Метод раціонального розміщення пожежних депо при проектуванні і оновленні районів міста

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ХАРКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ БУДІВНИЦТВА ТА АРХІТЕКТУРИ

УДК 614.8

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

МЕТОД РАЦІОНАЛЬНОГО РОЗМІЩЕННЯ ПОЖЕЖНИХ ДЕПО ПРИ ПРОЕКТУВАННІ І ОНОВЛЕННІ РАЙОНІВ МІСТА

Спеціальність 21.06.02 - “Пожежна безпека”

КОССЕ АНАТОЛІЙ ГРИГОРОВИЧ

Харків - 2001

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі фундаментальних дисциплін Академії пожежної безпеки України.

Науковий керівник:

доктор технічних наук, старший науковий співробітник Комяк Валентина Михайлівна, Академія пожежної безпеки України, професор кафедри фундаментальних дисциплін

Офіційні опоненти:

Дзюндзюк Борис Васильович, доктор технічних наук, професор, завідувач кафедри охорони праці Харківського державного технічного університету радіоелектроніки Міністерства освіти і науки України;

Сирих Василь Миколайович, кандидат технічних наук, доцент, завідувач сектором пожежно-технічних досліджень Науково-дослідного інституту судової експертизи ім. Бокаріуса М.С.

Провідна установа:

Український науково-дослідний інститут пожежної безпеки МВС України, м.Київ

Захист відбудеться ____21 листопада 2001 року о _13__ годині на засіданні спеціалізованної вченої ради Д 64.056.01 Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури за адресою: 61002, м.Харків, вул. Сумська,40.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури за адресою: 61002, м.Харків, вул. Сумська,40.

Автореферат розісланий 20.10.2001 року.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради . Кутовий Е.М.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність роботи. Роль міст у розвитку суспільства неперервно зростає. Збільшується їх населення, територія, змінюється характер міських поселень, вони утворюють урбанізовані простори.

Разом з тим урбанізація породжує велику кількість проблем соціального, економічного та екологічного характеру. Однією з проблем екологічного характеру є забезпечення пожежної безпеки життєдіяльності міст.

Тому вже на стадіях проектування та будівництва міст (або їх нових районів) фахівці відповідних профілів передбачають та виконують сукупність заходів, спрямованих на попередження можливих пожеж, здатних порушувати нормальну життєдіяльність та загрожувати життю, здоров'ю та майну городян, а також створюють для їх ліквідації відповідні протипожежні служби. Аналогічні заходи передбачено і при реконструкції відповідних районів міста.

Один зі шляхів вирішення проблеми, що розглядається, - розробка проектів організації (реорганізації) пожежних служб міст на підставі науково обґрунтованих підходів до визначення їх раціональних розмірів та дислокації.

Методологія проектування та створення пожежних служб міст у теперішній час поки що знаходиться у стадії початкової розробки. У цій галузі є тільки окремі методи та моделі, в основному в працях Брушлинського М.М. В останнє десятиріччя, як в далекому зарубіжжі, так і в Інституті пожежної безпеки Міністерства внутрішніх справ Російської Федерації (ІПБ МВС РФ) під керівництвом Брушлинського М.М. створені комп'ютерні імітаційні системи для проведення експертизи поточної діяльності відповідної існуючої пожежної служби міст та розробки проектів їх реорганізації. Однак, ці розробки використовують припущення про просторові рівномірності щільності забудови та її пожежної небезпеки. Більш того, в усіх роботах пошук шляхів підвищення ефективності пожежної служби виконується у часі за наявності відповідної існуючої схеми розміщення пожежних депо, але не у просторі, що особливо важливо при проектуванні нових районів та необхідності обґрунтування розмірів пожежної служби і дислокації її елементів для захисту цих районів.

Питання проектування пожежного захисту районів міст, що створюються, не можна вирішувати ізольовано без урахування взаємодії з іншими функціональними підсистемами району та системами забезпечення пожежної безпеки (СЗПБ) міста. Вони повинні вирішуватись комплексно на підставі системного аналізу створюваної СЗПБ, як підсистеми міста.

Питанням системного аналізу та проблемі розвитку міст присвячені роботи Єгорова А.І., Нефьодова Л.І., Петрова Е.Г., Попкова Ю.С., Форрестера Дж., при цьому, наприклад, роботи Петрова Е.Г. та Нефьодова Л.І. вирішують проблеми проектування житлового будівництва при створенні нових районів та розглядають їх особливості при оновленні існуючих районів. Роботи з геометричного проектування Стояна Ю.Г., Літвінова В.М. розглядають питання створення генеральних планів промислових підприємств. Але перелічені роботи не враховують проблем пожежного захисту об'єктів, що проектуються (оновлюються).

