Рассматривается обеспечение безопасности функционирования систем со сложной иерархической структурой (объекты хранения и уничтожения химического оружия, арсеналы и базы хранения боеприпасов, летательные аппараты, объекты ядерной энергетики и др.). В качестве иллюстрации приводятся результаты моделирования и оценки риска от деятельности объектов по уничтожению химического оружия в Пензенской области.
Ключевые слова: безопасность систем, объекты повышенной опасности, уничтожение химического оружия, распространение отравляющих веществ, методы оценки риска.
Несмотря на то, что абсолютная безопасность объектов является не достижимой, при их проектировании возможность возникновения тяжелых аварий в ходе эксплуатации следует исключить. К основным задачам теории безопасности объектов относятся задачи разработки методов расчета на безопасность и обоснования количественных требований к безопасности. При оценке безопасности рассматриваемых объектов используются как феноменологический (детерминированный), так и вероятностный и системный подходы.
При феноменологическом (причинно-следственном) подходе дается описание отказа и аварийной ситуации как детерминированного процесса; осуществляется анализ последовательности этапов развития отказа и аварии от исходного состояния до конечного установившегося состояния; делается прогноз хода аварийного процесса методами математического моделирования.
При вероятностном подходе анализируются разветвленные цепочки событий и отказов оборудования, а также действия персонала при развитии аварийных процессов. Количественный анализ надежности и безопасности на базе вероятностно-статистических исследований делает возможным: обоснованный выбор вариантов между конкурирующими техническими решениями; оценку вклада различных факторов и систем в показатели надежности и безопасности, учет этих вкладов при выборе путей повышения безопасности систем; выделение сценариев отказов, аварий и событий, в наибольшей степени влияющих на последствия отказов и аварий; обоснование границ приемлемого риска с оценкой конкретных вариантов проектных решений объекта. Преимущества такого подхода: получение количественных значений надежности и безопасности; возможность анализа практически неограниченного числа аварийных последовательностей. Недостатки: высокая неопределенность исходных данных по отказам оборудования; упрощенные расчетные модели отказов и аварийных процессов ограничивают необходимую достоверность получаемых оценок риска; сложности количественной оценки параметров надежности персонала; трудности интерпретации вероятностных оценок в диапазоне 10–7…10–8 и менее. Дело в том, что при нормальном распределении в соответствии с правилом трех сигм 
вероятность того, что абсолютная величина отклонения превысит утроенное средне-квадратическое отклонение, равна 0,0027. Другими словами, лишь в 0,27 % случаев так может произойти (исходя из принципа невозможности маловероятных событий, их можно считать практически невозможными); 10–7…10–8 значительно меньше 0,0027 (применение теории вероятностей при таких малых значениях вероятностей становится проблематичным). Несмотря на указанные недостатки, вероятностное направление теории надежности и безопасности все же пока остается одним из основных инструментов проектирования сложных систем.
Системный подход [1…4] фактически является сочетанием феноменологического и вероятностного направлений. Его преимущества: возможность выявления путей развития отказов и аварийных ситуаций с учетом закономерностей протекания процессов в оборудовании, взаимодействия отказов в подсистемах и возможных действий персонала; возможность детального рассмотрения различных цепочек развития отказов и аварийных процессов с отбрасыванием тех из них, вероятность которых признается пренебрежимо малой.
При проектировании многих объектов повышенной опасности, как правило, аналоги отсутствуют. Поэтому подавляющее большинство требований к безопасности объекта можно назначить лишь исходя из качественного анализа пределов безопасности, так как количественные требования к ним невозможно определить эволюционно по мере накопления опыта проектирования и эксплуатации [5…7]. Назначение количественных требований к безопасности позволяет наряду с экспертными методами оценок использовать известную концепцию риска от тяжелых аварий Фармера-Расмуссена. С точки зрения составления вероятностной модели рисказадача обеспечения безопасности объекта, таким образом, сводится к определению значения приемлемого (допустимого) риска (с учетом медико-биологических, экономико-экологических и глобально-социальных факторов). Во многих случаях основным последствием аварий считается количество пораженного населения.
Приводимая методика оценки риска предполагает оценку индивидуального риска, а также учитывает вероятность совместной реализации факторов, приводящих к поражению населения. Так, для объектов хранения и уничтожения химического оружия в качестве основных факторов принимались направление и скорость ветра в месте нахождения объекта, количество пролитого отравляющего вещества (ОВ); ими, а также некоторыми другими характеристиками атмосферы и определялась зона заражения. Масштабом последствий для населения от возможных аварий при уничтожении химического оружия определялся коллективный риск.
