Метод расчета индивидуального и социального риска для производственных зданий

Ш.1 Сущность метода

Настоящий метод устанавливает порядок расчета индивидуального и социального риска для персонала. Ш.1.1 Показателем оценки индивидуального и социального риска для персонала на объектах является вероятность воздействия Р_в опасных факторов пожара (ОФП), перечень которых определен ГОСТ 12.1.004.

Ш. 1.2 Вероятность воздействия ОФП определяют для пожароопасной ситуации, при которой место возникновения пожара находится на первом этаже вблизи одного из эвакуационных выходов из здания (сооружения).

Ш.2 Основные расчетные зависимости

Ш.2.1 Уровень обеспечения безопасности людей при пожарах отвечает требуемому, если:

, (Ш.1)

где — нормируемый индивидуальный риск, = 10^-6 год^-1;

Q_в — расчетный индивидуальный риск.

Нормируемый индивидуальный риск принимают в соответствии с настоящим стандартом.

Ш.2.2 Расчетный индивидуальный риск Q_в в каждом здании (помещении) рассчитывают по формуле

Q_в ⁼ Q_п P_пp (1 - Р_э) (1 - P_п.з). (Ш.2)

где Q_п — вероятность пожара в здании в год;

Р_пр — вероятность присутствия людей в здании, при работе:

0,33 — в одну смену;

0,67 — в две смены;

1,00 — в три смены;

Р_э — вероятность эвакуации людей;

Р_п.з — вероятность эффективной работы технических решений противопожарной защиты.

Ш.2.3 Вероятность эвакуации Р_э рассчитывают по формуле

Р_э = 1 - (1 - Р_э.п)(1 - Р_д.в). (Ш.3)

где Р_э.п — вероятность эвакуации по эвакуационным путям;

Р_д.в — вероятность эвакуации по наружным эвакуационным лестницам, переходам в смежные секции здания.

Ш.2.4 Вероятность Р_э.п рассчитывают по формуле

где — время от начала пожара до блокирования эвакуационных путей в результате распространения на них ОФП, имеющих предельно допустимые для людей значения, мин;

t_р — расчетное время эвакуации людей, мин;

^— интервал времени от возникновения пожара до начала эвакуации людей, мин.

Расчетное время эвакуации людей из помещений и зданий устанавливают по расчету времени движения одного или нескольких людских потоков через эвакуационные выходы от наиболее удаленных мест размещения людей.

При расчете весь путь движения людского потока подразделяют на участки (проход, коридор, дверной проем, лестничный марш, тамбур) длиной l_i и шириной _i. Начальными участками являются проходы между рабочими местами, оборудованием, рядами кресел и т. п.

При определении расчетного времени длину и ширину каждого участка пути эвакуации принимают по проекту. Длину пути по лестничным маршам, а также по пандусам измеряют по длине марша. Длину пути в дверном проеме принимают равной нулю. Проем, расположенный в стене толщиной более 0,7 м, а также тамбур следует считать самостоятельными участками горизонтального пути, имеющими конечную длину l_i.

Расчетное время эвакуации людей t_р следует определять как сумму времени движения людского потока по отдельным участкам пути t_i по формуле

t_p = t₁ + t₂ + t₃ +,...- + t_i, (Ш.5)

где t₁ — время движения людского потока на первом (начальном) участке, мин;

t₁, t₂, t₃ ,..., t_i — время движения людского потока на каждом из следующих после первого участка пути, мин.

Время движения людского потока по первому участку пути t_i, мин, рассчитывают по формуле

, (Ш.6)

где l₁ — длина первого участка пути, м;

— скорость движения людского потока по горизонтальному пути на первом участке, м/мин (определяют по таблице Ш.1 в зависимости от плотности D).

Плотность людского потока на первом участке пути D₁ рассчитывают по формуле

(Ш.7)

где N₁ — число людей на первом участке, чел;

f— средняя площадь горизонтальной проекции человека, м², принимаемая равной 0,100 — взрослого в домашней одежде; 0,125 — взрослого в зимней одежде; 0,070— подростка;

— ширина первого участка пути, м.

Скорость движения людского потока на участках пути, следующих после первого, принимают по таблице Ш.1 в зависимости от интенсивности движения людского потока по каждому из этих участков пути, которую вычисляют для всех участков пути, в том числе и для дверных проемов, по формуле

, (Ш.8)

где , — ширина рассматриваемого i-го и предшествующего ему участка пути, м;

, — интенсивности движения людского потока по рассматриваемому i-му и предшествующему участкам пути, м/мин [интенсивность движения людского потока на первом участке пути q = определяют по таблице Ш.1 по значению D₁, установленному по формуле (Ш.7)].

