Požární inženýrství II. Kvalitativní analýza. N o r m y

Transkript

1 46 Požární inženýrství II Kvalitativní analýza Příspěvek navazuje na předchozí článek (Materiály 6/2010) popisující všeobecné zásady odlišného postupu splnění technických podmínek požární ochrany (zásady požárního inženýrství). V teoretické rovině zde budou prezentovány zásady zpracování kvalitativní analýzy jako součást popisovaného postupu a také rozveden konkrétní příklad možné aplikace. Kvalitativní analýza Požární inženýrství může být definováno jako aplikace vědeckých a inženýrských metod v požární ochraně s úmyslem zredukovat hrozbu ztrát na zdraví, příp. na životech osob i zvířat a majetku a jako kvantifikace požárního nebezpečí. Vzniká tak prostor pro sestavení odlišného postupu požární bezpečnosti, jehož správnost nezávisí pouze na zvolené výpočtové metodě, nýbrž i na technickém úsudku založeném na zkušenostech a logickém myšlení projektanta využívajícího všech dostupných informací. Doporučený obsah odlišného postupu splnění technických podmínek požární ochrany je obsahem informativních příloh I ČSN [1] a J ČSN [2]. Metody odlišného postupu zahrnují následující kroky: Obr. 1: Schéma požárního scénáře Obr. 2: Schéma návrhu požárního scénáře 1. kvalitativní analýzu, 2. kvantitativní analýzu, 3. posouzení výsledků analýzy podle kritérií bezpečnosti, 4. zaznamenání a prezentaci výsledků. Kvalitativní analýzu lze označit jako první krok při posouzení požární bezpečnosti staveb, kdy projektant shromažďuje potřebné návrhové parametry, aby mohl následně posoudit požární nebezpečí a stanovit oblast strategií pro udržení rizika na přijatelné úrovni. Kvalitativní analýza se proto zaměřuje na: vymezení cílů požární bezpečnosti a kritérií přijatelnosti, stanovení předepsaných návrhových parametrů (např. stavebního řešení objektu včetně jeho vybavení a využití, instalace požárněbezpečnostních zařízení), identifikaci požárního nebezpečí a jeho možných následků (systémové posouzení charakteristického rizika spojeného s potenciálním zdrojem a místem požáru v objektu, kdy lze principiálně postupovat dle 15 a 16 vyhlášky o požární prevenci [3]), volbu požárních scénářů, výběr vhodné kvantitativní metody. Cíle požární bezpečnosti Z požadavků určených zákonem o požární ochraně [4] vyplývá, že stavba musí být navržena tak, aby zabránila ztrátám na životech a zdraví osob a zvířat a ztrátám na majetku. Před zahájením jakéhokoliv návrhu požární bezpečnosti je nutno jasně stanovit cíle a příslušná kritéria přijatelnosti požární bezpečnosti s přihlédnutím ke statutárním požadavkům a požadované úrovni požární ochrany. Požárněinženýrské posouzení je pak možno použít pro rozbor kompletní strategie požární bezpečnosti nebo pro posouzení pouze jedné části návrhu. Je proto nezbytné zajistit, aby cíle požární bezpečnosti a přidružená kritéria přijatelnosti odpovídaly aktuálnímu návrhu. Projektant rovněž musí zajistit takovou úroveň ochrany majetku, jakou klient (investor) požaduje. Hlavními cíli požární bezpečnosti jsou: zabránění ztrátám na životech a zdraví v případě vzniku požáru mohou být ohroženy na životě nejen osoby pobývající v objektu, ale také zasahující hasiči, a proto je nutno zajistit možnost bezpečné evakuace osob a bezpečného zásahu jednotek HZS a zamezit zřícení konstrukčních prvků, zabránění škodám na stavebních konstrukcích objektu, na jeho vnitřním vybavení, na sousedních provozech nebo objektech, ochrana životního prostředí v neposlední řadě je během požáru třeba dbát na omezení úniku nebezpečných látek do životního prostředí. Kritéria přijatelnosti Po stanovení základních cílů bezpečnosti je nutné určit kritéria přijatelnosti, podle nichž se úspěšnost řešení požární bezpečnosti bude hodnotit. Snahou návrhu požární bezpečnosti je přijmout taková opatření, kterými lze snížit ničivé následky požáru a vyloučit zranění nebo úmrtí osob v zasaženém objektu. Je třeba si však uvědomit, že nulové riziko neexistuje. Kritéria přijatelnosti se dělí na doporučující, deterministická, pravděpodobnostní a porovnávací. Za doporučující kritéria se považují doporučení technických norem nebo jiných předpisů. Jedněmi z nejjednodušších kritérií přijatelnosti

