princÍpy a aplikÁciamodernÝch pbs -...

Katedra požiarneho inžinierstva

Fakulta bezpečnostného inžinierstva

Žilinská univerzita

POŽIARNE INŽINIERSTVO:PRINCÍPY A APLIKÁCIA MODERNÝCH

NÁVRHOVÝCH METÓD PBS

doc. Ing. Vladimír MÓZER, PhD.

6.12.2018

ÚVOD

Požiarne inžinierstvo

Relatívne mladá inžinierska disciplína

Vyžaduje vysokú úroveň multidisplinárneho poznania

a vzájomnú interakciu disciplín

Pokročilý systém hodnotenia a navrhovania požiarnej

bezpečnosti

Aplikácia výpočtových metód, odborných poznatkov a

úsudku

Vysoké nároky na požiarneho inžiniera

2

HISTÓRIA POŽIARNEHO INŽINIERSTVA

• Prvé „požiarne predpisy“ boli dôsledkom veľkých mestských požiarov – konflagrácií

• Idea predchádzať a kontrolovať požiare prostredníctvom inteligentného inžinierskeho prístupu vzniká v 19. storočí v USA

• Fázy formovania požiarneho inžinierstva –predvojnová, vojnová a povojnová(súčasná)

• Vznik požiarnej vedy – fire science

• Prvý samostatný PI Bc. odbor –

• prelom 19. a 20. st. v USA

3

ČO JE POŽIARNE INŽINIERSTVO?

ISO 23932 Fire safety engineering

Aplikácia inžinierskych metód

založených na vedeckých princípoch

za účelom vytvorenia alebo posúdenia návrhov

prostredníctvom analýzy špecifických požiarnych

scenárov

alebo kvatifikácie rizika pre skupinu požiarnych scenárov.

4

POŽIARNE INŽINIERSTVO A POŽIARNE RIZIKO

Požiarne inžinierstvo = Analýza požiarneho rizika

5

Implicitná

riziko je „schované“

↓deterministický

„worst reasonable case“prístup

2 formy

Explicitná

riziko je vyjadrené

↓pravdepodobnostný

„risk assessment“prístup

CIELE A ÚLOHY POŽIARNEHO INŽINIERSTVA

Zabezpečenie dostatočnej úrovne požiarnej bezpečnosti pre

prípady, kde použitie preskriptívnych prístupov nie je vhodné

vzhľadom na ich unikátnosť alebo komplexnosť.

Požiarne inžinierstvo – nie je len voľba metód a postupov, ale

aj cieľov požiarnej bezpečnosti, tzv. fire safety objectives.

Existuje riziko nesprávne zadefinovaných cieľov –

implementácia nedostatočných protipožiarnych opatrení.

6

APLIKÁCIA POŽIARNEHO INŽINIERSTVA VO SVETE

Požiarne inžinierstvo je na vzostupe – moderná

architektúra a dizajn vyžadujú inovatívny

prístup aj v otázkach požiarnej bezpečnosti.

Čím ďalej tým viac krajín prijíma a požiarne

inžinierstvo a jeho používanie upravuje:

Medzinárodne ISO 23932

Anglicko – BS 7974

USA – napr. NFPA 101

Česká republika – ČSN 73 0802

7

APLIKÁCIA PI PODĽA ISO 23932:2018

8

ISO 23932:2018 - upravené

Set project scope

Identify fire safety objectives

Identify functional requirements

Select analysis method

Identify performance cri teria

Bo

un

da

rie

s o

f a

na

lysis

Create fire safety design plan

Determine design scenarios

Select engineering methods

Evaluate design (scenario-based)

Does

life-cycle

analysis show

significant

changes?

Yes

Execute fire safety management

Implementfire safety design plan

Document in final report

Are other

FSOs (not already

considered)

affected?

Are per formance

criteria satisfied?

