Специфика проектирования систем оповещения

Бурно развивающиеся электронные технологии оказывают всестороннее влияние на различные сферы человеческой деятельности, в том числе сферу безопасности и предъявляют повышенные требования к специалистам, от которых требуется постоянное повышение своей квалификации, строгое осмысление целевых задач, привлечение все более широкого арсенала средств для их решения. Современному проектировщику необходимо осуществлять постоянную обратную связь с поставщиками и разработчиками. Выбор оборудования должен осуществляться с учетом, как всесторонней интеграции, так и перспектив. Выбор той или иной системы должен быть обоснован и подтвержден расчетами, выполненными на основании актуальных методик.

 

Система оповещения ROXTON 8000

В современном технократическом обществе все большее внимание стало уделяться системам оповещения людей. Системы оповещения широко применяются в различных сферах человеческой деятельности: в сфере обеспечения безопасности зданий и сооружений – системы оповещения о пожаре (СОУЭ), в сфере гражданской обороны – системы оповещения о чрезвычайных ситуациях (ЦСО, ЛСО, ОСО), в сфере энергетики и промышленности – командно-поисковые системы, в промышленности и сфере транспорта – системы связи (СГГС).

Основное назначение системы оповещения – оповещение людей о той или иной угрозе, донесение до них информации, касающейся их личной безопасности, в случае каких-либо экстренных ситуаций: пожаров, техногенных катастроф, террористических угроз. Система оповещения - необходимая составляющая системы безопасности, в которой она является конечным исполнительным элементом, посредником между техническими средствами и человеком. Можно выразиться следующим образом: система оповещения – это конечное устройство в сложном механизме обеспечения безопасности человека. Отсутствие своевременной информации в случае возникновения пожара или чрезвычайных ситуаций может стать причиной больших человеческих жертв, поэтому все принимаемые в последнее время нормативные акты в области безопасности обязательно включают в себя требования по оснащению зданий, сооружений и территорий с массовым пребыванием людей системами оповещения. В последние годы системам оповещения стало уделяться более серьезное внимание. Стимулом к этому послужило бурное развитие российского рынка. Утвердившись в сфере обеспечения противопожарной безопасности зданий и сооружений, системы оповещения стали активно проектироваться и в сфере гражданской обороны, устанавливаться в местах подверженных воздействию природного, стихийного и техногенного характеров.

На сегодняшний день, в рамках реализации программы гражданской обороны населения, строятся системы оповещения на различных уровнях: локальные ЛСО, централизованные ЦСО, федеральные ФСО (Такие системы проектируются на основании Федерального закона №68-ФЗ «О защите населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера»).

 

Рис. 1 - Пример сопряжения локальной системы оповещения, построенной на оборудовании ROXTON с оборудованием централизованного оповещения П-166Ц

В настоящее время эффективно внедряется программа «Безопасный город», в которой система оповещения призвана решать все те же задачи, связанные с информированием людей о той или иной угрозе.

В быстро развивающемся социуме, с постоянно растущей инфраструктурой, одной из наиболее актуальных - является задача интеграции различных систем. Интеграция подразумевает объединение различных систем, как на протокольном – верхнем уровне, требующем применения современных цифровых технологий, так и на контактном – нижнем уровне, требующем базовых надежных решений. При решении любых глобальных задач очень важно правильно выбрать базис – точку опоры с одной стороны, и строительный материал, кирпичики, из которых можно будет строить, с другой. Так, например, для успешного проектирования и построения глобальной межуровневой системы оповещения с координированным централизованным управлением можно обратиться к опыту проектирования и построения систем оповещения и управления эвакуацией СОУЭ. СОУЭ имеют повсеместное применение, но тем не менее, даже в данной области на сегодняшний день области, ощущается нехватка учебных материалов, методических руководств, что и послужило причиной написания данного пособия.

