TEKNILLINEN KORKEAKOULU
Insinööritieteiden ja arkkitehtuurin tiedekunta Rakenne-ja rakennustuotantotekniikan laitos
Teemu Karhula
Matkustajalaivan hyttipalon riskiperustainen määrittäminen
RaEkenI1LLLr^EN KOR ^AKOULU
^ •stctakniikan
osastoa kirjasto
Diplomityö on jätetty opinnäytteenä tarkastettavaksi diplomi-insinöörin tutkintoa varten Espoossa 13.10.2008
Työn valvoja Professori Jari Puttonen Työn ohjaaja TkT Jukka Hietaniemi
TEKNILLINEN KORKEAKOULU DIPLOMITYÖN TIIVISTELMÄ Tekijä: Teemu Karhula
Diplomityö: Matkustajalaivan hyttipalon riskiperustainen määrittäminen Päivämäärä: 13.10.2008
Sivumäärä: 106
Tiedekunta: Insinööritieteiden ja Arkkitehtuurin tiedekunta Laitos: Rakenne-ja rakennustuotantotekniikan laitos Professuuri: T alonrakennustekni ikka
Valvoja: Professori Jari Puttonen Ohjaaja: TkT Jukka Hietaniemi
Diplomityössä kartoitetaan matkustajalaivojen kansainvälisiä paloturvallisuusmää
räyksiä sekä selvitetään millaisia hyväksyttävyyskriteerejä paloturvallisuudelle ase
tetaan. Vuodesta 2001 alkaen komponenttikohtaisten palotestien lisäksi riittävä pa
loturvallisuus laivalla voidaan todeta vaihtoehtoisen suunnittelun avulla. Tässä työssä luodaan tapa tuottaa vaihtoehtoiseen laivansuunnitteluun hytin tulipalojen arviointiin kvantitatiivinen metodi, jossa palon kehitykseen voidaan liittää sammu- tustoimenpiteiden vaikutus ja tarkastella syttyneen palon aiheuttamia vahinkoja hyt- titilassa.
Onnettomuustilastojen perusteella määritellään hyttipalojen uhkakuvat ja selvitetään eri uhkakuvien esiintymisen todennäköisyydet. Tulipalo matkustajalaivan hytissä syttyy noin kerran viidessä vuodessa ja vakavia vaurioita syttyy noin 3,0 x 10'4 kertaa vuodessa. Mallinnuksen avulla arvioidaan uhkakuvien mukaisten palojen voimakkuuksien riippuvuuksia käytetyistä lähtöarvoista. Työssä määritellään paloturvallisuuden nykytaso ja arvioidaan hytistä alkavan palon mahdollisuutta laajeta hyttitilan ulkopuolelle käytävään tai viereiseen hyttiin. Tilastoista saatava syttymistaajuus ja mallitetut vahingot yhdistetään matkustajalaivan hyttitilan paloriskiksi.
Hyttipalon leviämisen riskiin vaikuttaa eniten alkupalon voimakkuus, kasvunopeus sekä hytin oven tila. Kiinni oleva hytin ovi estää tehokkaasti vakavien vahinkojen syntymistä.
Palon syttymisen ja leviämisen todennäköisyyttä arvioidaan kvantitatiivisella palo- riskianalyysillä. Työkaluina riskianalyysissä käytetään palonsimulointiohjelmaa sekä ajasta riippuvaa tapahtumapuumal 1 ia. Simuloinnin avulla selvitetään palon ajallinen kehittyminen ja sen aiheuttama rasitus rakenteille. Palotehon aikakehitys pilkotaan aikajaksoihin ja palotehon kehitykseen vaikuttavia sammutustoimia arvi
oidaan kussakin aikajaksossa erikseen tapahtumapuun avulla. Tapahtumapuiden yhdistäminen palon ajalliseen kehittymiseen auttaa tarkentamaan sammutustoimen- piteiden onnistumismahdollisuuksien arviointia.
HELSINKI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY ABSTRACT OF THE MASTER’S THESIS Author: Teemu Karhula
Thesis: Risk Based Specification of Cabin Fire in Passenger Ships Date: October 13, 2008
Pages: 106
Faculty: Faculty of Engineering and Architecture
Department: Department of Structural Engineering and Building Technology Professorship: Structural Engineering
Supervisor: Professor Jari Puttonen Instructor: Jukka Hietaniemi, DSc Tech
Traditionally adequate fire safety has been indicated by different fire tests. It is also possible to define satisfactory fire safety level using performance based design.
Since 2001, fire safety assessment (FSA) has also been accepted in passenger ship fire design in addition to component based design. This thesis examines the international fire safety regulations for passenger ships and addresses the criteria for acceptable design for structures and furniture. This study proposes a way to create fire safe cabins by using quantitative method for risk assessment. A performance based fire safety design method is created in order to evaluate fire scenarios in cabins. Extinguishment possibilities for different fire scenarios are calculated and damage caused by fire is evaluated.
Passenger ship cabin fire scenarios are defined using several maritime accident databases. Also ignition frequency is calculated from statistics. Fire in passenger ship’s cabin occurs once in every five years. Serious damages are caused by fire about 3.0x10"4 times per year. A simulation tool is used to evaluate how cabin fires can increase depending on the cabin’s materials, furniture and luggage. Probability for each scenario is calculated and fire damages are evaluated for each scenario.
Damages caused by fire and ignition frequency are combined together to define fire risk in cabins.
Quantitative fire risk analysis is used to find out the probability of the fire spreading out of the cabin to the corridor or to the adjacent cabin. Time dependent event tree method is used together with the fire simulation tool to make the risk analysis. Fire development is a function of time and the time dependency is solved by means of simulation. Heat release rate curve is divided into time intervals and extinguishment attempts are evaluated using event tree at each time interval separately. All event trees at each time interval are finally gathered together to construct the risk analysis.
This research provides an effective method to evaluate fire risks in new ship cabin solutions. Improving fire safety is more efficient when all the key parameters related to fire growth and active fire suppression systems are known and quantified.
Alkusanat
Diplomityö on tehty osana VTT:n ’Laivojen selviytymiskyky tulipalossa’ eli SURSHIP-FIRE projektia. Projekti on osa suurempaa Eurooppalaista liikennealan yhteistyöhankkeen koordinoimaa meriturvallisuustutkimukseen keskittyvää SURSHIP kokonaisuutta. Suomessa tehtävän osaprojektin rahoittajina toimivat Tekes, VTT ja Merenkulkulaitos sekä useita laivateollisuuden kanssa tekemisissä olevia yrityksiä. Kansallisessa projektissa selvitetään laivateollisuudessa käytettyjen materiaalien paloteknisten ominaisuuksien lisäksi laivojen paloriskejä, poistumistur- vallisuutta sekä rakenteiden toimintaa palotilanteissa. Tarkoituksena on luoda toden- näköisyyspohjaisia malleja tulipalon kehittymiselle ja leviämiselle laivoissa sekä arviointimenetelmiä laivan eri osien turvallisuudelle. Tämä diplomityö muodostaa osan VTTdlä vuosien 2007-2009 välillä tehdystä matkustaja-alusten paloriskien tut
kimuskokonaisuudesta.
Erityiset kiitokset haluan esittää työn ohjauksesta Erikoistutkija Jukka Hietaniemelle sekä arvokkaista kommenteista työn valvojalle Professori Jari Puttoselle. Kiitokset Erikoistutkija Johan Mangsille tilastoihin liittyvästä selvityksestä sekä diplomityön
tekijä - tuleva tutkija - Anna Matalalle PVC materiaalin parametrien määrityksestä.
Kansallisen projektin johtoryhmälle sekä erityisesti Aker Yards Cabinsin edustajille on syytä lausua kiitoksen sana keskusteluista sekä ideoista työhön liittyen. Haluan välittää myös kiitokset työtovereille kaikkiin kysymyksiin ja uteluihin vastaamisesta.