2 47 jsou tak požadavky uvedené v technické normě. Deterministická kritéria jsou obvykle měřítkem nebezpečí a vyhodnocují se podrobně ve vztahu ke zvolenému požárnímu scénáři. Deterministické postupy slouží pro kvantifikaci vzniku a rozvoje požáru, šíření plamene, pohybu zplodin hoření, pohybu osob, chování osob při požáru, účinků požáru na stavební konstrukce objektu a jejich vnitřní vybavení a následků požáru pro objekt a jeho uživatele. Tyto výpočtové postupy jsou založeny na fyzikálních, chemických, termodynamických, hydraulických nebo behaviorálních vztazích, které jsou odvozeny z různých teoretických předpokladů a empirických metod nebo z experimentálního výzkumu. Pravděpodobnostní kritéria představují míru rizika a odrážejí pravděpodobnost a závažnost poškození (tj. zranění, úmrtí, velké ztráty na životech a majetku), které mohou při požárních scénářích nastat. Tato kritéria se obvykle vyjadřují jako přijatelně malá pravděpodobnost nepřijatelného poškození nebo jako přijatelně malá očekávaná hodnota poškození. Ta se obvykle vyjadřuje jako pravděpodobnost výskytu každého scénáře násobená závažností poškození pro tento scénář a sumarizovaná pro všechny scénáře. Prostřednictvím porovnávacích kritérií je možno porovnat úroveň bezpečnosti, poskytovanou alternativními bezpečnostními strategiemi s úrovní dosaženou podle obecně platných předpisů. Tento postup zahrnuje obecně deterministickou a/nebo pravděpodobnostní techniku. Cílem porovnávací studie je potvrzení, že budova tak, jak je navržena, nepředstavuje pro své uživatele větší riziko než stejný typ budovy vyhovující obecně platným předpisům. Požární scénáře Požární scénář je popis průběhu konkrétního požáru v čase a prostoru. Obecně je možné požární scénář definovat jako popis časového průběhu požáru ovlivněného faktory, jako jsou prostředí, chování osob, požárněbezpečnostní zařízení a jiné. V kvalitativní analýze je třeba vybrat vhodné požární scénáře. Obvykle jsou voleny ty s nejméně příznivými variantami rozvoje požáru a současně s dostatečně velkými pravděpodobnostmi jejich vzniku. Při rozhodování o důležitosti požárních scénářů má velkou váhu odborný odhad. V praxi bychom mohli stanovit téměř nekonečný počet možných požárních scénářů. Avšak analyzovat všechny scénáře je neúčelné a nereálné. V rámci kvalitativní studie je vybrán konečný soubor tzv. návrhových požárních scénářů vhodných pro analýzu, jejichž výsledky představují přijatelnou horní mez požárního rizika. Jinak řečeno, jde o nejnepříznivější požární scénáře s dostatečnou pravděpodobností výskytu, jejichž následky ještě společnost unese. Každý návrhový požární scénář je reprezentován jedinečným výskytem událostí a je výsledkem konkrétního souboru okolností spojených s opatřeními požární bezpečnosti. Stanovení návrhových požárních scénářů Při výběru návrhových požárních scénářů vhodných pro analýzu je nutné postupovat systematicky a zvolit si takové, z nichž alespoň jeden posuzuje hledisko rizika poškození konstrukce a další hledisko ohrožení zdraví a života osob. Za nejvhodnější způsob určení návrhového požárního scénáře se považuje postup stanovující klasifikaci rizika, který zohledňuje jak následky, tak pravděpodobnost požárního scénáře. Při klasifikaci rizika lze využít následujícího postupu: určení souhrnu možných požárních scénářů, posouzení pravděpodobnosti výskytu scénáře na základě dostupných dat a/nebo odborného posudku, zhodnocení následků scénáře s použitím odborného posudku, zhodnocení relativního rizika požárních scénářů (tj. součin pravděpodobnosti výskytu požáru a jeho následků), rozdělení požárních scénářů podle relativního rizika. Tabulka 1: Základní údaje výškového objektu Dispoziční řešení objektu Konstrukční provedení objektu Základní geometrické parametry objektu Výtah z části požárněbezpečnostního řešení Jiné informace 1. PP hromadné garáže, 1. NP malorozměrové prodejní jednotky a služby, 2. NP až 20. NP administrativní prostory, 21. NP technické zázemí