Сугак Е.В., Кучкин А.Г., Окладникова Е.Н. Надежность технических систем и техногенный риск. Часть 1. Техногенная безопасность

Подождите немного. Документ загружается.

обобщенных макроэкономических показателей [4]. Хотя вследствие ЧС ущерб на-

носится непосредственно отдельным экономическим объектам (предприятиям, ор-

ганизациям, населенным пунктам, отдельным гражданам), для экономической оценки

необходим учет экономического взаимодействия разрушенных объектов в рамках

выполнения ими общественно важных производственных и социальных функций.

В частности, разрушение предприятий вследствие аварии в экономическом плане

характеризуется не столько размерами нанесенного физического ущерба, сколько

сокращением его производственных возможностей – «выбытием производственных

мощностей», потерей экономических ресурсов, важных для выполнения предпри-

ятием производственных и социальных функций. Ущерб от действия этого факто-

ра во времени снижается экспоненциально в процессе замещения другими объек-

тами выполняемых разрушенным объектом функций.

Макроэкономические последствия ЧС имеют место в случае, когда ущерб

отражается на расходной части федерального бюджета. Если ущерб отражается

лишь на бюджете субъекта федерации, говорят о макроэкономических последст-

виях регионального уровня.

В России в начале 1990-х годов наблюдалась негативная тенденция роста

числа и масштабов последствий ЧС природного и техногенного характера, которые

начали сказываться на эффективности экономики и безопасности государства [32].

После стабилизации экономического положения негативные тенденции стали за-

медляться [4].

Макроэкономический анализ последствий ЧС предполагает сис-

темный подход, основанный на учете как прямых, так и косвенных ее

последствий, в том числе отдаленных. Макроэкономические последст-

вия измеряются как через общепринятые общеэкономические показа-

тели типа валовой внутренний продукт, конечный продукт и его ос-

новные составляющие, объемы производства и потребления, производ-

ственные мощности и пр., так и через частные показатели  объемы

душевого потребления, включая обеспечение продуктами питания и дру-

гими элементами жизнеобеспечения.

Поскольку все происходящее на Земле рассматривается современ-

ным обществом пока с позиций пользы или ущерба (в широком смысле)

для человека, следует признать ведущую роль социального ущерба.

Поэтому, экономические ущербы и риски часто переводят в социаль-

ные, т. е. устанавливают соотношение между экономическим ущербом

в стоимостном выражении и индивидуальным риском преждевремен-

ной гибели. И наоборот, оценивают экономические последствия собы-

тий, связанных с потерей человеческой жизни. По сути, если опустить

этический аспект, то можно говорить о цене человеческой жизни.

Для сравнительного анализа ущербов от действия различных

факторов, выработки в условиях финансовых ограничений рациональ-

ных мер по управлению риском, возникающих при выполнении раз-

личных видов деятельности, определения справедливого размера соци-

ально-экономических компенсаций за дополнительные факторы риска

необходима исходная информация об ущербе (или предотвращенном

в результате принятых мер ущербе) не в натуральных единицах, а в стои-

мостном выражении. Это требует, кроме других составляющих ущерба,

от различных негативных событий оценивать жизнь человека.

Для государства социальные потери связаны с экономическими

потерями через стоимость человеческой жизни. Жизнь человека также

имеет вполне определенную цену, размер которой может быть установ-

лен различными косвенными методами. Стоимость и цена жизни суще-

ственно зависят от уровня социально-экономического развития страны.

Предлагаются различные методы определения цены человеческой

жизни как денежного выражения ее стоимости, обладающие как дос-

тоинствами, так и недостатками [4]:

 затраты общественно необходимого рабочего времени на содер-

жание, воспитание и образование человека;

 прибыль, которую могло бы принести продолжение деятельно-

сти человека;

 определение цены жизни с позиций человеческого потенциала

(по способности физического лица зарабатывать деньги  мерой стои-

мости жизни является суммарная заработная плата лица, не получен-

ная им по причине преждевременного ухода из жизни);

 оценивание на основе определения страховых премий и ком-

пенсаций по суду;

 оценивание по готовности физических лиц платить за устране-

ние риска смерти;

 оценивание по инвестициям общества, направленным на сниже-

ние риска преждевременной смерти отдельного индивидуума;

 оценивание на основе установления взаимосвязи безопасности

и качества жизни отдельных индивидов.

