Исследования проблем безопасночти и качества объектов техносферы

Современные объекты инфраструктуры и техносферы в целом (в том числе машиностроительного комплекса страны гражданского и оборонного назначения) включают десятки тысяч опасных производств и технологических установок, сотни тысяч километров магистральных и технологических трубопроводов, разветвленные системы коммуникаций. Они создаются с применением все более современных технологий — механических, термохимических, плазменных, вакуумных, лазерных, а также нанотехнологий.

Техническое регулирование, нацеленное на обеспечение качества и безопасности, должно осуществляться через определение рисков R аварий и катастроф в технической, природной и социальной сферах и управление ими по заданным параметрам.

По мере перехода от уникальных и единичных объектов (КВО) к серийным (ОПО), массовым и крупносерийным (ОТР) нарастают их суммарное число и интегральные ущербы от несоответствующего качества, необеспеченности надежности и безопасности. При этом начинают резко возрастать риски, переходя в категорию стратегических. В этой связи система государственного надзора за безопасностью и качеством на большом числе КВО, ОПО и ОТР должна охватывать широкий спектр технологий, сценариев катастроф, видов повреждений, условий нагружения, методов диагностики и контроля.

Для КВО гражданского и оборонного комплексов, а также для ряда ОПО на основе обобщения опыта атомной энергетики и ракетно-космической отрасли можно принять следующую классификацию типов аварийных и катастрофических ситуаций, а также степени защищенности объектов при переходе от нормальных условий эксплуатации к аварийным:

· режимные аварийные ситуации при отклонении от нормальных условий эксплуатации (возникают при штатном функционировании потенциально опасных объектов, последствия от них предсказуемы, защищенность достаточная, риски регулируемые);

· проектные аварийные ситуации (возникают при выходе за пределы штатных режимов с предсказуемыми и приемлемыми последствиями, защищенность от них частичная, риски анализируемые);

· запроектные аварийные ситуации (возникают при необратимых повреждениях ответственных элементов с высоким уровнем ущерба и человеческими жертвами; степень защищенности от них недостаточная, в последующем необходимо проведение восстановительных работ, риски повышенные);

· гипотетические аварийные ситуации (могут возникать при не предсказанных заранее вариантах и сценариях развития с максимально возможными уровнями ущерба и жертвами; защищенность от них низкая, и прямому восстановлению объекты не подлежат, риски высокие).

При разработках методов и систем обеспечения качества и защиты особо опасных объектов (КВО, ОПО и ОТР) от угроз природного, техногенного и террористического характера должны постулироваться указанные выше аварийные ситуации и учитываться две базовые задачи:

· снижение рисков инициирующих воздействий и предупреждение чрезвычайных ситуаций (ЧС);

· снижение рисков ЧС вследствие реализовавшихся угроз.

Для защиты КВО и ОПО от инициирующих воздействий и развивающихся ЧС исследуются и разрабатываются следующие типы систем защиты:

· жесткая защита 1 (на ее преодоление необходимо затратить большое количество энергии);

· постоянно действующая функциональная защита 2 (в случае аварии или выхода из режима нормальной эксплуатации элементов сложной технической системы способна взять на себя выполнение отдельных функций системы в течение ограниченного времени либо предотвратить развитие аварии);

· естественная защита 3 (предусматривается использование пассивных природных явлений и процессов, направленных на прекращение аварии и снижение уровня воздействия поражающих факторов);

· комбинированная защита (объединяет свойства жесткой, функциональной и естественной систем защиты).

В связи с угрозой технологического терроризма в дополнение к рассмотренным системам защиты добавляется специальная охранная защита 4, охватывающая сами высокорисковые объекты, их персонал и существующие защитные барьеры.

Снижение рисков для КВО, ОПО и ОТР, как правило, достигается применением комплекса всех указанных систем защиты.

При этом важно учитывать роль человеческого фактора в оценке системных рисков RS при изменении PN не только применительно к операторам и персоналу, их профессиональным и физиологическим качествам, но и к лицам, принимающим решения на всех уровнях государственного управления национальной безопасностью.