Тому робота, що присвячена оптимізації основних характеристик СЗПБ районів міста з метою зменшення кількості пожежних депо (ПД) без зниження нормованого рівня безпеки громадян та визначенням таких їх місць розташування, які б дозволили більш оперативно прибувати на пожежу, зменшуючи можливість загибелі людей та збитки від пожеж, є актуальною.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертація виконана на кафедрі фундаментальних дисциплін Академії пожежної безпеки України в період з 1998 до 2000 року відповідно до планів спільних досліджень з Інститутом проблем машинобудування НАНУ по НДР “Розробка й дослідження математичних моделей задач оптимізації розміщення тривимірних геометричних об'єктів” (№ ДР 0198U007627) та відповідно до планів НДР Академіїї, однією з складових яких є “Оптимізація розміщення пожежних сповіщувачів на плані приміщення” (№ ДР 0198U002106).

Мета та завдання дослідження. Метою роботи є підвищення ефективності СЗПБ міста за рахунок розробки та впровадження науково обґрунтованого методу визначення мінімальної кількості та раціональних параметрів розміщення пожежних депо при проектуванні нових та оновленні існуючих районів.

Об'єкт дослідження - системи і елементи протипожежного захисту об'єктів.

Предмет дослідження - моделювання розміщення ПД з урахуванням пожежного навантаження об'єктів району, що проектується та оновлюється.

Методи дослідження: для аналізу впливу на характеристики СЗПБ специфіки забудови району та пожежного навантаження об'єкту захисту використовуються методи системного аналізу, для пошуку раціональної кількості ПД і їх дислокації - методи математичного моделювання, геометричного проектування.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні завдання:

- з позицій системного підходу проаналізувати питання створення пожежної служби нових районів міст та при оновленні існуючих;

- створити математичну модель задачі визначення раціональної кількості та параметрів розміщення пожежних депо у районі та дослідити її особливості;

- розробити обґрунтований метод оптимізації розміщення пожежних депо та його алгоритмічне забезпечення;

- створити автоматизовану систему визначення раціональних параметрів розміщення пожежних депо та виробити рекомендації щодо її впровадження.

Наукова новизна отриманих результатів полягає у наступному:

- здобув подальший розвиток системний підхід при створенні пожежних служб нових районів міст, що дозволив виділити обмеження задачі організації СЗПБ районів та здійснити її постановку, подальшу декомпозицію для розробки загальної схеми розв'язку задачі з урахуванням часових інтервалів реалізації планів міста та її функціональних особливостей [8]; пожежне депо розміщення

- вперше формалізовані виділені обмеження задачі, що дозволили розробити математичну модель проектування СЗПБ нових районів міст та доповнити моделі довгострокового, середньострокового та поточного планування забудови[2, 4,6];

- здобув подальший розвиток метод оптимізації розміщення геометричних об'єктів, який дозволив в рамках заданого вектора ресурсів вперше визначати характеристики пожежних служб нових районів міст: мінімальну нормовану кількість пожежних депо та їх найкращі місця розташування з точки зору часу досягнення найвіддаленішої дільниці району. Метод враховує різну пожежну небезпеки об'єктів району та щільность його забудови, різну інвестиційну вартость земельних ділянок, геометричні умови неперетинання зон ПД з областями заборони та умови їх розміщення в районі [1, 3, 5, 7];

- досліджено особливості задачі в умовах оновлення районів міста та розроблено модифікацію метода оптимізації розміщення ПД [9];

- вперше створено алгоритмічне забезпечення метода та автоматизована система, що дозволяє автоматизувати процес визначення мінімальної кількості ПД, їх потужності, вибору найкращих параметрів розміщення ПД [9].

Вірогідність і обґрунтованість отриманих результатів визначається використанням загальновизнаних методів системного аналізу, математичного моделювання, геометричного проектування, порівнянням отриманих результатів з розробками проектувальників та прийнятими нормами.

Практична значущість роботи. Сукупність розроблених математичних моделей, методів, алгоритмів та програм дозволяють розглядати основні обмеження, характерні для задач, що розв'язуються, є відкритими для взяття до уваги нових обмежень, припускають природну (для особи, яка приймає рішення) візуалізацію і тому можуть використовуватись як підсистема, що обґрунтовує розміри пожежних служб, в перспективних системах автоматизації проектування житлової забудови районів та для інтеграції в ті, які існують.

Запропоновані методи, алгоритмічне та програмне забезпечення дозволяють скоротити строки отримання трудоміських варіантів розрахунку щодо пошуку найкращого розміщення пожежних депо та вибору його проекту, підвищити продуктивність праці та якість результатів проектування за рахунок автоматизації та оптимізації процесу проектування, здійснити пошук найкращих рішень в межах ресурсів, виділених містом.

Результати дисертаційної роботи можна використовувати при розв'язанні інших задач пожежної безпеки, а також інших предметних областей. Так, методи оптимізації покриття використовуються при розміщенні пожежних сповіщувачів, тощо. Запропонований підхід визначення мінімальної кількості ПД та їх раціональних місць розташування може бути використаний при обґрунтуванні розмірів інших екстрених служб міст з урахуванням специфіки цих служб.

Реалізація і впровадження. Практичне значення отриманих результатів підтверджується впровадженням моделей, методів і алгоритмів оптимізації розміщення пожежних депо в інституті “Харківпроект”, які використані при проектуванні ПД по охороні Північної Салтовки Московського району та Олексіївського масиву Дзержинського району м.Харкова.

Запропоновані моделі та методи використовуються в навчальному процесі. Це підтверджується актами впровадження в навчальний процес Академії пожежної безпеки України та Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури.

