Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Теоретические и нормативные основы обеспечения безопасности процессов на железнодорожном транспорте 17
1.1. Особенности обеспечения безопасности на железнодорожном транспорте 17
1.2. Системы информационной поддержки сбора и классификации нарушений безопасности движения 22
1.3. Методологические подходы к оценке риска аварий и обеспечению безопасности сложных технических систем 25
1.4. Сравнительный анализ понятийного аппарата формирующейся теории анализа риска в аспекте обеспечения «приемлемого уровня» безопасности железнодорожных перевозок 35
1.5. Современные проблемы обеспечения безопасности транспортных процессов 39
1.6. Выводы 42
ГЛАВА 2. Методологическое и математическое обеспечение оценки рисков возникновения транспортных происшествий при перевозке ОГ 44
2.1. Систематизация понятийного аппарата для обеспечения методологии оценки рисков возникновения транспортных происшествий при перевозке ОГ 44
2.1.1.Научные основы определения основных количественных показателей риска 45
2.1.2. Пути устранения противоречий, вкладываемых в понятие риск различными источниками 47
2.2. Классификация показателей безопасности движения при перевозке ОГ 55
2.3. Выводы.. 58
ГЛАВА 3. Разработка схем расчета рисков и ущербов при перевозке опасных грузов по сети, территориям и отдельным маршрутам железных дорог 60
3.1. Критерии сравнения оценок риска по различным маршрутам перевозки ОГ 60
3.2. Разработка схем расчёта рисков при перевозке ОГ по сети, территории и отдельным маршрутам 63
3.2.1. Оценка риска при перевозке ОГ по сети дорог 63
3.2.2. Расчёт территориальных показателей риска перевозки ОГ 64
3.2.3. Общие выражения для расчета рисков по маршруту перевозки ОГ 64
3.2.4. Расчет функций ущерба 68
3.2.4.1. Расчет ущерба железнодорожной технике (W^) 68
3.2.4.2. Расчет ущерба прилегающей инфраструктуре (WH - застройке или станционным строениям) 69
3.2.4.3. Расчет ущерба автотранспорту и пассажирам на переезде ОМІ)) 70
3.2.4.4. Расчет ущерба продуктопроводу (W^i)) 71
3.2.4.5. Расчет функции ущерба по причине сбоя газопровода 72
3.2.4.6. Расчет функции ущерба по причине нарушения правил прохождения переезда автомобилистами (Wj(3)) 72
3.3. Разработка математической модели последствий пожара разлива нефтепродуктов для припортовой станции 72
3.3.1. Постановка и решение задачи по зависимости площади разлива нефтепродуктов от времени 75
3.3.1.1. Расчёт удельной скорости испарения ЛВЖ 76
3.3.1.2. Скорость инфильтрации по ЛВЖ по экспериментальным данным ; 78
3.3.2. Постановка и решение задачи для случая малого времени разлива ЛВЖ (скорость инфильтрации меняется незначительно) 80
3.3.2.1. Общая постановка задачи 80
3.3.2.2. Описание модели процесса с учетом пространственного расположения и особенностей ландшафта 82
3.3.2.3. Проведение вариантных расчетов определения параметров разлива для различных скоростей истечения и типов поверхностей 83
3.3.3. Постановка задачи для переменной скорости инфильтрации 87
3.3.3.1 Вывод определяющих соотношений 87
3.3.3.2 Алгоритм расчётов 89
3.3.4. Иллюстрация возможностей программы "Spill Oil" 91
3.4. Выводы 92
ГЛАВА 4. Электронные карты фонового уровня комплексного природно-техногенного риска вдоль основных маршрутов движения составов с опасными грузами по сети железных дорог 94
4.1. Основные положения методологии оценки комплексного риска для компании ОАО «РЖД» от опасностей природного и техногенного характера и зонирования территорий по уровням комплексного риска при железнодорожных перевозках 94
4.1.1. Общие принципы оценки риска Компании ОАО «РЖД» в части влияния опасных природных явлений и техногенных аварий на безопасность перевозочного процесса 94
4.1.2. Методология перерасчета природных опасностей в природно- техногенные риски для Компании ОАО «РЖД» 96
4.1.2.1. Методика перерасчета сейсмических опасностей в природно- техногенные риски Компании ОАО «РЖД» 97
4.1.2.2. Методика перерасчета опасности шторма в риски для Компании ОАО «РЖД» в аспекте безопасности движения 99
4.1.2.3. Методология перерасчета опасностей схода лавин, селей, смерчей в природные риски 100
4.2. Формирование карты природно-техногенных рисков в перевозочном процессе Компании ОАО «РЖД» 100
4.3. Общие принципы оценки экономических рисков Компании ОАО «РЖД» в части влияния опасных природных явлений и техногенных аварий (по отношению к инфраструктуре, прилегающей к зоне опасного взаимовлияния). Комплексная оценка риска от ЧС для населения 101
4.4. Формирование содержания карты комплексного риска 106
4.5. Анализ исходных картографических данных по природным опасностям для железнодорожных линий 108
4.5.1. Карта "Опасность селей" 109
4.5.2. Карта "Риск снежных лавин" 110
4.5.3. Карта "Опасность землетрясений" 115
4.5.4. Карта "Опасности сильных ветров " 117
4.5.5. Карта "Гидрологические опасности" 118
4.6. Выводы... 121
ГЛАВА 5. Результаты оценок риска по различным маршрутам перевозки нефтепродуктов и взрывчатых материалов 124
5.1 Оценка рисков при перевозке нефтепродуктов по маршруту 124
5.2 Анализ структуры, объёма и среды движения грузопотоков ВМ 126
5.3 Результаты расчёта рисков при перевозках ВМ 132
5.3.1 Расчет рисков перевозки ВМ по маршруту 1.1(1 Чапаевск -Кинель-Дема-Бердяуш- Михайловский завод-Дружинино-Свердловск-сорт (Первоуральск, Исеть, Качканар, Реж) 133
5.3.2 Расчет рисков перевозки ВМ по маршруту 3.2 Верхняя-Свердловск-сорт-Каменск-Уральский-Челябинск-сорт-Золотая Сопка-Карталы - Орск- Гай.. 135