Yes

No

No

No

Yes

VYMEDZENIE ROZSAHU ANALÝZY:

ZÁMER PROJEKTU PBR

Potrebné zodpovedať viacero dôležitých otázok:

1. Čo je zámerom (stavebného) projektu? (novostavba, zmena užívania alebo rozšírenie existujúcej stavby, zmena technológie...)

2. Je vôbec / prečo je inžiniersky prístup potrebný?(štandardný prístup je nedostatočný, neaplikovateľný, riešenie nad rámec minima...)

3. Aký je zámer a rozsah inžinierskeho prístupu?(zdôvodnenie odchylností, preukázanie úrovne bezpečnosti, celá stavba / časť stavby)

4. Kto sú zainteresované / dotknuté strany?(investor, užívateľ, verejnosť, orgán s rozhodovacou právomocou, poisťovateľ...)

5. Je k dispozícii dostatok informácií inžiniersky prístup?(charakteristika stavby a využitia, užívatelia stavby, interné a externé faktory...)

9

UPLATNENIE INŽINIERSKEHO PRÍSTUPU

PRI RIEŠENÍ PBS VO VŠEOBECNOSTI

85-15

Adekvátny pomer štandardného a inžinierskeho prístupu

pri navrhovaní požiarnej bezpečnosti stavieb.

10

ŠPECIFICKÉ PRÍPADY VYŽADUJÚCE

INŽINIERSKY PRÍSTUP

Inžiniersky prístup je však možné / nutné

využiť v prípadoch, ako napr:

- Priestory s átriom – s ohľadom na

prítomné požiarne riziko

- Historické stavby, kde nie je možné

dodržať požiadavky platných predpisov

- Komplexné a multifunkčné priestory, kde

je môže vzniknúť konflikt požiadaviek

Nie je však možné „prepočítaním splniť

všetky priania “ architekta alebo investora.

11

HIERARCHIA DEFINOVANIA CIEĽOV

1. Ciele požiarnej bezpečnosti – fire safety objectives

2. Funkčné požiardavky - functional requirements

3. Akceptačné kritériá- performance criteria

Oblasti:

Ochrana života

Ochrana majetku

Business and operations continuity

Ochrana životného prostredia

Ochrana historického a kultúrneho dedičstva

12

PRÍKLAD PRE OCHRANU ŽIVOTA

DETERMINISTICKÝ PRÍSTUP

Cieľ požiarnej bezpečnosti

Stavba je navrhnutá tak, aby ohrozenie zdravia a života osôb z dôvodu požiaru

bolo minimalizované.

Funkčná požiadavka

Osoby nie sú počas presunu po únikových cestách vystavené nebezpečnému

pôsobeniu tepla, toxických a dráždivých splodín horenia a zníženej

viditeľnosti, prípadne odpadávajúcim alebo odkvapkávajúcim častiam.

Akceptačné kritériá

Teplota (<80 °C), sálavé teplo (<2.5 kW/m2), toxické splodiny (CO <2000

ppm, CO2 <5%, O2 >15%), dráždivé splodiny (FEC < 0.3), viditeľnosť (>10

metrov). Pri splnení týchto kritérií sa predpokladá bezpečný únik prevažnej

väčšiny populácie (existujú výnimky) v prípade požiaru.

PRÍKLAD PRE OCHRANU ŽIVOTA

PRAVDEPODOBNOSTNÝ PRÍSTUP

Cieľ požiarnej bezpečnostiStavba je navrhnutá tak, aby ohrozenie zdravia a života osôb z dôvodu požiaru bolo minimalizované.

Funkčná požiadavkaPravdepodobnosť, že osoby budú počas presunu po únikových cestách vystavené nebezpečnému pôsobeniu tepla, toxických a dráždivých splodín horenia a zníženej viditeľnosti, prípadne odpadávajúcim alebo odkvapkávajúcim častiam, je veľmi nízka.

