1 Portál pre odborné publikovanie ISSN 1338-0087 Ochrana obyvatelstva ukrytím projektování vybraných úkrytů pod záštitou obce Juříková Lucie Elektrotechnika, Strojárstvo 31.08.2011 Tento příspěvek poukazuje na jeden z možných způsobů zabezpečení vybraného úkrytu. Zdůrazňuje znalost jeho základních parametrů a potřebných informací k výpočtu ochranných prvků. Pro přehlednost a pochopení navrhnutého projektování jsou úpravy prezentovány pomoci softwaru AutoCad. Dále článek objasňuje možnou spolupráci v rámci obce s rozšířenou působností, a to ve formě zajištění dodávek materiálu pro potřebné projekční úpravy. Tento materiál bude zajištěn vybranou firmou pro zvýšení ochranných vlastností úkrytů v případě nebezpečí. Hlavním cílem je poukázat na následné využití projektování a dalších návrhů uváděných Standardu zaměstnanci státní sféry. Závěr článku vysvětluje použití program AutoCad a zobrazování pomocí 3D pohledu, který usnadní koordinaci a zvýší efektivitu řízení v případě mimořádné nebo krizové situace. 1. Úvod Článek je reakcí na současné dění v jiných zemích např. v Japonsku, především na okolnosti s únikem radiace. Tato událost nabízí zamyšlení nad již schválenou koncepcí ochrany obyvatelstva do roku 2013 s výhledem do roku 2020, která přispěla ke vzniku nových problémů v oblasti ochrany obyvatelstva ukrytím. Jedná se především o omezení údržby, výstavby a stavebních úprav stálých úkrytů. S ukrytím osob před následky působení chemických, biologických, radiologických a nukleárních zbraní (CBRN) se v nové koncepci ochrany obyvatelstva počítá především s ukrytím v improvizovaných úkrytech (IÚ). Od výstavby stálých úkrytů (SÚ) se upouští. Nicméně, podklady pro projektování a přípravu IÚ jsou nedostatečně řešeny nebo vůbec. Digitalizací dat a propojení s jinými oblastmi by se zvýšila připravenost a efektivní řízení kompetentních orgánů. Pro projektování jsou využity staré normy, které jsou obtížně dostupné, ale kvalitou zpracování velmi propracované. Jedná se normy pro Navrhování a výstavbu staveb civilní ochrany, stálé tlakově odolné úkryty civilní ochrany apod. Informace získané z norem jsou zahrnuty do standardu, z kterého jsou navrhnuty výpočty pro zvýšení ochranných vlastností staveb. 2. Formulace problému POSTERUS.sk - 1 / 13 -
2 Z důvodu nedostatečného řešení úkrytů se snažíme tento problém ve spolupráci se správními orgány statutárního města Zlín z části vyřešit. Jedná se především o vytvoření standardu pro hodnocení a projektování improvizovaných úkrytů a vytvoření vhodného informačního nástroje pro plánování a správu ochrany obyvatelstva ukrytím. Standard je základní prvek k projektování IÚ. Obsahuje veškeré informace potřebné k projektování stavebních úprav, výpočtům potřebných hodnot a plánování ukrytí. Navrhnuté projektování IÚ vychází a bude vycházet z informací uvedených ve standardu. Problémy s dostupností základních informací o úkrytech Pro projektování a návrh potřebných úprav před účinky chemických, biologických, radiologických a nukleárních zbraní (CBRN) je nutností znát kompletní údaje o úkrytu. Jedná se o rozměry místností, konstrukční provedení ale i jiné informace jako např. okolní prostředí, výška zdiva, výška zapuštění, lokalita úkrytu nebo zda se jedná o jednopodlažní úkryt nebo vícepatrovou budovu. Zjištění takových informací obnáší fyzickou prohlídku jednotlivých úkrytů na vybraném území a fyzické měření. Jedná se několik desítek úkrytů, u kterých budou zjišťovány tyto informace. Možnost uskutečnit fyzické měření úkrytů je závislé také na ochotě majitele nebo provozovatele poskytnout vstup do úkrytu a možnost použít