ISSN 0236-235X (P)
ISSN 2311-2735 (E)

Публикационная активность

(сведения по итогам 2016 г.)
2-летний импакт-фактор РИНЦ: 0,493
2-летний импакт-фактор РИНЦ без самоцитирования: 0,389
Двухлетний импакт-фактор РИНЦ с учетом цитирования из всех
источников: 0,732
5-летний импакт-фактор РИНЦ: 0,364
5-летний импакт-фактор РИНЦ без самоцитирования: 0,303
Суммарное число цитирований журнала в РИНЦ: 5022
Пятилетний индекс Херфиндаля по цитирующим журналам: 355
Индекс Херфиндаля по организациям авторов: 499
Десятилетний индекс Хирша: 11
Место в общем рейтинге SCIENCE INDEX за 2016 год: 304
Место в рейтинге SCIENCE INDEX за 2016 год по тематике "Автоматика. Вычислительная техника": 11

Больше данных по публикационной активности нашего журнале за 2008-2016 гг. на сайте РИНЦ

Вход


Забыли пароль? / Регистрация

Добавить в закладки

Следующий номер на сайте

1
Ожидается:
16 Марта 2018

Использование САПР в решении задачи категорирования помещений, зданий и сооружений по взрывопожарной и пожарной опасности

Solving the problem of premises, buildings and constructions classification according to explosion and fire hazard categories using CAD
Статья опубликована в выпуске журнала № 3 за 2013 год. [ на стр. 276-282 ][ 26.08.2013 ]
Аннотация:Категория объекта по пожаро- и взрывоопасности – фактор, определяющий требования к конструкции и планировке здания. Правильное определение категории пожаро-и взрывоопасности зданий или сооружений позволяет принять оптимальные проектные решения и предотвратить чрезвычайные ситуации при минимальных затратах ресурсов. В статье исследована задача определения категорий помещений, зданий и сооружений по взрывопожарной и пожарной опасности. Предложена структура автоматизированной подсистемы, являющаяся частью САПР пожарной безопасности. Предложен состав информационного обеспечения подсистемы. Рассмотрены алгоритмы расчета критериев взрывопожарной и пожарной опасности с применением правил оптимизации пожарной нагрузки в САПР.
Abstract:The explosion and fire hazard object categories are the factor defining the requirements to designing and set-ting out a building. Correct definition of this category for buildings or constructions allows making optimum design decisions and preventing emergency situations with minimum necessary resource sosts. The article investigates the problem of categorization of premises, buildings and constructions according to explosion and fire hazard. The structure of the automated subsystem which is part of fire safety CAD is offered. The authors also offer the information support contents for a subsystem. The calculationalgorithms of explosion and fire hazard criteria using the rules of fire load optimization in CAD are considered.
Авторы: Баранников Н.И. (barannikovni@yandex.ru) - Воронежский государственный технический университет, г. Воронеж, Россия, доктор технических наук, Сергеева М.А. (rityllik@mail.ru) - Воронежский государственный технический университет, г. Воронеж, Россия, Аспирант
Ключевые слова: подсистема., алгоритм, категории пожаро- и взрывоопасности, показатели, сапр
Keywords: subsystem, algorithm, explosion and fire hazard categories, indicators, CAD system
Количество просмотров: 6078
Версия для печати
Выпуск в формате PDF (13.63Мб)
Скачать обложку в формате PDF (1.39Мб)

Размер шрифта:       Шрифт:

Основным показателем пожарной и взрывопожарной опасности объекта является его категория по пожаро- и взрывоопасности – фактор, определяющий требования к конструкции и планировке здания, режиму производства и эксплуатации помещений. Категории пожаровзрывоопасности учитываются при организации пожарной охраны, в первую очередь необходимой технической оснащенности, предъявляют требования к расположению пожароопасных помещений на территории предприятия. Эта характеристика, рассчитываемая в соответствии со стандартом СП 12.13130.2009, во многом определяет объемнопланировочные решения, регламентирует порядок размещения помещений и установок по отношению друг к другу и прочим объектам предприятия, пожароопасных строений и сооружений.

