитены.

75. СНиП 32-02-2003 Метрополитены

76. Приложению к приказу МЧС России от 30.06.2009 № 382 «Методика определения расчетных величин пожарного риска в зданиях, сооружениях и строениях различных классов функциональной пожарной опасности».