Какие уроки стоит извлечь из трагедии в Гренфелл-тауэр в Лондоне?
72 человека погибли, когда Гренфелл-тауэр (Grenfell Tower), многоэтажный жилой дом, построенный на западе Лондона в 70-х годах, был охвачен пламенем в июне 2017 года. Очаг возгорания находился на четвёртом этаже, но огонь стремительно распространился по облицовке здания и достиг верхних этажей за рекордные 15 минут. В тушении пожара и спасении жильцов были задействованы сотни пожарных и бригад скорой помощи. Прошло уже почти четыре года, но расследование всех обстоятельств трагедии продолжается до сих пор. Мнение экспертов сходится в одном: именно использование горючей изоляции и облицовки способствовало быстрому распространению огня в высотке и большому числу жертв пожара.
Примечательно, что всего за год до трагедии в здании были проведены ремонтные работы по повышению энергоэффективности. В обход норм и рекомендаций для утепления и облицовки использовались горючие материалы: алюминиевые композитные панели и полимерный утеплитель (пенополиизоцианурат и фенольный пенопласт). В ходе расследования эксперты установили, что облицовка здания способствовала быстрому распространению огня, а 100% смертей при пожаре произошли от отравления токсичными продуктами горения. Спустя год после пожара был проведен анализ почвы, который показал серьёзное превышение предельно-допустимой концентрации по токсичным продуктам горения не только на месте происшествия, но и в радиусе одного километра от сгоревшего здания. На данный момент возвести новое здание на этой почве нельзя, поскольку она подлежит обязательной рекультивации.
Формально в Британии действуют достаточно серьезные противопожарные правила: учитывается высота здания, проводятся натурные испытания в пожарной лаборатории, составляются спецификации материалов. Однако, в ходе расследования трагедии в Гренфелл-тауэр были получены шокирующие доказательства того, что производители горючей изоляции фальсифицировали испытательные образцы, добавляя в полимерную изоляцию дополнительные огнезащитные добавки, которые отсутствовали в применённой продукции. Также установлено, что процедура оценки пожарной опасности была проведена таким образом, чтобы позволить горючим изделиям соответствовать предъявляемым требованиям. Таким образом, производитель получил разрешение на продажу горючих материалов для утепления высотных зданий, несмотря на осведомлённость о несоответствии материалов пожарным нормам. В конце 2020 года производители строительных материалов, которые использовались при капитальном ремонте Гренфелл-тауэр, сделали громкое заявление о том, что «исход пожара существенным образом не изменился бы, если бы здание было облицовано другим типом изоляции». Однако, это утверждение противоречит фактам о том, как ведут себя горючие и негорючие изоляционные материалы при воздействии пожара.
По сути, горючая изоляция представляет собой «пожарную нагрузку от горения топлива». Исследование Миланского университета показало, что комбинация полимерного утеплителя и горючей облицовки на здании с аналогичными Гренфелл-тауэр размерами обеспечивает нагрузку, эквивалентную горению примерно 30 000 литров бензина. Более того, дым при горении полимерных материалов содержит токсичные газы. Профессор Дэвид Персер, эксперт по расследованию трагедии Гренфелл-тауэр, описал роль теплоизоляции во время пожара как «основного источника частиц дыма, окиси углерода и цианистого водорода».
Каким мог бы стать исход пожара при использовании негорючего утеплителя? Международный опыт показывает, что, когда в высотных зданиях возникают пожары, при этом на фасадах применялась негорючая изоляция и пожаробезопасная облицовка, последствия гораздо менее разрушительны. Пожары в Мельбурнском небоскрёбе Лакросс и Полат-тауэр в Стамбуле показывают, что негорючая изоляция препятствует распространению огня по фасаду и защищает конструкции здания. В обеих башнях, как и в Гренфелл-тауэр, возгорание произошло внутри помещения, огонь перебросился на фасады и повредил здания снаружи, тем не менее, в отличие от Гренфелл, обошлось без жертв, и обе башни удалось полностью восстановить. А благодаря тому, что негорючий утеплитель не выделяет токсичных продуктов горения при воздействии высоких температур, у людей было больше шансов на спасение.