Здания, помещения и наружные установки подразделяются на категории пожаро- и взры- воопасности в зависимости от хранящихся или использующихся в них веществ, номенклатура которых достигает нескольких тысяч. Многие ве- щества, применяемые в производстве различных изделий, отделке производственных, жилых, общественных и иных зданий и помещений, способны воспламеняться и гореть, а в некоторых случаях образовывать с воздухом взрывоопасные смеси.

Правильное определение категории пожаро- и взрывоопасности зданий или сооружений позволяет принять оптимальные проектные решения и предотвратить чрезвычайные ситуации при минимальных затратах ресурсов.

Перечень основных характеристик веществ, необходимых для решения задач при проектировании систем пожарной безопасности, определен в ГОСТе 12.1.044-89. Их характеристики и свойства c этой точки зрения достаточно хорошо исследованы и описаны в ряде источников, в частности в [1], однако информация не структурирована, изложена произвольно, а ее полнота зависит от агрегатного состояния вещества.

Категорирование зданий и помещений является достаточно сложным и трудоемким процессом. Для точности ответа и уменьшения времени решения данной задачи используются средства автоматизации, САПР, информационные технологии. Существует несколько программных средств, позволяющих осуществлять расчет категорий помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности, например, «Фогард-К» – программа онлайн-расчетов, «FireGuard 2» – полнофунк­циональный и мощный инструмент для комплексного категорирования зданий и помещений со встроенным классификатором взрывоопасных и пожароопасных зон, имеющий возможность оптимизации пожарной нагрузки для получения желаемой категории.

Постановка задачи

Пусть дано конечное множество объектов I={i1, i2, …, ij, …, in}. Каждый из объектов характеризуется некоторым признаковым описанием (x1, x2, …, xk, …, xm, xm+1). Пусть значения признаков (x1, x2, …, xk, …, xm) известны. Задача заключается в определении неизвестного признака xm+1. Если множество его значений конечно, задачу называют классификацией.

Для формального описания этой задачи введем следующие множества.

·       Множество задач обеспечения пожарной безопасности объектов. МЗ={Г; ГВ; РП; ДС; Т; КП}, где Г – задача определения группы горючести строительных материалов, Г={Г1; Г2; Г3; Г4}, для ее решения необходимо подмножество показателей пожаро- и взрывоопасности (ППВ) ПВВ-Г={Т, SL, SM, tсг}; ГВ – задача определения группы воспламеняемости строительных материалов, ГВ={В1; В2; В3}, для ее решения необходимо ПВВ-ГВ={КППТП}; РП – задача определения группы распространения пламени по поверхности строительных материалов, РП={РП1; РП2; РП3; РП4}, для ее решения необходимо ПВВ-РП={КППТП}; ДС – задача определения группы дымообразующей способности строительных материалов, ДС={Д1; Д2; Д3}, для ее решения необходимо ПВВ-ДС={Кд }; Т – задача определения токсичности продуктов горения строительных материалов, Т={Т1; Т2; Т3; Т4}, для ее решения необходимо ПВВ-Т={}; M – скорость выгорания (интенсивность горения жидкости) – количество жидкости, сгорающей в единицу времени с единицы площади, кг/м2×с; КППТП – критическая поверхностная плотность теплового потока, минимальное значение поверхностной плотности теплового потока, при котором возникает устойчивое пламенное горение, кВт/м2; КП – задача определения категорий помещений, зданий и наружных технологических установок, КП={А, Б, В1-В4, Д, Г}, для решения которой необходимо ПВВ-КП={Агрегатное состояние, tвсп, Pmax, M, КППТП}.

·       Множество агрегатных состояний веществ О={газы; жидкости; твердые вещества, строительные конструкции; пыли}.

·       Множество строительных материалов и конструкций М={НГ(негорючие); Г(горючие)}.