5.3.3 Расчет рисков перевозки ВМ по маршруту 4.1 Дзержинск- Горький-сорт.-Арзамас-Красный узел-Рузаевка-Сызрань -Кинель- Неприк- Тоцкая- Сорочинская-Оренбург - Саракташ - Медногорск - Сара - (Гай-
Круторожино) 137
5.3.4 Расчет рисков перевозки ВМ по маршруту 6.3 Бийск -Алтайская -Искитим- Инская- Юрга- Анжерская -Ачинск2- Красноярск-вост- Заозерная-Тайшет-Азей-Залари- Черемхово- Ангарск-Иркутск-сорт-Ангасолка 137
5.3.5 Расчет рисков перевозки ВМ по маршруту 4Д Бийск- Камень (Западно-Сибирская)- Костомукша- Товарная, Сала( Октябрьская) 138
5.4.Выводы 139
Заключение 142
Список использованных источников 146
- Методологические подходы к оценке риска аварий и обеспечению безопасности сложных технических систем
- Пути устранения противоречий, вкладываемых в понятие риск различными источниками
- Разработка математической модели последствий пожара разлива нефтепродуктов для припортовой станции
- Общие принципы оценки риска Компании ОАО «РЖД» в части влияния опасных природных явлений и техногенных аварий на безопасность перевозочного процесса
Введение к работе
Железнодорожный транспорт Российской Федерации среди других видов транспорта сохранял лидирующее положение в 2006 году, как в общих объемах перевозок грузов, так и пассажиров. Доля железнодорожного транспорта в общей транспортной системе в грузообороте (без трубопроводного транспорта) составила свыше 80%, а по пассажирообороту - около 40%. Железные дороги продолжают играть решающую роль в выполнении перевозок важнейших грузов, обеспечивающих бесперебойное функционирование промышленного комплекса страны. В текущем году сохранялась тенденция роста общего объема перевозок грузов железнодорожным транспортом. Прирост грузооборота в 2006 году составил 4,3%, а прирост объема перевозок ОГ за этот же год возрос более чем на 6%.
Вместе с тем железная дорога при современной интенсивности движения является потенциальным источником возникновения чрезвычайных ситуаций (ЧС) с большим числом пострадавших, наступлением неблагоприятных экологических и санитарно-гигиенических последствий. К основным факторам риска на федеральном железнодорожном транспорте относятся [1]:
- перевозки большого количества ОГ: до 2,5 тысяч наименований, которые составляют до 25% от общего объема перевозок и их масса за последние годы постоянно возрастает;
- перевозки особо опасных грузов: легковоспламеняющихся жидкостей и сжиженных газов, взрывчатых материалов (ВМ) и других веществ;
- перевозки основного объема радиоактивных и ядерных материалов, в том числе всего объема отработавшего ядерного топлива;
- присутствие значительного количества людей в зоне действия железных дорог;
- существенный износ основных производственных фондов (в 2005 году составил: верхнего строения пути-54,8%; электровозов-66%; тепловозов-74,4%; вагонов грузовых-62,4%; вагонов пассажирских-52,3%);
- уязвимость при совершении террористических актов;
- подверженность ЧС природного характера;
наличие многочисленных мест пересечений с магистралями автомобильного и трубопроводного транспорта.
Анализ причин и последствий наиболее крупных аварий и катастроф в России и за рубежом показывает, что сложные технические системы, представляющие несомненную опасность для людей и окружающей среды, в большинстве случаев создаются с использованием традиционных правил проектирования и простейших методов расчётов и испытаний. На сегодняшний день в отечественной и зарубежной практике нет окончательно сформировавшихся научных основ обеспечения безопасности подобных систем, людей и окружающей среды по критериям риска и живучести в сильно повреждённых состояниях.
Актуальность разработки и внедрения методов повышения безопасности железнодорожных перевозок ОГ, технологических и организационных мероприятий, направленных на их снижение, обусловлена значительным износом основных производственных фондов, интенсификацией перевозочного процесса, прогрессирующим усложнением среды движения с точки зрения потенциальной опасности, а также изменениями условий работы железнодорожного транспорта, связанными с технологическим и организационным реформированием отрасли.
На железнодорожном транспорте абсолютная безопасность является недостижимой как по человеческому фактору, так и по характеристикам надёжности имеющихся технических средств. Вероятностный характер отказов в этом сложнейшем комплексе в принципе не позволяет говорить о 100%-ной безопасности. Человеко-машинные системы железнодорожного транспорта имеют громадную протяжённость, когда зарождение физической причины опасного события и её неподконтрольное развитие и проявление разделены расстоянием. В этих системах заложены значительные потенциалы опасности: высокий удельный энергозапас в виде кинетической энергии движущихся составов и запасённой энергии (горения, взрыва) перевозимых ОГ, в том числе токсичных и химически агрессивных. Функционирование этого комплекса связано также с информационными потоками управляющего характера, подверженными сбоям.
Особенно проблематичным становится обеспечение требуемого уровня безопасности на текущем этапе, в условиях нарастающего износа основных фондов и исчерпания ресурса высокоответственных конструкций, машин, устройств и деталей. Данное обстоятельство подтверждается малой результативностью жёстких организационных мер в последние несколько лет, недостаточной эффективностью ежегодных миллиардных вложений в устройства безопасности. Существующая директивная и затратная система обеспечения безопасности движения представляется исчерпавшей свои возможности на перспективу, т.к. в её рамках поддержание и каждая новая ступень безопасности требуют всё более высоких удельных вложений сил и средств.
