Особенности проектирования систем инженерного обеспечения высотных многофункциональных комплексов и их безопасная эксплуатация

В первую очередь следует обратить внимание на проблемы, без решения которых на стадии проектирования нельзя приступать к строительству объектов. К наиболее значимым из них относятся:

1) разделение здания на пожарные отсеки по вертикали и требования, предъявляемые к огнестойкости перекрытий технических этажей, которые определяются без учета принципа размещения па них инженерного оборудования, что не позволяет обеспечить расчетное время эвакуации при пожаре, а также необходимые условия для работы пожарных подразделений;
2) прямое наращивание инженерных систем по высоте (более 200 м), которое влечет за собой появление высоконапорных участков трубопроводов, требующих изоляции от остальных коммуникаций, применения трубопроводов из специальных материалов и элементов подключения аппаратуры измерения параметров среды, что, в свою очередь, снижает надежность безопасной эксплуатации объекта;
3) отсутствие расчета полного баланса воздухообмена при пожаре по системам противодымной защиты и общеобменной вентиляции в связи с герметичностью фасадных ограждений и применением дверей с плотным закрыванием;
4) выполнение структуры систем, составляющих систему управления объектом, по принципу параллельной организации без интеграции в единую среду передачи информации — систему сбора и обработки информации (ССОИ);
5) организация внутреннего электроснабжения, и в особенности по первой и особой группе первой категории, без учета структуры системы управления объектом;
6) выполнение прокладки вертикальных коммуникаций на объекте без учета их назначения (в целом для здания и для обеспечения функционирования отдельных пожарных отсеков в режиме автономной работы).

Требования по противопожарной защите в связи с отсутствием нормативных документов для высотных (уникальных) зданий излагаются в специальных технических условиях (далее СТУ ПЗ). Подход к составлению этого нормативного документа, к сожалению, в значительном числе случаев формален — razgovorodele.ru. Специализированные организации, разрабатывающие СТУ ПЗ хотя и опираются, как правило, на функциональные и технические характеристики объекта, в основном определяют требования к конструктивным и архитектурно-планировочным решениям. Вынужденные отступления от существующих нормативных требований для отдельных функциональных частей зданий при проектировании «высоток», вызванные несогласованностью требований, а в ряде случаев противоречиями, компенсируются мероприятиями по усилению инженерных систем противопожарной защиты. При этом специфика организации инженерных систем, в том числе противопожарных, и их размещение практически не учитываются.

По традиции рекомендуются два распространенных на практике технических решения:

— пожарные отсеки отделяются друг от друга по высоте перекрытием с огнестойкостью REI 240;
— пожарные отсеки отделяются друг от друга по высоте техническим этажом с огнестойкостью перекрытий REI 120 (половина от перекрытия).

Первый вариант определяет невозможность развития пожара на смежный отсек в течение 4 часов, что практически не вызывает сомнений. Второй вариант решения, на первый взгляд, обеспечивает такую же (по сумме огнестойкости двух перекрытий) преграду для распространения огня на смежный отсек за то же время.

Однако подойдем к рассмотрению вопроса с учетом решения по обеспечению безопасной эвакуации людей и инженерному обеспечению объекта — и убедимся в ложности заключения.

В соответствии с требованиями МГСН 4.19-05 на техническом этаже следует размещать зону безопасности, предназначенную для первичной эвакуации лиц, которые не могут осуществить эвакуацию самостоятельно, и ожидания ими прибытия бригады службы спасения. Так называемую «зону безопасности» требуется отделять от остальных помещений технического этажа (в соответствии с МГСН 4.19-05) преградами с огнестойкостью REI 240. Противопожарные перегородки при этом должны устанавливаться на перекрытие с огнестойкостью не менее чем огнестойкость перегородки. Следовательно, предлагаемая огнестойкость перекрытия REI 120 технического этажа не обеспечивает безопасное нахождение людей во время ожидания спасения. Собственно эвакуация будет занимать менее 2 часов, и огнестойкость достаточна. Но точное время эвакуации определяется на настоящий момент только расчетом и не имеет в РФ подтверждений на опыте даже проведения тренировочных режимов эвакуации, когда психологический фактор опасности минимален.

На техническом этаже размещается оборудование систем инженерного обеспечения и противопожарной защиты, обеспечивающее функционирование объекта при пожаре.

