Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса в части анализа и обеспечения пожарной безопасности населённых пунктов 10
1.1. Мероприятия по обеспечению пожарной безопасности населённых пунктов 10
1.2. Анализ обстановки с пожарами в Ленинградской области 18
Выводы по главе 22
2. Модели пожарной уязвимости населённых пунктов и методы её оценки 26
2.1.Модели и критерии оценки пожарной уязвимости 26
2.2. Методы анализа пожарной уязвимости населённых пунктов и районов 36
Выводы по главе 42
3. Предложения по снижению пожарной уязвимости населённых пунктов 43
3.1. Методы снижения пожарной уязвимости 43
3.2. Моделирование снижения пожарной уязвимости 46
Выводы по главе 53
Заключение 54
Литература 56
Приложения
- Анализ обстановки с пожарами в Ленинградской области
- Методы анализа пожарной уязвимости населённых пунктов и районов
- Методы снижения пожарной уязвимости
- Моделирование снижения пожарной уязвимости
Введение к работе
Исторически пожары являются одним из наиболее страшных бедствий человечества, уступая в настоящее время по числу погибших разве что военным конфликтам и катастрофам на транспорте. В докладе «Горящая Россия», подготовленному Президенту России в конце XX века, показано, что пожары по числу жертв и материальному ущербу сопоставимы с постоянно ведущейся войной среднего масштаба. Невзирая на проводимые организационно-технические мероприятия и героические действия пожарных, прогнозы по числу пожаров, материальному и социальному ущербу от них, по числу жертв и травмированных не внушают особого оптимизма.
Это в полной мере относится к Северо-Западному региону России в целом и к Ленинградской области (ЛО) в частности. Это, помимо прочих факторов, обусловливается такими особенностями, как наличие большого числа населённых пунктов (НП) со значительным процентом деревянных строений с пониженной степенью огнестойкости и печным отоплением, сложными географическими (наличие рек, озёр, болот, лесных массивов) и климатическими (длительный зимний период, снежные заносы, ветра) условиями.
При этом в значительной степени от пожаров страдают сельские НП, где нет своей пожарной охраны (ПО), а расстояние до ближайшей пожарной части (ПЧ) может измеряться двумя десятками и более километров. Это приводит (особенно в зимний период) к позднему прибытию пожарных подразделений, когда сам горящий объект (жилой дом, школу, цех предприятия...) спасти уже невозможно и всё сводится к защите соседних зданий, сооружений, коммуникаций и т.п. Обстановка с пожарами в таких НП усугубляется сложной демографической ситуацией (большой процент пожилых людей, летняя миграция городского населения на дачные участки и в садоводства, безработица и злоупотребление алкоголем среди местного населения, приезд рабочих из среднеазиатских республик с плохим знанием русского языка, пренебрежение правилами пожарной безопасности), а также такими местными особенностями, как жёг травы весной и лесные пожары в засушливый летний период.
Всё это приводит к повышенной пожарной уязвимости НП, не имеющих своей ПО - не снижается (а в некоторых районах и растёт) число пожаров, высокими остаются показатели травматизма и гибели людей, материальный ущерб. В таких НП, да и в целом в районах и областях допустимый уровень пожарной опасности, который, согласно ГОСТ 12.1.004-91 "Пожарная безопасность. Общие требования", должен быть не выше Ю-6 воздействия недопустимо высоких величин опасных факторов пожара (ОФП) на каждого человека в год, оказывается многократно превышенным. Например, в Бокситогор-ском районе ЛО в первом десятилетии XXI века в среднем за год на 10 тыс. жителей НП без ПО приходится свыше б погибших на пожарах, что более чем в шестьсот раз (!) превышает допустимый уровень. Не намного лучше обстоят дела в Киришском, Лужском, Тихвинском и Тосненском районах -там этот уровень превышен более чем в пятьсот (!) раз.
Все это приводит к необходимости максимально скорейшего решения проблемы снижения пожарной уязвимости НП Северо-Западного федерального округа (СЗФО) в целом и ЛО в частности, где отсутствует своя ПО. Нетрудно видеть, что эта проблема может быть решена в основном за счёт введения в строй и рационального размещения дополнительных ПЧ.