Подпись:  
Рис. 1. Уровни представления данных в САПР
Решение задачи посредством информационной подсистемы в САПР

Информационная подсистема, содержащая БД всех пожаро- и взрывоопасных веществ, а также автоматизирующая алгоритмы расчетов и выдающая на выходе готовый результат в виде категории помещения (здания, сооружения), является одним из приемлемых вариантов решения данной задачи. При разработке подсистемы также следует создать модуль оптимизации категорий помещений (зданий, сооружений), полученных в качестве результата.

Разработка любой информационной подсистемы начинается с формулировки алгоритма решения поставленной задачи.

Одним из объектов алгоритма решения задачи определения категорий помещений (зданий, сооружений) взрывопожарной и пожарной опасности будет БД.

БД информационной подсистемы в общем случае рассматриваем как совместно используемый набор логически связанных данных (и описание этих данных), предназначенный для удовлетворения информационных потребностей в данной предметной области. Для решения задачи БД должна содержать следующее:

–      множество характеристик веществ, включающих их подмножества, используемые при решении отдельных задач;

–      неструктурированную информацию, необходимую для работы экспертной системы проверки соответствия принятых проектных решений требованиям нормативных документов;

–      данные для разработки графической части проектов, в частности для проектирования установок автоматического пожаротушения и сигнализации.

В связи с этим к БД для решения задач систем пожарной безопасности объектов, помимо типовых требований, предъявляются следующие:

–      представление всех структур данных, используемых при проектировании систем пожарной безопасности объектов, в том числе графических;

–      возможность хранения неструктурированной информации для ее использования в задачах логического вывода (типа экспертных систем);

–      возможность развития состава и структуры данных;

–      хранение информации, относящейся к конкретным проектам, с учетом вариантов проектных решений.

Структурно данные в базе могут быть представлены тремя уровнями: концептуальным, внешним и внутренним (рис. 1). Концептуальный уровень отражает объективные свойства данных, описывающих предметную область. Внешний уровень, напротив, отражает субъективные взгляды приложений на данные. В практических случаях внешний уровень является подмножеством концептуального представления. Внутренний уровень представления данных определяет машинно-ориентированное, физическое представление данных.

Любое здание или сооружение состоит из n-го количества помещений. В зависимости от того, к какой категории пожаро- и взрывоопасности они относятся, присваивается категория самому зданию (сооружению).

Алгоритм расчета критериев взрывопожарной и пожарной опасности помещений включает в себя четыре основных этапа (рис. 2).

Первый этап: анализ исходных данных, включающий описание пожароопасных свойств и количества веществ и материалов, обращающихся (находящихся) в категорируемом помещении. Данные вещества и их характеристики, как уже было сказано, хранятся в БД. Оцениваются технологический процесс и оборудование, размещение пожарной нагрузки в помещении, наличие и эффективность вентиляции, температурный режим в помещении. В результате анализа выявляются вещества и материалы по группам горючести (горючие газы, легковоспламеняющиеся и горючие жидкости, горючие пыли, горючие твердые вещества, негорючие вещества и материалы).

Второй этап: определение необходимых условий для отнесения помещения к соответствующей категории. В качестве условий используются параметры, варьирующиеся в правилах категорирования помещений по взрывопожарной и пожарной опасности. В зависимости от агрегатных состояний веществ к ним относят величину температуры вспышки t, °C, и удельной пожарной нагрузки g, МДж/м2.

Третий этап: определение достаточных условий для отнесения помещения к соответствующей категории. К ним относят: для помещений А и Б величину избыточного давления взрыва DP, кПа, а для помещений В1–В4 проверку способа размещения пожарной нагрузки и величину удельной пожарной нагрузки g, МДж/м2.

Подпись:  
Рис. 2. Алгоритм расчета критериев взрывопожарной и пожарной опасности помещений
Четвертый этап: определение категории помещения в зависимости от вышеперечисленных условий. Данная категория определяется по со- вокупности выполнения необходимых и доста- точных условий, позволяющих отнести помещение к соответствующей категории. Невыполнение достаточного условия приводит к повышению категории, соответствующему нормам.