Для обеспечения безопасности людей, находящихся в зданиях и сооружениях используются СОУЭ – системы оповещения и управления эвакуацией людей. СОУЭ, будучи посредником между средствами автоматики и человеком, являются наиважнейшей составляющей системы безопасности зданий и сооружений. Юридическим основанием для применения СОУЭ на нашем рынке являются нормативные документы, разработанные на основании федеральных законов. Основным нормативным документом для проектирования систем оповещения и управления эвакуацией СОУЭ, является свод правил СП 3-13130-2009 разработанный в соответствии со статьей №84, федерального закона от 22 июля 2008 г. № 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности». Фактическое основание применения систем оповещения продиктовано необходимостью защитить людей при той или иной угрозе, своевременно предупредив их об опасности, путем доведения до них информации, касающейся их личной безопасности. В данном нормативном документе (НД) дается такое определение СОУЭ:

СОУЭ – это комплекс организационных мероприятий и технических средств, предназначенный для своевременного сообщения людям информации о возникновении пожара и необходимых путях эвакуации.

 

Рис. 2 - Классификация СОУЭ

Выбор той или иной СОУЭ зависит от многих аспектов: типа защищаемого здания, в котором она используется, его специфики, существующих или проектируемых коммуникаций и, что не маловажно, пожелания заказчика. Проектирование СОУЭ начинается с оценки защищаемого здания, в котором она будет использоваться. При оценке здания определяется нормативный показатель, определяющий тип используемой СОУЭ. Тип СОУЭ должен быть не ниже типа защищаемого здания. Тип защищаемого здания определяется нормативным показателем, зависящим от этажности и количества людей, находящихся в зоне оповещения. Зональное деление, осуществляемое на начальном этапе проектирования, представляется очень важным. С точки зрения обеспечения безопасности – это своевременная и беспрепятственная эвакуация людей; с функциональной точки зрения – это удобство и гибкость управления; с акустической точки зрения – это создание однородного звукового поля обеспечивающего равномерное комфортное восприятие; с точки зрения надежности технических средств (КТС) – это минимизация паразитных обратных связей в системе.

Более подробную информацию с вопросами проектирования СОУЭ можно ознакомиться в статье Основные этапы проектирования СОУЭ.

К СОУЭ предъявляются следующие основные требования:

  • высокая надежность функционирования;
  • минимальное время реакции при поступлении сигнала о пожаре;
  • наличие защиты доступа к органам управления;
  • возможность автоматической работы;
  • наличие системы контроля входных и выходных шлейфов;
  • возможность протоколирования всех событий;
  • жесткие требования к организации резервного питания.

 

Основные принципы построения речевых систем оповещения

По типу оповещения СОУЭ 3-5 типов являются системами речевого оповещения, основу которых составляет звуковой тракт. Он, в свою очередь, является элементом трехэтапной структуры, рис.3:

  • создание;
  • распространение;
  • восприятие.

 

Рис. 3 - Распространение звукового сигнала

Основная задача данной структуры – передать звуковую информацию от источника получателю в максимально неискаженном виде, и с необходимой громкостью. В самом общем виде: “Неискаженность” обеспечивается параметрами звукового тракта, так, например, параметры громкоговорителей являются входными для “электроакустического расчета”, в котором и формируются требования к оптимальной громкости. При проектировании звуковых систем оповещения должна учитываться специфика всех трех составляющих.

 

Создание

На данном этапе основное значение имеет звуковой тракт, включающий три этапа преобразования:

  • звуковой источник, как преобразователь акустической энергии на входе в электрический сигнал на выходе;
  • система звукоусиления;
  • громкоговоритель, как преобразователь электрического сигнала на входе в слышимый акустический сигнал на выходе.

Процесс создания звукового сообщения сопряжен с выбором и оптимальным сопряжением технических средств:

  • сопряжением звукового источника с системой звукоусиления;
  • согласованием системы звукоусиления с нагрузкой.

Важным представляется такое понятие, как “нормирование” звукового тракта – оптимальное и согласованное взаимодействие всех узлов системы, обеспечивающих беспрепятственное прохождение звукового сигнала с входа на выход.