Между тем в мировой науке и практике техногенной безопасности в течение уже нескольких десятилетий (после известной аварии на химическом заводе в г.Севезо, Италия, 1976г.) успешно разрабатывается новый подход на основе методологии приемлемого уровня риска возникновения опасных событий. В этом подходе безопасность рассматривается как социально-экономическая и количественная категория. Затраты на предупреждение чрезвычайных ситуаций сопоставляются с размерами предотвращённого ущерба. Количественные (критериальные) показатели безопасности природно-техногенных объектов могут быть определены физико-математическими и статистико-вероятностными методами оценки.
Для железнодорожного транспорта на конкретных участках среды движения в результате анализа риска возможно установить наиболее уязвимые по безопасности "точки" в технологии перевозочного процесса и в технических смысле будет наиболее эффективным.
Благодаря новой методологии техногенные риски в развитых странах мира за 10-15 лет были снижены на два порядка.
Весомый вклад в формирование теоретического и понятийного аппарата и разработку основ методологии оценки рисков в целом и от возникновения транспортных происшествий при железнодорожных перевозках опасных грузов, в частности, внесли учёные: В.А. Акимов, В.Н. Андросюк, А.Г. Базазьян, А.Л. Кармолин, А.В. Костров, А.Е. Красковский Л.Н. Косарев, В.А Котляревский, В.Г. Козубенко, В.Г. Иноземцев, В.М. Лисенков, Н.А. Махутов, В.И. Медведев, Б.Л. Недорчук, A.M. Островский, Ю.В. Пузанов, В.М. Рудановский, И.С. Таубкин, М.А. Шахраманьян, Л.Э. Шейнкман и др. За рубежом развитие этого направления связывают с именами А.Е. Green, A.J. Bourne, R.E Barlow, H. Kumamoto, F.N. Proschan, E.J. Henly.
Отечественная наука развивала такой подход в рамках ГНТП "Безопасность" (головной разработчик - институт машиноведения им. А.А. Благонравова РАН), а в последнее время - также в рамках ФЦП "Снижение рисков и смягчение последствий чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера в Российской Федерации до 2005 года" (госзаказчик -МЧС России). Ростовский государственный университет путей сообщения является головным исполнителем заданий Программы, которые были возложены на МПС России (указание МПС от 30.12.99 № 467пр-у).
Полученные по Программе в 2001-2002гг. первые результаты подтвердили возможности нового подхода. Например, выполненный в 2004 году с использованием новой методологии, анализ аварийности на железных дорогах только по причине отказов боковых рам и надрессорных балок тележек грузовых вагонов позволяет прогнозировать кратный рост потока опасных событий в среднесрочной перспективе с учётом остаточного ресурса и низкого темпа обновления данного вида литых деталей.
Основы для применения методологии анализа риска к оценке состояния безопасности перевозок на Российских железных дорогах заложены в начавшемся в 1992 году систематическом сборе статистических данных по авариям, крушениям, сходам, аварийным происшествиям, ДТП на переездах, состоянию пути и подвижного состава железных дорог, а также разработками статистической теории безопасности движения поездов [2]. Дополнительной базой послужили проекты нормативных документов [3], различные формулировки задачи снижения рисков при перевозке ОГ, предложения по решению отдельных вопросов этой проблемы [4-5]. Результаты работы [2] тем не менее не решают вопрос о доведении теоретических оценок риска до количественных, а проект документа [3] на момент опубликования (1997г.) приведенные в, [4-5], не в полной мере учитывали экономические интересы железных дорог, в плане сохранения и расширения круга грузоотправителей. В них теоретическое снижение риска получалось посредством переадресации небольших отправок ОГ на отдельных участках перевозки с использованием грузового автотранспорта.
Методология анализа риска при железнодорожных перевозках развивалась далее в работах по прогнозируемым показателям рисков [6-7], работах по сравнению фактического уровня риска с нормируемым [8]. Подходы, развитые в последних трёх работах, требовали значительного объема информации за значительный промежуток времени, поэтому конкретные оценки рисков не были получены авторами из-за недостатка уже накопленной информации.
В работах [9,10] была предпринята попытка оценить риски перевозок ОГ по выбранным маршрутам. Однако анализ приведенного математического аппарата показывает, что автор понимает риск как максимальный ущерб, без учета вероятности возникновения ЧС, что является отклонением от принятого понимания риска, включающего в себя как риск возникновения негативного события, так и степень ожидаемого ущерба [1,2]. Поэтому предложенный метод годится только для относительной оценки рисков на маршрутах движения, пролегающих по одной территории, для которой риск возникновения опасного события можно считать в первом приближении (по фактическим данным, без учета соотношения балльности пути и влияния балльности пути на риск) одинаковым для различных маршрутов. Далее методология оценки рисков развивалась в направлении оценок частных показателей рисков территориальных (по отдельным железным дорогам, участкам дорог), в отдельных видах движения, для различных видов грузов [11]. В работе [12] получены оценки рисков на период 2000 г. для различных железных дорог и представлена методика оценки риска возникновения ЧС при перевозках ОГ для участка.
Необходимо отметить, что направление работ [11-14] является наиболее перспективным в плане получения конкретных результатов. Использование методов, представленных в этих работах, требует относительно небольшого объема информации, что позволило автору получить практический опыт оценивания рисков и продвинуться в направлении оценки рисков для маршрутов движения. В связи с этим они вошли в источники разработки методологии, представленной в данной диссертационной работе. С учетом вышеизложенного определены объект, предмет, цели и задачи исследования.
Объектом исследования являются железнодорожные перевозки ОГ с учётом их взаимодействия с автомобильным, трубопроводным транспортом и окружающей средой на маршрутах движения составов и в зоне действия припортовых железнодорожных станций.
Предметом исследования является обеспечение безопасности перевозок ОГ на основе снижения рисков и смягчения последствий от возникновения транспортных происшествий на маршрутах следования составов, в условиях их взаимодействия с другими видами транспорта и окружающей средой.