Очевидно, что метод и результат расчета в значительной степени

определяются поставленной целью. Так, ущерб от потери человеческой

жизни для государства, оцениваемый стоимостью человеческой жизни,

необходим для прогноза суммарного ущерба в масштабе всей страны

от различных факторов в интересах макроэкономического управления

социально-экономическим развитием.

Цена жизни (или цена риска в задачах, когда смерть возможна

потенциально) широко используется во всем мире в качестве эконо-

мического эквивалента различных факторов риска при их сравнитель-

ном анализе, расчете экономической эффективности мер по обеспече-

нию безопасности от определенного фактора в интересах обоснования

рациональных мер по снижению интегрального риска для человека.

При обосновании мер защиты в качестве выгоды обычно рас-

сматривают предотвращенный ущерб. По различным факторам риска

и мероприятиям защиты от них (медицинские мероприятия, меро-

приятия по повышению безопасности дорожного движения, сниже-

нию экологического риска и др.) цена риска получается различной,

так как готовность общества к затратам на устранение различных

рисков существенно зависит от их восприятия.

Подход к определению цены риска на основе принципа обосно-

вания можно распространить на отдельную технологию, вид деятель-

ности, отрасль промышленности, вооруженные силы или другие сило-

вые министерства, государство в целом.

Цену радиационного риска можно оценить из баланса затрат

на повышение радиационной безопасности и числа спасаемых в ре-

зультате принимаемых мер жизней.

Узнав цену различных рисков, можно решить обратную задачу 

определение затрат на снижение наибольших рисков до приемлемого

уровня [4].

Цену жизни можно определить из анализа условий, на которые

потенциальные участники соглашаются в некоторой опасной операции

или деятельности. Тем самым они фактически оценивают свою жизнь.

Так как эти условия связаны с качеством жизни, то через цену жизни

устанавливается взаимосвязь между качеством жизни и безопасностью.

При принятии решения на проведение определенной рискован-

ной операции часто исходят из концепции приемлемого риска, т. е. пы-

таются убедить ее участников в том, что риск от участия в ней не пре-

вышает риска в операции, которую они уже приемлют. Однако сум-

марная угроза здоровью и жизни в любом случае возрастает. Недоста-

ток концепции приемлемого риска состоит в том, что она не учитыва-

ет выгоды, которые конкретный человек может получить от участия

в операции, а практика показывает, что при определенной величине воз-

награждения всегда находится достаточное число желающих рискнуть.

Таким образом, приемлем тот риск, который оправдан, и в тех

случаях, когда решение зависит от самого рискующего, следует перей-

ти от концепции приемлемого риска к концепции оправданного рис-

ка, т. е. учитывать не только потери, но и эффект от рискованной опе-

рации. Хотя для обеспечения безопасности членов общества в мас-

штабе государства вполне обоснованно принята концепция приемлемо-

го риска, а регулирование личной безопасности каждый человек (в ча-

стности, при принятии решения на участие в опасной операции) осу-

ществляет на основе критерия «затраты  выгоды». При этом человек

принимает решение на участие в опасной операции сам, но на опреде-

ленных условиях, связанных с желанием повысить качество жизни.

При принятии решения на определенных условиях (за определенное

вознаграждение) участник берет во внимание риск потери в опасной

операции жизни и здоровья и тем самым сознательно или неосознанно

оценивает свою жизнь. Фактически, рискуя жизнью в опасной опера-

ции, участник взамен получает часть ее стоимости, зависящую от ве-

личины риска. Таким образом, участники операции принимают реше-

ние исходя из принципа обоснования. При этом, выгоды  это возна-

граждение или компенсация (в зависимости от исхода операции для ее

участника), а затраты – это потеря с некоторой вероятностью жизни.

