Výzkum a vývoj ověřených modelů požáru a evakuace osob a jejich praktická aplikace při posuzování požární bezpečnosti staveb
STRUČNĚ O PROJEKTU
Název projektu
Výzkum a vývoj ověřených modelů požáru a evakuace osob a jejich praktická aplikace při posuzování požární bezpečnosti staveb
Bezpečnostní hrozba
Požáry, výbuchy, havárie
Cíl projektu
Cílem projektu bylo popsat problematiku požárně bezpečnostního řešení staveb a návrhových modelů požáru s návazností na posouzení spolehlivosti konstrukcí a evakuace osob ve vztahu k českým projektantům, výrobcům stavebních konstrukcí, preventistům a vyšetřovatelům požáru Hasičského záchranného sboru. Zejména popsat moderní softwarové nástroje využitelné pro analýzu dílčích problémů požární bezpečnosti staveb a ověřit jejich spolehlivost a způsob praktické aplikace.
Příjemce
České vysoké učení technické v Praze / Fakulta stavební
Generální ředitelství Hasičského záchranného sboru - Technický ústav požární ochrany
Vysoká škola báňská - Technická univerzita Ostrava
Vysoké učení technické v Brně
Doba realizace
1. 1. 2016 – 31. 12. 2019
Projekt byl podpořen dotací ve výši 17 640 000 Kč.
PODROBNĚ O PROJEKTU
Autor prof. Ing. František Wald, CSc.
V požární bezpečnosti se konstrukce a evakuace navrhují pomocí tabulek, analytických a diskrétních modelů. V úzkém rozsahu použití přináší tabulky přesné řešení, které zohledňuje konkrétní experimentální poznání, rizika jsou v použití mimo meze dané experimenty. Analytické modely se v praxi osvědčily v řadě oblastí. Jejich princip spočívá v převedení řešení na jednoduchý analyticky uchopitelný vztah. V požární bezpečnosti budov je použití omezeno složitostí problematiky jen na některé případy, např. předpověď teploty lokálními požáry nebo přestup tepla do prvku ocelové konstrukce. Rozvoj výpočetní techniky umožnil diskretizaci výpočtů pokročilými modely ve všech inženýrských disciplínách. Ve stavební praxi především při řešení požární problematiky, která zde je jednou z nejsložitějších.
Velké katastrofické požáry a zemětřesení přinesly společnosti poučení, zájem o poznání a jeho implementaci. Příkladem dobré praxe je zpráva a poučení z tragédie zřícení budov WTC v New Yorku (FEMA, 2005), která je významným dokladem možností pokročilých modelů a impulzem k jejich širší aplikaci. Výzvy pro USA jsou rozpracovány v 29. a 30. bodě poučení z katastrofy. Je doloženo, že využití pokročilého modelování v oblasti požární bezpečnosti je jediná cesta k zajištění spolehlivosti budov, které využívají možností současných materiálů a konstrukčních řešení.
Nedílnou součástí modelů je ověření jejich správnosti. U modelů, které matematickými vztahy rozšiřují oblast platnosti experimentů, je ověření zřejmé z vlastního řešení. Analytické modely je třeba validovat a určit oblast jejich platnosti. Na základě dobré praxe inženýři intuitivně extrapolovali rozsah jednoduchých modelů. Numerické diskrétní modely jsou k dispozici již od sedmdesátých let minulého století. Ve všech oblastech použití pro ně byly vypracovány metodiky, které zajišťují jejich správnou aplikaci. Metodiky jsou připraveny i pro modely v požární bezpečnosti. Vzhledem k tomu, že v Evropské unii je bezpečnost řešena jednotlivými státy samostatně, vznikla a stále se rozvíjí podpora ověřování kvality modelů na národních úrovních. V České republice se na problematiku implementace pokročilých modelů zaměřil projekt VI20162019034 Výzkum a vývoj ověřených modelů požáru a evakuace osob a jejich praktická aplikace při posuzování požární bezpečnosti staveb. Na řešení pracoval kolektiv pracovníků z MV GŘ HZS Technický ústav požární ochrany, z VŠB TU Ostrava, Fakulty bezpečnostního inženýrství z VUT v Brně, Fakulty stavební a z ČVUT v Praze, Fakulty stavební.
Výsledky práce jsou shrnuty v monografii Cábová, K.; Hasalová, L.; Apeltauer, T.; Kučera, P.; Wald, F. Ověřování modelů v požární bezpečnosti, Praha: ČVUT v Praze, 2019. ISBN 978-80-01-06616-4.
Příklad pravděpodobnostního porovnání numerického řešení a experimentu,
které ukazuje dobré prediktivní schopnosti modelu
Experimentální místnosti pro zkoušky pro validaci modelování sprinklerové ochrany
Požár pro validaci výsledků modelů hašení, pohled po zapálení a po aktivaci sprinkleru
Geometrie prostorů pro verifikační model evakuace s osobou s omezenou pohyblivostí
Průběh řešení verifikačního modelu evakuace s osobou s omezenou pohyblivostí
Teplotní pole pro studii citlivosti sítě modelu odhořívání dřeva, 5 mm síť, vlevo) a 2 mm síť, vpravo
Výsledky průběhu teplot verifikační studie ve vyšetřovaných bodech A, B, C v numerickém modelu se sítí konečných prvků s hranou 2 mm a 5 mm
Deformace střední části nosníku při teplotě 600 °C pro verifikační příklad požárního návrhu štíhlého nosníku
Graf závislosti zatížení na deformaci pro verifikační simulace požárního návrhu štíhlého nosníku při 400 °C a 600 °C
.png)
.png)
Příklad grafického výstupu stochastického modelu evakuace domova pro seniory