Sisällysluettelo
Alkusanat... 4
Sisällysluettelo...5
Symboliluettelo ja lyhenteet...9
1. Johdanto... 11
1.1 Tutkimuksen taustat... 11
1.2 Tutkimuksen tavoite... 11
1.3 Tutkimuksen rajaus... 12
2. Paloturvallisuusmääräykset ja suunnittelukäytännöt laivan rakentamisessa... 13
2.1 Paloturvallisuusmääräysten laadinta... 13
2.2 Rakenteiden ja materiaalien paloturvallisuusmääräykset ja ohjeet... 14
2.2.1 Rakenteellisen palonkestävyyden vaatimukset... 14
2.2.2 Sisustusmateriaaleja koskevat vaatimukset... 16
2.3 Sammutusjärjestelmien paloturvallisuusmääräykset ja ohjeet... 16
2.4 Vaihtoehtoinen suunnittelu... 17
3. Turvallisuustavoitteet ja riskit... 19
3.1 Turvallisuustavoitteiden määritys... 19
3.2 Suunnittelua ohjaava tavoitetaso...20
3.3 Turvallisuustavoitteiden saavuttaminen...21
3.4 Riskikäsitteen määritelmä...21
3.5 Riskien vertailtavuus...22
3.6 Hyväksyttävä riski... 23
4. Vaihtoehtoisen suunnittelun toteuttaminen...24
4.1 Lähtötietojen selvitys...24
4.2 Uhkien valinta... 24
4.3 Uhkakuvien analysointi...25
4.3.1 Mitoituspalot... 25
4.3.2 Tulipalon aiheuttamien olosuhteiden muuttumisen ja niistä aiheutuvan vaaran arviointi...26
4.3.2.1 Kuumuus...26
4.3.2.2 Savuisuus ja myrkylliset palamistuotteet...26
4.4 Turvallisuuden arviointi...27
4.5 Suunnitelman hyväksymisprosessi...27
5. Kvantitatiivinen paloriskianalyysi...28
5.1 Riskianalyysin työkalut...28
5.2 Ajasta riippuva tapahtumapuumalli...29
5.3 Palon ja poistumisen simulointi...34
5.3.1 Yleistä simuloinnista...34
5.3.2 FDS palosimulointiohjelma...35
5.3.3 Todennäköisyyspohjainen palon simulointi, PFS...35
5.3.4 Poistumisen simulointi...35
5.4 Rakenteiden toiminnan tarkastelu...36
5.5 Yleiskuvaus hyttipalon riskien käsittelystä...36
5.6 Esitystapa ja parametrit...36
6. Tilastotietoja hyttipaloista...37
6.1 Tilastotietojen lähteet...37
6.2 Syttymistaajuus...39
6.2.1 Laivojen ja rakennusten syttymistaajuuksien vertailu...41
6.3 Syttymislähteet... 43
6.4 Tilastojen luotettavuus...45
6.5 Yhteenveto tilastoista...46
7. Hyttipalolle määritellyt uhkakuvat...48
7.1 Alkupalojen määrittely...48
7.2 Hyttipalon leviäminen...48
8. Syötteet suunnitteluun ja simulointiin...50
8.1 Hytin geometria...50
8.2 Rakenteet ja materiaalit...50
8.3 Tyypillisen hytin materiaalitiedot ja niiden parametrisointi... 50
8.4 Paloluokitustietojen karakterisointi syötetiedoiksi...51
8.5 Palokuorma...53
8.6 Paloturvallisuuslaitteet...55
8.6.1 Savuilmaisimet...55
8.6.2 Vesisumusammutusjärjestelmä...55
8.7 Materiaaliparametrien määritys...56
8.7.1 Muut parametrit...57
9. Hyttipalon simulointi...58
9.1 Simulointimalli...58
9.1.1 Hyttimallin rakentaminen...58
9.1.2 Hyttimallin materiaalit...59
9.2 Tuhopolttoskenaario...60
9.2.1 Varioitavat suureet...60
9.2.2 Mitoituspalo tuhopoltossa...64
9.3 Tupakan aiheuttaman tulipalon skenaario...65
9.3.1 Varioitavat suureet...66
9.4 Roskakoripaloskenaario...68
9.4.1 Varioitavat suureet...68
9.5 Yhteenveto simuloinneista...70
10. Kvantitatiivinen paloriskianalyysi matkustajalaivan hytille...71
10.1 Kattavan kvantitatiivisen paloriskianalyysin epävarmuudet hyttipalon käsittelyssä...71
10.2 Ajasta riippuvan tapahtumapuun haarautumisen todennäköisyydet... 71
10.2.1 Aistinvarainen palon havaitseminen...71
10.2.2 Vesisumusuuttimen laukeaminen...72
10.2.3 Savuilmaisimen toiminta...72
10.2.4 Sammutusryhmä on palopaikalla sammuttamassa... 72
10.2.5 Sammutuksen onnistuminen...73
10.2.6 Palokuorman palaminen loppuun...73
10.3 Ajasta riippuva tapahtumapuu tuhopolttoskenaariossa... 74
10.3.1 Palon aiheuttamien seurausten vakavuus...77
10.3.2 Yhteenveto skenaariosta tuhopoltto...78
10.4 Ajasta riippuva tapahtumapuu tupakkaskenaariossa...78
10.4.1 Palon aiheuttamien seurausten vakavuus...80
10.5 Ajasta riippuva tapahtumapuu roskakoriskenaariossa... 80
10.6 Palon leviäminen seinärakenteen läpi...80
10.7 Tulokset...82
10.8 Tulosten herkkyys ja soveltamisalue...82
10.8.1 Laskentahilan koon vaikutus palotehoon ja lämpötiloihin... 83
10.8.2 Tulosten soveltamista koskevat rajoitukset...83
11. Yhteenveto kvantitatiivisen metodin tuomista tuloksista hytin tulipalojen arviointiin vaihtoehtoisessa laivansuunnittelussa...84
11.1 Passiiviset keinot hyttipalon varalle...85
11.2 Aktiiviset keinot...85
11.3 Lista asioista jotka pienentävät paloriskiä hytissä...86
Lähdeluettelo...87
Liite A: Palon kehittymismalli... 92
Liite B: Monte Carlo simulointi...94
Liite C: FDS ohjelman referenssejä...95
Liite D: Hyttipalot Merenkulkulaitoksen DAMA onnettomuustietokannasta...97
Liite E: Esimerkkihytin palokuorma ja laskennassa käytetyt suureet...98
Liite F: FDS Ajotiedosto...100
Liite G: Mallissa käytetyt materiaaliparametrit sekä varioitavien suureiden jakaumat ...104
1
f R
Q Qtot
Q
Q' Q m;
q”
AHC Af
Ao ho t P
fg
T
m T
Symboliluettelo ja lyhenteet
tapahtuman seuraukset / vahingon määrä tapahtuman taajuus / frekvenssi
matemaattinen riskin suuruus palokuorma [kJ tai MJ]
kokonaislämpöenergia [MJ tai GJ]
paloteho [kW tai MW] / Heat Release Rate HRR maksimipaloteho [kW]
paloteho pinta-alayksikköä kohti [kW/m2]
maksimipaloteho pinta-alayksikköä kohden [kW/m2]
kokonaislämpöenergia pinta-alayksikköä kohden [MJ/m2]
materiaalin tehollinen palamislämpö [MJ/kg]
palavan kohteen pinta-ala [m2]
tilan aukkojen pinta-ala [m2]
aukkojen keskimääräinen korkeus [m]
aika [s tai min]
potenssilakimallin potenssi [n] kasvuaikavakio [s]
hiipumisaikavakio [s]
massa [kg tai g]
lämpötila [°C]
SOLAS
IMO
MSC
ALARP
FSA
GT
MED
GISIS
IAEA
Safety of Life at Sea on IMO:n kokoama sääntöko- koelma ihmisten turvallisuudelle meriliikenteessä.
International Maritime Organization on YK:n alainen 167 maan tunnustama merenkulun laitos joka yhte
näistää lakeja, säädöksiä, suosituksia ja käytäntöjä.
Maritime Safety Committee on IMO:n alainen meritur- vallisuuskomitea joka ohjaa useita meriliikenteen tur
vallisuuteen keskittyviä alakomiteoita.
As Low As Reasonably Practicable, Riskitaso joka on sietämättömän ja merkityksettömän riskin välillä. Ris
kin olisi aina oltava sietämättömän tason alapuolella niin paljon kun se on järkevien resurssien puitteissa mahdollista.
Formal Safety Assessment, FSA on systemaattinen IMOn keino edistää merenkulun turvallisuutta riski
analyysin keinoin. FSA menettelyllä arvioidaan uusien määräysten vaikutusta merenkulun turvallisuuteen.
Gross Tonnage; Brutto vetoisuus eli aluksen kokonaisvetoisuus eli suljettujen osien tilavuus. GT voidaan laskea kaavasta GT = (0,2+0,02*log GV)*GV, missä GV on aluksen tilavuus kuutiometreinä.
Maritime Equipment Directive on EU:n laivavaruste- direktiivi joka koskee kaikkia Euroopan Unionin lipun alla purjehtivia laivoja.
Global Integrated Shipping Information System, Maritime Casualties and Incidents on IMO:n ylläpitämä merionnettomuustietokanta.
International Atomic Energy Agency on kansainvälinen atomienergiajärjestö joka on YK:n yhteistyöjärjestö.
1. Johdanto
1.1 Tutkimuksen taustat
Vuodesta 2001 Maritime Safety Committee (MSC) on sallinut oletettuun palonkehi- tykseen perustuvan paloturvallisuustekniikan käytön suunnittelussa laivan palotur- vallisuustavoitteiden saavuttamiseksi. [1] Työkaluina paloturvallisuusteknisessä mitoituksessa ovat palovaarojen kartoitus sekä palon ja poistumisen numeerinen las
kenta. Tavoitteena vaihtoehtoisessa paloturvallisuussuunnittelussa on varmistaa, että paloturvallisuus matkustaja-aluksilla on riittävällä tasolla.
Oletettuun palonkehitykseen perustuvat ratkaisut laivarakennuksessa ovat harvinai
sia. Perinteinen tapa on todeta matkustajalaivan täyttävän paloturvallisuusvaatimuk- set kun laiva on rakennettu käyttämällä vain palotestattuja tuotteita. Perinteinen tapa perustuu tarkkoihin sääntöihin, joiden rajoitukset hankaloittavat isojen laivojen ja uusien ratkaisuiden toteuttamista. Laivojen lisääntynyt monipuolisuus ja erilaisuus evät enää voi pohjautua kokonaisuudessaan sääntökokoelmaan, sillä erilaisia ratkai
suja on löydettävissä lukuisia. Uusi ratkaisu on paloturvallisuustekniikan avulla osoitettava turvalliseksi. Riittävä turvallisuus voidaan osoittaa riittävän yksityiskoh
taisella toiminnan kuvauksella tai riskianalyysillä.
Riskianalyysin perinteiset työkalut, kuten vikapuut ja vaarojen indeksointi, ovat melko rajoittuneita käsittelemään äkillisiä tapahtumia kuten tulipaloja. Riskityöka- luilla pystytään selvittämään tulipalon alkamisen todennäköisyyksiä melko hyvin, mutta tulipalon sytyttyä samoilla työkaluilla ei enää pystytä ilman merkittäviä yleis
tyksiä kuvaamaan sammutuksen epäonnistumisen tai palon leviämisen riskejä. Si
mulointi puolestaan pyrkii kuvaamaan juuri palotapahtumaa tarkasti ja realistisesti.
Työssä käytetään palojen analyysissä uutta VTT:n kehittämää ajasta riippuvaa ta- pahtumapuumallia ja liitetään se simulointimalliin, jotta päästään käsiksi tulipalon dynaamisen luonteen vuoksi hankalaan riskikartoitukseen. Riskin suuruus saadaan selville, kun tulipalon ajallisen kehittymisen kuvaukseen liitetään palon mahdollisten seuraamusten arviointi.
1.2 Tutkimuksen tavoite
Tutkimuksen tavoitteena on selvittää matkustajalaivan paloturvallisuuteen vaikutta
vat tekijät ja kuinka paljon ne vaikuttavat hyttitilan paloriskeihin. Matkustajalaivan hytin riskianalyysillä selvitetään syttymän mahdollisuutta uhata hytin välittömässä läheisyydessä olevia muita tiloja.