В целом цена жизни складывается стихийно, согласно законам

спроса и предложения. Спрос определяется потребностью в опасных опе-

рациях и наличием ресурсов на их проведение. Ресурсы определяются

из решения более общей задачи обоснования ее целесообразности.

Предложение зависит от числа людей, готовых идти на риск за пред-

лагаемое вознаграждение ради повышения качества своей жизни. Ди-

намика цены жизни повторяет динамику уровня экономического раз-

вития [4].

На основе изложенного подхода можно определить цену жизни

различных категорий персонала по информации о вероятности смерти

в операции и приемлемых для ее организаторов и участников услови-

ях участия в ней. Каждый человек оценивает свою жизнь по-разному,

поэтому для генеральной совокупности людей определенной категории

в каждой стране свойственен значительный разброс индивидуальных оце-

нок цены жизни. Однако для среднестатистического человека из опре-

деленной профессиональной категории цена жизни вполне детермини-

рована и может быть установлена статистическими методами по дос-

таточно представительной выборке людей данной категории. Для этого

могут быть использованы опыт уже проводившихся операций, аноним-

ное анкетирование  определение условий, на которых представители

достаточно обширной выборки согласны участвовать в операции при

фиксированном уровне риска.

2.7. СОЦИАЛЬНО-ПОЛИТИЧЕСКИЕ ПОСЛЕДСТВИЯ

АВАРИЙ И КАТАСТРОФ

К социально-политическим последствиям ЧС относятся [4]:

 демографические  гибель, ухудшение здоровья людей; мигра-

ционные процессы; изменение половозрастной структуры и т. д.;

 этнополитические  смещение этнического баланса; обостре-

ние противоречий между коренными жителями и переселенцами и т. д.;

 социально-психологические  депрессия, чувство страха и рас-

терянности; проявления агрессивности;

 девиантные  рост числа психических заболеваний, злоупот-

ребление алкоголем, активизация криминального поведения;

 социальные  снижение уровня жизни, безработица; конфлик-

ты между потерпевшими и ликвидаторами, между группами, понесши-

ми разный материальный ущерб;

 социально-культурные  изменение ценностных ориентаций,

например, повышение религиозности и т. д.;

 политические  изменение политической ориентации населе-

ния, повышение протестного потенциала; обострение международных

отношений.

Социально-политические последствия ЧС можно свести к трем

основным составляющим [4]:

 социальная напряженность, которая в зависимости от состояния

общества и сочетания влияющих факторов простирается от солидар-

ности до конфликтов и беспорядков;

 политическая стабильность  от политической консолидации

до радикальных акций протеста;

 социально-политическая устойчивость  от интеграции до дезин-

теграции.

2.8. ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ УЩЕРБ

Прямой экологический ущерб при техногенных ЧС обусловлен

негативным воздействием на почву, растительный и животный мир, во-

доемы, атмосферу, а его оценки связаны с негативным влиянием на ны-

нешнее поколение людей. Косвенный экологический ущерб имеет гло-

бальный масштаб, например, нарушение климатического баланса, ухуд-

шение качества природных ресурсов. Он следует из негативного влия-

ния на жизнедеятельность будущих поколений людей.

Как экономический, так и экологический ущербы связаны с со-

циальными. Именно человек в процессе хозяйственной деятельности

определяет, какие экосистемы и на какой территории он должен со-

хранить как для себя, так и для потомков. Общество определяет при-

родоохранную политику исходя из общественной значимости терри-

торий и акваторий при подчиненном значении степени их загрязнен-

ности. В настоящее время внедряются в основном лишь следующие

принципы [4]:

 равномерности  уменьшение антропогенных нагрузок вырав-

ниванием по территории страны;

 эффективности  проведение первоочередных мероприятий там,

где легче и быстрее выйти на приемлемый уровень качества среды;

 учета уникальности нарушаемых при хозяйственной деятель-

ности природных объектов.