Особистий внесок пошукача. У роботах, виконаних у співавторстві, особистий внесок пошукача полягає у наступному:

У роботі [1] запропоновано у підході, що розглядається, до побудови області припустимих розміщень пожежного депо враховувати мінімальні нормовані відстані до об'єктів захисту та максимальні припустимі відстані до будівель підвищеної категорії небезпеки. У роботі [2] обґрунтована актуальність розв'язку задачі оптимізації розміщення пожежних депо, виконана постановка задачі на змістовному рівні. У роботі [3] показані особливості формалізації умов неперетинання пожежного депо з областями заборони та умови розміщення його в районі, що будується, при використанні математичного апарата годографа вектор-функції щільного розміщення (г.ф.щ.р.). У роботі [4] розглянуті особливості моделей для обґрунтування розмірів пожежної служби району, який будується, у перспективних планах розвитку міст. У роботі [5] розглянуті особливості взяття до уваги параметрів безпечного мешкання громадян у містах. Роботу [6] присвячено питанням побудови математичної моделі безпечного мешкання населення у створюваних районах міст. Автором здійснено декомпозицію цієї задачі за часовим інтервалом реалізації планів міста на задачі довгострокового, середньострокового та поточного планування і створені локальні математичні моделі. У роботі [7] автором досліджено особливості математичних моделей задач довгострокового, середньострокового та поточного планування протипожежного захисту районів міст, що проектуються (оновлюються), та запропоновані методи розв'язку. У роботі [8] автором запропоновано використовувати системний підхід у моделюванні розміщення пожежних депо, обґрунтовані технологічні обмеження задачі розміщення ПД. У роботі [9] запропонований алгоритм оптимізації розміщення пожежних депо при проектуванні районів міста, розглянуті його особливості при оновленні існуючих районів.

Апробація результатів дисертації. Дисертаційну роботу в цілому, а також її основні результати було доведено та обговорено на таких конференціях та семінарах:

-міжнародній науково-практичній конференції “Сучасні проблеми геометричного моделювання” (м. Харків,1998 р., м. Мелітополь, 1998р. і 1999 р.); -міжнародній міжвузівській науково-практичній конференції з перспектив удосконалення діяльності органів внутрішніх справ та державної протипожежної служби (м. Іркутськ, 1999 р.); -республіканській конференції з пожежної безпеки (м. Черкаси, 1999 р.); -науковому семінарі кафедри нарисної геометрії, інженерної та комп'ютерної графіки КНУБА (м. Київ, 2000 р.);-сумісному семінарі кафедр фундаментальних дисциплін, пожежної профілактики в населених пунктах, пожежної техніки, прикладної механіки, організації служби та підготовки, управління та організації пожежно-профілактичної роботи Академії пожежної безпеки України (м.Харків, 2000 р.).

Публікації. Результати даного дисертаційного дослідження опубліковані в 9 роботах, з яких 7 статей у збірниках наукових праць, 1 доповідь у збірках конференцій та 1 тези доповідей.

Структура роботи. Дисертація складається зі вступу, основної частини, що складається з чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел зі 101 найменувань та двох додатків, в одному з яких подано акти впровадження результатів досліджень, а в іншому - характеристики проектів пожежних депо та таблиці ДБН 360-2. Всього дисертація містить 155 сторінок (з них 51 сторінка - рисунки, список використаних джерел та додатки).

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми, якій присвячена дана дисертаційна робота, визначено мету, основні задачі дослідження, зазначено зв'язок роботи з науковими програмами. Наведені дані про наукову новизну, практичну значущість і впровадження результатів дослідження, про публікації та апробацію роботи, про структуру й обсяг дисертації.

У першому розділі здійснено аналіз літературних джерел з питань створення СЗПБ міст, показано актуальність розробки таких систем та обґрунтування їх характеристик при створенні нових районів міст. Розглянуто принципи та методологію ефективного управління СЗПБ міста, як підсистеми міста. З цієї точки зору дістав подальшого розвитку системний підхід, розвинений у роботах Єгорова А.І., Брушлинського М.М., Петрова Е.Г., Нефьодова Л.І., Попкова Ю.С., при проектуванні нових районів. Здійснено структуризацію об'єкту захисту, що проектується, досліджено такі параметри зовнішнього до СЗПБ середовища, як чисельність та щільність припустимого населення, площину території району міста, який приєднується, його припустимий економічний потенціал, характер міської забудови з точки зору ступеня вогнестійкості будівель, ступінь благоустрою району (водопостачання, опалення, дороги тощо), загальна кількість об'єктів різного господарювання, наявність об'єктів підвищеної пожежної небезпеки. Дослідження параметрів зовнішнього середовища та структурної схеми району, що створюється, дозволяють визначити обмеження для підсистеми, що створюється, визначають ті закономірності, на підставі яких у роботі побудовано математичні моделі, до того ж ці параметри є вихідними обмеженнями для цих моделей. Запропонована змістовна постановка основної задачі: створити таку СЗПБ району, що проектується, щоб максимізувати показник безпечного мешкання громадян при обмежених ресурсах, що виділяються містом. Зазначимо, що показник безпечного мешкання громадян є однією зі складових умов життя населення, що має деяку узагальнену кількісну оцінку , яка залежить від результатів споживання та часу , тобто

та співпадає з системоутворюючою метою управління містом, як системою.

