tendencje rozwojowe w zwalczaniu pożarów - zespół …konfstaz4.pdf · · 2017-06-04tendencje...

Referaty konferencji

Tendencje Rozwojowe w Zwalczaniu Pożarów

Kraków, 30–31 maja 2017

Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie

Szkoła Aspirantów PSP w Krakowie

Techmo sp. z o.o

2

Każda praca została zaakceptowana przez dwóch Recenzentów

Redaktor Mariusz Ziółko

© Wydawnictwa AGH, Kraków 2017

ISBN 978-83-7464-931-5

Druk: Mazowieckie Centrum Poligrafii

05-270 Marki, ul. Słoneczna 3C

www.c-p.com.pl

3

SPIS TREŚCI

Cecilia Hammar Wijkmark: VIRTUAL SIMULATION AND SERIOUS GAMING

FOR TRAINING – WHY IS IT USABLE? .................................................................... 5

Wiesław Barnat, Krzysztof Kosiuczenko, Daniel Nycz: MODELOWANIE

WYTRZYMAŁOŚCI RAMY POJAZDU SPECJALNEGO ……………….................. 7

Radosław Ciepielewski, Paweł Dybcio, Malwina Trzaska, Wiesław Barnat:

ZASTOSOWANIE SPRZĘŻENIA ALE-FSI DO MODELOWANIA OBCIĄŻEŃ RAMY

POŚREDNIEJ ZBIORNIKA WODNEGO ZABUDOWANEGO NA POJEŹDZIE

STRAŻACKIM ………………………………………………………………………... 13

Jarosław Koszela, Łukasz Matuszelański, Tadeusz Nowicki, Roman Wantoch-

Rekowski: SYMULACYJNA METODA BADANIA ROZMIESZCZENIA SPRZĘTU

W POJEŹDZIE RATOWNICZO-GAŚNICZYM ……………………………………... 21

Jarosław Koszela, Tadeusz Nowicki, Andrzej Walczak: ZAGADNIENIE

OPTYMALIZACJI ROZMIESZCZENIA SPRZĘTU W POJEŹDZIE RATOWNICZO-

GAŚNICZYM ………………………………………………………………………..... 27

Krzysztof Kowal, Bartosz Ziółko, Tomasz Pędzimąż, Szymon Pałka: ROLA

DŹWIĘKU W TECHNOLOGII WIRTUALNEJ RZECZYWISTOŚCI DO CELÓW

SZKOLENIOWYCH STRAŻY POŻARNEJ ………………………………………… 33

Artur Luzar: ZATRUCIA GAZAMI POŻAROWYMI W ŚWIETLE PROWADZENIA

MEDYCZNYCH DZIAŁAŃ RATOWNICZYCH …………………………………… 37

Tadeusz Nowicki: OPTYMALIZACJA WIELOKRYTERIALNA ROZMIESZCZENIA

SPRZĘTU W POJEŹDZIE RATOWNICZO-GAŚNICZYM ………………………… 43

Paweł Strojny, Agnieszka Strojny, Weronika Kałwak, Anna Bańbura: (NIE) PATRZ

MI NA RĘCE: WPŁYW OBECNOŚCI ŚWIADKÓW NA REALIZACJĘ ZADAŃ

RATOWNICZYCH …………………………………………………………………… 49

Magdalena Wierzańska, Piotr Żelasko, Tomasz Jadczyk, Bartosz Ziółko:

KONCEPCJA ZASTOSOWANIA SYMULATORA SZKOLENIOWEGO

WIRTUALNEJ RZECZYWISTOŚCI DO ROZWOJU I EWALUACJI KOMPETENCJI

RATOWNICZYCH .............................................................................………………… 57

Robert Wolański, Jan Giełżecki, Beata Brzychczyk: BADANIE UBRAŃ

SPECJALNYCH PRZY UŻYCIU MANEKINA RALPH ………………………......... 65

Robert Wolański, Jan Giełżecki, Ryszard Mania, Konstanty Marszałek:

INNOWACYJNE TECHNOLOGIE PODWYŻSZAJĄCE ODPORNOŚĆ OCHRON

OSOBISTYCH NA PROMIENIOWANIE CIEPLNE ………………………………... 71

Paweł Wolny, Norbert Tuśnio: BADANIA I ROZWÓJ GAŚNICZYCH SYSTEMÓW

HYBRYDOWYCH …………………………………………………………………… 77

5 Development Trends in Firefighting

Kraków, 30–31 May 2017

VIRTUAL SIMULATION AND SERIOUS GAMING FOR TRAINING –

WHY IS IT USABLE?

Cecilia Hammar Wijkmark

Invited Speaker

ABSTRACT

To become and keep on being a good fire fighter or incident commander you need to go through

extensive and continuous training. While live immersive training, including smoke, heat, heavy gear

and a lot of sweat is necessary to understand, learn and become ready for the real thing, it is

generally resource demanding to set up. Modern technologies, like virtual simulation and serious

games does not contradict traditional training. The question is, for what kind of training, what

situations or specific learning scenario is virtual simulation and game technology beneficial? What

is the real value?

The Swedish Civil Contingencies Agency (MSB) is responsible for fire fighter training in

Sweden. To understand the training values of virtual simulation and gaming a study was initiated

(2014-2017). In the study we examined questions like: Which technologies are used by

practitioners? How are the technologies used and for what kinds of training? What benefits are

experienced, what success factors and what problems were experienced during introduction? 32

interviews were conducted including educators, instructors, developers and researchers in nine

countries.

MSB has used visualization tools several years in the training of incident commanders to create

more immersive scenarios, even though most training has been conducted live on a training ground.

Based on the results of the study the goal for MSB is to implement virtual simulation in more study

programs and also to enable training in virtual scenarios during distance parts of the study

programs.

Cecilia Hammar Wijkmark has a M.Sc in Computer Science and has worked for the Swedish

Civil Contingencies Agency (MSB) since 2004, in the Emergency Management Development

Department, Training Coordination Section and Exercise Section. 2009-2015 she was the head of

the Technical Support Services Section at the MSB College Sando, including the training ground,

equipment and exercise technology. During all these years she has lead several projects within

simulation and serious games for training and since 2015 this is her main focus of work.

7 Tendencje Rozwojowe w Zwalczaniu Pożarów


MODELOWANIE WYTRZYMAŁOŚCI RAMY POJAZDU

SPECJALNEGO

Wiesław Barnat

1, Krzysztof Kosiuczenko

2, Daniel B. Nycz

3,4

1, 2

Wojskowa Akademia Techniczna w Warszawie,

ul. Kaliskiego 2, 00-908 Warszawa 3Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa im. Jana Grodka w Sanoku,

ul. Mickiewicza 21, 38-500 Sanok 4DES ART Sp. z o.o., Gdynia, filia Sanok,

ul. Lipińskiego 113, 38-500 Sanok, [email protected], [email protected],

3, [email protected]

STRESZCZENIE

Pojazdy specjalne są przeznaczone do użytkowania w ciężkich warunkach eksploatacji. Jednym

z trudniejszych zagadnień w pracach nad powstawaniem nowej konstrukcji takich pojazdów jest odpowiednie

zaprojektowanie ramy. Ze względu na postępującą normalizację i unifikację produktów, ramy do wozów

strażackich są pozyskiwane w sposób komercyjny. Na świecie występuje kilku wysoce wyspecjalizowanych

producentów, którzy produkują gotowe podzespoły. Tym niemniej, istnieje cały szereg problemów

konstrukcyjnych, na które można natrafić podczas projektowania pojazdów. Problemy te wydają się

niemożliwe do rozwiązania bez wykorzystania zaawansowanych metod obliczeniowych, np. metody

elementów skończonych.

WSTĘP

Zakres działalności formacji pożarniczych zwiększa się z każdym rokiem. Do niedawna strażacy

zajmowali się głównie ochroną przeciwpożarową oraz zwalczaniem skutków klęsk żywiołowych.

Ostatnimi czasy, jednostki pożarnicze biorą także czynny udział w usuwaniu skutków zdarzeń

drogowych. Poszerzenie zakresu działań wiąże się z koniecznością wyposażania pojazdów

pożarniczych w dodatkowe wyposażenie. Dlatego bardzo ważnym zagadnieniem staje się

ergonomiczne rozmieszczenie sprzętu specjalnego.

Postęp technologiczny, szczególnie w dostępności metod obliczeniowych sprawił, że coraz

łatwiejszym staje się proces konstruowania pojazdów specjalnych.

Zastosowanie metod numerycznych, szczególnie metody elementów skończonych, sprawia, że

w porównaniu z metodami analitycznymi, czas projektowania nowych konstrukcji ulega

radykalnemu skróceniu. Bardzo istotne jest przy tym właściwe podejście do modelowania,

a w szczególności do oceny otrzymanych wyników.

Niniejsza publikacja ma na celu przedstawienie procesu realizacji wstępnych analiz

numerycznych ramy pomocniczej pojazdu specjalnego.

MODEL NUMERYCZNY

Model pojazdu specjalnego składał się z ramy głównej (IVECO) oraz ramy pomocniczej. Na ramie

pomocniczej umieszczany i zamontowany jest osprzęt dodatkowy. Na Rys. 1 przedstawiono model

fizyczny ramy głównej pojazdu oraz ramy pomocniczej wraz ze zbiornikami na wodę i środek

pianotwórczy.

8

Rysunek 1. Geometria modelu fizycznego analizowanego pojazdu

specjalnego

Model numeryczny ramy głównej pojazdu Iveco wykonano na podstawie dostępnej geometrii

3D pojazdu (Rys. 1). Dodatkowo, podczas tworzenia modelu MES wykorzystano dane dostępne

w karcie informacyjnej podwozia IVECO Eurocargo ML 150 E 25/28 WS [1]. W celu uzyskania

zgodnej z literaturą odpowiedzi układu na zadane obciążenia, w pierwszym etapie tak określono

masę podwozia IVECO, by wynosiła 6 175 kg (masa podwozia w stanie gotowości do jazdy [1])

i wprowadzono obciążenie grawitacyjne, równe 9 810 mm/s2. Dla osi przedniej uzyskano sumę

reakcji pionowych (względem osi Z globalnego układu współrzędnych) równą 40 119,8 N, co

odpowiada masie 4 089,7 kg. Wartość ta jest większa o 44,7 kg od wartości podanej w [1] (różnica

1,1%). Dla osi tylnej uzyskano sumę reakcji równą 20 462,8 N, co odpowiada masie 2 085,9 kg.

Wartość ta jest mniejsza o 44,1 kg od wartości podanej w [1] (różnica 2,1%).

Rysunek 2. Model numeryczny ze zbiornikami na wodę i środek

pianotwórczy (pasy transportowe – kolor niebieski) z wyszczególnieniem

sposobu odzwierciedlenia poduszek stalowo-gumowych

9

Uwzględniając specyfikę pracy konstrukcji, na podstawie dostępnej geometrii, zamodelowano

zbiornik na wodę oraz zbiornik środka pianotwórczego. Rozkład masy obydwu zbiorników

dostosowano tak, aby środki masy pokrywały się ze środkami masy podanymi przez wykonawcę

zabudowy. Pasy transportowe, zamodelowano za pomocą elementów idealnie sztywnych typu

RBE2 – sztywne więzy kinematyczne (Rys. 2).

Oś przednią i tylną ramy pojazdu IVECO, zamodelowano za pomocą elementów belkowych

(osie kół) oraz elementów idealnie sztywnych RBE2 (połączenia osi kół z podłużnicami) (Rys. 2).

Połączenia śrubowe zamodelowano za pomocą elementów belkowych z przypisanymi we

właściwościach geometrycznych kołowymi przekrojami poprzecznymi, o średnicach równych

średnicom śrub.

Kontakt pomiędzy elementami konstrukcji oraz zbiornikami i konstrukcją ramy pomocniczej,

zapewniono poprzez zastosowanie elementów kontaktowych typu GAP. We właściwościach tych

elementów zadeklarowano, aby sztywność na ściskanie KA wyliczana była automatycznie przez

moduł obliczeniowy. Sztywność na rozciąganie zdefiniowano jako zerową KB=0.

Sprzęg przyczepy o masie 80 kg, pompę Godiva P2A2010 z elementami rurarzu o masie 300 kg

oraz szkielet z profili aluminiowych wraz z zabudową i wyposażeniem o masie 2 140 kg,

odwzorowano za pomocą mas skupionych zlokalizowanych w środkach ciężkości, które połączono

z konstrukcją za pomocą elementów RBE3 (elementy dystrybuujące obciążenia, Rys. 3).

Przednią część ramy obciążono dodatkowo masą równą 935 kg (odpowiadającą m.in. belce

świetlnej, wciągarce, wyposażeniu załogi, aparatom powietrznym w kabinie, masie załogi) poprzez

dodatkowe elementy skończone.

Brakującą do 15 000 kg (dopuszczalna masa całkowita DMC [1], uwzględniająca m.in. paliwo,

stopnie przednie i tylne) masę rozłożono w konstrukcji ramy pojazdu IVECO.

Poduszki stalowo-gumowe, firmy MEGI Konen (element pośredni pomiędzy szkieletem

z profili aluminiowych i ramą pomocniczą) zamodelowano za pomocą elementów sprężystych

CBUSH i elementów RBE3 (Rys. 3). We właściwościach elementu CBUSH zdefiniowano

sztywność wzdłużną (w kierunku Z globalnego układu współrzędnych) 733,33 Nmm oraz

sztywność poprzeczną (w płaszczyźnie XY globalnego układu współrzędnych) 1 708,33 Nmm (dane

na podstawie karty katalogowej poduszki stalowo-gumowej firmy MEGI Konen – sztywność

średnia).

We właściwościach geometrycznych elementów powłokowych, które modelują elementy

konstrukcyjne ramy IVECO oraz ramy pomocniczej, zdefiniowano odpowiednie grubości

komponentów modelu.

Rysunek 3. Masy skupione i elementy RBE3 oraz dodatkowe obciążanie

przedniej części ramy

10

We właściwościach materiałowych komponentów modelu wykonanych ze stali zdefiniowano

moduł Younga E=210 GPa oraz współczynnik Poissona =0,3 (model liniowo-sprężysty).

Dodatkowym elementom skończonym obciążającym masowo model (Rys. 3), zdefiniowano moduł

Younga E=2,1 GPa (aby nie wpływały na sztywność konstrukcji) oraz współczynnik Poissona

=0,3. Zbiorniki wykonane z laminatów (przyjęto winyloestrowo-szklane), opisano za pomocą

modelu izotropowego liniowo-sprężystego o module Younga E=23,4 GPa i współczynniku

Poissona =0,153 (pominięto własności ortotropowe laminatu ponieważ zbiorniki nie są obiektem

analizy).

Model numeryczny wykonano w środowisku Altair HyperMesh v13 [2]. Obliczenia

przeprowadzono w programie Altair OptiStruct v13 [2], wykorzystując algorytm quasi-liniowo

statyczny (ze względu na użycie elementów kontaktowych).

OBCIĄŻENIE MODELU

Obciążenie modelu pojazdu specjalnego opracowano na podstawie dostępnej literatury [3]–[5].

Rozpatrzono 9 przypadków obliczeniowych:

1. nadzwyczajne obciążenie grawitacyjne (LC01) – obciążenie modelu przyspieszeniem

9 810 mm/s2 w kierunku Z globalnego układu współrzędnych z mnożnikiem -1,3 (Rys. 4),

2. przyspieszenie (LC02) - obciążenie modelu przyspieszeniem 9 810 mm/s2 w kierunku X

globalnego układu współrzędnych z mnożnikiem -0,3 oraz przyspieszeniem 9 810 mm/s2

w kierunku Z globalnego układu współrzędnych z mnożnikiem -1,0 (Rys. 4),

3. hamowanie (LC03) - obciążenie modelu przyspieszeniem 9 810 mm/s2 w kierunku X globalnego

układu współrzędnych z mnożnikiem 0,7 oraz przyspieszeniem 9 810 mm/s2 w kierunku Z

globalnego układu współrzędnych z mnożnikiem -1,0 (Rys. 4),

4. skręcanie w prawo (LC04) - obciążenie modelu przyspieszeniem 9 810 mm/s2 w kierunku Y

globalnego układu współrzędnych z mnożnikiem 0,5 oraz przyspieszeniem 9 810 mm/s2


5. skręcanie w prawo (LC05) - obciążenie modelu przyspieszeniem 9 810 mm/s2 w kierunku Y

globalnego układu współrzędnych z mnożnikiem -0,5 oraz przyspieszeniem 9 810 mm/s2


6. skręcenie przekroju poprzecznego konstrukcji w osi przedniej w stosunku do przekroju

poprzecznego osi tylnej o kąt -2° (LC06) - obciążenie modelu przyspieszeniem 9 810 mm/s2

w kierunku Z globalnego układu współrzędnych z mnożnikiem -1,0 oraz wymuszenie

przemieszczenia równego 74,3 mm w kierunku Z globalnego układu współrzędnych w przednim

prawym kole (Rys. 4),

7. skręcenie przekroju poprzecznego konstrukcji w osi przedniej w stosunku do przekroju

poprzecznego osi tylnej o kąt 2° (LC07) - obciążenie modelu przyspieszeniem 9 810 mm/s2


przemieszczenia równego 74,3 mm w kierunku Z globalnego układu współrzędnych w przednim

lewym kole (Rys. 4),

8. skręcenie przekroju poprzecznego konstrukcji w osi tylnej w stosunku do przekroju

poprzecznego osi przedniej o kąt -2° (LC08) - obciążenie modelu przyspieszeniem 9 810 mm/s2


przemieszczenia równego 74,3 mm w kierunku Z globalnego układu współrzędnych w tylnym

prawym kole (Rys. 4),

9. skręcenie przekroju poprzecznego konstrukcji w osi tylnej w stosunku do przekroju

poprzecznego osi przedniej o kąt 2° (LC09) - obciążenie modelu przyspieszeniem 9 810 mm/s2


przemieszczenia równego 74,3 mm w kierunku Z globalnego układu współrzędnych w tylnym

lewym kole (Rys. 4).

11

Rysunek 4. Obciążenia modelu

WYNIKI ANALIZ NUMERYCZNYCH

Rama pomocnicza wykonana jest ze stali konstrukcyjnej S235 o minimalnej granicy plastyczności

Re=235 MPa. Rama podstawy zbiornika środka pianotwórczego wykonana jest ze stali nierdzewnej

0H18N9 o minimalnej granicy plastyczności Re=230 MPa.

Jako kryterium nośności przyjęto nie przekroczenie poziomu naprężeń dopuszczalnych

dop=175 MPa (współczynnik bezpieczeństwa 1.3).

Na Rys. (5) i (6) przedstawiono mapę naprężeń zredukowanych według hipotezy Hubera-

Misesa-Hencky’ego (HMH), odpowiadającą wartościom maksymalnym z wszystkich przypadków

obliczeniowych (funkcja envelope).

Rysunek 5. Mapa zbiorcza maksymalnych naprężeń zredukowanych według

hipotezy HMH (wszystkie przypadki obliczeniowe); widok izometryczny

z góry; rama IVECO półprzezroczysta

12

Rysunek 6. Mapa zbiorcza maksymalnych naprężeń zredukowanych według

hipotezy HMH (wszystkie przypadki obliczeniowe); widok izometryczny

z góry

Na Rys. (5) i (6) widoczne są obszary, w których wartość naprężeń zredukowanych HMH

przekracza 175 MPa. Przekroczenia występują we wspornikach poduszek stalowo-gumowych,

węzłówkach ramy zbiornika środka pianotwórczego i węzłach łączących prowadnicę i belki

poprzeczne. W kolejnych etapach pracy, miejsca przekroczeń naprężeń zredukowanych powyżej

wartości dopuszczalnej poddane zostaną modyfikacjom konstrukcyjnym.

ZAKOŃCZENIE

W artykule przedstawiono wyniki ze wstępnych analiz numerycznych wozu pożarniczego.

Głównym problemem w modelowaniu pojazdu specjalnego był dobór właściwości materiałowych

elementów konstrukcyjnych, w tym zwłaszcza elementów sprężysto-tłumiących oraz modelowanie

połączeń pomiędzy głównymi elementami osprzętu, a ramą pomocniczą i ramą pojazdu. Uzyskane

wyniki świadczą o prawidłowo zaprojektowanej ramie pomocniczej do przewozu i montażu

osprzętu dodatkowego. Opracowane na podstawie literatury przypadki obciążenia modelu,

obejmują zestaw tzw. obciążeń reprezentatywnych. W kolejnych etapach prac planuje się

przeprowadzenie symulacji numerycznych uderzenia pojazdu w przeszkodę. Dodatkowo planuje się

przeprowadzenie sprawdzenia wpływu napełnienia zbiornika na stateczność ruchu pojazdu

specjalnego.

PODZIĘKOWANIE

Artykuł sfinansowany w ramach projektu NCBIR nr DOB-BIO7/07/02/2015 pt.: Budowa pojazdów

pożarniczych z zachowaniem ergonomii użytkowania

LITERATURA

[1] Eurocargo IVECO ML 150 E 25/28 WS;

http://ibb.iveco.com/Commercial%20Sheets/Poland%2FEUROCARGO%20MY2008%20Euro%20VI%20wersje%20

K%20i%204x4%2fML150E_25_28_WS_E6.pdf, z dnia 20.03.2017.

[2] Altair HyperWorks, http://www.altairhyperworks.com, z dnia 15.04.2017.

[3] E. Rusiński, J. Czmochowski, T. Smolnicki: Zaawansowana metoda elementów skończonych w konstrukcjach

nośnych, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2000.

[4] E.Rusiński: Zasady projektowania konstrukcji nośnych pojazdów samochodowych, Oficyna Wydawnicza Politechniki

Wrocławskiej, Wrocław 2002.

[5] Monografia pod redakcją W. Barnata: Wybrane zagadnienia projektowania i badania wytrzymałości kołowej

platformy wysokiej mobilności, ISBN 978-83-946259-0-0, Warszawa 2016.



ZASTOSOWANIE SPRZĘŻENIA ALE-FSI DO MODELOWANIA

OBCIĄŻEŃ RAMY POŚREDNIEJ ZBIORNIKA WODNEGO

ZABUDOWANEGO NA POJEŹDZIE STRAŻACKIM

Radosław Ciepielewski

1, Paweł Dybcio

2, Malwina Trzaska

3, Wiesław Barnat

4

Wojskowa Akademia Techniczna, Wydział Mechaniczny,

Katedra Mechaniki i Informatyki Stosowanej

ul. gen. S. Kaliskiego 2, 00-908 Warszawa, [email protected], [email protected]

[email protected], [email protected]

STRESZCZENIE

Celem pracy było opracowanie sposobu modelowania oraz określania sił działających na mocowanie

zbiornika do ramy pośredniej pojazdu strażackiego, które powstają w wyniku przepływu wody wywołanego

hamowaniem. W tym celu zastosowano metodę elementów skończonych i sprzężenie pomiędzy elementami

opisanymi równaniami Lagrange’a i/lub Eulera. Sprzężenia tego typu stosowane są między innymi do analiz

numerycznych przelewania się wody w zbiorniku. Stopień wypełnienia zbiornika ma wpływ na stabilność

pojazdu, ryzyko przewrócenia pojazdu ze zbiornikiem wypełnionym do połowy wzrasta nawet

dziesięciokrotnie. W pracy omówiono sposób modelowania wody oraz powietrza jako materiałów, określono

ich wpływ na obciążenie ramy pośredniej zbiornika wody zabudowanego na pojeździe. Przyjęty sposób

modelowania pozwolił wyznaczyć siły reakcji w punktach mocujących, a także odpowiedź wody

na wymuszenie.

WSTĘP

W pracy przedstawiono sposób modelowania przelewania się wody w zbiorniku częściowo

wypełnionym zamontowanym do ramy pośredniej nowopowstającego pojazdu strażackiego, który

ma spełniać zasady ergonomii i bezpieczeństwa pracy strażaków. Opracowywany pojazd ma

zamontowany zbiornik wykonany w całości z kompozytu szklanego. Przedstawiona praca jest

etapem wstępnym do analiz numerycznych przewrócenia pojazdu.

Pojazdy strażackie zgodnie z zaleceniami [9] powinny poruszać się całkowicie opróżnione bądź

maksymalnie wypełnione. Jednak prowadzone ze strażakami rozmowy wykazały, że w praktyce

pojazdy często przemieszczają się częściowo wypełnione. Wysoko umiejscowiony środek ciężkości

pojazdu oraz przelewający się pod wpływem obciążeń płyn mogą doprowadzić do utraty stabilności

wozu, a ryzyko przewrócenia wzrasta dziesięciokrotnie w stosunku do samochodów osobowych [7],

[8], [9].

Jednym z istotnych obszarów badawczych dotyczących stabilności pojazdów jest określenie

zależności oddziaływania płynu na strukturę zbiornika, w szczególności gdy zbiornik wypełniony

jest częściowo, a ryzyko wystąpienia chlupotania wzrasta [7]. Amplituda fali powstałej w wyniku

chlustania płynu zależy od amplitudy i częstotliwości ruchu zbiornika, stopnia jego wypełnienia,

właściwości płynu i geometrii zbiornika. W częściowo wypełnionym zbiorniku w wyniku obciążeń

dynamicznych może dojść do nieregularnego przepływu wody. Kiedy częstotliwość ruchu zbiornika

będzie zbliżona do wartości częstotliwości własnych oddziaływania płynu i struktury, narastające

falowanie płynu może wywołać lokalne obciążenie dużą siłą na ściany i pokrywę zbiornika, które

pod wpływem obciążeń krytycznych mogą ulec zniszczeniu. W przypadku zbiorników

zamontowanych do pojazdów, amplitudy płynu i struktury mogą rezonować, a tym samym wpływać

14

na stabilność pojazdu. Aby minimalizować efekt chlupotania wody w zbiorniku podczas procesu

projektowania rozważane są różne kształty, materiały i ich zachowanie. Najczęstszym stosowanym

sposobem minimalizacji przepływu jest stosowanie wewnętrznych przegród [7], [8].

Ruch płynu w zbiorniku opisywany jest równaniami Naviera-Stokesa lub Eulera, w zależności

od właściwości rozważanego płynu. Przepływ może być rozważany jako newtonowski lub

nienewtonowski. Do analiz numerycznych zjawiska stosowane są różne metody obliczeniowe.

Wśród prac poświęconych zagadnieniu można znaleźć prace wykonane przy użyciu metody

elementów skończonych (MES) i sformułowania ALE (Arbitrary Lagrangian–Eulerian), SPH

(Smooth Particle Hydrodynamics) czy metody elementów brzegowych (MEB) i sformułowaniu

objętości płynów (VOF-Volume of Fluid) [7]-[9].

METODA OBLICZENIOWA

W pracach [7] i [8] autorzy zebrali i omówili metody stosowane do obliczeń przepływu płynu.

Metoda Elementów Skończonych jest najczęściej stosowanym narzędziem, a algorytmem

obliczeniowym jest metoda sprzężona ALE (Arbitraty Lagrangian-Eulerian).

W celu określenia sił działających na mocowanie zbiornika i strukturę zbiornika

przeprowadzono analizy numeryczne przy wykorzystaniu algorytmów obliczeniowych metody

sprzężonej ALE. Metoda ta łączy zalety stosowania opisu Lagrange’a, w którym cząstki materiału

powiązane są z węzłami siatki, a opis ruchu oraz określenie brzegów swobodnych i kontaktujących

się z innymi elementami nie ma możliwości zrealizowania dużych deformacji ciała. W ujęciu

Eulera siatka elementów jest stała, a czynnikiem przemieszczającym się jest materiał. Podejście to

umożliwia realizację dużych deformacji. Sformułowanie ALE łączy oba podejścia, tzn. węzły siatki

elementów skończonych mogą się przemieszczać, tak jak ma to miejsce w ujęciu Lagrange’a,

pozostać stałe w przestrzeni (ujęcie Eulera) bądź zostać nieznacznie przesunięte, co pozwala na

uzyskanie większej deformacji.

W podejściu ALE zarówno węzły siatki jak i położenie materii nie jest brane pod uwagę jako

przestrzeń odniesienia. Jest nią tak zwana przestrzeń referencyjna Rχ związana z wybranym

układem odniesienia [3],[4]. Rysunek 1 przedstawia domenę referencyjną wraz z odpowiednimi

funkcjami mapującymi domenę referencyjną do domeny siatki Φ lub domeny materiałowej φ.

Rysunek 1. Domena referencyjna [3]

Domena Rχ może być odwzorowana do domeny materiałowej lub domeny siatki za pomocą

funkcji Ψ i Φ, skąd wynika, że ruch cząstki można opisać jako

. (1)

Przemieszczenie materii jest wówczas opisane równaniem

15

, (2)

gdzie X jest układem współrzędnych materialnych, a (X, t) — funkcją służącą do opisu

przemieszczenia się ciała z konfiguracji początkowej do konfiguracji aktualnej bądź przestrzennej.

Przestrzeń związana z układem odniesienia nazywana jest przestrzenią ALE. Wartości

początkowe określające umiejscowienie cząstek oznacza się przez

, (3)

w którym jest układem współrzędnych ALE. Przestrzeń referencyjna stosowana do budowy

konfiguracji początkowej siatki pozostaje zgodna z siatką, więc może być traktowana jako

przestrzeń obliczeniowa.

Ruch węzła siatki opisany jest wtedy zależnością

. (4)

Odwzorowywanie przestrzeni odgrywa istotną rolę w procedurze ALE w odniesieniu do siatki,

ponieważ punkty są mapowane do punktów x w układzie przestrzennym dzięki funkcji (4) [4].

Procedura ALE składa się z dwóch kroków: kroku odwzorowującego i kroku adwekcyjnego.

