СИСТЕМА ИНФОРМАЦИОННОЙ ПОДДЕРЖКИ УПРАВЛЕНИЯ ЗВЕНЬЯМИ ГАЗОДЫМОЗАЩИТНОЙ СЛУЖБЫ ПРИ ЛИКВИДАЦИИ ПОЖАРОВ В ЗДАНИЯХ
INFORMATION SUPPORT SYSTEM OF GAS-SMOKE RESCUE SERVICE UNITS CONTROL DURING FIRES IN BUILDINGS EXTINGUISHING

Изобретение относится к системам информационной поддержки управления звеньями газодымозащитной службы (СПУ ГДЗС) при ликвидации пожаров в зданиях, предназначенным для обеспечения эффективной реализации действий по ликвидации пожаров на начальных этапах их развития в зданиях с использованием звеньев газодымозащитной службы пожарной охраны.
При ликвидации пожаров в зданиях пожарным часто приходится работать в условиях воздействия на них опасных факторов пожара (ОФП). В таких случаях, пожарных оснащают персональными дыхательными аппаратами. Такие дыхательные аппараты могут дополнительно оснащать разными устройствами, например персональными системами безопасности (PASS). Данные системы относятся к телеметрическим системам мониторинга и методу восстановления данных телеметрических систем мониторинга, содержат, например, «тревожную кнопку», сигнализацию и т.п. (ЕР 2674924 А1, МПК G08B 21/04, G08B 25/01, H04M 11/00, 13,12.2013).
Для обеспечения безопасности пожарного, работающего в условиях воздействия ОФП в здании, желательно осуществлять контроль определенных параметров его работы снаружи здания. Обычно за это отвечает руководитель тушения пожара, а реализует постовой на посту безопасности. Для контроля он использует доску входного контроля для записи информации о пожарных. В последнее время стали использоваться электронные «доски», которые по радиоканалу передают информацию о давлении в баллонах и окружающей пожарного температуре и т.п. Также имеется удаленная тревожная кнопка, нажав которую постовой на посту безопасности может дать команду на выход из непригодной для дыхания среды.
Кроме того, известны системы, основанные на технологии телеметрии давления в баллонах дыхательных аппаратов с определением оставшегося времени защитного действия дыхательного аппарата и астрономического времени подачи команды на выход из не пригодной для дыхания среды пожара (US 5689234 A, G08B 19/00, 18.11.1997 и GB 2503016 А, МПК G08B 21/04, A62B  9/00, 18.12.2013).
В качестве наиболее близкого аналога может быть выбрана «Телеметрическая система управления при аварии», раскрытая в патенте US 7427917 В2, МПК G08B 1/08, 23.09.2008. Известная система включает в себя средства измерения (датчики) температуры и давления в баллоне дыхательного аппарата пожарного. Данные средства измерения с помощью ретрансляторов-коммуникаторов по беспроводным каналам связи связаны с центральным компьютером. В одном из блоков системы реализовано программное обеспечение, выполненное с возможностью сравнения текущих значений температуры и давления с предельно-допустимыми значениями температуры окружающей среды и давления в баллоне дыхательного аппарата.
Недостатком всех вышеуказанных технических решений является то, что известные системы, в частности наиболее близкий аналог, не предназначены для определения достаточного количества параметров, необходимых для оценки возможности пожарных ликвидировать пожар в здании на начальном этапе его развития. Такие системы контролируют давление в баллоне дыхательного аппарата и температуру, воздействующую на пожарного в непригодной для дыхания среде пожара, при этом контроль за параметрами работы пожарных (газодымозащитников) известные системы позволяют осуществлять исключительно в непригодной для дыхания среде пожара. Так расположение в известных системах средства измерения температуры непосредственно на оборудовании пожарного не позволяет обеспечить прогнозирование роста температуры с момента начала возникновения пожара. Использование же указанного прогнозного параметра является необходимым для определения таких параметров, как: время, необходимое для ликвидации горения в помещении очага пожара, и время, необходимое для подачи огнетушащего вещества, при котором пожар будет ликвидирован. При этом два упомянутых временных параметра в совокупности с прогнозируемыми временными параметрами, характеризующими время работы в очаге пожара, время до включения звукового сигнала дыхательных аппаратов (ДА) и время возвращения на свежий воздух, обеспечивают оценку возможностей пожарных ликвидировать пожар в здании на начальном этапе его развития.
Задачей изобретения является обеспечение оценки возможности пожарных ликвидировать пожар в здании на начальном этапе его развития.