Tutkimuksessa selvitetään onnettomuustietokantojen avulla riskianalyysin lähtöai
neistoksi matkustajalaivojen hyttien syttymistaajuus. Usean erilaisen hytin sisältä
mien materiaalien ja rakenteiden sekä matkustajan tuomien tavaroiden avulla selvi
tetään matkustajalaivan hytin palokuormajakauma. Syttymistaajuutta ja palokuormaa verrataan sopivilta osin rakennuksien vastaaviin arvoihin. Tarkoituksena on selvittää, onko syttymissä ja tulipalojen aiheuttamissa vahingoissa eroja yleisten tilojen osalta, julkisten rakennusten ja matkustajalaivojen hyttiosastojen välillä.
Työssä luodaan mitoituspalon valintaa helpottava ohje laivojen hyttitilojen suunnit
telijalle. Mitoituspalon määrittämiseksi etsitään menetelmiä, joilla voidaan mitoitus-
'I
palo sitoa kohteen mittoihin, palokuormaan, kohteen materiaalien standardipalotes- tien tuloksiin sekä muuhun saatavilla olevaan aineistoon.
Tutkimuksessa käytettävän tarkastelumenetelmän ansiosta voidaan hyttipaloon vai
kuttavia parametreja laittaa tärkeysjärjestykseen. Tavoitteena on eritellä tulipalon kehittymiseen vaikuttavia materiaaliparametreja ja arvioida niiden merkittävyyttä.
Materiaaliominaisuuksien lisäksi arvioidaan eri suojauskeinojen tehokkuuksia.
1.3 Tutkimuksen rajaus
Tutkimuksessa tarkastellaan matkustajille tarkoitettuja 2 hengen hyttejä. Miehistön hyttejä ei oteta tarkasteluun mukaan. Riskianalyysi tehdään työssä käytettävien työ
kalujen avulla kahden hengen matkustajahytille. Ihmisten toimia palotilanteessa ei käsitellä muuten kuin alkusammutuksen ja palon havaitsemisen osalta.
Tässä työssä arvioidaan yhtä hyttiä sekä hytistä mahdollisesti laajemmalle leviävää paloa. Hytin tarkastelun yhteydessä ei arvioida ihmisten poistumista. Ihmisten pois
tumisen laskenta yhden hytin tapauksessa käytetyllä tarkkuudella ei ole mielekästä.
Evakuointimahdollisuuksien tarkastelu koko hyttiosaston alueelta voisi olla miele
kästä siten, että palo sijoitetaan satunnaisesti johonkin hyttiosaston hyttiin ja verra
taan hyttiosastolla kriittisten olosuhteiden syntynopeutta ihmisten poistumisnopeu- teen.
Yksittäisen hytin paloturvallisuuden hyväksyttävyyden arviointi tehdään tässä työssä laskemalla uhkakuvien mukaisten palojen aiheuttamien vahinkojen suuruudet. Jokai
sesta uhkakuvasta lasketaan useita mahdollisia palon etenemisen variaatioita ja näille arvioidaan vahingot. Mikäli todennäköisyys palosta syntyville vakaville vahingoille on riittävän pieni, voidaan suunnitelma hyväksyä. Vakavien seurausten syntyyn voi
daan vaikuttaa materiaalivalinnoilla ja paloturvallisuustason nostolla.
1
2. Paloturvallisuusmääräykset ja
suunnittelukäytännöt laivan rakentamisessa
Matkustajia kuljettavan laivan paloturvallisuuden perustan muodostavat palamatto
mien tai vaikeasti palavien materiaalien käyttö rakenteissa ja sisustuksessa, palon nopea havaitseminen automaattisin keinoin sekä riittävän tehokkaat sammutusjärjes- telmät [2]. Viranomaisten määräykset vaikuttavat paloturvallisuuden suunnitteluun ja hyväksyttyihin ratkaisuihin. Pyrkimyksenä on saada laivanrakennus ja valmiit laivat riittävän turvallisiksi. Paloturvallisuuden kehitystä jarruttavat käytössä olevat vallit
sevat vanhat käytännöt sekä laiva-alan kansainvälisyys. Sääntömuutosten on käytävä läpi aikaa vievä prosessi ennen kuin sääntö vaikuttaa itse laivojen rakentamiseen.
2.1 Paloturvallisuusmääräysten laadinta
International Convention for the Safety of Life at Sea (SOLAS) on kansainvälinen yleissopimus ihmisten turvallisuudesta merellä [3]. SOLAS sopimukset tehdään kan
sainvälisessä merenkulkualan erityisjärjestössä IMO:ssa (International Maritime Organization). Kansainvälinen merenkulkualan erityisjärjestö on YK:n alainen elin, johon vuoden 2008 alussa kuuluu 167 jäsenmaata. SOLAS sopimuksilla kehitetään jatkuvasti laivan paloturvallisuuteen vaikuttavia sääntöjä. Sopimusta päivitetään IMO:n sääntömuutosten perusteella. Sääntömuutoksen voimaan saattaminen on pitkä prosessi, jossa IMO:n jäsenmaa tekee ehdotuksen sääntömuutoksesta ja jonka jälkeen IMO:n meriturvallisuuskomitea eli käytännössä jäsenmaat hyväksyvät sopimuksen suosituksena tai määräyksenä. Kansainvälinen sopimus on vielä saatettava voimaan kansallisesti jokaisen jäsenmaan omalla lainsäädännöllä.
Euroopan Unionin jäsenvaltioiden laivoissa on tuotteiden täytettävä laivavaruste- direktiivissä 96/98/EY Maritime Equipment Directive (MED) [4] asetetut vaatimuk
set. Laivan varustusta koskeva direktiivi tuli Suomessa voimaan vuonna 1999.
Direktiivi koskee kaikkia materiaaleja, joille on SOLAS sopimuksessa esitetty palo- turvallisuusvaatimuksia. Käytännössä direktiivi on velvoite ohjata kansallista lain
säädäntöä direktiivissä vaadittuun suuntaan.
Suomen ylin merenkulun viranomainen on Liikenne- ja viestintäministeriön alainen merenkulkulaitos, joka vastaa muun sille määrätyn toiminnan ohessa myös meren
kulun turvallisuudesta. Merenkulkulaitoksen yhtenä tehtävänä on valmistella IMO:n ja EU:n määräykset Suomessa toteutettaviksi. Luokituslaitokset kuten esimerkiksi Bureau Veritas, Germanischer Lloyd ja Lloyd’s Register of Shipping yhdessä kan
sallisten merenkulkuviranomaisten kanssa valvovat, että kansainvälisiä sekä kansalli
sia sopimuksia noudatetaan koko laivan elinkaaren ajan.
2.2 Rakenteiden ja materiaalien paloturvallisuusmääräykset ja ohjeet
Matkustajalaiva voi täyttää asetetut paloturvallisuusmääräykset kahdella tavalla.
a) Paloturvallisuus toteutuu matkustajalaivassa viranomaisen näkökulmasta jos laivan rakenteet, tavarat ja sammutuslaitteistot läpäisevät vaaditut palotestit ja laivan tilajärjestelyt, kuten palo-osaston suuruudet, ovat vaatimusten mukai
set.
b) Matkustajalaivan paloturvallisuus toteutuu jos pystytään osoittamaan että a) kohdasta poikkeava ratkaisu täyttää paloturvallisuusvaatimukset. Riittävä paloturvallisuustaso osoitetaan Formal Safety Assessment (FSA) paloturvalli- suustekniikkaa käyttäen. [5]
Paloturvallisuusmääräyksien toteutuminen laivassa voidaan todeta yksittäisten kom
ponenttien palokokeiden avulla. Palokoekoodin testimenetelmät löytyvät kokonai
suudessaan määräyksestä: IMO Resolution MSC.61(67), Annex 6. [6]
Paloturvallisuusmääräyksiä annetaan laivanrakennuksessa käytettäville rakenteille niiden ympäröivän tilan palokuorman ja syttymismahdollisuuksien sekä tilojen käyttötarkoituksen mukaan. Runko, kansirakenteet ja kantavat laipiot on tehtävä te
räksestä tai muusta vastaavanlaisesta materiaalista. Materiaali, joka on ”terästä vas
taava”, tarkoittaa esimerkiksi eri metalleista kuten alumiinista valmistettuja eristet
tyjä kasettirakenteita tai komposiittirakenteita, jotka läpäisevät vaaditun palokokeen.
Laivan, joka voi kerralla kuljettaa yli 36 matkustajaa, kaikki laipiot on tehtävä pala
mattomasta materiaalista. Rakenteiden pinnat, kuten sisustuksessa käytettävät seinä- kalvot tai maalit ja yleisten tilojen sekä hyttien matot, saavat olla palavia, joskin pin
nan on täytettävä syttymisherkkyyttä, liekinleviämistä ja savunmuodostusta koskevat vaatimukset. IMO on määritellyt kokeet, joiden mukaan arvioidaan materiaalien so
veltuvuutta laivanrakennuksessa pintamateriaaliksi. [7]
Tilan koosta, käyttötarkoituksesta ja tilaa ympäröivien rakenteiden palonkestävyy- destä sekä paloturvallisuuslaitteistoista riippuen annetaan määräyksiä tilassa käytet
tävien sisusteiden palamisesta ja niiden käyttäytymisestä palotilanteessa. Vanhojen laivojen sisusteita uusittaessa mahdollisesti uudistuneet paloturvallisuusvaatimukset on otettava huomioon.
2.2.1 Rakenteellisen palonkestävyyden vaatimukset
SOLAS yleissopimuksessa käsitellään alusten tekniseen paloturvallisuuteen liittyviä määräyksiä. SOLAS sääntöjen mukaan matkustajia kuljettavat laivat on jaettava palo-osastoihin. Laivan runkoja kansirakenteet on jaettava A-luokan palolaipioilla ja -ovilla alueisiin, joiden pituus ja leveys eivät saa ylittää 40 metriä erikoistapauksia lukuun ottamatta. Palo-osastoinnin tarkoitus on rajoittaa mahdollinen palo pienelle alueelle ja estää palon leviäminen osastosta toiseen. Erikoistapauksia ovat esimer
kiksi nykyaikaisten risteilyaluksien pitkät ja monta kansiväliä käsittävät kävelykadut eli promenadit. Uusien rakenneratkaisujen osoittaminen riittävässä määrin palotur- vallisiksi perustuu luvussa 2.4 esitettävään vaihtoehtoiseen suunnitteluun.