Pierwszy krok jest identyczny jak w metodzie Lagrange’a. Krok adwekcyjny zawiera w sobie

szereg podprocedur: wybór węzłów do przemieszczenia, a następnie przemieszczenie węzłów

skrajnych oraz wewnątrz domeny, obliczenie zmiennych odniesionych do elementów oraz

obliczenie nowych wartości pędu. W podejściu teoretycznym, procedura ALE zawiera w sobie jako

podzbiór formuły eulerowskie pozwalające na określenie parametrów dla więcej niż jednego

materiału w pojedynczym elemencie [5]. Stosowane w systemach obliczeniowych schematy

adwekcji różnią się złożonością i czasochłonnością obliczeń. W systemie LS-DYNA dostępne są

między innymi algorytmy: dawcy komórek (schemat 1 rzędu) oraz Van-Leer’a (schemat 2 rzędu).

Schematy te różnią się dokładnością. Obecnie stosowane algorytmy adwekcyjne są skomplikowane

i czasochłonne, jednakże pozwalają na wyeliminowanie błędów, jakie pojawiały się w pierwszych

algorytmach I rzędu dokładności (fałszywe oscylacje w otrzymanych wynikach, brak stabilności,

ograniczenie zakresu parametrów, itp.) [4], [5].

Każda wielkość zmienna musi zostać przeniesiona między elementami. Są to m.in.: prędkość,

gęstość, energia wewnętrzna, sześć składowych tensora naprężenia i odkształceń plastycznych oraz

wzmocnienie kinematyczne [4]. Jednak prędkość musi być „przenoszona” oddzielnie, gdyż jest

odnoszona do węzłów, a nie do elementów [5]. Dla każdego elementu muszą być spełnione

równania zachowania masy, pędu i energii.

MULTI MATERIAL ARBITRARY LAGRANGE-EULERIAN

Przelewający się w zbiorniku płyn został opisany przy użyciu kodów obliczeniowych Multi

Material Arbitrary Lagrangian-Eulerian (MM-ALE), które służą do wyznaczenia sił pomiędzy

cząstkami płynów. W tym celu koniecznie jest stworzenie dwóch oddzielnych siatek elementów

skończonych dla płynów (wody i powietrza), które mają wspólne węzły na powierzchni styku.

Elementom tym przypisuje się cechy materiału oraz odpowiednie sformułowanie. W analizach

przepływu płynu w programie LS-Dyna v971 stosowane są dwa sformułowania: ELFORM 11, dla

mieszających się dwóch płynów, lub ELFORM 12, gdy drugi płyn opisywany jest jako próżnia.

WODA

W systemie obliczeniowym LS-Dyna v971 do kompletnego opisu wody służy model materiałowy

MAT_NULL wraz z równaniem stanu Mie-Gruneisena. Model materiałowy wprowadza do modelu

lepkość i naprężenia ścinające w płynie, a równanie stanu pozwala na wyliczenie naprężenia

dewiatorowego oraz części pochodzącej od ciśnienia. Wówczas równanie wiążące składowe tensora

naprężenia z ciśnieniem i szybkością odkształcenia ma postać:

(5)

16

gdzie: – tensor naprężeń Cauchy’ego,

μ – lepkość kinematyczna,

– dewiator szybkości odkształcenia,

– tensor tożsamości.

W Tabeli 1 przedstawiono parametry materiałowe opisujące wodę, które należy wprowadzić do

karty materiałowej MAT_NULL. W tabeli zastosowano następujące oznaczenia: ρ – gęstość, pc –

ciśnienie utraty spójności, μ – lepkość kinematyczna.

Tabela 1 Parametry materiałowe wody

Parametr Wartość

ρ [kg/m3] 998

pc [Pa] -10

μ [Pa s] 0,0008684

Do opisu wody stosowane jest równanie stanu Mie-Gruneisena, które w postaci ogólnej można

zapisać jako

(6)

gdzie pierwsza część równania odpowiada za oddziaływania między atomami w temperaturze 0ºK,

a druga część za ruch cząstek.

Koniecznie do opisu zachowania materiału stałe c0, S1, S2 i S3 wyznaczane są z równania (7)

i oznaczają kolejno:

c0 – prędkość dźwięku w objętości materiału,

S1, S2, S3 – współczynniki korekcyjne zależności prędkości fali sprężystej ( ) od prędkości cząstki

( ), opisanej krzywą .

(7)

W Tabeli 2 przedstawiono parametry i ich wartości zastosowane do opisu równania stanu Mie-

Gruneisena, które wprowadzono w karcie EOS_ GRUNEISEN.

Tabela 2 Współczynniki równania stanu Mie-Gruneisena dla wody

Parametr Wartość

c0 [m/s] 1647

S1 1,921

S2 -0,096

S3 0

GAMMA0 0,35

A 0

eipv 2895000

Vr0 1

POWIETRZE

W zależności od rozpatrywanego problemu powietrze można modelować jako płyn lub próżnię [6].

Każde ze sformułowań pozwala na modelownie powietrza w różnych zastosowaniach, w zależności

od tego czy ma ono istotny wpływ na modelowane procesy.

W analizowanym zjawisku powietrze nie odgrywa znaczącej roli, dlatego też do jego

modelownia zastosowano model materiałowy MAT_VACUUM [6]. Materiał ten jest powiązany

z każdym węzłem siatki, do którego przypisano materiał. Pozwala on wyznaczyć przemieszczenie

oraz deformację materiału pod wpływem obciążenia.

17

MODEL ZBIORNIKA CZĘŚCIOWO WYPEŁNIONEGO

Model numeryczny został wykonany przy użyciu programu HyperMesh, a obliczenia

przeprowadzono przy użyciu programu LS-Dyna v.971. Przepływ wody i jej oddziaływanie na

strukturę zbiornika zostało wykonane przy użyciu MES i algorytmu obliczeniowego ALE. Część

strukturalną zbiornika stanowił zbiornik wraz z przegrodami i wzmocnieniami (Rysunek 1a) oraz

rama pośrednia z określonymi punktami mocującymi (Rys. 1b), a część przepływową powietrze i

woda znajdujące się w zbiorniku oraz powietrze otaczające zbiornik (Rysunek 1c). a) b)

c)

Rysunek 1. Analizowany model numeryczny a) zbiornika b) ramy pośredniej z zamontowanym zbiornikiem

i punktami mocującymi c) płynów (zielony-woda, niebieski-powietrze)

Zbiornik wykonany jest całkowicie z kompozytu szklanego. Przegrody przeciwdziałające

przemieszczeniu całej masy wody pod wpływem obciążenia dynamicznego także są wykonane

z kompozytu, a woda może przedostawać się jedynie przez wycięcia w dolnej ich części.

Prezentowany zbiornik jest strukturą, w której zbiornik pianotwórczy i wodny są rozdzielone,

a nietypowa konstrukcja wynika z uzyskania optymalnego rozkładu masy na podwoziu (Rys. 2).

Rysunek 2. Geometria modelu fizycznego analizowanego pojazdu strażackiego

Powierzchnie tworzące zbiornik zostały podzielone elementami powłokowymi o sformułowaniu

Belytschenko-Tsay, natomiast wodę i powietrze podzielono na siatkę elementów bryłowych ze

sformułowaniem ELFORM12.

przód

tył

18

Wymuszenie było realizowane funkcją BODY_LOAD, która generuje siły dzięki zadanemu

przyspieszeniu lub prędkości kątowej [10]. Model zbiornika wraz z płynami został obciążony

przyspieszeniem ziemskim g oraz krzywą opóźnienia (Rys. 3). Opóźnienie zostało zdefiniowane

w wartościach przyspieszenia grawitacyjnego na podstawie przeglądu literatury [11].

Rysunek 3. Krzywa przyspieszenia w funkcji czasu

WYNIKI

Badania numeryczne zostały przeprowadzone w celu określenia sił działających na punkty

mocujące zbiornik do ramy pośredniej pojazdu strażackiego (Rys. 1b). W analizowanym przypadku

zbiornik był wypełniony do połowy jego wysokości. Przeprowadzone symulacje hamowania

wykazały, że przelewający się płyn wpływa na wielkość sił w punktach mocujących. Rys. (4) i (5)

przedstawia siły reakcji pojawiające się w punktach mocowania odpowiednio w kierunku osi X oraz

Z. Narastające opóźnienie powoduje wzrost siły w punktach mocujących z przodu, a odciążenie

tylnej części zbiornika (Rys. 5). W przypadku ruchu wody po wysokości zbiornika (Rys. 4), także

widoczna jest ta zależność. W wyniku przemieszczania płynu przód jest odciążany, a siła reakcji

maleje, zgodnie w krzywą obciążenia.

Rysunek 4. Siły reakcji w kierunku osi X pojazdu w funkcji czasu

19

Rysunek 5. Siły reakcji w kierunku osi Z pojazdu w funkcji czasu

Zależność pomiędzy siłami w punktach mocujących i krzywą opóźnienia widać na Rys. 6.

Kolorem czerwonym zaznaczona jest woda, a niebieskim powietrze. Rys. 5a przedstawia stan

początkowy, Rys. (6b)-(6d) przedstawiają przelewanie się wody w wyniku oddziaływań

dynamicznych, które w chwili czasu 1767 ms osiągają wartość maksymalną. Do chwili 3743 ms

zadane obciążenie zmniejsza swoją wartość do 0,8 g. Woda w zbiorniku do tego czasu

przemieszcza się w stronę przodu zbiornika (Rys. (6e)-(6h)). Po przekroczeniu tego czasu, kiedy

wartość przyspieszenia spada do zera, kierunek przepływu zmienia się (Rys. (6i)-(6k)) i woda

zaczyna proces stabilizacji (Rys. 6l).

a) b)

c) d)

e) f)

g) h)

20

i) j)

k) l)

Rysunek 6. przelewanie się wody w zbiorniku częściowo wypełnionym a) 0 ms, b) 393 ms, c) 848 ms, d)1333

ms, e) 1767 ms, f) 2009 ms, g)3343 ms, h) 3743 ms i) 4050 ms, j) 4959 ms, k) 5262 ms l) 6575 ms

PODSUMOWANIE

Zastosowanie metody elementów skończonych z algorytmem obliczeniowym ALE pozwala

wyznaczyć siły reakcji w punktach mocujących zbiornik do ramy pomocniczej pojazdu

strażackiego. W wyniku oddziaływania dynamicznego znajdująca się woda w zbiorniku zaczyna się

przelewać zgodnie z kierunkiem działania obciążenia. Powstające w ten sposób siły oddziałują na

strukturę zbiornika i punkty mocujące.

FINANSOWANIE

Praca powstała w ramach projektu Nr DOB-BIO7/07/02/2015 finansowanego przez Narodowe

Centrum Badań i Rozwoju

LITERATURA

[1] D. Liu, P. Lin, Three-dimensional liquid sloshing in a tank with baffles, Ocean Engineering, 36,2006, 202-21.

[2] D. Varas, R. Z.-P. Numerical modelling of partially filled aircraft fuel tanks submitted to Hydrodynamic Ram.

Aerospace Science and Technology, 1, 2012, 19-28.

[3] J. Donea, A. Huerta,J-Ph. Ponthot, A. Rodríguez-Ferran, Arbitrary Lagrangian–Eulerian Methods. Encyclopedia of

Computational Mechanics, 2004

[4] J. Małachowski, Modelowania i badania interakcji ciało stałe-gaz przy oddziaływaniu impulsu ciśnienia na elementy

konstrukcji rurociągu. Warszawa: BEL Studio, 2010

[5] J. Małachowski, J. i Łazowski , J. Wybrane przykłady modelowania zagadnienia sprzężenia w środowisku ALE.

Modelowanie Inżynierskie, 33, 2007, 107-112..

[6] L. Olovsson, M. Souli, I. Do, LS-DYNA –ALE Capabilities (Arbitrary Lagrangian-Eulerian) Fluid-Structure Interaction

Modelling, Livermore Software Technology Corporation, 2003

[7] S. Aliabadi, A. Johnson, J. Abedi, Comparison of finite element and pendulum models for simulation of sloshing,

Computer& Fluids, 32, 2003, 535-545.

[8] S. Rebouillat, D. Liksonov Fluid–structure interaction in partially filled liquid containers: A comparative review of

numerical approaches. Computers & Fluids, 5, 2010, 739-746

[9] Z. Surala, praca zbiorowa, Szkolenie kierowców-konserwatorów sprzętu ratownicznego OSP. Wydawnictwo Centrum

Naukowo-Badawczego Ochrony Przeciwpożarowej im. Józefa Tuliszkowskiego, Józefów k/Otwocka, 2009.

[10] LS Dyna Theory Manual

[11] http://www.tis-gdv.de/tis_e/ls/ls_im_strassenverkehr/kapitel1.html



SYMULACYJNA METODA BADANIA ROZMIESZCZENIA SPRZĘTU

W POJEŹDZIE RATOWNICZO-GAŚNICZYM

Jarosław Koszela

1, Łukasz Matuszelański

2, Tadeusz Nowicki

3,

Roman Wantoch-Rekowski4

Wojskowa Akademia Techniczna im. J. Dąbrowskiego

ul. gen. S. Kaliskiego 2, 00-908 Warszawa [email protected], [email protected],

[email protected],[email protected]

STRESZCZENIE

W pracy przedstawiono konstrukcję i wdrożenie symulatora rzeczywistości wirtualnej do badania ergonomii

działań strażaków podczas zdejmowania sprzętu z pojazdu ratowniczo-gaśniczego. Strażacy muszą zdjąć

i przemieścić sprzęt gaśniczy w krótkim czasie, powodując duży wysiłek i obciążenie dla organizmu.

Wirtualna symulacja pozwala oszacować obciążenia fizyczne, jakie znoszą strażacy w różnych typach działań

ratowniczo-gaśniczych. Pokazano podstawowe moduły symulatora i ich właściwości. Zilustrowano również

wybrane sekwencje widoków eksperymentów symulacyjnych.

WPROWADZENIE

Ergonomia powinna być wzięta pod uwagę w wielu przypadkach projektowania obiektów

technicznych. Jest to związane z różnego rodzaju problemami. Często problemy te związane są

z umieszczeniem pewnych elementów w dostępnej przestrzeni [1], [2], inne z harmonogramem

zadań wykonywanych [3]-[6], a jeszcze innych z ergonomią [1], [7]. W przypadku problemu

z rozmieszczeniem sprzętu w pojazdach ratowniczych i gaśniczych poszukuje się sposobu

rozmieszczenia sprzętu ratowniczego i gaśniczego tak, aby stworzyć personelowi pojazdu jak

najlepsze warunki pracy z punktu widzenia ergonomii. Należy podkreślić, że chodzi tu o działania

realizowane w stosunkowo krótkim czasie przez tę samą grupę osób. Skutki złego rozmieszczenia

sprzętu w pojeździe wpływają na stan organizmu strażaków. Stąd kryteria oceny rozmieszczenia

sprzętu zależeć będą głównie od ergonomii działań w operacjach ratowniczo-gaśniczych.

Problem empirycznego (symulacyjnego) badania warunków działań człowieka w konkretnych

warunkach środowiska pracy materialnej nie jest łatwy do rozwiązania w krótkim czasie. Trzeba

skonstruować szereg wyspecjalizowanych eksperymentów dotyczących różnych instalacji sprzętu

ratowniczego i gaśniczego dla różnych typów działań ratowniczo-gaśniczych. Z punktu widzenia

ergonomii działań strażaków rozważa się wiele problemów m.in.: jak urządzenie ma być ustawione,

w którym module, w jakiej odległości powinny być urządzenia względem siebie, gdzie w pojeździe

są dostępne oraz czy powinny być umieszczone głęboko lub płytko w modułowej konstrukcji

pojazdu. Niektóre z tych problemów zostały już rozstrzygnięte przez firmę projektującą pojazdy.

W niniejszej pracy zaproponowano metodę rozwiązania problemu rozmieszczenia sprzętu na

samochodzie straży pożarnej przy użyciu eksperymentów symulacyjnych w środowisku symulatora

wirtualnej rzeczywistości ErgoTruck VBS3.

SCHEMAT BUDOWY SYMULATORA ERGO-TRUCK

Oprogramowanie wchodzące w skład symulatora zostało w całości napisane z wykorzystaniem

języka skryptowego SQF charakterystycznego dla programowalnego środowiska symulacji

22

wirtualnej VBS3. Główne moduły, z jakich składa się to oprogramowanie, z zaznaczeniem

zależności między nimi zostały uwidocznione na rysunku poniżej.

Rysunek 1. Moduły wchodzące w skład symulatora ErgoTruck

MODUŁ KONFIGURACJI PARAMETRÓW SYMULACYJNYCH

Moduł konfiguracji parametrów symulacyjnych realizuje szereg funkcji bezpośrednio związanych

z ustawieniami startowymi symulacji przed jej rozpoczęciem. Część z tym ustawień modyfikowana

jest bezpośrednio w środowisku symulacyjnym VBS3 z poziomu zaimplementowanego w tym celu

autorskiego graficznego interfejsu użytkownika. Interfejs ten oparty jest o mechanizm HUD

z odpowiednio zdefiniowanymi kontrolkami. Wartości ustawień kontrolek typu lista wyboru

liczności załogi, rodzaju zdarzenia, mapa 2D, znacznik pozycji pojazdu, znacznik miejsca

zdarzenia, przyciski ustawienia azymutu pojazdu, odległości miejsca zdarzenia od pojazdu i inne

dostępne z poziomu interfejsu są zapisywane w odpowiednio zadeklarowanych strukturach danych

pliku nagłówkowego. Poza graficznym interfejsem użytkownika w skład modułu konfiguracji

parametrów symulacyjnych wchodzi jeszcze moduł integracji danych wejściowych. Moduł ten

dokonuje importu danych z plików zewnętrznych takich jak plik tekstowy oraz Packed Bohemia

Object.

MODUŁ SYMULACJI ROZMIESZCZANIA SPRZĘTU W POJEŹDZIE

RATOWNICZO-GAŚNICZYM

Moduł symulacyjny odpowiada za przebieg poszczególnych eksperymentów symulacyjnych. Składa

się z modułów: rozmieszczenia, współbieżnego przenoszenia oraz analitycznego. Moduł

rozmieszczenia korzysta z danych dostarczanych przez moduł konfiguracji parametrów

symulacyjnych, przede wszystkim ze struktur danych zasilonych informacjami z plików tekstowych

zawierających sposoby rozmieszczenia sprzętu ratowniczo-gaśniczego. Każdy sprzęt ratowniczo-

gaśniczy identyfikowany jest przez nazwę klasy modelu P3D i posiada odpowiednią wizualizację

w środowisku symulacyjnym VBS3. Modele przykładowych obiektów sprzętu ratowniczo-

gaśniczego zostały uwidocznione na poniższym rysunku.

23

Rysunek 2. Modele obiektów przykładowych sprzętów ratowniczo-gaśniczych

Każdy model sprzętu opisany jest odpowiednim zbiorem atrybutów związanych z jego

wymiarami oraz wagą. W modelu wykorzystywanego w symulatorze wozu bojowego

zidentyfikowanych jest 6 głównych przestrzeni bagażowych. Modele poglądowe oraz modele VBS3

wozu bojowego z uwidocznieniem przestrzeni bagażowych służących do załadunku sprzętu

ratowniczo-gaśniczego zostały pokazane na rysunku poniżej.

Rysunek 3. Modele poglądowe oraz VBS3 wozu bojowego

z uwidocznieniem przestrzeni bagażowych służących do załadunku sprzętu

ratowniczo-gaśniczego

24

Rozmieszczenie sprzętu ratowniczo-gaśniczego, będące wynikiem działania modułu

rozmieszczenia, jest wykorzystywane w innych modułach wchodzących w skład symulatora. Moduł

współbieżnego przenoszenia sprzętu korzysta z danych dostarczanych przez moduł konfiguracji

parametrów symulacyjnych. W ramach tego modułu zostały zaimplementowane w języku

skryptowym SQF odpowiednie mechanizmy programowania współbieżnego umożliwiające

wykonanie symulacji przenoszenia sprzętu ratowniczo-gaśniczego z przestrzeni bagażowej na

miejsce jego składowania przez określoną liczbę strażaków. Harmonogram przenoszenia jest ściśle

zależny od informacji pozyskanych przez moduł integracji danych wejściowych. Moduł analityczny

korzysta z wyników modułu rozmieszczenia oraz modułu współbieżnego przenoszenia i wylicza na

ich podstawie pewne charakterystyki eksperymentów symulacyjnych.

REALIZACJA EKSPERYMENTU SYMULACYJNEGO W SYMULATORZE

Poniżej przedstawiono kolejne zrzuty ekranu ze sposobu przeprowadzenia eksperymentu

symulacyjnego w skonstruowanym symulatorze. Strażacy mają obowiązek rozpakowywania sprzętu

z pojazdu straży pożarnej w określone miejsce oraz ustaloną odległość od wozu bojowego PSP.

Sprzęt znajduje się po obu stronach wozu bojowego w specjalnych wnękach.

W symulatorze realizowana jest wirtualna akcja strażaków zdejmujących sprzęt i przenoszących

go w ustalone miejsce. Podczas pracy mierzy się pionowe i poziome odległości przemieszczania

sprzętu. Rys. 6 ilustruje okno konfiguracji parametrów symulacji, lokalizację strażaków w kabinie

pojazdu oraz przykładowe sposoby rozmieszczania sprzętu we wnękach pojazdu.

Rysunek 4. Rozmieszczenie załogi i sprzętu gaśniczego

Na Rys. 5 widać, jak strażacy zaczynają usuwać sprzęt z pojazdu. W symulatorze wszystkie

ruchy strażaków są modelowane tak, aby były najbliższe ich naturalnym działaniom. Widać tu

również, jak strażacy biorą pojedyncze urządzenia i przenoszą je do ustalonych miejsc. Może być

25

kilka różnych miejsc dla lokalizacji sprzętu. Podczas działań strażaków mierzy się drogi

przemieszczania poziomego i pionowego elementów wyposażenia. Dodatkowo, mierzone są czasy

przemieszczania elementów wyposażenia pojazdu.

Rysunek 5. Symulacja procesu rozmieszczenia sprzętu gaśniczego

Rysunek 6. Zawartość pliku z wynikami symulacji

Końcowy raport z eksperymentów symulacyjnych obejmuje:

• nazwę elementu wyposażenia,

• kod elementu wyposażenia,

• liczba strażaków przenoszących element wyposażenia,

• długość drogi przemieszczenia elementu wyposażenia do docelowej lokalizacji,

26

• moment, w którym rozpoczyna się przemieszczanie elementu,

• moment zakończenia przemieszczania elementu,

• oraz wiele innych charakterystyk.

Forma końcowego raportu z wynikami symulacji jest pokazana na Rys. 6.

WNIOSKI KOŃCOWE

W pracy przedstawiono projekt i realizację wirtualnego symulatora do ergonomicznego badania

wyników działań strażaków polegających na przygotowaniu niezbędnego wyposażenia oraz jego

przemieszczenia do docelowego miejsca ich lokalizacji w działaniach ratowniczo-gaśniczych.

Dąży się do tego, aby wybrać taki wariant rozmieszczenia sprzętu na wozie bojowym PSP,

w którym strażacy poddawani byliby jak najmniejszym obciążeniom układu kostno-szkieletowego

oraz mięśniowego.

Strażacy muszą w krótkim czasie rozmieścić sprzęt gaśniczy w taki sposób, aby spowodować

jak najmniejsze obciążenia fizyczne organizmu. To właśnie wirtualna symulacja pozwala mierzyć,

bez udziału strażaków, ich obciążenia w trakcie wykonywania różnego typu działań ratowniczo-

gaśniczych. Przedstawiono i omówiono podstawowe moduły symulatora wirtualnej rzeczywistości

ErgoTruck. Pokazane ekrany interfejsu symulatora pozwalają zaprezentować główne możliwości

skonstruowanego oprogramowania i prowadzonych eksperymentów symulacyjnych. Liczne, nawet

najbardziej złożone charakterystyki potrzebne do wyznaczenia prawidłowego rozmieszczenia

sprzętu na wozie bojowym PSP można zmierzyć w czasie eksperymentów symulacyjnych.

LITERATURA

[1] T. Nowicki, R. Waszkowski, A. Saniuk, Human-Computer interaction in sanitary inspection simulation exercises,

Advances in Ergonomics Modeling, Usability & Special Populations, in series: Advances in Intell igent Systems and

Computing, vol. 486, 245-254, Springer International Publishing AG, 2017.

[2] M. Kiedrowicz, T. Nowicki, R. Waszkowski, Z. Wesołowski, K. Worwa, Optimization of the Document Placement

in the RFID Cabinet, EDP Science, MATEC Web of Conferences 76 02001 DOI:10.1051/matecconf/20167602001

(2016)

[3] P. Brucker Scheduling algorithms. Springer, Berlin, Heidelberg, 2007.

[4] M.L. Pinedo, Scheduling. Theory, algorithms and Systems. Springer, New York, London, Heidelberg, 2008.

[5] M.L. Pinedo, Scheduling. Planning and scheduling in manufacturing and services. Springer, New York, 2005.

[6] T. Nowicki, Linear Mixed Equivalent of a Stochastic Scheduling Problem with Different Processors Journal of

Military University of Technology, No 4, 1994.

[7] M. Jasiulewicz-Kaczmarek, A. Saniuk, T. Nowicki, The maintenance management in the macro-ergonomics context,

Advances in Social & Occupational Ergonomics, in series: Advances in Intelligent Systems and Computing, vol. 487 ,

35-46, Springer International Publishing AG, 2017.

[8] R. Wantoch-Rekowski, Technologie projektowania trenażerów i symulatorów w programowalnym środowisku

symulacji wirtualnej VBS3 (Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 2016

[9] R. Wantoch-Rekowski, VBS2 Programowalne środowisko symulacji wirtualnej Wydawnictwo Naukowe PWN,

Warszawa, 2013.

[10] J. Koszela, R. Wantoch-Rekowski, Designing advanced vehicle trainers using virtual simulation technology ,

Journal of KONES, 22, 265-272, 2015.



ZAGADNIENIE OPTYMALIZACJI ROZMIESZCZENIA SPRZĘTU

W POJEŹDZIE RATOWNICZO-GAŚNICZYM

Jarosław Koszela

1 , Tadeusz Nowicki

2, Andrzej Walczak

3


ul. gen. S. Kaliskiego 2, 00-908 Warszawa [email protected],

[email protected],

[email protected]

STRESZCZENIE

W pracy omówiono zagadnienie rozmieszczania sprzętu w pojeździe ratowniczo-gaśniczym w celu osiągnięcia

najlepszej jakości ergonomicznych wskaźników pracy dla strażaków podczas akcji ratowniczo-gaśniczej.

Określa się szereg założeń oraz wymagań dotyczących problemu rozmieszczenia

sprzętu na pojeździe straży pożarnej. Wskazuje się miejsca w pojeździe ratowniczo-gaśniczym, gdzie

rozmieszczony może zostać sprzęt potrzebny do przeprowadzenia akcji ratowniczo-gaśniczej. Sugeruje się

sformułowanie i rozwiązanie zadania rozmieszczenia sprzętu w pojeździe ratowniczo-gaśniczym

WPROWADZENIE

Zagadnienia ergonomii w projektowaniu obiektów technicznych są dość dobrze unormowane [1]-

[12] i często rozpatrywane w licznych problemach w różnego typu zastosowań [13]-[24]. Jeśli są

one związane z personelem obsługującym urządzenia techniczne, to w sferze rozważań znajdują się

problemy:

a) empirycznego badania pracy ludzkiej w konkretnych warunkach materialnego środowiska

pracy,

b) tworzenia wytycznych dla projektantów nowych (modernizowanych), technologii, wyrobów,

c) określania kryteriów do oceny warunków pracy,

d) wspierania systematycznych badań stanu zdrowia pracowników,

e) opracowania norm, środków i przedsięwzięć zapewniających optymalizację warunków pracy,

f) wspierania działań zmierzających nie tylko do przystosowania warunków MSP (Materialne

Środowisko Pracy) do człowieka, ale również człowieka do pracy w tych warunkach,

g) proponowania podstaw do prowadzenia planowej działalności profilaktycznej w zakładach

pracy w zakresie zapobiegania chorobom zawodowym, w tym zatruciom przemysłowym.

W przypadku problemu rozmieszczenia sprzętu w pojeździe ratowniczo-gaśniczym wzięte

powinny być pod uwagę punkty a), b), c) oraz e).

Opracowanie norm, środków i przedsięwzięć zapewniających optymalizację warunków pracy

polegać tu ma na ustaleniu sprzętu, jaki rozmieszczony ma być w pojeździe ratowniczo-gaśniczym

oraz na sposobie jego rozmieszczenia w dopuszczalnych do użycia wnękach pojazdów ratowniczo-

gaśniczych, przeznaczonych do tego celu. Efektem tego opracowania będą wytyczne dla

projektantów wyposażenia nowych lub modernizowanych wozów straży pożarnej.

W zagadnieniu rozmieszczenia sprzętu w pojeździe ratowniczo-gaśniczym kierować się trzeba

warunkami pracy osób – obsady pojazdu. Bierze się tu pod uwagę szereg czynników, jednak

w projekcie zakłada się przede wszystkim wzięcie pod uwagę grupę czynników mających wpływ na

ergonomię działania obsady pojazdu. Podkreślić należy to, że czynniki te są szczególnie ważne

w wielokrotnych działaniach w relatywnie krótkim czasie i dotyczą tej samej grupy osób.

Ewentualne skutki złego rozmieszczenia sprzętu w pojeździe ratowniczo-gaśniczym będą się

28

kumulowały w sposób istotny dla zdrowia członków załogi pojazdu. Określenie kryteriów do oceny

warunków pracy związane będzie głównie ergonomią pracy strażaków biorących udział

w działaniach ratowniczych.

Problem empirycznego badania pracy ludzkiej w konkretnych warunkach materialnego

środowiska pracy nie jest łatwy do rozstrzygnięcia w krótkim czasie. Trzeba byłoby przeprowadzić

szereg specjalistycznych badań personelu dla różnych rozmieszczeń sprzętu w pojazdach

ratowniczo-gaśniczych w licznej próbce różnego typu akcji ratowniczo-gaśniczych. Byłoby to

przedsięwzięcie nie tylko długotrwałe, ale jeszcze dodatkowo obciążałyby zdrowie badanego

personelu. Zdecydowano się zatem na rozwiązanie dość nowatorskie. Wykorzystana zostanie

symulacja komputerowa działań załogi pojazdu ratowniczo-gaśniczego dla różnego typu akcji przy

różnych dedykowanych z punktu widzenia ergonomii pracy wariantach rozmieszczenia sprzętu

w pojeździe.