Таким образом, цель работы можно сформулировать как снижение пожарной уязвимости НП, районов и областей за счёт рационального размещения сил и средств ПО при заданном размере выделенных финансовых средств на создание дополнительных ПЧ.
Для достижения цели поставлены и решены следующие задачи:
- сбор объективных данных о состоянии обстановки с пожарами в НП, не имеющих своей ПО, что в данной работе сделано на примере районов ЛО, входящих в СЗФО;
- статистический анализ показателей пожарной уязвимости указанных НП;
- выбор и сопоставление методов выявления наиболее пожароуязвимых НП, а также районов в целом;
- применение метода многокритериального выбора по Парето для выявления наиболее пожароуязвимых НП и районов;
- формирование и обоснование комплексного критерия пожарной уязвимости НП и районов и ранжирование с его помощью НП и районов в целом по уровню пожарной уязвимости;
- предложения по оборудованию ПЧ в НП, не имевших ранее ПО, и оценка снижения при этом пожарной уязвимости районов;
- создание комплекса компьютерных программ по статистической обработке данных о пожарной обстановке в НП, ранжированию НП по уровню пожароуязвимости, моделированию снижения пожарной уязвимости при размещении в НП дополнительных сил и средств (СиС) ПО.
Объектом исследования являются НП, не имеющие своей ПО.
Предмет исследования составляют модели и методы оценки и снижения пожарной уязвимости НП.
Методы исследования: системный анализ, математическая статистика и теория вероятностей, методы оптимизации, в т.ч. по Парето, методы экспертного оценивания, корреляционный анализ.
Основные положения, выносимые на защиту, обладающие научной новизной:
- база данных по НП, не имеющих своей ПО, важнейшей области СЗФО - Ленинградской;
- результаты статистического анализа показателей обстановки с пожарами в НП без подразделений ПО (на примере районов ЛО), корреляционные связи между этими показателями;
- методы оценки пожарной уязвимости НП на основе комплексного критерия и модифицированной Парето-оптимизации и перечень наиболее пожароуязвимых НП и районов ЛО;
- результаты моделирования снижения пожарной уязвимости НП и районов за счёт рационального размещения дополнительных ПЧ.
Достоверность и обоснованность основных положений исследования обеспечена применением современных расчетно-аналитических методов, хорошим совпадением результатов выявления наиболее пожар о уязвимых НП, полученных как с помощью Парето-оптимизации, так и по комплексному критерию пожарной уязвимости, логической непротиворечивостью предложений по снижению пожарной уязвимости путём рационального размещения дополнительных ПЧ.
Практическая значимость работы заключается в создании базы данных по НП, не имеющих своей ПО (на примере ЛО), получении и анализе статистических данных по этим НП, выявлении наиболее пожароуязвимых из них, формировании критерия пожарной уязвимости и формулировании предложений по её снижению для НП и районов в целом. Основные разработанные модели и методы реализованы в комплексе компьютерных программ и использовались при выполнении расчетов в ходе проведении инициативной НИР «Обоснование рационального размещения СиС ПО на территориях субъектов РФ, расположенных в пределах СЗФО», а также в учебном процессе Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС России.