Rakenteen palonkestävyys voidaan todeta testillä, jossa rakenteeseen tuodaan palo- rasitusta jäljittelevä lämpökuorma. Standardipalokokeessa näyte altistetaan testi- uunissa kuumuuteen, joka vastaa mahdollisimman hyvin aika-lämpötilakäyrää, mikä on määritelty EN 1363-1 standardina:
T = 345-log10(8-t + l) + 20°C (1)
Kaavassa T on testiuunin keskimääräinen lämpötila celsius asteina ja t on aika mi
nuutteina.
A-luokan palolaipion tulee täyttää testissä seuraavat ehdot:
• Pääasiallinen rakennusmateriaali on teräs tai vastaava ja kaikkien materiaa
lien täytyy olla palamattomia, lukuun ottamatta pintamateriaalia.
• Rakenteen tulee estää savun ja liekkien leviäminen rakenteen läpi tunnin standardipalokokeessa.
• Tulelle altistumattoman pinnan keskilämpötila ei saa nousta yli 140 °C tunnin standardipalokokeessa. Lisäksi minkään pisteen lämpötila ei saa nousta yli
180 °C alkuperäisestä lämpötilasta seuraavissa ajoissa:
o luokka A-60: 60 minuuttia o luokka A-30: 30 minuuttia o luokka A-l5: 15 minuuttia
o luokka A-0: Lämpötila saa nousta kokeen aikana välittömästi sauman kohdalla yli 180 °C mutta seinän keskilämpötila ei saa kohota yli 140 asteen
B-luokan palolaipion ja seinän tulee täyttää seuraavat ehdot:
• Rakenteen tulee estää savun ja liekkien leviäminen rakenteen läpi puolen tun
nin standardipalokokeen loppuun saakka.
• Tulelle altistumattoman pinnan keskilämpötila ei saa nousta yli 140 °C alkuperäisestä lämpötilasta, eikä minkään pisteen lämpötila saa nousta yli 225 °C seuraavissa ajoissa:
o luokka B-15: 15 minuuttia o luokka B-0: 0 minuuttia
C-luokan seinät ja vuoraukset on rakennettava hyväksytyistä palamattomista materi
aaleista. Niiden ei kuitenkaan tarvitse täyttää vaatimuksia, jotka koskevat savun ja liekkien tunkeutumista rakenteen läpi. Palavia pintamateriaaleja saa käyttää, mikäli ne täyttävät ehdot vähäisestä liekin leviämisestä sekä savunmuodostus- ja myrkyttö- myysvaatimuksista. Vähäinen liekin leviäminen tarkoittaa, että materiaali rajoittaa riittävässä määrin liekkirintaman leviämistä materiaalin pinnalla ja näin hidastaa palon kehittymistä.
Saniteettitilojen seinät sekä yleisten tilojen vuoraukset voidaan rakentaa C-luokan materiaaleista. Muiden sisustusseinien on täytettävä vähintään B-luokan vaatimukset.
SOLAS säännöissä eritellään laivan eri tiloja sekä määritellään yksiselitteisesti, minkä paloluokan laipio näiden tilojen välissä on oltava. Esimerkiksi kahden hytin
välinen seinä saa olla B-0 luokassa ja hytin ja käytävän välillä tulee olla vähintään B- 15 luokan seinä. [3]
Viranomainen voi vaatia palokokeen laipiolle tai kannelle varmistaakseen, että ra
kenne täyttää sille asetetut vaatimukset. Yleensä laivanrakentaja ei kuitenkaan käytä tuotetta, jolla ei ole voimassaolevaa palotestitulosta.
2.2.2 Sisustusmateriaaleja koskevat vaatimukset
Palamaton sisustusmateriaali on SOLAS määritelmän mukaan materiaali, joka kuu
mennettaessa 750 °C ei pala eikä vapauta huomattavia määriä itsestään syttyviä kaa
suja. Muut materiaalit määritellään palaviksi. IMO FTCP, Part 1 on testimenetelmä, jolla voidaan palamattomuus todeta.
Mikäli materiaali todetaan palamattomaksi, sille ei tarvitse tehdä savunmuodostus- tai liekinleviämiskokeita. Todellisuudessa erittäin harvat käytetyistä sisustusmateri
aaleista ovat palamattomia.
Testin IMO FTPC, Part 5 avulla selvitetään kuinka voimakkaasti liekki leviää mate
riaalin pinnalla. Testissä asetetaan liekin leviämiselle sekä lämmönvapautumiselle raja-arvot, jotka alittamalla materiaali voidaan hyväksyä soveltuvaksi laivojen sisus
tamiseen.
Savunmuodostuskokeissa IMO FTPC, Part 2 mitataan savun tuotto ja myrkyllisyys.
Myrkyllisyys määritellään mittaamalla kaasujen (CO. HC1, HF, HBr, HCN, NOx ja SO2) pitoisuuksia savussa.
Sänkyjen liinavaatteiden, huonekalujen päällysteiden palokoemenetelmissä mitataan syttymisherkkyyttä tupakkaa ja kaasuliekkiä vastaan. Testimenetelmät ovat esitet
tyinä julkaisuissa IMO FTPC, Part 8 ja IMO FTPC, Part 9. Tarkoituksena testeillä on estää tupakan ja sytyttimen vahingossa aiheuttama tulipalo. Todellisuudessa tehok
kaampia syttymislähteitä voi esiintyä, jolloin muilla palo-ominaisuuksilla on merki
tystä. [8]
2.3 Sammutusjärjestelmien paloturvallisuusmääräykset ja ohjeet
Nykyaikaisissa laivoissa käytetään hyteissä ja hyttiosastojen käytävillä automaattisia vesisumusammutusjärjestelmiä. Vesisumulaitteistojen sammutustehokkuus testataan IMO vaatimusten mukaan. Suuttimet testataan epävakaita meriolosuhteita ajatellen.
Testeissä tarkastellaan mm. suuttimen ja laukaisumekanismin mekaanista kestävyyttä sekä kuumuuden ja lämpöshokin vaikutuksia, korroosioherkkyyttä ja tukkeutu- misalttiutta. Palokokeissa testataan sammutusjärjestelmää mahdollisimman toden
mukaisissa palotilanteissa. Vesisumujärjestelmän toimivuudelle ei ole määritelty yksikäsitteisiä perusperiaatteita, joten tämän vuoksi vesisumujärjestelmät on aina hyväksytettävä palokoesarjojen avulla. Miehitetyissä tiloissa vesisumujärjestelmällä tulee olla vastaava sammutustehokkuus kuin SOLAS sopimuksen mukaisella perin
teisellä sprinklerillä.
Hyttitilojen koemenetelmä vastaa todellista tilojen ja palokuormien sijoittelua. Palo- kuorma on kussakin kokeessa tarkoin määritelty. Kokeessa sytytyksen jälkeen palo saa vapaasti kehittyä. Suuttimen laukeamisen jälkeen koetta jatketaan kymmenen
minuuttia. Kokeen läpäisy ei edellytä täydellistä sammutusta, mutta palo on kuiten
kin saatava automaattisella sammutusjärjestelmällä selvästi rajattua ja hallittavaksi.
Järjestelmä läpäisee testin, mikäli asetetut lämpötilaehdot täytetään ja mikäli palova
hingot eivät ylitä säädettyjä rajoja. Tarkka kuvaus automaattisen sammutusjärjestel- män testimenetelmistä löytyy lähteestä [9],
2.4 Vaihtoehtoinen suunnittelu
Ennen vuoden 2000 SOLAS sopimuskokoelman kokonaisuudistuksen muutoksia, paloturvallisuustekniikan asema laivanrakennuksessa perustui lähinnä samanarvoi- suusperiaatteeseen ja sen tulkintoihin. Seuraavassa on Esa Pöyliön suomentamana kyseinen osa.
”Milloin näissä säännöissä vaaditaan, että alukseen on asennettava tai siinä pitää olla tietty tai tietyn tyyppinen laite, väline tai koje tai että siinä on käytettävä tiettyä ainetta tai sovellettava erityistä järjestelyä, voi hallinto sallia muun tai toista tyyppiä olevan laitteen, välineen tai kojeen tai muun aineen käyttämisen tai toisenlaisen järjestelyn soveltamisen tässä aluksessa, jos hallinto suoritettujen kokeiden perusteella tai muuten on vakuuttunut siitä, että tällainen tai tämän tyyppinen laite, väline tai koje tai tällainen aine tai tällainen järjestely on vähintään yhtä tehokas kuin näissä säännöissä on vaadittu. ” [10]
Edellä esitetyllä lauselmalla pyrittiin takaamaan alusten toimivuustavoite, eli raken
teet oli tehtävä siten ja sellaisista materiaaleista, että se käyttötapaansa ja sijaintiinsa nähden on riittävän turvallinen henkilöille, omaisuudelle, ympäristölle ja muille yh
teisöllisille asioille.
SOLAS kokonaisuudistuksen myötä vuonna 2001 astui voimaan uusi sääntö, joka salli suunnittelun myös ESA menettelyä, eli vaihtoehtoista suunnittelua käyttäen.
Vaatimuksena on, että poikkeava ratkaisu aikaisempiin ratkaisuihin nähden vastaa paloturvallisuudelle asetettuja tavoitteita ja toiminnallisia vaatimuksia. Riittävä pa- loturvallisuustaso on poikkeavissa ratkaisuissa pystyttävä osoittamaan. Vaihtoehtoi
sen suunnittelun hyväksymisen myötä laivanrakennuksessa monimuotoisuus voi li
sääntyä. Erilaiset rakenneratkaisut voidaan sallia, jos niiden turvallisuus pystytään merenkulkuviranomaiselle perustelemaan.
Vaihtoehtoisessa tai toiminnallisessa [11] paloturvallisuussuunnittelussa selvitetään palovahinkojen odotusarvo laivavuoden tai laivan käyttöiän aikana. IMO MSC Circ.1002, 26. kesäkuuta 2001 [1] määrittelee kaksi ohjetta joiden mukaan toiminnallinen paloturvallisuussuunnittelu tulisi suorittaa.