Применяемые в настоящее время методики оценки последствий загрязнения

окружающей среды в основном ориентированы на экологическое воздействие нор-

мально (т. е. с небольшими отклонениями) функционирующих промышленных

и других объектов на природу и население и используются, в основном, для обос-

нования характеристик систем очистки выбросов и стоков, размещения объектов-

загрязнителей, выбора их технологий и т. п. Методы и модели влияния аварий

и связанных с ними выбросов значительно больших количеств вредных веществ

и более интенсивными воздействиями других факторов менее разработаны [4; 10; 14].

Вместе с тем, есть основания полагать, что последствия крупных аварий могут

значительно отличаться от последствий не столь интенсивных, пусть даже посто-

янных, воздействий, что не позволяет обоснованно использовать накопленную ме-

дицинскую статистику и результаты экологического мониторинга [4]. Большинство

существующих методов оценки ущерба от аварий рассматривают одномоментные

последствия, хотя для социально-экономических и экологических систем (биоце-

нозов) возможны долговременные либо отдаленные последствия. Среди таких по-

следствий характерна деградация всего биоценоза, размеры которого существенно

превосходят площадь непосредственного воздействия аварии.

Выбор метода оценки экологического ущерба ЧС зависит от вида

воздействий и степени их изученности. При наличии необходимых ис-

ходных данных используется метод прямого учета затрат на восста-

новление контрольного объекта до исходного состояния. При наличии

большого числа реализаций (длительные наблюдения, частые события)

применяют методы, основанные на статистическом анализе информа-

ции о размерах воздействий и их последствиях.

К экономическим оценкам экологических последствий следует

подходить критически. Так, в местах, давно обитаемых, с интенсивной

хозяйственной деятельностью нет оснований полагать, что предшест-

вующая аварии деятельность не изменяла природную среду или изме-

няла ее в лучшую сторону, поэтому не всегда целесообразно восста-

навливать существовавшее до аварии состояние. Нормативы платы

за выбросы, используемые при оценке экологического ущерба, пред-

ставляют в большей степени ставки некоего специфического налога

на некоторые аспекты хозяйственной деятельности предприятий и да-

леко не обеспечивают компенсацию действительного ущерба. Более того,

плата за размещение вредных веществ в природной среде не пресле-

дует цели возмещения ущерба, а используется для природоохранных

мероприятий.

Экономические оценки экологических воздействий предполагают

некую проекцию действительного экологического ущерба на хозяйст-

венные и социальные условия и отношения. Полный экологический

ущерб, определяемый как изменение всей совокупности элементов

природы в зоне воздействия, как в момент аварии, так и с учетом от-

даленных последствий (изменение траектории развития экосистемы)

не рассматривается. Полный ущерб не всегда может быть определен

и не всегда возможна его полная компенсация, поэтому экономическая

оценка экологического ущерба должна включать только те составляю-

щие, по которым могут быть предъявлены иски. Полное возмещение

ущерба, особенно от крупных аварий, невозможно также по причине

ограниченности финансовых ресурсов страхователя, страховщика и го-

сударства.

Результатом воздействия аварии, в зависимости от ее масшта-

бов, длительности, места и времени выброса, метеоусловий и т. п. мо-

гут быть гибель людей, ранения или заболевания людей с последую-

щей полной или частичной временной или постоянной потерей трудо-

способности, гибель наземных и водных животных и растений, потери

(полные или частичные) движимого и недвижимого имущества треть-

их лиц (юридических и физических), потери сельскохозяйственной

или другой продукции и неполучение доходов при произведенных за-

тратах, недопроизводство товаров и услуг из-за вынужденных просто-

ев предприятий.