Анализ обстановки с пожарами в Ленинградской области
В соответствии с «Организационно-методическими рекомендациями по определению численности противопожарной службы субъекта РФ и её технической оснащённости» [30], разработанными специалистами ФГУ ВНИИПО и Академии ГПС МЧС России, на основе глубокого анализа отечественной и зарубежной статистики предложено определять количество жителей, приходящихся на одного пожарного пі, через плотность населения p=NjK/Sr [чел/км2] по эмпирическому выражению: В рекомендациях [30], кроме того, предусматривается пропорциональное распределение сотрудников ПО по специа лизациям: где Пот, пп, пу пт - соответственно численность оперативно-тактических, профилактических, управленческих и технических сотрудников, округляемые до целых значений. Рекомендации [30] предписывают также создание ПЧ в сельских НП, если число жителей превышает 500 чел. Важный вклад в снижение ущерба от пожаров вносят и учёные, проводящие исследования в области организационно-управленческих мероприятий по обеспечению пожарной безопасности - в ВУЗах ГПС и во ВНИИПО МЧС России сформировались целые научные школы. Их публикации и дис сертационные работы отражают в основном следующие направления: - сбор, обработка и анализ статистического материала, касающегося обстановки с пожарами [51, 52, 55, 57, 107, 115]; - оптимизация состава и расстановки сил и средств (СиС) ПО [41, 42, 43, 56, 62, 63, 71, 75, 82, 83, 95, 110]; - управление действиями оперативных пожарных подразделений по тушению пожаров (в т.ч. с учётом взаимодействия с подразделениями других министерств и ведомств) [46, 48, 54, 64, 66, 72, 76, 78, 80, 81, 94, 100, 103, 104, 114, 118, 119, 122]; - подготовка и повышение квалификации начальствующего состава ГПС [47, 86, 92, 93, 97-99, 113]. В частности, в работах проф. Н.Н.Брушлинского и его школы (Г.И.Абдурагимова, Е.М.Алёхина, Ю.М.Глуховенко, В.Б.Коробко, Б.М.Пранова, С.В.Соколова и др.), отражён обширный статистический материал в части закономерностей, касающихся частоты возникновения пожаров (сделан важный вывод о том, что такие события, как пожары подчиняются закону Пуассона [59,74], если они не носят «цепочный» характер), вероятности одновременных пожаров в НП [51], выведены статистические закономерности для времени следования пожарных подразделений, продолжительности тушения пожаров [52] и т.п. Исследователями сделан важный (хотя и естественный) вывод о том, что ущерб от пожара зависит от времени прибытия первого пожарного подразделения - чем это время меньше, тем меньше ущерб [115]. При этом, согласно БУЛО (Боевого устава пожарной охраны) [21], начинает немедленно оказываться помощь лицам, находящимся под угрозой воздействия ОФП, проводится разведка пожара, начинается его тушение и, при необходимости, оперативно повышается ранг (номер) пожара и вызываются дополнительные пожарные подразделения и требуемая пожарная техника. Проведённый анализ исследований в части обеспечения пожарной безопасности НП показал следующее.
Ещё в 70-х годах А.Н.Воинов выдвинул обобщённую постановку задачи [62] оптимизации районов выезда ПЧ из условия минимизации среднего и максимального времени прибытия пожарных подразделений. В 90-х годах XX века были созданы компьютерные системы «KOSMAS» [53] и «ТИГРИС» [43], позволяющие решать задачи системного анализа деятельности пожарных и аварийно-спасательных сил для крупных городов - Берлина и Вологды соответственно. В настоящее время подобные программы активно используются и для других городов. В докторской диссертации Г.И.Абдурагимова [40] на основе анализа обширного статистического материла об обстановке с пожарами в отечественных и зарубежных городах были получены адекватные регрессионные зависимости числа жертв от пожаров Аг от среднегодового числа пожаров Ап, числа жителей NJK, площади города Sr и времени прибытия первого пожарного подразделения (времени следования) tCA -Ar=fi(An,NjK,Sr,tcA), а также времени следования tcA от числа жителей NJK, площади НП Sr и числа ПЧ в нём m - tCA=f2(N;,K, Sr, m). Им предложен модифицированный критерий приведённого времени следования, учитывающий значимость объектов в районе выезда ПЧ, что позволило создать методику оптимизации районов выезда в городе. Проф. Б.М.Пранов предложил методику рационального размещения ПЧ по территории города из условия минимизации времени прибытия пожарных подразделений [95, 96]. В работах С.Л.Бречалова [48] и К.В.Погорельской [94] показано наличие значительной взаимосвязи между временем следования tCA и числом жертв Лг, получены величины коэффициентов линейной парной корреляции соответственно для Санкт-Петербурга и Пскова. Кроме того, в работах С.Л.Бречалова найдены статистические законы распределения времени следования пожарных подразделений для различных районов Санкт-Петербурга и АО.