objektu. železobetonový skelet, v nadzemní části ocelové nosné prvky (sloupy), ocelobetonové stropy, obvodová stěna prosklená bezpečnostním sklem. půdorysné rozměry 100x60 m, konstrukční výška nadzemních podlaží h k = 3,6 m, světlá výška nadzemních podlaží h s = 3,3 m, požární výška nadzemní části objektu h = 68,4 m, počet podlaží 1 PP/21 NP. samostatné požární úseky tvoří: prostor hromadných garáží, prostory chráněných únikových cest, prostory technického zázemí objektu (strojovny výtahů, strojovny VZT, výtahové šachty, instalační šachty apod.), jednotlivá podlaží v objektu; únik osob v rámci podlaží je zajištěn nechráněnými únikovými cestami, únik osob z nadzemních částí objektu je zajištěn chráněnou únikovou cestou typu C a B, chodba ve středu objektu tvoří samostatný požární úsek bez požárního rizika, v objektu je zřízen evakuační a požární výtah, objekt je vybaven zařízením elektrické požární signalizace, objekt je vybaven nouzovým zvukovým systémem. Vzdálenost prvosledové jednotky požární ochrany od objektu činí 6 km. Dílčí kroky postupu pro určení klasifikace rizika požárního scénáře jsou znázorněny na obr. 2. Významným podkladem pro stanovení počátečního souboru možných návrhových požárních scénářů jsou statistické údaje o požárech, příčinách jejich vzniku, přímých a následných škodách, počtech evakuovaných a zachraňovaných osob, počtu mrtvých atp. Údaje lze využít pro stanovení jak nejpravděpodobnějších, tak i nejrizikovějších požárů konkrétního druhu objektu, a charakteru jeho využití (provozování). Příklad aplikace odlišného postupu V následující části bude popsán příklad pro aplikaci odlišného postupu splnění technických podmínek požární ochrany a následně budou s využitím kvalitativní analýzy stanoveny návrhové požární scénáře. Vzhledem k omezenému rozsahu tohoto článku budou ovšem některé kroky zjednodušeny. Příklad aplikace odlišného postupu splnění technických podmínek požární ochrany Metoda odlišného postupu bude aplikována na víceúčelový výškový objekt, jehož základní parametry jsou uvedeny v tabulce 1. Při posouzení požární bezpečnosti bude pozornost zaměřena

3 48 na administrativní prostory objektu, které jsou tvořeny převážně velkoplošnými kancelářemi, malými zasedacími místnostmi a prostory určenými k uložení spisů. Popis řešeného problému Při posouzení stavby z hlediska požární bezpečnosti je, vzhledem k dispozici a charakteru objektu, nutné reagovat na následující specifické problémy: investor vyžaduje v rámci projekčního návrhu stavby posoudit možnost vzniku požáru a jeho míru rozšíření a v závislosti na výsledku hodnocení navrhnout odpovídající systém požárního zabezpečení stavby, objekt je současně dispozičně rozvržen tak, že jsou překročeny mezní délky nechráněných únikových cest stanovené českou technickou normou ČSN [1], popsané problematické oblasti požární bezpečnosti stavby budou posouzeny odlišným postupem splnění technických podmínek požární ochrany (metodami požárního inženýrství). Obr. 3: Schematické znázornění řešení 20. nadzemního podlaží Obr. 4: Detail řešeného požárního úseku v 20. NP Obr. 5: Strom událostí pro požár v místnosti kuchyňky Zjednodušený postup při řešení kvalitativní analýzy U výškových objektů je v případě vzniku požáru hlavním cílem zabránit ztrátám na životech a zdraví a zajistit tak možnost bezpečné evakuace osob z objektu. Proto se vybraný příklad zabývá vznikem požáru v požárním úseku kancelářských prostor o rozměrech cca 25x30 m, nacházející se ve 20. NP (viz obr. 4). Dalším úkolem je zhodnotit očekávaná poškození objektu a jeho vybavení, včetně případné ekonomické újmy pro jeho vlastníka. A nelze opomenout ani zhodnocení intenzity požáru ve vztahu k možnostem zásahu jednotek požární ochrany. V rámci tohoto článku je pro ilustraci řešen pouze hlavní cíl, tedy ztráty na životech či zdraví. Stanovení kritérií přijatelnosti Evakuace osob do chráněného prostoru uvnitř objektu (např. do chráněné únikové cesty) závisí na mnoha faktorech vztahujících se k množství a rozmístění osob, dispozici objektu a způsobu šíření požáru. Mezi základní kritéria přijatelnosti (tzv. kritické podmínky pro evakuaci), při nichž není snížena schopnost lidí uniknout z objektu, lze zařadit: výšku zplodin hoření a kouře nad úrovní podlahy (obvykle 2,5 m), viditelnost (10 m pro středně velké prostory), teplotu vrstvy zplodin hoření a kouře (do 200 C), koncentraci plynů (kyslík >15 %, oxid uhličitý <5 %, oxid uhelnatý <2000 ppm) aj. Mohou být zvolena i jiná kritéria přijatelnosti, která se vztahují k posouzení intenzity požáru s ohledem na ochranu použitých konstrukcí nebo