У другому розділі здійснюється математична постановка основної задачі.

Необхідно створити таку СЗПБ району, що проектується, щоб максимізувати рівень безпечного мешкання громадян :

.

Показник безпечного мешкання у кожний плановий період забезпечується раціональним проектуванням пожежного захисту району, одним з головних напрямків якого є визначення мінімальної нормованої кількості пожежних депо та їх раціональних місць розташування при дотриманні перерахованих вище обмежень (викликаних впливом зовнішнього середовища) в межах ресурсів, що виділяються містом.

Таким чином, метою проектування є визначення такої кількості n пожежних депо та параметрів їх розміщення , при яких показник безпечного мешкання максимізується

, (1)

де - -.параметри розміщення ПД (у подальшому об'єкта), що завдають місце розташування ПД в районі (положення власної системи координат об'єкта у просторі ), - область припустимих розв'язків задачі, яка описує обмеження задачі.

У роботі здійснена декомпозиція задачі (1). До основи декомпозиції, як і в задачі управління економічними підсистемами (у даному випадку, містом, підсистемою якого є створювана СЗПБ), покладено часовий інтервал реалізації планів міста та функціональні особливості задачі. У зв'язку з цим стосовно задачі проектування СЗПБ району розглядаються три часових рівні її розв'язку: довгострокове, середньострокове, поточне проектування. Для визначення функціонального змісту конкретизуються обмеження та функція мети задачі (1).

Довгострокове планування (20-30 років) здійснює розробку генерального плану. На цьому етапі розглядають перспективи розвитку міста та виявляють динаміку змін у забезпеченні безпеки життєдіяльності людини.

Модель зміни необхідної кількості пожежних депо для захисту передбачуваної території під забудову має вигляд:

(2),

де - кількість пожежних депо, що вводяться в році, - площина, що вводиться під забудову в році, - нормована площина, що контролюється одним пожежним депо, - найменше ціле, більше або рівне .

Невизначеність довгострокового планування зменшується із скороченням інтервалу планування та уточненням вихідних даних. Розглядається етап середньострокового планування (до 5 років), коли вже відома в місті конкретна нова під забудову територія та її передбачувана чисельність населення.

На цьому етапі визначається мінімальна кількість ПД, які своїми круговими нормованими зонами захисту разом із зонами захисту існуючих ПД міста повністю покривають район .

(3)

З додатковою умовою максимального покриття міста

(4)

Таким чином, необхідно визначити мінімальну кількість пожежних депо та параметри їх розміщення , тобто

(5)

де - область припустимих рішень, що описується

(6)

(7)

У роботі обмеження (3)-(4) записані відповідно у вигляді (6)-(7) за допомогою використання - функції - деякої невід'ємної неперервної функції, що є мірою площини покритої області, яку введено в роботах Яковлєва С.В.

Подальше уточнення планів та їх конкретизації відбувається на етапі поточного планування. На цьому етапі здійснюється проектування конкретної забудови - житлових районів та напрацювання комплексних планувальних та проектних рішень. Задача раціонального, з точки зору підвищення пожежного захисту населення, розміщення пожежних депо вирішується для кожної кругової зони захисту на стадії проектування району забудови, коли в основному визначені архітектурне та планувальне рішення.

Таким чином виникає наступна задача:

Визначити такі параметри розміщення об'єкта (земельної ділянки під ПД) та його метричні характеристики, які визначають розміри матеріального об'єкту , щоб скоротити час прибуття оперативних відділень до можливих осередків пожежі, тобто

Знайти

(8)

де - мінімальний час руху від ПД з координатами розміщення та орієнтацією до можливого осередку пожежі , які визначають оперативні відділення , на множині шляхів руху , складеному з лінійних ділянок траси та перехресть; - область припустимих розв'язків, що описується

(9)

, (10)

(11)

(12)

які визначають відповідно:

- умови неперетинання об'єкта з областями заборони (спорудами житлового та виробничого секторів, річками, парками, залізничними і автомобільними шляхами, інженерними мережами тощо) з урахуванням мінімальних нормованих відстаней між спорудами та максимальних припустимих відстаней для об'єктів підвищеної пожежної небезпеки (категорія А, Б) та щільної забудови;

- умови розміщення об'єкта в області з урахуванням мінімальних відстаней ;

- обмеження відповідного вектора ресурсів . В якості складових елементів вектора ресурсів розглядаються: - вартість будівництва депо, - вартість будівництва додаткової дороги (на випадок необхідності), - вартість земельної ділянки, що займає депо, - вартість прокладання додаткових газо-, водокомунікацій та інших інженерних мереж;

- протипожежні обмеження, які можуть бути враховані додатково;

Умови (9-11) записані за допомогою Ф-функції - неперервної функції, що залежить від параметрів розміщення об'єктів та має важливу характеристичну властивість, що дозволяє встановлювати перетинання, неперетинання та дотик. Апарат Ф-функцій введений в роботах Стояна Ю.Г. У даній роботі обмеження (9-11) включають поза названими геометричними обмеженнями задачі додаткові технологічні пожежні обмеження, які формалізовано за допомогою апарата Ф-функцій.