Z punktu widzenia ergonomii pracy bierze się pod uwagę następujące czynniki w analizie

obciążeń czynnika ludzkiego: obciążenie fizyczne, obciążenie psychiczne, obciążenie

środowiskowe oraz obciążenie organizacyjne. Kolejność obciążeń nie jest tu przypadkowa.

Najważniejsze jest obciążenie fizyczne, które jest niezależne od pozostałych i jest problemem

stałym w różnego typu akcjach. Jego pozytywna zmiana jest niezbędna, o ile jest możliwa.

Pozostałe obciążenia mogą być regulowane przez treningi, leczenie, regulacje organizacyjne, itp.

W pracy rozważane będą zatem obciążenia fizyczne i w pewnym zakresie organizacyjne.

Kryteriami bowiem wziętymi pod uwagę będą obciążenia fizyczne w procesie rozładowania sprzętu

z pojazdu ratowniczo-gaśniczego dla różnego typu akcji ratowniczo-gaśniczych trzeba jednak

pamiętać, że wysiłek fizyczny i skutki pracy obsady pojazdów ratowniczo-gaśniczych różnią się

istotnie w procesie pionowego przemieszczania sprzętu (zdjęcie sprzętu z pojazdu ratowniczo-

gaśniczego) oraz poziomego przemieszczenia sprzętu do miejsca jego rozlokowania w akcji

ratowniczo-gaśniczej.

Kolejnym, tym razem o naturze organizacyjnej kryterium będzie czas rozładowania sprzętu na

początku akcji ratowniczo-gaśniczej. Z jednej strony krótki czas rozładowania sprzętu jest

czynnikiem, który obciąża dodatkowo członka załogi pojazdu ratowniczo-gaśniczego, a z drugiej

strony jest ważnym elementem sprawnej akcji tego typu. Podjęto decyzję o włączeniu tego

kryterium do oceny ergonomii rozmieszczenia sprzętu w pojeździe ratowniczo-gaśniczym.

WYMAGANIA ERGONOMICZNE DLA ROZMIESZCZANIA SPRZĘTU W POJEŹDZIE


Można określić szereg założeń oraz wymagań dotyczących problemu rozmieszczenia (w literaturze

również określa się, jako problemy lokalizacji, upakowania) sprzętu na pojeździe straży pożarnej:

istnieją normatywy (podane są one w wykazie literatury) określające to, jakiego typu sprzęt

i w jakiej liczbie musi znaleźć się na pojazdach straży pożarnej – stanowi to minimum

rozmieszczanego sprzętu dla zadania upakowania,

istnieje również rozporządzenie dotyczące bezpieczeństwa i higieny pracy, którego pewne

elementy trzeba ująć w modelowaniu zagadnienia rozmieszczenia sprzętu w pojazdach straży

pożarnej,

prowadzone są badania przez zespół ze Szkoły Aspirantów PSP w Krakowie, który określa to,

jakiego typu sprzęt oraz z jaką częstotliwością jest wykorzystywany w określonych typach

interwencji (operacji) straży pożarnej, badania powyższe prowadzone są mniej więcej od

roku,

rozważania powinny być ograniczone przez ustalony profil ratowniczo-gaśniczy, który

wyklucza pewne typy operacji straży pożarnej, zatem potrzebę umieszczania niektórych

specjalizowanych elementów wyposażenia na wozach straży pożarnej,

ustalone będą miejsca usytuowania elementów wyposażenia pojazdu straży pożarnej, w tym

we skrytkach oraz wysuwanych półkach,

29

istotnym elementem pojazdu straży pożarnej są podesty, ponieważ pozwalają one na

operowanie (zdejmowanie, zakładanie) cięższych elementów wyposażenia na pojazdach straży

pożarnej na wyższych wysokościach pojazdu,

istotnym elementem w problemie lokalizacji jest ustalenie rozmieszczenia elementów

wyposażenia strażaków w kabinie, ponieważ jej ciasnota przy założeniu, że ma w niej być

6 osób oraz mając na uwadze duży zasób posiadanego wyposażenie osobistego strażaka na

typową akcję, który zabiera do kabiny, wymaga rozpatrzenia niezwykle rygorystycznego

podproblemu rozmieszczenia,

można przyjąć założenie, że drobne elementy wyposażenia powinny być rozmieszczone blisko

siebie, jeżeli są często wykorzystywane razem w wielu typach akcji straży pożarnej,

z doświadczeń pracowników straży pożarnej wynika, że liczne zestawy elementów

wyposażenia straży pożarnej są używane razem w pewnych rodzajach akcji straży pożarnej,

pod uwagę trzeba wziąć również sposoby zamocowania elementów wyposażenia pojazdów

straży pożarnej,

kierowca oraz dowódca zastępu (dwie osoby na 6 w pojazdach) nie zajmują się

zdejmowaniem i zakładaniem sprzętu na pojazdach straży pożarnej, jeden z nich kieruje

działaniem ratowniczym, drugi odbiera meldunki, steruje pewnymi elementami, jak

oświetlenie wysuwane, załączanie agregatów, itp.,

najczęściej dwie osoby zajmują się procesami gaszenia, natomiast pozostałe osoby zajmują się

innymi procesami ratownictwa,

zakłada się, że armatura wodno-pianowa powinna być zlokalizowana po jednej stronie wozu,

po drugiej zaś zestawy ratownicze, przecinarki, pilarki, itd.,

należy starać się określić sekwencje użycia sprzętu w różnych typach działań straży pożarnej,

ponieważ może mieć to istotny wpływ na rozwiązanie problem rozmieszczenia elementów

wyposażenia pojazdów straży pożarnej,

akcja trwająca do 6 godzin to akcja typowa straży pożarnej, natomiast powyżej 6 godzin, to

akcja długotrwała,

w typowej interwencji wymagany jest jeden zbiornik wody, jednak często pojazdy podłączane

są do sieci wodnej lub zbiornika wodnego,

w interwencjach rozróżnia się: zastęp (jeden pojazd), sekcję (minimum 2 pojazdy), pluton

(zazwyczaj specjalistyczne pojazdy w liczbie kilku), brygada (jeśli przekracza możliwości

powiatu), odwód operacyjny,

ważnym elementem rozważań jest to, że pewne elementy sprzętu można rozmieścić na dachu

pojazdu straży pożarnej,

na pojeździe zwykle jest umieszczone działko wodne, drabiny, pewne skrzynki z narzędziami,

itp. jednak zostało trochę miejsca na elementy wyposażenia dla załogi straży pożarnej, jednak

w ograniczone ilości,

ponadto, na dachu pojazdu nie mogą być umieszczane ciężkie rzeczy, trzeba pamiętać, że

konstrukcja szkieletu zabudowy ma swoją wytrzymałość.

W zagadnieniu ergonomii w akcjach straży pożarnej z użyciem pojazdów ratowniczo-

gaśniczych bierze się pod uwagę szereg aspektów:

należy określić, czy dany sprzęt ma być umiejscowiony wysoko, czy nisko w zabudowie

modułowej pojazdu,

czy pewne zestawy sprzętu maja być blisko siebie, czy mogą być umieszczone w relatywnym

w oddaleniu,

czy pewne zestawy sprzętu mają być umiejscowione z jednej strony pojazdu, czy mogą być

umieszczone po dwóch innych stronach pojazdu,

w zasadzie zabudowa z tyłu pojazdu jest określona, ponieważ stanowi osprzęt dla sterowania

urządzeniami podawania wody i piany, itp.,

czy pewne zestawy sprzętu maja być umieszczone głęboko, czy płytko w zabudowie

modułowej pojazdu,

30

uwzględnić należy przy tym podesty pojazdu i wysuwane na szynach moduły, przy czym

można ustalać to, które moduły będą wysuwane i w jakich miejscach pojazdu,

istotne jest to, że trzeba uwzględnić rozłożenie masy na pojeździe straży pożarnej, ponieważ

złe rozłożenie masy może spowodować wypadki w czasie szybkiego manewrowania pojazdem

na trasie lub w terenie w trakcie wykonywania różnych trudnych manewrów pojazdem, gdy

załoga stara się ustawić pojazd w odpowiednim miejscu względem obiektu będącego celem

działania,

mogą być też wzięte pod uwagę zraszacze używane w pojazdach w trakcie akcji straży

pożarnej i rozpatrzone w problemie lokalizacji sprzętu na pojazdach straży pożarnej,

elementy bezpieczeństwa załogi są zależne od: warunków środowiskowych akcji (oblodzenie,

śnieg, deszcz, błoto, itp.), kolejności ściągania sprzętu z pojazdu straży pożarnej (sekwencje

działań do określenia), obciążenia personalnego w trakcie ściągania sprzętu z pojazdu straży

pożarnej (obciążenie układu kostno-mięśniowego).

Szereg zagadnień zostało już ustalonych przez producenta pojazdu ratowniczo-gaśniczego:

wymiary i wagę elementów sprzętu podaje producent pojazdu, grodzie w zbiorniku wody ustala

również producent, przypuszczalną odległość przemieszczenia sprzętu różnego typu od pojazdu

ratowniczo-gaśniczego oraz znane są wyniki badań odnoszące się do częstotliwości realizacji

różnego typu akcji ratowniczo-gaśniczych. Ten ostatni element będzie miał kapitalne znaczenie

w określeniu rozmieszczenia sprzętu w pojazdach ratowniczo-gaśniczych straży pożarnej. Pozwoli

na to, aby określić takie rozmieszczenie sprzętu w skrytkach pojazdu, które powodowałoby

ekstremum przyjętych kryteriów do oceny ergonomii rozmieszczenia sprzętu w pojeździe

ratowniczo-gaśniczym.

Elementy sprzętowe, jakie mają być umieszczone w pojeździe ratowniczo-gaśniczym zostały

ustalone i przedstawione są w poniższej tabeli.

Tabela 1. Rodzaj sprzętu rozpatrywanego do rozmieszczenia w pojeździe

ratowniczo-gaśniczym

Lp. Rodzaj sprzętu rozpatrywanego do rozmieszczenia w pojeździe ratowniczo-gaśniczym

1 wyciągarka

2 maszt

3 działko dachowe

4 aparaty powietrzne butlowe na sprężone powietrze z maską i sygnalizatorem bezruchu

5 zapasowe butle do aparatu powietrznego

6 motopompa pływająca

7 pompa szlamowa

8 pożarnicze węże tłoczne do pomp W-75-20-LA

9 pożarnicze węże tłoczne do pomp W-52-20-LA

10 smok ssawny

11 prądownica wodna oraz prądownice wodne typu turbo

12 stojak hydrantowy oraz klucz do hydrantów

13 drabina wysuwana

14 zestaw narzędzi hydraulicznych – rozpieracz, nożyce, agregat ,zestaw węży

15 topór strażacki

16 bosak i łom wielofunkcyjny

17 młot, siekiera, łopata i szczotka

18 gaśnice przenośne

19 agregat prądotwórczy

20 przenośne zestawy oświetleniowe

21 kanistry na paliwo

22 torba z zestawem medycznym

31

MIEJSCA ROZMIESZCZENIA SPRZĘTU W POJAZDACH

RATOWNICZO-GAŚNICZYCH

Z punku widzenia producenta pojazdów ratowniczo-gaśniczych sprzęt używany do akcji

ratowniczo-gaśniczych może być rozmieszczony w skrytkach pojazdów ratowniczo-gaśniczych,

jakie uwidocznione są na poniższym rysunku.

Rysunek 1. Widok pojazdu ratowniczo-gaśniczego z miejscami do

rozlokowania sprzętu ratowniczo-gaśniczego

Widać z tego rysunku, że sprzęt ratowniczo-gaśniczy może być rozlokowany we wnękach po

obu stronach pojazdu oraz na dachu tego pojazdu.

Cały środek konstrukcji pojazdu zajmują w praktyce: zbiornik na wodę oraz zbiornik na

substancję pianotwórczą. W tylnej części pojazdu umieszczone są zazwyczaj urządzenia związane

z funkcjonowaniem pompy wodnej i generatora piany.

Kabina pojazdu jest tak niewielka, że załoga składająca się sześciu osób (w tym kierowca

i dowódca) wraz ze sprzętem osobistym zajmuje w praktyce całą powierzchnię (kubaturę) kabiny,

powodując i tak dyskomfort ergonomiczny usytuowania załogi w kabinie pojazdu ratowniczo-

gaśniczego. Decyzja o sposobie rozmieszczenia osób i sprzętu osobistego powinna być rozpatrzona

przez praktyków w tej dziedzinie.

Powstaje zatem problem rozmieszczenia sprzętu we wnękach po obu stronach pojazdu oraz na

dachu pojazdu w taki sposób, aby spełniać kryteria omówione wcześniej. Nie są to znacząco duże

w sensie powierzchni i kubatury miejsca we wnękach pojazdu, zatem problem ergonomicznego

rozmieszczenia sprzętu ratowniczo-gaśniczego w pojeździe z jednej strony jest silnie ograniczony

ze względu na istniejące możliwości, a z drugiej strony komplikuje się, ponieważ staje się

szczególnie ważnym problemem z rozpatrywanego punktu widzenia.

Na dachu pojazdu ratowniczo-gaśniczego umieszczone są zazwyczaj: działko wodno-pianowe,

drabiny, węże, bosaki oraz narzędzia do bieżącej obsługi technicznej pojazdu, itd. Nie można zatem

mówić o tym, że istotne elementy sprzętu ratowniczo-gaśniczego można rozmieścić na dachu

pojazdu ratowniczo-gaśniczego. Warto zauważyć, ze konstrukcja pojazdu ratowniczo-gaśniczego

nie przewiduje zbyt dużego obciążenia dachu, co w dużej mierze warunkuje ograniczoną decyzję

o umieszczeniu tam elementów sprzętu ratowniczo-gaśniczego. Zdjęcie istotnego w sensie wagi

sprzętu z dachu pojazdu stanowi ponadto zbyt duże obciążenie fizyczne dla obsady pojazdu

ratowniczo-gaśniczego. Umieścić tam można pewne drobne elementy sprzętu, które nie są zbyt

często używane w działaniach ratowniczo-gaśniczych. W efekcie tych rozważań mamy sytuację

taką, że sprzęt ratowniczo-gaśniczy można umieścić we wnękach z obu stron pojazdu. Tych jednak

nie jest zbyt wiele. Na poniższym rysunku pokazano wnęki, jakie mogą być rozpatrywane

32

w procesie rozmieszczania sprzętu ratowniczo-gaśniczego po bokach pojazdu ratowniczo-

gaśniczego.

Rysunek 2. Widok wnęk po lewej i prawej stronie zabudowy pojazdu

ratowniczo-gaśniczego

WNIOSKI KOŃCOWE

Problem rozmieszczenia sprzętu na pojazdach ratowniczo-gaśniczych może być sformułowany

w postaci zadania optymalizacji wielokryterialnej. Jego rozwiązania służyć mogą jako początkowe

sugestie rozmieszczenia sprzętu na pojazdach. Dla uwzględnienia licznych dodatkowych

ograniczeń warto jest zbudować środowisko wirtualnej rzeczywistości dla weryfikacji uzyskanych

rozwiązań. LITERATURA

[1] Norma obronna NO-06-A104:2005 Uzbrojenie i sprzęt wojskowy, Ogólne wymagania techniczne, metody kontroli i

badań Wymagania konstrukcyjne – rozdział 2, ust. 2.14.

[2] Rozporządzenie Ministrów Spraw Wewnętrznych i Administracji, Obrony Narodowej Finansów oraz Sprawiedliwości

W sprawie warunków technicznych pojazdów specjalnych i pojazdów używanych do celów specjalnych … . Dziennik

Ustaw Nr 65, Pozycja 992.

[3] IWP, Mały atlas antropometryczny dorosłej ludności polski dla potrzeb projektowania, Wyd. IWP, warszawa, 1972.

[4] Polska norma, PN-90/S-47013, Samochody ciężarowe, autobusy i trolejbusy, Miejsce pracy kierowcy, Wymagania.

[5] Polska norma, PN-90/N-080000, Dane ergonomiczne do projektowania, wymiary ciała ludzkiego.

[6] Polska norma, PN-90/K-11001, Ochrona pracy, Kabina maszynisty lokomotywy elektrycznej dwukabinowej,

Podstawowe wymagania bezpieczeństwa i ergonomii.

[7] Polska norma, PN-80/N-08001, Dane ergonomiczne do projektowania, Granice zasięgu rąk, Wymiary.

[8] Polska norma, PN-86/N-08012, Ergonomia, Podstawowe pomiary ciała ludzkiego.

[9] Polska norma, PN-81/N-08002, Dane ergonomiczne do projektowania, Granice ruchu stopy, Wymiary kątowe.

[10] Polska norma, PN-91/N-08003, Dane ergonomiczne do projektowania, Przestrzeń dla ręki obejmującej uchwyt,

Wymiary.

[11] Norma branżowa, BN-90/3626-01, Pojazdy samochodowe, Manekin trójwymiarowy, Wymagania podstawowe.

[12] Norma wojskowa amerykańska, MIL-STD-1472G.

[13] E. Nowak: Atlas antropometryczny populacji polskiej – dane do projektowania, Wyd. IWP, Warszawa, 2000.

[14] W. Ł. Nowacka: Ergonomia i ergonomiczne projektowanie stanowisk pracy. Politechnika Warszawska 2010.

[15] D. Czerwienko i inni: System dopuszczeń i odbiorów techniczno-jakościowych sprzętu wykorzystywanego w

jednostkach Państwowej Straży Pożarnej, Wydawnictwo CNBOP-PIB Józefów, 2014.

[16] D. Czerwienko i inni: Wymagania techniczno-użytkowe dla wyrobów wprowadzanych na wyposażenie ochotniczych straży pożarnych. Tom II Kluczowe wymagania dla opisu technicznego wyrobów. Wydawnictwo CNBOP-PIB Józefów,

2010.

[17] A. Gontarz: Bezpieczeństwo samochodów pożarniczych w czasie jazdy i ba miejscu akcji. Tom I. Wydawnictwo

CNBOP-PIB Józefów, 2012.

[18] Z Wiśniewski: Wymagania dla samochodów ratowniczo-gaśniczych i samochodów ratownictwa technicznego

przeznaczonych dla Ochotniczych Straży Pożarnych. Wydawnictwo CNBOP-PIB Józefów, 2006.

[19] M. Krause: Ergonomia praktyczna wiedza o pracującym człowieku i jego środowisku, Wyd. ŚOT, Katowice, 1992.

[20] J. Kania: Wybrane zagadnienia z ergonomii, wyd. PW, Warszawa, 1975.

[21] Jerzy Słowikowski, Proces projektowania ergonomicznego w budowie maszyn, zeszyt nr 43, Wyd. IWP, Warszawa,

1978.

[22] E.Nowak: Określanie przestrzeni pracy kończyn górnych dla potrzeb projektowania stanowiski roboczych , zeszyt nr

30, Wyd. IWP, Warszawa, 1980.

[23] L. Hempel: Człowiek i maszyna, model techniczny współdziałania, Wyd. Komunikacji i Łączności, Warszawa, 1984.

[24] M. Wejman, K. Przybylski: Identyfikacja zagrożeń na stanowiskach pracy strażaków zawodowych. Zeszyty Naukowe

Politechniki Poznańskiej Nr 59, Organizacja i Zarządzanie 20143.

http://www.cnbop.pl/pl/wydawnictwa/wymagania-techniczno-uzytkowe/wymagania-techniczno-uytkowe-dla-wyrobw-wprowadzanych-na-wyposaenie-ochotniczych-stray-poarnych-tom-iii_11837

http://www.cnbop.pl/pl/wydawnictwa/wymagania-techniczno-uzytkowe/wymagania-techniczno-uytkowe-dla-wyrobw-wprowadzanych-na-wyposaenie-ochotniczych-stray-poarnych-tom-iii_11837


Kraków, 30-31 maja 2017

ROLA DŹWIĘKU W TECHNOLOGII WIRTUALNEJ

RZECZYWISTOŚCI DO CELÓW SZKOLENIOWYCH STRAŻY

POŻARNEJ

Krzysztof Kowal, Bartosz Ziółko, Tomasz Pędzimąż, Szymon Pałka

Akademia Górniczo-Hutnicza im. S. Staszica w Krakowie, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

Techmo sp. z o.o., Kraków

STRESZCZENIE

Artykuł prezentuje możliwości, jakie niesie wykorzystanie technologii wirtualnej rzeczywistości w celach

związanych ze szkoleniami kadetów straży pożarnej. Autorzy artykułu skupiają się przede wszystkim na

przedstawieniu cech dedykowanego silnika dźwiękowego SoundToolkit, symulującego rzeczywistą

propagację dźwięku w wirtualnej scenie. Zastosowanie algorytmów śledzenia wiązek do przestrzennej

symulacji dźwięku, znacząco podnosi realizm wirtualnej rozgrywki. Przedstawione w artykule rozwiązania

technologiczne, w tym wizualne oraz dźwiękowe, pozwalają na wierne odwzorowanie różnych zdarzeń oraz

na usprawnienie nauczania w ratownictwie. WPROWADZENIE

Na przestrzeni kilku ostatnich lat można zauważyć dynamiczny rozwój technologii wirtualnej

rzeczywistości. Zdecydowany wpływ na ten proces, ma coraz łatwiejszy dostęp do narzędzi

umożliwiających tworzenie aplikacji wykorzystujących takie urządzenia, jak hełmy wirtualnej

rzeczywistości. Upowszechnienie tej technologii otwiera nowe możliwości w dziedzinach

związanych ze szkoleniami służb mundurowych, a w szczególności jednostek ratowniczych. Istotną

rolę w podnoszeniu realizmu aplikacji szkoleniowych ma zdecydowanie dźwięk, dlatego tak ważne

jest wierne odwzorowanie warunków akustycznych i wszelkich zjawisk falowych. Znakomicie

sprawdza się w tym celu biblioteka SoundToolkit, która za pomocą odpowiednich algorytmów

odnajduje relację między ułożeniem odbiorcy a pozycjami źródeł w scenie i na jej podstawie

symuluje rzeczywiste warunki akustyczne, uwzględniając zjawisko dyfrakcji, odbicia czy różne

czasy dochodzenia fal dźwiękowych do ucha wirtualnej postaci.

PRZEGLĄD DOSTĘPNYCH ROZWIĄZAŃ

Technologia przestrzennej symulacji dźwięku, rozwijana przez Techmo sp. z o. o., to rozwiązanie

unikatowe na rynku krajowym. Jest jednak wysoce prawdopodobne, że wraz z rozwojem

technologii wirtualnej rzeczywistości, narzędzia podobne do tych zawartych w bibliotece

SoundToolkit zdobędą większą popularność. Stanie się tak ze względu na zdecydowanie większą

immersję gracza w świecie wirtualnym, spowodowaną ograniczeniem bodźców wzrokowych do

tylko i wyłącznie widoku wirtualnego świata. Wraz ze zmianą sposobu oglądania obrazu, zwiększą

się wymagania w odczuwaniu wrażeń słuchowych przez potencjalnych odbiorców. W przypadku podobnych rozwiązań dostępnych na rynkach międzynarodowych, warto

wspomnieć o silniku dźwiękowym A3D [7], który prawie dwie dekady temu został opracowany

przez firmę Aureal Semiconductor. Technologia ta wykorzystywała tzw. funkcję HRTF (ang. Head

Related Transfer Function), która pozwalała na określenie położenia zmysłu słuchowego sterowanej

przez nas postaci, przez co gracz odnosił wrażenie trójwymiarowości dźwięku [5]. Równocześnie z pojawieniem się A3D, na rynku zadebiutowała również technologia EAX [8],

rozwijana przez Creative Technology, która początkowo oferowała jedynie zestaw

34

predefiniowanych ustawień filtrów zmieniających się w zależności od środowiska w jakim

znajdował się gracz. Pomiędzy tymi dwoma firmami rozpoczął się jednak spór prawny, związany

z naruszeniem praw patentowych przez Aureal Semiconductor. Proces zakończył się zwycięstwem

po stronie pozwanego, jednakże technologia A3D musiała zostać odsprzedana konkurentowi aby

pokryć gigantyczne koszty procesowe. Wydarzenia te doprowadziły spółkę Aureal do bankructwa,

natomiast Creative Technology nie zdecydował się dalej rozwijać silnika A3D. Obecnie, rozszerzenia EAX są już bardzo rzadko wykorzystywane w grach video, ze względu na

konieczność posiadania zewnętrznej, dedykowanej karty dźwiękowej. Współczesne procesory

montowane w domowych komputerach, posiadają wystarczającą moc obliczeniową, aby przejąć

wszystkie zadania związane z przetwarzaniem sygnałów. Najpopularniejsze obecnie narzędzia wykorzystywane w większości światowych produkcji to

m.in.: Audiokinetic Wwise, FMOD czy OpenAL. Biblioteki te zawierają szereg udogodnień dla

osób zajmujących się udźwiękawianiem aplikacji . Znajdziemy w nich np. możliwość miksowania

różnych środowisk dźwiękowych w czasie rzeczywistym, implementacji tzw. wtyczek

zawierających różnorakie efekty czy wreszcie obsługę wszystkich popularnych formatów plików

dźwiękowych, jednakże obecnie żadne z wymienionych wyżej rozwiązań nie wykorzystuje tzw.

soundtracingu. Technologia ta zastosowana w bibliotece SoundToolkit wydaje się najbardziej

efektywną, jeżeli chodzi o symulację realistycznych środowisk dźwiękowych w czasie

rzeczywistym.

TECHNOLOGIA SOUNDTRACINGU

Soundtracing to ogólne określenie na algorytmy, które wykorzystują metody śledzenia promieni

trafiające bezpośrednio do odbiorcy (raytracing) bądź całe wiązki w postaci stożków lub

ostrosłupów (beamtracing) (Rys. 1) [6].

Rysunek 1. Rysunek poglądowy w dwóch wymiarach przedstawiający śledzenie wiązek

W zależności od właściwości akustycznych i kształtu wirtualnej sceny, algorytmy te obliczają

w czasie rzeczywistym dane określające, jak powinien zostać zmodyfikowany dźwięk emitowany

przez obiekty znajdujące się w scenie. Istotny wpływ na dźwięk, mają również zastosowane materiały (Rys. 1), które są przypisywane

do danych obiektów podczas edycji modelu akustycznego. Typ zastosowanych materiałów

35

Rysunek 2. Widok na jedno z pomieszczeń sceny, po procesie

optymalizacji obiektów

determinuje z kolei charakterystyki filtrów cyfrowych. Przykładowo, odbiorca znajdujący się

w pokoju wypełnionym obiektami na które nałożono materiały pochłaniające dźwięk, usłyszy

dźwięki docierające do niego z mniejszym pogłosem, niż gdyby znalazł się w pustej łazience. Soundtracing pozwala więc na precyzyjną i wydajną obróbkę dźwięku uwzględniającą

rzeczywiste odbicia od ścian, tłumienie przy przejściu dźwięku przez przeszkodę, materiały

akustyczne, etc, obliczanie precyzyjnego echa i generowanie wielu źródeł dźwięku w sposób

automatyczny. Te i wiele innych cech sprawiają, że biblioteka taka jak SoundToolkit zmienia

dotychczasowe podejście do udźwiękawiania wirtualnych aplikacji. Inżynier dźwięku zostaje

zwolniony z obowiązku każdorazowego, ręcznego ustalania parametrów efektów akustycznych czy

to wewnątrz biblioteki czy w procesie preprodukcji dźwięku [1]. Zwiększa się także spektrum

możliwych do uzyskania efektów, ponieważ nie wszystkie sytuacje podczas rozgrywki były

dotychczas możliwe do przewidzenia na etapie tworzenia symulatora. SoundToolkit eliminuje

całkowicie potrzebę przewidywania konkretnych możliwości wzajemnego położenia wielu źródeł.

TWORZENIE MODELU AKUSTYCZNEGO

W procesie tworzenia symulatora treningowego, oprócz modelu graficznego, przygotowany zostaje

niezależny, tzw. model akustyczny (Rys. 2). Model ten stanowi informację dla silnika SoundToolkit

o rozmieszczeniu wszystkich obiektów na udźwiękawianej scenie. Ze względu na wykorzystywaną

technologię śledzenia wiązek oraz uwzględniając właściwości fizyczne dźwięku, model akustyczny

powinien być jak najbardziej uproszczony geometrycznie. Biblioteka SoundToolkit, w swoich

obliczeniach używa obiektów złożonych z siatek trójkątów. Oznacza to, że łączna liczba trójkątów

oraz krawędzi dyfrakcyjnych powinna być jak najmniejsza, aby maksymalnie odciążyć

obliczeniowo procesor. Model akustyczny zostaje przygotowany w osobnym programie graficznym. W celu

optymalizacji, usuwane są wszystkie niepotrzebne elementy, takie jak: drzwi, framugi, krzesła,

elementy dekoracyjne i wszystkie inne modele sceny, które utrudniałyby propagację wiązek oraz

zwiększałyby znacznie obliczenia dokonywane przez procesor. Z kolei wszystkie istotne modele,

pomiędzy którymi osoba korzystająca z symulatora może się poruszać, zostają zastąpione nowymi,

prostymi figurami geometrycznymi (prostopadłościanami lub płaskimi, dwuwymiarowymi

powierzchniami). Na uproszczone modele nakładane są odpowiednie materiały. Każdy z nich posiada unikalne

właściwości akustyczne i odrębne parametry cyfrowych filtrów. Przypisanie materiałów do

obiektów ma istotny wpływ na rozchodzenie się fali akustycznej w scenie.