Если значение определяемое по формуле (Ш.8), меньше или равно q_max, то время движения по участку пути t_i, мин, равно:

(Ш.9)

при этом значения q_max, м/мин, следует принимать равными:

16,5 — для горизонтальных путей;

19,6 — для дверных проемов;

16,0 — для лестницы вниз;

11,0— для лестницы вверх.

Таблица Ш.1 — Интенсивность и скорость движения людского потока при различной на разных участках путей эвакуации в зависимости от плотности

Если значение q_i, определенное по формуле (Ш.8), больше q_max то ширину S, данного участка пути следует увеличивать на такое значение, при котором соблюдается условие

q_i  q_max (Ш.10)

При невозможности выполнения условия (Ш.10) интенсивность и скорость движения людского потока по участку i определяют по таблице Ш. 1 при значении D = 0,9 и более. При этом следует учитывать время задержки движения людей из-за образовавшегося скопления.

1 — начало участка i

Рисунок Ш.1— Слияние людских потоков

При слиянии в начале участка i двух и более людских потоков (рисунок Ш.1) интенсивность движения q_i, м/мин, рассчитывают по формуле

, (Ш.11)

где q_i-1 — интенсивность движения людских потоков, сливающихся в начале участка i, м/мин;

— ширина участков пути слияния, м;

— ширина рассматриваемого участка пути, м.

Если значение q_i определенное по формуле (Ш.11), больше q_max то ширину , данного участка пути следует увеличивать на такое значение, чтобы соблюдалось условие (Ш.10). В этом случае время движения по участку i определяют по формуле (Ш.9).

Ш.2.5 Время _бл вычисляют путем расчета допустимой концентрации дыма и других ОФП на эвакуационных путях в различные моменты времени. Допускается время _бл принимать равным необходимому времени эвакуации t_нб.

Необходимое время рассчитывают как произведение критической для человека продолжительности пожара на коэффициент безопасности. Предполагается, что каждый опасный фактор воздействует на человека независимо от других.

Критическую продолжительность пожара для людей, находящихся на этаже очага пожара, определяют из условия достижения одним из ОФП в поэтажном коридоре своего предельно допустимого значения. В качестве критерия опасности для людей, находящихся выше очага пожара, рассматривают условие достижения одним из ОФП предельно допустимого значения в лестничной клетке на уровне этажа пожара.

Температуру, концентрацию токсичных компонентов продуктов горения и оптическую плотность дыма в коридоре этажа пожара и в лестничной клетке определяют в результате решения системы уравнений тепло-газообмена для помещений очага пожара, поэтажного коридора и лестничной клетки.

Уравнение движения, связывающее перепады давлений на проемах с расходами через проемы, имеет вид

, (Ш.12)

где G — расход газов через проем, кг/с;

 — коэффициент расхода проема ( = 0,8 для закрытых проемов и  = 0,64 для открытых);

В — ширина проемов, м;

y₂, y₁ — нижняя и верхняя границы потока, м;

 — плотность газов, проходящих через проем, кг/м³;

р — средний в пределах y₂, y₁ перепад полных давлений. Па.

Нижняя и верхняя границы потока зависят от положения плотности равных давлений

, (Ш.13)

где р_i, р_j — статическое давление на уровне пола i-го и j-го помещений. Па;

— среднеобъемные плотности газа j-м и i-м помещениях, кг/м³.

g — ускорение свободного падения, м/с².

Если плотность равных давлений расположена вне границ рассматриваемого проема (у₀  h₁ или у₀  h₂), то поток в проеме течет в одну сторону и границы потока совпадают с физическими границами проема h₁ и h₂. Перепад давлений р Па, в этом случае рассчитывают по формуле

(Ш.14)

Если плотность равных давлений расположена в границах потока (h₁ < у₀ < h₂), то в проеме текут два потока: из i-го помещения в j-е и из j-го в i-е. Нижний поток имеет границы h₁ и у₀, перепад давления р для этого потока рассчитывают по формуле

р = p_i - p_j + g (y₀ + h₁ ) (_j - _i)/2. (Ш. 15)

Поток в верхней части проема имеет границы у₀ и h₂, перепад давления р, Па, для него рассчитывают по формуле