měřící a záznamovou techniku. Zaznamenané informace jsou zapsány do Standardu a poté následně dosazeny do vzorců a rovnic pro výpočet ochranných vlastností a jejich zvýšení použitím vhodného stavebního materiálu. Následné ověřování projektování a další vývoj Informace zjištěné prostřednictvím fyzické prohlídky a měřením jsou využity v projektování úkrytů, a to jaké množství a jaký typ stavebního materiálu bude použito pro zvýšení ochranných vlastností staveb. U stavebního materiálu je rozhodující vlastností těsnost. Z toho důvodu náš výzkum směruje také do odzkoušení těsnosti vybraného materiál v měřící komoře. Navrhnuté zařízení bude testovat vybrané stavební materiály použité v projektování. Tímto odzkoušením bude zajištěno zvolení nejvhodnějšího materiálu. Další část výzkumu bude spočívat ve vytvoření modelu některých nezbytných součástí úkrytu. Jedná se např. model přívodního komínku. Tyto návrhy jsou zobrazeny pomocí softwaru AutoCad ve 2D a 3D zobrazení pro snadnější pochopení i vytvoření konstrukce modelu. Hlavním důvodem vytvoření modelových částí je praktické odzkoušení navrhnutých součástí v úkrytu a ověření funkčnosti alespoň v modelovém provedení. POSTERUS.sk - 2 / 13 -
3 Obr. 1 Zobrazení měrné komory ve 2D pohledu (boční pohled) Obr. 2 Zobrazení měrné komory ve 2D pohledu (přední pohled) Obr. 3 Zobrazení měrné komory ve 3D pohledu Měřící komora bude měřit těsnost vybraných materiálů v prostoru, který je vyznačen červeně. Bude se jednat o prostor, z kterého bude testovaný materiál snadno vyjmutelný a nachystán pro další testování. POSTERUS.sk - 3 / 13 -
4 3. Řešení problému Pro projektování a návrh potřebných úprav před účinky chemických, biologických, radiologických a nukleárních zbraní (CBRN) je nutností znát kompletní údaje o úkrytu. Jedná se o rozměry místností, konstrukční provedení ale i jiné informace jako např. okolní prostředí, výška zdiva, výška zapuštění, lokalita úkrytu nebo zda se jedná o jednopodlažní úkryt nebo vícepatrovou budovu. Základní údaje pro projektování Pro výpočty ochranných vlastností je nutné znát charakteristiky IÚ, které jsou rozděleny do 4 typů. Tyto charakteristiky jsou důležité pro výpočet ochranného součinitele stavby Ko. Charakteristiky IÚ pro výpočet Ko Při projektování musíme určit, zda se jedná se o: Přízemní nebo částečně zapuštěný úkryt s nadstavbou; Úkryt umístěný ve středním traktu budovy; Zapuštěný úkryt s nadstavbou; Zcela zapuštěný úkryt bez nadstavby; [2] Obr. 4 Typy IÚ Ochranné vlastnosti IÚ proti radioaktivnímu záření se vyjadřují ochranným součinitelem stavby Ko. Výpočet Ko byl řešený vojenským předpisem MO CO-6-1 Příprava, projektování a výstavba protiradiačních úkrytů z roku 1978. [2] Ochranný součinitel stavby Ko Udává, kolikrát je dávka radioaktivního záření v úkrytu menší, než je dávka radioaktivního záření ve výšce 1m nad odkrytým terénem za předpokladu, že radioaktivní spad je rovnoměrně rozložen na horizontálních plochách a s radioaktivním spadem na vertikálních plochách se neuvažuje. [2] Konstrukce a rozměry budovy Pro určení Ko je nezbytné znát tyto výchozí údaje o obvodových konstrukcích budov a POSTERUS.sk - 4 / 13 -