Целью исследования является разработка и обоснование технологических мероприятий по организации перевозки ОГ, направленных на снижение ущербов от возникновения вероятных транспортных происшествий на маршрутах следования составов с ОГ и в крупных железнодорожных узлах, повышение безопасности железнодорожных перевозок ОГ во взаимодействии с другими видами, транспорта и окружающей средой. Научная новизна исследования заключается в следующем:
- разработана методология оценки рисков возникновения транспортных происшествий и экономических ущербов от них для железнодорожного транспорта и конкретных маршрутов перевозки ОГ;
- разработана математическая модель для припортовой станции массовой переработки нефтеналивных грузов и её программная реализация, позволяющая получать вариантные расчёты последствий в динамике развития возможных сценариев при пожарах разлива. Решена задача по определению массы и площади пожаровзрывоопасного пятна разлива легко воспламеняющейся жидкости (ЛВЖ) при постоянных и переменных скоростях инфильтрации в различные подстилающие поверхности рабочих зон станционной территории;
- разработан новый подход и выполнена комплексная оценка рисков от воздействия природных (сейсмологические, штормы и смерчи, лавины и сели) и техногенных факторов опасности на возникновение крушений по сети железных дорог;
- впервые, с учётом взаимодействия с другими видами транспорта (автомобильный, трубопроводный), определены наиболее интенсивные направления и выполнена оценка рисков возникновения транспортных происшествий (крушения, аварии) и ущербов от них при перевозке нефтепродуктов и ВМ.
Практическая ценность работы заключается в получении количественных оценок природно-техногенных рисков и ущербов от возникновения транспортных происшествий с ОГ для сети путей сообщения, позволяющих при управлении перевозками ОГ сформировать наиболее безопасные маршруты следования поездов, а также выработать рекомендации по совершенствованию технологической работы транспортных узлов с целью снижения рисков от транзитного проследования составов с нефтепродуктами и вагонов с ВМ.
Разработанная модель и программное обеспечение для определения последствий, в динамике развития пожара нефтепродуктов, для инфраструктуры припортовой железнодорожной станции, персонала, населения, прилегающих жилых и производственных объектов позволяет в дальнейшем принять рациональные меры оперативного реагирования и снизить ущербы окружающей среде при ликвидации последствий конкретной ЧС.
Реализация и внедрение результатов работы. Разработанная методология и результаты оценки рисков возникновения ЧС на железнодорожном транспорте использованы в системе МЧС России при подготовке программных средств, с целью оценки индивидуального, социального и экономического рисков и построения карт комплексного риска для территорий Российской Федерации от ЧС природного и техногенного характера.
Программное обеспечение "Spill Oil", моделирующее последствия при пожаре разлива нефтепродуктов на территории припортовой станции Туапсе, установлено на рабочем месте ревизора по опасным грузам Северо-Кавказской железной дороги и внедрено в опытную эксплуатацию.
Положения диссертации по повышению безопасности при перевозке нефтепродуктов и ВМ включены в рекомендации по уточнению маршрутов пропуска транзитных вагонов с ОГ в обход Московского железнодорожного узла (Указание МПС РФ от 25.08.97г. № Г-1036у), которые поддержаны и используются Департаментом безопасности движения ОАО «Российские железные дороги».
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на Шестой Международной научно-практической конференции «Информационные технологии на железнодорожном транспорте» (Сочи, 2001 г.), на Шестой Всероссийской научно-практической конференции МЧС России «Управление рисками чрезвычайных ситуаций» (Москва, 2001 г.), научно-практических конференциях «Безопасность движения поездов» (Москва, 2002, 2003, 2005, 2006 гг.), на Всероссийской научно-практической конференции «Транспорт-2006» (Ростов-на-Дону, 2006 г.), на Пятой Юбилейной Международной научно-практической конференции «ТелекомТранс-2007» (Сочи, 2007 г.). Основные положения диссертации опубликованы в работах:
1. О разработке компьютерных карт потенциальных опасностей и последствий аварийных ситуаций при перевозке опасных грузов с использованием геоинформационных технологий / Даниленко В.Ф., Мартынюк И.В., Попов О.Н. и др. // Сб. докладов Шестой Международной науч.-практ. конф. «Информационные технологии на железнодорожном транспорте». - Ростов н/Д: РГУПС, 2001. - С. 156-161.
2. Мартынюк И.В., Попов О.Н., Флегонтов Н.С. О разработке принципов и методов оценки рисков возникновения чрезвычайных ситуаций на железнодорожном транспорте // Труды Третьей науч.-практ. конф. «Безопасность движения поездов». - М, 2002. - С. И-21.
3. Мартынюк И.В., Попов О.Н., Флегонтов Н.С. Результаты применения методологии оценки рисков возникновения чрезвычайных ситуаций на железнодорожном транспорте // Труды Третьей науч.-практ. конф. «Безопасность движения поездов». - М., 2002. - С. П-20.
4. Мартынюк И.В., Попов О.Н., Флегонтов Н.С. О разработке принципов и методов оценки рисков возникновения чрезвычайных ситуаций на железнодорожном транспорте. - М., Информ. бюл. ФЦП «Снижение рисков и смягчение последствий чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера в Российской Федерации до 2005 года», 2002. - № 1-2, - С. 8-16.
5. Мартынюк И.В., Попов О.Н., Флегонтов Н.С. Снижение рисков чрезвычайных ситуаций техногенного характера - стратегическое научно- техническое направление на железнодорожном транспорте // Сб. докладов 8-й Всерос. науч.-практ. конф. МЧС России. -М., 2003. - С. 63-82.
6. Мартынюк И.В., Попов О.Н., Флегонтов Н.С. О работах по обоснованию условий выбора оптимальных маршрутов перевозок опасных грузов на основе оценки рисков возникновения аварийных ситуаций и ущербов от них по различным направлениям железных дорог // Труды Шестой научн.-практич. конф. «Безопасность движения поездов». - М., 2005. - С. 1-18.
7. Мартынюк И.В. Выбор критериев сравнения оценок риска по различным маршрутам перевозки опасных грузов // Сб. науч. трудов молодых учёных, аспирантов и докторантов «Актуальные проблемы развития железнодорожного транспорта». - Ростов н/Д: РГУПС. - 2005. - С. 64-66.
