Безопасная высота

С тех пор, как американский инженер Генри Отис в конце XIX века создал революционное изобретение - автоматический подъемник, преграды к массовому строительству многоэтажных, а позже и высотных зданий были сметены. Несомненное удобство для застройщиков, рациональное использование дефицитных городских площадей, мода – все это сделало небоскребы «визитной карточкой» современных мегаполисов.

Но за все эти преимущества пришлось заплатить серьезную цену. Именно высота часто становилась настоящим убийцей, делая «skyscrapers» безвыходными ловушками при пожарах. «Ад в поднебесье», вначале казавшийся фантастикой, сегодня входит в десятку наиболее регулярно встречающихся катастроф. Вспомним хотя бы события последних лет – Мадрид, Чикаго, Йоханнесбург, Дубаи… Не говоря уже о знаковом для начала тысячелетия событии – трагедии нью-йоркских «близнецов».

Тем не менее, популярность высоток не падает. Ведь, как известно, «кто предупрежден, тот вооружен» - сегодня на защиту людей и сооружений успешно встали новые технологии.

Эволюция гигантов

Начиная с конца прошлого века, эволюция небоскребов не отличалась разнообразием. Начало росту вверх было положено разработкой стальных каркасов. Несущими, т.е. держащими основную тяжесть здания, были внешние стены. Такой подход позволил организовать большие внутренние помещения без внутренних колонн. На заре высотного строительства перекрытия делались из дерева, что облегчало конструкцию, но существенно снижало пожарную безопасность. Неудивительно, что многоэтажных зданий той поры практически не осталось.

Несколько десятков лет спустя, когда открыли железобетон, стремление вверх обрело новое дыхание – появилась новая генерация небоскребов. Они также были каркасными, причем несущие стальные балки были покрыты бетоном. Это позволило увеличить внутренние площади, хотя несущие колонны и стены вернулись в сооружения. Это упрочило конструкцию, но сделало помещения не слишком большими. Зданий этого типа сохранилось довольно много, например – знаменитый «Эмпайр Стейт Билдинг».

Однако «сверхпрочность» новых небоскребов оказалась ненужной – появились новые материалы, благодаря которым достоинства предшественников объединились. И уже со второй половины ХХ столетия тяжелый железобетон был вновь частично сменен очень прочной и достаточно легкой легированной сталью. При этом межэтажные перекрытия в небоскребах 60-70-х гг. оказались значительно легче, чем в зданиях начала и середины XX века, что позволило избавиться от колонн. Это дало возможность существенно увеличить сдаваемые внаем площади, что вызвало активный интерес инвесторов. Наступила эра расцвета небоскребов.

Символом и кульминацией новой эпохи стало возведение по новой технологии башен-близнецов WTC в 1973-м году. И буквально сразу загорелась новая 25-этажная башня в бразильском Сан-Паулу, унеся жизни 250 человек. Сценарий трагедии был несложен: небольшое возгорание, огонь с огромной скоростью распространяется по вертикали, превращая здание в ловушку. Ведь, по большому счету, недостатки небоскребов являются продолжением их достоинств.

Жить и работать на высоте с комфортом можно лишь, когда есть инженерные коммуникации и средства транспортировки до верхних этажей, а значит – технические и лифтовые шахты. Поэтому конструктивно большинство высоток представляют собой трубу сложного сечения – внешняя оболочка и множество сквозных тоннелей сверху донизу. Очевидно, что при возгорании создается тяга, которая может достигать ураганной силы.

Трагедия в Бразилии вызвала активные дискуссии как среди специалистов по безопасности, так и среди проектировщиков и девелоперов. В 1976-м году глава противопожарной службы Нью-Йорка Хэган даже издал книгу, в которой назвал небоскребы последнего поколения «самовозгорающимися». Он первым обратил внимание, что замена железобетона «голыми» стальными балками вместе с удешевлением и новыми архитектурными возможностями несут существенную опасность из-за снижения прочности конструкции при сильном нагреве. К сожалению, труд пожарного на архитектурную общественность большого впечатления не произвел.