4 49 na možnosti zásahu jednotek požární ochrany. Požární scénáře, návrhový požární scénář Klasifikace rizika využívaná pro stanovení požárního scénáře je v tomto příkladu značně zjednodušena a metodicky postupuje dle dílčích kroků uvedených na obr. 2: Krok 1 druh požáru Nejpravděpodobnější druh požárního scénáře je zpravidla odvozen z hodnocení dílčího souboru statistiky požárů. V příkladu byla zvolena jako příčina požáru nedbalost, která se spolu s technickými závadami řadí mezi nejčastější příčiny vzniku požáru. Krok 2 místo požáru Pro každý požární scénář se určuje takové místo vzniku požáru, kde se předpokládá nejnepříznivější následek jeho rozvoje. V tomto kroku byla vybrána pro vznik požáru místnost kuchyňky. Požár zde vznikl v průběhu pracovní doby, kdy se na daném místě vyskytují zaměstnanci. Únik osob je zjednodušen, neboť všichni zaměstnanci jsou s dispozicí objektu dobře seznámeni. Může však dojít k prodlevě při zjištění požáru, tedy nedojde k jeho včasnému uhašení. Krok 3 sekundární požární nebezpečí Při posouzení požárního scénáře se mohou objevit sekundární požární nebezpečí, která způsobují závažnější ztráty než primární požární scénář. Posouzení sekundárního požárního nebezpečí nebude v příkladu dále rozváděno. Krok 4 opatření mající vliv na požár Objekt je vybaven elektrickou požární signalizací se zařízením dálkového přenosu připojeným na pult centralizované ochrany. Požární úsek kancelářských prostor je od ostatních prostor oddělen požárně dělicími konstrukcemi a dveřní uzávěry jsou u vstupů vybaveny samozavírači. Krok 5 reakce uživatelů objektu Zaměstnanci objektu jsou pravidelně školeni, jak se chovat při evakuaci. Je zde rovněž instalován nouzový zvukový systém oznamující opuštění prostor objektu. Krok 6 strom událostí Na základě předchozích faktorů je sestaven strom událostí, který představuje soubor posuzovaných požárních scénářů. Sestavování takového stromu událostí začíná iniciací požáru, poté se diagram vidlicovitě dělí (přidávají se jednotlivé větve odrážející možné stavy následujícího faktoru). Tento postup se opakuje až do vykreslení všech reálných stavů. Zjednodušeně se předpokládá nejen vznik požáru pouze v místnosti kuchyňky, ale i výskyt faktorů, které následně ovlivňují jeho průběh. Pravděpodobnost situace, kdy je požár včas rozpoznán a úspěšně uhašen již v počátku (např. přenosným hasicím přístrojem), se značí P 1. Prav- děpodobnost opačného stavu, tedy situace, kdy nebude požár včas potlačen, bude označena P 2 (tedy 1 P 1 ). Nebude-li požár uhašen prvotním zásahem osob v objektu, může spolehlivost instalovaných samozavíračů ovlivnit rozvoj požáru, a ohrozit tak osoby nacházející se v objektu. Pravděpodobnost toho, že toto zařízení neselže, v případě, že všechny předchozí systémy selžou, je P 2,1. Pravděpodobnost selhání funkce samouzavíracích systémů bude označena P 2,2. Strom událostí na obr. 5 zobrazuje možné požární scénáře s označením jejich pravděpodobností. Poslední sloupec představuje výsledné požární scénáře, kterých bylo při návrhu možných stavů dosaženo. Krok 7 posouzení pravděpodobnosti Pravděpodobnost výskytu každého stavu je třeba stanovit na základě dostupných údajů o spolehlivosti a/nebo na základě odborného posudku. Pro možnost uhašení požáru v důsledku včasného zpozorování a prvotního zásahu osob nacházejících se v objektu, byla odhadem stanovena hodnota pravděpodobnosti P 1 = 0,7. Pravděpodobnost zjištění vzniku požáru je relativně vysoká, neboť se v kancelářích pohybují osoby, které mohou požár včas zpozorovat a uhasit. Hodnota opačného stavu P 2 = 0,3.