5 rozměrech místností: Plošnou hustotu vnějších a vnitřních stěn a stropních konstrukcí; Plochu okenních a ostatních otvorů ve vnějších obvodových zdech a výšku jejich umístění nad podlahou úkrytu (výška parapetu); Rozměry místnosti (délku, šířku a výšku); Hloubku zapuštění podlahy pod úroveň terénu; Šířku nezastavěných prostorů nebo ulic přiléhajících k úkrytu. [2] Návrh modelového úkrytu Projektování znázorňuje modelový úkryt přízemní nebo částečně zapuštěný s nadstavbou. Stanovení rozměrů Základní údaje modelového úkrytu: Délka místnosti d = 15m; Šířka místnosti š = 10m; Výška místnosti v = 3m; Délka vnějších obvodových stěn D = 40m; Počet a plocha okenních otvorů v IÚ (4*1,5*1) So = 6m; Výška oken nad podlahou (výška parapetu) vp = 1,5m; Plošná hustota obvodové stěny (0,6m beton prostý, ručně pěchovaný) ρ = H*x = 2200*0,6 = 1320kgm -2 ; Zapuštění pod úrovní terénu z = 1,5m; Obytný dům je umístěn jako samostatně stojící budovy a výrobní pomocné budovy zemědělských farem; Potřebné vzorce pro výpočty Pro výpočet ochranného součinitele stavby Ko úkrytu bez úprav se použije následující vzorec pro daný typ IÚ: (1) Vysvětlení zkratek ve vzorci: K 1 = součinitel vlivu vnějších stěn, určuje se z grafu; K st = součinitel zeslabení záření vnější stěnou, odečítá se z grafu na základě tabulky plošných hustot; K z = součinitel pronikání záření do místnosti otvory, určuje se v závislosti na výšce parapetu; K m = součinitel snížení expoziční rychlosti záření v budovách vlivem stínících účinků sousedících staveb se určuje z grafu; V z = součinitel závislý na šířce budovy, stanovuje se z tabulky; V 2 = určujeme z tabulky; [2] Veškeré vzorce, grafy a tabulky pro výpočet ochranného součinitele staveb Ko jsou POSTERUS.sk - 5 / 13 -
6 uvedeny v navrhnutém standardu. Popis výpočtu ochranného součinitele staveb Ko bez úprav (2) Výsledná hodnota ochranného součinitele stavby Ko bez úprav je: 54. Výsledné číslo je bezrozměrné a znamená, že bez úprav je v úkrytu účinek radiace 54x nižší než je venkovní radiace. Výsledný ochranný součinitel se musí násobit koeficientem 0,8 a to z důvodu možného zamoření okolního prostředí nad úkrytem radioaktivním spadem. Konečné číslo ochranného součinitele staveb Ko = 43. Ochrana před radioaktivním zářením bude uvnitř IÚ 43x nižší než venkovní radiace. Z důvodu zvýšení ochrany uvnitř IÚ je nutné provést úpravy, které zajistí zvýšení ochrany součinitele staveb Ko. Vzorec pro výpočet ochranného součinitele s úpravami se použije stejný jako bez úprav. Zobrazení IÚ ve 2D bez úprav (3) Obr. 5 Náhled IÚ bez úprav Obr. 6 Boční náhled IÚ bez úprav Popis výpočtu ochranného součinitele staveb Ko s úpravami Úpravy spočívají v zamezení průniku radiace do IÚ přes okenní otvory, které mají POSTERUS.sk - 6 / 13 -
7 šířku zdiva v modelovém úkrytu 0,6m a zahrnutí úkrytu po výšku stropu stavebním materiálem. Tyto úpravy změní vzorec pro výpočet ochranného součinitele staveb, tak že hodnota K z *K st je rovna nule, protože místnost je počítaná bez okenních otvorů. Výsledný ochranný součinitel staveb Ko bez okenních otvorů vychází 2570 a tzn., že vnitřní radiace uvnitř IÚ bude 2570krát nižší než je hodnota radiace mimo úkryt, jestliže dodržíme stanovený postup zabezpečení úkrytu. (4) Návrh stavebního materiálu prostý beton (0,6m) = 1380kgm -2 ; dřevo tvrdé vyschlé (0,2m) = 150kgm -2 ; hlína, jílovitá zemina, jíl, písek (1m) = 2000kgm -2. Těmito navrhnutými materiály zajistíme zvýšení ochranného součinitele staveb Ko a tím snížíme průnik radiace do IÚ. Hlavním důvodem těchto úprav je zajištění bezpečnosti a ochrany zdraví osob ukrývajících se uvnitř úkrytu. Tato navrhnutá varianta ochrany v IÚ je nezbytností pro ochranu před účinky radioaktivního záření a účinky zbraní hromadného ničení. V konečné fázi bude standart řešit větrání, navrhování komínků a podpěr uvnitř úkrytu. [6] Návrh úprav IÚ v 2D a 3D zobrazení Obr. 7 Návrh úprav z bočního pohledu typ 1 Obr. 8 Návrh úprav z bočního pohledu typ 2 Jak můžeme vidět na obrázcích, nejvíce úprav je u okenních otvorů. U návrhu zabezpečení typu 1 je zvolený násyp hlínou, který musí být v minimální šířce 1m, okenní otvory jsou vyplněny prostým betonem. U návrhu zabezpečení typu 2 je násyp hlíny umístěn do prostoru ohrazeným dřevem tzv. bednění v šířce stejné 1m, jako u POSTERUS.sk - 7 / 13 -