8. Мартынюк И.В. Разработка электронных карт комплексного природно- техногенного риска вдоль основных маршрутов движения составов с опасными грузами по сети железных дорог // Сб. науч. трудов молодых учёных, аспирантов и докторантов «Актуальные проблемы развития железнодорожного транспорта». - Ростов н/Д: РГУПС. - 2005. - С. 67-70.
9. Гуда А.Н., Мартынюк И.В. Оптимизация управления рисками возникновения чрезвычайных ситуаций на железнодорожном транспорте // Тр. всерос. науч.-практ. конф. «Транспорт-2006». Ч. 3. - Ростов н/Д: РГУПС. -2006. -С. 296-297.
10. Мартынюк И.В. О разработке принципов и методов прогнозной оценки рисков возникновения чрезвычайных ситуаций на железнодорожном транспорте // Наука и техника транспорта, 2006. - №4. - С. 52-58.
11. Мартынюк И.В. Выбор оптимальных маршрутов перевозок опасных грузов по результатам оценки рисков возникновения нарушений безопасности движения и ущербов от них // Вестник РГУПС. - Ростов н/Д: 2006. - №3. - С. 103-106.
12. Мартынюк И.В., Попов О.Н. О проблемных вопросах технического регулирования на железнодорожном транспорте // Труды Седьмой науч.-практ. конф. «Безопасность движения поездов» (дополнение). - М., 2006. - С. 2-3.
13. Мартынюк И.В., Попов О.Н. Об особенностях применения стандартов организации СТО ОАО «РЖД» серии «Безопасность железнодорожных перевозок» // Труды Седьмой научн.-практич. конф. «Безопасность движения поездов» (дополнение). - М., 2006. - С. 2.
14. Веремеенко Б.А., Гуда А.Н., Мартынюк И.В. Геоинформационные технологии в сфере защиты окружающей среды на железнодорожном транспорте // Аннотации докл. Пятой Юбил. Междун. науч.-практич. конф. «ТелекомТранс-2007». - Ростов н/Д: РГУПС, 2007. - С. 23-25.
Методологические подходы к оценке риска аварий и обеспечению безопасности сложных технических систем
Сеть железных дорог охватывает значительную часть территории России, развёрнутая длина железнодорожного полотна составляет 126 тысяч километров [11]. По сети работает около 5500 станций (узловые, опорные, сортировочные), которые круглосуточно ведут переработку составов. Наиболее крупные из них зачастую расположены на территории населенных пунктов. В локомотивном и вагонном хозяйствах железных дорог эксплуатируется огромный парк подвижного состава, включающий более 250 тысяч грузовых и пассажирских вагонов, несколько тысяч электровозов и тепловозов [12].
Организация эксплуатационной работы во всех видах движения силами практически всех хозяйств отрасли (пути, вагонного, локомотивного, перевозок, сигнализации и электроснабжения) сопряжена с постоянным присутствием факторов природно-техногенной опасности.
Например, в 2005 году на сети железных дорог эксплуатировалось 12139 железнодорожных переездов, из которых - 2452 обслуживаются дежурными работниками. Среднее количество переездов на один километр эксплуатационной длины главных путей составляет 0,11 или 1 переезд на 8,92 километра пути. На 1 января 2006 года устройствами заграждения передов (УЗП), которые исключают выезд на проезжую часть транспортного средства при проходе по переезду поезда были оборудованы 1140 переездов [13]. Вместе с тем настораживает тот факт, что в 2005 году произошло 10 дорожно-транспортных происшествий (ДТП) на переездах оборудованных УЗП. Это следствие нестандартных действий водителей автотранспортных средств и неквалифицированных действий дежурных работников. Существует порядка 15 тысяч мест пересечения автомобильных и железных дорог (переезды), несколько тысяч пересечений имеется с магистральными газо-, нефте- и продуктопроводами, инженерными коммуникациями крупных предприятий и населенных пунктов. Кроме этого в железнодорожной транспортной системе (ЖТС) задействованы сотни собственных производств: локомотивные и вагонные депо, пункты технического обслуживания транспортных единиц, системы тепло- и энергоснабжения, промывочно-пропарочные станции, топливные склады различного масштаба и назначения и т.д.
В 2006 году общее количество отправленных грузов различного назначения составило более 1,29 млрд. тонн. Возрастающее количество грузов, следующих по железной дороге в сообщении с морскими портами, имеет большое значение для развития российской экономики. Основной объём загрузки портов в условиях усиления интермодальных перевозок обеспечивает железнодорожный транспорт. Общий персонал железных дорог и предприятий в структуре отрасли составляет около 1,1 млн. человек, значительная часть работников выполняют свои функции в сложных, опасных производственных условиях (ночное время суток, постоянные маневры подвижного состава, наличие высокого электрического напряжения, неблагоприятные погодные условия, высокая интенсивность труда и т.д.). Существенно влияет на качество работы подсистем ЖТС целый ряд факторов природной опасности (наводнения и подтопления путевых и искусственных сооружений, обмерзание элементов контактной сети, забивание снегом стрелочных переводов, лавины и сели в горных районах). Существуют факторы повышенной опасности: по железнодорожной сети России перевозится до 2500 наименований ОГ (8 классов опасности, 905 аварийных карточек), что составляет до 300 млн. тонн в год [15]. В их числе 62 наименования особо опасных грузов (5-7 % от общей массы ОГ), которые в аварийной ситуации могут привести к взрывам и химическим отравлениям с большой зоной поражения людей. С точки зрения исследования и оценки состояния техногенной безопасности железнодорожные магистрали Российской Федерации - сложнейшая человеко-машинная система, обладающая рядом отличительных признаков: - значительная протяженность и географическая рассредоточенность предприятий и объектов; сложная иерархическая структура; большое число подотраслей (хозяйств), выполняющих свои функции в интересах достижения общей цели; единая технология перевозочного процесса; большое количество информационных потоков и различного рода обратных связей; - интегрированность в систему отправки и получения грузов в динамическом взаимодействии .с другими видами транспорта; функционирование ЖТС и ее подсистем в условиях действия случайных факторов. Несмотря на указанные особенности, потенциально повышающие риск опасных состояний технологических процессов, на сегодняшний день эта огромная динамичная система является самым безопасным видом транспорта, как для пассажиров, так и для перевозимых грузов.
