Pelastustilanteiden stokastinen operaatioaikamallinnus Palotutkimuksen päivät 2013 Terhi Kling, Tuomo Rinne, Jukka Vaari & Simo Hostikka, VTT
2 Menetelmä Sovellutukset: Sisältö 1. Ydinvoimalaitoksen kaapelitilan palo (SAFIR2010- tutkimusohjelma/firas-projekti) 2. Pelastustoimen vasteen simulointi suurpalossa (SIREENIprojekti) 3. Toimintavalmiuden vaikuttavuus asuntopaloissa (projekti käynnissä) Johtopäätökset menetelmän hyödyistä ja käytettävyydestä
3 Menetelmä: Tausta Perusideat pohjautuvat aikaisempiin tutkimuksiin: Marchant & al., 2001: Fire Brigade Intervention Model Lambright & al., 2000: Use of NPP Krsko plant specific data to model fire brigade response Ydinvoimalaitosten turvallisuusanalyysi: HRA (Human Reliability Analysis) Todennäköisyyspohjainen palosimulointi: PFS (Probabilistic Fire Simulator)
4 Menetelmä: Perusideat Mallinnetaan pelastusorganisaation toimintaa kvantitatiivisesti Toimintaprosesseja kuvataan aikaviiveillä Otetaan huomioon myös inhimillisten virheiden tai epätoivottujen olosuhteiden aiheuttamat poikkeamat Kuvataan mallin parametreja todennäköisyysjakaumilla
5 Menetelmä: Mallinnuksen vaiheet 1. Määrittele paloskenaario ja operatiivisen toiminnan skenaario 2. Määritä toimijat ja toimijoiden väliset kytkennät 3. Analysoi toiminnan vaiheet ja poikkeamat 4. Kuvaa toiminnan aikaviiveitä jakaumilla ja lisäviiveitä jakaumilla ja todennäköisyyksillä 5. Suorita Monte Carlo analyysi ja laske kokonaisaikaviiveen jakauma
6 Menetelmä: Työkalut Tapahtumapuut Erilaisten tilanteiden jakauma Aikajanat Prosessien visualisointi Probabilistic fire simulator (PFS) Realisaatiot Excel-pohjainen käyttöliittymä, jolla voidaan ajaa todennäköisyyspohjaisia simulointeja
7 Menetelmä: Laskentamalli
8 SOVELLUTUS 1: Ydinvoimalaitoksen kaapelitilan palo (SAFIR2010/FIRAS) Vikaantumisen oletettiin tapahtuvan, kun kaapelin eristemateriaalin lämpötila saavuttaa kriittisen lämpötilan Kaapelitila sisältää kahden eri osajärjestelmän voima- ja ICkaapeleita. Simuloinneissa palon oletettiin alkavan toisen osajärjestelmän voimakaapelista.
9 SOVELLUTUS 1: Ydinvoimalaitoksen kaapelitilan palo
10 Tapahtuma Tod.näk. Viive Jakauma Lähde Ilmaisuaika 17 291s Palosimulointi Savuilmaisu ei toimi 0.1% 2% Havaitseminen aistein Havaitseminen aistein 1 120 min Tasajakauma Asiantuntija-arvio Ryhmähälytyksen teko 0.1 0.5 min Tasajakauma Asiantuntija-arvio Väärä osoite 1% 5% 2 10 min Tasajakauma Asiantuntija-arvio Hälytyksen kuittaaminen 0.5 5 min Tasajakauma Asiantuntija-arvio Soitto vartiokeskukseen 0.5 2 min Tasajakauma Asiantuntija-arvio Yhteistyö 1 10 min Tasajakauma Asiantuntija-arvio Jännitteen katkaisu 10 30 min Tasajakauma Asiantuntija-arvio Palon varmistaminen 2 18 min Tasajakauma Asiantuntija-arvio Väärä reitti 1%-10% 1 15 min Tasajakauma Asiantuntija-arvio Palokunnan vaste 4 min, keskim.) Gamma ( =2.82, =0.27, t min =0.24) Tilastot Välineet puuttuvat 1% 10% 5 10 min Tasajakauma Asiantuntija-arvio Reitillä oleva este 6% 5 10 min Tasajakauma Asiantuntija-arvio Muut hälytykset 3% 10 15 min Tasajakauma Asiantuntija-arvio Selvitysaika ovelle 0.5 5 min Tasajakauma Asiantuntija-arvio Letkurikko 2% 10% 2 4 min Tasajakauma Asiantuntija-arvio Liitinrikko 1% 5% 2 4 min Tasajakauma Asiantuntija-arvio Pumppu ei toimi 1% 5% 2 4 min Tasajakauma Asiantuntija-arvio Siirtyminen huoneen ovelle 0.5 min Deterministinen Avaimet unohtuneet 2% 20% 3 6 min Tasajakauma Asiantuntija-arvio Systemaattinen etsintä 0 7 min Tasajakauma Asiantuntija-arvio
11 SOVELLUTUS 1: Ydinvoimalaitoksen kaapelitilan palo
12 SOVELLUTUS 1: Ydinvoimalaitoksen kaapelitilan palo
13 SOVELLUTUS 1: Ydinvoimalaitoksen kaapelitilan palo Sprinklaus ehkäisi vikaantumisen kaikissa simuloiduissa tapauksissa Palokunnan toiminnalla oli simuloinneissa vähäinen vaikutus vikaantumistodennäköisyyteen Syttymisen sattuessa osajärjestelmässä 1 vikaantumisen ehdollinen todennäköisyys osajärjestelmässä 2 on < 2.3 3.6 % jos jännite on katkaistava < 2.0 2.9 % jos jännitettä ei tarvitse katkaista
14 SOVELLUTUS 2: Pelastustoimen vasteen simulointi suurpalossa (SIREENI) Tampereen rautatieaseman eteläpuolisen rata-alueen päälle on suunnitteilla kansirakenne, jonka päälle on tarkoitus rakentaa monitoimihalli, toimisto- ja asuinrakennuksia sekä kaupallisia tiloja. Sovellusesimerkiksi valittiin kyseisen kansirakenteen alapuolella tapahtuva palavan nesteen säiliövaunun palo.
15 SOVELLUTUS 2: Pelastustoimen vasteen simulointi suurpalossa Toimintajaotuskaavio, kun kohteeseen hälytetään aluksi vain joukkue, mutta hälytys laajennetaan myöhemmin koskemaan komppaniaa lisättynä säiliöautoilla, vaarallisten aineiden torjuntakontilla ja suurtehopumpulla
16 SOVELLUTUS 2: Pelastustoimen vasteen simulointi suurpalossa Resurssien kertyminen onnettomuuspaikalle hälytyksen jälkeen
17 SOVELLUTUS 2: Pelastustoimen vasteen simulointi suurpalossa
18 SOVELLUTUS 2: Pelastustoimen vasteen simulointi suurpalossa Keskeiset toimijat ja toimijoiden väliset kytkennät
19 SOVELLUTUS 2: Pelastustoimen vasteen simulointi suurpalossa Laskentamalli
20 Hätäkeskuksen toiminta ja siihen liittyvät aikaviiveet (s) eri hälytystapauksissa. Lähde: SIREENI-projektin loppuraportti
21 Vesitykkiselvitysten mittaukset: Lähde: SIREENI-projektin loppuraportti
22 Taulukko 1. Vesitykin virtaamamittaus: koe 7. KOE 7 Virtaus Paine pumpulla Paine tykillä Painehäviö (7 letkun mittaa, n. 135 m) Kaksi rinnakkaista 76 mm letkua 2250 2400 l/min 980 kpa 500 kpa 480 kpa Yksi 76 mm letku 1790 l/min 930 kpa 200 kpa 730 kpa Taulukko 2. Asiantuntija-arviot vesitykkiselvityksen eri osiin kuluvista ajoista sovellusesimerkin tyyppisessä kohteessa. Mittausten perusteella arvioidut ajat (sekuntia) Min. Max. Tyypillinen arvo Tiedusteluaika, ensimmäinen yksikkö (ei mitattu) 10 120 60 Tiedusteluaika, seuraavat yksiköt (ei mitattu) 0 60 30 Selvityksen alkutoimenpiteet 60 180 120 Etenemisnopeus (m/s) (1,2 0,5 0,67 0,5 Selvityksen lopputoimenpiteet 60 180 120 Veden kytkeytymiseen kuluva aika 45 90 60 Letkurikon aiheuttama vesikatko 150 180 180 1) Pätee vain 150 metriin asti. Pidemmillä matkoilla lisävarusteiden hakemiseen kuluu aikaa. 2) Eri kehikoiden välisten letkujen liittämiseen kuluva aika sisältyy etenemisaikoihin Lähde: SIREENI-projektin loppuraportti
23 SOVELLUTUS 2: Pelastustoimen vasteen simulointi suurpalossa Vesitykkien toimintavalmiusajan kumulatiivinen jakauma. Kukin käyrä edustaa yhtä vesitykkiä.
24 JOHTOPÄÄTÖKSET MENETELMÄN HYÖDYISTÄ JA KÄYTETTÄVYYDESTÄ Stokastinen operaatioaikamallinnus: on käyttökelpoinen menetelmä organisaation tehokkuuden arviointiin kriisitilanteissa paljastaa keskeiset tekijät, jotka vaikuttavat kriittisten operaatioiden kestoon vähentää hämmennystä eri toimijoiden välillä Tähän mennessä mallia on sovellettu vain palotilanteisiin, mutta sitä voitaisiin soveltaa muihinkin pelastus- tai kriisinhallintatilanteisiin Lisäkehitystä tarvitaan: mallinnusprosessin nopeuttamiseen läpinäkyvyyden parantamiseen virhealttiuden vähentämiseen
25 VTT luo teknologiasta liiketoimintaa