р = p_i - p_j + g ( h₂ + y₀) (_j - _i)/2. (Ш. 16)

Знак расхода газов (входящий в помещение расход считают положительным, выходящий — отрицательным) и значение  зависит от знака перепада давлений:

(Ш.17)

Уравнение баланса массы выражается зависимостью

(Ш.18)

где Vj — объем помещения, м³;

t — время, с;

 — скорость выгорания пожарной нагрузки, кг/с;

— сумма расходов газов, входящих в помещение, кг/с;

— сумма расходов газов, выходящих из помещения, кг/с

Уравнение энергии для коридора и лестничной клетки:

, (Ш.19)

где С_, С_р — удельная изохорная и изобарная теплоемкости, кДж/(кг · К);

Т_i, Т_j — температура газов соответственно в i-м и j-м помещениях, К.

Уравнение баланса масс отдельных компонентов продуктов горения и кислорода

, (Ш.20)

где —концентрация L компонентов продуктов горения в j-м и i-м помещениях, кг/кг;

L_L —количество L компонента продуктов горения (кислорода), выделяющегося (поглощающегося) при сгорании одного килограмма пожарной нагрузки, кг/кг.

Уравнение баланса оптической плотности дыма

(Ш.21)

где — оптическая плотность дыма в j-м и i-м помещениях, Нп/м;

D_m — дымообразующая способность пожарной нагрузки, Нп · м/кг.

Оптическая плотность дыма при обычных условиях связана с расстоянием предельной видимости в дыму соотношением

l_пр = 2,38 / 

Время начала эвакуации _н.э для зданий (сооружений) без систем оповещения рассчитывают по результатам исследования поведения людей при пожарах в зданиях конкретного назначения.

При наличии в здании системы оповещения о пожаре _н.э принимают равным времени срабатывания системы с учетом ее инерционности. При отсутствии необходимых исходных данных для определения времени начала эвакуации в зданиях (сооружениях) без систем оповещения _н.э следует принимать равным 0,5 мин — для этажа пожара и 2 мин — для вышележащих этажей.

Если местом возникновения пожара является зальное помещение, где пожар может быть обнаружен одновременно всеми находящимися в нем людьми, то _н.э допускается принимать равным нулю. В этом случае вероятность Р_э.п вычисляют по зависимости

(Ш.23)

где t_нб ^— необходимое время эвакуации из зальных помещений.

Примечание— Зданиями (сооружениями) без систем оповещения считают те здания (сооружения), возникновение пожара внутри которых может быть замечено одновременно всеми находящимися там людьми.

t_нб рассчитывают для наиболее опасного варианта развития пожара, характеризующегося наибольшим темпом нарастания ОФП в рассматриваемом помещении. Сначала рассчитывают критическую продолжительность пожара t_кр, с, по условию достижения каждым из ОФП предельно допустимых значений в зоне пребывания людей (рабочей зоне):

по повышенной температуре:

(Ш.24)

по потере видимости:

(Ш.25)

по пониженному содержанию кислорода:

(Ш.26)

по каждому из газообразных токсичных продуктов горения:

(Ш.27)

где В— размерный комплекс, зависящий от теплоты сгорания материала и свободного объема помещения, кг;

t₀ — начальная температура воздуха в помещении, С;

,

п — показатель степени, учитывающий изменение массы выгорающего материала во времени;

А — размерный параметр, учитывающий удельную массовую скорость выгорания горючего материала и площадь пожара, кг/сⁿ;

Z— безразмерный параметр, учитывающий неравномерность распределения ОФП по высоте помещения;

Q — низшая теплота сгорания материала, МДж/кг;

Ср — удельная изобарная теплоемкость газа, МДж/ (кг · К);

 — коэффициент теплопотерь;

 — коэффициент полноты горения;

V — свободный объем помещения, м³;

 — коэффициент отражения предметов на путях эвакуации;

Е — начальная освещенность, лк;

lпр — предельная дальность видимости в дыму, м;

D_m — дымообразующая способность горящего материала, Нп·м²/кг;

L — удельный выход токсичных газов при сгорании 1 кг материала, кг/кг;

X— предельно допустимое содержание токсичного газа в помещении, кг/м³ = 0,11 кг/м³; X_CO =1,16· 10^-3 кг/м³; X_HC1 ⁼ 23 · 10^-6 кг/м³);

— удельный расход кислорода, кг/кг.

Если под знаком логарифма получается отрицательное число, то данный ОФП не представляет опасности.