Технический результат - повышение достоверности контроля звеньев газодымозащитной службы при ликвидации пожаров в зданиях с обеспечением оценки возможности пожарных ликвидировать пожар в здании на начальном этапе его развития за счет создания снабжения СПУ ГДЗС модулем, позволяющим рассчитывать предельно-допустимые значения параметров, а также модулем, позволяющим получать прогнозные значения параметров, для уточнения значений контролируемых параметров.
Суть изобретения поясняется на фиг. 1 и фиг. 2.
На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемой СПУ ГДЗС.
На фиг. 2 представлена структурная схема работы подсистем СПУ ГДЗС при ликвидации пожара.
На фиг. 2 использованы следующие обозначения:
0 - момент времени, при котором произошло возникновение пожара;
I - момент времени, при котором система с помощью тепловых сенсоров обнаружила пожар;
II - момент прибытия пожарного подразделения к месту пожара;
III - момент времени, при котором звено ГДЗС вошло в непригодную для дыхания среду и приступило к продвижению к очагу пожара с прокладкой рукавных линий для транспортирования огнетушащего вещества;
IV - момент прибытия звена ГДЗС к очагу пожара и начало подачи огнетушащих веществ;
V - момент подачи команды на выход из непригодной для дыхания среды.
Предлагаемая система информационной поддержки управления звеньями газодымозащитной службы при ликвидации пожаров в зданиях - это программно-аппаратный комплекс, включающий в себя адресные средства измерения (датчики) абсолютных значений температуры в притолочном слое помещения очага пожара и абсолютных значений давления в баллонах дыхательных аппаратов (ДА) газодымозащитников, участвующих в ликвидации пожара в здании. Результаты измерений абсолютных значений температуры и давления с помощью ретрансляторов-коммуникаторов по беспроводным каналам связи (радиоканал) поступают в компьютер, в котором реализовано программное обеспечение, предназначенное для цифровой обработки результатов измерения и отображения на интерфейсе приложения следующей информации:
- на планировке этажа здания, в котором произошел пожар, адрес теплового сенсора, первым зафиксировавшего факт возникновения пожара;
- динамику (темп роста) абсолютных значений температуры, фиксируемых адресным тепловым сенсором;
- требуемый интервал времени на введение средств тушения пожара с использованием звена ГДЗС;
- необходимый интервал времени ликвидации пожара;
- интервал времени, которое звено ГДЗС может потратить на поиск очага пожара; для каждого газодымозащитника из звена ГДЗС:
- скорость падения давления в баллонах ДА;
- интервал времени работы в очаге пожара и оставшееся время работы в очаге;
- значение давления в баллонах ДА, при котором необходимо приступить к возвращению на свежий воздух;
- интервал времени до включения звукового сигнала ДА и оставшееся время до срабатывания звукового сигнала (ЗС);
- интервал времени возвращения на свежий воздух.
На основе данных параметров руководитель тушения пожара принимает решение о путях ввода пожарных в здание и об их потенциальной возможности выполнить основную задачу по тушению пожара.
Принцип работы СПУ ГДЗС заключается в следующем. Результаты измерений абсолютных значений температуры в притолочной зоне помещения, в которой возник пожар, и результаты измерений абсолютных значений давления в баллонах дыхательных аппаратов газодымозащитников по беспроводным каналам связи (радиоканал) формируют информацию о текущих значениях контролируемых параметров на ретранслятор-коммуникатор и далее в блок 1, где осуществляется цифровая обработка данных. Затем результаты измерений помещаются в базу данных текущих значений параметров 2. По значениям параметров, хранящихся в базе данных текущих значений параметров 2, в блоке 5 рассчитываются предельно-допустимые значения контролируемых параметров (контрольное давление в баллонах дыхательных аппаратов, при котором необходимо подавать команду на выход, и значение температуры пожара, соответствующее максимальной тепловой мощности пожара, при которой его можно ликвидировать силами и средствами звена ГДЗС). Результаты расчетов помещаются в базу данных предельно-допустимых значений параметров - блок 6. Далее в режиме реального времени по значениям базы данных 2 в блоке 3 определяются прогнозные значения контролируемых параметров на фиксированные промежутки времени. Результаты прогноза сохраняются в базу данных прогнозных значений контролируемых параметров - блок 4. Затем на каждый фиксированный момент времени в блоке 7 производится сравнение прогнозных и предельно-допустимых значений, хранящихся в блоке 6. По результатам прогноза в блоке 8 формируется информация для управления звеном ГДЗС, которая выводится на интерфейс компьютера руководителя тушения пожара.