Методы анализа пожарной уязвимости населённых пунктов и районов
Проведённый анализ показал, что модифицированный критерий минимума времени следования, предложенный д.т.н. Г.И.Абдурагимовым [40] для мегаполисов и крупных городов, сложно использовать для решения задачи повышения пожарной безопасности сельских НП и районов в целом [91]. Этот критерий ориентирован, прежде всего, на оптимизацию районов выезда ПЧ крупных городов и мегаполисов, а не проблему рационального размещения дополнительных ПЧ в наиболее пожароуязвимых НП. Подход [86], используемый для оценки эффективности деятельности пожарных подразделений, также не подходит для определения пожароуязвимости НП и рациональности размещения дополнительных ПЧ. Для решения подобной задачи на походят и другие методы [43, 49, 56, 62, 63, 71, 73, 75, 76, 81, 82, 83, 95, 96, 100, 103, ПО, 120]. В этой связи потребовалось вывести точную модель пожароуязвимости НП. К величине пожароуязвимости U предъявляются следующие требования [91]: - она должна учитывать ранее упомянутые показатели: N K, Li, NB, An, Аг; - величина U должна лежать в пределах от 0 до 1, при U— 0 пожароуязвимость минимальна, при U— 1 - максимальна. Этим требованиям удовлетворяет аддитивный критерий пожарной уязвимости, пригодный как для НП, так и для районов в целом: где Ui - уязвимость і-го НП или района; wi -ws - весовые коэффициенты, сумма которых единична (определяются экспертными методами [121]); NJKC, LC, NBC, АПС, АГС - средние по области значения числа жителей в НП без ПО; N d, Li, NBi, АПІ, АГІ - значения показателей для і-го НП (района). Применительно к району вычисление уровня пожарной уязвимости целесообразно производить по выражению: где N - число НП в районе, не имеющих ПО (например, в Под-порожском районе ЛО - 84). Применительно к области в целом показатель пожароуяз-вимости может быть оценен как средневзвешенный по районам: где No - число рассматриваемых районов (в данном случае по ЛО N0=17, за исключением
Сосновоборского р-на). Удобство предложенного критерия заключается в том, что он безразмерный и лежит в пределах от 0 до 1 (например, при U— 1 в НП много жителей и важных объектов, он значительно удалён от ближайшей ПЧ, в нём часто возникают пожары и гибнут люди - следовательно, такой НП особенно по-жароуязвим; при U— 0 - наоборот). 2.2.2.С использованием критерия (2.16) были проранжи-рованы НП без ПО и районы ЛО в целом, для чего разработана соответствующая компьютерная программа. С её использованием по критерию (2.16) были выявлены наиболее пожароуяз-вимые районы и НП - см. табл.2.4 и 2.5 (предполагалось для простоты, что весовые коэффициенты одинаковы: wi=W2=W3=W4=W5==0,2). Следует заметить, что НП, приведенные в табл.2.5, совпадают с НП, ранее выделенными по критерию В.Парето. Экспертные методы [121] имеют ряд особенностей: - необходимость привлечения большого числа компетентных специалистов (экспертов); они должны быть независимы друг от друга (не общаться во время опроса) и полностью объективны. Процедура экспертного оценивания достаточно дорогостоящая, требует тщательной формулировки вопросов и математической обработки результатов опроса. Это привело к необходимости изыскания другого (робастного) метода. В этой связи для повышения объективности оценок по-жароуязвимости предложен метод оценки устойчивости критерия (2.16) к вариабельности весовых коэффициентов. Его сущность заключалась в том, что коэффициенты {wi} изменяются случайно или по определённому плану (см.табл.2.6) п раз, при этом каждый раз вычисляется величина Ui, а по выборке этих величин (для плана по табл.2.6 п=31) может строиться гистограмма, находиться матожидание Uicp и дисперсия Di:
Методы снижения пожарной уязвимости
Решение проблемы снижения пожарной уязвимости НП и районов в целом и повышения их пожаренной безопасности [89] может быть решена путём размещения дополнительных ПЧ в наиболее пожароуязвимых НП. Порядок выделения таких НП рассмотрен в гл.2. Основным условием при этом будет снижение уровней пожароуязвимости районов (Up— min) и области в целом (U0—шт) [87, 88], см. выражения (2.17) и (2.18).
Новых ПЧ в пожароуязвимых НП желательно размещать как можно больше, насколько позволят выделенные финансовые средства. При этом преимущество желательно отдавать ГПС (ФПС или ПСС), как наиболее боеспособной структуре, а уж затем рассматривать возможность создания ПЧ муниципальной, частной или добровольной ПО.