Англичане сделали все, чтобы извлечь уроки из лондонской трагедии. Было проверено более трехсот зданий с аналогичной облицовкой, более двухсот из них были признаны пожароопасными и подлежащими дорогостоящей замене утеплителя и облицовки на фасаде. А с декабря 2018 года правительство запретило использовать горючие материалы на фасадах новых и подлежащих капремонту жилых зданий высотой более 18 метров, больниц и школ и других социальных объектов вне зависимости от этажности. В настоящее время решается вопрос о полном запрете использования материалов от компаний, поставлявших продукцию для капитального ремонта Гренфелл-тауэр, в государственных проектах, то есть, речь уже идёт о бойкоте недобросовестных производителей.
Стоит отметить, что нарушение требований пожарной безопасности может стоить десятки человеческих жизней, а затраты на устранение последствий пожара могут оказаться в разы больше, чем изначальное применение негорючих теплоизоляционных материалов. Так, например, в октябре 2020 года в Екатеринбурге загорелся фасад строящегося многоквартирного дома, утепленного изоляцией из пенополистирола. Застройщик понес дополнительные расходы на восстановление и повторное утепление стены негорючей теплоизоляцией, которых можно было бы избежать.
Как считает Алексей Воронин, специалист по стандартизации и нормированию компании ROCKWOOL и руководитель технической рабочей группы ассоциации РОСИЗОЛ, проблема, с которой сталкиваются специалисты при выборе теплоизоляции заключается в том, что часто производители намеренно искажают реальные характеристики своей продукции: «Помимо показателей пожарной опасности есть факты занижения теплопроводности некоторых полимерных утеплителей и изделий из ячеистого бетона. Проектировщики, смотря на эти показатели, выбирают утеплитель с лучшей тепловой защитой. В последствии использование теплоизоляции с ложными показателями негативно сказывается как на энергоэффективности здания, так и на способности конструкций противостоять распространению огня. Ведь помимо теплопотерь, несоответствующая заявленным характеристикам продукция кроет в себе опасность: гибель людей от удушья токсичными продуктами горения».
«Данное происшествие подтверждает, что проведение натурных испытаний является наиболее эффективным способом анализа безопасности конструкции. Так, если у подрядчика, заказчика работ, контролирующей организации или частного потребителя есть малейшие сомнения в негорючести материала ассоциация РОСИЗОЛ поможет определить реальные характеристики теплоизоляции. Для этого уже несколько лет в России действует акция «Проверь свой утеплитель». Отправив образцы на бесплатную экспертизу, можно избежать покупки материалов, свойства которых могут не соответствовать действительности», — комментирует Алексей Воронин.
Трагический урок высотки Гренфелл-тауэр показывает, что не стоит пренебрегать правилами пожарной безопасности. Важно, чтобы воздуховоды, кровля, фасады, включая облицовку и изоляцию, состояли из качественных и негорючих теплоизоляционных материалов, например, каменной ваты. Именно они способны обезопасить находящихся в здании людей и предотвратить распространение огня, а также выделение густого токсичного дыма, который опаснее, чем само пламя.
Купол как уникальная конструкция
Лаборатория деревянных конструкций ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко АО «НИЦ «Строительство» совместно с ООО «ЦНИПС ЛДК» разрабатывает проекты большепролетных каркасов покрытия из клееных деревянных конструкций (КДК). По их проектам построено более 10 аквапарков по всей России. Крупнейший из них – аквапарк «Питерлэнд» в парке 300-летия Санкт-Петербурга. Об особенностях проекта «Строительному Еженедельнику» рассказал заведующий лабораторией деревянных конструкций ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко Александр Погорельцев:
– В бассейнах и аквапарках КДК имеют преимущества перед конструкциями из металла или железобетона. Для них хлорирование или озонирование воды создает агрессивную среду, нейтральную для древесины.