Рекомендации содержат следующую информацию:
- на планировке этажа здания, в котором произошел пожар, адрес теплового сенсора, первым зафиксировавшего факт возникновения пожара;
- динамику (темп роста) абсолютных значений температуры, фиксируемых адресным тепловым сенсором;
- требуемый интервал времени на введение средств тушения пожара с использованием звена ГДЗС;
- необходимый интервал времени ликвидации пожара;
- интервал времени, которое звено ГДЗС может потратить на поиск очага пожара; для каждого газодымозащитника из звена ГДЗС:
- скорость падения давления в баллонах ДА;
- интервал времени работы в очаге пожара и оставшееся время работы в очаге;
- значение давления в баллонах ДА, при котором необходимо приступить к возвращению на свежий воздух;
- интервал времени до включения звукового сигнала ДА и оставшееся время до срабатывания ЗС;
- интервал времени возвращения на свежий воздух.
СПУ ГДЗС предназначена для информационного обеспечения руководителя тушения пожара на всех этапах реализации действий по ликвидации пожара в здании (как до входа пожарных в здание, так и во время их работы в задании), а также для оценки возможности тушения пожара силами и средствами n звеньев ГДЗС, и состоит из подсистемы «Температура» и подсистемы «Давление».
Подсистема «Температура» осуществляет мониторинг абсолютных значений температуры, фиксируемых адресными тепловыми сенсорами, расположенными в притолочной зоне помещения, в котором произошел пожар, входящих в состав системы обнаружения пожара. Подсистема «Температура» предназначена для определения места возникновения очага пожара с точностью до места размещения теплового сенсора, а также расчета времени, достаточного для ликвидации пожара силами и средствами n звеньев ГДЗС, n=1,2.
Подсистема «Давление» предназначена для мониторинга абсолютных значений давления в баллонах дыхательных аппаратов газодымозащитников с помощью средств измерения давления, входящих в состав системы телеметрии звена ГДЗС до трех газодымозащитников включительно. Подсистема «Давление» производит расчет интервала времени, необходимого на поиск очага пожара, интервала времени для работы в очаге пожара, интервала времени, оставшегося до подачи команды на выход из непригодной для дыхания среды, интервала времени до срабатывания звукового сигнала дыхательного аппарата, интервала времени, которое звено ГДЗС может потратить на выход из здания.
Ниже подробнее будет рассмотрена работа подсистем СПУ ГДЗС при ликвидации пожара.
max
расч
На предварительном этапе при проектировании СПУ ГДЗС на основе информации о максимальной возможности подачи огнетушащего вещества (ОТВ) n звеньями ГДЗС с использованием имеющихся приборов его подачи, требуемой интенсивности подачи ОТВ, а также информации о находящихся в помещении горючих материалах, расчетный модуль 5 определяет максимальную температуру (t, °C), фиксируемую тепловым сенсором на момент времени, когда пожар может быть ликвидирован n звеньями ГДЗС, и время (τ, мин), за которое пожар будет ликвидирован, но не менее 10 мин. Полученные значения температуры и времени сохраняются в базе данных предельно-допустимых значений контролируемых параметров 6.
Работу СПУ ГДЗС в процессе тушения пожара внутри здания выгодно продемонстрировать на основных этапах ликвидации пожара с использованием звеньев ГДЗС. Схема предоставления информации руководителю тушения пожара (РТП) в процессе реализации действий по ликвидации пожара представлена на фиг. 2. Система работает следующим образом.
0 - момент времени, при котором произошло возникновение пожара. Температура в притолочном слое помещения начинает возрастать.
I - момент времени, при котором система с помощью тепловых сенсоров обнаружила пожар.
cp
ij
При фиксации возникновения пожара в здании хотя бы одним из тепловых адресных сенсоров по абсолютному значению температуры выше порога срабатывания (t, °C) происходит включение подсистемы «Температура» СПУ ГДЗС, которая транслирует сигнал о возникновении пожара в объектовую пожарную часть. Одновременно с этим в базу данных СПУ ГДЗС 2 поступают результаты измерения абсолютных значений температуры (t, °C, где j - номер измерения, i - номер теплового сенсора). На интерфейсе СПУ ГДЗС отображается адрес «сработавшего» теплового сенсора и результаты измерения абсолютных значений температуры.
cp
i
(Например, t=64°C, тогда с учетом инерционности системы в базе данных начнут накапливаться измерения абсолютных значений температуры с t=71°C).
II - момент прибытия пожарного подразделения к месту пожара.