При оборудовании новых ПЧ в наиболее пожар оуязвимых НП неизбежно встают задачи: - штатного перезакрепления НП за существующими и вновь создаваемыми ПЧ (т.е. корректировка районов выезда ПЧ); - оперативного (временного) перезакрепления НП за боеспособными ПЧ, если караулы одной или нескольких ПЧ убыли на тушение пожаров. В обоих случаях порядок перезакрепления НП за ПЧ может быть реализован с помощью метода, блок-схема которого представлена на рис.3.1. Формально процесс перезакрепления в районе N НП без ПО за m ПЧ может быть осуществлён путём последовательного перебора, для чего должно быть просчитано Січт вариантов [74]. При этом для каждого j-ro района вычисляется величина общей протяжённости маршрутов Lj всех ПЧ в этом районе при выбранном варианте закрепления НП за ПЧ: где Ljk - общая протяжённость маршрутов k-ой ПЧ j-ro района, определяемая для каждого варианта закрепления НП за к-ой ПЧ. Для каждого расчётного варианта вычисляются значения {Ui}, Up, Uo по выражениям (2.16-2.18) и для каждого района создаётся база из CN вариантов закрепления. Затем из этой базы выбирается наилучший вариант, исходя из условия Up— тт. Затем по набору из N0 значений {Up} по выражению (2.18) вычисляется величина пожарной уязвимости Uo для области в целом и выбирается наилучший вариант. Но даже при больших возможностях современной вычислительной техники такой подход представляется непомерно трудоёмким. Например, для Киришского р-на ЛО, где число НП без ПО минимально (N=72) и к пяти существующим ПЧ добавлена ещё одна (всего стало шесть ПЧ - т=6), то С72б= 156238908, т.е. нужно просчитать более 156 миллионов вариантов! Для других районов ЛО число возможных вариантов закрепления НП за ПЧ может быть на порядки больше. 3.1.2.Таким образом, требуется разработка нового метода перезакрепления НП за ПЧ. Это может быть осуществлено либо эвристически (когда схема закрепления очевидна, исходя - осуществляется корректировка рациональности закрепления НП за ПЧ по области в целом, исходя из условия U0— min (при этом общая внешняя граница районов выезда ПЧ может не совпадать с административной границей района, т.е. НП одного района могут быть закреплены за ПЧ другого района). Такой метод представляется значительно более перспективным, легко алгоритмизуется и может применяться в интерактивном режиме. При этом оперативно или заранее можно перезакрепить НП за боеготовыми ПЧ, если караулы одной или нескольких ПЧ убыли на тушение пожаров. Изложенный подход целесообразно проиллюстрировать на модельном примере. Пусть некоторый условный район изначально имеет восемнадцать (N=18) пожароуязви-мых НП и две (т=2) ПЧ в НП «А» и «Б» - см.рис.3.2. За ПЧА закреплены 9 НП: 1-7, 9 и 12, за ПЧБ - остальные 9 НП: 8, 10, 11, 13-18. Исходя из инфраструктуры района, расстояния между НП приведены в табл.3.1. При такой схеме (рис.3.2) максимальное расстояние - между ПЧА И НП 2: Lmax=36 км. Среднее расстояние по району от НП доПЧ составляет Lcp=(157+152)/18«17,13 км. Пусть известно, что наиболее пожароуязвимым является НП 15, где и оборудуется новая ПЧ. Требуется рационально перезакрепить оставшиеся семнадцать НП (N=17) за теперь уже тремя (т=3) ПЧ района. Эта задача может быть достаточно легко решена с использованием рассмотренного метода, результат решения показан на рис.3.3. За ПЧА закреплены б НП: 3-7 и 9, за ПЧБ - 5 НП: 8, 10, 11, 14, 17, за ПЧІ5 - б НП: 1, 2, 12, 13, 16, 18. Величины общих протяжённостей пути следования для трёх ПЧ значительно сократились - соответственно
Моделирование снижения пожарной уязвимости
Всё это приводит к повышенной пожарной уязвимости НП, не имеющих своей ПО - не снижается (а в некоторых районах и растёт) число пожаров, высокими остаются показатели травматизма и гибели людей, материальный ущерб. В таких НП, да и в целом в районах и областях допустимый уровень пожарной опасности, который, согласно ГОСТ 12.1.004-91 "Пожарная безопасность. Общие требования", должен быть не выше Ю-6 воздействия недопустимо высоких величин опасных факторов пожара (ОФП) на каждого человека в год, оказывается многократно превышенным. Например, в Бокситогор-ском районе ЛО в первом десятилетии XXI века в среднем за год на 10 тыс. жителей НП без ПО приходится свыше б погибших на пожарах, что более чем в шестьсот раз (!) превышает допустимый уровень. Не намного лучше обстоят дела в Киришском, Лужском, Тихвинском и Тосненском районах -там этот уровень превышен более чем в пятьсот (!) раз.