Вероятности Pт существенно зависят от уровня защищенности КВО, ОПО и ОТР от аварий и катастроф. Эта защищенность определяется качеством их исходного и текущего состояния, степенью деградации объектов на заданной стадии эксплуатации, уровнем диагностирования и мониторинга.

Такое положение указывает на прямое взаимодействие параметров Pт и PN с учетом базовых показателей надежности и качества объектов техносферы.

Вероятности Pо, как известно, зависят от проявления опасных природных процессов, а также от состояния КВО, ОПО и ОТР и, следовательно, от Pт. Принятие необоснованных (с точки зрения стратегических рисков) решений о размещении объектов техносферы и зон проживания людей делает параметр Pо зависящим и от PN.

Величины UN, Uт и Uо могут измеряться как в натуральных единицах (например, числом погибших людей, числом разрушенных объектов и площадью поврежденных территорий), так и в эквивалентах (например, в экономических, денежных показателях).

В целом в России с учетом социально-экономических преобразований базовые характеристики рисков R аварий и катастроф природно-техногенного характера, определяемые их ущербами U (или тяжестью T) и вероятностью P (или числом N), имеют сравнительно сложный характер изменения во времени t с общей тенденцией к возрастанию.

Улучшение качества продукции и повышение уровня подготовки специалистов способствуют снижению вероятностей возникновения аварий и катастроф и сопутствующих им ущербов U.

В случаях, когда для КВО, ОПО и ОТР определены риски RS (для населения RN, объектов техносферы Rт, окружающей среды Rо), поверхность предельных состояний может быть построена в величинах системных рисков. Для достижения приемлемой защищенности КВО, ОПО и ОТР необходимо проведение комплекса мероприятий по снижению RS.

Если на шкалах Rт, RN и Rо отложить градацию категорий 1—7 для аварий и катастроф по степени возрастания их тяжести (1 — объектовые, 2 — локальные, 3 — местные, 4 — региональные, 5 — национальные, 6 — глобальные, 7 — планетарные), становится возможной количественная оценка степени безопасности любого объекта по критериям рисков. Такую оценку в трехмерном пространстве можно получить с помощью радиус-вектора «Rт — RN — Rо».

Безопасность по критериям рисков может считаться обеспеченной, если будет достигнуто неравенство nS ≥ 1. Для России в настоящее время по основным показателям системных рисков величины nS крайне низки (не более 0,01—0,1).

Управление и планирование в области обеспечения безопасности с использованием критериальной базы, основанной на рисках, сводится к следующим основным задачам:

· развитию научных методов анализа рисков RS и их основных параметров PS и US;

· принятию решений об уровне допускаемых величин [RS], [PS] и [US] с оценкой величин запасов nS; снижение рисков с выбором и повышением эффективности затрат (mZ).

При этом прогнозирование, мониторинг и предупреждение аварий и катастроф на КВО, ОПО и ОТР (в том числе благодаря повышению всех показателей качества) оказываются существенно эффективнее, чем ликвидация последствий ЧС. Величины Z при надлежащем обосновании мероприятий по снижению рисков могут быть значительно (в mZ раз) ниже ущербов US, наносимых экономике страны незащищенностью объектов.

При разработке основ государственной политики, нормативно-правовой базы, проектов федеральных программ и пилотных отраслевых и объектовых проектов по обеспечению защищенности КВО, ОПО и ОТР, населения и среды жизнедеятельности от угроз техногенного, природного и террористического характера приоритетное значение приобретают следующие научные исследования и разработки:

· развитие научной критериальной базы оценки качества и состояния КВО, ОПО и ОТР и составление государственных регистров для объектов техносферы;

· формирование научных основ и принципов построения систем защиты — жесткой, функциональной, естественной, охранной и комбинированной;

· создание теории и методов контроля, диагностики, мониторинга и прогнозирования рисков для КВО, ОПО и ОТР на стадиях их проектирования, изготовления, эксплуатации и вывода из эксплуатации;

· разработка учебно-методических основ подготовки и переподготовки специалистов и руководителей всех уровней в области обеспечения защищенности КВО, анализа и управления рисками.