-1
ств
К моменту прибытия сил и средств объектовой пожарной части к месту пожара на основе накопленных в базе данных 2 измерений абсолютных значений температуры подсистема «Температура» определяет значение скорости роста температуры (Δt, °C·мин) и вычисляет интервал времени (τ, мин), необходимый для начала подачи огнетушащего вещества при условии его ликвидации n звеньями ГДЗС. Из личного состава прибывшей к месту вызова пожарной части формируется n звеньев ГДЗС.
i
приб
i
В соответствии с [3] расчет на момент обнаружения пожара температура была t=71°С, на момент прибытия сил и средств τ=4,5 мин абсолютное значение температуры t=103°C
i
В базе данных текущих значений находится t=103°C.
max
В базе данных прогнозных значений t=155, °C.
max
Определяем прогнозируемое время до достижения t, это время и принимается равным времени на введение звена ГДЗС, но с учетом коэффициента безопасности.
б
k - коэффициент безопасности 0,8.
ств
Газодымозащитники подключают средства измерения и контроля давления в баллонах ДА в СПУ ГДЗС, в этот момент происходит включение подсистемы «Давление». Газодымозащитники приступают к рабочей проверке дыхательных аппаратов. Например, , τ=6 мин.
III - момент времени, при котором звено ГДЗС вошло в не пригодную для дыхания среду и приступило к продвижению к очагу пожара с прокладкой рукавных линий для транспортирования огнетушащего вещества.
вкл
вкл
поиск
После того как звенья ГДЗС произвели рабочую проверку ДА в подсистему «Давление», поступают текущие значения давления в баллонах ДА (Р, атм) для каждого газодымозащитника. РТП указывает предполагаемые условия работы звена ГДЗС «сложные условия» или «нормальные условия», на основе данного выбора и значений Р в подсистеме «Давление» определяется допустимый интервал времени на поиск очага пожара (τ, мин).
вкл
вкл2
вкл3
поиск
Например, Р=270 атм; Р=270 атм; Р=260 атм; τ=14 мин.
В соответствии с [1] давление, которое звено ГДЗС может потратить на поиск очага, определяется по формуле
вкл
Р - давление в баллоне ДА газодымозащитника на момент включения, атм;
уст.раб
Р - давление в баллоне ДА, необходимое для устойчивой работы редуктора, атм;
1
1
1
k - коэффициент, определяющий условия работы звена ГДЗС (k=2,5 при нормальных условиях и k=3 при сложных условиях работы),
для первого газодымозащитника
для второго газодымозащитника
для третьего газодымозащитника
max.пад
-1
В соответствии с [1] выбираем минимальное значение падения давления P=100 атм. Средняя расчетная скорость падения давления в баллонах ДА при работе принимается равной 7 атм·мин.
Тогда время на поиск очага пожара составляет величину [2]
IV - момент прибытия звена ГДЗС к очагу пожара и начало подачи огнетушащих веществ.
ij
«В процессе продвижения звена ГДЗС в базе данных СПУ ГДЗС подсистемой «давление» происходит сбор абсолютных значений давления в баллонных дыхательных аппаратах (P, атм, i - номер газодымозащитника, j - номер измерения).
ij
j
ств
-1
-1
Подсистемой «температура» происходит сбор абсолютных значений температуры в притолочном слое помещения и рассчитывается скорость роста температуры Δt i - номер теплового сенсора, j - номер измерения. Если на момент времени j-го измерения выполняется условие: Δtj>Δt°С·мин, то Δt=Δt °С·мин система уточняет значение τ мин.
-1
-1
-1
ств*
Например, на 2 минуте продвижения звена Δtj>9°С·мин>Δt=7°С·мин, тогда Δt=9°С·мин. Оставшееся время на введение ствола τ=3,2 мин.
i
i+1
i+2
В соответствии с [3] в базе данных текущих значений t=103°C, t=110°C, t=119°C
max
В базе данных прогнозных значений t=155, °C
ф
т(ф)
На момент начала подачи огнетушащего вещества после прибытия звеньев ГДЗС к очагу пожара подсистема «Температура» фиксирует абсолютное значение температуры теплового сенсора (t, °C) и фактическое время ликвидации пожара (τ, мин).
ств(ф)
ф
расч
расч
Например, τ=3,4 мин, t=132,°С и τ=9,5 мин<10 мин, принимаем τ=10 мин.
Текущее значение температуры 132°C получено исходя из условия.
-1
После второй минуты продвижения звена скорость роста температуры увеличилась до 9°C·мин, это значит, что на момент времени τ+2 температура была 119°C на момент времени τ+3,4 соответственно 132°C.
Определяем фактическое время ликвидации очага пожара. Для этого определяем фактическую тепловую мощность пожара
ф
ф
0
t - текущее значение температуры в припотолочном слое помещения, °C; Q - фактическая тепловая мощность пожара, кВ; H - высота помещения, м; t - начальное значение температуры в припотолочном слое помещения, °C.