Если на границе отсеков на техническом этаже установлено только оборудование, обслуживающее один отсек (системы общеобменной вентиляции, дымоудаления. водоснабжения, в том числе и противопожарного, и т.д.), и вентсистемы подпора воздуха в шахты лифтов и лестницы, для всей высотной части огнестойкость также недостаточна. Поражение отсека наступает через 2 часа (REI 120). Следовательно, оборудование систем противопожарной защиты здания (вентсистемы подпора воздуха в шахты лифтов и лестницы, водоснабжение) выходит из строя и не обеспечивает защиту от дыма пожарных подразделений и необходимое количество воды для тушения пожара (расчетное время подачи воды па тушение 3 часа). Следовательно, предлагаемая огнестойкость перекрытия REI 120 технического этажа не обеспечивает защиту от пожара в регламентируемое время.

На самом деле ситуация еще более краткосрочна, поскольку при нагреве перекрытия поднимается температура в помещениях технического этажа, и находящееся там электрооборудование выйдет из строя еще раньше.

На практике типично размещение на техническом этаже инженерного оборудования смежных отсеков. В соответствии с МГСН 4.19-05 возможно размещение оборудования смежных отсеков в общих помещениях с выполнением мероприятий по пассивной защите коммуникаций в пределах технического этажа. При таком решении особые сложности возникают с определением огнестойкости огнезадерживающих клапанов и защите вертикальных коммуникаций. Огнестойкость клапанов не превышает 1,5 ч, а отверстий в коммуникационных шахтах — 60 мин (см. МГСН 4.19-05, СТУ 113).

В дополнение к описанному ранее поражению технического этажа происходит прорыв огня по воздуховодам и вентиляционным шахтам пораженного отсека. В итоге на объекте происходит развитие чрезвычайной ситуации на смежный отсек в связи с выходом из строя инженерного оборудования смежного отсека.

Отсутствие вентиляции в смежном отсеке при герметичных ограждающих конструкциях здания может привести к гибели людей, находящихся вне зоны пожара. Следовательно, огнестойкость нижнего перекрытия технического этажа должна соответствовать величине REI 240. Что же касается верхнего перекрытия, то величину огнестойкости для него необходимо определять в соответствии со временем эвакуации (наличие зоны безопасности), но не менее времени работы систем тушения (3 часа для противопожарного водопровода).

Статическое давление в трубопроводах инженерных систем при организации подачи воды (холодной, горячей, отопления, пожаротушения, холодо- и теплоносителей) с нижних (подземных) этажей достигает в ряде случаев величины более 200 м. Учитывая потребный напор в верхней точке системы и потери давления в трубопроводах, величина давления на насосе может достигать примерно 2,5-3.0 МПа. Распространенное мнение о безопасности прокладки высоконапорных трубопроводов в высотных зданиях весьма сомнительно.

Решение требует применения трубопроводов из специальных материалов, установки узлов редуцирования попарного параллельного включения для нижних зон, специальной установки приборов КИП для обеспечения безопасной эксплуатации систем — razgovorodele.ru. Все эти мероприятия удорожают проектное решение и привносят дополнительную опасность аварии и так в далеко не безопасный объект. Особенно опасно наличие высокого давления в системах спринклерного пожаротушения, где оно может привести к самопроизвольному вскрытию спринклеров вне зоны пожара.

Существует нормативное требование по снижению давления у ПK до 40 м в системах противопожарного водопровода. Очевидно, что в случае аварии (прорыв на редукторе или дефект на стыке трубопровода) и дополнительное давление в 16-20 атм. может причинить невосполнимый ущерб. Кроме того, при испытании систем давление увеличивается на 25 % от рабочего.

При использовании каскадного принципа подачи в системах удается уйти от применения высоконапорных трубопроводов за счет установки насосных групп подкачки на технических этажах.

Как показывают расчеты, проведенные в проектах для каскадных систем, при высоте пожарного отсека 50 м абсолютные значения давлений на насосах не превышают 1,2 МПа. Применение высококачественного насосного оборудования и надежной системы управления позволяет резко снизить или исключить опасность возникновения ЧС.

Необходимо в порядке рассмотрения каскадной системы отметить требование СТУ ПЗ к емкости баков питателей системы спринклерного пожаротушения и противопожарного водоснабжения на технических этажах.