Достигнутое устойчивое снижение количества нарушений безопасности движения поездов свидетельствует об эффективности работы в этом направлении на,всех этапах перевозочного процесса. В значительной степени это обусловлено позитивными результатами выполнения Государственной программы по повышению безопасности движения на железнодорожном транспорте Российской Федерации на период 1993-2000 годов (постановление Правительства РФ от 29.10.92 г. № 833, приказ МПС от 11.12.92 г. №19Ц).
Несмотря на стабильное в целом положение с безопасностью движения поездов, фактическое и прогнозируемое состояние безопасности ЖТС, с учетом действующих факторов риска, не может рассматриваться как однозначно идеальное. В этом направлении в отрасли принимаются необходимые меры по совершенствованию системы предупреждения и ликвидации ЧС техногенного характера.
Позитивно сказываются мероприятия «Программы внедрения технических средств повышения безопасности движения» и «Экологической программы железнодорожного транспорта», предусматривающие применение целого комплекса новейших приборов и оборудования, современных технологий очистки вредных выбросов, позволяющих снизить риски крушений и аварий за счет уменьшения интенсивности проявления основных причин, вызывающих техногенные ЧС и повысить экологическую безопасность ЖТС.
Для ликвидации ЧС и смягчения их последствий в отрасли создана и функционирует система предупреждения и ликвидации ЧС (ЖТСЧС, общая численность около 15 тыс. чел.). Всего в составе ЖТСЧС имеется 230 восстановительных и 327 пожарных поездов.
Вместе с тем, несмотря на удовлетворительные результаты в обеспечении безопасности функционирования сети железных дорог, положение дел не является идеальным. В настоящее время железным дорогам приходится решать проблему устойчивого транспортного обеспечения растущего пассажиропотока и грузооборота на качественно новом техническом уровне, с применением новых сложных технических систем и технологий, действуя при этом в конкурентной среде.
Пути устранения противоречий, вкладываемых в понятие риск различными источниками
Индивидуальный риск - вероятность поражающих воздействий определённого вида (смертельный исход, нетрудоспособность, серьёзные травмы без потери трудоспособности, травмы средней тяжести и незначительные повреждения), возникающих при реализации определённых опасностей в определённой точке пространства. Количественно величина индивидуального риска равна вероятности (частоте) поражающих воздействий определённого вида.
Социальный риск - зависимость вероятности нежелательных событий (или частоты их возникновения), заключающихся в поражении не менее определённого числа людей, подвергшихся поражающим воздействиям определённого вида при реализации определённых опасностей, от этого числа людей.
Таким образом, можно констатировать, что в последние годы благодаря интенсивному развитию строгих фундаментальных наук (математики, теории вероятностей, статистики и др.) возникли объективные предпосылки для создания методов измерения опасности на основе введения соответствующей меры. Практическая необходимость введения меры опасности обусловлена стремлением иметь механизмы управления опасностью в различных сферах человеческой жизни и деятельности. В связи с этим у исследователей возникла потребность различать понятия "опасность" и "риск", рассматривая риск как меру опасности.
Например, ГОСТ Р 22.2.08-96 «Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Безопасность движения поездов. Термины и определения» даёт определение риска потери МІ в железнодорожной ЧС как возможность потери Mj в железнодорожной ЧС от воздействия поражающих факторов, возникающих в результате перехода движения поезда в опасное состояние за расчётное время.
Риск экономического ущерба Nj в железнодорожной ЧС трактуется как возможность экономического ущерба Nj от потерь в железнодорожной ЧС. Показатель риска потери Mj при реализации перевозочного процесса -вероятность потери Mj вследствие перехода перевозочного процесса в опасное состояние за расчётное время. Показатель риска экономического ущерба Nj при реализации перевозочного процесса - вероятность экономического ущерба Nj вследствие перехода перевозочного процесса в опасное состояние за расчётное время [2]. В то же время в проекте ОСТ 32.95-97 «Безопасность движения поездов и подвижного состава железных дорог. Термины и определения» [3] приведено существенно иное определение риска и его показателей: Риск - мера угрозы возникновения потенциально возможного транспортного происшествия и связанного с ним ущерба при выполнении поездной и маневровой работы. При этом полагается, что понятие риск в общем случае всегда учитывает две составляющие, одна из которых характеризует возможность наступления транспортного происшествия и связанного с ним ущерба. Численная величина показателя "риск" характеризует уровень угрозы возникновения транспортного происшествия и связанного с ним ущерба. Поскольку при этом не объяснено, каким образом одна мера включает две величины, логично каждой компоненте риска дать свое определение. Одно из них содержится в упомянутом проекте ОСТ под названием - риск транспортного происшествия. В приведенной здесь трактовке риск транспортного происшествия - это мера угрозы возникновения транспортного происшествия. Поскольку последнее понятие не включает в себя связанный с опасным событием ущерб, то логично введение еще одного определения понятию «риск ущерба». Некий аналог этого понятия ОСТ вводит в разделе «Показатели риска» под названием «Прогнозируемый материальный ущерб». Прогнозируемый общий материальный ущерб - математическое ожидание величины материального ущерба техническим средствам железных дорог, собственности и окружающей среде в результате возникновения транспортных происшествий в единицу наработки или эксплуатационной работы железнодорожной транспортной системы для рассматриваемого момента суммарной наработки (объема эксплуатационной работы). Приведем еще одно определение одного из показателей риска по проекту рассматриваемого ОСТ, которое будет обсуждаться в дальнейшем. Интенсивность потока транспортных происшествий - математическое ожидание числа транспортных происшествий в единицу наработки или эксплуатационной работы железнодорожной транспортной системы для рассматриваемого момента суммарной наработки (объема эксплуатационной работы).