ф
Время ликвидации пожара фактической тепловой мощности Q составит величину
HP
уд
-1
2
-1
-2
-1
η - коэффициент полноты горения; Q - низшая расчетная теплота сгорания горючего материала, кДж·кг;  k - эмпирический коэффициент, м·мин; ψ - удельная массовая скорость выгорания, кг·м·с.
(Данные в формуле приняты условными, коэффициент k=2).
оч
ij
i
i
вклi
очi
выхi
очi
оч
Одновременно с этим в базу данных предельно-допустимых значений контролируемых параметров 6 поступают абсолютные значения давления в баллонах ДА каждого газодымозащитника (Р, атм). На основе результатов измерения (P) из базы данных текущих значений контролируемых параметров 2, в которой собраны результаты измерения давления в баллонах ДА, СПУ ГДЗС определяет фактическую скорость падения давления в дыхательных аппаратах газодымозащитников (ΔP, i - номер газодымозащитника). По полученным значениям ΔP для каждого газодымозащитника с учетом значений P в подсистеме «Давление» рассчитывает и значения P, атм, из базы данных предельно-допустимых значений контролируемых параметров 6 определяется контрольное давление на выход P и интервал времени, в который каждый газодымозащитник может работать в очаге пожара (τ, мин). Для звена в целом СПУ ГДЗС выбирает минимальный интервал времени (τ) среди всех газодымозащитников согласно [1].
выхi
ij
ij
выхi
Далее на основе данных P из базы данных предельно-допустимых значений контролируемых параметров 6, результатов измерения P из базы данных текущих значений подсистема «Давление» 2, а также ΔP из базы данных прогнозных значений 4 рассчитывает интервал времени, оставшийся на работу в очаге пожара (τ мин) и отображает результаты расчета через интерфейс РТП.
V - момент подачи команды на выход из непригодной для дыхания среды.
Момент подачи команды на выход звену ГДЗС обусловлен двумя возможными
вариантами развития ситуации:
оч
лi
ij
зсi
воз
- если звену ГДЗС удалось ликвидировать пожар за время, меньшее, чем τ, то они об этом извещают руководителя тушения пожара и приступают к выходу из здания, при этом подсистема «Давление» СПУ ГДЗС фиксирует абсолютное значение давления в баллонах ДА каждого газодымозащитника (P, атм) и на основе ΔP из базы данных прогнозных значений определяет согласно [2] интервал времени до срабатывания звукового сигнала (τ, мин) и интервал времени, которым располагает звено ГДЗС при возвращении на свежий воздух (τ, мин).
вых
ij
зсi
воз
- если же на момент достижения хотя бы у одного из газодымозащитников давления в баллоне дыхательного аппарата, равного контрольному давлению на выход (P, атм), то СПУ ГДЗС извещает об этом РТП и рекомендует ему подать команду «на выход» в независимости от результатов тушения пожара, и СПУ ГДЗС на основе ΔP из базы данных прогнозных значений определяет интервал времени до срабатывания звукового сигнала (τ, мин) и интервал времени, которым располагает звено ГДЗС при возвращении на свежий воздух (τ, мин).
Все результаты измерений контролируемых параметров сохраняются в базах данных для возможности их использования при анализе результатов тушения пожара по принципу «черного ящика».
Таким образом, получаемые результаты измерений параметров в совокупности с математической обработкой, позволяющей получить значения дополнительных и уточненных параметров, представляют собой информацию, необходимую при управлении звеньями ГДЗС для ликвидации пожаров на начальных этапах развития в зданиях и при оценке возможности ликвидации пожара силами и средствами прибывшего на место пожара звена газодымозащитной службы.
Источники информации
1. Методические указания по проведению расчетов параметров работы в средствах индивидуальной защиты органов дыхания и зрения, Москва, 2013, 8 стр.
2. Тараканов Д.В., Гордеев А.Б. «Алгоритм расчета параметров работы газодымозащитников для автоматизации поста безопасности на пожаре» // Пожаротушение: проблемы, технологии, инновации: сборник тезисов докладов международной научно-практической конференции: в 2 ч. Ч. 1. - М.: Академия ГПС МЧС России, 2015. - 220 с.
3. Н.Г. Топольский, Д.В. Тараканов, Е.С. Варламов, М.В. Илеменов «Алгоритм прогнозирования температуры газовой среды в здании при пожаре по данным мониторинга» // Технологии техносферной безопасности: интернет-журнал. - 2014. - Выпуск №4 (56). - 5 с. - Режим доступа: http://ipb.mos.ru/ttb.