Исследования Института инженерной безопасности в строительстве

Дается информация об основных направлениях деятельности Института инженерной безопасности в строительстве. Приводятся результаты деятельности института в области взрывобезопасности и взрывоустойчивости зданий, противопожарной защиты и огнестойкости.

В апреле 1998 г. приказом ректора МГСУ в составе Управления научно-исследовательских работ университета был создан Институт инженерной безопасности в строительстве (ИИБС).

Для решения поставленной задачи была утверждена структура института, представленная на рисунке.

Основными направлениями деятельности института являются следующие:

• решение инженерных задач обеспечения устойчивости зданий и сооружений при воздействии взрывов, пожаров и иных неблагоприятных факторов;
• разработка рекомендаций по повышению уровня безопасности до нормируемых значений после его снижения в результате воздействия неблагоприятных факторов;
• разработка способов взрывозащиты технологического оборудования, зданий и сооружений;
• экспертиза проектной и технической документации, экспертиза крупных аварий, связанных с повреждением зданий и сооружений;
• сертификация строительных материалов, конструкций, инженерных систем зданий на соответствие требованиям безопасности.

Традиционное для МГСУ научное направление по взрывоопасности и взрывоустойчивости зданий в институте развивается под руководством доктора техн. наук, профессора А.В. Мишуева. Коллективом специалистов обобщен опыт прогнозирования закономерностей развития аварийных взрывов и определения степени устойчивости зданий и сооружений к взрывным нагрузкам. Совместно с доктором техн. наук, профессором А.А. Комаровым, А.В. Мишуевым разработана методика расчета нагрузок, возникающих в зданиях и помещениях при аварийных взрывах. Научным обоснованием методики является решение газодинамической задачи движения газовой смеси перед фронтом пламени. Методика позволяет с высокой точностью прогнозировать динамические нагрузки на несущие конструкции зданий при внутренних аварийных взрывах и разрабатывать эффективные мероприятия по взрывозащите зданий.

Существенным достижением является создание методики прогнозирования нагрузок, возникающих при аварийных взрывах на открытых технологических установках химических и нефтехимических производств. Методика основана на разработанной теории ускорения фронта пламени на препятствиях при дефлаграционном горении. Установлено, что скорость пламени, определяющая максимальные величины взрывных нагрузок, зависит от распределения горючего в газовоздушном облаке.
Разработаны: методика прогнозирования последствий аварийных взрывов и методика проведения экспертиз аварийных взрывов. С использованием этих методик выполнен анализ причин и последствий более пятидесяти аварийных взрывов на промышленных и гражданских объектах.
Теоретические исследования по развитию взрывов в газовоздушных смесях послужили основой создания методов снижения взрывных нагрузок на строительные конструкции.

Усложнение и повышение стоимости современных строительных объектов, необходимость обеспечения безопасности людей в зданиях при возникновении пожаров вызывают необходимость разработки мер по эффективной противопожарной защите. Для проектирования оптимальных способов противопожарной защиты необходимо знание условий возникновения и закономерностей развития пожаров по зданиям.

Решение этой задачи возможно на основе использования математических моделей, описывающих изменение температуры при возникновении пожара, условия генерирования и распространения дыма, закономерности снижения концентрации кислорода в горящем помещении и нарастания концентраций токсичных продуктов горения.

Исследования по развитию методов математического моделирования пожаров (научный руководитель – доктор техн. наук, профессор А.Я. Корольченко) проводятся совместно с Центром пожарных исследований Университета Ольстера (Великобритания). Разработанные модели основаны на решении полных нестационарных систем уравнений Навье-Стокса, уравнений сохранения энергии и концентраций участвующих в процессе горения веществ с учетом условий тепломассопереноса при пожаре и закономерностей реакций горения.

Методами математического моделирования удается определять требуемую огнестойкость строительных конструкций, условия задымления зданий при пожаре, условия безопасной эвакуации людей из зданий при возникновении пожара.

Огнестойкость является базовым элементом всей системы противопожарной защиты зданий. От степени огнестойкости здания зависят величины противопожарных разрывов, устройство путей эвакуации, систем противопожарной защиты, систем пожаротушения и т.д.

Огнестойкость зданий определяется пределами огнестойкости применяемых при их сооружении конструкций. В связи с этим проблеме огнестойкости строительных конструкций уделяется постоянное внимание.

Научным руководителем работ в области огнестойкости строительных конструкций является доктор техн. наук, профессор М.В. Ройтман. Под его руководством решен ряд важных для строительства задач:

• разработан способ оценки требуемых пределов огнестойкости реконструируемых зданий при надстройке дополнительных этажей;
• определены величины пределов огнестойкости железобетонных плит перекрытий реконструируемых зданий по признакам потери несущей способности и потери теплоизолирующей способности;
• разработаны рекомендации по обеспечению нормируемых пределов огнестойкости реконструируемых зданий;
• усовершенствована методика изменения несущей и ограждающей способности основных элементов строительных конструкций после пожара и возможности их дальнейшей эксплуатации.