СТУ 113 предписывают предусматривать объем бака, обеспечивающий 10 минут работы систем. В ряде случаев предполагается применять объем бака до 65 мЗ при этом, как и в случае определения огнестойкости перекрытий, не учитывается принцип организации работы инженерного оборудования. Учитывая последовательное включение насосных групп подкачки и последовательность срабатывания собственно подсистем спринклерного пожаротушения отсеков, на первом техническом этаже, расчетный объем бака должен обеспечивать время работы системы ЛИТ, достаточное для включения первичного рабочего насоса перекачки подземного этажа, а в случае его невыхода на режим — резервного, плюс время, достаточное для включения рабочего насоса системы технического этажа, а в случае его невыхода на режим — резервного. Для последующих этажей время будет складываться из определенного для насосной группы подземного этажа плюс первого технического этажа (для насосов перекачки) и насосов (рабочего и резервного) системы второго технического этажа и т.д. для всех технических этажей. Следовательно, объемы баков будут различными для технических этажей по высоте размещения насосных групп. Максимальный объем бака определяется для самой верхней группы насосов, а минимальный — для первого технического этажа.

Герметичность наружных ограждений (фасадов) вызывает дополнительные проблемы в организации работы систем общеобменной вентиляции и противодымной защиты при пожаре.

Применяемый на практике расчет баланса приточной и вытяжной противодымной вентиляции предполагает наличие внешней инфильтрации через наружное ограждение фасадов при отключении общеобменных систем.

Если выполнять, как предписывается нормативами на противопожарную защиту, только дымоудаление из коридоров, а подпор воздуха осуществлять в лестницы, шахты лифтов и тамбуршлюзы, в здании при пожаре образуются зоны без поступления воздуха. Вскрытие дверей из коридоров в тамбуршлюзы резко затрудняется за счет нерегулируемого перепада давления и препятствует эвакуации — razgovorodele.ru. Полное отключение вентиляции в объеме пожарного отсека, составляющего около 20 этажей, где эвакуация производится поэтапно, создает дополнительный негативный фактор для людей, способствующий возникновению паники. Люди, находящиеся в коридорах этажей горящего отсека, где отключена подача воздуха без наличия возгорания, обеспечиваются подачей кислорода для дыхания исключительно за счет «перетока» из тамбуршлюзов. При этом находящиеся в помещениях при закрытых дверях в коридор вообще лишены этой возможности за счет применения дверей с уплотнениями.

На практике для подземных гаражей уже применяется компенсационная подача воздуха через дополнительные воздуховоды, чаще всего с использованием перетока от систем подпора воздуха в коридоры безопасности.

Вопрос дополнительной подачи воздуха за счет сохранения компенсационного расчетного объема подачи через системы приточной общеобменной вентиляции при отключенных вытяжных системах может быть решен при использовании вентиляторов с переменной производительностью, что уже выполняется для помещений, предполагаемых для сдачи в аренду без определенных планировок.

Для сохранения санитарных условий пребывания людей па этажах, где отсутствует пожар в пределах пораженного пожарного отсека, и исключения паники отключение общеобменных систем производить не следует.

Возможность подобного решения обеспечивается тем условием, что практически каждый этаж является изолированной пожарной зоной с гарантированным временем нераспространения пожара за счет огнестойкости перекрытий не менее REI 120 и ограждающих конструкций «ядра» REI 240. Два часа при этом являются гарантированным временем эвакуации людей из пожарного отсека. При развитии пожара внутри отсека и выполнении последовательной эвакуации с этажей системы вытяжной вентиляции следует поэтапно отключать. Для обеспечения указанных режимов работы необходим перевод электропитания систем общеобменной вентиляции на первую особую категорию, что повлечет за собой изменения в определении потребной мощности третьего источника дизель-генератора.

По аналогии с пораженным отсеком, для экономии потребляемой электроэнергии при пожаре на объекте отключается режим кондиционирования, и системы переводятся в режим общеобменной вентиляции с минимально необходимыми для пребывания людей параметрами воздухообмена.

Система управления объектом, предназначенная для управления системами инженерного обеспечения, противопожарной защиты и организации действий персонала в штатных и чрезвычайных ситуациях, представляет собой совокупность, которая при проектировании разбивается на отдельные подсистемы. При этом разделение выполняется в большинстве случаев в угоду ведомственным интересам отдельных служб, что негативно отражается на принципе комплексного реагирования на ЧС, оперативности принятия решений, собственной надежности системы и безопасной эксплуатации.