Нормирование звукового тракта – начальный этап и гарант процесса проектирования системы оповещения.

Согласование системы звукоусиления с нагрузкой сопряжено с решением такой важной задачи, как расчет потерь на проводах – задаче, предшествующей электроакустическому расчету. Минимизация потерь на проводах, особенно актуальна в т.н. “распределенных системах”, обеспечивает количество информации – трансляцию сигнала с необходимым уровнем и сохраняет качество – “неискаженность” звукового сигнала.

 

Распространение

В качестве среды распространения звука естественно рассматривать воздушное пространство. Данный этап в полной мере учитывается в акустических расчетах, результаты которых являются основополагающими для выбора технических средств.

 

Восприятие

Восприятие обуславливается общими физиологическими особенностями человека, в общем, и индивидуальными особенностями каждого человека в частности. Учет особенностей восприятия отражается в необходимости осуществлять электроакустический расчет в определенных единицах – т.н. дБА – уровнях звукового давления (в децибелах) скорректированных по шкале “А”. Корректировка по шкале “А” связана с ограничением АЧХ человеческого восприятия, при котором низкие частоты слышатся гораздо хуже, чем высокие. Учет специфики восприятия человека связан с разработкой такой темы, как расчет разборчивости. Перспективной в этом плане является область, называемая “психоакустикой”.

 

Специфика проектирования СОУЭ

СОУЭ – комплекс не только технических средств, но и организационных мероприятий. Организационные мероприятия являются наиболее актуальными для персонала, категории людей - постоянно пребывающих в защищаемом здании.

Таким образом, мы видим, что при проектировании СОУЭ решаются задачи, как в организационном плане, так и в плане технических решений, рис.4.

 

Рис. 4 - Основные этапы проектирования СОУЭ

К элементарным примерам организационных мероприятий относятся планы эвакуации, размещаемые в каждом здании, а также периодические тренинги по экстренной эвакуации. Вопросы проектирования, которые не поддаются однозначному техническому разрешению, следует оговаривать в проектной документации. Грамотно разработанные указания по техническому обслуживанию системы могут способствовать повышению ее надежности и, как следствие, уровню безопасности людей.

Для защиты временно пребывающей категории людей (посетителей), наиболее актуальна система автоматического оповещения о пожаре. Автоматическое оповещение обеспечивается комплексом автоматических технических средств (КТС). КТС СОУЭ, кроме средств речевого (звукового) оповещения включает (световые) средства управления движением людей – динамические указатели направления движения и статические указатели выходов.

Более подробную информацию по техническим средствам КТС СОУЭ можно найти в статье Технические средства СОУЭ.

 

Громкоговорители, как технические средства СОУЭ

Громкоговорители ROXTON

Громкоговорители являются представителями более широкого класса, имеющего название пожарные речевые оповещатели.

Пожарный речевой оповещатель – исполнительное устройство, предназначенное для окончательного формирования и воспроизведения служебной или экстренной информации, характер которой определяется типом СОУЭ.

В зависимости от характера формируемых сигналов оповещатели подразделяются на световые, звуковые, речевые, комбинированные. С ролью речевого оповещателя достаточно эффективно справляются громкоговорители.

К громкоговорителям, как речевым оповещателям, предъявляются общие нормативные требования.

Количество оповещателей звуковых и речевых сигналов (громкоговорителей), их расстановка и мощность должны обеспечить необходимую слышимость во всех местах пребывания людей в помещениях.

Громкоговорители должны подключаться к сети без разъемных устройств, не должны содержать регуляторов громкости, должны обеспечивать уровень звука речевой информации в частотном диапазоне: 02-5кГц, в динамическом диапазоне 85-130дБ. Неравномерность звукового сигнала в заявленном частотном диапазоне на основании [1], [2] не должна превышать 10%.

