Введение к работе
Актуальность работы. В декабре 2011 г. в результате активных многолетних переговоров Российская Федерация вступила во Всемирную торговую организацию (ВТО), деятельность которой направлена на подготовку комплекса правовых документов, определяющих права и обязанности правительств в сфере международной торговли товарами и услугами. Российская Федерация с целью стать полноправным участником международной торговли в 2003 г. утвердила Федеральный закон №184-ФЗ «О техническом регулировании» (ФЗ №184-ФЗ), основные положения которого базируются на положениях Соглашения о технических барьерах в торговле ВТО, а также на Директиве Европейского Союза (ЕС) «О процедуре представления информации в области технических регламентов (ТР) и стандартов». Такой подход позволит разработать оригинальные новаторские методы, ликвидирующие технические барьеры для свободного обращения продукции на мировом рынке.
ФЗ №184-ФЗ юридически закрепил основы проведения реформирования сложившейся за многие десятилетия системы технического нормирования, с целью обеспечения эффективности регулирующего воздействия в трёх направлениях: 1) в области установления, применения и исполнения обязательных требований, предъявляемых государством в ТР к объектам технического регулирования (материальным объектам, технологическим процессам, работе, услугам); 2) в области установления и применения на добровольной основе требований национальных стандартов (НС), стандартов организации (СТО) и сводов правил (СП) к характеристикам продукции, правилам осуществления и характеристикам процессов проектирования; 3) в области оценки соответствия (согласно ФЗ №184-ФЗ формы и схемы оценки соответствия должны быть изложены в ТР и основываться на оценке риска причинения вреда).
Существует мнение, что нормативно-техническую основу, сложившуюся в СССР до введения ФЗ №184-ФЗ, можно также отнести к системе технического регулирования, составными частями которой являлись законодательные акты, стандартизация, государственный надзор и ведомственный контроль. Однако стандарты отвечали, в основном, развитию отраслей народного хозяйства и государства, обеспечению безопасности людей уделялось меньше внимания, чем в ФЗ №184-ФЗ, основанном на приоритете безопасности человека, окружающей среды и имущества любой формы собственности. В соответствии с ФЗ №184-ФЗ ТР с учетом допустимого риска причинения вреда должны устанавливать минимально необходимые требования к продукции, обеспечивающие различные виды безопасности. С момента принятия ТР типовые решения НС и других нормативных документов каждой отрасли должны определяться по величине допустимого риска с применением схем и форм соответствия ТР. Принятый в ТР допустимый риск равен приемлемому риску, представленному в НС
или международном стандарте, или заново обосновывается и принимается в ТР как допустимый риск, если в стандартах данной отрасли его не было. Именно этот риск, согласно ФЗ №184-ФЗ, обеспечивает минимально необходимые требования к безопасности продукции.
К сожалению, в настоящее время создаются ТР, в которых не показана величина допустимого риска, связанная, в свою очередь, с недостаточной комплексной оценкой надежности, отсутствуют формы и схемы соответствия, основанные на вероятностных оценках параметров, а также не прописана процедура оценки риска. Разработчики таких ТР при обосновании отсутствия этих показателей заявляют, что они будут изложены в НС или международных стандартах Таможенного Союза (ТС). Однако этого допускать нельзя, так как НС в соответствии с ФЗ №184-ФЗ будут применяться на добровольной основе, а, значит, обязать выполнять требования добровольного для применения документа не удастся.
В дорожном хозяйстве, где основным структурным элементом выступают автомобильные дороги, с момента утверждения ФЗ №184-ФЗ трехуровневая система технического регулирования создается поэтапно, но, к сожалению, неэффективно. Например, в проектах нормативных документов для вновь строящихся, реконструируемых, капитально ремонтируемых и эксплуатируемых автомобильных дорог общего пользования не приводится детальное описание риска, допускаемого дорожными условиями, уровнем содержания, транспортно-эксплуатационным состоянием дорог, которое, в свою очередь, характеризуется прочностью дорожной одежды.
В рамках работы сформулирована, обсуждена и решена актуальная прикладная проблема создания и совершенствования методологических основ комплексной оценки надежности автомобильных дорог как необходимой базы для нормирования, анализа и оценки риска.