Установленное выше несоответствие в понятиях приводит к тому, что в некоторых работах [9,10], где автором была предпринята попытка оценить риски перевозок ОГ по выбранным маршрутам, риск понимается как максимальный ущерб, без учета вероятности возникновения ЧС, что является отклонением от принятого среди ведущих учёных отрасли понимания риска, включающего в себя как риск возникновения негативного события, так и степень ожидаемого ущерба [2,3]. Поэтому предложенный метод может быть использован только для относительной оценки рисков на маршрутах движения, пролегающих по одной территории, для которой риск возникновения опасного события можно считать в первом приближении (по фактическим данным, без учета соотношения балльности пути и влияния бальности пути на риск) одинаковым для различных маршрутов. Помимо этого существенным недостатком предложенного метода является отсутствие привязки маршрутов к возможностям технологий геоинформационных систем. Это в свою очередь не позволяет учесть фактор опасного взаимовлияния на величину потенциального ущерба наличия других потенциально опасных и населённых объектов, сопредельных к железным дорогам. Далее методология оценки рисков развивалась в направлении оценок частных показателей рисков территориальных (по отдельным железным дорогам, участкам дорог), в отдельных видах движения, для различных видов грузов [11, 34, 35]. В работе [12] получены первоначальные ("грубые") оценки рисков на период 2000 г. для различных железных дорог и представлена методика оценки риска возникновения ЧС при перевозках ОГ для участка движения поездов.
Использование методов, представленных в этих работах, требует относительно небольшого объема информации, что позволило автору получить практический опыт оценивания рисков и продвинуться в направлении оценки рисков для маршрутов движения.
Разработка математической модели последствий пожара разлива нефтепродуктов для припортовой станции
Отметим также, что на настоящее время в плане описания объектов ущерба при транспортных происшествиях при перевозке ОГ, проект рассматриваемого ОСТа наиболее продвинут по сравнению с прочими источниками.
Еще одна особенность описаний понятий риска и количественных показателей - упоминание о временных промежутках, о временном характере процесса обычно авторами не делается, или делается в лучшем случае в примечании (например, в проекте ОСТа в примечании к определению общих абсолютных статистических показателей безопасности движения).
Дополнительному уточнению подлежит и базовое определение данное в проекте - «риск возникновения транспортного происшествия». Уточнения должны быть сделаны в том плане, что риск - это величина, вообще говоря, зависящая от общего изменения времени (на достаточно продолжительных промежутках) и от длины выбранного промежутка времени. Соответственно, указанное определение должно учитывать эту зависимость. Завершая обсуждение понятия риска, отметим, что одним из общих определений, соответствующим требованиям для оценки рисков железнодорожных перевозок является определение риска принятое в теории управления в социально-экономических системах. Последнее учитывает временной интервал и подтверждает небходимость учета вероятности возникновения опасного события и частоты опасных событий (интенсивности). Необходимость включения составляющей неопределенности процесса представляется излишней, поскольку вероятностный характер показателей риска и сама модель процесса определяют эти величины. Наиболее же полноценно (при определенном изменении названий определений) термины и количественные показатели риска на железнодорожном транспорте описывает упомянутый выше проект ОСТа. Далее коснемся уточнений и корректировок в определениях ущербов, приведенных в этом документе. Например, анализ определения «прогнозируемого общего ущерба», приведенного в проекте ОСТа, показывает, что последнее относится к риску общих потерь. В такой постановке понятие риска ущерба для единичного транспортного происшествия оказывается неописанным. В качестве первоначальной можно предложить следующую более корректную формулировку. Риск ущерба от транспортного происшествия - ожидаемый ущерб от транспортного происшествия (математическое ожидание ущерба от транспортного происшествия). В целях повышения эффективности управления безопасностью перевозок на железнодорожном транспорте распоряжением ОАО «РЖД» №821р от 28.04.2006г. утверждены и с 1.05.2006г. введены в действие стандарты организации СТО «РЖД» серии «Безопасность железнодорожных перевозок». Безусловно, принятие СТО РЖД 1.02.001 - 1.02.012-2006 - это закономерный и необходимый шаг в направлении управления безопасностью движения на железнодорожном транспорте на основе методологии оценки фактических и прогнозируемых рисков возникновения нарушений безопасности движения поездов и социально-экономических ущербов от них. Вместе с тем ряд изложенных здесь теоретических моментов является спорным и требует дополнительной проработки. Последнее, в частности, касается стандарта 1.02.004-2006 «Безопасность железнодорожных перевозок. Методика расчёта эксплуатационных показателей безопасности движения поездов» [78]. Основное противоречие здесь заключается в том, что эксплуатационный показатель риска перехода движения поезда в опасное состояние на полигоне не может равняться нулю, даже если число поездок, закончившихся переходом их движения в опасное состояние на полигоне испытаний за время (Тс) равно нулю [78]. Это сопряжено со следующими обстоятельствами: во-первых, с принятой концепцией приемлемого риска, фактического отказа на уровне отрасли от положений теории абсолютной безопасности; во-вторых, с тем, что ни путь, ни подвижной состав на полигоне совершенными с точки зрения действующих норм в ряде случаев быть не могут; в-третьих, всегда присутствуют факторы риска перехода движения в опасное состояние по причинам природного характера: сейсмология, наводнения, смерчи, обледенение и пр. Значительно сложнее складывается ситуация с расчетом риска по отдельным элементам, поскольку неопределенность в этом случае возрастает.
Даже наличие доверительного интервала не позволяет полноценно использовать методику для полигонов движения поездов, поскольку одна и та же широта доверительного интервала в течение многих периодов времени при нулевом показателе риска также не информативна, как и сам показатель в этом случае. Иными словами, если на рассматриваемом полигоне идут нули в графе количество переходов в опасное состояние, то методика практически не применима. Одновременно само количество таких полигонов и потребных периодов времени крайне велико. Наоборот, полигонов, на которых есть переход в опасное состояние за неделю, месяц, квартал - фактически единицы.