Применение вероятностного подхода может привести к неоправданному занижению размеров зоны поражения, что может поставить под угрозу безопасность гражданского населения, проживающего вблизи нее. Поэтому в качестве альтернативного подхода для оценки риска использовался и другой подход, предлагаемый в известном документе «Методика прогнозирования масштабов заражения сильнодействующими ядовитыми веществами при авариях (разрушениях) на химически опасных объектах и транспорте» (РД 52.04.253–90). При определении параметров зон заражения в соответствии с указанным документом можно существенно уменьшить риск при выбросе отравляющего вещества. Однако и указанный подход к определению зоны заражения в связи с малой вероятностью такой тяжелой аварии в полной мере не отвечает требованиям (полный учет возможных тяжелых аварий практически невозможен; фактически исключается возможность строительства атомных электростанций или других объектов повышенного риска).
Иногда отсутствие статистических данных не позволяет определить вероятности тяжелых аварий с требуемой точностью. Поэтому должен быть выбран такой технологический процесс, который может обеспечить принятые значения вероятностей указанных аварий. Так как уровень допустимого риска при выбросе ОВ в атмосферу фактически задается, то не исключается возможность получения и различных зон заражения (уровень допустимого риска при выбросе ОВ следует выбрать равным нулю).
Изложенное приводит к необходимости использования вероятностного подхода, позволяющего оценить коллективный риск с учетом сезонного распределения вероятностей направления и скорости ветра, заданного количества пролитого ОВ и распространения облака с учетом вероятностных характеристик метеоусловий.
Осуществлена разработка программно-алгоритмического обеспечения по оценке риска от деятельности объекта по уничтожению химического оружия (рис.1). Программа включает в себяметодику оценки риска от деятельности ОУХО по 10 параметрам (оценка количества пораженного населения, ущерб флоре и фауне, включая необходимость рекультивации земель и т. д.). При необходимости количество параметров может быть увеличено. Основное внимание, естественно, уделяется вопросам поражения населения в результате разлива ОВ. Проводится оценка вероятности количества разлитого ОВ с учетом коррозии боеприпасов, возможности их падения со стеллажей, различных видов транспортировки при заданных вероятностях террористических актов.
Рис. 1. Структурная схема моделирования заражения местности
Приводимая реализация фактически является оболочкой вычислительного комплекса тренажера для подготовки персонала объекта по хранению и уничтожению химического оружия.
При решении ряда других важных задач подтвердилась эффективность рассматриваемых подходов к обеспечению безопасности объектов повышенного риска [4…7].
Литература:
1. Будылина Е. А., Гарькина И. А., Данилов А. М. Моделирование с позиций управления в технических системах// Региональная архитектура и строительство. 2012. № 2. -С. 138–142.
2. Гарькина И. А., Данилов А. М. Управление в сложных технических системах: методологические принципы управления // Региональная архитектура и строительство. 2012. № 1 (12). -С. 39–43.
3. Будылина Е. А., Гарькина И. А., Данилов А. М., Махонин А. С. Основные принципы проектирования сложных технических систем в приложениях / Молодой ученый. 2013. № 5. -С. 42–45
4. Гарькина И. А., Данилов А. М., Лапшин Э. В., Юрков Н. К. Системные методологии, идентификация систем и теории управления: промышленные и аэрокосмические приложения // Известия вузов. Поволжский регион. Технические науки. 2009. № 1. -С. 3–11.
5. Andreev A.N., Danilov A.M., Klyuev B.V., Lapshin É.V., Blinov AV., Yurkov N K. Information models for designing conceptual broad-profile flight simulators / Measurement Techniques. 2000. –Vol. 43(8). -P. 667–672.
6. Плющ А. А., Голованов О. А., Данилов А. М., Гарькина И. А. Обобщенная математическая модель управления безопасностью арсеналов и баз хранения боеприпасов // Вісник Хмельницького національного університету. Технiчнi науки. 2007. № 1. -С. 241–246.
7. Голованов О. А., Яшин Ю. Г., Данилов А. М., Курков С. М. Математическое моделирование процесса развития и исхода противотеррористической операции на базах хранения боеприпасов и средств поражения / Известия Российской академии ракетных и артиллерийских наук. 2006. № 2. -С. 37.