Диссертационная работа выполнялась в рамках НИОКР Федерального дорожного агентства и Программного проекта «Информационное обеспечение» Федеральной целевой программы «Модернизация транспортной системы России на 2002-2010 годы», а также очной докторантуры СГТУ.
Цель исследования - совершенствование и отраслевая реализация методов комплексной оценки надежности автомобильных дорог в системе технического регулирования дорожного хозяйства.
Для достижения цели были поставлены и решены следующие задачи:
Провести аналитический обзор состояния и перспектив развития системы технического регулирования в дорожном хозяйстве для обоснования первоочередных задач совершенствования методов комплексной оценки надежности автомобильных дорог как необходимой базы для определения риска причинения вреда.
Усовершенствовать вероятностные методы оценки показателей качества автомобильных дорог с учетом большего числа параметров надежности и их сочетаний.
Разработать методы гармонизации старой и новой систем технического регулирования в дорожном хозяйстве.
Разработать методику классификации по степени ответственности автомобильных дорог как линейных сооружений с учетом действующего законодательства в области технического регулирования.
Разработать математический аппарат для определения срока службы дорожных одежд нежесткого типа и темпа их разрушения с учетом изменения прочностных показателей дорожной конструкции.
Разработать методику расчета статистических показателей дорожных одежд нежесткого типа при их проектировании на основе математического аппарата оценки влияния вариативности прочностных параметров дорожных конструкций на растягивающие напряжения в монолитном слое.
Разработать взаимосвязанные методики оценки вероятности деградации плодородного слоя почвы, вероятности отрицательного шумового воздействия на человека при производстве дорожных работ и от транспортного потока при эксплуатации дороги, вероятности истощения природных ресурсов под воздействием выхлопных газов от транспортных средств, вероятности распространения пожара по причине недостаточного расстояния от автозаправочной станции (АЗС) до автомобильной дороги и др.
Разработать методику мониторинга и управления качеством дорожных одежд на основе оценки их темпа разрушения и срока службы.
Разработать рекомендации по внедрению результатов теоретических исследований в практику создания и совершенствования нормативно-методических документов на уровне ТР, НС и СТО.
Объектом исследования является автомобильная дорога как объект технического регулирования.
Предмет исследования - методы оценки параметрической надежности с учетом наибольшего количества влияющих факторов на показатели качества автомобильной дороги и их взаимозависимости.
Научная новизна состоит в разработке и отраслевой реализации комплексного теоретико-вероятностного подхода к оценке безопасности автомобильных дорог с учетом их состояния и вероятности потери прочности дорожных одежд с позиции обеспечения требуемого уровня безопасности человека, окружающей среды и имущества любой формы собственности.
Новые научные результаты состоят в следующем:
поставлена и решена проблема гармонизации старой и новой систем технического регулирования;
разработана методика классификации по степени ответственности автомобильных дорог как линейных сооружений с учетом ФЗ № 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений» и ОДН 218.46-01 «Проектирование нежестких дорожных одежд»;
впервые учтено изменение прочностных показателей покрытия и влажности грунта земляного полотна в теоретико-вероятностном подходе
к оценке вероятности разрушения дорожной одежды, ее фактического срока службы, вероятности возникновения растягивающих напряжений в монолитном слое при изгибе и вероятности переувлажнения грунта относительно оптимальной влажности;
предложена методика и система показателей оценки качества дорожных одежд, прогнозирования их эксплуатационного состояния; разработана методика статистического анализа прочности дорожных одежд с целью повышения их несущей способности в условиях ограниченных ресурсов;
предложена методика учета величины допустимой вероятности нарушения сплошности монолитных слоев при изгибе в существующих моделях проектирования дорожных одежд нежесткого типа на основе управления стохастической составляющей прочностных характеристик, включая применение геосинтетических материалов (геоимплантатов);
разработан экспресс-метод анализа состояния и управления качеством дорожных одежд нежесткого типа на основе интегральной комплексной оценки вероятности разрушения дорожной конструкции с целью повышения ее срока службы;
автором разработан ряд методик теоретико-вероятностного подхода для оценки параметрической надежности;
произведен технико-экономический расчет ущерба в жизненном цикле автомобильных дорог, вызванного превышением фактической интенсивности движения относительно допустимой интенсивности.