Все это приводит к необходимости максимально скорейшего решения проблемы снижения пожарной уязвимости НП Северо-Западного федерального округа (СЗФО) в целом и ЛО в частности, где отсутствует своя ПО. Нетрудно видеть, что эта проблема может быть решена в основном за счёт введения в строй и рационального размещения дополнительных ПЧ. Таким образом, цель работы можно сформулировать как снижение пожарной уязвимости НП, районов и областей за счёт рационального размещения сил и средств ПО при заданном размере выделенных финансовых средств на создание дополнительных ПЧ. Для достижения цели поставлены и решены следующие задачи: - сбор объективных данных о состоянии обстановки с пожарами в НП, не имеющих своей ПО, что в данной работе сделано на примере районов ЛО, входящих в СЗФО; - статистический анализ показателей пожарной уязвимости указанных НП; - выбор и сопоставление методов выявления наиболее пожароуязвимых НП, а также районов в целом; - применение метода многокритериального выбора по Парето для выявления наиболее пожароуязвимых НП и районов; - формирование и обоснование комплексного критерия пожарной уязвимости НП и районов и ранжирование с его помощью НП и районов в целом по уровню пожарной уязвимости; - предложения по оборудованию ПЧ в НП, не имевших ранее ПО, и оценка снижения при этом пожарной уязвимости районов; - создание комплекса компьютерных программ по статистической обработке данных о пожарной обстановке в НП, ранжированию НП по уровню пожароуязвимости, моделированию снижения пожарной уязвимости при размещении в НП дополнительных сил и средств (СиС) ПО. Объектом исследования являются НП, не имеющие своей ПО. Предмет исследования составляют модели и методы оценки и снижения пожарной уязвимости НП. Методы исследования: системный анализ, математическая статистика и теория вероятностей, методы оптимизации, в т.ч. по Парето, методы экспертного оценивания, корреляционный анализ. Основные положения, выносимые на защиту, обладающие научной новизной: - база данных по НП, не имеющих своей ПО, важнейшей области СЗФО - Ленинградской; - результаты статистического анализа показателей обстановки с пожарами в НП без подразделений ПО (на примере районов ЛО), корреляционные связи между этими показателями; - методы оценки пожарной уязвимости НП на основе комплексного критерия и модифицированной Парето-оптимизации и перечень наиболее пожароуязвимых НП и районов ЛО; - результаты моделирования снижения пожарной уязвимости НП и районов за счёт рационального размещения дополнительных ПЧ. Достоверность и обоснованность основных положений исследования обеспечена применением современных расчет-но-аналитических методов, хорошим совпадением результатов выявления наиболее пожар оуязвимых НП, полученных как с помощью Парето-оптимизации, так и по комплексному критерию пожарной уязвимости, логической непротиворечивостью предложений по снижению пожарной уязвимости путём рационального размещения дополнительных ПЧ.
Практическая значимость работы заключается в создании базы данных по НП, не имеющих своей ПО (на примере ЛО), получении и анализе статистических данных по этим НП, выявлении наиболее пожароуязвимых из них, формировании критерия пожарной уязвимости и формулировании предложений по её снижению для НП и районов в целом. Основные разработанные модели и методы реализованы в комплексе компьютерных программ и использовались при выполнении расчетов в ходе проведении инициативной НИР «Обоснование рационального размещения СиС ПО на территориях субъектов РФ, расположенных в пределах СЗФО», а также в учебном процессе Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС России.