1. ISO:n Fire Safety Engineering - komitean kuvaus suunnitteluprosessista ja sen vaiheista sekä huomioon otettavista tekijöistä ISO TR13387 [12].
2. Society of Fire Protection Engineers - järjestön suunnitteluopas, The SFPE Handbook on Fire Protection Engineering [13].
Kummankin suunnitteluohjeen mukainen paloturvallisuussuunnittelu voidaan hyväk
syä matkustajalaivoja suunniteltaessa. Kuva 1 esittää kummankin menetelmän suun
nitteluprosessin yksinkertaistetun kulun.
T äyttääkö suunnitelma vaatimukset?
Onko ^ uhkatilanteet
^käsitelty?/- Uhkatilanteiden valinta
Lopullisen suunnitelman laatiminen Ehdotetun systeemin turvallisuuden määritys
Kvantitatiivisten paloturvallisuus- tavoitteiden asettaminen
Lähtötietojen selvitys ja käsittelyn tarkoituksen
määritys
Ehdotuksen toiminnan arviointi ja vertailu
paloturvallisuus- tavoitteisiin
Kuva 1. Paloturvallisuussuunnittelun prosessikaavio, jonka mukaan FSA käsittely etenee [1].
1
3. Turvallisuustavoitteet ja riskit
3.1 Turvallisuustavoitteiden määritys
Vuosittain OECD maissa 4-15 vuotta vanhan henkilön kuolemaan johtavan tapahtu
man taajuus on noin 10"3 vuodessa. Suurempia taajuuden arvoja pidetään yleisesti sietämättöminä. Laivamatkustajille käytetään kuitenkin tiukempaa raja-arvoa, sillä matkustaja antautuu laivassa vaaroille, joita hän ei pysty itse täysin hallitsemaan.
Merkityksettömän pienenä kuoleman taajuuden raja-arvona pidetään yleisesti arvoa 10"6 vuodessa, mikä tarkoittaa sitä, että ihminen eläisi keskimäärin miljoona vuotta altistuessa vain kyseiselle vaaralle.
Laivan miehistön jäsenen kuolemaan johtavan onnettomuuden todennäköisyyttä tu
lisi verrata muiden, samoja työtehtäviä suorittavien, työntekijöiden kuoleman toden
näköisyyksiin. Matkustajien onnettomuuksia olisi verrattava puolestaan muiden mat
kustusmuotojen onnettomuuksiin.
Henkilökohtainen todennäköisyys kuolla tai vammautua laivaliikenteessä olisi oltava Health & Safety Executive [14] julkaisun mukaan seuraava:
• Siedettävä onnettomuustaajuus laivan miehistölle on 10"3 vuosittain
• Siedettävä onnettomuustaaj uus laivan matkustajille on 10"4 vuosittain
• Siedettävä onnettomuustaaj uus ihmisille maissa on 10"4 vuosittain
• Mitättömän suuruinen onnettomuustaaj uus on 10"6 vuodessa
IMO:n meriturvallisuuskomitea on asettanut tavoitearvot, joihin olisi uusien raken
nettavien matkustajalaivojen päästävä. Tavoitteisiin pyritään paloturvallisuussuun- nittelulla eli FSA käsittelyllä, joka tehdään kaikille uusille rakennettaville laivoille.
Tavoitteelliset tasot ovat:
• Tavoite henkilökunnan henkilökohtaiselle onnettomuustaaj uudelle on 104 vuosittain
• Tavoite matkustajan henkilökohtaiselle onnettomuustaaj uudelle on 10"3 vuosittain
• Tavoite onnettomuustaaj uus henkilöille maissa on 10° vuosittain
Edellä esitetyt tavoitteelliset onnettomuustaaj uudet koskevat yhden henkilön kuole
maan johtavan tapahtuman frekvenssiä. Matkustajalaivalla ihmisiä on samassa tilassa useita ja tulipalo-onnettomuudessa uhattuja ihmisiä saattaa olla enemmän kuin yksi.
Tällöin on syytä puhua yhteisöllisestä riskistä.
Yhteisöllinen riski voidaan esittää FN (frequency number) käyrän muodossa, jolloin onnettomuuden taajuuteen yhdistetään uhrien lukumäärä. Yhteisöllisen riskin kantaa joukko matkustajia tai laivan henkilökunta. Yhteisöllinen riski on sitä suurempi mitä suurempaa joukkoa se koskee. FN käyrä esittää onnettomuuksien esiintymistaajuu- den riippuvuuden kuolonuhrien lukumäärästä. Monta uhria vaativien onnettomuuk
sien määrä on usein huomattavasti pienempi kuin muutamia uhreja vaativien onnettomuuksien määrä. FN käyrästöllä voidaan esittää siedettävän ja sietämättömän riskin rajat, kuten kuvassa 2 on esitetty. Mikäli henkilöriski on sietämättömän riskin
rajakäyrän alapuolella, voidaan suunnitelma hyväksyä sellaisenaan. Tavoitteena on kuitenkin aina pidettävä mahdollisimman pientä riskiä.
Mitättömänsuuruisen sekä siedettävän onnettomuustaajuuden raja-arvon välillä on alue, jota kutsutaan ALARP (As Low As Reasonably Practicable) alueeksi eli suo
meksi alue, jossa pyritään mahdollisimman pieneen onnettomuustaaj uuteen, joka on kohtuudella saavutettavissa.
1.0E-02
Intolerable ALARP
1.0E-03 -
1 0E-04
Negligible
1.0E-05
Fatalities (N)
Kuva 2. FN käyrä matkustaja Ro-Ro aluksille vuosien 1989-1998 aineistosta. Kuvassa on mu
kana hyväksyttävyyskriteerit määrittävät suorat. |15|
Yhden matkustajan tai miehistön jäsenen todennäköisyys kuolla laivamatkan aikana on ihmisen henkilökohtainen, eli yhteen ihmiseen sidottu, kuoleman todennäköisyys.
Yllä esitetyssä kuvassa käsitellään yhteisöä eli laivan kaikkia ihmisiä. Tässä yhtei
sössä yhden hengen menetys laivavuoden aikana on todennäköisempää kuin yhden yksilön kantama henkilökohtainen kuoleman todennäköisyys. Ero näkyy kuvan va
semmassa laidassa, jossa yhden kuoleman kohdalle asetettu hyväksyttävyys raja on korkeammalla kuin henkilökohtaisen kuoleman todennäköisyys.
3.2 Suunnittelua ohjaava tavoitetaso
Jokainen laiva on tehty hyödyttämään omistajaa, käyttäjää ja maita, joiden välillä alus liikennöi kuljettaen matkustajia sekä tavaraa. Matkustaja-alus tarjoaa työpaikan miehistölle sekä kuljetusmuodon ja ajanviettopaikan matkustajille. Laiva on suunni
teltu ja rakennettu kokonaisuus, missä voi tapahtua vahinkoa matkustajille, miehis
tölle ja lastille. Laiva voi myös aiheuttaa vahinkoa toisille laivoille, itselleen, satama- rakenteille, ympäristölle ja meriliikenteessä mukana olevien yritysten taloudelle.
1
Onko paloturvallisuuden nykyinen taso laivojen hyteissä siedettävä? Yleensä nykyta
soa pidetään siedettävänä kunnes sattuu jokin suurempi onnettomuus, joka ylittää sietorajan. Usein laivanrakentamista ohjaavia ohjeita ja säädöksiä kehitetään jonkin onnettomuuden johdosta estämään vastaavanlaiset uudet onnettomuudet. Erittäin monet voimassa olevat säännöt ovat seurausta jostakin traagisesta laivaliikenneon- nettomuudesta.
Suunnittelua ohjaavilla toimilla on tarkoituksena estää ennakolta onnettomuuksia tai ainakin rajoittaa tyypillisien onnettomuuksien vahinkoja. Matkustajalaivojen koko suurenee jatkuvasti ja laivoilla saatavien palveluiden määrä lisääntyy. Erityyppisten tilojen määrän lisääntyessä matkustajalaivassa, onnettomuustyyppien määrä ja myös välittömästi uhattuna olevien ihmisten määrä kasvaa. Suurien matkustaja-alusten evakuointi hätätilanteessa vaatii pelastajilta yhä enemmän resursseja sekä aikaa.
Koska tuhansien matkustajien pelastaminen onnettomuustilanteessa suurilta risteili
jöiltä on yhä vaikeampaa eikä alusten kehittymistä tahdota jarruttaa rajoittamalla niiden kokoa, on viime vuosina kehitetty uusi ajattelumalli suurten matkustajalaivo
jen onnettomuuksiin. Uudessa ajattelumallissa alus on itse itsensä pelastusalus. Mat
kustajia kuljettavat alukset on tulevaisuudessa suunniteltava siten, että onnettomuus
tilanteessa matkustajat voivat pysyä laivalla ja alus pystyy etenemään omin voimin lähimpään satamaan. Yhden pääpalo-osaston täydellinen palaminen ei saa viedä lai
valta propulsiovoimaa ja ihmisille on taattava turvalliset olosuhteet muualla laivassa.
Ihmiset ohjataan laivan osaan, jossa perustarpeet pystytään tyydyttämään ja joka on eristetty onnettomuusalueesta kuten tulipalosta tai vuodosta. Propulsion on säilyttävä kaikissa tilanteissa. Ohjaus-, navigointi-, kommunikointi-, sammutusjärjestelmät, savunilmaisimet, pilssivesi-, painolastipumput, vesitiiviit ovet, vuodonilmaisujärjes
telmät sekä turvallisen alueen toiminnot on pystyttävä pitämään toimintakuntoisina tai samat toiminnot on järjestettävä varakoneiden avulla.
3.3 Turvallisuustavoitteiden saavuttaminen
Paloturvallisuustavoitteet pyritään täyttämään laivoissa kansainvälisten määräysten ja ohjeiden avulla. Jokaisen valtion merenkulkua säätelevä viranomainen voi ottaa käyttöön kansainvälisiä sopimuksia tiukemmat kriteerit, mutta minimivaatimukset koskien matkustajalaivojen paloturvallisuutta tulevat kansainvälisen merenkulku- organisaation määräyksinä. Laivanrakentajan tai -omistajan tai lippuvaltion turvalli
suusmääräykset eivät riitä, sillä eri maiden viranomaisilla on hieman erilaiset käsi
tykset turvallisuustasosta. Laivat liikkuvat maailman merillä eri maiden välillä, jol
loin yhtenäiset paloturvallisuustavoitteet voidaan saavuttaa vain kansainvälisen orga
nisaation avulla.