Z рассчитывают по формуле

, при H  6 м, (Ш.28)

где h — высота рабочей зоны, м (h = h_пл + 1,7 — 0,5 ; h_пл — высота площадки, на которой находятся люди, над полом помещения, м;  — разность высот пола, равная нулю при горизонтальном его расположении, м);

H— высота помещения, м.

Следует иметь в виду, что наибольшей опасности при пожаре подвергаются люди, находящиеся на более высокой отметке. Поэтому, например, при определении необходимого времени эвакуации людей из партера зрительного зала с наклонным полом, значение h следует находить, ориентируясь на наиболее высоко расположенные ряды кресел.

Параметры А и п рассчитывают так:

для случая горения жидкости с установившейся скоростью

A=_F F при n=1,

где _F — удельная массовая скорость выгорания жидкости, кг/(м² · с);

для кругового распространения пожара

А= 1,05 _F ² при n = 3,

где  — линейная скорость распространения пламени, м/с;

для вертикальной или горизонтальной поверхности горения в виде прямоугольника, одна из сторон которого увеличивается в двух направлениях за счет распространения пламени (например распространения огня в горизонтальном направлении по занавесу после охвата его пламенем по всей высоте)

А= _F b при n = 2,

где b — перпендикулярный к направлению движения пламени размер зоны горения, м.

При отсутствии специальных требований  и Е принимают равными 0,3 и 50 лк соответственно, и значение l_пр = 20 м.

Исходные данные для проведения расчетов могут быть взяты из справочной литературы.

Из полученных в результате расчетов значений критической продолжительности пожара выбирают минимальное:

. (Ш.29)

Необходимое время эвакуации людей t_нб, мин, из рассматриваемого помещения рассчитывают по формуле

. (Ш.30)

При расположении людей на различных по высоте площадках необходимое время эвакуации следует определять для каждой площадки.

Свободный объем помещения соответствует разности между геометрическим объемом и объемом оборудования или предметов, находящихся внутри. Если рассчитать свободный объем невозможно, то допускается принимать его равным 80 % геометрического объема.

При наличии в здании незадымляемых лестничных клеток расчетный индивидуальный риск Q_в для людей, находящихся в помещениях, расположенных выше этажа пожара, рассчитывают по формуле

Q_в = Q_п (1 - P_п.з). (Ш.31)

Ш.2.6 Вероятность эвакуации людей P_д.в по наружным эвакуационным лестницам и другими путями эвакуации принимают равной 0,05 — в жилых; 0,03 — в остальных при наличии таких путей; 0,001 — при их отсутствии.

Ш.2.7 Вероятность эффективного срабатывания противопожарной защиты Р_п.з рассчитывают по формуле

, (Ш.32)

где п — число технических решений противопожарной защиты в здании;

R_i — вероятность эффективного срабатывания i-го технического решения.

Ш.2.8 Для эксплуатируемых зданий (сооружений) расчетный индивидуальный риск допускается проверять окончательно с использованием статистических данных по формуле

, (Ш.33)

где N_T— число пожаров с гибелью людей в рассматриваемой группе однотипных зданий за период времени Т, лет;

N_об—количество наблюдаемых объектов в группе.

Однотипными считают здания (сооружения) с одинаковой категорией пожарной опасности, одинакового функционального назначения и с близкими основными параметрами: геометрическими размерами, конструктивными характеристиками, количеством горючей нагрузки, вместимостью (числом людей в здании), производственными мощностями.

Ш.3 Оценка индивидуального риска

Ш.3.1 Для проектируемых зданий (сооружений) индивидуальный риск первоначально оценивают по (Ш.2) при Р_э, равной нулю. Если при этом выполняется условие , то безопасность людей в зданиях (сооружениях) обеспечена на требуемом уровне системой предотвращения пожара. Если это условие не выполняется, то расчет индивидуального риска Q_в следует проводить по расчетным зависимостям, приведенным в разделе Ш.2.

Ш.3.2 Допускается индивидуальный риск оценивать по Q_в в одном или нескольких помещениях, наиболее удаленных от выходов в безопасную зону (например верхние этажи многоэтажных зданий).

Ш.4 Расчет социального риска

Социальный риск оценивается как вероятность гибели в результате пожара 10 и более человек в течение года. Расчеты проводят следующим образом.

Ш.4.1 Определяют вероятность Q₁₀ гибели 10 и более человек в результате пожара.