У роботі досліджені властивості задач (2), (5)-(7), (8)-(12) з метою розробки обґрунтованих методів їх розв'язку.

У третьому розділі розроблено методи розв'язання задач (2), (5)-(7), (8)-(12). Задача (5)-(7) є багатоекстремальною. У зв'язку з цим процедура розв'язку полягає в пошуку локальних екстремумів функції мети та їх переборі.

Для визначення локальних екстремумів використовується модифікований метод послідовно-поодинокого покриття. Модифікація полягає в урахуванні додаткового обмеження (7).

Процедура перебору локальних екстремумів здійснюється через перебір місць розташування першого та покриваючого кола.

Розв'язок задачі (5)-(7) дозволяє визначити кількість пожежних депо в районі, що проектується. Розглянемо підхід до визначення типу пожежного депо. Для цього розглянемо одну з кругових зон, що захищає одне ПД. Потужність пожежного депо (кількість основних та спеціальних пожежних автомобілів) визначається виходячи з чисельності населення, що мешкає у зоні, яка захищається, та існуючих норм ДБН-360-92, що встановлюють взаємозв'язок між чисельністю населення та кількістю пожежних автомобілів.

Розрахувавши кількість основних та спеціальних автомобілів, а також враховуючи вектор вартості , обирається проект пожежного депо, визначаються відповідні йому метричні характеристики, а також згідно з ДБН-360-92 площина земельної ділянки під депо. У якості земельних ділянок (об'єктів розміщення ) у подальшому розглядається набір прямокутників рівної нормованої площі, проте з різними метричними характеристиками ортогональної оболонки. Через те, що кількість доріг в районі обмежена, то розглядається обмежений набір орієнтацій прямокутників (одна зі сторін прямокутника має бути паралельною найближчій дорозі).

Розглянемо задачу (8)-(12). Ця задача розв'язується для кожної зони захисту, а в якості об'єкту розміщення розглядається сформований описаним вище способом набір прямокутників. Функція мети - час руху, що визначається на множині шляхів руху, залежить від ряду факторів, таких як відстань від ПД до можливого осередку, швидкість руху пожежних автомобілів, яка залежить від складності маршруту (виду покриття дороги, її ширини, кількості смуг руху, кількості та типів перехресть (регульовані, нерегульовані)), середньої інтенсивності потоку руху, технічних параметрів автомобіля, кількості пожежних автомобілів (ПА) в колоні тощо. У роботі множину шляхів представлено у вигляді планарного графа, що відповідає мережі доріг, в якому множині вершин відповідають перехрестя, а множині ребер - дільниці доріг між перехрестями. Більшість з перерахованих вище факторів, що впливають на час руху, не формалізується. Тому в цій роботі їх пропонується враховувати у вигляді ваг на графі: кожне перехрестя має вагу - це математичне очікування часу затримки ПА, а кожне з ребер має дві ваги (у разі двостороннього руху) - це математичне очікування швидкості руху в одному та другому напрямках. У якості ваг графа беруться відповідні значення числових характеристик міста, що розглядається, або числові характеристики, які визначаються з регресіонних рівнянь, що враховують закони зміни перелічених вище параметрів існуючих доріг та пожежних автомобілів, що використовуються. Область припустимих розв'язків будується за допомогою апаратів годографа вектор-функції щільного розміщення (г.ф.щ.р) об'єктів, що є поверхнею рівня Ф-функції. Математичний апарат г.ф.щ.р розроблено в роботах Гіля М.І., Комяк В.М. та доведено його основні властивості. В даній роботі властивості г.ф.щ.р використовуються для побудови області припустимих значень параметрів розміщення ПД, що базується на наступних твердженнях, які адаптовані з урахуванням обмежень задачі (8)-(12).

Таким чином, викладений підхід дозволяє для пожежного захисту району міста, що проектується (оновлюється), визначати необхідну кількість пожежних депо, їх раціональні місця розташування, виходячи з розглянутих обмежень задачі, обирати типовий проект для кожного депо, площу та відповідні їй метричні характеристики земельної ділянки, відведеної під забудову депо, а також для кожного депо визначати кругову зону захисту, яку воно контролює.

У четвертому розділі за розробленими методами створено алгоритмічне та програмне забезпечення. Як приклади використання метода, його алгоритмічного, програмного забезпечення розв'язані наступні практичні задачі.

Задача покриття м. Харкова кругами нормованого радіуса (рис.1). Місто покривається 17 колами. На рис.2 представлена реальна схема покриття міста 24 колами, при цьому непокриті області затушовані. Для повного покриття міста потрібно ще 4 кола. Таким чином, розрахункова схема забезпечує покриття міста кількістю ПД на 11 меншою, ніж та, яка існує, що складає 39% від реального покриття.