Akceptačné kritériá

Pravdepodobnosť, že budú v únikových cestách počas evakuácie prekročené kritériá: Teplota (<80 °C), sálavé teplo (<2.5 kW/m2), toxické splodiny (CO <2000 ppm, CO2 <5%, O2 >15%), dráždivé splodiny (FEC < 0.3), viditeľnosť (>10 metrov), nie je vyššia ako 10-6.

VOĽBA PRÍSTUPU A METÓD PI ANALÝZY

15

Comparative approach Absolute approach

Qualitativeanalysis

Quantitativerisk analysis

Deterministicanalysis

Deterministicanalysis

Quantitativerisk analysis

Se

lectio

n o

f a

na

lysis

me

tho

dFrom Figure 1

Continue in Figure 1 Continue in Figure 1 Continue in Figure 1

ISO 23932:2018

KOMPARATÍVNY VS ABSOLÚTNY PRÍSTUP

Komparatívny prístup

Návrh je akceptovateľný ak je

aspoň „tak dobrý“ ako riešenie

podľa štandardného postupu.

↓

Predpoklad:

Požiarne riziko je tolerovateľné

po splnení požiadaviek

štandardného postupu.

Potreba vyhotoviť dva návrhy –

referenčný a posudzovaný

Absolútny prístup

Návrh je akceptovateľný ak sú

splnené všetky schválené

akceptačné kritériá.

↓

Predpoklad:

Požiarne riziko je tolerovateľné

po splnení všetkých určených

akceptačných kritérií.

Potreba jednoznačného

určenia tolerovateľnej úrovne

rizika a akceptačných kritérií.

16

PRÍKLAD KOMPARATÍVNEHO PRÍSTUPU

Školské budovy s viac ako dvoma podlažiami musia mať nehorľavý konštrukčný celok = všetky konšt. časti DP1

Zámerom je postaviť budovu s 3 NP pričom 1. NP bude DP1 a 2. + 3. NP má byť konštrukčný systém z dreva.

Krok 1. Navrhnúť budovu vyhovujúcu ČSN 73 08xx a kvantifikovať úroveň požiarneho rizika, resp. nebezpečia.

Krok 2. Pre odchýlne riešenie navrhnúť kompenzačné opatrenia tak, aby bola úroveň požiarneho rizika, resp. nebezpečia rovnaká alebo nižšia.

Počet a rozmiestnenie únikových a zásahových ciest

Rozdelenie do požiarnych úsekov Pokrytie EPS príp. SHZ

Povrchové úpravy a požiarna odolnosť

17

KVALITATÍVNA ANALÝZA

Komparatívna metóda.

Použiteľná pre malé odchýlky od štandardného prístupu.

Hodnotenie vždy proti vyhovujúcemu (preskriptívnemu)

riešeniu.

Riziko je vyjadrené implicitne.

Odchýlky (nedostatky) sú kompenzované dodatočnými

protipožiarnymi opatreniami.

Nevyhnutné posúdiť vplyv odchýlky na všetky ciele PB!

18

KVALITATÍVNA ANALÝZA

prINSTA/TS 951:2018

19

DETERMINISTICKÁ ANALÝZA

Komparatívna alebo absolútna metóda.

Riziko je vyjadrené implicitne.

Využitie najhorších opodstatnených návrhových scenárov.

Potreba identifikácie všetkých relevantných scenárov z

pohľadu zadefinovaných cieľov požiarnej bezpečnosti.

Neexistuje univerzálny „worst credible case“ scenár!

Široké spektrum analytických nástrojov – od výpočtu

aktivačného času 1 detektoru po CFD modely.

20

PRAVDEPODOBNOSTNÁ ANALÝZA

Komparatívna alebo absolútna metóda.

Riziko je vyjadrené explicitne.

Semikvantitatívna

Širšia definícia návrhových scenárov.

Časť rizika môže byť vyjadrená kvalitatívne, časť zo štatistík.

Kvantitatívna

Využitie čo najširšieho spektra návrhových scenárov.