Из перечисленных шагов следует, что, имея на входе в информационную подсистему вещества, находящиеся в помещении, необходимо также в зависимости от агрегатного состояния веществ производить расчет их основных характеристик: величину температуры вспышки t, °C, удельную пожарную нагрузку g, МДж/м2, величину избыточного давления взрыва DP, кПа.

После определения категории пожаро- и взрывоопасности помещений, находящихся в заданном здании, вступит в силу алгоритм определения категории пожаровзрывоопасности здания (сооружения).

Данный алгоритм изображен на рисунке 3.

Основными шагами алгоритма являются следующие определения:

–      здание относится к категории А, если суммарная площадь помещений (SS) категории А в нем > 5 % площади всех помещений или =200 м2;

–      здание не относится к категории А, если SS категории А в здании £25 % SS всех размещенных в нем помещений (но £1 000 м2) и эти помещения оснащаются установками автоматического пожаротушения;

–      здание относится к категории Б, если одновременно выполнены следующие условия: здание не относится к категории А и SS категорий А и Б >5 % SS всех помещений или =200 м2;

–      здание не относится к категории Б, если SS категорий А и Б в здании £25 % SS всех размещенных в нем помещений (но £1 000 м2) и эти помещения оснащаются установками автоматического пожаротушения;

–      Подпись:  
Рис. 3. Схема алгоритма определения категорий 
помещения или здания по взрывопожарной 
и пожарной опасности
здание относится к категории В, если одновременно выполнены следующие условия: здание не относится к категории А или Б и SS категорий А, Б, B1, B2 и В3 >5 % (10 %, если в здании отсутствуют помещения категорий А и Б) SS всех помещений;

–      здание не относится к категории В, если SS категорий А, Б, B1, B2 и В3 в здании £25 % SS всех размещенных в нем помещений (но £3 500 м2) и эти помещения оснащаются установками автоматического пожаротушения;

–      здание относится к категории Г, если одновременно выполнены следующие условия: здание не относится к категориям А, Б или В и SS категорий А, Б, B1, B2, ВЗ и Г >5 % SS всех помещений;

–      здание не относится к категории Г, если SS категорий А, Б, B1, B2, ВЗ и Г в здании £25 % SS всех размещенных в нем помещений (но £5000 м2) и помещения категорий А, Б, B1, B2 и В3 оснащаются установками автоматического пожаротушения;

–      здание относится к категории Д, если оно не относится к категориям А, Б, В или Г.

Методы определения классификационных признаков отнесения зданий и помещений производственного и складского назначения к категориям по пожарной и взрывопожарной опасности устанавливаются нормативными документами по пожарной безопасности.

После определения категории здания (сооружения) по пожаровзрывоопасности следующим шагом алгоритма следует сделать оптимизацию. Оптимизация категории пожарной опасности – процесс, позволяющий снизить текущую категорию помещения путем применения различных правил оптимизации, в частности удаления/добав­ления горючих материалов, изменения количества веществ.

Общие правила оптимизации пожарной нагрузки для получения требуемой категории:

–      повышение категории не допускается, то есть нельзя перейти с категории В4 до категории В1 или А;

–      помещения, содержащие сложные горючие объекты (СГО), оптимизировать не допускается;

–      оптимизация пожарной нагрузки работает по принципу: что необходимо выполнить для того, чтобы получилась целевая категория;

–      перед оптимизацией всегда выполняется расчет реальной категории помещения [2].

Оптимизация пожарной нагрузки проводится по следующим параметрам:

–      по количеству: уменьшение или увеличение количества веществ;

–      по геометрии: изменение площади размещения пожарной нагрузки, минимального расстояния от высоты пожарной нагрузки до потолка помещения и изменения высоты помещения (при необходимости).

Переход к категории А не осуществляется.

Переход к категории Б.

Первое условие – удаление веществ и материалов с температурой вспышки менее 28 °С (при наличии таковых).

Второе условие – добавление веществ и материалов с температурой вспышки более 28 °С (при отсутствии таковых).

Третье условие – нахождение такого аварийного количества для веществ с температурой вспышки более 28 °С, при котором будет достигнуто избыточное давление взрыва ∆P=5,10 кПа.

Переход к категориям В1–В4.