36

PRZYGOTOWANIE PRÓBEK I IMPLEMENTACJA BIBLIOTEKI Aby zapewnić prawidłowe działanie silnika SoundToolkit, oprócz optymalizacji modelu

akustycznego który ładowany jest do biblioteki, należy zadbać o prawidłowe ustawienie

parametrów próbek dźwiękowych wykorzystywanych w symulatorze. Dźwięki wykorzystywane

w projektowanej scenie nie powinny zawierać żadnych efektów akustycznych, takich jak pogłos czy

echo, z tego powodu, iż efekty te nakładane są dynamicznie przez silnik dźwiękowy SoundToolkit

podczas działania symulatora [2]. Zastosowanie próbki dźwiękowej zawierającej zarejestrowane

zjawiska falowe, spowodowałby ich zwielokrotnienie i w konsekwencji zaburzenie czytelności

takiego dźwięku. Niekiedy niezbędne staje się również usunięcie niechcianych częstotliwości, które

znacząco wybijają się w danych częściach pasma akustycznego. Próbka dźwiękowa, przed

załadowaniem jej do silnika STK powinna również spełniać takie kryteria, jak odpowiedni format

oraz częstotliwość próbkowania (48 kHz). Tak przygotowane próbki są gotowe do użycia w scenie

symulatora [4]. Symulator treningowy tworzony jest w środowisku Unity3D. Jest to wieloplatformowe

oprogramowanie, posiadające wszystkie najpotrzebniejsze narzędzia do stworzenia kompletnej,

trójwymiarowej produkcji audiowizualnej [3]. Aby możliwe było zainicjalizowanie biblioteki

SoundToolkit przy starcie środowiska Unity3D, muszą zostać spełnione określone warunki. Poza

prawidłową optymalizacją modelu akustycznego i wyeksportowaniu go do jednego z

obsługiwanych formatów, należy dokonać odpowiedniej edycji pliku konfiguracyjnego. Plik ten

ładowany jest jednorazowo przy starcie silnika i zawiera najważniejsze ustawienia biblioteki, takie

jak m.in.: możliwość włączenia obsługi zjawisk akustycznych (odbicia, dyfrakcje czy chociażby

model absorpcja dźwięku przez powietrze). Ponadto zawiera on ścieżki do folderów w którym

znajdują się materiały referencyjne nakładane na obiekty oraz lokalizację mapy akustycznej. Proces implementacji biblioteki obsługuje szereg klas, które odpowiadają m.in. za: ładowanie

wyżej wspomnianego pliku konfiguracyjnego, inicjalizację sampli dźwiękowych czy wreszcie za

aktualizację pozycji odbiorcy dźwięku.

PODSUMOWANIE

Celem artykułu, było przedstawienie podstawowych cech i możliwości silnika dźwiękowego

SoundToolkit rozwijanego przez Techmo sp. z o.o. Ponadto w artykule został zaprezentowany

schemat użycia omawianego silnika w realistycznym symulatorze szkoleniowym dla straży

pożarnej. Biblioteka STK znajduje się obecnie w fazie rozwoju a jej poszczególne komponenty są

udoskonalane. Wykorzystanie technologii wirtualnej rzeczywistości w połączeniu z dokładnym

odwzorowaniem warunków akustycznych, stanowić będzie doskonałe narzędzie symulacyjne dla

służb ratowniczych, które w swoich ćwiczeniach wymagają dużego realizmu.

PODZIĘKOWANIE

Przedstawione prace zostały sfinansowane przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju w ramach

projektu DOB-BIO7/10/02/2015.

BIBLIOGRAFIA

[1] B. Ziółko, T. Pędzimąż, Sz. Pałka, I.Gawlik, B. Miga and P. Bugiel: "Real-time 3D Audio Simulation in Video Game with RAYAV", Making Games, vol.1, 2015. [2] B. Ziółko, M. Gromotka and M. Ziółko: "Computer games sound effects. Recording, postproduction and existing database", Proceedings of SIGMAP, Rome, 2012. [3] Geig Mike: "Unity. Przewodnik projektanta gier", wydawnictwo HELION, 2015. [4] Sztekmiler Krzysztof: "Podstawy nagłośnienia i realizacji nagrań. Podręcznik dla akustyków", Wydawnictwa Komunikacji i Łączności WKŁ, 2011. [5] Tilen Potisk: "Head-Related Transfer Function", [online], 2016. [6] Thomas Funkhouser: "A Beam Tracing Method for Interactive Architectural Acoustics", [online]. [7] A3D 3.0 Software Developer Kit Reference Guide. Document Number DO3010–030100, Aureal Inc., U.S.A., 2000,

pp. 19–20 [8] EAX 2.0 Software Developer Kit. Creative Labs Inc., U.S.A., 2001. http://developer.creative.com



ZATRUCIA GAZAMI POŻAROWYMI W ŚWIETLE PROWADZENIA

MEDYCZNYCH DZIAŁAŃ RATOWNICZYCH

Artur Luzar

Szkoła Aspirantów PSP w Krakowie,

oś. Zgody 18, 31-951 Kraków [email protected]

STRESZCZENIE

W artykule przedstawiono tematykę zatrucia wziewnego gazami pożarowymi w kontekście udzielania

kwalifikowanej pierwszej pomocy przez ratowników krajowego systemu ratowniczo-gaśniczego (KSRG).

Tego typu zatrucia występują stosunkowo często i są główną przyczyną śmierci stwierdzoną u osób

ewakuowanych z pożaru.

WSTĘP

Podstawowym a zarazem najistotniejszym zadaniem strażaków Państwowej Straży Pożarnej jest

ratowanie życia ludzkiego poprzez walkę z pożarami, klęskami żywiołowymi lub innymi

miejscowymi zagrożeniami. Już pierwsza zasada etyki zawodowej funkcjonariuszy Państwowej

Straży Pożarnej mówi o tym, że dla ratowania życia ludzkiego strażak, jest gotów zaryzykować

swoje zdrowie, a w sytuacjach skrajnych nawet życie, zawsze jednak zachowaniem rozwagi [1].

W celu jak najskuteczniejszej realizacji tego zadania na podstawie rozporządzenia Ministra

Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 18 lutego 2011 roku w sprawie szczegółowych

zasad organizacji krajowego systemu ratowniczo – gaśniczego oraz ustawie z dnia 8 września

2006 roku o Państwowym Ratownictwie Medycznym ratownicy zobowiązani są do udzielania

kwalifikowanej pierwszej pomocy w stanie nagłego zagrożenia zdrowotnego które obejmuje:

1) resuscytację krążeniowo-oddechową, bezprzyrządową i przyrządową, z podaniem tlenu

oraz zastosowaniem według wskazań defibrylatora zautomatyzowanego;

2) tamowanie krwotoków zewnętrznych i opatrywanie ran;

3) unieruchamianie złamań i podejrzeń złamań kości oraz zwichnięć;

4) ochronę przed wychłodzeniem lub przegrzaniem;

5) prowadzenie wstępnego postępowania przeciwwstrząsowego poprzez właściwe ułożenie

osób w stanie nagłego zagrożenia zdrowotnego, ochronę termiczną osób w stanie nagłego

zagrożenia zdrowotnego;

6) stosowanie tlenoterapii biernej;

7) ewakuację z miejsca zdarzenia osób w stanie nagłego zagrożenia zdrowotnego;

8) wsparcie psychiczne osób w stanie nagłego zagrożenia zdrowotnego;

9) prowadzenie wstępnej segregacji medycznej w rozumieniu ustalenia kolejności udzielania

pomocy poszczególnym osobom w stanie nagłego zagrożenia zdrowotnego, ich transportu

i udzielania wsparcia psychicznego tym osobom [2].

Kwalifikowana pierwsza pomoc realizowana jest w przypadku braku możliwości

wykonywania medycznych czynności ratunkowych przez zespoły ratownictwa medycznego

będących jednostkami systemu Państwowe Ratownictwo Medyczne (PRM). Z doświadczenia

autora wynika, iż najczęściej oznacza to sytuację w której straż pożarna przyjeżdża na miejsce

zdarzenia i dowódca stwierdza brak obecności jednostek systemu Państwowe Ratownictwo

38

Medyczne. Innymi przesłankami tego typu są sytuacje, gdy kierujący akcją ratowniczą ze

względu na bezpieczeństwo personelu zespołu ratownictwa medycznego nie może wykorzystać

ich potencjału lub gdy występuje duża liczba osób poszkodowanych. Medyczne działania

ratownicze mogą być także realizowane jako wsparcie i pomoc przebywających na miejscu

jednostek PRM [3].

STATYSTYKI DOTYCZĄCE POSZKODOWANYCH I ZGONÓW BĘDĄCYCH

NASTĘPSTWEM POŻARÓW

Skutkami pożarów są nie tylko pośrednie i bezpośrednie zagrożenia dla środowiska naturalnego lub

mienia ludzkiego, ale także zagrożenia dla człowieka, jego zdrowia i życia. Liczba pożarów

w Polsce w okresie 2010-2016 przedstawia Tabela 1. Wynika z niej, że w rozpatrywanym okresie

2015 rok był rokiem z największą ilością pożarów w przeciwieństwie do roku kolejnego, gdy ilość

tego typu zdarzeń spadła o 31,7% i była najmniejsza. Z podanych danych wynika także, że

tendencję wzrostową ma ilość zdarzeń związanych z udzielaniem pomocy na miejscu akcji, a także

ilość przekazanych do służby zdrowia osób poszkodowanych. Z roku na rok spada jednak ilość

osób ewakuowanych ze strefy zagrożenia spowodowanej pożarem i działaniami gaśniczymi [4].

Tabela 1. Zestawienie ilości pożarów, udzielonej kwalifikowanej pierwszej pomocy oraz ewakuacji ze strefy

zagrożenia w latach 2010-2016 [4]

Rok Ilość pożarów

ogółem

Udzielono

pomocy na

miejscu akcji

W tym przez

strażaków

Przekazano

służbie

zdrowia

Ewakuowano

ze strefy

zagrożenia

2010 135555 4768 1923 2893 29451

2011 171839 4826 2114 2971 21219

2012 183888 5310 2491 3227 8731

2013 126426 5842 2948 3555 8117

2014 145237 6443 3191 3792 7623

2015 184817 7250 3740 4287 5830

2016 126228 6797 3512 3917 5662

Z Tabeli 1 wynika, iż następuje wzrost ilości poszkodowanych, którym udzielono pomocy

w działaniach gaśniczych ogólnie oraz tych którym to właśnie strażacy udzielili kwalifikowanej

pierwszej pomocy. W 2015 r. strażacy zaopatrzyli 1817 rannych więcej niż w 2010 r., co w okresie

pięcioletnim daje niemal podwojenie tego typu interwencji. Na podstawie danych zawartych

w Tabelach 1 i 2 można wyliczyć względny współczynnik pokazujący ilu poszkodowanym została

udzielona kwalifikowana pierwsza pomoc przez strażaków w 1000 pożarów Wkpp, ile było zgonów

na 1000 pożarów Wz oraz ile rannych na 1000 pożarów Wr :

gdzie: Wkpp - względny współczynnik udzielonej kwalifikowanej pierwszej pomocy przez

strażaków

Wz - względny współczynnik zgonów w pożarach

Wr - względny współczynnik rannych w pożarach

kpp - ilość osób którym udzielono KPP przez strażaków

- ogólna liczna pożarów

39

Wykres 1. Porównanie współczynników Wkpp, Wz oraz Wr

Tabela 2. Zestawienie liczby zgonów oraz osób poszkodowanych w pożarach w latach 2010-2016[4]

Ś – ofiary śmiertelne

R - ranni

W Tabeli 2 zaprezentowano dane ilościowe ofiar śmiertelnych oraz osób rannych w pożarach

w okresie 2010-2016. Ich ilość nie zmienia się znacząco w rozpatrywanych latach, jednakże

Wykres 1 pozwala zauważyć, zachodzącą współzależność pomiędzy ogólną ilością rannych a

udzieloną przez strażaków kwalifikowaną pierwszą pomocą.

NAJCZĘSTRZE PRZYCZYNY ZATRUĆ GAZAMI POŻAROWYMI

Palne materiały budowlane wykorzystywane przy konstrukcji budynków, a w szczególności tych

z kategorii zagrożenia ludzi ZL-IV, które obejmują domy czy budynki wielorodzinne zwiększają

ryzyko pożarowe. Nieprawidłowości na etapie doboru oraz niezgodny z zaleceniami producenta

montaż zwiększa to ryzyko. W pożarze materiały te często charakteryzują się wysoką masową

szybkością spalania, a jednocześnie na skutek rozkładu termicznego wydzielają trujące dla

organizmów żywych związki chemiczne, które nawet po krótkiej ekspozycji na drogi oddechowe

okazać się niebezpieczne dla zdrowia, a nawet życia.

Badania prowadzone w Katedrze Medycyny Sądowej Śląskiej Akademii Medycznej

w Katowicach w latach 1995-2003 pokazują, iż największe zagrożenie powoduje dym i zawarte

w nim trujące gazy działające na organizm toksycznie. W zależności od rodzaju, mogą działać

drażniąco, bądź usypiająco na organizm [6]. Gazy te stanowią główne źródło zagrożenia dla ludzi

niezależnie od fazy pożaru [5]. Na podstawie badań sekcyjnych i toksykologicznych zwłok ofiar

Rok Ogółem Ratownicy W tym

strażacy

Inne osoby W tym dzieci

Ś R Ś R Ś R Ś R Ś R

2010 530 4917 0 286 0 263 525 3965 5 403

2011 599 4979 2 314 2 283 585 4011 10 371

2012 576 4805 1 339 0 245 564 3847 11 374

2013 526 4683 2 266 0 180 515 3840 9 397

2014 504 5413 1 356 0 263 493 4341 10 453

2015 516 5690 1 425 0 289 511 4559 4 417

2016 497 5189 0 368 0 252 488 4205 9 364

Razem 3748 35676 7 2354 2 1775 3681 28768 58 2779

40

pożarów, aż 76,5% zgonów jest spowodowanych inhalacją gazów toksycznych, a tylko 23,5%

z powodu temperatury i bezpośredniego działania płomieni w warunkach pożarowych.

Ciężkość zatrucia uzależniona jest od bardzo dużej ilości czynników, z których najważniejszymi są:

dawka wchłonięta;

droga wchłaniania;

czas ekspozycji;

wiek;

płeć;

czynniki środowiskowe;

czynniki towarzyszące (np. panika);

pierwotna i wtórna toksyczność;

ogólny stan psychofizyczny poszkodowanego [6].

ZATRUCIE CYJANKAMI

Ostre zatrucia substancjami chemicznymi z grupy cyjanków, w aspekcie uwalniania ich na skutek

rozkładu termicznego elementów wyposażenia wnętrz budynków mieszkalnych w których dochodzi

do pożarów, stanowi co raz większy problem medyczny. Są to w szczególności: tworzywa sztuczne,

styropian, wełna, bawełna, jedwab oraz pianka poliuretanowa. U osoby narażonej na gazy

pożarowe w których znajdują się cyjanki, stwierdzono niekorzystne działanie na układ sercowo-

naczyniowy oraz ośrodkowy układ nerwowy. Wdychanie cyjanków, nawet w niewielkim stężeniu

powoduje objawy ciężkiego zatrucia i w konsekwencji śmierć. Połączone działanie dwóch

najgroźniejszych gazów występujących w pożarze - tlenku węgla oraz cyjanowodoru stanowi

główną przyczynę zgonu i wynosi 40,8%. Zatrucie jedynie cyjanowodorem powoduje śmierć 10%

ofiar pożarów [7]. Skutki inhalacji mieszaniny powietrza z cyjankami są następujące:

przy stężeniu > 50 ppm – objawy ciężkiego zatrucia: układ nerwowy: bóle głowy,

pobudzenie, drgawki, śpiączka, rozszerzenie źrenic; układ oddechowy: duszność, kaszel;

układ krążenia: bradykardia lub tachykardia, hiper- lub hipotensja, zaburzenia rytmu serca;

układ pokarmowy: bóle brzucha, nudności i wymioty; powłoki ciała: wiśniowo – czerwony

kolor skóry, wzmożona potliwość;

przy stężeniu 100-200ppm – zgon w czasie 30-60 min.;

przy stężeniu 1600 ppm (0,16%) – zgon natychmiastowy.

W przypadku osób narażonych na dymy pożarowe, dynamika zmiany stanu pacjenta jest bardzo

gwałtowna, narastanie objawów obserwuje się bardzo szybko. Ewakuacja poszkodowanego

powinna odbywać się przez ratowników wyposażonych w aparaty powietrzne. Istnieje

przeciwwskazanie do prowadzenia wentylacji bezprzyrządowej (metodami usta-usta i usta-nos).

Należy także unikać bezpośredniego kontaktu z wydychanym przez poszkodowanego powietrzem.

Choć przeprowadzone badania wykazują dużą skuteczność stosowania anitidotów zatruć cyjankami

(np. hydroksakobalaminą), to jednak brak jest możliwości użycia ich na poziomie kwalifikowanej

pierwszej pomocy [8].

ZATRUCIE TLENKIEM WĘGLA

Wydzielanie się tlenku węgla w warunkach pożarowych powstaje w wyniku niepełnego spalania

materiału palnego np. drewna. Substancja ta zajmuje pierwsze miejsce tragicznego rankingu gazów

niosących śmierć drogą inhalacyjną. Wśród ofiar pożarów, aż 25,7% umiera na skutek działania

wyłącznie tlenku węgla. Więcej na ten temat przedstawione jest w Wykresie 2. Ten bezwonny,

bezbarwny, lżejszy od powietrza, a jednocześnie silnie trujący gaz dostaje się do organizmu

człowieka jedynie poprzez układ oddechowy, po czym wchłaniany jest do krwioobiegu, powodując

utratę zdolności transportowych tlenu przez krwinki czerwone. Już niewielka dawka wchłonięta,

powoduje działanie trujące.

41

0

10

20

30

40

50

Działanie tlenku węgla i

cyjanowodoru

Działanie tylko tlenku węgla

Działanie tylko cyjanowodoru

Temperatura i działanie płomienia

Wykres 2. Procentowa toksykologiczna ocena przyczyn zgonu osób znalezionych po ugaszeniu pożaru [5]

Objawy świadczące o zatruciu tlenkiem węgla zależą od stężenia tej substancji w powietrzu

(mierzonego w ppm) oraz czasu ekspozycji. U osób poszkodowanych znajdujących się

w środowisku gdzie występuje tlenek węgla, objawy te powodują:

przy stężeniu 0-200 ppm (0,01%-0,02%) – lekki ból głowy po 2-3 godzinach ekspozycji;

przy stężeniu 800 ppm (0,08%) – zawroty głowy, konwulsje i wymioty po 45 minutach

ekspozycji oraz śpiączka po 2 godzinach;

przy stężeniu 1600 ppm (0,16%) – wymioty, silne bóle głowy, konwulsje po 20 minutach

oraz śmierć po 2 godzinach;

przy stężeniu 6400 ppm (0,64%) – wymioty i ból głowy po 1-2 minutach oraz zgon po 20

minutach;

przy stężeniu 12800 ppm (1,28%) – śmierć po 3 minutach.

Poszkodowani, którzy byli narażeni na działanie tlenku węgla w warunkach pożarowych

najczęściej zgłaszają objawy takie jak: ból głowy, zawroty, uczucie dezorientacji, osłabienie

duszności czy też uczucie kołatania serca. W części przypadków powoduje to mylne

przeświadczenie ratowników o tym, iż zgłaszane przez poszkodowanego objawy są efektem

schorzeń ze strony układu sercowo-naczyniowego [8].

PROCEDURY MEDYCZNE

Pierwsze procedury ratownictwa ludzi w KSRG stworzone z myślą o działaniach medycznych

podejmowanych przez strażaków w przypadku zatrucia wziewnego zostały opublikowane w 1999

roku, a następnie były one modyfikowane oraz dostosowywane do bieżącego stanu wiedzy z tego

zakresu. Obowiązujące na dzień dzisiejszy procedury dla potrzeb ratowników ksrg zostały

zatwierdzone w lipcu 2013 roku przez Komendanta Głównego PSP i opublikowane jako załącznik

nr 1 w Zasadach organizacji ratownictwa medycznego w krajowym systemie ratowniczo-

gaśniczym. W dokumencie tym określono ramowe wytyczne dotyczące organizacji działań

medycznych na miejscu zdarzenia oraz udzielania kwalifikowanej pierwszej pomocy

poszkodowanym znajdującym się w stanie nagłego zagrożenia zdrowotnego przez ratowników

jednostek KSRG oraz podmiotów współpracujących [10]. Procedura nr 16 odnosi się do udzielania

pomocy w przypadku zatrucia wziewnego i w opinii autora należy do jednej z prostszych do

zastosowania biorąc pod uwagę inne procedury zawarte w zasadach organizacji... szczególny

nacisk położony jest na rozpoznaniu miejsca zdarzenia, ewakuacji poszkodowanego ze strefy

zagrożenia oraz zabezpieczenie drożności dróg oddechowych lub w przypadku zatrzymania

krążenia, wykonanie resuscytacji krążeniowo-oddechowej z wykonaniem pięciu oddechów

ratowniczych na początku procedury. Pozostałe działania ratownicze a więc m.in. kontrola stanu

przytomności, ocena ABC, tlenoterapia, wywiad ratowniczy, termoizolacja, wsparcie psychiczne

42

oraz regularna ocena funkcji życiowych wynikają z sekwencji medycznych działań ratowniczych

(procedura nr 2) [11].

PODSUMOWNIE

Głównymi zagrożeniami powodującymi śmierć w pożarach są gazy pożarowe, a w szczególności

związki cyjanku oraz tlenek węgla. Stopień zatrucia uzależniony jest od wielu czynników wśród

których krytyczne znaczenie ma stężenie w powietrzu oraz czas ekspozycji. Strażacy są wyszkoleni

i wyposażeni do niesienia pomocy osobom zatrutym, poprzez realizację procedur przeznaczonych

dla ratowników i mieszczących się w kompetencjach wynikających z ustawy o Państwowym

Ratownictwie Medycznym z dnia 8 września 2006 roku, jednak obecnie na tym poziomie działań

medycznych nie ma możliwości podawania antidotów na miejscu zdarzenia.

LITERATURA

[1] Zasady etyki zawodowej funkcjonariuszy Państwowej Straży Pożarnej

[2] Ustawa z dnia 8 września 2006 roku o Państwowym Ratownictwie Medycznym, Dz.U. 2006 nr 191 poz. 1410 z

późn. zm., art 14.

[3] M.Chomoncik Zeszyty edukacyjne z zakresu kwalifikowanej pierwszej pomocy dla ratowników KSRG, 6.

[4] Dane statystyczne KG PSP [źródło: www.straz.gov.pl, data dostępu: 13.04.2017r.].

[5] Ibidem

[6] http://www.rockwool.pl/baza-wiedzy/bezpieczenstwo-pozarowe/toksycznosc/

[7] T. Grabowska, J. Nowicka, S. Kabiesz-Neniczka: Opiniowanie o przyczynie zatrucia i śmierci w przypadku badania

zwłok wydobytych z pożaru, Archiwum Medycyny Sądowej I Kryminologii LVII (2007), 231-235

[8] Ibidem

[9] Z. Kołaciński, P. Burda, Magdalena Łukasik-Głębocka, Jacek Sein Anand: Postępowanie w ostrych zatruciach

cyjankami - stanowisko Sekcji Toksykologii Klinicznej Polskiego Towarzystwa Lekarskiego, Przegląd Lekarski

8(2011), 459-462

[10] K. Grobelska, A. Królikowska, E.Zieliński, E. Nurczyńska, J.Trelak: Zatrucie tlenkiem węgla – zadania ratownika na

miejscu zdarzenia, Bezpieczeństwo i Technika Pożarnicza 34(2014), 123-132.

[11] M. Chomoncik, J.Nitecki, D. Ogonowska, U.Cisoń-Apanasewicz, H.Potok: Oparzenia chemiczne i zatrucia wziewne

w procedurach ratowniczych z zakresu kwalifikowanej pierwszej pomocy Państwowej Straży Pożarnej, Przegląd

Lekarski 8(2012), 633-637.

[12] Zasady organizacji ratownictwa medycznego w krajowym systemie ratowniczo - gaśniczym. Warszawa, 2013.

Dostępne on-line: www.straz.gov.pl/download/1854 (dostęp 10.04.2017).



OPTYMALIZACJA WIELOKRYTERIALNA ROZMIESZCZENIA

SPRZĘTU W POJEŹDZIE RATOWNICZO-GAŚNICZYM

Tadeusz Nowicki


ul. gen. S. Kaliskiego 2, 00-908 Warszawa [email protected]

STRESZCZENIE

W pracy przedstawiono model rozmieszczania sprzętu w pojeździe ratowniczo-gaśniczym w celu osiągnięcia

najlepszej jakości ergonomicznych wskaźników pracy dla strażaków podczas akcji ratowniczej lub

przeciwpożarowej. Formułowany jest problem rozmieszczenia sprzętu w samochodzie straży pożarnej.

Powstaje wielokryterialny i liniowy problem programowania całkowitoliczbowego. Można rozwiązywać go

znanymi z literatury metodami. Proponowane jest, aby zadanie to było generatorem sugerowanych rozwiązań,

które byłyby weryfikowane w środowisku wirtualnej rzeczywistości.

WPROWADZENIE

W pracy rozważane będą obciążenia fizyczne i w pewnym zakresie organizacyjne. Kryteriami

wziętymi pod uwagę będą obciążenia fizyczne w procesie rozładowania sprzętu z pojazdu

ratowniczo-gaśniczego dla różnego typu akcji ratunkowo gaśniczych trzeba jednak pamiętać, że

wysiłek fizyczny i skutki pracy personelu pojazdów ratowniczo-gaśniczych różnią się istotnie

w procesie pionowego przemieszczania sprzętu (zdjęcie sprzętu z pojazdu ratowniczo-gaśniczego)

oraz poziomego przemieszczenia sprzętu do miejsca jego rozlokowania w akcji ratunkowo-

gaśniczej.

Kolejnym, tym razem o naturze organizacyjnej kryterium będzie czas rozładowania sprzętu na

początku akcji ratunkowo-gaśniczej. Z jednej strony krótki czas rozładowania sprzętu jest

czynnikiem, który obciąża dodatkowo członka załogi pojazdu ratunkowo-gaśniczego, a z drugiej

strony jest ważnym elementem sprawnej akcji tego typu. Podjęto decyzję o włączeniu tego

kryterium do oceny ergonomii rozmieszczenia sprzętu w pojeździe ratowniczo-gaśniczym.

Ten ostatni element będzie miał istotne znaczenie w określeniu rozmieszczenia sprzętu

w pojazdach ratunkowo-gaśniczych straży pożarnej. Pozwoli on na to, aby określić takie

rozmieszczenie sprzętu we wnękach pojazdu, które powodowałoby ekstremum przyjętych kryteriów

do oceny ergonomii rozmieszczenia sprzętu w pojeździe ratunkowo-gaśniczym.

PROBLEM ROZMIESZCZANIA SPRZĘTU W POJEŹDZIE


Można założyć, że w toku kolejnych ustaleń zestaw sprzętu do rozmieszczenia w we wnękach

pojazdu ratunkowo-gaśniczego może się zmienić. Załóżmy, że mamy do czynienia ze zbiorem

N elementów sprzętu ratunkowo-gaśniczego, których zbiór numerów

Nn ,,...,,...,3,2,1S . (1)

Liczba N jest obecnie określona (patrz Tabela 1) jednak może się ona zmienić w dalszych

ustaleniach zespołu projektowego. Dla każdego z tych elementów sprzętu ratunkowo-gaśniczego

określone są jego charakterystyki:

44

rn – rozmiar przestrzenny n-tego elementu sprzętu ratunkowo-gaśniczego,

cn – ciężar n-tego elementu sprzętu ratunkowo-gaśniczego,

dn – średnia odległość od pojazdu ratunkowo-gaśniczego, w jakiej umieszczony powinien być

element n-ty sprzętu ratunkowo-gaśniczego,

tn – czas potrzebny na przemieszczenie n-tego elementu sprzętu ratunkowo-gaśniczego na

odległość dn.

Sprzęt ratunkowo-gaśniczy nie może być rozmieszczany w pełnej dowolności z punku widzenia

jego zastosowania w akcjach ratunkowo-gaśniczych. Pewne elementy sprzętu grupowane są

w zestawy, w jakich sprzęt ten musi być umieszczony we wnękach pojazdu ratunkowo-gaśniczego

obok siebie.

Załóżmy, ze znane są zestawy elementów sprzętu ratunkowo-gaśniczego związane ze sobą

z funkcjonalnego punktu widzenia. Przyjmijmy, że zestawów tych jest K. Zbiór numerów zestawów

definiowany jest w następujący sposób

KkZ ,,...,,...,3,2,1 . (2)

Każdy z zestawów definiowany jest za pomocą elementów pierwotnych elementów sprzętu

ratunkowo-gaśniczego. Formalny opis zestawów jest następujący

Szbioru elementy wybrane:Snk

Z . (3)

Zestawy te spełniają warunki

jiNjiZZ ik ,,...,1, , (4)

oraz SZ

Zk

k

. (5)

Wtedy charakterystyki poszczególnych zestawów mają postaci, jakie zostały podane poniżej

w odpowiedniej kolejności w odniesieniu do definicji elementów sprzętu ratunkowo-gaśniczego.

Łączny rozmiar zestawu wynosi

,

kZn

nk rr

(6)

łączny ciężar zestawu

,

kZn

nk cc

(7)

natomiast średnia odległość od pojazdu ratunkowo-gaśniczego, w jakiej umieszczone powinny być

elementy sprzętu ratunkowo-gaśniczego będące w zestawie k-tym z formalnego uśrednienia wynosi

kZn

n

k

k dZ

d1 .

(8)

Ponadto przenumerujmy wnęki w pojeździe ratunkowo-gaśniczym. Jest ich sześć, zatem

pierwsze trzy z lewej strony ponumerowane są od 1 do 3, natomiast z prawej strony ponumerowane

są od 4 do 6. Jeśli pojawią się dodatkowe miejsca z boków pojazdu lub na jego dachu, to załóżmy,

że miejsc tych będzie J. Stąd zbiór numerów rozpatrywanych wnęk w pojeździe ratunkowo-

gaśniczym do wykorzystania jest zdefiniowany następująco

JjM ,,...,,...,3,2,1 . (9)

Dla każdej z tych wnęk określone są jego następujące charakterystyki:

pj – pojemność przestrzenna j-tej wnęki pojazdu ratunkowo-gaśniczego,

wj – średnia wysokość od ziemi lub od półki, na której stać może personel pojazdu, w stosunku

do j-tej wnęki pojazdu ratunkowo-gaśniczego.

Powstaje następujący problem: szukamy rozmieszczenia sprzętu ratunkowo-gaśniczego we

wnękach pojazdu ratunkowo-gaśniczego, który jest macierzą decyzyjną

kj KxJ

X x , (10)

45

taką, że xkj – równe jest 1, gdy k-ty zestaw sprzętu ratunkowo-gaśniczego umieszczony zostanie we

wnęce o numerze j lub równe jest 0 w przeciwnym przypadku.

Ograniczenia na elementy macierzy X są podane poniżej

JjKkxkj ,...,1,,...,1 ,1,0 (11)

co oznacza, że zmienne decyzyjne mają charakter zmiennych binarnych

Kkx

J

j

kj ,...,1,11

(12)

co oznacza, że każdy zestaw musi znaleźć się w którejś z wnęk pojazdu ratunkowo-gaśniczego i na

dodatek tylko w jednej,

Jjprx j

K

k

kkj ,...,1,

1

(13)

co oznacza, że pojemność zestawów umieszczonych w każdej z wnęk nie może przekroczyć jej

łącznej pojemności oraz

6,5,43,2,1 k

k

k

k cc (14)

co oznacza, że nacisk ciężaru na obie strony osi pojazdu jest mniejszy od założonej wielkości

będącej ustaloną w praktyce wielkością powodującą to, że pojazd nie będzie miał tendencji

przechyłowych w trakcie pokonywania zakrętów po drogach dojazdów do miejsca akcji ratunkowo-

gaśniczej.

Ostanie z ograniczeń ma postać nieliniową. Można jednak pokazać, że po wstawieniu

pomocniczych zmiennych dodatkowych można tę nierówność sprowadzić do postaci liniowej.

Z kolei funkcja kryterium rozmieszczenia zestawów sprzętu ratunkowo-gaśniczego we wnękach

pojazdu ma charakter wektorowy

))(),(),(()( 321 XFXFxFXF , (15)

gdzie

jJ

j

K

k

kjk wcxXF

1 1

1 )( (16)

oznacza łączny ciężar przemieszczenia pionowego sprzętu ratowniczo-gaśniczego w trakcie akcji,

k

J

j

K

k

kjk dcxXF

1 1

2 )( (17)

oznacza łączny ciężar przemieszczenia poziomego sprzętu ratowniczo-gaśniczego w trakcie akcji,

J

j

K

k Zn

njk

k

txXF

1 1

3 )( (18)

oznacza łączny czas przemieszczenia sprzętu ratowniczo-gaśniczego w trakcie akcji.

Powstaje zatem problem wielokryterialnej minimalizacji,

wyznaczyć takie X*, aby:

j

J

j

K

k

kjk

DX

wcxXF 1 1

1 min*)( (19)

k

J

j

K

k

kjk

DX

dcxXF 1 1

2 min*)( (20)

46

J

j

K

k Zn

njk

DX k

txXF

1 1

3 min*)( (21)

gdzie zbiór D dopuszczalnych rozwiązań ma postać:

JjKkxkj ,...,1,,...,1 ,1,0 , (22)

Kkx

J

j

kj ,...,1,11

, (23)

Jjprx j

K

k

k

kj ,...,1,1

, (24)

6,5,43,2,1 k

k

k

k cc . (25)

Powstaje w efekcie problem wielokryterialnego binarnego liniowego programowania

matematycznego, który można rozwiązać za pomocą różnych metod programowania liniowego

wielokryterialnego.

Warto jednak zauważyć, że problem ten można zdekomponować na sekwencję zadań

szczegółowych z pojedynczymi kryteriami: jakich rozmiarów i gdzie rozmieścić moduły

w pojeździe straży pożarnej, jak rozmieścić pewne komplety (zestawy) sprzętu gaśniczego na

pojeździe w modułach pojazdu straży pożarnej, jednocześnie: jak rozmieścić pewne komplety

(zestawy) sprzętu ratunkowego na pojeździe w modułach pojazdu straży pożarnej, przy

uwzględnieniu: częstości występowania różnych typów akcji straży pożarnej, kolejności i sekwencji

wykonywanych działań w różnych typach akcji straży pożarnej, kompletów urządzeń i elementów

wykorzystywanych w różnych typach akcji straży pożarnej.

Częstości występowania różnych typów akcji straży pożarnej wynikać mogą z uzyskanych

z badań prowadzonych przez zespół ze szkoły pożarniczej w Krakowie, który określa to, jakiego

typu sprzęt oraz z jaką częstotliwością jest wykorzystywany w określonych typach interwencji

(operacji) straży pożarnej. Badania powyższe prowadzone są mniej więcej od roku i ich wyniki

będą w najbliższej przyszłości osiągalne.

Wtedy niech wektor A oznacza numery typów akcji gaśniczych

IiA ,,...,,...,3,2,1 , (26)

gdzie I jest liczbą różnych typów akcji ratunkowo-gaśniczych.

Zakładamy też, że znane są numery zestawów sprzętu ratunkowo gaśniczego używanego

w poszczególnych typach akcji gaśniczych. Niech zbiór numerów zestawów sprzętu ratunkowo-

gaśniczego używanych w i-tej akcji ratunkowo-gaśniczej ma postać

IiSkN i ,...,1,Szbioru elementy wybrane: . (27)

Z kolei częstotliwość występowania poszczególnych typów akcji, poznanych z badań szkoły

pożarniczej z Krakowa, definiuje wektor

Ii ffffff ,...,,...,, 3,21 . (28)

Wtedy ograniczenia problemu decyzyjnego nie zmienią się, jeśli założy się w naturalny sposób,

że wożone są wszystkie zestawy sprzętu w pojeździe ratunkowo-gaśniczym, jednak postaci

elementów wektorowej funkcji kryterium zmienią swoją postać na

I

i

jJ

j

K

Nk

kjki wcxfXF

i1 1

1 )( (29)

47

oznacza łączny ważony ciężar przemieszczenia pionowego sprzętu ratowniczo-gaśniczego w trakcie

akcji różnych typów,

I

i

kJ

j

K

Nk

kjki dcxfXF

i1 1

2 )( (30)

oznacza łączny ważony ciężar przemieszczenia poziomego sprzętu ratowniczo-gaśniczego w trakcie

akcji różnych typów,

I

i

J

j

K

Nk Zn

njkii

k

txfXF

1 1

3 )( (31)

oznacza łączny ważony czas przemieszczenia sprzętu ratowniczo-gaśniczego w trakcie akcji

różnych typów.

Wtedy zadanie wyboru rozmieszczenia sprzętu w pojeździe ratunkowo-gaśniczym będzie miało

postać optymalizacji wielokryterialnej. Powstaje zatem zmodyfikowany problem wielokryterialnej

minimalizacji:

wyznaczyć takie X*, aby

I

i

jJ

j

K

Nk

kjki

DX

wcxfXFi1 1

1 min*)(' , (32)

I

i

kJ

j

K

Nk

kjki

DX

dcxfXFi1 1

2 min*)(' , (33)

I

i

J

j

K

Nk Zn

njki

DX ik

txfXF

1 1

3 min*)(' , (34)

gdzie zbiór D dopuszczalnych rozwiązań ma postać:

JjKkxkj ,...,1,,...,1,1,0 , (35)

KkxJ

j

kj ,...,1,11

, (36)

Jjprx j

K

k

k

kj ,...,1,1

, (37)

6,5,43,2,1 k

k

k

k cc . (38)

METODA ROZWIAZANIA ZADANIA ROZMIESZCZENIA

Mając na uwadze to, że:

liczba rozwiązań nie jest duża,

można ją wyznaczyć efektywnie za pomocą różnych metod rozwiazywania zadań

optymalizacji wielokryterialnej liniowej,

lub przy założeniu, że producent pojazdu lub projektant wyposażenia nie pozwoli na

różnego typu dowolność rozmieszczenia,

to jawi się jednak inne podejście: można wykonać serie eksperymentów symulacyjnych

(wykorzystując powstający symulator pojazdu i możliwości w tym zakresie środowiska VBS do

symulowania działań załogi w trakcie akcji gaśniczej lub ratunkowej przy wykorzystaniu

48

elementów wyposażenia pojazdu), w których zbadane zostanie to, czy pewne sekwencje działań

załogi przy ustalonych zestawach rozmieszczenia sprzętu na pojazdach straży pożarnej

i sekwencjach działań w poszczególnych typach akcji ratunkowo-gaśniczych, mają cechę

zapewniania największej ergonomii i bezpieczeństwa załogi w trakcie ich działań.

W eksperymentach symulacyjnych wykonana zostanie pewna sekwencja działań:

a) wybieramy kolejny typ akcji ratunkowo-gaśniczej,

b) dla wybranego typu akcji ratunkowo-gaśniczej wykonujemy serię eksperymentów

pozwalających na oszacowanie

- łącznego ciężaru przemieszczenia pionowego sprzętu ratowniczo-gaśniczego w trakcie

takiego typu akcji,

- łącznego ciężaru przemieszczenia poziomego sprzętu ratowniczo-gaśniczego w trakcie

takiego typu akcji,

- łącznego czasu przemieszczenia sprzętu ratowniczo-gaśniczego w trakcie akcji takiego

typu,

c) obliczamy

- łączny ważony ciężar przemieszczenia pionowego sprzętu ratowniczo-gaśniczego w

trakcie akcji według formuły (32),

- łącznego ciężaru przemieszczenia poziomego sprzętu ratowniczo-gaśniczego w trakcie

akcji według formuły (33),

- łącznego czasu przemieszczenia sprzętu ratowniczo-gaśniczego w trakcie akcji według

formuły (34),

d) wybieramy (metoda selekcji) rozwiązania dające najlepsze oszacowania funkcji

kryterialnych, e) decydenci wybierają takie rozwiązanie, jakie odpowiadać im będzie w najwyższym

stopniu.

LITERATURA

[1] J. Błażewicz: Złożoność obliczeniowa problemów kombinatorycznych. WNT, Warszawa, 1988.

[2] E.G.Coffman (red.) Teoria szeregowania zadań. WNT, Warszawa, 1980.

[3] A. Janiak: Dokładne i przybliżone algorytmy szeregowania zadań i rozdziału zasobów w dyskretnych procesach

przemysłowych. Wydawnictwo Politechniki Wrocławskiej, Wrocław, 1991.

[4] M. Chudy: Wybrane metody optymalizacji. Bellona, Warszawa, 2001.

[5] W. Grabowski: Programowanie matematyczne. PWE, Warszawa, 1982.

[6] T. Nowicki: Stochastic bi-objective Scheduling Problem in a Multiprocessor Computer System. The 5’th International

workshop on Project Management and Scheduling. April 11-13.1996, Poznań, 1996.

[7] M.L. Pinedo: Scheduling. Theory, algorithms and Systems. Springer, New York, London, Heidelberg, 2008.

[8] M,L. Pinedo: Scheduling. Planning and scheduling In manufacturing and services. Springer, New York, 2005.

[9] Y. Pochet, L.A. Wolsey: Production planning by mixed integer programming. Springer, New York, London,

Heidelberg, 2005.

[10] D. Simchi-Levi, X. Chen, J. Bramel: The Logic of Logistics, Springer, New York, 1997.

[11] S. Walukiewicz: Programowanie dyskretne. PWN, Warszawa, 1986.



(NIE) PATRZ MI NA RĘCE: WPŁYW OBECNOŚCI ŚWIADKÓW NA

REALIZACJĘ ZADAŃ RATOWNICZYCH

Paweł Strojny

1,2, Agnieszka Strojny

1,3, Weronika Kałwak

1,4, Anna Bańbura

1,4

1NANO Games sp. z o.o., ul. Gromadzka 101, 30-719 Kraków

2Instytut Psychologii Stosowanej, Uniwersytet Jagielloński, ul. Gołębia 24, 31-007 Kraków

3Katedra Psychologii, Uniwersytet Pedagogiczny im. Komisji Edukacji Narodowej

ul. Podchorążych 2, 30-084 Kraków 4Instytut Psychologii, Uniwersytet Jagielloński, ul. Gołębia 24, 31-007 Kraków

[email protected]

STRESZCZENIE

Strażacy podczas działań ratowniczych funkcjonują w otoczeniu społecznym, w związku z tym pozostają pod

wpływem społecznym i sami go wywołują. Jednym z subtelnych przejawów wpływu społecznego jest efekt

facylitacji społecznej polegający na zmianie w szybkości i jakości wykonania zadań w wyniku bycia

obserwowanym przez inne osoby. Zjawisko to zdaje się wyjaśniać model uwagowy, który przewiduje, iż pod

wpływem obecności osób trzecich zawężeniu ulega uwaga, co może prowadzić do pogorszenia lub poprawy

(w zależności od warunków) wykonania zadania. Aby odpowiedzieć na pytanie czy strażacy podczas działań

ratowniczych mogą podlegać zjawisku facylitacji wywoływanemu przez obecność osób postronnych

przeprowadzono analizę wypowiedzi dziewięciu strażaków. Treść wypowiedzi pozwala przypuszczać, że

okoliczności społeczne podczas działań ratowniczych sprzyjają występowaniu zjawiska facylitacji społecznej.

Sformułowano wnioski badawcze i praktyczne na podstawie uzyskanych wyników.

WPROWADZENIE

Udział w działaniach ratowniczych wiąże się z zagrożeniami i utrudnieniami o charakterze

fizycznym i psychologicznym, dlatego szkolenie ratowników służące doskonaleniu obejmuje

również czynniki psychologiczne. Prezentowane badania wykazały, że wśród najdotkliwiej

doświadczanych utrudnień o charakterze psychologicznym znajduje się obecność i nieodpowiednie

zachowanie świadków i osób postronnych. Ważną częścią sztuki ratownika jest umiejętność

radzenia sobie z osobami postronnymi w trakcie działań. Jednym z aspektów obecności świadków

jest efekt facylitacji społecznej, który stał się tematem niniejszej pracy.

Autorzy nie mają na celu dokonania opisu ogólnej charakterystyki pracy strażaków, a raczej

eksplorację stosunkowo wąskiego zagadnienia wpływu społecznego, któremu poddawani są

strażacy podczas działań ratowniczych. Autorzy skupili się na efektach facylitacji i inhibicji

społecznej, które mogą wpływać na efektywność strażaków. W dalszych częściach przedstawiono

analizę sytuacji psychologicznej strażaka z perspektywy społecznej, krótki przegląd literatury na

temat korzystnych i szkodliwych skutków obecności świadków oraz rezultaty badań własnych na

temat zachowań świadków mogących skutkować facylitacją lub hamowaniem społecznym.

W ostatniej części przedstawiono wnioski praktyczne oraz nakreślono dalsze kierunki badań.

CZY RATOWNIK MOŻE BYĆ OBIEKTEM WPŁYWU SPOŁECZNEGO?

Wpływ społeczny definiuje się jako proces, w wyniku którego dochodzi do zmiany zachowania,

opinii lub uczuć jednostki wskutek tego, co robią, myślą lub czują inni ludzie[1]. Zgodnie z tą

definicją ludzie oddziałują na siebie w sposób ciągły i wzajemny, a jedynym warunkiem

50

wywierania wpływu społecznego jest istnienie relacji społecznej pomiędzy minimum dwojgiem

ludzi. Nie jest tu konieczna ani wola wywierania wpływu z żadnej ze stron, ani uświadamianie sobie

faktu bycia przedmiotem wpływu.

Nie należy jednak utożsamiać powszechnego zjawiska jakim jest wpływ społeczny z bardziej

specyficznymi pojęciami takimi jak techniki wpływu społecznego [2] czy konformizm [3]. Skutki

wpływu społecznego nie zawsze muszą być tak spektakularne jak zaprezentowana w klasycznych

eksperymentach Ascha [4] skłonność do popełniania oczywistych błędów pod naciskiem grupy czy

badana w ostatnich latach zwiększona podatność na prośby pod wpływem zastosowania technik

wpływu społecznego (np. „huśtawka emocjonalna” [5], [6]). W życiu codziennym dużo częściej

ulegamy znacznie bardziej subtelnym oddziaływaniom innych osób, które mogą mieć jednak

konkretne konsekwencje.

Mając na uwadze fakt, że strażak podczas działań ratowniczych pozostaje w relacji z licznymi

osobami, należy spodziewać się, że będzie on podlegał wpływowi społecznemu. Zauważyli to

również inni badacze – na przykład Kassin, Fein i Ross [7], którzy postulują udział w ćwiczeniach

w celu przeciwdziałania niekorzystnemu wpływowi obecności obserwatorów na działania

ratowników podczas rzeczywistych działań.

Jednym z intensywnie badanych zjawisk z dziedziny wpływu społecznego są bliźniacze efekty

facylitacji i inhibicji społecznej. Efekty te polegają na nieuświadamianej tendencji do zmiany

skuteczności działania (performance) pod wpływem obecności obserwatorów. Zadanie pytania

o przyczyny i skutki efektu facylitacji społecznej w kontekście działań ratowników, którzy prawie

nigdy nie działają w społecznej próżni, wydaje się być uzasadnione.

EFEKT FACYLITACJI SPOŁECZNEJ

Zjawisko facylitacji/inhibicji społecznej (czasami nazywane również „efektem audytorium” lub

skrótowo „efektem facylitacji”) definiuje się jako skłonność do zmiany efektywności działania pod

wpływem obecności obserwatorów [8]. Pierwszym badaczem, który zaobserwował efekt facylitacji

społecznej był Norman Triplett [9], który porównał czasy osiągane przez kolarzy w zależności od

tego, czy brali oni udział w wyścigu samotnie czy w grupie. Badacz zauważył, że kolarze startujący

w grupie osiągali lepsze efekty niż ci ścigający się pojedynczo. Zjawisko to tłumaczył istnieniem

„ukrytych” możliwości, które uruchamiane są w obecności innych ludzi.

Efekt ten opisano po raz pierwszy już w XIX wieku, jednak być może najbardziej przełomowe

wyniki opublikowali Zajonc, Heingartner i Herman w pracy z 1969 [10]. Uzyskane przez nich

wyniki dały podstawy do identyfikacji „drugiej strony” efektu – inhibicji społecznej. Badacze

zadali pytanie o wpływ obecności innych na tempo pokonywania labiryntu w zależności od stopnia

jego trudności. Odkryli, że przy niskim stopniu trudności zadania, prędkość pokonywania labiryntu

rosła, gdy biegnący był obserwowany przez innych – wystąpiła więc facylitacja społeczna.

Zależność ulegała odwróceniu gdy przed badanymi stawiano zadanie polegające na pokonaniu

trudnego labiryntu – wtedy obecność innych spowalniała biegnącego, występował efekt inhibicji.

O uniwersalności zidentyfikowanych efektów może świadczyć fakt, że osobami badanymi przez

Zajonca i współpracowników były… karaluchy (blatta orientalis). Jak więc widać, zjawisko to jest

ugruntowane w badaniach również daleko wykraczających poza typowe laboratorium

psychologiczne. Wzmożone zainteresowanie dwoistością natury efektu audytorium, mogącego prowadzić

zarówno do poprawy jak i pogorszenia efektywności osób pozostających pod jego wpływem,

zaowocowało licznymi pracami empirycznymi. Zgodnie z wynikami meta-analizy 241 badań

poświęconych temu efektowi [11], obecność osób trzecich zwiększa szybkość i poprawność

wykonania prostych, dobrze wyuczonych zadań, a zmniejsza je w przypadku wykonywania zadań

skomplikowanych, słabo wyćwiczonych.

Interesującym trendem z ostatnich lat jest badanie możliwości występowania efektu facylitacji

w interakcji z wirtualną rzeczywistością. Murray i in. (2016) przeprowadzili badania, w ramach

których dokonali pomiaru szybkości i zaangażowania osób badanych w trakcie ćwiczeń na

51

ergometrze wioślarskim. Wykazali, że osoby ćwiczące w towarzystwie partnera reprezentowanego

przez wygenerowany komputerowo awatar wiosłowały szybciej i angażowały się silniej

w ćwiczenie, a równocześnie nie miały poczucia, by wkładały w zadanie większy wysiłek [12].

Wyniki te stanowią kolejny dowód nie tylko na występowanie zmian w efektywności działań pod

wpływem osób trzecich, ale również na możliwość wywoływania tego efektu za pomocą

„obserwatorów” generowanych komputerowo. Możliwość tę sugerowały już wcześniejsze badania

(np. [13]-[15]). Literatura psychologiczna obfituje w raporty badawcze dokumentujące występowanie efektu

facylitacji z zastosowaniem różnych operacjonalizacji zmiennych, jednak mając na względzie cel

pracy, autorzy postanowili ograniczyć się do zaprezentowania kilku powyższych przykładów.

Łączy je fakt, iż zmienna zależna nie ma w ich przypadku charakteru „psychologicznego” (np.

rozwiązywanie zadań arytmetycznych) ale pozostaje w ścisłym związku z działaniami strażaków –

w każdym z trzech przedstawionych badań o efektywności działań decydowała nie tylko sprawność

umysłowa, ale przede wszystkim zdolność mobilizacji do wysiłku fizycznego.

ZACHOWANIA ŚWIADKÓW MOGĄCE WYWOŁYWAĆ EFEKT FACYLITACJI

SPOŁECZNEJ

Dalsze badania nad efektem facylitacji dostarczają dodatkowych informacji na temat

prawdopodobieństwa jego wystąpienia w konkretnych sytuacjach. Autorzy wielu z nich wykazali,

że czynnikiem decydującym jest nie tyle sama obecność osób trzecich, ale stopień w jakim

koncentrują one uwagę na osobie badanej. Innymi słowy czasami nie wystarczy sam fakt, że ktoś

jest obecny podczas wykonywania zadania, ponieważ konieczne jest to aby skupiał on uwagę na

działaniach podmiotu. Zjawisko to wystąpiło na przykład w badaniach Hugueta i kolegów [16] –

audytorium, które samo było w sposób ewidentny zajęte swoim zadaniem nie wpływało, w sposób

istotny statystycznie, na efektywność działania osób badanych. Okoliczności wyraźnie poprawiające

wykonanie zadania występowały, gdy osoby trzecie obserwowały poczynania badanego – w tej

właśnie sytuacji ujawniał się silny efekt facylitacji społecznej. Ten fakt również może mieć

znaczenie dla specyficznej sytuacji jaką jest akcja ratownicza. Można oczekiwać, że obecność osób

zaangażowanych w swoje zadania (np. inni ratownicy) będzie w niewielkim stopniu wpływała na

wystąpienie efektu facylitacji. Kluczową grupą osób, które mogą wywoływać rozważany efekt są

natomiast ludzie niezaangażowani bezpośrednio w akcję – postronni świadkowie. W ramach badania przeprowadzono dziewięć inspirowanych metodą fenomenologiczną,

częściowo-ustrukturyzowanych, wywiadów z ratownikami Państwowej Straży Pożarnej. Badani

różnili się pod względem stażu i stopnia bojowego, oraz rodzaju zadań pełnionych w jednostce

Straży Pożarnej (ratownicy, kierowcy, dowódcy, szkoleniowcy). Na początku osoby badane

podpisywały zgodę na udział w badaniu. Rozmowy były prowadzone przez jedną badaczkę

z zachowaniem zasad poufności i etyki prowadzenia badań naukowych. Trwały od 30 do niespełna

90 minut i za zgodą badanych były nagrywane na dyktafon. Wywiady, które służyły rekonstrukcji

doświadczenia udziału w działaniach ratowniczych, poddano analizie treści pod kątem zachowań

osób postronnych będących świadkami prowadzonych działań.

W przeprowadzonych wywiadach konsekwentnie pojawiały się wypowiedzi dotyczące

zachowania osób postronnych, co stało się punktem wyjścia do dalszej refleksji i analizy materiału

badawczego. Analizę przeprowadzono pod kątem odpowiedzi na pytania badawcze sformułowane

w oparciu o teorię facylitacji społecznej. Uzyskane odpowiedzi zostaną przedstawione poniżej.

1. Czy ratownicy dostrzegają obecność świadków? To pozornie trywialne pytanie odnosi się do

podstawowego warunku wystąpienia efektu facylitacji. Pytanie badawcze zostało sformułowane na

podstawie kontrastu, który dostrzeżono pomiędzy relacjami strażaków i ratowników medycznych

z porównywalnych zdarzeń. W relacjach ratowników medycznych stosunkowo rzadko pojawiały się

wątki dotyczące osób trzecich. Relacje ratowników medycznych wskazywały na stosunkowo

niewielką świadomość obecności na miejscu zdarzenia osób trzecich. Gdyby podobna sytuacja

miała miejsce u strażaków, prawdopodobieństwo występowania u nich efektu facylitacji pod

52

wpływem świadków, należałoby oceniać jako niskie. Tymczasem w relacjach wszystkich strażaków

uczestniczących w badaniu pojawiał się wątek świadków. Powszechne były wypowiedzi świadczące

o pełnej świadomości obecności i zachowań tych osób (np. „Nie widzi się tych ludzi, tylko to jest

też kwestia jakiegoś zachowania tych ludzi. Bo jeżeli wiemy, że tam trzeba zadziałać, takie są

rozkazy, a ktoś np. wchodzi w tą strefę, czy zachowywałby się jakoś źle, to on też tą naszą uwagę

skupia” - OB3). Co więcej strażacy aktywnie poszukują i wymieniają się informacjami na temat

przewidywanej obecności świadków (np. „Również oczywiście tu idzie cała sieć komunikatów, że

na miejsce jadą media, że ludzie dzwonią, pytają się co się dzieje, żeby się przygotować. Wiec dla

nas to też taka informacja, żebyśmy prawda byli przygotowani na to, że zaraz mogą się pojawić

dziennikarze” - OB1).

2. Czy strażacy uważają, że świadkowie skupiają się na ratownikach? Pozytywna odpowiedź na

to pytanie zwiększyłaby prawdopodobieństwo wystąpienia efektu facylitacji. Wbrew pozorom, nie

jest ona oczywista – podczas działań ratowniczych ma miejsce wiele zdarzeń szczególnie

interesujących osoby postronne. Działania strażaków mogą w takiej sytuacji pozostawać niejako

w tle, z drugiej strony strażacy mogą przyciągać uwagę. Z relacji uczestników badania wynika, że

czują oni uwagę świadków. Przejawia się to werbalnie (np. świadkowie starający się nawiązać

interakcję ze strażakami; „Czasami się chcą o coś zapytać prawda. A czasami chcą powiedzieć, że

on coś widział prawda. A czasami są to osoby, które uczestniczyły, czy tam jako świadek: Wie pan

co ja to widziałem, ja to wiem lepiej, to nie tak wcale było, prawda.” - OB1). Niekiedy wypowiedzi

świadków wskazujące na ich zainteresowanie właśnie strażakami nie są kierowane bezpośrednio do

nich (np. „Tłum ludzi już stał i za chwilę w oddali słychać: EJ! Panowie wiadra trza brać, bo

strażacy nie mogą ugasić!” - OB1). Również relacjonowane zachowania niewerbalne świadczą

o silnym poczuciu bycia w centrum uwagi świadków (np. dokumentacja działań ratowników;

„Bardzo dużo jest gapiów, którzy wszystko filmują. To jest też takie na początku… jakby to

nazwać. Przez to też jest taka niepewność, no bo jak człowiek kameruje każdy twój ruch, no to co

byś człowiek nie zrobił, to wiesz, że to jest zarejestrowane na kamerze.” - OB6). Nie może być

więc żadnej wątpliwości, że uwaga świadków jest (przynajmniej subiektywnie) odbierana jako

skupiona na ratownikach. Z drugiej jednak strony zdarzały się wypowiedzi sugerujące, że niekiedy

osoby postronne skupiają się jednak na innych zadaniach (np. „I ci ludzie próbują wejść do tego

domu, że tam wyciągnąć sobie nie wiem - kota, albo dziecko. Bo nie wiem, matkę, ojca,

kogokolwiek.” - OB6), były to jednak wypowiedzi rzadziej występujące.

3. Czy dochodzi do interakcji pomiędzy strażakami a świadkami? Jeśli pomiędzy ratownikami

a widzami dochodziłoby do interakcji, mogłoby to jeszcze bardziej uprawdopodabniać wystąpienie

facylitacji społecznej. Oczywiście w wypowiedziach strażaków pojawiały się takie stwierdzenia

(np. cytowane wcześniej próby nawiązania rozmowy) jednak w wielu relacjach osoby badane

mówiły o aktywnych próbach uniknięcia interakcji - na przykład poprzez odgrodzenie miejsca

zdarzenia czy przekazanie osób dążących do interakcji innym służbom (np. „No i wtedy takie

osoby- jeżeli mają rzeczywiście coś konstruktywnego do powiedzenia, to przekazujemy policji.” -

OB1). Jest to całkowicie zrozumiałe – pozwala strażakowi skupić uwagę na własnych obowiązkach

i może przyczyniać się do zmniejszenia intensywności inhibicji społecznej.

4. Jakie zachowania oddziałują szczególnie silnie na pracę strażaków? W analizowanych

wywiadach szczególnie często pojawiały się dwie grupy zachowań, które w sposób wyraźny

wyróżniają się w oczach osób badanych: kwestia dokumentacji ich działań (4 z 9 wywiadów)

i świadomego, często motywowanego złośliwością, utrudniania działań (6 z 9 wywiadów).

Podkreślenia wymaga fakt, że nie wliczono tu sytuacji, gdy osoby utrudniają działania, nie

ponosząc za to pełnej odpowiedzialności (np. w rozpaczy czy panice wynikające z zagrożenia

życia). Mimo że w teorii efektu facylitacji społecznej nie poświęca się szczególnie wiele uwagi

konkretnym czynnościom audytorium, to tak silne skupienie na tych zagadnieniach nie pozwala na

pominięcie tego wątku. Relacje dotyczące dokumentacji działań ratowników były spójne, powtarzał

się w nich motyw osoby postronnej, która wyciąga telefon i rozpoczyna nagrywanie. Zdarza się, że

taka osoba w tym celu przerywa swoje normalne czynności („Bardzo częstym jest zjawiskiem, że

osoby przejeżdżające, nie biorące udziału w zdarzeniu zatrzymują się, patrzą, zaglądają, robią

53

zdjęcia, flesze. Bo to dla nich jest bardzo ważne, co tam się stało.” - OB1). Relacjonowane przez

strażaków sposoby świadomego utrudniania ich działań były bardziej zróżnicowane. Wspominali

oni często o słownych złośliwościach kierowanych pod ich adresem (np. „Ludzie, którzy nie mają

zielonego pojęcia o gaszeniu pożarów i… o akcjach, o procedurach, a stają z boku i dogadują,

naśmiewają się.” - OB4) oraz o łamaniu zasad bezpieczeństwa („Pchają się i to bardzo, bo chcą

wsadzić głowę przez okno, chcą wszystko widzieć” - OB5), które skutkuje niejednokrotnie

uszczupleniem składu zastępu („To też jakby utrudni, bo wyłącza nam jednego z ratowników w

działaniach” - OB9). W obu przypadkach osoby badane wyrażały przypuszczenie co do złej woli

świadków. Widać to szczególnie w kontekście filmowania – strażacy wprost wyrażali strach przed

osobistą szkodą, którą mogą odnieść, gdy autor nagrania postanowi wykorzystać je przeciw nim

(np. „I teraz osoba, która jechała innym samochodem może stać i może filmować i może mówić: no

popatrz, nie ratują tego pod spodem, pod tym autem. A skąd ja mam tam wiedzieć, że tam jeszcze

pieszy jest pod tym.” - OB7 lub „No i poniżej ktoś może wrzucić to w neta i nie wiem, np. jakiś

przełożony, komendant, kolega to zobaczy i później mogą być też konsekwencje.” - OB6). Gdy

przyjrzeć się zbiorczo najsilniej oddziałującym zachowaniom audytorium, ujawnia się ich wspólna

charakterystyka, być może decydująca o sile efektu facylitacji i hamowania. Dla ratowników w tych

sytuacjach obecność świadków jest nacechowana emocjonalnie – świadkowie wzbudzają emocje:

istotą dokumentowania przebiegu działań dla ratownika jest możliwość ujawnienia rzeczywistych

lub domniemanych przez świadka błędów i lęk przed konsekwencjami ich opublikowania. Sami

świadkowie często również doświadczają silnych emocji, reagują i działają pod ich wpływem:

rodzina zmarłego poszkodowanego jest na miejscu, nie dowierza w śmierć i przeżywa rozpacz.

Pojawia się jednak pytanie, czy w sytuacjach tak silnego oddziaływania świadków zdarzenia na

ratowników nie mamy do czynienia już z pewną interakcją, wykraczającą poza obserwowanie i czy

nadal mielibyśmy do czynienia z efektem audytorium.

5. Czy strażacy dostrzegają konsekwencje psychologiczne obecności świadków? Efekt

facylitacji społecznej nie zakłada świadomego jego dostrzegania, jednak interesujące wydało się

pytanie, czy w przypadku strażaków może mieć to miejsce. Tak silne oddziaływanie świadków w

przypadku strażaka nieprzygotowanego na nie może przyczynić się nie tylko do wystąpienia

subtelnego efektu inhibicji społecznej, w niektórych przypadkach może całkowicie

zdezorganizować działania ratownicze. Uczestnicy badania dzielą się w tym kontekście na dwie

grupy – deklarujących, że podobne sytuacje nie wywierają na nich wpływu (np. „Jeśli chodzi tutaj

o stresowanie się zachowaniem innych ludzi - no pewnie, że nieraz napotkamy kogoś pod wpływem

alkoholu zaczyna tam swoje wywody prowadzić, czy tam podniesie głos itd. No, ale ja tam akurat

nie boje się tego, nie stresuję się z tego tytułu na przykład.” - OB5) i takich, którzy zdają sobie

sprawę z utrudnienia (np. „I stresujące jest to, że można pomyłkę jakąś zrobić i potem dana osoba,

która to nagra, może wykorzystać to.” - OB1). Nie należy jednak wyciągać na tej podstawie

wniosków, że odporność na zachowania świadków jest stałą cechą konkretnych osób. Ze względu

na naturę referowanych badań, każdy badany wypowiadał się na temat innych zdarzeń, więc dużą

rolę mogą odgrywać tu czynniki sytuacyjne wpływające na reakcje strażaków. Poza jednym

wyjątkiem, badani strażacy nie wspominali spontanicznie o stanach, które mogłyby sugerować, iż są

świadomi oddziaływania na nich efektu audytorium. Tylko OB nr 6, zapytana o wpływ świadków

na jej działanie, wykazała się głębokim wglądem w proces postulowany przez teorię facylitacji

społecznej, odpowiadając: „Człowiek jest zawsze tak jakby bardziej motywujący. [Badacz: To czy

w ogóle widzi się tych gapiów?] Widzi się, widzi się, wszystko się widzi. W ogóle wtedy jest taka

adrenalina, że człowiek pracuje na 110% obrotów i naprawdę jest w stanie dużo zrobić i dużo

zobaczyć i czasami nawet nie wie, że go coś boli, albo że sobie coś zrobi, albo zrobił”.

PODSUMOWANIE

W pracy przedstawiono zjawisko facylitacji i inhibicji społecznej jako potencjalnie dotyczące

strażaków podczas działań ratowniczych. Zaprezentowano podstawowe informacje o tym zjawisku,

ograniczając się wyłącznie do najważniejszych publikacji na jego temat. W drugiej kolejności

54

przedstawiono wyniki analizy jakościowej 9 wywiadów przeprowadzonych ze strażakami,

nakierowanej na zagadnienia związane z tym efektem.

Zjawisko facylitacji i inhibicji społecznej może dotyczyć strażaków podczas wykonywania ich

obowiązków. Biorąc pod uwagę specyficzny charakter zadań strażaków (m.in. kontrola całości

miejsca zdarzenia), można wręcz postawić hipotezę, że są oni na to zjawisko narażeni bardziej niż

inne grupy zawodowe. Wyniki przeprowadzonych analiz potwierdzają te przypuszczenia – zarówno

świadkowie jak i strażacy zwracają na siebie wzajemnie uwagę, czasami dochodzi wręcz do

interakcji między nimi. Udało się również zidentyfikować czynniki, na które strażacy zwracają

szczególną uwagę – złośliwe utrudnianie działań i filmowanie. Zwłaszcza to drugie może nasilać się

w ciągu najbliższych lat ze względu na rosnący dostęp do urządzeń umożliwiających zapis

audiowizualny. Analizy jakościowe nie wykazały natomiast aby strażacy zdawali sobie sprawę

z oddziaływania na nich efektu facylitacji społecznej w ścisłym sensie. Nie jest to żadnym

zaskoczeniem w kontekście wyników innych badaczy – np. Murray i koledzy [12] zidentyfikowali

efekt facylitacji u wioślarzy, którzy sami nie byli go świadomi. Nie zmienia to jednak faktu, że w

ich relacjach regularnie pojawia się motyw świadków, którzy wpływają na ich działania –

utrudniając je.

Badania jakościowe mają określone cele – mogą służyć eksploracji danego zagadnienia, ale

same w sobie nie dają podstaw do wyciągania wniosków na temat zasięgu występowania zjawiska

w populacji. Mimo zidentyfikowania, na podstawie analizy jakościowej, czynników, które zgodnie

z opisywaną teorią warunkują wystąpienie efektu facylitacji społecznej, w przyszłości konieczne

będzie przeprowadzenie badań eksperymentalnych z udziałem strażaków w wystandaryzowanej

sytuacji – pozwolą one dowiedzieć się, czy efekt ten występuje i co go warunkuje. Kolejną linią

badań, które należy przeprowadzić, powinny być te skupione na przeciwdziałaniu efektowi inhibicji

społecznej i promowaniu ewentualnej facylitacji społecznej. Oba powyższe cele będą mogły zostać

zrealizowane przez eksperymenty podczas szkolenia strażaków – zarówno tradycyjnych ćwiczeń

i pozoracji jak i przy pomocy innowacyjnych narzędzi takich jak symulator działań ratowniczych,

którego prototyp ma być efektem realizacji projektu, w ramach którego prowadzone były

referowane badania.

Z przedstawionych badań płyną dwa wnioski praktyczne. Pierwszy dotyczy konieczności

przygotowywania systemu na coraz większą presję ze strony świadków zdarzeń – już

w przedstawionych wynikach na pierwszy plan wysuwają się problemy związane z dostępem do

nowych technologii – ratownicy zdając sobie sprawę z zagrożeń związanych z ewentualnym

upublicznieniem ich błędów mogą skupiać się bardziej na ich tuszowaniu niż efektywnej pracy.

W kolejnych latach sytuacja może ulec pogorszeniu – wystarczy zdać sobie sprawę z coraz

większej popularności urządzeń takich jak drony. Drugi wniosek dotyczy narzędzi stosowanych do

szkolenia – konieczne jest takie ich konstruowanie, aby strażacy mogli doświadczać presji ze strony

świadków, a tym samym przyzwyczajać się do niej. W tym celu szczególnie przydatne mogą być

symulacje w wirtualnej rzeczywistości, które już są stosowane w szkoleniach działania pod presją

społeczną (np. wystąpienia publiczne [17]).

PODZIĘKOWANIA

Badania współfinansowane ze środków Programu Operacyjnego Inteligentny Rozwój, Poddziałanie

1.1.1, Badania przemysłowe i prace rozwojowe realizowane przez przedsiębiorstwa, zrealizowane

w ramach projektu „Symulator katastrof zbiorowych – badania i przygotowanie do wdrożenia”

przez Nano Games sp. z o.o..

LITERATURA

[1] B. Wojciszke: Psychologia Społeczna, Wydawnictwo Naukowe SCHOLAR, Warszawa, 2011. [2] R. Cialdini: Influence: Science and practice (4th ed.), Allyn & Bacon, Boston, 2001. [3] M. Deusch and H. B. Gerard: A study of normative and informational social influences upon individual judgment ,

The Journal of Abnormal and Social Psychology, 51(3) (1955), 629-636. [4] S. E. Asch: Opinions and social pressure. Scientific American, 193 (1955), 35–35.

55 [5] D. Doliński and R. Nawrat: Huśtawka emocji jako nowa technika manipulacji społecznej, Przegląd Psychologiczny, 34

(1994), 27-50. [6] K. Gruszyła: Czy grozi nam potop? Wpływ huśtawki emocji na uległość wobec komunikatów perswazyjnych,

Psychologia Społeczna, 2 01 (03) (2007), 42–51. [7] S. Kassin, S. Fein and H. L. Markus: Social Psychology. Wadsworth, Belmont, 2010. [8] B. Strauss: Social facilitation in motor tasks: a review of research and theory, Psychology of Sport and Exercise. 3 (3)

(2002), 237–256. [9] N. Triplett: The dynamogenic factors in pacemaking and competition. The American Journal of Psychology, 9(4)

(1898), 507-533. [10] R. B. Zajonc, A. Heingartner and E. M. Herman: Social enhancement and impairment of performance in the

cockroach. Journal of Personality and Social Psychology, 13 (1969), 83-92. [11] C. F. Bond and L. J. Titus: Social facilitation: A meta-analysis of 241 studies, Psychological Bulletin, 94 (1983), 265-

292. [12] E. Murray, D. Neumann, R. Moffitt and P. Thomas: The effects of the presence of others during a rowing exercise in

a virtual reality environment, Psychology of Sport and Exercise, 22 (2016), 328–336. [13] K. Emmerich and M. Masuch; The influence of virtual agents on player experience and performance, Materiały

Międzynarodowej Konferencji Annual Symposium on Computer-Human Interaction in Play (CHI PLAY), Austin 2016,

str 10-21. [14] B. Hall and D. D. Henningsen: Social facilitation and human-computer interaction, Computers in Human Behavior,

24(6) (2008), 2965-2971. [15] C. L. Hoyt, J. Blascovich and K. R. Swinth: Social inhibition in virtual environments, PRESENCE: Teleoperators &

Virtual Environments, 12 (2003), 183-195. [16] P. Huguet, M. P. Galvaing, J. M. Monteil and F. Dumas: Social Presence Effects in the Stroop Task: Further Evidence

for an Attentional View of Social Facilitation, Journal of Personality and Social Psychology, 77 (1999), 1011-1025. [17] S. Poeschl and N. Doering: Effects of Simulation Fidelity on User Experience in Virtual Fear of Public Speaking

Training – An Experimental Study, Annual Review of CyberTherapy and Telemedicine, 12 (2014), 66–70.



KONCEPCJA ZASTOSOWANIA SYMULATORA SZKOLENIOWEGO

WIRTUALNEJ RZECZYWISTOŚCI DO ROZWOJU

I EWALUACJI KOMPETENCJI RATOWNICZYCH

Magdalena Wierzańska

2, Piotr Żelasko

1,2, Tomasz Jadczyk

2, Bartosz Ziółko

1,2

1Akademia Górniczo-Hutnicza im. S. Staszica w Krakowie

al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, 2Techmo sp. z o.o, Kraków, http://techmo.pl [email protected],

{zelasko,jadczyk,ziolko}@techmo.pl

STRESZCZENIE

Artykuł przedstawia przeprowadzoną analizę programu kształcenia w zakresie technik pożarnictwa

oraz koncepcję zastosowania symulatora wirtualnej rzeczywistości celem udoskonalenia jego

realizacji. Przedstawiono potrzeby zmian w kształceniu z perspektywy absolwentów danego

programu oraz doświadczenia stosowania symulatora wirtualnej rzeczywistości w innych krajach.

Ponadto opisany został implementowany obecnie symulator szkoleniowy na potrzeby KSRG

z propozycją jego funkcji.

REKOMENDACJE ZMIAN W AKTUALNYM SYSTEMIE KSZTAŁCENIA WG

RESPONDENTÓW

Przystępując do pracy nad projektowaniem symulatora VR do zastosowania w procesie kształcenia

funkcjonariuszy Państwowej Straży Pożarnej (oraz członków Ochotniczej Straży Pożarnej),

wykonano badanie opinii strażaków w zakresie oceny odbytego procesu kształcenia i systemu

oceniania. Badania przeprowadzono w roku 2016 na terenie całej Polski za pośrednictwem

anonimowych ankiet online (łącznie w badaniach udział wzięło 478 respondentów). Podział

badanych ze względu na ukończone szkoły w danym zawodzie przedstawia się następująco: SGSP

w Warszawie (30,43%), Szkoła Aspirantów PSP w Krakowie (25,22%), Szkoła Aspirantów

w Poznaniu (20%), Szkoła Podoficerska w Bydgoszczy i Centralna Szkoła PSP w Częstochowie

(po 18,26%) [1]. Ponieważ najliczniejszą grupę badań stanowiły osoby kończące edukację w

szkołach aspiranckich na poziomie technik pożarnictwa, wstępnej analizy badawczej dokonano

właśnie w kontekście tego programu kształcenia.

Respondenci w badaniach sugerowali za słuszne rozważyć zmiany w procesie kształcenia

w następujących obszarach:

- uaktualnić źródła wiedzy (podręczniki) oraz urozmaicić je o publikacje obcojęzyczne,

- rozwinąć formy e-learningowe w kształceniu dla Państwowej Straży Pożarnej,

- wprowadzić więcej środków kształcenia z grupy IT,

- organizować większą wymianę wiedzy i doświadczeń pomiędzy specjalistami różnych branż

stykających się zawodowo (architekci, projektanci, specjaliści od BHP i ppoż., ratownicy itp.),

- wzmocnić program kształcenia w zakresie utrzymania kondycji i sprawności fizycznej

uczniów/kandydatów,

- zwiększyć finansowanie odpowiednich środków dydaktycznych (specjalistycznych; sprzęt,

wyposażenie laboratoria i pracowni, poligonów) oraz dostępność treningów z ich

wykorzystaniem (rzadkie treningi na specjalistycznym sprzęcie powoduje zapominanie jego

58

obsługi). Umożliwić wymianę doświadczeń pracy na różnym sprzęcie (istnieje duże

zróżnicowanie sprzętu ze względu na różnych producentów). Praca treningowa na poligonach

związana jest również z ekspozycją osób i środowiska na chemiczne środki szkodliwe dla

zdrowia. Odpowiednie przygotowanie miejsca i zabezpieczenie osób wymaga dodatkowych

nakładów finansowych.

- opracować większą ilość bardziej zróżnicowanych pod kątem treści scenariuszy treningowych,

- dokonać aktualnej i logicznej priorytetyzacji treści kształcenia,

- wzmocnić moduł psychologicznego przygotowania kandydatów do prac w PSP (rozwój

umiejętności: współpraca, komunikacja, rozwiązywanie problemów, odporność na stres,

szybkość reakcji, motywacja do samorozwoju);

- zwiększyć ilość zajęć praktycznych w realiach zbliżonych do naturalnych podczas akcji,

- stosować więcej metod dydaktycznych łączących teorię z praktyką i ukazujących wartość

i zastosowanie danej wiedzy, kładących nacisk na rozwiązywanie problemów;

- zwiększyć ilość instruktorów praktyków – tj. z doświadczeniem pracy w jednostce ratowniczo-

gaśniczej,

- wprowadzić badanie aktualnych potrzeb szkoleniowych dla poszczególnych jednostek

ratowniczo-gaśniczych – dopasować plany szkoleniowe do realnych potrzeb,

- zwiększyć dostępność kursów i szkoleń.

Potrzeby zmian uczestników badań wynikają z doświadczenia przebytego kształcenia jak

i zestawienia tego przygotowania pracą zawodową. W badaniu udział wzięły osoby z następującym

stażem pracy: 6-10 i 11-15 lat (po 24,77%), 21-25 lat (18,35%), 16-20 lat (14,68%). Osoby

z najmniejszym stażem 0-5 lat stanowiły 14,68% badanych. Osoby z największym stażem 26-30 lat

– 2,75% [2].

SYSTEM OCENY W PROCESIE KSZTAŁCENIA NA PRZYKŁADZIE MODUŁOWEGO

PROGRAMU NAUCZANIA TECHNIK POŻARNICTWA

Dla szerszego obrazu badania sondażowe wsparto analizą programu kształcenia technik

pożarnictwa. Kształcenie na tym poziomie odbywa się w oparciu o umiejętności określone

w podstawie programowej kształcenia w zawodzie oraz modułowego programu nauczania technik

pożarnictwa 311919 (dostępne na stronie http://www.straz.gov.pl/ oraz http://www.koweziu.edu.pl/).

Program nauczania ma stwarzać warunki do zdobycia niezbędnej wiedzy i umiejętności do

wykonywania pracy w zawodzie oraz sprzyjać kształtowaniu odpowiednich dla zawodu postaw [2].

Program ten realizowany jest w szkole policealnej na podbudowie programowej szkoły dającej

wykształcenie średnie. Podział godzin na moduły dotyczy kształcenia w szkołach dla młodzieży

oraz w szkołach dla dorosłych (wyłącznie w formie zaocznej) [2].

Treści kształcenia obecnego programu są zorganizowane w pięciu modułach: jednym

ogólnozawodowym i czterech zawodowych. Moduły są podzielone na jednostki modułowe, które

zawierają treści programowe stanowiące określone całości [2].

Ważną częścią organizacji systemu dydaktycznego jest sprawdzanie i ocenianie osiągnięć

ucznia. W tym celu zalecane jest prowadzenie badań diagnostycznych (ocena wiadomości

umiejętności ucznia na początku ścieżki kształcenia), kształtujących (bieżący monitoring

wskazujący efektywność procesu kształcenia) i sumujących (podsumowanie efektów w danej

jednostce modułowej).

Według zaleceń programowym systemowi oceny kształtującej stawia się następujące cele:

uświadomienie uczniowi jego osiągnięć,

wdrażanie do systematycznego samokształcenia (samokontrola i korekta),

aktywizowanie zarówno ucznia jak i nauczyciela do doskonalenia.

Przyjęto następujące cechy oceny:

obiektywność,

jawność,

wymierność,

http://www.straz.gov.pl/

http://www.koweziu.edu.pl/

59

motywowanie do rozwoju.

Do realizacji danego systemu oceny rekomendowane są następujące metody:

sprawdziany ustne, pisemne i praktyczne,

obserwacja ucznia,

pomiar dydaktyczny [2].

Rekomendowany system oceny wpisany w jednostki modułowe programu głównie opiera się

o testy wiedzy, zadania pisemne otwarte (niewielkie zadania opisowe), egzaminy praktyczne

i obserwację. Mimo zaleceń stosowania metody projektowej, brakuje ujęcia oceny projektu jako

ważnego czynnika całego systemu oceniania. Niestety brak również wskazań do przygotowania

arkusza obserwacji, który daje możliwość nadania obiektywnych cech ocenie. Ponadto oprócz

instruktażu podsumowującego, nie występuje ocena opisowa, czy też informacja zwrotna dająca

możliwość głębszego zrozumienia błędów przez uczącego się, co jest warunkiem koniecznym aby

zorganizować proces kształcenia z przeniesieniem akcentu na uczenie się a nie nauczanie. Oceny

punktowe zdecydowanie mniej wpływają na samomotywację ucznia niż ocena opisowa, będąca

jednocześnie kierunkiem dalszego rozwoju.

Kształcenie na poziomie technik pożarnictwa kończy się egzaminem potwierdzającym

kwalifikacje w danym zawodzie [3], tj. formą oceny poziomu wiedzy i umiejętności ucznia.

Egzamin zawodowy jest zewnętrzną formą oceny, realizowaną przez Centralną Komisję

Egzaminacyjną i osiem komisji okręgowych powołanych przez MEN. Tak zorganizowany egzamin

przez zewnętrzną instytucję, ma na celu utrzymanie obiektywizmu oceny i porównywalność w skali

kraju względem programu i podstawy programowej.

REKOMENDACJE ZMIAN W SYSTEMIE OCENIANIA W PROCESIE KSZTAŁCENIA

Przeanalizowano systemu oceny w procesie kształcenia z perspektywy edukatorów

i studentów/słuchaczy. Badanie opinii respondentów za pomocą ankiety online (łącznie 478

osób służących w Państwowej Straży Pożarnej lub członków Ochotniczej Straży Pożarnej,

kończących różne szkoły przygotowujące do zawodu strażak w Polsce potwierdza, że najczęściej

stosowanym narzędziem sprawdzania wiedzy, z którym mieli do czynienia podczas edukacji

zawodowej był test wiedzy (92,17% wskazań) i ćwiczenia praktyczne (89,57% wskazań). W dalszej

kolejności wymieniano stosowanie wypowiedzi ustnych (26,96% wskazań), dyskusje (26,09%)

i zdecydowanie rzadziej stosowane symulacje (24,35% wskazań) i zadania opisowe (20,00%

wskazań). Nikt z respondentów nie wskazał w kategorii “inne” projektu jako metody pracy i oceny,

mimo iż modułowy program nauczania zaleca stosowanie tej metody w kształceniu.

Wg respondentów wywiadów bezpośrednich (łącznie 16 osób) system oceny uczestnika systemu

kształcenia oparty jest o metody tradycyjne, takie jak: testy wiedzy, sprawdziany opisowe,

sprawdziany umiejętności praktycznych. Respondenci nie wymieniali ze swojego doświadczenia

oceny opisowej, za to wskazywali duży stopień subiektywności w wystawianych ocenach.

Podkreślano, iż „słuchacz powinien zrozumieć ocenę i wykorzystać do przyszłego rozwoju”,

bowiem „zagrożeniem jest wyuczenie zachowania, rozwiązania i osiąganie wyników pamięciowo

bez analizy i refleksji”. Często ze strony rozmówców padało stwierdzenie o niskiej motywacji

uczestników szkolenia do samokształcenia.

Biorąc pod uwagę, że pierwszym kryterium w ocenie funkcjonariuszy PSP i członków OSP jest

skuteczność i efektywność działań oraz umiejętność pracy zespołowej, to rekomenduje się

wprowadzenie oceny już na poziomie systemu kształcenia dotyczącej nie tylko jakości wykonania

poszczególnych ćwiczeń/czynności, ale działania w “akcji”. W tej sytuacji należy usprawnić

wykorzystanie metody symulacji. Uczestnicy badan podkreślali, że ważna jest ocena zarówno

indywidualna jak i zespołowa, z możliwością oceny każdego członka zespołu. Za wartościową

wskazywano ocenę opisową, dokładnie określającą osiągnięcia i umiejętności do rozwoju. W takiej

analizie pomocne byłyby nagrania odzwierciedlające przebieg realizacji zadań. Takie narzędzie

wzmacnia zarówno jakość oceny pod kątem merytorycznym jak i etycznym (wiarygodność

obiektywnej oceny).

60

ZALETY STOSOWANIA SYMULATORÓW NA PODSTAWIE DONIESIEŃ ZE ŚWIATA

Jak wskazuje F.M. Williams i inni (Kanada) symulator daje możliwość upraktycznienia zajęć

teoretycznych, rozwijania umiejętności podejmowania decyzji pod wpływem stresu oraz

podejmowania działań taktycznych [4]. Za jedną z wartości dodatkowych traktują

zminimalizowanie ekspozycji strażaków na działanie środków chemicznych podczas treningów. Z

kolei Steven Gillespie (USA), podkreśla za wartość zmniejszenie wypadków podczas treningów

wśród strażaków, zmniejszenie kosztów treningowych oraz możliwość rozwijania umiejętności

komunikacji [5]. Ponadto zgodnie z badaniami K. Wolgast (2015) [5], trening za pomocą wirtualnej

rzeczywistości mózg odczytuje jako doświadczenie a nie teorię, stąd skuteczniejsze są efekty

edukacyjne, dające możliwość łączenia teorii z praktyką już w warunkach laboratoryjnych, na sali

szkoleniowej. Możliwość przećwiczenia różnych sytuacji w wirtualnej rzeczywistości wpływa

jednocześnie na obniżenie odczuwanego stresu podczas podobnych akcji w rzeczywistości. Mózg

zaczyna wtedy sięgać po przećwiczone skrypty postępowania [5]. Command Training Group of

Cheshire Fire and Rescue Service w Wielkiej Brytanii za zalety stosowania treningów wirtualnych

podkreśla możliwość stworzenia porównywalnych parametrów oceny zarówno dla celów

edukacyjnych jak i do oceny pracowniczej oraz poszerzenia ilość odbytych szkoleń dla wszystkich

funkcjonariuszy[ MSB] Podobne doświadczenie w zakresie upraktycznienia cyklu szkolenia

i wykorzystania symulatora do kształcenia zgodnie z cyklem Kolba ma Estonian Academy for

Security Science [6]. Doświadczenia MSB w Sztokholmie (Szwecja), oprócz opisanych powyżej

atutów, wskazuje na ważne w warunkach skandynawskich wzmocnienie kształcenia strażaków na

odległość, oszczędność czasu i kosztów oraz wzmocnienie bezpieczeństwa podczas treningów [6].

OPIS KONCEPCJI SYMULATORA AKCJI RATUNKOWEJ

Reasumując zagraniczne doświadczenia

stosowana symulacji wirtualnych

w rozwijaniu kompetencji ratowniczych

oraz badanie potrzeb polskich strażaków,

stworzono wstępną koncepcję wsparcia

systemu kształcenia dla poziomu technik

pożarnictwa. Symulator zbudowany będzie

w oparciu o aplikację Firefighter Simulator:

Virtual Reality. To symulator akcji

ratunkowych straży pożarnej,

wykorzystujący gogle wirtualnej

rzeczywistości Oculus Rift. Prototyp

w swoich założeniach ma wspierać proces

kształcenia funkcjonariuszy PSP i członków

OSP, co przy rozwoju technologii daje

możliwość udostepnienia treningów

większej liczbie uczestników na terenie

całego kraju. To obniża koszty i czas organizacji szkoleń. Dla stworzenia sytuacji zbliżonej do

rzeczywistości, trening może być organizowany dla dwunastu osób maksymalnie w jednym czasie,

co odpowiada dwóm zastępom straży pożarnej. Dodatkową zaleta edukacyjną jest możliwość

obserwacji symulacji przez instruktora. Prototyp oprócz funkcji symulacyjnej ma również zawierać

bazę aktualnej wiedzy specjalistycznej.

Jedną z funkcjonalności aplikacji jest rozbudowany kreator scenariuszy. Umożliwia on

instruktorowi dobór parametrów sceny, w której będzie przebiegać akcja ratunkowa. Regulować

można m.in.:

wielkość płonącego budynku, np. poprzez liczbę kondygnacji i pomieszczeń;

Rysunek 1. Oculus Rift

61

stopień zaawansowania pożaru, gdzie symulacja rozpoczyna się od fazy wzrostu, w której

ogień stopniowo rozprzestrzenia się na inne pomieszczenia, lub od fazy rozwiniętego

pożaru;

umiejscowienie punktów zapalnych, np. pojedyncze mieszkanie, piwnica, kilka mieszkań

w bloku jednocześnie;

liczbę osób znajdujących się w płonącym budynku, oraz ich umiejscowienie –

dodatkowym utrudnieniem może być osoba w panice, ukrywająca się pod łóżkiem albo w

szafie;

obecność niebezpiecznych obiektów, takich jak butla z gazem bądź inne materiały

stwarzające zagrożenie w obliczu pożaru.

SYMULATOR

Cechy (Jak działa?)

FUNKCJE

(Na co działa?)

MOŻLIWOŚCI

DO ROZWOJU

• Program w VR + okulary Oculus.

• VR = stworzenie warunków podobnych

do realnych/poligonowych, wolnych od

ekspozycji na szkodliwe środki

chemiczne.

• Upraktycznienie wiedzy teoretycznej.

• Możliwość tworzenia nietypowych

warunków treningowych.

• Silne zaangażowanie zmysłu wzroku i

słuchu.

• Możliwość komunikacji pomiędzy

uczestnikami treningu.

• Silne zaangażowanie emocji

uczestników sesji treningowej.

• Nieliniowy scenariusz wydarzeń.

• Interaktywność programu.

• Symulator to też baza wiedzy

wybranych zagadnień.

• Symulator zapisuje wyniki

indywidualne i zespołowe działań -

ułatwia ocenę i ewaluację.

• Możliwość tworzenia bazy przykładów

zawodowych: case study.

• Rozwój umiejętności

współpracy, komunikacji

interpersonalnej,


podejmowania decyzji.

• Rozwój podstawowych

nawyków zawodowych.

• Rozwój umiejętności analizy i

oceny sytuacji.

• Efektywniejsze zapamiętywanie

informacji, procedur

postępowania.

• Obniżenie poziomu blokującego

stresu w trakcie działania.


podejmowania działania w

zaskakujących sytuacjach.

• Możliwość testowania różnych

rozwiązań, ryzyka poszczególnych

decyzji, innowacji.

• Możliwość uczenia się na

błędach w bezpiecznym

środowisku

• Anglojęzyczna

wersja treningu -

trening w języku

obcym.

• Rozwój

umiejętności

manualnych

(rozwój

technologii

rękawic VR).

• Rozwój bazy

wiedzy

specjalistycznej.

• Więcej

zróżnicowanych

scenariuszy

treningowych.

• Ocena

kompetencji

zawodowych.

MODUŁ OCENY DZIAŁAŃ STRAŻAKÓW

W ramach prowadzonych badań, skonsultowano koncepcję systemu oceny stosowanego

w symulatorze. Respondenci wskazali następujące sugestie:

1. Symulator VR daje możliwość upraktycznienia części teoretycznych podczas egzaminów

zawodowych i kwalifikacyjnych (test wiedzy, kompetencji, zadania opisowe, rozmowa

kwalifikacyjna) oraz nadania im przejrzystego systemu oceny.

2. Rozmówcy sugerowali aby ocena w programie symulatora była automatyczna, a nie

zależna od instruktora.

3. Ocenianie powinno być po decyzjach w określonych momentach.

4. Symulator powinien oferować analizę i prezentację popełnianych błędów.

5. Sposób wykonania ćwiczeń w symulatorze przez ekspertów nie może być wprost brany

jako parametr do oceny.

62

6. Oceniany powinien być zaistniały potrzebny efekt podjętych decyzji (np. obniżenie

temperatury lub oddymienie).

7. Czas powinien być także oceniany na zasadzie binarnej - wykonano czynności

w wymaganym czasie lub nie, poza szczególnymi przypadkami, głównie czynności

medycznych.

8. Zużycia środków także nie należy oceniać liczbowo, tylko po decyzjach np. jakie prądy

zostały podane.

9. Powinno być oceniane zabezpieczenie terenu ponieważ z tym są relatywnie często

problemy.

10. Możliwość odtworzenia nagrania z treningu i omówienia zdarzeń jest postrzegana jako

duża wartość dodatkowa symulatora. Przy odtwarzaniu wskazana jest opcja wyświetlania

opisów materiałów i innych treści podręcznikowych. Według rozmówców bardzo brakuje

dobrych i aktualnych podręczników dla straży pożarnej co potwierdza analiza materiałów

sugerowanych w programach nauczania.

11. Wskazywano na większą skuteczność oceny opisowej (postępy, zaangażowanie, działanie

w akcjach), która jednak nie jest wprowadzana ze względu na brak czasu podczas kursów.

Ocena powinna zawierać sugestie co należy poprawić w czynnościach i działaniach.

Rysunek 2. Symulator działań ratowniczych

Zastosowane w symulatorze metody oceny możemy podzielić na dwie kategorie: ocenę

indywidualną oraz ocenę grupową. Podział ten wynika z potrzeby sformułowania wniosków na

temat współpracy i komplementarności działań całej grupy, oraz uwzględnienia zachowania

poszczególnych strażaków i podejmowanych przez nich decyzji w trakcie akcji ratunkowej.

Instruktor, oceniający strażaków po zakończeniu symulowanego scenariusza, ma dzięki temu do

dyspozycji informacje o skuteczności całego zespołu oraz o indywidualnym wkładzie każdego

członka zespołu w akcję ratunkową.

Symulator szkoleniowy zbiera w trakcie symulacji dane na temat różnych zdarzeń

występujących w wirtualnej rzeczywistości. Każde zdarzenie może zostać opatrzone atrybutami,

takimi jak miejsce zdarzenia, czy powiązane ze zdarzeniem obiekty bądź osoby. Kilka przykładów

takich zdarzeń, to:

zauważenie przez jednego ze strażaków osoby kryjącej się pod stołem w płonącym

pomieszczeniu;

zmierzenie stężenia substancji chemicznych w powietrzu przez jednego ze strażaków;

przekroczenie maksymalnej dopuszczalnej temperatury w jednym z pomieszczeń;

pomyślna ewakuacja osoby z zagrożonego budynku.

63

Rysunek 3. Prototypy ekranów podsumowania szkolenia

64

W symulatorze został zaimplementowany predefiniowany zestaw zdarzeń wspieranych

i emitowanych przez silnik symulacji, a odbieranych i przetwarzanych przez moduł ewaluacyjny.

Instruktor, definiując scenariusz przed symulacją, decyduje na czym chce się skupić podczas danej

symulacji i ma możliwość wybrania interesujących go zdarzeń, które symulator ma śledzić w

trakcie rozgrywki. Po zakończeniu akcji, dla każdego ze strażaków przygotowywane jest

indywidualne podsumowanie z wykorzystaniem informacji zebranych o dotyczących go

wydarzeniach, oraz podsumowanie zbiorowe, które uwzględnia wszystkie interesujące instruktora

zdarzenia z rozgrywki (Rys. 3).

WNIOSKI

Wirtualne treningi, mimo że nie oddają realiów poligonu i sytuacji rzeczywistej, pozwalają na

przećwiczenie taktyki postępowania, podejmowania decyzji, przeanalizowania ich trafności

i konsekwencji w warunkach bezpiecznych dla ćwiczącego i jego współtowarzyszy. Warunki

wirtualne obniżają również czas ekspozycji na środki szkodliwe dla zdrowia ratownika.

Dodatkowym atutem tego typu szkoleń może być w przyszłości ich dostępność w ramach szkoleń e-

learningowych i/lub stacjonarnych. Warto wskazać też na czynniki ekonomiczne. Przy

odpowiednim wyposażeniu jednostek i ośrodków szkoleniowych zwiększa to dostępność do

szkoleń (oszczędność czasu dojazdu do szkolenia, zakwaterowania, wynagrodzenia dla

instruktorów, organizacji specjalnych warunków do ćwiczeń praktycznych) oraz daje możliwość na

rozwój nawyków samodoskonalenia zawodowego pracowników PSP i OSP. Zaprezentowana

koncepcja symulacji z wykorzystaniem gogli Oculus Rift była tworzona w odpowiedzi na zgłoszone

potrzeby strażaków biorących udział w badaniach.

PODZIĘKOWANIE

Przedstawione prace zostały sfinansowane przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju w ramach

projektu DOB-BIO7/10/02/2015.

LITERATURA

[1] Modułowy program nauczania technik pożarnictwa 315(02), Warszawa 2008.

[2] Raport: Uwarunkowania procesów szkolenia zawodowego podmiotów KRSG, Kraków 2016r.

[3] Informator o egzaminie potwierdzającym kwalifikacje w zawodzie technik pożarnictwa 311919, Centralna Komisja

Egzaminacyjna, Warszawa 2012.

[4] F.M. Williams – Bell, B.M. Murphy, B. Kapralos, A. Hogue, E. J. Weckman, Using serious games and virtual

simulation for training in the Fire Service: a review.

[5] Steven M. Gillespie Realizing the Benefits of Simulation Training,Fire Rescue, November 2010, Colorado department’s

simulation training, USA.

[6] Raport MSB w Sztokholmie: State-of-the-art w symulacji i serious games dla szkolenia służb ratowniczych, Sztokholm,

2015r.



BADANIE UBRAŃ SPECJALNYCH PRZY UŻYCIU MANEKINA RALPH

Robert Wolański

1, Jan Giełżecki

2, Beata Brzychczyk

2

1Szkoła Aspirantów PSP w Krakowie,

oś. Zgody 18, 31-951 Kraków 2Uniwersytet Rolniczy im. Hugona Kołłątaja w Krakowie,

al. Mickiewicza 21, 31-120 Kraków

STRESZCZENIE

Artykuł przedstawia nowoczesną metodę badania ubrań specjalnych przeznaczonych dla JRG (Jednostek

Ratowniczo-Gaśniczych) przy użyciu manekina Ralph. Artykuł określa uwarunkowania przyjęte do

zdefiniowania kluczowych wartości progowych dotyczących odporności konstruowanych zestawów

materiałów stosowanych w ubraniach specjalnych odpornych m.in. na działanie promieniowania cieplnego

i płomienia.

WPROWADZENIE

System dopuszczający ubrania specjalne do eksploatacji w jednostkach ochrony przeciwpożarowej

oparty jest na dążeniu do spełnienia uwarunkowań formalnych wynikających z występujących

w poszczególnych częściach świata przepisów. W większości systemów kluczowym odniesieniem

i warunkiem koniecznym do spełnienia jest właściwy szereg wymogów normowych (ASTM, EN

i inne). Często wprowadzane są dodatkowe obostrzenia i wymagania wynikające z uwarunkowań

poszczególnych krajów. Dotyczą one nie tylko podniesienia poziomu ochrony w kontekście

konkretnych czynników oddziaływania środowiska i związanych z nimi zagrożeń, ale dodatkowych

kwestii wynikających z warunków służby takich jak: czas pracy w systemie dyżurów, klimat,

specyfika czynności ratowniczych, stosowany sprzęt i systematyka reagowania interwencyjnego.

Ten ostatni składnik obszernego zbioru czynników wpływających na optymalizację doboru

właściwych środków ochrony indywidualnej bywa w wielu przypadkach decydujący w warunkach

funkcjonowania większości systemów jednostek ochrony przeciwpożarowej w klimacie

umiarkowanym o strukturze interwencji zbliżonej do warunków występujących w Polsce

przedstawionej na Rys. (1a) i (1b) [1].

Od wielu lat proporcja wskazuje na zwiększającą się procentowo ilość interwencji o charakterze

reagowania w przypadku tzw. miejscowych zagrożeń [2], [3] w stosunku do działań ratowniczych -

zwalczania pożarów.

Mimo odnotowania większości interwencji w kontekście likwidacji miejscowych zagrożeń na

uwagę zasługuje fakt, iż wiele z tych działań realizowanych jest w środowisku zagrożenia pożarem

i wymaga właściwych zabezpieczeń ratownika. Ponadto w wielu interwencjach o charakterze

złożonym (zawierających zarówno działania przeciwpożarowe jak i specjalistyczne działania

ratownicze) występują w początkowej fazie czynności zwalczania zagrożenia pożarowego.

Konsekwencją tych determinant jest optymalizacja konstrukcji ochron osobistych ratownika

zmierzająca ku maksymalnie możliwie uniwersalnemu ich przeznaczeniu. Mimo dość szerokiego

zastosowania w ostatnich latach specjalistycznych systemów odzieży (przeznaczonych do różnych

form działań) zdecydowanie najczęściej stosowany jest system oparty na tzw. ubraniu specjalnym

skonstruowanym w oparciu o wymagania normowe EN – 469 [4]. Rozkład stosowania

specjalistycznych systemów odzieżowych przedstawia Rys. (2a) i (2b) [1].

66

2006 2008 2010 2012 2014 2016

rok

100

1000

10000

100000

ilość

zd

arz

eń

2873 2691 2467 2406 22282599

26715 27136 28274 29145 2735431131

2490 2356 2211 2360 2232 2306

1295 13761096 1134

979 907

8144 78698879 8328 8246 8996

11828

7968

4198

8879

4685 4809

34505 3425426416

53525

39684

26318

Środki transportu

Lasy (państwowe i prywatne)

Uprawy, rolnictwo

Inne obiekty

77503 7755562013

78111

5983049162

2006 2008 2010 2012 2014 2016

rok

100

1000

10000

100000

1000000

ilość

zd

arz

eń 28205

17608

30450

14843 16606 15730

83632 88357121743

71784 76428 80504

4552 46373761

3070 3145 308815191231

1473

845 935 924

4757756078 58535

47937 4944559811

774 840 868 905 9231074

69828883

5529 5058 4667 5042

Obiekty użyteczności publicznej

Obiekty mieszkalne

Obiekty produkcyjne

Obiekty magazynowe

88628102500

133158

92316 97323122243

a) b)

Rysunek 1. Działania ratownicze w rozbiciu na kod obiektu w latach 2006-

2016; a) miejscowe zagrożenia, b) pożary

2006 2008 2010 2012 2014 2016

rok

1

10

100

1000

10000

100000

1000000

ilość

86 5 5

86

1

2

1

3

1

695

14842360 1924 2042

3072

777

45

24 24 20

56

260 269

135105 98

76

37 36 30 26

165190

151069

161799

159122

135555

171838

183888

126426

145238

184819

126228

ubrań gazoszczelnych

ubrań ochronnych chemicznych

ubrań ochronnych żaroochronnych

ilość zdarzeń

2006 2008 2010 2012 2014 2016

rok

10

100

1000

10000

100000

1000000

ilość

2365

1040769

311

159 179142 123 117

78118

27840 32385

58345

33103

19654

33891

15710

8385 9883 9806 10012

1478 17252064

973

578863 923

358 396 437 413

261344

274624

280832

277887

355525

268277

236759

249559

249472

276212

288416

a) b)

Rysunek 2. Użyty sprzęt podczas działań ratowniczych (ubrania ochronne)

a) miejscowe zagrożenia, b) pożary

WYMAGANIA WOBEC ŚRODKÓW OCHRONY INDYWIDUALNEJ

Kluczową rolę w Polsce pełnią w eksploatacji ubrania specjalne wg [4]. Mimo oczekiwanego

i wskazywanego przez środowisko ratownicze ze względów ergonomicznych, jako istotnie mogące

wpłynąć na komfort i możliwość realizacji interwencji ubranie do działań na przestrzeniach

otwartych [5], nie zostało ono jeszcze wprowadzone do eksploatacji w warunkach krajowych

jednostek ochrony przeciwpożarowej. Jego specyfiką jest znacząco niższa masa całkowita

(w konsekwencji decydująca o zmniejszeniu obciążenia pracą fizyczną ratownika), przy niższych

lecz wystarczających w wielu przypadkach możliwościach ochronnych. Ubranie te (tzw. wildland

67

fire suit) przeznaczone są zgodnie z nazwą w normie do działań ratowniczych zwalczania pożarów

zasobów naturalnych.

Opracowanie wszelkich wymagań wobec środków ochrony indywidualnej wymaga właściwych

odniesień w formie obciążenia modelowego. W odniesieniu do środków ochrony indywidualnej

podstawowym wymaganiem w sytuacji poddania sylwetki ratownika oddziaływaniu środowiska

termicznego jest zapewnienie mu ochrony przed poparzeniem, w ekstremalnym przypadku do

najwyżej II stopnia. Wymóg ten stanowiący zarazem znaczące uproszczenie (nie uwzględnia się

zagrożenia tzw. udarem cieplnym i innymi potencjalnymi zagrożeniami zdrowia i życia) ma być

uwzględniony przy konstrukcji metodyk badań i weryfikacji konstrukcji wszelkich ochron (dotyczy

to również rękawic, obuwia i hełmów).

Pierwszym historycznie opracowaniem uwzględniającym to założenie jest krzywa Stoll-Chianta

[6] przedstawiona na Rys. 3. Dała ona podstawy do wypracowania założeń wymagań normowych,

początkowo ASTM (American Society for Testing of Materials), a później EN (Europe Norm). Na

jej podstawie przyjęto określone wartości progowe dotyczące odporności zestawu materiałów.

Przykład zestawu warstw ochronnych odpornych na działanie promieniowania cieplnego

i płomienia przedstawiono na Rys. 4.

Rysunek 3. Krzywa Stoll–Chianta - wykres tolerancji ludzkiej tkanki na

drugi stopień oparzenia

Rysunek 4. Zestaw warstw ochronnych stosowanych w ubraniach

specjalnych [6]:

1. warstwa zewnętrzna NOMEX® Delta – 195 g/m2,

68 2. bariera wodoodporna GORE-TEX® FIREBLOCKER N – 135 g/m

2,

3. bariera termiczna PARALINEX® II – 220 g/m2.

Innym podejściem charakterystycznym dla uproszczonych wymagań bliższych środowisku

ratowników jest przyjęcie progu 60 C (tzw. ”próg bólu”) po stronie chronionej, jako granicznego

przy przejściu „krytycznego strumienia cieplnego” przez barierę pakietu materiałowego struktury

środka ochrony indywidualnej. Model obciążenia termicznego ciała ratownika przedstawiono na

Rys. 5.

Rysunek 5. Model obciążenia termicznego ciała ratownika [7]

Najnowsze badania naukowe zarówno fizyczne, laboratoryjne jak i numeryczne wskazują na

możliwość odniesień krytycznych uwarunkowań do tzw. „całki Henriques’a” [8]

(1)

gdzie:

P – współczynnik częstościowy,

ΔE – energia aktywacji dla skóry,

B – uniwersalna stała gazowa,

ti – temperatura pomiędzy warstwami naskórka i skóry właściwej (ep/d).

Warunek Henriques’a – to teoria zakładająca wystąpienia oparzenia w momencie przekroczenia

temperatury 44°C pomiędzy warstwami naskórka i skóry właściwej. Oparzenie II stopnia

występuje, kiedy Ωep/d > 1. Ogół wymagań przedstawiono w artykule [9].

STANOWISKA DO BADAŃ TERMICZNYCH Z MANEKINEM

Wymagania normowe sprawdzane są wg metod opartych ściśle na odpowiednich normach. Ich

specyfiką jest badanie nie całego wyrobu, lecz próbek pakietów materiałowych. Faktycznym

odniesionym do całego wyrobu jest badanie z użyciem manekina [4]. W świecie funkcjonuje wiele

systemów wykorzystujących manekiny. Norma wskazuje możliwość dodatkowych badań

w procesie dopuszczenia ochron osobistych do użytkowania z wykorzystaniem manekina.

Najpopularniejszym badaniem rekomendowanym przez większość środowisk ratowniczych jest

badanie z użyciem manekina THERMOMAN. Bezpośrednią determinantą do popularyzacji tej

i innych wypracowanych metod z wykorzystaniem manekina, jest badanie i weryfikacja gotowych

69

ubrań specjalnych oraz badanie komfortu cieplnego w kompletnych ochronach. Jednym

z klasycznych przykładów jest manekin stosowany do badań THERMOMAN przez E.I. Du Pont de

Nemours and Company przedstawiony na Rys. 6.

1. System rejestrujący zmiany temperatury

podawane przez czujniki i przygotowujący

prognozę możliwych poparzeń przy użyciu

badanego ubrania.

2. Czujniki temperatury rozmieszczone na

powierzchni manekina (122 sztuki). Nie

rejestruje się temperatury w miejscach

przykrywanych przez kominiarkę, hełm,

rękawice i buty.

3. Palniki gazowe w ilości 8 sztuk rozmieszczone

wokół manekina.

4. Próbka badanego ubrania.

5. Kurtka.

6. Spodnie.

Rysunek 6. Schemat stanowiska do badań termicznych z manekinem

THERMOMAN

Test THERMOMAN ze 122 czujnikami temperatury umożliwia badanie skuteczności odzieży

ochronnej na działanie środowiska gorącego z uwzględnieniem: promieniowania, działania

płomienia, przenikania ciepła do wewnątrz.

Procedura badawcza oparta jest standardzie ASTM F 1930 – 00. Manekin termiczny

poddawany jest działaniu strumienia energii o gęstości mocy 167 kW/m2. Czas przebiegu reakcji

termicznych mierzony jest co 0,1 s. System palników z gazem propan wywołuje strumień

promieniowania o gęstości mocy równej 84 KW/m2 przez 5 sekund (ASTM F 1930 – 00). Pomiar

temperatury realizowany przez czujniki jest rejestrowany i pozwala wyznaczyć metodami

cyfrowymi przebiegi zmian temperatury w czasie. Obraz jest rejestrowany kamerami. Rozwiązanie

to umożliwia skojarzenie faz uszkodzeń ochron termicznych z temperaturą i czasem ich

występowania.

Wszystkie rozwiązania z zastosowaniem manekinów cieszą się dużym uznaniem w środowisku.

Badania z użyciem manekina RALPH pozwalają przy porównywalnym badaniu „Thermoman”

przedstawić mapę termiczną potencjalnych zagrożeń poparzeniem ciała ratownika. Czujniki

rozmieszczone w zdefiniowanych strefach pozwalają nie tylko na wskazanie obszarów zagrożeń

(poprzez odpowiedni system i oprogramowanie) określonych partii ciała w rozpatrywanym

systemie odzieży ochronnej, ale przede wszystkim wskazać słabe konstrukcyjnie elementy ochron

osobistych.

Na Rys. 7a przedstawiono stanowisko do badań termicznych z manekinem RALPH

w laboratorium BTTG (British Technology Textile Group) [www.bttg.co.uk], natomiast na Rys. 7b

zdjęcie mapy wynikowej zagrożeń ciała strażaka w badanym modelu zestawu odzieżowego

(fotografia ekranu komputera). Wskazano partie zagrożone różnymi stopniami poparzenia. Ocena

zestawu odzieżowego to określenie stref i procentu partii ciała poddanych w ekstremalnych

70

(charakterystycznych dla testu) warunkach oddziaływania strumienia ciepła jako efektu działania

palników gazowych.

Ten rodzaj testu umożliwia nie tylko wykrywanie defektów konstrukcyjnych, ale pozwala

również opiniować i weryfikować przyjęte rozwiązania konstrukcyjne.

a) b)

Rysunek 7. a) Stanowisko do badan termicznych z manekinem RALPH,

b) Strefy zagrożeń ciała strażaka w badanym modelu zestawu odzieżowego

– fotografia ekranu komputera

LITERATURA

[1] J. Giełżecki, R. Wolański: „The Local Threats Specification in The Context of Environment Factors Having an

Influence on a Rescue Worker During Rescue Actions”, Security Dimensions No. 11 - Wydawnictwo “APEIRON”,

Kraków, styczeń - lipiec 2014.

[2] Dz. U. z 2016 poz. 191 z dnia 27 stycznia 2016 r. w sprawie ogłoszenia jednolitego tekstu ustawy o ochronie

przeciwpożarowej, Dz. U. 1991 Nr 81 poz. 351 z dnia 24 sierpnia 1991r. o ochronie przeciwpożarowej.

[3] Dz. U. 2011 nr 46 poz. 239 z dnia 18 lutego 2011 r. w sprawie szczegółowych zasad organizacji krajowego systemu

ratowniczo-gaśniczego.

[4] PN-EN 469:2014-11 - Odzież ochronna dla strażaków -- Wymagania użytkowe dotyczące odzieży ochronnej

przeznaczonej do akcji przeciwpożarowej.

[5] PN-EN 15614:2009 - Odzież ochronna dla strażaków -- Metody badań laboratoryjnych oraz wymagania dla odzieży

ochronnej używanej przy pożarach w przestrzeni otwartej.

[6] R. Wolański: „Technologia i materiały do produkcji ochron przed promieniowaniem mikrofalowym

i podczerwonym” – Rozprawa doktorska – Akademia Górniczo – Hutnicza, Wydział Inżynierii Materiałowej

i Ceramiki, Kraków 2008.

[7] J. Giełżecki i inni: „Indywidualna ocena skuteczności ochron osobistych ratownika”, Zeszyty Naukowe SGSP nr 58

(tom 2)/2/2016 s. 57 – 104.

[8] M. Bugaj, Ł. Cieślikiewicz, T. Wiśniewski: „Badania materiałów odzieży ochronnej będącej w kontakcie z ciałami

o podwyższonej temperaturze”, Zeszyty Naukowe SGSP nr 58 (tom 2)/2/2016 s. 149 – 171.

[9] J. Roguski, M. Błogowski, D. Kubis: „Metody badawcze w ocenie odporności środków ochrony indywidualnej na

działanie termicznych czynników zewnętrznych”, Bezpieczeństwo i Technika Pożarnicza, Vol. 39 Issue 3, 2015, pp.

43-57.



INNOWACYJNE TECHNOLOGIE PODWYŻSZAJĄCE ODPORNOŚĆ

OCHRON OSOBISTYCH NA PROMIENIOWANIE CIEPLNE

Robert Wolański

1, Jan Giełżecki

2, Ryszard Mania

3, Konstanty Marszałek

4

1Szkoła Aspirantów PSP w Krakowie,

oś. Zgody 18, 31-951 Kraków 2Uniwersytet Rolniczy im. Hugona Kołłątaja w Krakowie

Al. Mickiewicza 21, 30-001 Kraków 3DMA sp. z o.o., ul. Łukowa 7, 43-300 Bielsko -Biała

4Akademia Górniczo-Hutnicza im. S. Staszica w Krakowie

al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

STRESZCZENIE

W niniejszej pracy przedstawiono problem wytwarzania pokryć cienkowarstwowych nanoszonych na tkaniny

elementów ubrań ochronnych. Pokrycia te podwyższają odporność ochron osobistych na wysokie temperatury,

co ma istotne znaczenie podczas prowadzenia akcji. Podano informacje o ceramicznych warstwach

kompozytowych TiN/Si3N4 nanoszonych techniką magnetronową. Opisano również urządzenie do badania

procesów transportu ciepła przez tkaniny z naniesionymi powłokami ochronnymi jak i uzyskane wyniki

badań.

WSTĘP

Współczesne technologie zwalczania pożarów, mimo postępu technicznego w inżynierii

bezpieczeństwa pożarowego, wymagają w dalszym ciągu realizacji wielu czynności z bezpośrednim

działaniem człowieka. Przypadkowy i nieprzewidywalny przebieg zjawisk termicznych stymuluje

podejmowanie badań w zakresie poprawy skuteczności działania osłon termicznych stosowanych

w środkach ochrony indywidualnej. Rozwiązania techniczne mimo znacznego zaawansowania

innowacyjnego nie zabezpieczają w pełni wszystkich działań taktycznych przed zagrożeniem

termicznym. Wśród charakterystycznych zagrożeń w środowisku pożaru (promieniowanie cieplne,

oddziaływanie płomienia, oddziaływanie gorących elementów, oddziaływanie stopionych metali

i szkła, kontakt z gorącymi przedmiotami) szczególne stanowi oddziaływanie promieniowania

cieplnego. Promieniowanie podczerwone wywiera istotny wpływ na rozwój urazów termicznych

u ratowników i w konsekwencji ograniczenia w ich działaniach. Obecnie stosowane są dwa

zasadnicze modele realizacji mechanizmu ochrony: model o działaniu izolującym i model

o działaniu refleksyjnym.

Mechanizm ochrony oparty na działaniu izolującym ciało ratownika zastosowany został

w ubraniach specjalnych, natomiast refleksyjny w odzieży metalizowanej zwanej popularnie

ubraniami żaroodpornymi - Rys. 1. Poważnym problemem jest relatywnie niewielka ilość ochron

twarzy i głowy wyposażonych w skuteczne filtry - Rys. 2. Narządy wzroku podatne są nawet na

niewielkie oddziaływanie promieniowania podczerwonego, ponieważ źrenica oka nie akomoduje

się na ten zakres widma.

Problematyka ochron osobistych przeznaczonych do ochrony organizmu ratowników w

obszarze promieniowania termicznego środowiska pożaru zawarta jest w: przepisach i aktach

normatywnych dotyczących pracy w środowisku gorącym, normach stosowanych w krajach Unii

Europejskiej (EN) i w Stanach Zjednoczonych (ASTM), zawierających wymagania i metody

72

weryfikacji ochron, opracowaniach naukowych, instrukcjach wewnętrznych straży pożarnej,

materiałach konferencyjnych oraz zasobach internetowych uwzględniających opisy i sposoby badań

organizmu oraz metodologię jego ochrony.

Badania i innowacje prowadzone w wielu światowych ośrodkach w dziedzinie inżynierii

materiałowej skupiają się głównie na:

chemicznej i fizycznej modyfikacji włókien i materiałów,

zmiany konstrukcji układu warstw zestawów materiałowych,

opracowaniu metodologii badań materiałowych i środowiskowych.

Rysunek 1. Ubranie metalizowane o refleksyjnym mechanizmie działania ochrony termicznej [1]

Rysunek 2. Elementy refleksyjne zastosowane w ochronach głowy i twarzy [1]

Rozwiązania konstrukcyjne z zastosowaniem warstw refleksyjnych przeznaczone do działań

w obszarach o dużym oddziaływaniu energii cieplnej, ze względu na duży ciężar powierzchniowy

wynikający z dotychczasowych rozwiązań technologicznych, stosowane są znacznie rzadziej.

Ubrania o działaniu refleksyjnym, przeznaczone do specjalnych akcji przeciwpożarowych oparte na

foliach aluminiowych przyklejanych do nośnych tkanin (najczęściej szklanych) są konstrukcjami

niedoskonałymi, narzucającymi wiele ograniczeń w zastosowaniach.

Działanie izolujące zestawu materiałów w ubraniach specjalnych może być uzupełnione

możliwością odbicia strumienia energii padającej na odzież od warstwy refleksyjnej (metal, tlenek,

kompozyt ceramiczny).

73

TECHNOLOGIA NANOSZENIA WARSTW OCHRONNYCH

Najnowsze metody zwiększania odporności tkanin na działania promieniowania cieplnego

wykorzystują technologie próżniowe PVD (Physical Vapour Deposition). W niniejszej pracy

stosowano technologie magnetronową. Metoda magnetronowego rozpylania jonowego pozwala na

nanoszenie warstw metalicznych, tlenkowych, ceramicznych o kreślonej mikrostrukturze. Proces

prowadzony jest w komorze próżniowej przy ciśnieniu gazów rzędu 0,1 – 0,01 Pa. Na Rys. 3

przedstawiono zdjęcie komory próżniowej z Laboratorium DMA w Krakowie, w którym są

aktualnie prowadzone badania nad reaktywnym nanoszeniem warstw TiN/Si3N4 na tkaniny, głównie

PROTON i NATAN produkcji firmy Andropol. Stosowana technologia została opatentowana [2].

Więcej informacji na temat aparatury oraz magnetronowego sposobu nanoszenia warstw podano

w publikacjach [3] i [4].

Rysunek 3. Fragment stanowiska technologicznego do nanoszenia cienkich warstw metodą magnetronową

Rysunek 4. Magnetron liniowy z tarczami ze spieków tytanowo-krzemowych

Opracowana technologia pozwala otrzymać z jednego magnetronu i gazu reaktywnego, w tym

przypadku azotu, dwa azotki. Używając jako rozpylane tarcze spieki tytanowo-krzemowe i stosując

jako gaz reaktywny – azot otrzymujemy w warstwie zarówno azotek tytanu jaki i azotek krzemu.

Grubość warstwy zależy od czasu ekspozycji, ciśnienia azotu, mocy wydzielanej na magnetronie.

Grubość nanoszonych warstw nie przekracza 300 nm toteż nie zmieniają one ciężaru

powierzchniowego tkaniny. Przyczepność warstwy do tkaniny zależy od jej struktury, która jest

bezpośrednio zależna od warunków nanoszenia warstwy.

komora próżniowa

spieki

74

BADANIA WŁASCIWOŚCI WARSTW I TKANIN Z WARSTWĄ OCHRONNĄ

Korzystając z wysokorozdzielczej mikroskopii elektronowej przeprowadzono badania

mikrostruktury nanoszonych warstw azotku tytanu z azotkiem krzemu. Stwierdzono, że warstwa ma

budowę kompozytową. Występują krystality azotku tytanu przeciętnie od 5 do 10 nm,

odseparowane od siebie amorficzną fazą azotku krzemu. Taka struktura zapewnia warstwie

odpowiednią do podłoża elastyczność. Dla przykładu na Rys. 5 przedstawiono zdjęcie

z elektronowego mikroskopu skaningowego powierzchni tkaniny z włókien aramidowych. Widać,

że warstwa ściśle pokrywa charakterystyczny splot tkaniny.

Rysunek 5. Obraz z mikroskopu skaningowego włókien aramidowych pokrytych warstwą TiN/Si3N4

Przeprowadzono badania składu chemicznego naniesionych warstw metodą mikroanalizy

rentgenowskiej. Dla przykładu, na Rys. 6 przedstawiono rozkład pierwiastków wchodzących

w skład warstwy.

Rysunek 6. Rozkład pierwiastków tworzących warstwę uzyskany metodą EDS

Więcej informacji odnośnie mikrostruktury i właściwości warstw TiN/Si3N4 podano

w publikacjach [5], [6]. Prezentowana warstwa ma zdecydowanie odmienną morfologię od warstwy

opisanej w pracy [7].

Przeprowadzono badanie własności termicznych następujących zestawów materiałów:

stosowanych w konstrukcjach ubrań specjalnych, stosowanych w konstrukcjach odzieży

metalizowanej, zewnętrznych powłok pokrytych warstwami o różnych składach chemicznych

w technologii magnetronowego rozpylania, filtry optyczne uzyskane w dwóch różnych

technologiach próżniowo-plazmowych. Na Rys. 7 przedstawiono zaprojektowane i wykonane,

specjalnie stanowisko badawcze z zastosowaniem symulatora promieniowania ciała doskonale

czarnego oraz kamery termowizyjnej do ciągłej rejestracji zmian temperatury po wewnętrznej

75

stronie próbki badanej osłony termicznej. Stronę tkaniny, po której znajduje się źródło ciepła

określamy jako zewnętrzną, a stronę przeciwną, przylegającą do ciała ratownika – stroną

wewnętrzną. Konstrukcja stanowiska i przyjęta metodologia umożliwia realizację wykresów

przebiegów zmian temperatury po wewnętrznej stronie osłony termicznej.

Rysunek 7. Stanowisko pomiarowe do badań skuteczności ochron osobistych [ 8]: 1 - podstawa promiennika,

2 - piec, 3 - uchwyt próbki, 4 - autotransformator, 5 - regulator mikroprocesorowy, 6 - układ

zabezpieczenia, 7 – kamera termowizyjna

Temperatura źródła promieniowania ciała doskonale czarnego 873K, It=32952 W/m2

300

305

310

315

320

325

330

335

340

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120τ, s

T, K

(9) NOMEXTough-Diamond

(10) Cu/ NOMEXTough-Diamond

(11) Ni/ NOMEXTough-Diamond

(12) TiNSi3N4/NOMEX Tough-Diamond

próg bólu 333 K (60oC)

Rysunek 8. Przebieg zmian temperatury T w czasie τ wyznaczony w trakcie pomiaru na wewnętrznej stronie

powierzchni materiałów specjalnych NOMEX - Though Diamond (9) pokrytych nanowarstwami specjalnymi

metodą magnetronowego rozpylania katodowego[8]: 10- Miedź/ NOMEX Tough – Diamond,11- Nikiel/

NOMEX Tough – Diamond, 12- TiN/Si3N4// NOMEX Tough – Diamond

Przyjętym w badaniach kryterium porównawczym dla oceny poszczególnych materiałów i ich

zestawów był przebieg zmian temperatury i czas potrzebny do osiągnięcia tzw. progu bólu

(odpowiadającego temperaturze 333K tj. 60oC na wewnętrznej stronie badanego materiału).

Wykresy przebiegu temperatury na wewnętrznej stronie badanego materiału wykonano w zakresie

293333 K. Przykłady wyników ujętych na wykresach przedstawiono na Rys. (8) i (9). Przebiegi

wykresów zmian temperatury w czasie na wewnętrznej stronie materiałów z naniesionymi

warstwami metalicznymi (miedź, nikiel) oraz kompozytowymi (nc/TiN/a-Si3N4) w porównaniu

1

2

3

4

5

6

7

76

z materiałami bez pokryć wykazują znaczące opóźnienia w przejściu przez osłonę strumieni energii.

Badania termowizyjne realizowane przy działaniu strumienia promieniowania o gęstościach: 33,0,

50,9 i 75,2 kW/m2 wskazują na celowość wykorzystania ceramicznych warstw kompozytowych

typu TiN/Si3N4 do podwyższenia właściwości ochronnych odzieży.

Temperatura źródła promieniowania ciała doskonale czarnego 873K, It=32952 W/m2

295

300

305

310

315

320

325

330

335

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600τ, s

T, K

(17) poliwęglan

(22) miedz/poliwęglan

(23) TiNSi3N4/poliwęglan

(24) Ni/poliwęglan

próg bólu 333 K (60oC)

Rysunek 9. Przebieg zmian temperatury T w czasie τ wyznaczony w trakcie pomiaru na wewnętrznej stronie

powierzchni materiału [8]: poliwęglan (17), Miedź/ poliwęglan (22), TiN/Si3N4/ poliwęglan (23),

Ni/ poliwęglan (24)

WNIOSKI

1. Badania skuteczności ochrony termicznej materiałów stosowanych w osłonach osobistych

według koncepcji modyfikacji wybranymi metodami próżniowo- plazmowymi potwierdzają

ich potencjalne możliwości zastosowania.

2. Osiągnięte dotychczas efekty pozwalają na dobrą prognozę wykorzystania wyników do ich

wdrożenia w produkcji środków ochrony osobistej różnych formacji służb ratowniczych.

PODZIĘKOWANIE

Praca finansowana Narodowe Centrum Badań i Rozwoju w ramach realizacji projektu na rzecz

bezpieczeństwa i obronności Państwa nr umowy DOB-BIO 6/04/2014.

LITERATURA

[1] Du PontTM NOMEX® Protective Clothing Solutions for the EMEA Industrial Market, Du Pont ,2007

[2] R. Mania, E. Godlewska, K. Mars, J. Morgiel, R. Wolański, Sposób wytwarzania ceramicznych warstw na tkaninie,

Patent PL 215960 B1, 2010

[3] K. Marszałek, J. Stępień, R. Mania, System sterowania procesem nanoszenia wielowarstwowych powłok metalicznych

metodą jonowego rozpylania, Elektronika, 11 (2013), 79-82.

[4] K. Marszałek, R. Mania, Stanowisko do nanoszenia warstw (TiAl)N na węgliki spiekane, Elektronika, 8 (2011), 70-72

[5] R. Mania, K. Marszałek, J. Morgiel, R. Wolański, Warstwy TiN-Si3N4 nanoszone na tkaniny ochronne techniką

magnetronową, Elektronika, 2 (2014), 19-22.

[6] J. Morgiel, Sł. Zimowski, R. Mania, M. Kot, J. Grzonka, Ł. Major, ”Microstructure and mechanical properties of

nanocomposite nc-TiN/a-Si3N4 coatings on stainless and high speed steels”, Inżynieria Materiałowa, 157-158 (2007)

692-697.

[7] J. Ziaja, J. Koprowska, J. Janukiewicz „Using Plasma Metallisation for Manufacture of Textile Screens Against

Electromagnetic Fields” FIBER and TEXTILES in Eastern Europe, 16 (2008) 64-66

[8] R. Wolański: Technologia i materiały do produkcji ochron przed promieniowaniem mikrofalowym i podczerwonym -

Rozprawa doktorska-Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, Kraków 2008.



BADANIA I ROZWÓJ GAŚNICZYCH SYSTEMÓW HYBRYDOWYCH

Paweł Wolny

1, Norbert Tuśnio

2

Szkoła Głowna Służby Pożarniczej

ul. Słowackiego 52/54, 01-629 Warszawa, [email protected],[email protected]

STRESZCZENIE

Hybrydowe systemy gaśnicze są obecnie najnowocześniejszą technologią stosowaną w stałych urządzeniach

gaśniczych. Brak jakiejkolwiek dostępnej literatury w języku polskim oraz trwające prace studyjne nad

oddzielną normą NFPA dla tego typu rozwiązań, skłonił autorów do przybliżenia i wstępnego ich opisu.

Przeprowadzono wnikliwą analizę jedynego istniejącego normatywu, jakim jest FM Global Approval 5580

oraz literatury przedmiotu. Bardzo pomocne w zrozumieniu idei i celów tworzenia osobnej grupy stałych

urządzeń gaśniczych były także bezpośrednie kontakty z Robertem Ballardem – współtwórcą głowicy

hybrydowej dla firmy Victaulic oraz konsultantem komitetu NFPA „Hybrid (Water and Inert Gas) Fire

Extinguishing Systems Committee” pracującego nad wydaniem normy NFPA 770. Autorzy w swym

opracowaniu starali się przedstawić możliwie najpełniejsze spektrum obecnej wiedzy w tym temacie.

W artykule przedstawiono wszystkie występujące na rynku rozwiązania hybrydowe, do jakich udało się

dotrzeć autorom, a także rozwiązanie, które w powszechnym rozumieniu pojęcia „hybryda” powinno być za

takie uznane, ze względu na skład czynników gaśniczych w proporcjach 50/50 gazu obojętnego i mgły

wodnej.

AKTUALNY STAN PRAWNY I WDROŻONE SYSTEMY

Stałe hybrydowe urządzenia gaśnicze to najnowsza technologia gaszenia pożaru stosowana do

zabezpieczeń przeciwpożarowych zarówno urządzeń (np. maszyn i linii technologicznych) jak

i obiektów lub pomieszczeń (np. serwerowni komputerowych) [1]. Systemy hybrydowe stanowią

połączenie zdolności gaśniczych gazów obojętnych (najczęściej stosowany jest azot) oraz mgły

wodnej (nisko lub średniociśnieniowej), aby zapewnić gaszenie pożaru lub ograniczenie jego

rozprzestrzeniania się skuteczniej niż jednorodne systemy oparte na gazach obojętnych lub mgle

wodnej.

Na rynku amerykańskim w ostatnich czasach pojawiły się dwa wdrożone hybrydowe systemy

przeciwpożarowe: Vortex firmy Victaulic oraz Aquasonic firmy ANSUL, a na rynku europejskim

wyzwanie podjęły firmy: Siemens (system Sinorix H2O Gas) oraz włoska firma Tema Sistemi

(AQUATECH® Water Mist System). Jednak ostatnie wymienione rozwiązanie, w myśl jedynej

obecnie funkcjonującej certyfikacji, a także wstępnych ustaleń komitetu standaryzacji NFPA

opracowującego normę i wytyczne testów pożarowych, nie jest rozwiązaniem hybrydowym.

Pomimo rosnącej popularności i zainteresowania rynku hybrydowymi technologiami gaszenia

nie ma jeszcze spójnych normatywów umożliwiających ich wdrożenie. Samo uzyskanie

dopuszczenia do użytkowania w obiektach ubezpieczanych przez FM Global (FM Approval

Standard 5580, „Approval Standard for Hybrid (Water and Inert Gas) Fire Extinguishing Systems”)

[2] i rozpoczętych prac przez komitet standaryzacji NFPA (NFPA 770: Standard on Hybrid (Water

and Inert Gas) Fire Extinguishing Systems) jest niewystarczające do przeprowadzenia certyfikacji

systemu.

Prace nad opracowaniem i wdrożeniem normy NFPA 770 mają przebiegać zgodnie z przyjętym

planem (Rys. 1) i zakończyć się w kwietniu 2020 roku.

78

Rysunek 1. Planowane etapy prac nad wdrożeniem normy NFPA 770 [4]

Pierwszym i jak na razie jedynym standardem umożliwiającym jakąkolwiek weryfikację

skuteczności gaśniczej oraz obszarów zastosowania hybrydowych systemów gaśniczych jest

dokument Approval Standard FM 5580 „Hybrid (Water and Inert Gas) Fire Extinguishing

Systems”. Został on opracowany przez jedną z największych firm ubezpieczeniowych na świecie,

specjalizującą się w ubezpieczaniu ryzyk pożarowych – FM Global. Opisano w nim testy pożarowe

oraz minimalne parametry, jakie musi spełnić hybrydowy system gaśniczy.

Na obecnym poziomie zaawansowania technologii hybrydowej firma ta wprowadziła aprobaty

na zastosowanie tej technologii w ośmiu obszarach:

1. Ochrona urządzeń w obudowach o objętości nie przekraczającej 80 m3

2. Ochrona turbin spalinowych w obudowach o objętości nie przekraczającej 80 m3

3. Ochrona urządzeń w obudowach o objętości nie przekraczającej 260 m3

4. Ochrona turbin spalinowych w obudowach o objętości nie przekraczającej 260 m3

5. Ochrona urządzeń w pomieszczeniach o objętości przekraczającej 260 m3

6. Ochrona turbin spalinowych w pomieszczeniach o objętości przekraczającej 260 m3

7. Ochrona ppoż. pomieszczeń komputerowych (serwerowni) z podniesioną podłogą

8. Ochrona ppoż. innych pomieszczeń

Otwarty punkt 8. wskazuje na duży potencjał rozwojowy przedstawionego rozwiązania.

Jako przykład testów pożarowych hybrydowych systemów gaśniczych przedstawiono zawartość

załącznika B dotyczącego scenariuszy stosowanych do sprawdzenia skuteczności ochrony maszyn

w pomieszczeniach o objętościach nie przekraczających 80 m3:

a) nieograniczony pożar rozpylonego oleju napędowego o mocy 1 MW,

b) ograniczony pożar rozpylonego oleju napędowego o mocy 1 MW,

c) ograniczony pożar oleju napędowego w kuwecie o powierzchni 1 m2,

d) ograniczony pożar rozpylonego oleju napędowego o mocy 2 MW przy naturalnej

wentylacji,

e) nieograniczony pożar rozpylonego heptanu o mocy 1 MW,

f) ograniczony pożar rozpylonego heptanu o mocy 1 MW,

g) ograniczony pożar heptanu w kuwecie o powierzchni 1 m2,

h) ograniczony pożar rozpylonego heptanu o mocy 2 MW przy naturalnej wentylacji,

i) dodatkowe testy pożarowe według uznania FM Global.

Marzec 2013

Victaulic zgłasza prośbę do

NFPA o utworzenie normy

dla systemów hybrydowych

Październik 2013

Fire Protection Research

Foundation organizuje

konferencję inicjującą

przegląd literaturowy

Maj 2014

Zakończono przegląd

literaturowy. Przedłożono

go NFPA (Las Vegas,

czerwiec 2014)

Kwiecień 2014

Rada do spraw norm

zatwierdza rozpoczęcie

prac nad normą dla

systemów hybrydowych

Wrzesień 2015

I spotkanie komitetu

normalizacyjnego NFPA

770

Luty 2016

II spotkanie komitetu


770

Październik 2016

III spotkanie komitetu


770 (głosowanie nad

projektem)

Kwiecień 2017

Głosowanie Rady do

spraw norm /

konsultacje publiczne

Kwiecień 2018

Ukończenie pierwotnej

wersji / konsultacje

publiczne

Kwiecień 2019

Wersja próbna

z poprawkami / konsultacje

publiczne

Kwiecień 2020

Ukończenie NFPA 770

79

ZALETY I WADY STAŁYCH URZĄDZEŃ GAŚNICZYCH

Na konferencji „Great Plains Fire Suppression Symposium” w Omaha w Stanach Zjednoczonych

w roku 2016 Robert Ballard podsumował wady i zalety poszczególnych rozwiązań jakie aktualnie

stosowane są w ochronie czynnej obiektów [4].

Tabela 1. Zalety i wady poszczególnych stałych urządzeń gaśniczych

TRYSKACZE

Zalety Wady

Potwierdzona skuteczność działania Zniszczenia okołopożarowe

Rozwiązanie ekonomiczne Duże zbiorniki wody

Powszechne: aprobaty, normy, standardy

projektowe

Kontrola pożaru a nie ugaszenie

MGŁA WODNA

Zalety Wady

Dużo mniejsze zużycie wody vs. tryskacze Duża złożoność systemu

Efektywne wykorzystanie wody Niewielka liczba dostępnych norm i standardów

Mniejsze: zniszczenia, zbiorniki wody i jej

zużycie

Zdolność do ugaszenia pożaru

Nie wymaga testu szczelności pomieszczeń

GAZY GAŚNICZE

Zalety Wady

„Czyste” gaszenie, bez zanieczyszczeń

i wilgoci

Wymaga testu szczelności pomieszczeń

powszechne: aprobaty, normy, standardy

projektowe

Mniej powszechny środek gaśniczy niż woda

Koszty wytworzenia i dostępność

Wymagający wyprodukowania (niewystępujący

naturalnie w przyrodzie)

W przypadku halowęglowodorów – negatywny

wpływ na środowisko naturalne

SYSTEMY HYBRYDOWE

Zalety Wady

Obniżone wymagania szczelności

pomieszczeń

W dokumencie nie przedstawiono wad

Obniżenie ciśnienia wyładowania

Łatwo dostępne środki gaśnicze

Zoptymalizowane zużycie wody

Brak negatywnego wpływu na środowisko

Niskie koszty serwisu

Nieuwzględnienie wad systemów hybrydowych w zaprezentowanej tabeli nie oznacza, że są one

ich pozbawione. Podstawową, w pojęciu autorów, wadą jest brak aktów normatywnych oraz, co za

tym idzie, minimalna liczba testów pożarowych potwierdzających przydatność systemów

hybrydowych do zastosowania w szerokim spektrum obiektów. Kolejny rozdział poświęcony jest

szczegółom konstrukcyjnym aktualnie występujących na rynku dysz hybrydowych oraz tych, które

w rozumieniu autorów mogą i powinny być za takie uznane. W podsumowaniu przedstawione

zostaną wstępne założenia i wymogi normy NFPA 770, które w opinii autorów pomijają jeden

z istotnych aspektów dysz uznawanych za „twin-fluid” nie uwzględniających jednak udziału gazów

obojętnych w procesie gaszenia.

80

ROZWIĄZANIA KONSTRUKCYJNE DYSZ HYBRYDOWYCH

Na Rys. (2) i (4) przedstawiono budowę oraz sposób działania dysz hybrydowych jak i dyszy,

w której gaz obojętny i woda stosowane są w proporcji 50/50 objętościowo.

Rysunek 2. Schemat poglądowy przekroju dyszy oraz jej widok rzeczywisty

(system AQUASONIC firmy Ansul) [5]

Rysunek 3. Dysze hybrydowe w trakcie rozładowania (po lewej: system Vortex firmy Victaulic [1],

po prawej: system Sinorix H2O Gas firmy Siemens [6])

Rysunek 4. Dysza mgłowa wysokociśnieniowa włoskiej firmy Tema Sistemi [7]

Podstawową różnicą pomiędzy rozwiązaniami amerykańskimi a rozwiązaniem Siemensa jest

sposób doprowadzania środków gaśniczych do dysz. W rozwiązaniach Ansul i Victaulic

prowadzone są dwie niezależne linie zasilające i mieszanie substancji następuje bezpośrednio

w głowicy. W przypadku Siemensa azot również pełni rolę czynnika napędowego dla wody, ale jest

dostarczany przez tę samą sieć orurowania. W rozwiązaniu Tema Sistemi, w przeciwieństwie do

Woda

Azot

Strefa

naddźwiękowego

wypływu

81

rozwiązań pozostałych przedstawionych firm, stosuje się system wysokociśnieniowy napędzany

gazem obojętnym, co nie występuje w innych, znanych autorom rozwiązaniach mgły

wysokociśnieniowej. Niepisaną zasadą jest, że dwuskładnikowa jest mgła niskociśnieniowa,

natomiast wysokociśnieniowa uzyskiwana jest poprzez nadanie wysokiego ciśnienia samej wodzie

przez systemy pompowe. Jednakże mimo wykorzystania proporcji 50/50 gazu do wody, jest to

paradoksalnie system jednoskładnikowy. Azot może brać udział w gaszeniu dopiero w ostatniej

fazie wyładowania – w momencie, gdy kończy się woda a pozostał jeszcze czynnik napędowy.

BADANIA DOŚWIADCZALNE

Testy hybrydowych systemów przeciwpożarowych firmy Victaulic do ochrony przeciwpożarowej

turbin gazowych przeprowadzono w miejscowości Holtsville (USA, NY), gdzie mieściło się 10

zestawów turbin Pratt & Whitney FT4. Każdy pakiet składał się z generatora i dwóch turbin

lotniczych FT4 na każdym końcu. Generatory turbin są wykorzystywane do wytwarzania energii

elektrycznej podczas szczytowego poboru mocy.

Do oceny skuteczności działania hybrydowego systemu gaszenia pożaru przeprowadzono

łącznie 8 testów. Opisany dalej test polegał na tym, że jednostka turbinowa pracująca przy

obciążeniu podstawowym, była podłączona do sieci na nie mniej niż 5 minut. Hybrydowy system

gaśniczy składał się z 2 dysz skierowanych w stronę sekcji gorącej, w celu rozpylenia maksymalnej

ilości mgły hybrydowej (średnica obu dysz 1/2", ciśnienie 1,7 bar, objętościowe natężenie

przepływu wody 4 dm3/min, czas działania 10 min).

Dane zbierano przez okres 34 min, monitorując temperaturę od momentu uruchomienia turbiny

do końca rozładowania hybrydowego systemu gaśniczego (Rys. 5). Podczas pracy turbiny

temperatura przekroczyła 210 °C. Po wyładowaniu, temperatura sekcji spalania (tylnej) spadła

poniżej temperatury samozapłonu, do mniej niż 193 °C w ciągu 13 s, w sekcji gorącej – w ciągu 18

s, a w sekcji wydechu – w ciągu 33 s. Po upływie 34 min i otwarciu drzwi komory, stwierdzono

bardzo niską temperaturę samej turbiny, jak i wewnątrz obudowy. Nie zaobserwowano znacznego

spadku stężenia tlenu, średnio wynosiło ono 20,5% podczas wyładowania.

Rysunek 5. Wyniki testu, w którym monitorowano temperaturę na elementach jednostki turbinowej FT4 [8]

Sekcja sprężarek

Temperatura otoczenia

Sekcja spalania (przednia)

Sekcja spalania (tylna)

Sekcja wydechu

Sekcja gorąca

82

PRZYSZŁOŚĆ SYSTEMÓW HYBRYDOWYCH

W memorandum do komitetu technicznego NFPA (Technical Committee on Hybrid Extinguishing

Systems) z września 2015 r. [3] po raz pierwszy określono stosunek procentowy wody do gazu

obojętnego. W punkcie 5.2.2. Introduction to Hybrid Extinguishing Technologies, podano że

mieszanina hybrydowa powinna zawierać co najmniej 99,9% czystego azotu z domieszką wody

w ilości nieprzekraczającej 0,005% składu objętościowego. W tym przypadku, po rozprężeniu, jest

to system gazowy z niewielkim dodatkiem wody. To nieco kłóci się z ogólnie przyjętym

znaczeniem słowa hybryda w ujęciu pożarniczym.

Za hybrydę uznano połączenie wody z gazem obojętnym w celu ugaszenia fazy gazowej pożaru.

Celem systemu jest gaszenie poprzez kombinację chłodzenia i zobojętniania gazów pożarowych.

Jako wskaźnik określający przynależność do poszczególnych grup systemów gaśniczych (systemy

oparte na gazach obojętnych, mgle wodnej i rozwiązania hybrydowe) przyjęto parametr określający

zawartość tlenu w atmosferze pożaru wyznaczony metodami: „na sucho” i „na mokro”. Parametr

ten uznano za najbardziej miarodajny i dający dużą powtarzalność wyników w testach pożarowych.

W celu ustalenia standardów stosowanych do badań przydatności systemów w ochronie

przeciwpożarowej oraz sposobu potwierdzenia tego faktu, a co za tym idzie udzielenia certyfikatu,

dział badawczy firmy FM Global przeprowadził serię testów, aby formalnie dokonać rozróżnienia

między systemami hybrydowymi i klasycznymi opartymi na mgle wodnej lub obojętnych gazach

gaśniczych. W wyniku tych badań opracowane zostały trzy klasyfikacje systemu dla: mgły wodnej

napędzanej powietrzem, gazów obojętnych oraz rozwiązań hybrydowych. Zarówno dane

doświadczalne jak i te będące wynikiem modelowania numerycznego gaszenia pożaru wykazały, że

mierzenie stężenia tlenu (metodą suchą) podczas gaszenia uznano za najlepszy i najbardziej

miarodajny czynnik klasyfikacyjny w ocenie skuteczności systemów gaśniczych.

Podczas badania tradycyjnego systemu mgły wodnej określono poziom stężenia tlenu

mierzonego metodą „na sucho”, który zawierał się pomiędzy 14,9% a 16,2%, natomiast przy

metodzie pomiaru „na mokro” – pomiędzy 12,4% a 12,6%. W analogicznym badaniu systemu

hybrydowego uzyskano w przypadku pierwszym stężenie tlenu w zakresie od 13,5% do 14,6%,

a w drugim – 12,2% do 12,3%. Dla systemów gazowych uzyskano odpowiednio 12,3% do 12,6%

i 12,0% do 12,1% O2.

PODSUMOWANIE

Najważniejszą kwestią w rozumieniu autorów jest przyszłość systemów hybrydowych i szansa na

ich wdrożenia na skalę przemysłową oraz jaki zawierają one potencjał rozwojowy. W opinii

Roberta Ballarda wyrażonej w korespondencji z autorami, systemy hybrydowe w najbliższym

czasie staną się istotną alternatywą dla rozwiązań opartych na dwutlenku węgla oraz gazach

chemicznych. Połączenie zalet mgły wodnej i gazu obojętnego zwiększa efektywność gaśniczą

poprzez wykorzystanie efektu chłodzenia rozpylonej wody i długiego czasu retencji azotu. Jest to

rozwiązanie całkowicie ekologiczne, niskociśnieniowe (bez efektu niszczącego przy wyładowaniu)

oraz minimalizujące straty okołopożarowe.

LITERATURA

[1] P. Raia, M. J. Gollner, Literature Review on Hybrid Fire Suppression Systems. University of Maryland, Fire Protection

Research Foundation, College Park (MD) 2014.

[2] FM Approvals 5580, Approval Standard for Hybrid (Water and Inert Gas) Fire Extinguishing Systems, Factory

Mutual Global, Johnston (RI) 2012.

[3] R. Ballard, Introduction to Hybrid Extinguishing Technologies, MEMORANDUM to Technical Committee on Hybrid

Extinguishing Systems, part 5b. St. Louis (MO) 2015, str. 11.

[4] R. Ballard, Victaulic Vortex© Hybrid Fire Extinguishing Technology and NFPA 770 Standard Development, Great

Plains Fire Suppression Symposium, Omaha (NE) 2016, str. 74.

[5] Prezentacja Tyco Fire Protection Products, AquaMist SONIC, Hybrid (Water & Nitrogen) Water Mist System, 2015.

[6] Prezentacja firmy Siemens, Intelligent extinguishing solutions from Siemens. Sinorix H₂O Gas – tailored, efficient, and

reliable, 2009.

[7] Prezentacja firmy Tema Sistemi, AQUATECH® Water Mist System, 2017.

[8] http://www.victaulic.com/en/news-events/news/evaluating-hybrid-fire-suppression-systems-for-the-protection-of-

aeroderiva/

tendencje rozwojowe w zwalczaniu pożarów - zespół …konfstaz4.pdf · · 2017-06-04tendencje...

Documents