Задача визначення, в рамках виділених коштів, місця розташування ПД для Жихаря - району, що приєднується до м. Харкова. В результаті розв'язання задачі покриття (5)-(7) визначені мінімальна кількість ПД (одне) та його параметри розміщення (такий же результат отримано і проектувальниками), для яких час досягнення найвіддаленішої точки складає 7 хвилин. В результаті розв'язання задачі (8)-(11) визначені параметри розміщення пожежного депо (рис. 3), метричні характеристики земельної ділянки та проект пожежного депо на чотири ПА. Час досягнення найвіддаленішого можливого осередку пожежі складає 5,5 хвилин. Таким чином, запропонований метод дозволяє скоротити час руху бойових підрозділів до можливих осередків пожежі на 1.5 хвилини, що складає 15% від нормованого часу. В роботі наведено оцінку вартості побудови ПД та розподіл її по відповідним компонентам вектора ресурсів. В розрахунках береться середній час руху та час затримки на перехрестях по м. Харкову.

Здійснена верифікація алгоритму шляхом аналізу розбіжності розрахункових та експериментальних результатів на прикладі Жихаря - нового району міста Харкова. Аналіз показує, щ-+о похибка не перевищує 9.8%.

Отримані результати комп'ютерного моделювання практичних задач дозволяють зробити висновок про скорочення часу за рахунок автоматизації процесу знаходження основних характеристик СЗПБ району, таких як мінімальна нормована кількість ПД та їх раціональне місце розташування, та здійснювати пошук найкращих рішень за рахунок оптимізації процесу проектування. Практична значущість виконання роботи підтверджується впровадженням моделей, методів і алгоритмів оптимізаційного розміщення ПД в інституті “Харківпроект” та в навчальному процесі Академії пожежної безпеки України і Харківському державному університеті будівництва та архітектури.

ВИСНОВКИ

В дисертації отримані нові наукови результати, які розв'язують наукову задачу: визначення в межах обмежених ресурсів мінімальної кількості пожежних депо, що не знижують нормований рівень пожежобезпечного мешкання громадян, та їх найкращих розташувань у районі, що проектується (оновлюється), які дозволяють більш оперативно прибувати на пожежу, зменшуючи збитки від неї і таким чином підвищуючи ефективність діяльності СЗПБ міста. При цьому:

1. На основі аналізу стану пожежних служб на Україні та в зарубіжжі обгрунтована потрібність в розробці методу визначення їх раціональних розмірів та дислокації в місті, що розвивається.

2. Здобув подальший розвиток системний підхід при дослідженні впливу пожежного навантаження та спеціфіки забудови на СЗПБ району, який складається в виділенні та формалізації обмежень на наступні його параметри:

- на максимальні відстані між ПД та об'єктами району підвищенної пожежної безпеки, щільності забудови, етажності, з масовим перебувнням людей ;

-на мінімальні протипожежні відстані між ПД та об'єктами забудови;

-на умови розміщення в областях району з допустимою вартістю землі та на інші складові ресурсів на будівництво.

3. Для розробки обгрунтованого методу пошуку раціональних параметрів СЗПБ вперше здійснено постановку задачі раціонального проектування СЗПБ районів міста, що створюються. В рамках системного підходу здійснено декомпозицію цієї задачі на локальні. Показано, що одним з головних шляхів підвищення рівня пожежної небезпеки грамадян району є розв'язок локальних задач визначення мінімальної нормованої кількості пожежних депо та їх раціональних місць розташування в районі, які утворюють загальну схему роз'язку і пов'язані з часовими етапами забудови.

4. Вперше розроблені математичні моделі локальних задач, які доповнюють мо-делі довгострокового, середньострокового та поточного планування забудови.

5. Вперше запропоновано метод обґрунтування раціональних розмірів пожежних служб районів, що проектуються, складовими якого є:

визначення найменшої кількості пожежних депо, що забезпечують нормоване пожежобезпечне мешкання громадян; ця складова метода дозволяє скоротити кількість ПД, потрібних для нормованого пожежного захисту міста, як правило, в 1.2-1.5 рази.

побудова областей припустимих розміщень з урахуванням геометричних обмежень на неперитинання та з урахуванням додаткових обмежень, які вперше розглянуті в роботі, таких, як різна пожежна небезпека об'єктів району, щільність його забудови, різна інвестиційна вартість земельних ділянок;

визначення раціональних місць розташування ПД на множині точок області припустимих розміщень, що забезпечують мінімальний час досягнення бойовими підрозділами найвіддаленішого можливого осередку пожежі з урахуванням існуючої мережі доріг району; перевагою двух останніх складових методу є те, що вони дозволяють з точністю завдання карти району визначати допустимі розміщення ПД та знаходити найкращі рішення з часом досягнення найвіддаленішого осередку пожежі, як правило, на декілька процентів меншим нормованого.

6. Розроблено модифікацію методу стосовно оновлення районів міста, яка полягає в тому, що вартість будівель, які зносяться, визначають одну з складових допустимої інвестиційної вартісті земельної ділянки під ПД.