3.4 Riskikäsitteen määritelmä
Riski sanaa käytetään arkikielessä melko vapaasti kuvaamaan jonkin tapahtuman vahingollisuutta, haitallisuutta tai vaarallisuutta. Esimerkiksi voidaan sanoa että:
”Moottoritiellä autoilijan onnettomuusriski on pienempi kuin kaksikaistaisella maan
tiellä”, jolloin riski tarkoittaa todennäköisyyttä joutua onnettomuuteen näillä teillä.
Onnettomuuksien suuruudesta tai vakavuudesta edellä esitetty lause ei kuitenkaan kerro mitään.
Tässä työssä riski yhdistää uhan realisaation eli vahingon suuruuden sekä sen toden
näköisyyden. Matemaattisesti riski R voidaan määritellä riski tulona
R=fxX (2)
Missä f on tapahtuman taajuus tai todennäköisyys ja X on tapahtuman seuraukset eli vahingon määrä mitattuna sen suuruutta kuvaavalla suureella. Vahingon suuruutta voidaan mitata esimerkiksi taloudellisena menetyksenä, vahingoittuneen alueen laa
juutena tai ihmishenkien menetyksenä. Kaavassa X tuo riskille laadun. Taloteknii
kassa X kuvaa yleisesti ihmishenkien määrää ja tällöin seurauksia yleensä painote
taan jollain kertoimella. Painotusta käytetään sillä, 10 paloa joissa jokaisessa me
nehtyy yksi ihminen, on helpommin hyväksyttävissä kun 1 palo, jossa menehtyy 10 ihmistä.
Matkustajalaivan hyttipalon riski saadaan laskettua, mikäli voidaan tunnistaa kaikki mahdolliset paloskenaariot hytissä ja määritellä niiden esiintymisen todennäköisyy
det sekä liittää niihin palon aiheuttamien vaurioiden suuruudet. Tässä työssä keski
tytään kuitenkin selvittämään tyypillisten hyttipalojen esiintymien lukumäärät sekä määritellään niiden aiheuttamat vahingot.
3.5 Riskien vertailtavuus
Ympäristö ja olosuhteet, jotka luovat tilan jossa haitta voi tapahtua, on uhka. Auki oleva keulaportti merellä kulkevassa laivassa muodostaa vuodon sekä uppoamisen uhan laivalle. Uhan olemassaolosta ei voida vielä päätellä, kuinka todennäköisesti uhkaava tilanne kehittyy vahingoksi.
Vahinko tapahtuu uhan toteutuessa. Vahinko on tarkoitukseton poikkeama normaa
leihin olosuhteisiin. Vahingon suuruus voi vaihdella mitättömästä katastrofaaliseen vahinkoon.
Turvallisuus on yleisesti riskin vastakohta. Eli mitä suurempi jokin riski on, sitä pie
nempi on riskiin liittyvän toiminnon turvallisuus. Turvallisuustavoitteita matkustaja
laivalla voidaan yrittää määritellä myös vertaamalla miten paloriskit eroavat asiak
kaan näkökulmasta hotellissa tai laivalla vietetyn vuorokauden osalta? Hotelli voi
daan valita vertailukohteeksi samankaltaisten huoneiden takia. Asiakkaan ajankäy
tössä on myös samankaltaisuuksia hotellissa ja laivalla.
Laiva on kulkuväline, joten siinä on konevoimaa. Laiva on veden varassa ja se liik
kuu paikasta toiseen. Suurissa laivoissa on oletettavasti enemmän erilaisia toimintoja kuin hotellissa, sillä hotellin lähistöltä voi löytyä palveluita, jotka ovat laivalla sa
moissa tiloissa muiden toimintojen kanssa. Kulkuvälineenä laiva voi aina törmätä johonkin. Ihmispopulaation kirjossa saattaa olla eroa hotellin ja laivan välillä. Pai
kasta toiseen kulkeminen tuo laivalle laajemman kirjon erilaisia ihmisiä verrattuna hotelleihin. Kulkuvälineenä laiva myös kuljettaa tavaraa paikasta toiseen. Hotelli ja laiva eroavat toisistaan merkittävästi, joten kokonaisuutena laivaa ja hotellia ei voida verrata suoraan keskenään turvallisuuden osalta. Paloriskejä on kulkuvälineessä huomattavasti enemmän kuin kiinteässä hotellissa.
Komponentteja puolestaan voitaneen verrata keskenään. Jos keskitytään vertaamaan vain laivan hyttitiloja sekä hotellin huoneita keskenään, niin samankaltaisuutta on jo huomattavasti enemmän. Turvallisuustavoitteita matkustaja-aluksen hytin karmalta voidaan arvioida hyttikeskeisesti siten, että unohdetaan hyttiosaston ulkopuoliset
uhat ja keskitytään vertaamaan suurimmillaan yhden hyttiosaston sisäisiä uhkia ho
tellihuoneiden uhkiin.
3.6 Hyväksyttävä riski
Riskiä ei voida kokonaan välttää, mutta toiminto johon riski liittyy, voidaan hyväk
syä, mikäli toiminnosta saatavat hyödyt ovat riskiä suuremmat.
Yleisesti ei ole olemassa kaikkien hyväksymää riskin raja-arvoa. Jokaisella ihmisellä on oma käsitys siedettävästä ja sietämättömästä riskistä. Korkea riskitaso on hyväk
syttävissä, mikäli yksilö ottaa riskin omaehtoisesti. Tällöin yleensä koetaan, että riski on omissa käsissä ja siten hallittavissa. Jos ihminen altistuu riskille, mihin hänellä on vain vähän tai ei ollenkaan vaikuttamismahdollisuuksia, siedettävä riskitaso on yleensä matalampi. Eri viranomaiset laeilla ja säädöksillä säätelevät riskejä, joihin yksittäinen ihminen ei voi juurikaan vaikuttaa.
Yhteiskunta sietää heikommin sellaisia onnettomuuksia, joissa seuraukset ovat suu
ret. Pienet onnettomuudet voidaan hyväksyä, mikäli toiminnosta saatavat hyödyt ovat merkittäviä. Hyväksyttävä riski voidaan muotoilla eksplisiittisesti esimerkiksi seu- raavien lauseiden mukaan:
• Laivalla työskentelevän riskit tulisivat olla samat kuin maalla samanlaisissa työtehtävissä työskentelevällä.
• Matkustajalaivojen turvallisuustaso on oltava muiden matkustusmuotojen ta
solla.
• Laivaliikenteessä ei tarvitse hyväksyä riskejä, joiden välttäminen on mahdol
lista kohtuullisilla ponnisteluilla.
• Riskien määrä ei saa kohtuuttomasti kasaantua yksittäisille komponenteille tai henkilöille eli yksittäisen tekijän vikaantuminen tai virhe ei saa aiheuttaa kohtuuttoman suurta vaaraa.
• Katastrofaalisten tapahtumien todennäköisyys on oltava riittävän pieni.
Lueteltujen kaltaiset riskin hyväksyttävyyteen liittyvät lauseet ovat tärkeitä, kun ris
kitasoja määritellään. Riskin hyväksyttävyyttä on kuitenkin päästävä arviomaan nu
meerisesti. Lormaalisten lauseiden muodossa riskin todellista suuruutta tai pienuutta on vaikea käsittää. Kun riskin suuruudella on numeroarvo, joka on vertailukelpoi
sessa muodossa, on riskien vertailu yksinkertaisempaa.
Käytännössä kuitenkin absoluuttisen riskin arviointi on hyvin vaikeata. Usein riski
analyysi perustuukin eri ratkaisuvaihtoehtojen suhteelliseen riskien arviointiin, jol
loin riskien suuruuksia verrataan keskenään. Esimerkiksi, kun jokin tekninen ratkaisu todetaan yleisesti hyväksytyksi, voidaan vaihtoehtoisten ratkaisujen riskiä arvioida käyttäen yhteisiä oletuksia todennäköisyyksille ja seurauksille. On kuitenkin var
mistettava, että vaihtoehtoisen ratkaisun riskin suuruuteen liittyvät johtopäätökset eivät ole herkkiä käytetyille oletuksille. Usein on syytä tehdä riskin arvioinnin yh
teydessä myös herkkyystarkasteluja, jolloin selviää oletusten vaikuttavuus lopputu
lokseen.
4. Vaihtoehtoisen suunnittelun toteuttaminen
4.1 Lähtötietojen selvitys
Vaihtoehtoisessa suunnittelussa määritellään ensimmäiseksi yksikäsitteiset palotur- vallisuustavoitteet ja kriteerit kokonaisuuden paloturvallisuudelle. Kriteerit voidaan asettaa henkilöturvallisuudelle ja omaisuudelle sekä ympäristön suojalle. Paloturval- lisuustavoitteiden asettaminen on tehtävä yhdessä kaikkien asianosaisten kanssa.
Hyväksymiskriteeriksi voidaan määritellä esimerkiksi riittävän pieni todennäköisyys ihmisuhrille tulipalon sattuessa.
Vaihtoehtoista suunnittelua varten tarvitaan tietoja kohteen ominaisuuksista. Erityi
sesti otetaan huomioon kaikki paloturvallisuuteen vaikuttavat tekijät. Tila on mallin
nettava riittävän yksityiskohtaisesti ja tilamaihin on liitettävä paloturvallisuuslait- teistojen mallinnus. Kaikki tulipaloon vaikuttavat asiat tulisi huomioida, jolloin on syytä mallintaa myös tilan käyttäjät ja uhattuna oleva omaisuus sekä erityisesti sam
mutustoimet. Mallitettuun tilaan määritellään tulipalo uhkakuvien perusteella ja las
ketaan, kehittyvätkö olosuhteet tilassa yli hyväksymiskriteerien. Menetelmässä ote
taan huomioon paloturvallisuustoimenpiteiden vuorovaikutus palotapahtuman kul
kuun.
