princÍpy a aplikÁciamodernÝch pbs -...
TRANSCRIPT
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