Изложенное накладывает объективное ограничение на использование разработанной методики и стандартов, делая их применимыми только на макроуровне всей сети или отдельных железных дорог, где можно ожидать переход в опасное состояние за неделю, например в позиции сходы.
В этой связи возникает насущная необходимость доработки методики и стандартов в части расчёта эксплуатационных показателей безопасности функционирования технических средств основных хозяйств, когда полигоны невелики и число отказов незначительно за контролируемое время, что приводит к нулевому результату испытания [78,79].
Общие принципы оценки риска Компании ОАО «РЖД» в части влияния опасных природных явлений и техногенных аварий на безопасность перевозочного процесса
Для снижения ущербов от возникновения пожаров разлива нефтепродуктов из нефтеналивных цистерн, периодически имеющих место, в частности на припортовых железнодорожных станциях, где осуществляется их массовая перевалка на танкерный флот водного транспорта, необходима разработка советующих систем (систем поддержки принятия управляющих решений) по ликвидации последствий аварий. Учитывая относительно небольшое время для выбора оптимального решения и большой объём сопутствующей информации (местоположение источника возгорания на станции, подвижной состав на соседних путях, прилегающие производственные объекты и жилая застройка, их населённость и пожарные характеристики, тактико-технические данные пожарных поездов, пути эвакуации и т.д.) целесообразно автоматизировать процесс её сбора и обработки. При обработке информации несомненный интерес будет представлять и прогноз динамики развития аварийной ситуации, например последствий пожара разлива нефтепродуктов с отображением размеров пятна пожара разлива и перечисленной выше сопутствующей информации средствами технологий геоинформационных систем (ГИС) на карте станционной и прилегающей территории городской застройки [51].
Для решения поставленной задачи необходимо разработать математическую модель аварийного разлива нефтепродуктов (бензин А-76, сырая нефть, дизельное топливо). Модель должна реализовывать вариантные расчеты геометрических размеров зон разлива и масс веществ в пятне разлива для различных степеней разгерметизации вагонов-цистерн с истечением опасного содержимого на различные подстилающие поверхности (гравий, бетон, песок, земля) с учётом специфики распространения пожара разлива на железнодорожных путях.
В рамках задачи должны быть разработаны: 1) алгоритм оценки последствий развития пожара разлива названных веществ во времени для персонала и населения проживающего на прилегающей к станции территории, подвижного состава, пути и контактной сети; 2) функции основных программных и информационных компонентов, проведено проектирование их интерфейсов; 3) исходные тексты программ. В итоге разработанное программное обеспечение "Spill Oil" должно выполнять следующие, необходимые при составлении электронных планов по предупреждению и ликвидации аварийных ситуаций с нефтеналивными ОГ, функции: - выбор возможного места аварии на карте станции; - отображение динамики последствий возможных аварийных ситуаций с нефтеналивными грузами (разлив, пожар) в виде электронных полей опасности различного уровня воздействия на производственные, жилые объекты и людей; - селектирование и выборка объектов, попавших в зоны опасного воздействия последствий аварийной ситуации; - предоставление характеристик параметров, свойств объектов и цифровых фотоснимков железнодорожной и прилегающей инфраструктуры, включая количество работающих и проживающих; - выдача схемы оповещения при возникновении аварийных ситуаций с ОГ; - оперативные меры по ликвидации последствий аварийной ситуации, включая порядок проведения аварийно-спасательных и восстановительных работ; - конструктивные и технические характеристики подвижного состава (вагонов-цистерн под налив нефтепродуктов). В качестве пилотной станции для разработки математической модели последствий пожара разлива нефтепродуктов выбрана припортовая станция Северо-Кавказской железной дороги - Туапсе. Станция выбрана по соображениям ведущейся реконструкции и расширения под переработку растущего объёма нефтеналива. Здесь ведется сооружение дополнительных ёмкостей до 365 тыс. тонн. Предусмотрено строительство новых глубоководных наливных терминалов, проводится развитие железнодорожных эстакад, таким образом, мощность нефтебазы «Туапсе-Роснефтепродукт» планируется увеличить с 6 до 10 млн. тонн в год. 3.3.1. Постановка и решение задачи по зависимости площади разлива нефтепродуктов от времени Расчет скорости слоя при разливе жидкости на фронте пятна производим в рамках модели плоского установившегося течения идеальной несжимаемой жидкости. Модель предполагает учет наличия препятствий, лотков, стоков и ограждений при условии, что информация о них содержится в базе данных ГИС-системы. Истечение легко воспламеняющейся жидкости (ЛВЖ) при наличии препятствия формирует обратный по направленности источник соответствующей интенсивности, приобретающий вид согласно форме границы препятствия. Такой подход позволяет учесть истечение ЛВЖ на рельсы, ограждающие конструкции на станции и прочее. Анализ [50] показывает, что средняя глубина разлива, принятая в расчётах, составляет 20мм. Процесс проникновения в почву слоя жидких углеводородов, разлитых на поверхности земли, относится к плохо изученным нелинейным задачам фильтрации с неполным насыщением. Наиболее простой вариант такого класса задач изучается в гидрогеологии в связи с вопросами орошения и полива (влагоперенос в почве) [52, 53].
Процессы же фильтрации углеводородов практически не исследовались теоретически. Эти задачи являются более сложными по ряду причин. Во-первых, сама почва представляет собой трехфазную систему - твердые частицы, вода и воздух с парами воды. Почва содержит поры различных порядков крупностей, причем системы капиллярных пор обеспечивают водоудерживающую способность пор, а некапиллярные определяют быстрое просачивание флюидов в воду. В такую достаточно сложную систему погружается углеводородная смесь, имеющая промежуточную смачиваемость по отношению к воздуху и воде. Другой принципиальной трудностью является недостаток эмпирического материала, необходимого для расчета.