Проф. В.М. Ройтманом выполнен анализ разрушения башен Всемирного торгового центра в Нью-Йорке в результате атаки террористов 11 сентября 2001 г.. На основе выполненного анализа разработаны: схема исчерпания ресурса стойкости несущими конструкциями зданий, сценарии возможных комбинированных воздействий на здания, методика определения стойкости железобетонных колонн в зависимости от возможного изменения значения снижающей нагрузки на нее при комбинированных воздействиях типа «удар-взрыв-пожар». Эти разработки могут быть использованы при проектировании высотных зданий, возведение которых запланировано на ближайшие годы в Москве.

Важным направлением деятельности ИИБС является разработка огнезащиты строительных материалов и конструкций. В первую очередь решается задача огнезащиты конструкций из древесины.

Поскольку все известные составы не дают существенного снижения горючести древесины, профессором Е.Н. Покровской была предложена идея – химическая модификация поверхностных слоев деревянных конструкций с целью кардинального изменения их свойств. Практическая реализация этой идеи привела к созданию новой огнезащитной композиции, высокая эффективность которой подтверждена стандартными испытаниями.
Совместно с ассоциацией производителей и потребителей клееных деревянных конструкций проводятся исследования по созданию эффективных составов и способов огнезащиты подобных конструкций.
В составе института организован Центр сертификации, в который входят орган по сертификации инженерных систем и материалов в строительстве и испытательная лаборатория. Орган по сертификации аккредитован Госстандартом России в 2001 г. для проведения сертификации технических средств охраны.

Испытательная лаборатория оснащена установками, позволяющими проводить испытания строительных материалов на негорючесть, на группы горючести и др. показатели пожарной опасности.

Для оценки эффективности огнезащитных составов по древесине используется стандартная установка – КТ. Стенд для исследования взрывоопасности промышленных пылей позволяет измерять основные показатели взрыва пылевоздушных смесей: нижний концентрационный предел распространения пламени, максимальное давление взрыва, скорость нарастания давления при взрыве, флегмазирующие концентрации инертных разбавителей. Лаборатория оснащена оборудованием для исследования газовых взрывов.

В составе института функционирует Учебно-выставочный центр, в котором осуществляется подготовка специалистов по пожарной безопасности и охране труда.

Подготовка специалистов осуществляется на краткосрочных курсах продолжительностью 72 часа по следующим программам:

• обеспечение пожарной безопасности зданий и сооружений в современных нормативных документах России;
• проектирование, монтаж и эксплуатация автоматических установок пожаротушения;
• огнезащита строительных материалов и конструкций;
• проектирование, монтаж и эксплуатация систем охранно-пожарной сигнализации;
• проектирование, монтаж и эксплуатация систем охранного телевидения, контроля и управления доступом;
• пожарная безопасность объектов.

Обучение по этим программам завершается выдачей удостоверений о повышении квалификации. Вторым видом обучения является переподготовка специалистов с высшим и средним техническим образованием по 550-часовым программам по специальностям «Пожарная безопасность» и «Охрана труда». По завершению переподготовки слушатели защищают аттестационные работы, после чего получают дипломы государственного образца.
Одной из форм обучения являются выездные занятия непосредственно на крупных промышленных предприятиях.
На базе института осуществляется подготовка специалистов высшей квалификации – кандидатов наук – по специальности «Пожарная и промышленная безопасность». Тематика диссертационных исследований охватывает многие проблемы пожаровзрывобезопасности строительных систем.

Завершены исследования и защищены кандидатские диссертации по темам, связанным с обоснованием применения легкосбрасываемых конструкций для взрывоопасных помещений и зданий, с оптимизацией противопожарной защиты гостиниц повышенной этажности, с разработкой огнезащитных составов для деревянных конструкций, с оптимизацией противопожарной защиты автостоянок, с совершенствованием категорирования помещений зарядки аккумуляторных батарей по взрывопожарной опасности, с обоснованием применения полимерной тепловой изоляции для промышленных трубопроводов.
Наряду с научными исследованиями сотрудники института выполняют работы по проектированию систем охранно-пожарной сигнализации и систем автоматического пожаротушения для объектов различного назначения.
В опытном производстве института организована сборка и зарядка порошковых и углекислотных, огнетушителей различных модификаций (рисунок), изготовление нестандартных конструкций из огнезащищенной древесины.

Сотрудниками института организована научная конференция, ставшая международной, «Пожарная безопасность зданий и сооружений», которая ежегодно проводится в рамках международной специализированной выставки «Пожарная безопасность на рубеже XXI века». Результаты исследований специалистов института обобщены в шести опубликованных монографиях, учебных пособиях и справочниках.

Разработки специалистов института отмечены наградами нескольких международных выставок:

• дипломом II Международной специализированной выставки «Пожарная безопасность на рубеже XXI века»: за создание и демонстрацию современных средств противопожарной защиты;
• золотой медалью II Международной специализированной выставки «Охранная и пожарная автоматика»: за лучшее техническое решение в области охранной и пожарной автоматики;
• золотой медалью II международной специализированной выставки «Охранная и пожарная автоматики»: за подготовку кадров в области пожарной автоматики.

Актуальность исследований, проводимых коллективом института, определяет ежегодный рост объемов выполняемых работ.