Ущерб от загрязнений основных компонент окружающей природ-

ной среды (воздух, вода, почва, растительный и животный мир) может

быть оценен, исходя из затрат на частичное или полное восстановле-

ние (не всегда целесообразно). Что касается воздушной среды, то для нее

затраты на восстановление не рассматриваются, поскольку сам про-

цесс восстановления (диффузия газа в атмосфере) происходит естест-

венным образом.

Затраты на восстановление водной среды целесообразно рассма-

тривать в случае, если загрязнению подвергается источник пресной

воды. В этом случае учитываются затраты на водоснабжение на пери-

од ликвидации последствий. Необходимость восстановления почвенно-

го покрова может возникнуть при взрыве и пожаре, радиоактивном за-

грязнении, разливе нефтепродуктов и в других случаях. Здесь величи-

на затрат будет определяться площадью и качеством рекультивируе-

мой земли, включая восстановление почвенного покрова и посадки де-

ревьев.

3. МЕТОДЫ АНАЛИЗА БЕЗОПАСНОСТИ И РИСКА

Научной основой определения объектовых рисков, возможностей

и вероятностей возникновения тяжелых аварийных и катастрофичес-

ких ситуаций в ответственных технических системах и объектах явля-

ются фундаментальные закономерности физики, химии и механики ка-

тастроф в детерминированной и вероятностной постановке [75–78].

Эти закономерности описывают временную кинетику и динамику опре-

деляющих процессов повреждения в штатных и аварийных ситуациях,

ведущих к сценарному построению изменения состояний сложных тех-

нических систем. При этом одним из главных положений такого ана-

лиза рисков является постулат о возникновении и развитии механиче-

ских повреждений в несущих элементах, заканчивающихся их разруше-

нием (частичным или полным) [12; 79–84; 100; 104].

3.1. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ АНАЛИЗА

БЕЗОПАСНОСТИ И РИСКА

Процессы разрушения при действии первичных или вторичных

поражающих факторов присутствуют в большинстве техногенных ава-

рий и катастроф  взрывах, пожарах, столкновениях, обрушениях, про-

боях. Сами акты накопления и развития механических повреждений

и разрушений, усугубляющихся воздействиями окружающей среды (кор-

розия, радиация, износ, кавитация), подлежат прямому количествен-

ному анализу при оценке вероятности негативного события и возмож-

ного ущерба.

Количественный и качественный анализ функционалов U на базе

сложных динамических нелинейных моделей должен предусматривать

построение физических и математических сценариев как самих аварий

и катастроф, так и моделей повреждений, наносимых ими населению D

техническим объектам, системам D

и среде обитания D





, , .

u n t s

U F D D D

 (3.1)

Каждое из указанных повреждений может находиться в прямом,

диссипативном или синергетическом взаимодействии, определяя меры

хаоса и порядка в социальной, техногенной и природной сферах. Вели-

чины U в выражении (3.1) могут измеряться большим числом опреде-

ляющих параметров (индивидуальные и коллективные риски, продолжи-

тельность жизни для населения, степень разрушения и вывода из экс-

плуатации объектов и систем, уничтожение объектов и систем, крат-

ко- и долгосрочное загрязнение окружающей среды и т. д.).

Вероятностные характеристики Р условий возникновения и раз-

вития техногенных аварий и катастроф определяют степень опасности

технических объектов и систем, технологических процессов, соответ-

ствующих материалов и веществ, участвующих в рабочих процессах:





, , , , ,

P F F N t S

  (3.2)

где F  экстремальные или близкие к ним внешние и внутренние воздействия и на-

грузки (тепловые, механические, электромагнитные) как в условиях штатного

функционирования, так и в чрезвычайных (аварийных и катастрофических) ситуа-

циях; N и   цикличность (повторность) и длительность воздействий и нагрузок;

t  уровни температур и тепловых полей; S  параметры сопротивления материа-

лов и элементов системы к воздействиям и нагрузкам, зависящие от N,  и t.