Первое действие – это вычисление такого аварийного количества для веществ типов «жидкость», «газы», «пыли» (при наличии таковых), при котором будет достигнуто суммарное избыточное давление взрыва ∆P=4,90 кПа.

Подпись:  
Рис. 4. Структура фактографической БД «Пожаровзрывоопасность»
Второе действие – выбор способа оптимизации по количеству или по площади:

–      по количеству: для данного выбора требуется предварительно отметить оптимизируемые вещества; далее производится пересчет общего количества веществ таким образом, чтобы достигнуть соответствующих значений g, МДж/м2 (удельной временной пожарной нагрузки);

–      по площади: при выборе данного способа изменяются значения площади размещения пожарной нагрузки (размеры помещения и площадь размещения пожарной нагрузки не контролируются).

Переход к категориям Г или Д.

Данные переходы обусловлены удалением всех пожароопасных веществ и материалов из помещения.

Из всего вышесказанного следует отметить основные моменты решения поставленной задачи категорирования помещений (зданий, сооружений) по пожаровзрывоопасности.

Во-первых, следует определить, сколько в здании помещений и к какой категории по пожаро- взрывоопасности каждое из них относится.

Далее в зависимости от количества и степени пожаро- и взрывоопасности типов помещений следует определить категорию пожаровзрывоопасности всего здания (сооружения).

На последнем этапе необходимо оптимизировать помещения по категории взрывопожароопасности по одному из вышеуказанных методов, что приведет к оптимизации категории взрывопожароопасности здания (сооружения) в целом.

Без процесса оптимизации можно обойтись, если здание (сооружение) или ряд помещений не приводятся к определенной категории пожаро- взрывоопасности. Но в целом суть решения задачи остается прежней.

Для правильного категорирования помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности необходимо придерживаться алгоритма, изображенного на рисунке 3.

Для данной схемы алгоритма выбираем все необходимые данные из технологического регламента. Далее из фактографической БД «Пожаро- взрывоопасность», структура которой представ- лена на рисунке 4, выбираем необходимые для расчета данные [3, 4].

Рассмотрим подробно таблицу БД «Виды расчетов».

Выбор и обоснование расчетного варианта осуществляются следующим образом.

При расчете значений критериев взрывопожарной опасности в качестве расчетного следует выбирать наиболее неблагоприятный вариант аварии или период нормальной работы аппаратов, при котором во взрыве участвует наибольшее количество веществ или материалов, наиболее опасных в отношении последствий взрыва. В случае, если использование расчетных методов не представляется возможным, допускается определение значений критериев взрывопожарной опасности на основании результатов соответствующих научно-исследовательских работ, согласованных и утвержденных в установленном порядке.

Информационная подсистема обязательно должна содержать в себе БД с фактографической информацией о веществах и материалах, чтобы пользователю после объявления вещества или материала, находящегося в помещении (здании), не пришлось самостоятельно вводить его характеристики взрывопожароопасности.

Комплектование информационной базы в фактографических АИС включает обязательную структуризацию входной информации из документального источника. Структуризация осуществляется через определение экземпляров информационных объектов, в данном случае показателей пожаровзрывоопасности веществ и материалов, и заполнение их реквизитов. На рисунке 5 изображены уровни представления информации в АИС.

Внешний пользовательский уровень определяется локальными представлениями пользователей о своих информационных потребностях.

Эти представления выражаются на языке данной предметной области и находят отражение в совокупностях данных.

На основе анализа индивидуальных представлений и информационно-технологических потребностей пользователей формируется интегрированная информационно-логическая (инфологическая) схема предметной области.

На этом же концептуальном уровне представления данных строится логическая структура данных, которая в первую очередь предусматривает их разделение (независимость) от прикладных программ обработки.

Третий уровень представления данных в фактографических АИС выражается внутренней структурой БД, определяющей физическую схему организации данных на носителях вычислительных установок АИС. Способы задания и реализации физической структуры БД определяются форматом файлов данных, который поддерживается конкретной СУБД.