В ТРК «Питерлэнд» смонтирован ребристый купол диаметром 90 м и высотой 45 м. Особенности конструкций связаны в основном с его габаритами. В плане меридиональные ребра купола опираются с шагом 14,5 м на нижнее железобетонное кольцо и на стальное верхнее кольцо диаметром 5 м. Основные ребра длиной около 60 м выполнены в виде серповидных сборных ферм и сами по себе являются уникальными в части принятых конструктивных решений, изготовления, сборки и монтажа. На эти ребра с шагом 6 м опираются девять криволинейных кольцевых элементов, из которых два – верхний и нижний – являются опорами для 60 промежуточных меридиональных ребер. Нижний кольцевой элемент выполнен в виде горизонтальной фермы, воспринимающей реакции опор от промежуточных ребер и нагрузки от кольцевой технологической площадки. Остальные кольца являются распорками между меридиональными ребрами для обеспечения их устойчивости.
В конструкции купола реализованы основные принципы «системы ЦНИИСК», все основные узлы и стыки поясов серповидных ребер выполнены на наклонно вклеенных стержнях и V-образных анкерах. Это уникальная система узловых соединений, основанная на вклеивании в древесину арматурных стержней периодического профиля. Россия обладает приоритетом в области подобных узловых соединений деревянных конструкций.
Все жесткие стыки ребер и соединения закладных деталей со стержнями, вклеенными на заводе и на монтаже, выполнены ручной сваркой. Экспериментальные исследования, проведенные в ЦНИИСК с целью оценки влияния сварки на соединения, показали, что существующий «психологический» барьер при сварке деревянных конструкций успешно преодолевается. При соблюдении нескольких рекомендаций сварка практически не сказывается на несущей способности соединений.
Меридиональные ребра состоят из четырех отправочных блоков полной заводской готовности, соединяемых на монтаже жесткими стыками на сварке. Все блоки по торцам снабжены выпусками V-образных анкеров и закладными деталями.
Проблемы допусков по длине для меридиональных ребер решены с помощью зазоров около 40 мм между торцами поясов, заполняемых полимербетоном после сварки V-образных анкеров и стальных полос. Этим достигается плотный контакт по площадкам сжатия.
Треугольная решетка меридиональных ребер включает горизонтальные и вертикальные элементы. Горизонтальные соединены с поясами на цилиндрических нагелях и шпильках, а вертикальные – с усилием растяжения до 40 т – путем сварки выпусков вклеенных стержней и закладных деталей на раскосах.
Сборка и монтаж меридиональных ребер производились в три этапа: сначала на жестком горизонтальном стенде производилась предварительная сборка блоков в проектных габаритах, затем окончательная сборка в вертикальном стальном стенде с последующей установкой блоков в проектное положение.
Из-за кризиса 2008 года после монтажа каркаса купола строительство было приостановлено – и возобновлено только в 2011 году. В результате влажность древесины, не защищенной от атмосферных осадков, значительно превысила величину равновесной влажности, соответствующей условиям эксплуатации. Быстрое завершение строительства и ввод в эксплуатацию могли привести к неравномерной усушке древесины и, как следствие, к появлению значительных трещин и расслоений. Разработанные в ЦНИИСК рекомендации по обеспечению температурно-влажностного режима при завершении строительства позволили избежать этих проблем.
Цифровые технологии – спорту
Олимпиада в Сочи и Чемпионат мира по футболу – 2018 задали новые требования к проектированию и строительству спортивных сооружений в России. О том, как создать современный спортивный объект мирового класса и уложиться в жесткий дедлайн, рассказывает руководитель отдела ОВиКВ компании «Метрополис» Сергей Брюзгин.
Проектирование спортивных сооружений – задача сложная и ответственная. Объекты такого рода сочетают в себе яркую, запоминающуюся архитектуру и комплекс сложнейших инженерных систем. Именно поэтому проектировщики постоянно находятся в поиске новых эффективных решений для работы с такими проектами.
В основе – технологии
Одними из наиболее успешных разработок, активно используемых проектировщиками, являются BIM-технологии. Их применение при проектировании современных сложных объектов, к числу которых относятся и спортивные сооружения, является одним из ключевых условий успешных инвестиций заказчика, ведь технология BIM-проектирования позволяет существенно сэкономить время и средства, необходимые для реализации проекта.
Эта технология дает возможность повысить качество проектирования и на раннем этапе представить полную картину того, как будет выглядеть и функционировать объект. При необходимости заказчик может своевременно внести корректировки в проект на той стадии, когда изменения не влекут за собой больших затрат. Это отличная возможность для всех участников проекта получить практически идеальный продукт, обладающий внешней привлекательностью, комфортом и безопасностью среды и, что самое главное, инвестиционной привлекательностью.