В системе оповещения о пожаре громкоговоритель является конечным исполнительным элементом, и его параметры оказывают решающее влияние на качество передачи аудиоинформации.

Одной из наиболее важных характеристик современного громкоговорителя является обеспечение высокой эффективности – соотношения громкости, качества и КПД.

В трансляционных системах широко используются трансформаторные громкоговорители, обеспечивающие оптимальное согласование выходов усилителей с протяженной линией и громкоговорителями. Трансформаторное согласование обеспечивает минимальные потери на проводах, отсутствие паразитных обратных связей и мн. др.

Выбор конструкции громкоговорителя обусловлен спецификой его применения – характером объекта, типом помещения, местом установки, способом крепления, классом защиты и т.д.

Варьируя характеристиками и количеством громкоговорителей – углом их наклона, величиной вертикальной и горизонтальной диаграмм направленностей - можно управлять звуковым полем озвучиваемой площадки, адаптироваться к помещениям различной конфигурации (озвучиваемым территориям), минимизировать паразитные обратные связи.

Более подробно о трансформаторных громкоговорителях можно посмотреть в статье Особенности использования громкоговорителей в системах оповещения.

 

Электроакустический расчет

Электроакустический расчет (программное обечпечение)

На начальном этапе проектирования СОУЭ выполняется электроакустический расчет, основной задачей которого является определение параметров громкоговорителей, их количества и схем расстановки. Данный расчет, опирается на требования нормативной документации (НД) и определяется параметрами защищаемого помещения – его геометрическими размерами и уровнем шума, рис.5.

 

Рис. 5 - Основные этапы электроакустического расчета

В процессе элементарного электроакустического расчета определяются уровни звукового давления в расчетных точках (РТ). Данный расчет базируется на трех основных постулатах:

  1. При расчете необходимо учитывать параметры всего звукового тракта, оказывающие влияние на характеристики громкоговорителей, являющиеся, в свою очередь, входными для электроакустического расчета. Элементарный электроакустический расчет осуществляется на базе геометрической лучевой теории – наиболее простой, эффективной и удобной. В основе данной теории заложены физические принципы, разработанные в оптике. Простота данной теории объясняется ее наглядностью. Геометрическая лучевая теория акустического расчета основана на законах геометрической оптики, в которой:
    • звуковую волну сравнивают (отождествляют) со световым лучом;
    • угол отражения звуковой волны равен углу ее падения;
    • падающий и отраженный лучи лежат в одной плоскости, что для акустических волн вполне справедливо, если размеры отражающих поверхностей больше длины волны нижней границы частотного диапазона для 0,2кГц – 1,7м, а размеры неровностей отражающих поверхностей меньше длины волны верхней границы частотного диапазона для 5кГц – 0,068м.
  2. Для простоты расчета предлагается ограничиться не более чем одним отражением звукового сигнала от пола или от стены (это вполне согласуется с понятием первичных отражений в акустике), что позволяет, с одной стороны, существенно упростить расчетную часть, а с другой – получить вполне удовлетворительные результаты для основных типов озвучиваемых помещений (коридоры, фойе, аудитории). Для озвучивания объектов сложной архитектуры – театров, концертных залов и т.п. следует использовать альтернативные методы расчета – программные средства и измерительные приборы.

Отдельный интерес представляют реверберационные процессы, присутствующие в закрытых помещениях. Реверберация имеет два значения — процесс постепенного уменьшения интенсивности звука при его многократных отражениях или время, в течение которого звуковое давление уменьшится на 60дБ.

Хотелось бы обратить внимание на один важный момент, касающийся точности расчетов. Так, например, в ГОСТе по шуму 2005г. [5] предполагаемая точность расчетов составляет 0,1%. В электроакустических расчетах это влечет к необходимости определения уровня шума в защищаемых помещениях с той же самой точностью, что не представляется возможным, так как в качестве параметра шума принимается не конкретное, а среднестатистическое усредненное значение. Не представляется возможным расчет с точностью даже в 1%, так как значения т.н. “пространственного угла” используемого при расчетах даются (в табличном виде) уже с шагом в 3дБ.