Итог известен: ясным сентябрьским днем 2001 г. «близнецы» рухнули, похоронив под руинами архитектурную концепцию 70-х годов. Ведь рядом стоящее высотное здание начала ХХ века хоть и выгорело дотла, осталось стоять и было восстановлено. Выдержал полвека назад прямой удар самолета и уже упоминавшийся «Эмпайр Стейт Билдинг»…

Предупрежденный вооружен

Последствием «Атаки 9/11» стало исчезновение ложного чувства безопасности и технологического могущества. Спешно начали разрабатываться способы сохранения людей и зданий даже в очень серьезных катастрофах – природных и техногенных.

Системный анализ выявил узкие места уже построенных небоскребов. Это низкая огнестойкость строительных конструкций (особенно несущих металлических балок и ферм) и инженерного оборудования. Кроме того, ситуацию усугубляло наличие больших внутренних объемов без противопожарных преград, небольшое количество лестничных клеток и узкие эвакуационные лестницы. Подвесные потолки, большое количество горючих материалов, электрокабелей и т.п. также не способствовали безопасности.

Как уже говорилось, сама конструкция высоток провоцировала быстрое распространение огня и дыма по вертикали и трудность эвакуации и спасательных работ. Раскаленные и ядовитые продукты горения заполняют эвакуационные выходы, лифтовые шахты, лестничные клетки. Скорость этого процесса достигает нескольких десятков метров в минуту. Особенно трудно приходится тем, кто остался на верхних этажах, где разведка пожара, спасение людей и подача воды могут быть весьма затруднены. Кроме того, возможны отказы лифтов и систем противопожарной защиты.

Чтобы решить все эти проблемы, были разработаны достаточно четкие научные рекомендации, которые легли в основу новых строительных нормативов, посвященных высотным зданиям. Необходимо заметить, что каждая страна имеет собственные стандарты, но общие принципы едины для всех.

Это,

• во-первых, использование в основных несущих конструкциях материалов повышенной огнестойкости. Конструктив должен исключить прогрессирующее обрушение при потере прочности отдельных несущих строительных конструкций (в течение времени эвакуации и проведения спасательных работ), в том числе при пожарах, вызванных чрезвычайными ситуациями и террористическими действиями. Важна также огнестойкость и химическая безопасность отделочных материалов. Необходимо создать и специализированные объемно-планировочные решения – зонирование, пожарные отсеки и пр. Например, по московским «высотным» нормам (МГСН 4.19–2005), надземная часть здания должна иметь пожарные отсеки через каждые 50 м (16 этажей).
• Во-вторых, при проектировании следует предусматривать безопасные пути эвакуации, при эффективном дымоудалении. Необходимо иметь и средства индивидуальной защиты и спасения людей. Между прочим, по мнению многих специалистов, даже наличие бытовых респираторов в «близнецах» помогло бы сохранить жизнь десяткам людей. Да и спасательное оборудование тоже сократило бы потери. Кстати, в этой области Россия едва ли не «впереди планеты всей»: у нас разработаны разные типы экстренной эвакуации – от индивидуальных «БАРС» до коллективных, типа ESCAPE.
• В-третьих, и это, пожалуй, самое главное, необходима эффективная система пожаротушения. При этом она должна быть надежной, автономной и достаточно мощной, чтобы если не убить огонь в зародыше, то хотя бы сдержать его до конца эвакуации людей. Для этого простых гидрантов уже недостаточно. Сегодня противопожарные системы – это сложнейшие конгломераты насосного оборудования, трубопроводов, спринклеров и дренчеров, объединенные суперсовременной автоматикой. И именно они служат залогом того, что трагедии, подобные сентябрьской, больше не повторятся.

Как это работает

Как известно, сегодня большинство высоток строится по принципу «smart house» - «умного дома». Это означает полную автоматизацию здания, то есть все происходящее в нем контролируется компьютерной системой.