8 typu 1. Zásyp hlínou může být proveden různými způsoby, pro názornost jsou zobrazeny na obr. č. 7 a 8. Zobrazení programem Autocad umožní snadnější pochopení úprav a přehlednost použitého materiálu. Obr. 9 Náhled zabezpečení IÚ v zobrazení 3D (typ 2) Obr. 10 Detailní náhled použitého materiálu v zobrazení 3D (typ 2) Spolupráce s obcí a nasmlouvání prací s vybranými firmami Výsledky projektování budou plně využity v případě mimořádné nebo krizové situace. Díky souhrnným informacím zaznamenaným ve Standardu bude možné řešit tyto situace efektivně a pohotově. Mezi základní informace Standardu patří: základní informace o úkrytech, zakreslení polohy úkrytu do mapy; veškeré výpočty ochranného součinitele staveb; rovnice pro výpočet různých typů IÚ; zakreslení polohy úkrytu do mapy; zobrazení úkrytu ve 2D pohledu; pro přehlednost zobrazení ve 3D pohledu; nasmlouvání prací s vybranými firmami; apod. [4] Finální částí projektování bude nasmlouvání prací s vybranými firmami. Jedná se spolupráci, kdy vybraná firma bude mít povinnost v případě mimořádné nebo krizové situace poskytnout předem dohodnuté množství stavebního materiálu. Firmy budou vybrány dle následujících kritérií, jako je např.: POSTERUS.sk - 8 / 13 -
9 vzdálenost firmy od úkrytu; druh (výběr) stavebního materiálu; dostupnost místní komunikace; velikost firmy. Nasmlouvání prací s vybranými firmami zobrazuje následující schéma: Obr. 11 Schéma spolupráce s vybranými firmami Obrázek č. 11 naznačuje průběh koordinace mezi stavebními firmami a kompetentními osobami. Přes vyrozumění o mimořádné situaci, až po dodání požadovaného množství materiálu do určitého místa, resp. místa, kde se nachází úkryty a je nutné provést stavební úpravy a tím ochranu před nebezpečím. Kritéria pro výběr firmy, lze vyjádřit následujícím vývojovým diagramem. Jak můžeme vidět z diagramu, nejdůležitější kritérium bude dostupnost stavební firmy, tzn., že přednost bude mít firma nejméně vzdálená od místa úkrytu s vhodným stavebním materiálem. Druhým důležitým kritériem bude dostupný sortiment vybrané firmy, tzn., zda vybraná firma ve své nabídce sortimentu stavebního materiálu bude mít námi požadovaný druh. Obr. 12 Vývojový diagram nasmlouvání prací se stavebními firmami na dovoz POSTERUS.sk - 9 / 13 -
10 materiálu Obr. 13 Vývojový diagram nasmlouvání prací pokračování obrázku č. 12 Náhled výsledků výzkumu v programu AutoCad Pro názornou představu práce v programu AutoCad je zde na ukázku sled několik obrázků použitých k názornému vysvětlení a pochopení projektování a úprav v úkrytu. Obrázky jsou použity z různých článků publikované na konferencích. Následující obrázky zobrazují přívodní komínek úkrytu pro odvoz vzduchu z místnosti uvnitř. Obr. 14 Zobrazení přívodního komínku pro ochrannou funkci (směr pohybu materiálu (písku) a vysunovací desky zajišťující výplň) POSTERUS.sk - 10 / 13 -
11 Obr. 15 Zobrazení přívodního komínku pro funkci filtroventilace (směr pohybu vzduchu do vnitřních prostor úkrytu) Některé návrhy projektování vytvořené v programu AutoCad jsou následně upravovány v programu Photoshop. Obr. 16 Zobrazení přívodního komínku ve 3D pohledu Obr. 17 Zobrazení přívodního komínku ve 2D pohledu POSTERUS.sk - 11 / 13 -