В силу вышесказанного, очень важной представляется задача создания актуальных, современных методик.

 

Расчет потерь на проводах

Расчет потерь на проводах (программное обечпечение)

В СОУЭ, как и в любой проводной звукоусилительной системе, усилитель с громкоговорителями соединяется линиями (шлейфами) связи. Как и в любых линиях в них возникают потери, что может заметно снизить уровень и качество передаваемого сигнала, поэтому немаловажной является задача расчета потерь на проводах. СОУЭ, начиная со 2-го типа, разбиваются на зоны. В каждую зону прокладывается как минимум одна линия, нагруженная громкоговорителями. Величина суммарной нагрузки (Вт) в линии определяется результатами электроакустических расчетов, в процессе которых определяются необходимые уровни звукового давления, каждого громкоговорителя.

Расчет потерь на проводах сопряжен с решением двух задач – расчетом потерь по напряжению при условии, что провод уже выбран, и расчетом минимально необходимого сечения кабеля, при условии, что кабель еще предстоит выбрать.

 

Организация бесперебойного питания

Организация бесперебойного питания (программное обечпечение)

Задача организации бесперебойного питания системы оповещения (СО) сопряжена с расчетом времени резервирования технических средств СОУЭ. В режиме тревоги СОУЭ должна функционировать в течение 1 часа или 1,3 времени эвакуации, при условии, что расчет времени эвакуации выполнялся. Достаточно жестким является требование по обеспечению бесперебойного питания в “дежурном режиме”, обеспечить которое бывает не всегда просто, особенно для систем большой мощности. Для обеспечения работы технических средств (КТС) в “дежурном режиме” – в течение 24ч, КТС в отсутствии аварийной ситуации должны обеспечивать минимальное потребление и при этом оперативно (с минимальной задержкой) включаться для экстренного оповещения. При необходимости совмещения в одной системе аварийного (экстренного) оповещения и музыкальной трансляции технические средства необходимо “запитывать” от двух вводов питания – резервируемого и не резервируемого. Следует обращать внимание на то, что любое дополнительное (например, музыкальное) оборудование необходимо подключать только к не резервируемым вводам.

Для резервирования оборудования, имеющего питание 220В, широко используются источники бесперебойного питания ИБП (англ. UPS). По сравнению с АКБ они имеют как минимум два преимущества – простота в обслуживании и безопасность использования. Однако, при работе с ИБП необходимо быть предельно внимательными. На современном рынке присутствует большое разнообразие ИБП. Производители, выдвигая на передний план те или иные преимущества, обычно скрывают недостатки своих брендов, поэтому для применения ИБП в качестве технического средства СОУЭ необходимо использовать только ИБП, прошедшие сертификацию – проверку и тестирование в пожарных органах.

 

Построение систем оповещения

Дадим определение речевой системы оповещения.

Речевая система оповещения – это комплекс технических средств, предназначенный для трансляции людям, находящимся в одной или нескольких опасных зонах речевой информации, направленной на обеспечение их безопасности.

В международных стандартах дается (примерно) такое определение:

“Звуковая система аварийного оповещения должна обеспечивать трансляцию понятной информации, направленной на защиту людей”. (Здесь следует обратить внимание на ключевое слово – “понятной”. К большому сожалению, в существующих нормативах данному требованию не уделяется совершенно никакого внимания.)

Системы оповещения можно разделить по нескольким признакам: по способу передачи информации, проводные и беспроводные. В беспроводных системах передача информации осуществляется по радиоканалам. Наиболее распространенными на сегодняшний день являются проводные системы оповещения, отличающиеся повышенной надежностью и удобством в обслуживании. Информация в таких системах передается по проводам.