7. Вперше для автоматизації процедури вибори раціональної кількості ПД та їх найкращих розташувань в районі створена автоматизована система, що дозволяє в автоматичному і в інтерактивному режимах формувати на екрані монітора комп'ютера схеми покриття районів міста нормованими круговими зонами захисту, обирати для кожної зони типовий проект депо, розмір земельної ділянки, що відводиться під забудову депо, вказувати допустимі розміщення ПД з визначенням часу досягнення найвіддаленішого можливого осередку пожежі та вартості побудови ПД, вибирати раціональне розміщення.

8. Комп'ютерне моделювання практичних задач та результати впровадження дозволяють зробити висновок, про коректність загальної схеми пошуку раціональних характеристик СЗПБ, а також адекватність покладених в основу загальної схеми математичних моделей; встановлено , що відносна помилка обчислень не перевищує 9%.

9. Практична значущість роботи підтверджується впровадженням розроблених методу та автоматизованої системи в інституті “Харківпроект”, які використані при проектуванні ПД по охороні Північної Салтовки Московського району та Олексіївського масиву Дзержинського району м.Харкова. Запропоновані моделі та методи використовуються в навчальному процесі Академії пожежної безпеки України та Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури.

10. Розроблені моделі, методи, алгоритми та програми припускають їх інтеграцію в існуючі програмні комплекси автоматизації управління і проектування та ті, що створюються, і дозволяють скорочувати в десятки разів строки отримання трудомістких варіантів раціональних розмішень пожежних депо, як правило, кращих за ті, що існують.

11. Запропонований підхід визначення мінімальної кількості ПД та їх раціональних місць розташування може бути використаний при обґрунтуванні розмірів інших екстрених служб міста з урахуванням специфіки цих служб.

ПУБЛІКАЦІЇЇ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇЇ

1. Комяк В.М., Коссе А.Г. Определение области допустимого размещения пожарных частей в условиях развивающегося города. // Современные проблемы геометрического моделирования. - Харьков: ХГТУРЭ, ХГПУ, ХИПБ. - 1998. - Т.3. - С. 94-95.

2. Палюх В.Г., Комяк В.М., Коссе А.Г. Об одной задаче проектирования размещения пожарных депо в градостроении. // Проблемы пожарной безопасности. - Харьков: ХИПБ. - 1998. - Вып.3. - С.78-81.

3. Комяк В.М., Коссе А.Г. Пожарные аспекты геометрического моделирования в градостроении. // Прикладная геометрия и инженерная графика. - Мелитополь: ТГАТА. - 1998. - Вып.4. - Т.2. - С.62-64.

4. Комяк В.М., Коссе А.Г. Перспективное планирование размещения пожарных депо в градостроении. // Перспективы совершенствования деятельности органов внутренних дел и государственной противопожарной службы. Тез.докл. межвузовской научн.-практ. конф. - Иркутск: ВСИ МВД РФ. - 1999. - С.10-11.

5. Коссе А.Г. Особенности размещения пожарных депо в градостроении. // Пожежна безпека. Наук.збірник,Черкаси: ЧІПБ ім. Героїв Чорнобиля. - 1999. - Ч.2 - С. 188-189.

6. Комяк В.М., Коссе А.Г. Математическое моделирование размещения пожарных депо на этапе проектирования жилищного строительства. // Вестник Харьковского Государственного автомобильно-дорожного технического университета. - Харьков. - 1999. - Вып.9. - С.60-62.

7. Комяк В.М., Коссе А.Г. Математическое моделирование размещения пожарных депо в градостроении. // Прикладная геометрия и инженерная графика. - Мелитополь: ТГАТА. - 1999. - Т.6. - Вып.4. - С.66-68.

8. Комяк В.М., Коссе А.Г Системный подход в моделировании размещения пожарных депо. // Проблемы пожарной безопасности. - Харьков: АПБУ. - 2000. - Вып.8. - С.74-77.

9. Комяк В.М., Коссе А.Г., Пандорін О.К., Панкратов О.В. Алгоритм оптимізації розміщення пожежних депо при проектуванні нових районів міст (реконструкції існуючих). // Прикладна геометрія та інженерна графіка. - Київ: КНУБА, 2000. - Вип.68. - С.62-64.

Анотація

Коссе А.Г. Метод оптимізації розміщення пожежних депо при проектуванні і оновленні районів міста. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 21.06.02 - “Пожежна безпека”. Харківський державний технічний університет будівництва та архітектури, Харків, 2001.

Побудовано математичну модель основної задачі створення системи забезпечення пожежної безпеки нових районів, яка здійснює нормований пожежний захист. В рамках системного аналізу діяльності та розвитку міста здійснена структуризація об'єкту захисту, декомпозиція основної задачі, яка враховує часові інтервали реалізації планів міста та її функціональні особливості. Розроблено математичні моделі локальних задач. Запропоновано метод розв'язання основної задачі, складовими якого є пошук найменшого нормованого числа пожежних депо (ПД) та їх потужності, найкращого розміщення з точки зору мінімального часу досягнення найвіддаленішої точки району, різної пожежної небезпеки об'єктів, щільності забудови, інвестиційної вартості ділянок під ПД при обмеженості коштів, а також геометричних умов неперетинання.

Ключові слова: система забезпечення пожежної безпеки, пожежне депо (ПД), область припустимих розміщень ПД, структуризація, декомпозиція, оптимізація.