Основной идеей диссертационного исследования является обеспечение функциональных свойств и механизмов реализации системы технического регулирования автомобильных дорог на основе совершенствования научно-методического сопровождения и проверки соответствия проектных решений.
Концептуальный подход к разработке диссертационной работы состоит в комплексном исследовании надежности автомобильных дорог и в применении системного подхода на этапе реализации результатов теоретических и практических изысканий.
Обоснованность научных положений и достоверность результатов теоретических исследований основываются на адекватно примененных к решению проблемы методах теории вероятности и математической статистики. В теоретических исследованиях использовались только те законы распределения, которые хорошо согласовывались по критериям Пирсона и Романовского с экспериментально установленными распределениями исследуемых показателей. Результаты теоретических исследований неоднократно сравнивались с многочисленными экспериментальными исследованиями, (в т. ч. проведенными при личном участии автора), что подтверждает достаточную обоснованность и достоверность результатов.
Практическая ценность работы состоит:
в совершенствовании научно обоснованных методов расчета статистических характеристик дорожных одежд нежесткого типа при их проектировании для оценки вероятности разрушения дорожной одежды, фактического срока службы, вероятности возникновения растягивающих напряжений в монолитном слое при изгибе и вероятности переувлажнения грунта относительно оптимальной влажности;
в разработке метода расчета вариативности прочностных характеристик дорожных одежд нежесткого типа с применением геосинтетических материалов при учете допустимой вероятности нарушения сплошности монолитных слоев при изгибе;
в разработке практических рекомендаций (мероприятий и технических решений) по повышению качества дорожных конструкций на основе комплексной оценки надежности;
в разработке практических рекомендаций по повышению показателей качества автомобильных дорог и снижению загрязнения окружающей среды от воздействия транспортного потока.
Результаты работы могут быть использованы для назначения научно обоснованных мероприятий по эксплуатации и ремонту дорожных одежд. Положения, выносимые на защиту:
комплексная оценка надежности автомобильных дорог с учетом их состояния и вероятности потери прочности дорожных конструкций на основе теоретико-вероятностного подхода;
методы гармонизации старой и новой систем технического регулирования в области дорожного хозяйства;
методика классификации автомобильных дорог как линейных сооружений по степени ответственности с учетом действующего законодательства Российской Федерации в области технического регулирования; оценка уровня ответственности с учетом риска; обоснованы коэффициенты вариации показателей качества автомобильной дороги для повышенного (0,1), нормального (0,15) и пониженного (0,2) уровней ответственности;
методика оценки состояния дорожных одежд по сроку службы, темпу разрушения, вероятности переувлажнения грунта относительно оптимальной влажности, вероятности нарушения сплошности монолитного слоя при изгибе с учетом изменения прочностных показателей конструкции;
методика оценки параметров качества автомобильных дорог по вероятности деградации плодородного слоя почвы, вероятности отрицательного шумового воздействия на человека, вероятности истощения природных ресурсов, вероятности распространения расширенного пожара.
Реализация результатов работы. Результаты исследований внедрены в ФГУП «РОСДОРНИИ» (г. Москва), Федеральном дорожном агентстве (г. Москва), Органе по сертификации системы «Мосстройсертификация» МСС-МАДИ (г. Москва), ООО «Технопласт» (г. Москва), ООО «Зиракс» (г. Москва), ОАО «ВАТИ» (г. Волжский), НИИ транспорта и коммуникаций
(г. Алматы, Казахстан), ПУИЦ «ВОЛГОДОРТРАНС» СГТУ (г. Саратов), ООО ПФ «ВолгаСтандарт-D» (г. Саратов), ООО «НИЦ технического регулирования» (г. Саратов), ООО «Фортек» (г. Саратов).
Автор принимала участие в разработке ТР, НС и СТО в России (совместно с ФГУП «РОСДОРНИИ») и в Республике Казахстан (совместно с НИИ транспорта и коммуникаций), ГОСТ Р 52605-2006 «Технические средства организации дорожного движения. Искусственные неровности. Общие технические требования. Правила применения», в разработке Стратегии развития инновационной деятельности ФДА, темы НИОКР с ФДА по инженерно-техническому сопровождению размещения объектов дорожной инфраструктуры на полосе отвода. Автором разработан программный комплекс «Оценка вероятности возникновения трещин при изгибе в монолитном слое дорожных одежд», модернизирована прикладная программа оценки макрошероховатости «Шероховатость-2008». При участии автора разработано более 10 СТО. Решены задачи по вычислению и оценке степени риска, определению коэффициента вариации, выбору шкальности риска, проведена проверка соответствия требуемому уровню ответственности автомобильных дорог как линейных сооружений согласно разработанной классификации.