5 50 Pravděpodobnost správné funkce samozavíračů instalovaných v požárně dělicí konstrukci byla stanovena jako P 1,2 = 0,95, resp. hodnota pravděpodobností jejich poškození P 2,2 = 0,05. Pravděpodobnost každého požárního scénáře (PS 1 až PS 3 ) je získána násobením všech hodnot dílčích pravděpodobností vyskytujících se v dané větvi tohoto scénáře. Pravděpodobnosti jednotlivých požárních scénářů jsou uvedeny v tabulce 2. Z následujících výpočtů vyplývá, že nejvyšší pravděpodobnost má scénář S 1. Jde o případ, kdy požár bude včas zpozorován a úspěšně uhašen uživateli objektu. Krok 8 posouzení následků Vyhodnocení následků každého požárního scénáře se provádí odborným posudkem (hodnocení musí být konzervativní). Pro zjednodušení budou u všech požárních scénářů jako následky posuzovány pouze pravděpodobná zranění osob nacházejících se v objektu či ztráty na jejich životech. Odhadovaný počet osob v požárním úseku kanceláře je 200. Na společné chodbě se bude nacházet z ostatních prostor podlaží přibližně dalších 500 osob. Následky požárního scénáře S 1 jsou zanedbatelné, jelikož je požár potlačen uživateli objektu hned v zárodku. Tedy N S1 = 0 osob (následky scénáře se rovnají nule). V požárním scénáři S 2 již existuje nepatrné ohrožení osob kouřem a zplodinami hoření. Počítá se, že bude požárem zasaženo 5 % osob. Následek tohoto požárního scénáře bude určen součinem pěti procent zasažených osob a celkového počtu osob v zasaženém požárním úseku, tedy NS 2 = 0, = 10 osob. Nejnepříznivější vývoj má poslední požární scénář S 3, kde nebude účinný ani samozavírací mechanismus dveřních uzávěrů, tedy počet ohrožených osob se zvýší o osoby nacházející se na přidružených chodbách. Odhadem byl stanoven počet zasažených osob na chodbě na 5 %. Následek je NS 5 = 0, , = 35 osob. Krok 9 klasifikace rizika Požární scénáře se klasifikují relativním rizikem, jež se stanoví násobením pravděpodobnosti výskytu scénáře (krok 7) a míry následků zasažených osob (krok 8). Přehled relativního rizika a jeho hodnocení je uveden v tabulce 3. Krok 10 výběr požárních scénářů Za nejnepříznivější požární scénář je brán S 2, neboť má nejvyšší hodnotu relativního rizika, tj. jsou nejvyšší následky v oblasti možných ztrát na životech či zranění osob v kombinaci s pravděpodobností jejich výskytu. Při tomto scénáři uživatelé objektu nedokázali včas uhasit požár a vzniká tak možné ohrožení osob horkým kouřem či toxickými zplodinami hoření. Tento požární scénář lze považovat za návrhový požární scénář, který slouží pro následnou kvantitativní analýzu. Závěr Použití stromu událostí a následný výběr požárních scénářů závisí na odbornosti projektanta, který musí mít praxi v daném oboru, aby mohl s určitou přesností stanovovat pravděpodobnosti výskytu jednotlivých jevů. Nápomocny mu při tom mohou být dostupné statistiky, které však stanoví spíše jen rámec, ve kterém se lze pohybovat. V konkrétních objektech a situacích se však musí rozhodovat podle svých zkušeností nebo na základě kolektivního jednání s odborníky. PETR KUČERA, TOMÁŠ HAVLÍK, JIŘÍ POKORNÝ Literatura 1) ČSN Požární bezpečnost staveb Nevýrobní objekty. Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, ) ČSN Požární bezpečnost staveb Výrobní objekty. Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, ) Vyhláška č. 246/2001 Sb., o stanovení podmínek požární bezpečnosti a výkonu státního požárního dozoru (vyhláška o požární prevenci). 4) Zákon č. 133/1985 Sb., o požární ochraně, ve znění pozdějších předpisů. 5) ISO/TR Fire safety engineering Part 1: Application of fire performance concepts to design objectives. ISO, ) ISO/TR Fire safety engineering Part 2: Design fire scenarios and design fires. ISO, Tabulka 3: Souhrn vyhodnocení relativního rizika požárních scénářů Požární scénář Pravděpodobnost Následky NS x Relativní riziko Hodnocení výskytu PS x [počet osob] S 1 0, S 2 0, ,85 1 S 3 0, ,525 2 Pozn.: Hodnocení jednotlivých požárních scénářů v tabulce je v rozsahu 1 až 3. Hodnota 1 odpovídá nejrizikovějšímu a hodnota 3 nejméně rizikovému požárnímu scénáři ve sledovaném prostoru. 7) Kučera, P. Kaiser, R.: Úvod do požárního inženýrství. Sdružení požárního a bezpečnostního inženýrství, ) Kučera, P. Kaiser, R. Pavlík, T. Pokorný, J.: Metodický postup při odlišném způsobu splnění technických podmínek požární ochrany. Sdružení požárního a bezpečnostního inženýrství, Ing. Petr Kučera, Ph.D., (*1978) absolvoval obory technika požární ochrany a průmyslové a pozemní stavitelství na VŠB-TU Ostrava, kde působí jako odborný asistent na Fakultě bezpečnostního inženýrství. Je pověřen vedením katedry požární ochrany. Zúčastňuje se zasedání mezinárodního výboru CTIF (Mezinárodní výbor pro prevenci a hašení požáru) a je členem Evropského výboru pro normalizaci CEN TC 127/TG 1 Fire Safety Engineering a subkomise SC4 Požární inženýrství TNK 27. Ing. Tomáš Pavlík (*1982) absolvoval obor technika požární ochrany a bezpečnost průmyslu na Fakultě bezpečnostního inženýrství VŠB-TU Ostrava. V současnosti je příslušníkem Hasičského záchranného sboru Olomouckého kraje, kde působí na oddělení prevence. Od roku 2009 je členem subkomise SC4 Požární inženýrství TNK 27. Ing. Jiří Pokorný, Ph.D., (*1969) vystudoval obor TPO a BP na Hornicko- -geologické fakultě VŠB. Je vedoucím oddělení prevence a současně zástupcem ředitele pro prevenci u HZS MSK územního odboru Opava. V roce 2002 ukončil studium v doktorském studijním programu požární ochrana a průmyslová bezpečnost. Od roku 2004 pracuje jako ředitel odboru prevence HZS MSK. Spolupracuje s VŠB-TU Ostrava Fakultou bezpečnostního inženýrství jako externí vyučující. Je členem pracovních skupin Požární bezpečnost železničních tunelů a Požární bezpečnost silničních tunelů zřízených MV generálním ředitelstvím HZS ČR. Je členem subkomise SC4 Požární inženýrství TNK 27 a TNK 27 Požární bezpečnost staveb. Tabulka 2: Přehled pravděpodobností požárních scénářů PS 1 = P 1 PS 1 = 0,7 PS 2 = P 2. P 2,1 PS 2 = 0,3. 0,95 = 0,285 PS 3 = P 2. P 2,2 PS 3 = 0,3. 0,05 = 0,015