Ш.4.1.1 Для производственных помещений Q₁₀ рассчитывают по формуле

(Ш.34)

где М— максимально возможное количество погибших в результате пожара, чел.

(Ш.35)

где N— количество работающих в помещении (здании), чел.

Ш.4.1.2 Для зальных помещений вероятность Q₁₀ гибели 10 и более человек рассчитывают по формуле

(Ш.З6)

где (Ш.37

Ш.4.2 Вероятность гибели от пожара 10 и более человек в течение года R₁₀ рассчитывают по формуле

R₁₀ = Q_пP_пр (1 - Р_э) (1 - Р_пз)Q₁₀. (Ш.38)

Ш.4.3 Для эксплуатируемых здании (сооружений) расчетное значение социального риска допускается проверять окончательно с использованием аналитических данных по формуле

, (Ш.39)

где N₁₀ — число пожаров, повлекших за собой гибель 10 и более человек в течение периода наблюдения Т, лет:

N_об — число наблюдаемых объектов.

Пример — Оценить индивидуальный и социальный риск для людей, работающих в механообрабатывающем цехе (зальное помещение).

Данные для расчета

В механообрабатывающем цехе размером 104 х 72 х 16,2 м произошел аварийный разлив и загорание масла на площади 420 м².

В цехе работают 80 чел. на четырех механических участках в три смены, Р_пр = 1. Цех имеет два эвакуационных выхода посередине. Ширина центрального прохода между механическими участками равна 4 м, а ширина проходов между оборудованием и стенами равна 2 м, на участках работают по 20 чел. Люди находятся на нулевой отметке. Время установления стационарного режима выгорания масла по экспериментальным данным составляет 900 с. Характеристики горения масла, взятые из литературных источников, следующие:

низшая теплота сгорания Q = 41,9 МДж/кг; дымообразующая способность, D = 243 Нп·м²/кг; удельный выход углекислого газа ⁼ 0,7 кг/кг; удельное потребление кислорода = 0,282 кг/кг; удельная массовая скорость выгорания  = 0,03 кг/(м² · с).

Расчет

Расчетная схема эвакуации представлена на рисунке Ш.2.

— место пожара; I, II — эвакуационные выходы;

1, 2— участки эвакуационного пути.

Рисунок Ш.2 — Расчетная схема эвакуации

Эвакуацию осуществляют в направлении первого эвакуационного выхода, так как второй заблокирован очагом пожара.

Плотность людского потока на первом участке эвакуационного пути:

м^-2

Время движения людского потока по первому участку:

мин.

Интенсивность движения людского потока по второму участку:

м/мин.

Время движения людского потока по второму участку, так как q₂ = 1 < q_max = 16,5:

мин.

Расчетное время эвакуации:

t_р = t₁ + t₂ = 0,88 + 0,52 = 1,4 мин.

Геометрические характеристики помещения:

h = 1,7 м; V= 0,8 · 104 · 72 · 16,2 = 94,044 м³

При горении жидкости с неустановившейся скоростью:

; при п =1,5.

Определяем t_кр при х = 0,3 и Е = 40 лк, В = 2 136 кг:

; l_пр = 20 м;

по повышенной температуре

c;

по потере видимости:

c;

по пониженному содержанию кислорода:

по выделению углекислого газа

= min (362, 135) = 135 c.

Необходимое время эвакуации людей из помещения:

t_нб = К_б t_кр = 0,8 · 135 = 108 с = 1,8 мин.

Из сравнения t_р с t_нб получается:

t_р = 1,4 < t_нб = 1,8.

Вероятность эвакуации по эвакуационным путям:

Р_э.п = 0,999.

Вероятность эвакуации:

Р_э = 1 - (1 - (1 - Р_э.п ) (1 - Р_д.в) =1 -(1 - (1 - 0,999) (1 - 0) = 0,999.

Расчетный индивидуальный риск:

Q_в = Q_n P_пp (1 - Р_э) (1 - Р_п.з) = 0,2 · 1 (1 - 0,999) (1 - 0) = 2 · 10^-4;

Q_в = 2 · 10 ^-4 > = 10^-6.

То есть условие безопасности людей не выполнено, значение индивидуального риска больше допустимого.

Выполним оценку социального риска на рассматриваемом участке по формуле (Ш.36). Поскольку t_р < _бл принимаем Q₁₀ = 0, следовательно, вероятность гибели в результате пожара 10 и более человек на рассматриваемом участке равна 0.

ПРИЛОЖЕНИЕ Э

(рекомендуемое)