Vaihtoehtoisessa suunnittelussa verrataan tilan toimintaa uhkakuvan mukaisen palon sattuessa ja asetettuja hyväksymiskriteerejä. Mikäli uhkakuva kehittyy vakavam
maksi, mitä hyväksymiskriteerit ovat määritelleet, on suunnitelmaa kehitettävä, jotta hyväksymiskriteerit alittavaan tulokseen päästään.
4.2 Uhkien valinta
Lähtötietojen selvittämisen jälkeen suunnitteluprosessi lähtee liikkeelle määrittele
mällä tilassa mahdolliset tulipalon uhat. Uhkaavien tilanteiden olisi otettava huomi
oon mahdollisimman tarkasti tilassa syttyvät mahdolliset palot. Uhat käsitellään kvantitatiivisesti käytettävän menetelmän tarkkuuden puitteissa. Palolle arvioidaan todennäköisyys sekä kasvunopeus ja mahdollinen leviäminen. Uhkakuvamallissa seurataan tulipalon etenemistä syttymisvaiheesta kehitysvaiheiden kautta sammumi
seen sekä tulipalorasituksen vaikutuksia rakenteisiin. Uhkien määrittelyssä käytetään apuna tilastoja sekä asiantuntija-arvioita. Tulipalon kuvauksissa käytetään kokeelli
siin tuloksiin perustuvia estimaatteja. Uhkakuvia on aina otettava suunnitelmaan mu
kaan useita. Hyttiä on mahdotonta suunnitella siten, että vain yhdenlainen palo on mahdollista.
Eri uhkakuviin poimitaan sellaiset palot, joiden palorasitukset rakenteille olisivat suurimmat mahdolliset. Tarkastelun kohteena ovat rakenteen palonkestävyys sekä palon leviämisen mahdollisuudet. Uhkakuvan todennäköisyys otetaan huomioon riskin laskennassa. [16] Tilastoista saadaan arvio kunkin uhkakuvan esiintymis- taajuudesta. Kaikista uhkakuvista valitaan tarkempaan tarkasteluun yleisimmät ja turvallisuudelle haastavimmat uhkakuvat.
Uhkakuvan määrittelyyn kuuluu myös oleellisena osana mahdollisten seuraamusten arviointi. Voiko ihmisiä altistua savulle tai kuumuudelle ja jos voi, niin kuinka moni ja kuinka vakavasti? Voiko palo uhata laivan toiminnoille elintärkeitä kohteita?
Voiko palo vioittaa rakenteita siten, että ne menettävät niille suunnitellun toiminta
kyvyn? Miten suuret omaisuusvahingot voivat palossa syntyä?
Uhkakuvassa haitallisen tapahtuman aiheuttaa kvantitatiivisesti mallitettu mitoitus- palo. Mitoituspalossa kuvataan määrällisesti millainen palo on, eli miten nopeasti palo kasvaa ja kauanko se jatkuu.
Mitoituspalon tulisi keskimääräisessä hytissä johtaa keskimäärin samansuuruisiin vahinkoihin kuin tilastoista on osoitettavissa. Mitoituspalon on oltava riittävän voi
makas palotapahtuma, joka on kuitenkin mahdollinen tarkasteltavassa tilassa. Mitoi- tuspalo on ajan mukana kehittyvä tapahtuma, josta syntyy dynaaminen kuorma ra
kenteille.
Tulipaloon liittyy paljon epävarmuutta. Palon kehittyminen riippuu materiaaleista, tilan koosta ja ympäristöstä. Mitoituspaloja lasketaan uhkakuvan mukaiselle tilan
teelle useita, parhaassa tapauksessa tuhansia. Kaikki mallitetut mitoituspalot edusta
vat yhtä mahdollista polkua palon kehittymiseksi. Voimakkain ja mitättömin mitoi- tuspalo kussakin uhkakuvassa edustavat epätodennäköistä paloa. Todennäköisin mi- toituspalo on palo, joita esiintyy mallitetussa mitoituspaloparvessa eniten.
4.3 Uhkakuvien analysointi
Uhkakuva valitaan mahdollisten tapahtumaketjujen joukosta. Valitun uhkakuvan mukaiselle tulipalolle selvitetään todennäköisyys. Tulipalon kehittymiselle ja tilan olosuhteiden muutoksille määritetään reunaehdot ja uhkakuvan mukaiselle tapahtu
maketjulle arvioidaan seuraukset. Seurauksista ja tapahtuman todennäköisyydestä lasketaan riski.
4.3.1 Mitoituspalot
Uhkakuvan määrällisenä kuvauksena käytetään mitoituspaloa. Mitoituspalo on palon kehittymisen kuvaus syttymästä aina sammumiseen asti. Uhkakuvamallissa todelli
sen skenaarion valitseminen on ensiarvoisen tärkeätä, mutta skenaarioon liittyvä mi
toituspalo on myös osattava arvioida riittävän tarkasti. Todellista palokuormitusta ei useinkaan tunneta, vaan mitoituspalo valitaan tietyllä todennäköisyydellä esiintyvistä palokuormituksista. Se voi olla hytissä syttyvän roskakorin palo, joka voi levitä kat
tamaan koko hyttitilan. Palon kehittymiseen vaikuttaa useita tekijöitä, jolloin palon kehittyminen vaihtelee huomattavasti. Roskakoripalo voi jäädä paikalliseksi, jolloin vain roskat palavat, mutta palo voi levitä myös laajemmalle. Riskiperustaisessa tar
kastelussa mitoituspalo ei ole yksi tarkasti määrätty palotehokäyrä, vaan joukko pa
lon kehittymistä kuvaavia palotehokäyriä. Tällainen palotehokäyräparvi saadaan, kun palotehoon vaikuttavia suureita vaihdellaan satunnaisesti kunkin suureen jakauman puitteissa.
Mitoituspalo on aina yksinkertaistettu kuvaus palon todellisesta kehityksestä. Yleisin tapa esittää mitoituspalo on palotehokäyrä, josta nähdään palossa vapautuva lämpö- energia aika-akselilla. Yksinkertaistettu palotehokäyrä [17] määritellään liitteessä A.
4.3.2 Tulipalon aiheuttamien olosuhteiden muuttumisen ja niistä aiheutuvan vaaran arviointi
Syttynyt palo uhkaa aluksi hytissä mahdollisesti olevia henkilöitä. Kriittisille olo
suhteille voi altistua myös muut matkustajat, mikäli palo pääsee leviämään hytistä osastoivan hyttivaipan läpi tai ovesta käytävälle. Vaaraa ihmisille aiheuttavat kuu
muus, savuisuus ja myrkylliset palamistuotteet. Pitempiaikaisissa paloissa vaaran voi aiheuttaa myös osastoivien rakenteiden pettäminen.
Hyttiosastolle leviävän palon alta on ihmisten pystyttävä poistumaan turvallisesti paikkaan, jossa palon vaikutuksille ei enää altistuta. Ihmisten poistumisen on onnis
tuttava tilasta nopeammin kuin palon ihmisille haitalliset vaikutukset leviävät.
4.3.2.1 Kuumuus
Palon alkuvaiheessa lämpö siirtyy palavasta kohteesta lähinnä palopatsaan aiheutta
man pakotetun konvektion avulla. Tällöin lämpö siirtyy savun suunnassa ylös kohti kattoa. Palon laajentuessa ja palotehon kasvaessa säteilynä siirtyvän lämmön osuus kasvaa.
Palon aiheuttama kuumuus ei yleensä osoittaudu ihmisten poistumisen kannalta olennaisimmaksi tekijäksi. Matkustajalaivalla palavat materiaalit ovat lähinnä pa- losuojattuja kankaita, puuta sekä erilaisia muoveja. Näiden materiaalien palaessa syntyvä savu on huomattavasti vaarallisempi poistumiseen vaikuttava tekijä.
Kuumuus on kuitenkin palon aikaansaamista haitoista vaarallisin rakenteiden kestä
vyydelle. Rakenteiden kestävyydellä matkustajalaivalla on korostunut merkitys, sillä poistuminen tapahtuu laivan sisällä aluksen sellaiseen osaan, jossa on turvallista oles
kella. Rakenteiden on pystyttävä pitämään palon aiheuttamat haitat erossa ihmisistä riittävän kauan.
4.3.2.2 Savuisuus ja myrkylliset palamistuotteet
Savun leviämisen hallinta on oleellista pienipiirteisillä hyttialueilla. Hyttien ja käytä
vien tilavuus on pieni, jolloin savunleviämisen nopeus on suuri. Usein palosuojaus vähentää savunmuodostusta pienessä lämpötilarasituksessa, jolloin palosuojaus toi
mii syttymistä ja palonleviämistä ehkäisevästi. Voimakkaassa palorasituksessa saat
taa se lisätä savunmuodostusta verrattuna palosuojaamattomaan tuotteeseen [8]. Sa
vussa olevat myrkylliset palamistuotteet aiheuttavat vaaran hengitettynä. Savun aihe
uttama näkyvyyden heikkeneminen hidastaa myös poistumista.
Matkustajalaivoissa osastojen välisten rakenteiden on oltava kuumuutta kestäviä, mutta niiden on myös estettävä savukaasujen leviäminen laivan muihin osiin. Kaikki saumat, myös lattian ja ovien välissä, on oltava savutiiviitä. Laivanosien väliin syn
tyy helposti paine-eroja, jolloin osastoivien rakenteiden tiiviyden tarve korostuu.
Pääosa palokuolemista johtuu myrkyllisistä kaasuista. Merkittävimpiä myrkyllisiä kaasuja ovat hiilimonoksidi, syaanivety, kloorivety sekä lyhyen hiiliketjun sisältävät aldehydit. Ärsyttävät palamistuotteet kuten rikkidioksidi ja typen oksidit voivat hai
tata ihmisten pakenemiskykyä tulipalossa. Näitä ärsyttäviä palamistuotteita syntyy, mikäli sisustuksessa on rikkiä tai typpeä sisältäviä materiaaleja.
