Моделирование различных физических процессов нашло широкое применение в повседневной жизни.

В области пожарной безопасности широкое применение получило моделирование динамики развития пожара и процесса эвакуации людей при пожаре.

Моделирование динамики развития пожара и процесса эвакуации людей при пожаре используется как для научно-исследовательских работ, так и при проектировании зданий и сооружений.

Неотъемлемой частью проектной документации на здания и сооружения является расчет пожарных рисков, которые в свою очередь включают моделирование динамики развития пожара и процесса эвакуации людей при пожаре.

Расчеты пожарных рисков можно разделить условно на три этапа:

– расчет необходимого времени эвакуации при пожаре;

– расчет времени эвакуации людей при пожаре;

– обработка результатов расчетов.

На сегодняшний день наиболее трудозатратным этапом расчетов пожарных рисков с точки зрения потерь времени специалистом является расчет необходимого времени эвакуации. Согласно утвержденным методикам   [1, 2]  расчет необходимого времени эвакуации людей при пожаре осуществляется с помощью трех математических моделей:

– интегральная;

– двухзонная (зонная или зональная);

– полевая (дифференциальная).

Интегральная и зонная математические модели пожара в здании согласно   [1, 2]  имеют ограничения, которые ограничивают сферу применения этих моделей. Наиболее универсальной математической моделью пожара в здании является полевая. Полевой метод моделирования пожара в здании не лишен своих минусов. Основным минусом из которых является не время построения расчетной модели, а время компьютерного моделирования. В дальнейшем в публикации будет идти речь только о полевом методе моделирования пожара в здании.

Современные расчеты необходимого времени эвакуации при пожаре проводят в специализированных программных продуктах. Наиболее известными программными продуктами реализующие полевую (дифференциальную) модель развития пожара являются:

– Fire Dynamics Simulator (далее – FDS);

– FIRE3D;

– FireFOAM;

– FLUENT;

– KAMELEON FireEx;

– KOBRA-3D;

– PHOENICS/FLAIR;

– SMARTFIRE;

– SOLVENT;

– STAR-CD;

– ALOFT-FT;

– CFX;

– FIRE;

– FLOTRAN;

– JASMINE;

– MEFE;

– RMFIRE;

– SOFIE;

– SPLASH;

– STREAM;

– UNDSAFE;

– VESTA.

Проведя анализ программных продуктов, было установлено, что на территории России реализуются как минимум 8 программных продуктов, реализующих полевой метод моделирования пожара в здании. Из них 6 программных продуктов, основываются на программе Fire Dynamics Simulator (далее – FDS). На сегодняшний день 86% расчетов необходимого времени эвакуации при пожаре по полевому методу моделирования пожара в здании производятся в программных продуктах на основе FDS. В дальнейшем пойдет речь о расчетах в программных продуктах на основе FDS.

В свою очередь расчет необходимого времени эвакуации при пожаре можно разделить на три подэтапа:

– задание исходных данных;

– компьютерное моделирование динамики опасных факторов пожаров;

– обработка результатов.

Время, затрачиваемое на каждый из подэтапов зависит от разных факторов. Проведя анализ, были установлены следующие основные факторы по подэтапам:

1. Задание исходных данных:

– объем объекта моделирования;

– сложность объемно-планировочных решений.

1. Расчет динамики опасных факторов пожара:

– состав компьютерных комплектующих (параметры процессора, жесткого диска и т.д.);

– оптимизация расчетной области;

– параметры расчетной сетки.

1. Обработка результатов:

– количество расчетных точек;

– детализированность отчета по расчету пожарных рисков.

Большой вклад во время компьютерного моделирования вносит второй подэтап. Рассмотрим некоторые факторы из второго подэтапа, влияющие на время компьютерного моделирования подробнее. Со стороны компьютерных комплектующих весомый вклад на время компьютерного моделирования вносит процессор, оперативная память, тип дискового устройства. К основным параметрам компьютерных комплектующих влияющим на время компьютерного моделирования можно отнести тактовую частоту и количество ядер процессора, скорость записи и чтение дискового устройства, частота, пропускная способность и тайминги оперативной памяти.

При построении модели расчетной области при моделировании пожара следует учитывать такие особенности расчета в программах основанных на FDS, такие как, количество ячеек используемых для построение сетки напрямую зависит от количества оперативной памяти, на 1 Гб оперативной памяти может максимально приходиться 1000000 ячеек сетки, количество сеток используемое в модели желательно должно быть меньше или равно количеству ядер процессора при параллельном расчете для уменьшения времени расчета, но количество сеток также может быть соответствовать количеству потоков в процессоре при этом время компьютерного моделирования может существенно возрасти по сравнению с вариантом когда количество сеток соответствовало бы количеству ядер в процессоре.

Установив зависимости выше приведенных факторов на время компьютерного моделирования динамики развития опасных факторов пожара, станет возможным определение с некоторой долью вероятности экономически обоснованную цену за один этап расчета пожарного риска, а именно расчет необходимого времени эвакуации людей при пожаре.

Литература

  1. Об утверждении методики определения расчетных величин пожарного риска в зданиях, сооружениях и строениях различных классов функциональной пожарной опасности [Электронный ресурс]: приказ МЧС России от 30 июня 2009 г. № 382: (зарегистрировано в Минюсте РФ 06.08.2009 № 14486): (в ред. от 12.12.2011) // Гарант: информ.-правовое обеспечение. – Электрон. дан. – М., 2020. – Доступ из локальной сети б-ки Академии ГПС МЧС России (Дата обращения 22.01.2020).

2. Об утверждении методики определения расчетных величин пожарного риска на производственных объектах [Электронный ресурс]: приказ МЧС России от 10 июля 2009 г. № 404: (зарегистрировано в Минюсте РФ 06.08.2009 № 14486): (в ред. от 12.12.2011) // Гарант: информ.-правовое обеспечение. – Электрон. дан. – М., 2020. – Доступ из локальной сети б-ки Академии ГПС МЧС России (Дата обращения 27.01.2020).