В основе построения функционала (3.2) находятся детерминиро-

ванные и вероятностные закономерности физики, химии и механики

катастроф, сформулированные в последние годы в рамках соответст-

вующих фундаментальных наук [18; 21; 79–84; 100]. На основе урав-

нений (3.1)–(3.2) строится теория управления техногенными рисками

и защиты населения и природно-техногенной сферы от чрезвычайных

ситуаций [8; 30; 32; 34; 46; 53; 57; 85–88; 177; 180; 184]:









, , .

z z r

F m Z R F U P

  (3.3)

Исследование, нормирование и законодательное регулирование

функционала F

, Z} является предметом фундаментальных и при-

кладных разработок. С использованием вышерассмотренных уравнений

строятся системы защиты населения, объектов и среды обитания от по-

ражающих факторов аварий и катастроф. При этом для ядерных, хи-

мических, биологических аварий и катастроф, с исключительно высо-

кими рисками и глобальными, национальными и региональными послед-

ствиями должны обеспечиваться минимальные величины Р, не только

за счет многоуровневых барьеров и методов зашиты (лежащих в основе

повышения безопасности), но и путем разработки критериев и систем

естественной (внутренне присущей) безопасности. Такие принципы и сис-

темы предусматривают парирование опасных процессов на стадии воз-

никновения и развития чрезвычайных ситуаций неуправляемым изме-

нением самих рабочих процессов, а также сопутствующими естествен-

ными физико-химическими и механическими процессами (конвекция,

массо-, теплообмен, химические и биологические реакции, торможение,

деструкция, демпфирование и др.).

Фундаментальная проблема анализа безопасности сводится к соз-

данию обобщенных моделей технических систем высокорисковых объ-

ектов для анализа возникновения и развития аварий и катастроф. Эти

модели характеризуются многоуровневой структурой, затрагивая гло-

бальные, локальные и объектовые аспекты безопасности.

Информационно-математическое обеспечение и системные мате-

матические модели, разрабатываемые с целью предотвращения и мо-

ниторинга аварийных ситуаций и катастроф, прогнозов и оперативной

ликвидации их последствий, ориентированы на решение задачи по-

строения обобщенных математических моделей сложных технических

систем на разных стадиях возникновения и развития аварий и катаст-

роф. К ним относятся анализ аварий и катастроф, задачи создания ал-

горитмов их математического моделирования, алгоритмов и программ

математического моделирования аварий и катастроф с учетом их мас-

штабов.

Составными элементами такого подхода являются [12]:

 разработка методов математического моделирования развития

аварий и катастроф в системе «объект – персонал – среда»;

 анализ возможностей моделирования при существенных огра-

ничениях на объем исходной информации, мощность вычислительных

средств и время счета;

 построение математических моделей технической системы и ее

системы управления для прогноза возможных аварийных ситуаций и ана-

лиза их последствий;

 разработка методов, алгоритмов и системы программного обес-

печения для математического моделирования возникновения и разви-

тия аварий объектов исключительной потенциальной опасности (кос-

мических систем, летательных аппаратов, атомных подводных лодок,

ядерных реакторов);

 создание математических моделей развития аварий в мехатрон-

ных системах с персоналом и аварийной техникой для использования

в алгоритмах предупреждения аварий;

 математическое моделирование механического разрушения кон-

струкций и систем защиты под действием высокоскоростных ударных

волн;

 разработка универсальной синергетической модели динамики

технических систем при авариях и катастрофах;

 разработка методов моделирования нелинейных неизотермиче-

ских процессов деформирования и разрушения трехмерных тел.

Основными направлениями научных разработок являются [183]:

 прогноз развития опасных природных явлений и оценка риска

техногенных катастроф;

 информационное обеспечение и управление рисками техноген-

ных и природно-техногенных катастроф;

 развитие эффективных методов зашиты населения и террито-

рий от опасных природных явлений и техногенных катастроф.

Научную основу анализа безопасности технических систем, вклю-

чающих потенциально опасные технические объекты, операторов, на-

селение и окружающую среду, составляют [12]:

 физика, химия и механика катастроф;

 математическое моделирование сценариев аварий и катастроф;