Системы оповещения могут в значительной мере отличаться по своим возможностям. Достаточно актуальными на сегодняшний день являются системы распределенного звучания, построенные на базе цифровых технологий. В таких системах основные исполнительные элементы могут выноситься на большие расстояния. Управление такими блоками осуществляется централизованно при помощи процессора, сервера и т.д. Для распределенных систем характерно понятие “координированного управления”. На координационных постах осуществляется контроль, управление, сбор и протоколирование необходимой информации. Высокая функциональность и удобство управления распределенными системами достигается за счет широкого использования процессорных технологий и программного обеспечения. Процессорные и микропроцессорные технологии позволяют гибко подстраиваться под решение, как текущих, так и возникающих (перспективных) задач. На сегодняшний день цифровые системы оповещения используют такие универсальные интерфейсы и протоколы передачи данных, как: RS-232/422/485, TCP/IP, CobraNet, Dante, SIP. Современные цифровые методы преобразования позволяют передавать информацию по оптоволоконным и локальным вычислительным сетям, и, что очень важно, интегрироваться с другими системами.

Достаточно обширная сеть мероприятий на сегодняшний день, проводится в области гражданской обороны населения. Одной из актуальных на сегодняшний день является задача стыковки (сопряжения) систем оповещения о пожаре с сигналами о чрезвычайных ситуациях (ЧС). Информация о ЧС передается по различным, в том числе цифровым, каналам связи (Информация о чрезвычайных ситуациях передается в рамках единой государственной системы предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций, во исполнение федерального закона от 21 декабря 1994 г. № 68-ФЗ О защите населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера"). Объединение данных задач в одном решении накладывает дополнительные требования к параметрам используемой системы оповещения, наиболее важными из которых являются требования “многозонности”, “многоприоритетности” и “многоканальности”.

 

СОУЭ 4, 5 типов

В связи с растущими темпами строительства все более актуальными становятся задачи, связанные с применением СОУЭ 4 и 5 типов. По существующим нормативам в этих типах должна быть реализована связь зоны пожара с пунктом управления или диспетчерским постом. К системе обратной связи предъявляются такие требования, как надежность, обеспечение бесперебойного питания, контроль шлейфов. Система связи должна быть двусторонней, вандалозащищенной и функционировать в экстренных условиях, например, при повышенном шуме. Еще одним важным требованием СОУЭ 4 и 5 типов является возможность организации нескольких вариантов эвакуации из каждой зоны оповещения. В этом случае СОУЭ должна осуществлять т.н. “сложный алгоритм оповещения”. Задача сложного алгоритма выполнить определенный сценарий – последовательность оповещения. Такие задачи на сегодняшний день эффективно решаются не только программными, но и аппаратными средствами, рис.6.

Рис. 6 - Функциональная схема СОУЭ 4 типа

Для СОУЭ 5 – системы с возможностью координированного управления актуально понятие интеграции. Под интеграцией следует понимать возможность эффективного совместного функционирования нескольких различных систем, решающих общую задачу. В более простом смысле интеграция – это оптимальное согласование нескольких систем. На сегодняшний день данная задача наиболее оптимально решается на базе все тех же цифровых технологий. Цифровые системы имеют известный ряд преимуществ: высокое качество звука, возможность передачи информации на большие расстояния, помехоустойчивость, защита и возможность протоколирования информации. В основе каждой из интегрируемых систем должны быть заложены единые унифицированные принципы (например, протоколы), позволяющие нескольким системам понимать друг друга.

Более подробно о принципах и способах построения систем оповещения (СОУЭ) можно прочитать в статье "Основы построения систем оповещения".

 

 

Используемая литература

  1. СНиП 2.08.02-89. Пособие к проектированию СОУЭ в общественных зданиях. Актуализация от 21.05.2015 - СНиП 2.08.02-89 “Общественные здания и сооружения”.
  2. ГОСТ Р 53575-2009 (МЭК 60268-5:2003). Громкоговорители. Методы электроакустических испытаний (Москва Стандартинформ 2011).

 

 

 

 

 

АНОНСЫ

С наступающим Новым 2019 годом!