Сейчас все проекты нашей компании разрабатываются с применением этой технологии. Например, Центр художественной гимнастики имени Ирины Винер-Усмановой еще в 2016 году получил первое место на конкурсе BIM-технологий, организованном Минстроем РФ.
Другая многообещающая разработка – достаточно молодая в строительной сфере технология математического моделирования (CFD-моделирование). До ее появления то или иное техническое решение можно было обосновать либо опираясь на накопленный опыт (чаще всего используя решения, принятые ранее для подобных объектов), либо при помощи натурных испытаний (создание макета, испытательного стенда и т.п.). Первый вариант – рискованный (аналогичный объект может достаточно сильно отличаться по своим характеристикам от проектируемого, что может дать свою погрешность и привести к неработоспособности решения). Второй – затратный как по деньгам, так и по времени, не говоря о том, что далеко не все макеты можно физически реализовать. Технология CFD дает возможность за пару дней, а иногда и за несколько часов решить нестандартный узел, внести в него требуемые корректировки и добиться эффективности и работоспособности решения.
Мы применяли CFD-моделирование при проектировании таких объектов, как Центр художественной гимнастики в Москве, многофункциональный плавательный центр «Лужники», крытый каток Москомспорта, а также при проектировании жилых зданий.
До того, как мы освоили эту технологию, нам казалось, что ее применение будет востребовано только на уникальных объектах, однако практика показала, что использование CFD-моделей полезно для объектов любого уровня сложности. С его помощью можно решать такие задачи, как распределение температур в сложных трехмерных многослойных конструкциях, расчет параметров микроклимата помещений, воздухораспределение, расчет потерь давления в нестандартных сетевых элементах и т. д.
Данная технология дает специалисту возможность на раннем этапе проектирования отследить вероятные недочеты потенциальных инженерных решений, а иногда и понять, что предлагаемое решение слишком затратно (как энергетически, так и финансово) или вовсе нежизнеспособно. Например, для проверки условий, создаваемых для зрителей и спортсменов, наша компания выполняла оценку проектных решений систем вентиляции и кондиционирования главной арены Центра художественной гимнастики в Москве при помощи CFD-моделирования. Для достижения оптимального результата нам пришлось провести 8 итераций расчетов, в результате чего системы вентиляции и кондиционирования были значительно переработаны. Это еще раз подтверждает: CFD-моделирование и проектирование при помощи BIM-технологий позволяет на раннем этапе выявить проблемы и оптимизировать проектные решения. А заказчик, в свою очередь, получает наглядное, интуитивно понятное обоснование принимаемых решений. Вот несколько примеров выполненных расчетов:
В гармонии со стройкой
Посмотрим, как применение этих технологий реально отражается на строительном процессе. В качестве примера возьмем Центр художественной гимнастики. Для проектируемого объекта выполнялись следующие стадии проекта:
- концептуальные решения (стадия «К»);
- стадия «Проектная документация» (стадия «П»);
- стадия «Рабочая документация» (стадия «Р»);
- авторский надзор.
Проект стадии «К» стартовал в конце мая 2016 года и длился примерно 2 месяца. Последующая стадия «П» длилась примерно 3,5 месяца. Стадия «Р» длилась примерно 2 года, при этом строительные работы на объекте велись с запаздыванием от проекта всего на 2–3 месяца, иногда этот разрыв становился еще меньше, так что можно сказать, что проект стадии «Р», строительство и авторский надзор шли практически параллельно.
Основные сложности при проектировании как раз и связаны с малым разрывом в сроках между разработкой проектного решения и выдачей его для реализации на стройплощадку. У инженеров и архитекторов остается очень немного времени на принятие и согласование решений, и ошибки при таких малых сроках недопустимы. Именно использование BIM-технологий и, в частности, CFD-моделирования позволяет проектировщикам достаточно комфортно чувствовать себя в процессе взаимодействия со всеми заинтересованными сторонами. При этом есть, конечно, одно обязательно условие, с чем нам повезло: в арсенале всех участников проекта были современные технологии и подходы к проектированию, что позволило выполнить поставленную задачу в требуемый срок.