Система управления объектом должна представлять интегрированный комплекс, включающий в себя отдельные системы, обеспечивающие функционирование инженерного, противопожарного и иного оборудования безопасности при штатной эксплуатации и чрезвычайных ситуациях, объединяемые ССОИ.

На практике технические решения выполняются в подразделах собственно систем автономно друг от друга.

Построение систем инженерного обеспечения и управления ими должно обеспечивать автономное функционирование каждого пожарного отсека независимо от того, где произошло возгорание. Горящий отсек должен быть изолирован от остального здания и обеспечен возможностью первоочередной эвакуации. В то же время смежные отсеки необходимо обеспечить условиями для проведения поэтапной эвакуации и пребывания людей в ее ожидании.

Автономность функционирования отсеков диктуется необходимостью создания условий жизнеобеспечения людей, находящихся на этажах, отрезанных пожаром от поверхности земли, в случае прерывания связей с пунктом управления объектом (ЦДП).

Технические решения в подразделах проекта, направленные на комплексное взаимодействие систем и объединяемые на базе системы управления объектом, обеспечивают безопасную эксплуатацию, предотвращение ЧС и условия для ее ликвидации.

Все системы, так или иначе участвующие в управлении объектом, включая системы автоматизации и диспетчеризации инженерного и противопожарного оборудования, системы связи и сигнализации, строятся по принципу локализации на уровне пожарного отсека. Далее локальные системы объединяются в систему управления объектом — razgovorodele.ru. Система выполняется на базе аппаратного парка систем автоматизации и диспетчеризации инженерных и противопожарных систем, систем сигнализации доступа, оповещения, видеонаблюдения и т.д. Помимо этого в состав ССОИ включается дополнительное оборудование, обеспечивающее циркуляцию информации в системе с использованием центрального и локальных диспетчерских пунктов и центров коммутации, обеспечивающих переход с центральной структуры на локальные.

Структура центральной сети ССОИ выбирается кольцевой с возможностью выполнения локальных сетей внутри отсека по схеме «звезда» с организацией локальных диспетчерских пунктов ЛДП на технических этажах. ЛДП обеспечат функционирование пожарного отсека в ЧС при прерывании связей ЛДП и ЦДП.

В зависимости от конфигурации здания, его функционального назначения возможна организация нескольких локальных кольцевых структур, которые в свою очередь объединяются в кольцо, замыкаемое на ЦДП. Такой подход к структуре системы управления позволяет обеспечить ее поэтапную отладку в период пусконаладочных работ и опытной эксплуатации, а также функционирование объекта при вводе в эксплуатацию пусковых комплексов объекта.

На период пусковых комплексов в полном объеме выполняется структура управления пожарного отсека, а недостаточность связей ЛДП с ЦДП, выполняемых по временной схеме, компенсируется организационно-техническими мероприятиями.

Только комплексный подход к управлению всеми инженерными системами, включая системы связи и сигнализации, может обеспечить безопасную эксплуатацию здания.

Центральная часть системы управления ССОИ должна обеспечивать, помимо своих основных функций по управлению объектом:

— обмен информацией между локальными диспетчерскими пунктами управления объектом (ЛДП) и центральным диспетчерским пунктом (ЦДП), который должен объединять все службы объекта в режиме ЧС с выделением необходимой информации из общего пакета, передаваемого в сети в штатном режиме;
— возможность автономного функционирования всех систем и их взаимодействие в пределах пожарного отсека с выводом информации и возможностью управления из ЛДП, который должен функционировать в зоне безопасности технического этажа. Функционирование ЛДП в локальном режиме должно происходить независимо от наличия связей с ЦДП. При этом ЛДП может быть стационарным с постоянным присутствием персонала с функцией диспетчерского управления в соответствии с технологией здания — и временным с пребыванием ответственного персонала на период ЧС. Установку стационарного АРМ или переносного оборудования для обеспечения управления необходимо осуществлять в соответствии с технологией объекта;
— возможность проведения «учебных тревог» в рамках обучения персонала при параллельном обеспечении штатного режима функционирования инженерных систем объекта.

Доступ к системе ССОИ в режиме ЧС необходимо регламентировать в соответствии с требованиями по защите информации.

Система защиты информации как в штатном режиме, так и в режиме ЧС должна обеспечивать невозможность проникновения в систему стороннего пользователя с целью ее дестабилизации.