Существенные отличия от результатов, полученных другими авторами, состоят в комплексном исследовании вопросов надежности показателей качества автомобильных дорог для реализации системы технического регулирования в области дорожного хозяйства с учетом большего числа параметров надежности и их взаимосвязи.
Личный вклад в решение проблемы заключается в формулировании общей идеи, цели работы, выполнении теоретических и экспериментальных исследований, обобщении результатов, разработке и внедрении практических рекомендаций.
Апробация работы. Основные научные положения и результаты работы докладывались и получили одобрение на Международной научно-практической конференции «Современные проблемы дорожно-транспортного комплекса» (г. Ростов-на-Дону, 1998), Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы транспорта России», Всероссийском научно-практическом семинаре по инструментальным средствам диагностики автомобильных дорог, Всероссийской научно-практической конференции «Пути решения современных проблем по диагностике, паспортизации автомобильных дорог и искусственных сооружений на основе создания и использования автоматизированных банков данных», Всероссийском научно-практическом семинаре «Диагностика и паспортизация автомобильных дорог и искусственных сооружений, и использование автоматизированных банков», Международном научно-техническом семинаре «Совершенствование конструктивно-технологических решений при строительстве мостовых сооружений», Международной научно-практической
конференции «Разметка автомобильных дорог: инновации, техника, оборудование и материалы», Всероссийском научно-техническом семинаре «Применение прогрессивных технических решений при строительстве автомобильных дорог» (г. Саратов, 1999, 2002 - 2005, 2007, 2010), Всероссийском совещании работников научных организаций дорожного хозяйства (г. Москва, 2004), Всероссийском научно-практическом семинаре «Новые технологии проектирования и устройства дорожных покрытий с шероховатой поверхностью» (г. Владимир, 2006), Всероссийском научно-практи-ческом семинаре «Современные стратегии зимнего содержания автомобильных дорог» (г. Санкт-Петербург, 2008), Круглом столе «Применение инноваций в строительстве, ремонте и содержании конструкционных элементов мостовых сооружений (г. Санкт-Петербург,2009), 5-й, 6-й, 7-й Международных конференциях «Социально-экономические и экологические проблемы горной промышленности, строительства и энергетики» (г. Тула, 2009-2011), Всероссийской научно-технической конференции «Материалы для дорожного строительства: Дор-СМ» (г. Москва, 2009-2011), Международной научно-практической конференции «Актуальные вопросы производства геосинтетиков и применение их в транспортном строительстве» (г. Москва, 2010), Всероссийской конференции «Экологические проблемы урбанизированных территорий» и Всероссийской научно-практической конференции «Современные научные исследования в дорожном и строительном производстве» (г. Пермь, 2011), Международной научно-практической конференции «Инновационное развитие международных транспортных коридоров» (Республика Казахстан, г. Астана, 2011), Научно-технических семинарах ФГУП «РОСДОРНИИ», ОАО «СОЮЗДОРНИИ», кафедрах «Строительство автомобильных дорог» ПГТУ (г. Пермь), «Изыскание и проектирование аэродромов» и «Инженерно-аэродромного обеспечения» ВАИУ (г. Воронеж), «Мосты и транспортные сооружения» и «Строительство дорог и организация движения» СГТУ (г. Саратов), «Строительство и эксплуатация транспортных сооружения» ВолгГАСУ (г. Волгоград), «Автомобильные дороги» СПбГАСУ (г. Санкт-Петербург).
Публикации. По теме диссертации опубликованы 86 работы, в том числе 29 - в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, две монографии в соавторстве.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, основных выводов, библиографического списка из 207 наименований, текст изложен на 350 страницах машинописного текста, содержит три приложения.
Автор выражает искреннюю благодарность своему научному консультанту доктору технических наук, профессору В.В. Столярову за ценные советы и признательность коллективу кафедры «Транспортное строительство» ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.» за ряд полезных замечаний, направленных на улучшение качества выполненной работы.