Pravdepodobnostné distribúcie vstupných údajov.

Spoľahlivosť a dostupnosť protipožiarnych opatrení.

21

SEMIKVANTITATÍVNA PRAVDEPODOBNOSTNÁ

ANALÝZA

22

ISO 16733-1:2015

1 časť zložka rizika

kvantifikovaná

VYTVORENIE NÁVRHU PBR

Východisko pred definíciou a posudzovaním pož. scenárov.

S ohľadom na odchylnosti, resp. špecifiká by mal obsahovať informácie a návrhové opatrenia v týchto kategóriách:

iniciácia požiaru a tvorba splodín horenia;

šírenie požiaru a splodín horenia;

konštrukcie a rozdelenie na požiarne úseky;

detekcia, aktivácia a hasenie;

charakteristika osôb a evakuácia;

protipožiarny zásah (ak je relevantný).

23

URČENIE NÁVRHOVÝCH SCENÁROV

Návrhové scenáre sa rozdeľujú na:

požiarne návrhové scenáre (design fire scenarios)

návrhové scenáre charakterizujúce správanie osôb (design

behavioural scenarios)

1. krok – identifikácia požiarneho nebezpečenstva (fire hazard

identification). Pri určovaní je potrebné vychádzať z špecifík:

Vnútorných – druh užívania stavby, aktivity a procesy, konštrukcia

a materiály, zariadenie stavby, vybavenie (bežné a požiarne).

Vonkajších – susedné stavby a prevádzky, environmentálne a

prírodné nebezpečenstvá (zemetrasenia, vegetácia...)

24

IDENTIFIKÁCIA POŽIARNEHO NEBEZPEČENSTVA

25Guidance Document for Incorporating Risk Concepts into NFPA Codes & Standards

URČENIE POŽIARNYCH SCENÁROV

2-krokový proces

1. Výber požiarnych scenárov - ISO 16733-1:2015

Kvalitatívny proces. Identifikácia a charakteristika činiteľov, ktoré

ovplyvňujú priebeh požiaru s ohľadom s ohľadom na účel

požiarneho scenáru.

2. Špecifikácia návrhových požiarov – ISO 16733-2 (v príprave)

Kvantitatívny proces. Popis samotného priebehu požiaru.

26

PRÍKLADY NÁVRHOVÝCH POŽIARNYCH SCENÁROV

1. Požiar blokujúci únikový východ

2. Požiar v prázdnej miestnosti ohrozujúci osoby v inej časti stavby (napr. sklady, technické miestnosti a pod.)

3. Požiar v skrytom priestore (inštalačný strop, podlaha, v stene)

4. Tlejúci požiar (cigareta + spiace osoby)

5. Horizontálne šíriaci sa požiar

6. Vertikálne šíriaci sa požiar

7. Rýchly rozvoj požiaru po povrchových úpravách

8. Požiar náročný na zásah a záchranu

9. Požiar náročný pre evakuáciu a ochranu života

10. Overenie robustnosti (zlyhanie protipožiarnych opatrení, ZOKT, EPS)

27

NÁVRHOVÝ POŽIAR

28

ČAS

HR

R

Iniciácia Rozvoj Plne rozvinutý Dohorievanie

7. Požiar riadený ventiláciou

8. Požiar riadený povrchom paliva

9. Tlejúci požiar

5. Aktivácia sprinklerového SHZ

6. Flashover

ISO 16733:2015 - upravené

NÁVRHOVÉ SCENÁRE CHARAKTERIZUJÚCE

SPRÁVANIE A POHYB OSÔB (ISO TR 16738:2009)

Zohľadňujú všetky parametre, ovplyvňujúce evakuáciu:

Pre osoby najmä:

Počet a rozmiestnenie,

Bdelí/spiaci,

Znalí / neznalí prostredia, s tréningom / bez

Pohybové schopnosti

Pre stavbu a systémy najmä:

Detekčný a poplachový systém

Manažment požiarnej bezpečnosti a úroveň tréningu

Priestorové rozloženie a komplexnosť stavby

Pre požiarne scenáre najmä:

Spôsob detekcie a vyhlasovania požiarneho poplachu

Charakteristika požiaru a splodín horenia

29

PRÍKLAD CHARAKTERISTIKY OSÔB

30

ISO TR 16738:2009

ANALYTICKÉ POSTUPY A NÁSTROJE PI

• Jednoduché „ručné“ výpočty

• Počítačové modely

• Pravdepodobnostné štúdie a výpočty

• Experimentálne metódy

Treba uvažovať s vhodnosťou aplikácie, náročnosťou zvoleného

postupu, potrebnými zjednodušeniami a kompatibilita

požadovaných výstupov s cieľmi požiarnej bezpečnosti.

31

NEISTOTA PRI APLIKÁCII PI

32

De

term

inis

tick

ý

prí

stu

p

Pra

vdep

od

ob

no

stn

ý

prí

stu

p85+

percentil

85%+

prípadov

ZHODNOTENIE NÁVRHU PO SCENÁROCH:

DETERMINISTICKÉ VS. PRAVDEPODOBNOSTNÉ

prINSTA/TS 951:2018

DOKUMENTÁCIA PBR PRE PI

Vyžaduje komplexný a detailný prístup.

Dôležité podať informácie v správnom rozsahu formáte – nie

všetci potrebujú všetko.

Okrem samotného popisu návrhu a preukázania jeho

akceptovateľnosti je nevyhnutné uviesť aj podmienky užívania

a možnosti prípadných zmien.

Po schválení potreba vypracovať manuál prevádzky a údržby

pre požiarnu bezpečnosť.

34

IMPLEMENTÁCIA PBR A

MANAŽMENT POŽIARNEJ BEZPEČNOSTI

Po realizácii stavby a inštalácii systémov je nevyhnutné

zabezpečiť správnu funkčnosť a vzájomnú previazanosť

protipožiarnych opatrení a systémov.

Pred začiatkom užívania zrealizovať funkčné skúšky a potvrdiť

správnu funkciu písomným protokolom.

Systémy testovať komplexne nie v izolácii.

Počas užívania pravidelná kontrola a skúšky.

Dokumentáciu pravidelne aktualizovať.

Prípadné zmeny stavby, systémov alebo užívania nevyhnutne

konzultovať.

V pravidelných intervaloch hodnotiť vplyv „drobných“ zmien.

35

VÝHODY APLIKÁCIE INŽINIERSKEHO PRÍSTUPU

• Inžniersky prístup zohľadňuje špecifiká riešenej situácie.

• Inžiniersky prístup poskytuje základ pre vývoj a výber

alternatívnych možností požiarnej ochrany, založených na

potrebách projektu.

• Inžiniersky prístup umožnuje porovanie úrovní bezpečnosti

poskytovaných alternatívami návrhmi.

• Inžiniersky prístup vyžaduje využitie škály nástrojov pri analýze,

čím zvyšuje flexibilitu.

• Vyhodnocuje situáciu komplexne a zohľadňuje interakciu

medzi systémami a prvkami PO.

36

RIZIKÁ APLIKÁCIE INŽINIERSKEHO PRÍSTUPU

• Potenciál na legitimizáciu deviácií v štandardných

situáciách a tzv. cherry-picking

• Empirické a semi-empirické vzťahy nemusia byť

kompatibilné s riešenou situáciou čo nie je na prvý

pohľad zrejmé

• Kvalita, rozsah a platnosť dát, ktoré sú používané a

ich extrapolácia

• Toto všetko a ďalšie kladie vysoké požiadavky na

odbornú úroveň a morálku požiarneho inžiniera.

37

Ďakujem za pozornosť.

vladimir.mozer@fbi.uniza.sk

Otázky?