Под переменной информацией, используемой в САПР пожаровзрывобезопасности, понимают информацию, которая вводится непосредственно перед решением задачи. К ней относят, например, размеры исследуемого помещения (длина, высота, площадь, объем), количество веществ и материалов, находящихся в помещении, высоту пожарной нагрузки H.

Эта информация обрабатывается по заранее разработанному алгоритму. В зависимости от получаемых промежуточных результатов выполняются вычисления по тем или иным ветвям алгоритма. Таким образом, исходная информация одновременно является управляющей совместно с программой работы ЭВМ.

Информация должна быть достаточной для решения задачи и максимально понятной, не требующей предварительного ручного кодирования.

Информация задается в виде:

–      Подпись:  
Рис. 5. Уровни представления информации в фактографических АИС
последовательности чисел (при этом, если в последовательности содержится качественно различная информация, ее вид определяется занимаемым ею в последовательности местом);

–      системы правил (грамматики, синтаксиса, семантики), на основе которых создается специальный язык [4].

Выбор той или иной формы задания исходной информации зависит от решаемой задачи, области и частоты ее применения, сложности алгоритма, времени для его реализации. Для решения задачи определения категории помещений (зданий, сооружений) в САПР пожарной безопасности технологическую информацию, имеющуюся в форме последовательности фактов (знаний) о предметной области, рекомендуется представлять в виде фактографической АИС. Для обработки переменной информации можно использовать алгоритм, представленный в ранее опубликованной статье [4], посвященной теме САПР пожарной безопасности.

Литература

1.     Корольченко А.Я., Корольченко Д.А. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения: Справочник. М.: Изд-во Пожнаука, 2004. 156 с.

2.     Норенков И.П. Основы автоматизированного проектирования: учеб. пособие. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. 336 с.

3.     Баранников Н.И., Сергеева М.А. Применение инновационных методов и технологий в САПР пожарной безопасности // Инновационный вестник региона. 2012. № 4. С. 16–21.

4.     Сергеева М.А., Баранников Н.И. Формы и методы представления технологической информации в САПР пожарной безопасности // Оптимизация и моделирование в автоматизированных системах: межвуз. сб. науч. тр. Воронеж: Изд-во ВГТУ. 2012. С. 15–18; Алгоритмизация определения категорий помещений по взрывопожарной и пожарной опасности в САПР установок автоматического пожаротушения. Там же. 2011. С. 82–85.

References

1.     Korolchenko A.Ya., Korolchenko D.A., Pozharovzryvo­opasnost veshchestv i materialov i sredstva ikh tusheniya [Fire-and-explosion hazard of substances and materials and suppressants], 2nd ed., Moscow, Pozhnauka Publ., 2004.

2.     Norenkov I.P., Osnovy avtomatizirovannogo proektiro­vaniya [The basics of automated design], study guide, 2nd ed., Moscow, Bauman MSTU Publ., 2002.

3.     Barannikov N.I., Sergeyeva M.A., Innovatsionny Vestnik Region [Innovative messenger region], 2012, no. 4, pp. 16–21.

4.     Sergeyeva M.A., Barannikov N.I., Optimizatsiya i mode­lirovanie v avtomatizirovannykh sistemakh: mezhvuz. sb. nauch. tr. [Optimization and Modeling in Automated Systems: the interacade­mic collected papers], Voronezh, VSTU Publ., 2012, pp. 15–18.

5.     Sergeyeva M.A., Barannikov N.I., Optimizatsiya i mode­lirovanie v avtomatizirovannykh sistemakh: mezhvuz. sb. nauch. tr. [Optimization and Modeling in Automated Systems: the interaca­demic collected papers], Voronezh, VSTU Publ., 2011, pp. 82–85.


Постоянный адрес статьи:
http://swsys.ru/index.php?page=article&id=3603
Версия для печати
Выпуск в формате PDF (13.63Мб)
Скачать обложку в формате PDF (1.39Мб)
Статья опубликована в выпуске журнала № 3 за 2013 год. [ на стр. 276-282 ]

Возможно, Вас заинтересуют следующие статьи схожих тематик: