רבדים בהגנה מפני אש
בטיחות אש במבנים מודרניים מסתמכת על הגנה ממס' רבדים: מניעה, גילוי, פינוי, מידור, כיבוי ועמידות שלד. המאמר מסביר כל שכבה וחשיבותה, תוך למידה מאסון התאומים, להגנה מיטבית על חיים, רכוש וסביבה
יהונתן אליאב
11/1/20221 min read
כיצד תחום בטיחות האש מבטיח את שלומנו במבנים?
עולם הבנייה נמצא בחדשנות מתמדת. חומרים חדשים, עיצובים נועזים וחללים מורכבים הופכים את הבתים והמבנים שבהם אנו חיים ועובדים למודרניים ויעילים יותר. אולם, חדשנות זו מציבה אתגר מתמיד בפני יועצי בטיחות האש. חומרים ועיצובים חדשים עלולים להכניס סיכוני אש בלתי צפויים, ועל היועצים מוטלת האחריות להבין סיכונים אלו ולפתח פתרונות בטיחותיים הולמים, לעיתים קרובות תוך כדי "מרדף" אחר קצב החדשנות.
גישות לתכנון בטיחות אש
באופן מסורתי, תכנון בטיחות אש הסתמך על הגישה המרשמית (Prescriptive Design). גישה זו דומה למתכון: קיימים ספרים עבי כרס (תקנים, תקנות) המכתיבים בדיוק כיצד לבנות ומהם החומרים המותרים כדי להבטיח רמת בטיחות מסוימת. אם עוקבים אחר ההוראות כלשונן, ההנחה היא שהמבנה בטוח. הבעיה היא שגישה זו מתקשה להתעדכן בקצב החדשנות ואינה גמישה מספיק להתמודדות עם פתרונות בנייה לא סטנדרטיים.
כדי להתמודד עם אתגר זה, התפתחה הגישה התפקודית (Performance-Based Design). בגישה זו, במקום לעקוב אחר הוראות קבועות, היועץ נדרש להוכיח באמצעות חישובים, הדמיות ובדיקות שהמבנה עומד ביעדי בטיחות מוגדרים ומספק את רמת ההגנה הנדרשת. גישה זו גמישה יותר ומאפשרת שילוב פתרונות חדשניים, תוך הבטחת בטיחות. לרוב, השילוב המיטבי בין שתי הגישות הוא המפתח להצלחה.
הגנה רב-שכבתית (Defense in Depth)
לא משנה באיזו גישת תכנון נוקטים, אסטרטגיית בטיחות אש יעילה במבנה מבוססת על מס' רבדים שונים ואם תרצה אף בהשאלה למושגים צבאיים אני מציע את יישום עיקרון ההגנה הרב-שכבתית (Defense in Depth). הרעיון הוא ליצור מספר שכבות הגנה בלתי תלויות, כך שאם שכבה אחת נכשלת או אינה מספיקה, השכבות האחרות עדיין יכולות לפעול ולספק הגנה. אף שכבת הגנה אינה מושלמת בפני עצמה, אך השילוב ביניהן יוצר מערך בטיחות חזק ואמין יותר.
להלן מוצעת חלוקה לשש שכבות הגנה עיקריות, הפועלות (במידה מסוימת) בסדר כרונולוגי מרגע פרוץ השריפה:
1. מניעה (Prevention): השכבה החשובה ביותר. מטרתה למנוע את התרחשות השריפה מלכתחילה. היא כוללת שימוש בחומרים פחות דליקים, הפרדה בין מקורות הצתה פוטנציאליים (כשל חשמלי, חימום יתר, ניצוץ) לחומרים דליקים, וכן חינוך והדרכה למודעות לסכנות אש.
2. גילוי (Detection): אם המניעה נכשלה והחלה שריפה, המטרה היא לגלות אותה מוקדם ככל האפשר. מערכות גילוי אש ועשן מזהות סימנים ראשונים (עשן, עליית טמפרטורה, קרינת להבה) ומפעילות התרעה. גילוי מוקדם מאפשר זמן יקר להפעלת השכבות הבאות.
3. פינוי / מילוט (Evacuation): מטרת שכבה זו היא לאפשר לאנשים הנמצאים במבנה להתרחק מהאש והעשן ולהגיע למקום מבטחים במהירות וביעילות. היא כוללת תכנון נתיבי מילוט בטוחים ופנויים, שילוט ברור, ותאורת חירום. הפינוי יכול להיות מלא, חלקי או מדורג, בהתאם לאסטרטגיה.
4. מידוּר / יצירת אגפי אש (Compartmentation): נועדה להגביל את התפשטות האש והעשן לאזור שבו פרצה השריפה. הדבר מושג באמצעות קירות, תקרות, רצפות ודלתות בעלי עמידות אש מתאימה, וכן על ידי מניעת מעבר אש דרך חללים נסתרים (כמו פירים או מעל תקרות מונמכות).
5. כיבוי (Suppression): מטרת שכבה זו היא לכבות את האש או לשלוט בה. היא כוללת אמצעי כיבוי ידניים (מטפים), מערכות כיבוי אוטומטיות (כמו ספרינקלרים - מתזים המופעלים בחום) ופעולות כיבוי של שירותי הכבאות והצלה המגיעים למקום.
6. עמידות אש מבנית / עמידות השלד (Structural Resistance): השכבה האחרונה נועדה להבטיח שהמבנה עצמו (השלד, העמודים, הקורות) לא יקרוס כתוצאה מהשריפה, לפחות למשך זמן מספיק המאפשר פינוי בטוח ופעולות כיבוי. אש מחלישה באופן משמעותי את חוזקם של חומרי מבנה כמו פלדה, בטון ועץ.
ניתוח אירועי שריפה גדולים מאפשר ללמוד ולהשתפר - פיגועי 11 בספטמבר 2001
בבוקר יום שלישי, 11 בספטמבר 2001, ביצע ארגון הטרור הקיצוני אל-קאעידה פיגועי התאבדות מתואמים על אדמת ארצות הברית. הפיגועים בוצעו על ידי 19 מחבלים מאל-קאעידה שחטפו ארבעה מטוסי נוסעים מסחריים שהמריאו מנמלי תעופה בחוף המזרחי. שניים מהמטוסים (טיסה 11 של אמריקן איירליינס וטיסה 175 של יונייטד איירליינס) רוסקו בכוונה אל תוך המגדל הצפוני והמגדל הדרומי של מרכז הסחר העולמי (מגדלי התאומים). הפגיעות גרמו נזק מבני עצום והציתו שריפות ענק כתוצאה מהתלקחות דלק המטוסים ותכולת הבניינים. כ-3,000 בני אדם נרצחו במתקפות. רוב ההרוגים היו במגדלי התאומים, כולל מאות כבאים, שוטרים ואנשי כוחות הצלה אחרים שנספו כאשר המגדלים קרסו כשעה-שעתיים לאחר הפגיעות.
ניתוח האירוע דרך שש שכבות ההגנה חושף שרשרת כשלים קטסטרופלית, בעיקר כתוצאה מהפגיעה הפיזית העצומה והשריפות העזות שנגרמו מדלק המטוסים ותכולת המשרדים:
שכבת המניעה נפרצה לחלוטין ובאופן מיידי. הפיגוע המכוון, בעוצמה חסרת תקדים, עקף כל אמצעי מניעת שריפה קונבנציונלי שתוכנן עבור המבנים. שכבת הגילוי - בעוד מערכות גילוי סטנדרטיות הפכו ללא רלוונטיות עקב זיהוי האירוע באופן ברור ומיידי על ידי כל הסובבים, לא היה לכך ערך מעשי בהפעלת אמצעי הגנה אחרים, שנפגעו גם הם. שכבת הפינוי / מילוט נפרצה באופן חלקי אך כרוכה בכישלון גדול. אלפי אנשים הצליחו להתפנות בבטחה מהקומות שמתחת לאזורי הפגיעה, בזכות תכנון המילוט וקיומם של מספר חדרי מדרגות. אך הפגיעות הפיזיות הרסו והפכו את חדרי המדרגות לבלתי עבירים באזורי הפגיעה ומעליהם, לכדו אלפי אנשים בקומות העליונות ללא דרך מילוט. כשלים במערכות התקשורת הקשו על הכוונת הפינוי והעברת מידע חיוני. חילוץ באמצעות מסוקים מהגגות לא התאפשר עקב העשן הסמיך והחום הרב. שכבת יצירת אגפי אש נפרצה באופן מוחלט ונרחב. פגיעות המטוסים הרסו קירות, רצפות ותקרות עמידי אש על פני קומות רבות, ואיפשרו חדירה והתפשטות מהירה של האש. דלק המטוסים שהתפזר תרם להתפשטות מהירה של האש על פני שטחים נרחבים, תוך עקיפת כל חלוקה לאגפי אש שתוכננה. שכבת הכיבוי נפרצה לחלוטין. מערכות הכיבוי האוטומטיות (ספרינקלרים) וצנרת המים לכיבוי נהרסו או ניזוקו קשות באזורי הפגיעה וסביבתם, ולא יכלו לתפקד. עוצמת השריפות וגודלן היו מעבר לכל יכולת כיבוי של המערכות המובנות, גם לו היו תקינות. כוחות הכיבוי שהגיעו למקום עמדו בפני תנאים בלתי אפשריים ולא יכלו להגיע למוקדי האש או להשתלט עליהם. שכבת העמידות האש המבנית נפרצה, והייתה הגורם הישיר לקריסה.
אם ארחיב מעט על עמידות השלד במבנים, ניתן לראות כי המטוסים גרמו נזק מבני משמעותי, אך לא הביאו לקריסה מיידית. חמור מכך, הפגיעות הסירו והרסו את חומרי מיגון האש (חומרים מעכבי בעירה בהתזה - SFRM) שציפו את עמודי הפלדה וקורות התקרה באזורי הפגיעה. השריפות העזות חיממו את אלמנטי הפלדה החשופים לטמפרטורות גבוהות (מעל 500-600 מעלות צלזיוס). פלדה מאבדת חלק ניכר מחוזקה בטמפרטורות אלו. קורות התקרה הפגועות והמוחלשות התעוותו וקרסו, תוך שהן מושכות פנימה את עמודי ההיקף וגורמות לעומס נוסף על עמודי הליבה שכבר נפגעו והוחלשו מהחום. כשל מקומי זה התפתח במהירות לקריסה מתקדמת ומוחלטת של המגדלים.
האסון הוביל למחקר מקיף (בוצע ע"י NIST - המכון הלאומי לתקנים וטכנולוגיה בארה"ב) ולהבנה עמוקה יותר של התנהגות מבנים בשריפות קיצוניות. הלקחים העיקריים כללו צורך בשיפור דרמטי של דרישות העמידות המבנית בפני אש, תוך התחשבות בתרחישי קיצון, דרישה לשיפור איכות חומרי מיגון האש ועמידותם בפני פגיעות הדף, שיפור ההגנה, הגיבוי והשרידות של נתיבי מילוט (בעיקר חדרי מדרגות), שדרוג מערכות התקשורת לשעת חירום במבנים רבי-קומות, עדכון והחמרת הדרישות בתקני בטיחות אש למבנים גבוהים.