Как правило, предусматриваются один-два диспетчерских пульта (общий и пожарный), которые и обеспечивают жизнедеятельность небоскреба. А она очень сложна – инженерные сети включают в себя огромное количество оборудования, трубопроводов, электрики и т.д. Стоит учесть, что типовых проектов таких сооружений не бывает – все они уникальны. Поэтому и разработка технических решений, в том числе и для пожаротушения, – дело штучное и требующее недюжинной квалификации инженеров и осознанного подбора всех компонентов по критериям надежности и возможностям встраиваться в общую инженерную архитектуру.

Соответственно, высоки и требования ко всем деталям этой системы. Особое внимание уделяется надежности автоматики. Сегодня спектр инженерного оборудования очень широк. Естественно, что это ведет за собой проблему – как заставить технику различных марок взаимодействовать друг с другом без сбоев. Для этого были разработаны специальные компьютерные протоколы унификации, такие как LON и BАСnet. Следует учесть, что они требуют разработки индивидуального программного обеспечения для взаимодействия техники.

Существуют и «обходные пути»: например, можно использовать промышленную шину (FieldBus) - готовый посредник для цифровых устройств, умеющий преобразовывать разные протоколы. Сегодня наиболее широко применяется шина PROFIBUS (Siemens). Как правило, именно она рекомендуется производителями сложного оборудования для объединения его с системами «умного дома». Естественно, что и в противопожарных мероприятиях ей отводится немаловажная роль – ведь от точности взаимодействия всех элементов таких систем зависит безопасность высотки и ее обитателей.

В связи с активным «небоскребостроением» с недавних пор такие системы широко стали применяться и в России. Законодательницей мод, очевидно, выступает столица – здесь даже принята специальная программа «Новое кольцо Москвы», предусматривающая строительство 60 объектов большой этажности до 2015 года.

Однако наибольшую известность имеет знаменитый городской район «Москва-Сити», венцом которого будет гигантская башня «Россия» (свыше 600 м). В этом заповеднике высоток все здания уникальны, и каждое из них снабжено серьезными системами противопожарной защиты. Все они полностью автоматизированы и, по прогнозам и результатам испытаний, вполне способны защитить здания от любых неприятностей, включая последствия 8-балльных землетрясений, маловероятных в средней полосе.

Вот, к примеру, «старейшая» из местных высоток – «Башня-2000», построенная 10 лет назад. Несмотря на это, системы пожаротушения здесь вполне современны. Помимо разветвленных спринклерных систем, в здании, как и полагается, создана система гидрантов. Интересно, что напор в них в стометровой высотке обеспечивают всего 2 (как и положено, они дублируют друг друга) насоса. Правда, это очень мощные агрегаты GRUNDFOS серии CV, способные обеспечить значительный заданный напор. Они, через шину PROFIBUS, включены в единую компьютерную систему, которая контролируется отдельным диспетчерским пунктом.

Гораздо более сложное решение осуществлено в недавно построенной 128-метровой «Северной башне». Система пожаротушения здания также состоит из спринклерных систем и пожарных кранов. В ней задействовано множество (несколько десятков!) насосов GRUNDFOS различных модификаций, обеспечивающих подачу воды. Все агрегаты, также при помощи промышленных шин связи, сведены в единую сеть и контролируются из диспетчерского центра. Особенностью «Северной башни» является то, что она станет своеобразным противопожарным форпостом района – здесь предусмотрено современное депо. Его безопасность, кстати сказать, обеспечивается общей системой Башни.

Активный рост вверх городской застройки объясняется многими причинами. Это и дефицит свободных площадей, и дороговизна земли, и острая нехватка качественных офисов, и престиж, в конце концов. Но высота, помимо преимуществ, таит в себе серьезную опасность, что подтвердили события последних лет. Единственным способом соблюсти оптимальный баланс между безопасностью и модой является разработка и применение надежных систем защиты от огня. И тогда рост небоскребов будет ограничиваться лишь фантазией архитекторов.

Предоставлено пресс-службой ООО "ГРУНДФОС".