Аннотация

Коссе А.Г. Метод оптимизации размещения пожарных депо при проектировании и обновлении районов города. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 21.06.02 - Пожарная безопасность, Харьковский государственный технический университет строительства и архитектуры, Харьков,2001.

Диссертация посвящена разработке метода обоснования рациональных размеров службы пожарной защиты проектируемых (обновляемых) районов в рамках ограниченных ресурсов, выделяемых городом.

Осуществлен анализ литературных источников по вопросам создания систем обеспечения пожарной безопасности (СОПБ) городов, показана актуальность разработки таких систем и обоснования их характеристик при создании новых районов городов. Сформулирована основная задача проектирования СОПБ создаваемых районов города, обеспечивающих пожаробезопасное проживание граждан

Получил дальнейшее развитие системный подход при создании пожарных служб новых районов городов, позволивший выделить и формализовать ограничения основной задачи проектирования СОПБ районов, осуществить ее постановку, дальнейшую структуризацию объекта защиты и декомпозицию основной задачи для разработки общей схемы ее решения, учитывающей временные интервалы реализации планов города и ее функциональные особенности.

Созданы математические модели задач временных интервалов планирования: долгосрочного, среднесрочного и текущего проектирования пожарной защиты районов городов, исследованы особенности с целью разработки научно-обоснованного метода решения.

Предложен оптимизационный метод обоснования размеров пожарных служб проектируемых районов при фиксированных ресурсах, выделяемых городом, составляющими которого являются:

-определение наименьшего количества пожарных депо, обеспечивающих заданное нормированное пожаробезопасное проживание граждан;

-построение областей допустимых размещений с учетом геометрических ограничений непересечения и с учетом дополнительных ограничений, которые впервые рассмотрены в работе, таких как разная пожарная опасность объектов района, плотность его застройки, разная инвестиционная стоимость земельных участков;

-поиск рациональных мест размещения ПД на множестве точек области допустимых размещений, что обеспечивает минимальное временя достижения боевыми подразделениями самого отдаленного возможного очага пожара с учетом существующей сети дорог района;

Разработана модификация данного метода для случая обновления районов городов.

Разработаны алгоритмическое обеспечение метода и автоматизированная система для определения рациональных размеров пожарных служб. Осуществлена численная реализация прикладных задач рассматриваемой предметной области. Сравнение результатов, полученных при использовании составляющих разработанного метода с результатами проектирования и схемами существующих ПД указывает на его эффективность. Разработанная в работе автоматизированная система позволяет сокращать в десятки раз сроки получения трудоемких вариантов расчета по поиску наилучшего размещения пожарных депо и выбору его проекта, повышать производительность труда и качество результатов проектирования за счет автоматизации и оптимизации процесса проектирования, осуществлять поиск наилучших решений в рамках выделяемых городом ресурсов. Модели, методы, алгоритмы и программы, разработанные соответственно требованиям системного подхода, допускают их интеграцию в существующие и разрабатываемые программные комплексы автоматизации управления и проектирования застройки проектируемых и обновляемых районов городов.

Предложеннный подход определения минимального количества ПД и их рациональных местоположений может быть использована при обосновании размеров других экстренных служб городов с учетом специфики этих служб.

Адекватность критериев и ограничений предлагаемых моделей нормативным документам, соответствие процедурного подхода к решению основной задачи проектирования СОПБ создаваемых районов требованиям пополнимости систем и организации интерактивного проектирования и управления, а также сравнение получаемых результатов с результатами, полученными проектировщиками позволяют сделать вывод, что предложенные в работе модели, методы и алгоритмы по своим количественным характеристикам представляют собой новый и эффективный подход научного обоснования противопожарных требований к планированию и застройке новых районов городов (обновлении существующих). Эффективность разработанного подхода подтверждается также внедрением в институте “Харковпроект” (при проектировании ПД по охране Северной Салтовки Московского района, Алексеевского массива Дзержинского района г.Харькова) и в учебном процессе.

Ключевые слова: система обеспечения пожарной безопасности, пожарное депо (ПД), область допустимых размещений ПД, структуризация, декомпозиция, оптимизация.

Abstract

Kosse A.G. An optimization method for placing fire stations during city district design and redevelopment. - Manuscript.

A dissertation for the degree of candidate of technical sciences in field 21.06.02 - fire safety. Kharkiv State Technical University of Construction and Architecture, Kharkiv, 2001.

A standardized fire protection mathematical model for the main design problem new district fire safety system was developed. Within the system analysis scope of the city activities and development a structurization was applied to the protection object, the main problem was subjected to a decomposition with time intervals of city planning implementation and its functional characteristics taken into consideration. Mathematical models for local problems were developed. The paper suggests a method for solving the main problem. The method consists of the following elements: a search for the minimal number of fire stations and their capacities, a search for their best placement according to the minimal time required to reach the farthest place in the district with different fire hazard and building density, different investment cost of the fire station sites (scarce funds considered), geometric conditions for the non-intersection taken into account.

Key words: fire safety system, fire station, fire station placement feasible area, structurization, decomposition, opitmization.

Размещено на Allbest.ru

...