12 Další aktivity ve výzkumu Následující odrážky znázorňují další aktivity v probíhajícím výzkumu: Průzkum a hodnocení jednotlivých prostor vhodných pro vybudování improvizovaných úkrytů na území statutárního města Zlín. Návrh potřebných stavebních úprav pro zajištění dostatečných ochranných vlastností improvizovaného úkrytu. Logistické zajištění stavebních úprav zajištění pracovních sil, smluvních ujednání pro zajištění těchto prací a stavebního materiálu. Zajištění smluvních ujednání o užívání prostorů v mírové době, vlastnických právech atd. V současné době jsou aktivity průzkum a hodnocení prostor vhodných pro vybudování IÚ a návrh potřebných úprav úspěšně řešeny v rámci IGA projektu druhým rokem. Další činnost následujícího roku bude spočívat ve výběru firem pro zajištění stavebního materiálu, viz. kapitola E) Spolupráce s obcí a nasmlouvání prací s vybranými firmami a zajištění smluvních ujednání bude finální část projektu. Závěr Výsledky práce poukazují na úspěšný vývoj a díky spolupráci s městem Zlín i reálné využití. Dosažené výsledky je třeba ještě dále rozvíjet a realizovat plánované aktivity. Problém představuje finanční náročnost ochrany obyvatelstva ukrytím. Vzhledem k tomu je nutno metodiku maximálně zefektivnit a zjednodušit tak aby projektování a plánování improvizovaných úkrytů vyžadovalo minimální finanční prostředky. Toto je hlavní cíl pro naš další výzkum a práci. Zabezpečení a úpravy modelového úkrytu ukazují na možný způsob ochrany obyvatelstva před účinky nebezpečných látek především proti chemickým, biologickým, radiologickým a nukleárním zbraním (CBRN). V příspěvku jsou navrhnuty konstrukční úpravy, které nesmí být při projektování úkrytů opomenuty. Navazující výzkum bude spočívat ve vytvoření modelového komínku a modelové komory k odzkoušení navrhnutého projektování. Článek je také reakcí na současné dění ve světě a rostoucí rizika plynoucí z vývoje bezpečnostní situace v některých zemích. Využitelnost úkrytů nemusí být v budoucnosti jen myšlenkou, a proto prevence a připravenost v této oblasti může pomoci odpovědným složkám zvýšit efektivitu a koordinaci při řešení mimořádné nebo krizové situace. Tento článek vznikl za podpory grantů IGA Univerzity Tomáše Bati ve Zlíně, Fakulty aplikované informatiky, číslo IGA/38/FAI/11/D, IGA/46/FAI/10/D a Evropského Fondu pro Regionální Rozvoj při projektu CEBIA-Tech No. CZ.1.05/2.1.00/03.0089. Literatura 1. F. Janeček, J. Marušák, J. Valášek. CO-6-1/č Příprava, projektování a výstavba protiradiačních úkrytů, Praha: Ministerstvo národní obrany 1978. 2. HEGAR, J. Prezentace: Budování improvizovaných úkrytů [online]. 25.6.2002 [cit. 2011-08-15]. Dostupný z WWW: www.hzsmsk.cz/sklad/prezentace/kraoo/18.ppt. POSTERUS.sk - 12 / 13 -
13 3. J. Kovařík, M. Smetana. Základy civilní ochrany, Ostrava: SPBI 2006, ISBN 86634-85-X. 4. J.Rak, L. Jurikova, M. Adamek, Improvised shelters projecting methodology and chosen aspects of building materials, 13th WSEAS International Conference on AUTOMATIC, Canary Islands, Spain, 2011. ISBN: 978-1-61804-004-6. 5. J. Rak, L. Jurikova, M. Adamek, The Information System of the Municipality with Extended Powers for Population Protection The Structure Proposal, Corfu Island, Greece, 2011. ISBN: 978-1-61804-021-3. 6. L. Jurikova, J.Rak, M. Adamek, Suggestion of improvised shelter design, 13th WSEAS International Conference on AUTOMATIC, Canary Islands, Spain, 2011. ISBN: 978-- -61804-004-6. 7. L. Jurikova, J. Rak. Proposal for technology of improvised shelters design in conditions of the Czech republic, Annals of DAAAM for 2010 & Proccedings of the 21 st International DAAAM Symposium, Austria Vienna: DAAAM International, Croatia 2010, ISBN 978-3-901509-73-5. Spoluautorom článku je Ing. Jakub Rak POSTERUS.sk - 13 / 13 -