4.4 Turvallisuuden arviointi
Turvallisuutta arvioidaan vertaamalla mitoituspalon ihmisille aiheuttamien kriittisten olosuhteiden syntymisnopeutta ihmisten poistumisnopeuteen. Rakenteiden turvalli
suutta arvioidaan palon aiheuttamien rasitusten avulla.
Jokainen ihminen voi kokea kriittiset olosuhteet eri tavalla. Savuisessa ympäristössä toiset voivat säilyttää toimintakykynsä pidempään kuin toiset. Kriteerit kriittisille olosuhteille voidaan asettaa, vaikka olosuhteet vaikuttavat eritavalla eri ihmisiin.
Esimerkiksi sovittua kuuman ja kylmän kerroksen välisen rajan korkeutta lattiapin
nasta käytetään usein suunnitteluperusteena haitallisille olosuhteille. Matkustajien poistumiseen uhatulta alueelta kuluva aika vaihtelee ihmisten vireystilan ja fyysisen kunnon mukaan. Oletettavasti yöllä tapahtuva poistuminen vie enemmän aikaa kuin päivällä. Aina on myös varauduttava lasten ja vanhusten tai liikuntarajoitteisten ih
misten poistumiseen vaaralliselta alueelta.
Rakenteiden palonkestävyydellä on samankaltaista satunnaisuutta, kuin ihmisten toimintakyvyssä savuisissa olosuhteissa, vaikka vaihtelut kriittisten olosuhteiden vaikutuksesta rakenteeseen ovat pienempiä. Rakenteiden palonkestävyyden selvittä
miseksi käytetään usein epävarmuustekijää eli osavarmuuskerrointa, joka kuvaa ra
kenteen kestävyyden satunnaisvaihtelua.
4.5 Suunnitelman hyväksymisprosessi
Yleisesti tavoitteena on arvioida, onko poistumiseen käytettävissä oleva aika suu
rempi kuin poistumiseen kuluva aika. Poistumiseen käytettävissä oleva aika riippuu palon kasvunopeudesta, joka vaihtelee määritetyllä välillä. Poistumiseen kuluva aika vaihtelee ihmisten lukumäärän sekä ihmisten fyysisten ominaisuuksien mukaan. Pa
lon kehittymisnopeudesta riippuvia vaarallisten olosuhteiden syntymisnopeuksia ja ihmisten poistumisnopeuksia lasketaan satoja. Laskennassa saattaa esiintyä tilanteita, joissa ihmisiä altistuu kriittisille olosuhteille. Tällainen tilanne saattaa syntyä esimer
kiksi silloin, kun palo on erittäin nopea ja palon vaikutusalueella on paljon ihmisiä.
Ihmisuhrin syntymisen todennäköisyys on saatava riittävän pieneksi ennen kuin suunnitelma voidaan hyväksyä. Raja-arvo riittävän pienelle todennäköisyydelle ase
tetaan aivan ensimmäiseksi.
5. Kvantitatiivinen paloriskianalyysi
Kvantitatiivinen riskianalyysi pyrkii antamaan mahdollisimman luotettavan määrälli
sen arvion tarkasteltavaan tilanteeseen tai kohteeseen liittyvän riskin suuruudesta.
Tarkastelussa käytetään historiallisista seurantatiedoista eli tilastoista saatavia tietoja eri komponenttien varmuuksille. Palotapahtuman mallintamisesta saadaan myös eri tekijöille suuruus-ja merkittävyysarvioita, jolloin voidaan arvioida, mitkä tekijät vai
kuttavat kokonaisriskiin eniten ja parannustoimenpiteet voidaan kohdistaa tarkem
min. Mallintaminen viedään simuloinnin tasolle, jossa pyritään mahdollisimman rea
listisesti kuvaamaan kohteen toimintaa palotilanteessa.
Aluksi määritellään alkutapahtuma, jonka jälkeen määritetään tapahtumat ja tapah
tumaketjut, jotka voivat johtaa haitallisiin seuraamuksiin. Skenaarioiden todennäköi
syydet sekä haitallisten seuraamusten suuruudet pyritään arvioimaan. Ideaalitapauk
sessa pystytään tunnistamaan kaikki skenaariot sekä laskemaan niiden todennäköi
syydet ja rakentamaan kokonaisvaltainen riskiarvio.
Analyyttiset menetelmät eivät monimutkaisessa palon simuloinnissa tule kovinkaan usein kysymykseen. Lähtöarvojen jakaumat eivät ole yleensä kovin hyvin tunnettuja ja useat arvot vaikuttavat toisiinsa, jolloin vaikutuksista tulee kertautuvia. Tietoko
neiden avulla voidaan vaativat analyyttiset menetelmät korvata yksinkertaisemmalla, runsaasti rutiinityötä edellyttävillä laskelmilla. Monte Carlo menetelmällä tarkoite
taan numeeristen kokeiden suorittamista tarkasteltavaa ilmiötä kuvaavalla matemaat
tisella mallilla. Suorittamalla satunnaisesti valituilla lähtöarvoilla palonkehittymisen mallinnusta riittävän monta kertaa, saadaan tilastollista informaatiota tapahtuman kulusta [18]. Alkuarvot otetaan satunnaisesti jokaisen varioitavan alkuarvon jakau
mista. Jakaumat eivät myöskään ole aina tunnettuja joko vähäisten havaintojen takia tai alkuarvoon vaikuttavia sidonnaisuuksia ei pystytä hahmottamaan, jotta jakauman määrittäminen onnistuisi. Liitteessä B on tarkempi kuvaus Monte Carlo menetel
mästä.
5.1 Riskianalyysin työkalut
Riskianalyysin työkaluna käytetään tapahtumapuuta ja vikapuuta, joita käytetään kuvaamaan tulipalon kulkua ja eri laitteiden toiminnan vaikutusta siihen. Kuvassa 3 on esimerkki paloturvallisuussuunnitteluun liittyvästä tapahtumapuusta. Jokaisessa puun haarassa määritetään ehdollinen todennäköisyys, jolla siirrytään seuraavalle tasolle. Onnettomuusketjun todennäköisyys lasketaan ketjun eri vaiheiden todennä
köisyyksien tulona. Lopputuloksena on kunkin tapahtumaketjun todennäköisyys.
Mikäli peräkkäiset tapahtumat ovat riippumattomia, järjestelmän vikaantumisella on sama todennäköisyys riippumatta tapahtumien historiasta. Tapahtumapuu on raken
nettava kussakin tapauksessa siten, että tapahtumat etenevät loogisesti ja palon tila on vain ja ainoastaan vain yhdessä puun haarassa eli tapahtumatilassa kerrallaan.
Saatu todennäköisyys kerrotaan tapahtumaketjun aiheuttamien seurausten suuruu
della. Tulokseksi saadaan kyseiseen tapahtumaketjuun liittyvän riskin suuruus. Ta- pahtumapuumalIit soveltuvat ainoastaan ajallisesti eteneviin onnettomuusketjuihin ja melko yksinkertaisten järjestelmien tutkimiseen. Tapahtumapuuanalyysi tuottaa ajal
lisesti etenevien onnettomuusketjujen todennäköisyydet, mikäli tunnetaan ketjujen eri tilanteiden todennäköisyydet tai esiintymistaajuudet.
palo sammutus palo leviää havaitaan epäonnistuu käytävään
kyllä kyllä
kyllä
palo syttyy
tapahtumaketju 1
tapahtumaketju 2
tapahtumaketju 3
kyllä kyllä
tapahtumaketju 4
tapahtumaketju 5
--- tapahtumaketju 6
Kuva 3. Tulipalonkehityksen kuvaamiseen käytetään esimerkiksi kuvan esittämää tapahtuma- puuta.
Myös vikapuuanalyysiä voidaan käyttää onnettomuusketjujen mallittamiseen. Vika- puun rakentaminen aloitetaan huipputapahtumasta, joka on systeemissä mahdollinen mutta epätoivottu. Tällainen tapahtuma voi olla vaikka tulipalo tai räjähdys. Huip- putapahtuman valinnan jälkeen selvitetään mitkä tapahtumat tai niiden yhdistelmät voivat sen aiheuttaa. Vikapuussa esiintyvät tapahtumat yhdistetään toisiinsa loogisten JA- ja TAI -porttien avulla. Huipputapahtuman todennäköisyys saadaan ratkaistua, mikäli siihen johtavien tapahtumien todennäköisyydet tunnetaan. Pelkästään vika- puun laatiminen ilman todennäköisyyksiä auttaa hahmottamaan tutkittavan tapahtu
man syy-yhteyksiä. Vikapuun ja tapahtumapuun käyttöä vaikeuttaa kuitenkin huo
mattavasti palonaikaisten tapahtumien monimutkainen keskinäinen aikariippuvuus.
5.2 Ajasta riippuva tapahtumapuumalli
Tulipalo on äkillinen ja dynaaminen tapahtuma. Vikapuun tai tapahtumapuun staatti
suudesta johtuen tulipalon kehittymisen mallinnuksessa joudutaan tekemään huo
mattavia yksinkertaistuksia. Ajasta riippuvassa tapahtumapuumallissa tulipalon ke
hittyminen jaetaan useaan aikajaksoon. Aikajaksot valitaan siten että tarkasteltavan tulipalon ja siihen liittyvän systeemin muutosnopeuden ollessa suurin on aikajakso
jen pituus pienin ja hitaamman muutoksen aikana aikajaksojen pituus on pidempi.
Jokaiseen aikajaksoon liitetään tapahtumapuu, johon liittyvät todennäköisyydet riip
puvat palon kehittymisestä. [19] Ajasta riippuvassa tapahtumapuumallissa voidaan ottaa huomioon todennäköisyydet esimerkiksi henkilökunnan alkusammutuksen mahdollisuudelle palon eri vaiheissa. Yksinkertaisemmassa tapahtumapuussa toden
näköisyys ei riipu palon ajallisesta kehityksestä, jolloin yksinkertaistus on huomat
tava.
Kuvassa 4 on kullakin ajanjaksolla käytetty tapahtumapuu. Kullakin ajanjaksolla voidaan olla vain yhdessä tapahtumapuun tilassa {AI-AIO). Nämä tilat ovat toisensa poissulkevia tiloja, joiden todennäköisyyksien summan on aina oltava yksi. Tapah
tumapuun tilat ovat:
