Вопрос 2. Показатели опасности и безопасности технических систем
Поняття хаосу відігравало немалу роль протягом всієї історії розвитку людської думки. З хаосом пов'язували уявлення про згубне безладдя, про безмежну безодню, бездонну прірву. Власне, такі уявлення є найбільш розповсюдженими і в повсякденному житті. Проте, ідея первинного хаосу, з якого потім усе народилося, також досить поширена в давніх міфах, у східній філософії, у вченнях стародавніх греків. І у ведійських "Рігведах", і у вченні Платона ми зустрічаємося з уявленням про перетворення споконвічного Хаосу в Космос, про виникнення з нього "життєдіяльного". Ці уявлення дуже співзвучні із сучасним станом розвитку природознавства. Починаючи із сімдесятих років 20 століття, бурхливо розвивається напрямок, який дістав назву синергетики, у фокусі уваги якого — складні системи з процесами, здатними до самоорганізації, системи, в яких еволюція протікає від хаосу до порядку, від симетрії до складності, що постійно зростає.
Синергетика в перекладі з грецької мови означає співдружність, колективна поведінка. Уперше цей термін увів Хакен. Як новаційний напрямок у науці, синергетика виникла, у першу чергу, завдяки видатним досягненням І. Прігожина в галузі нерів-новажної термодинаміки. Він стверджував, що в нерівноважних відкритих системах можливі ефекти, що приводять не до зростання ентропії і прагнення термодинамічних систем до стану рівноважного хаосу, а до "мимовільного" виникнення упорядкованих структур, до народження порядку з хаосу.
Як уже було зазначено, синергетика пов'язана з ім'ям ученого російського походження І. Р. Прігожина (народ, у 1917 p.), який був удостоєний Нобелівської премії в галузі хімії за 1977 р. Багато років він очолює всесвітньо відому брюссельську школу фахівців у цій галузі. Однією з революційних новацій цього автора є перенесення в термодинаміку найважливіших кібернетичних понять про багаторівневу систему, про саморегуляцію за принципом зворотного зв'язку, про автоколивання та ін. У результаті він відкрив і вперше дослідив багаті можливості, внутрішні резерви термодинамічних систем стосовно їхнього розвитку, утворення нових і більш складних структур. Уже не у фотосинтезі рослин, а у фізичних і хімічних системах було виявлено могутні потенції поступального розвитку всупереч руйнівному закону зростання ентропії. Друге начало термодинаміки при цьому зберігає свою справедливість як великий всесвітній закон природи. Але сфера його дії є аж ніяк не безмежною, як це трактувалося в класичній термодинаміці.
Звернімося до повсякденної моделі й уявімо собі дзеркально рівну водну поверхню, коли на морі повний штиль. Вона є класичним зразком системи, яка перебуває в термодинамічній рівновазі. І вона протистоїть усім спробам вивести її із цього стану.
Кинемо в море прямовисно камінь. Падаючи в повітрі, він утворить за собою область розрідження. Долетівши до поверхні води і пірнувши вглиб, камінь захоплює за собою частину води. На поверхні утвориться западина. Але тут у гру вступають сили поверхневого натягу. Вони прагнуть повернути поверхню води до середнього рівня, однак за інерцією виштовхують її вище за середній рівень. Утвориться загальновідомий фонтанчик над поверхнею води. Але потім під дією сили земного тяжіння він падає назад і на короткий проміжок часу занурюється нижче середнього рівня, хоча вже не так глибоко. Потім знову сили поверхневого натягу за інерцією підкидають стовпчик води вище за середній рівен, хоча вже не так високо. Потім цикл повторюється, поки ие настане остаточне заспокоєння (релаксація). На поверхні моря це виглядає як загасаюче джерело кругових хвиль, які розсіюють енергію падіння каменя на поверхні води.
У термінах термодинаміки ця подія називається флуктуацією, тобто місцевим і короткочасним відхиленням системи від стійкого, рівноважного середнього стану. Уданому випадку можна говорити про флуктуацію значною мірою умовно, тому що, насправді, флуктуації народжуються в самій системі, а не в результаті зовнішнього впливу на неї. Але тут важливий лише аспект поведінки системи після того, як її невелика частина на короткий час виводиться з термодинамічної рівноваги. Як бачимо, у рівноважній системі флуктуації приречені на розсмоктування. Так роль флуктуацій є зрозумілою в класичній термодинаміці, яка не знала ніяких механізмів, що дозволяли б їм підсилюватися й породжувати нові стани системи і її нові структури.
Разом з тим, морська поверхня здатна хвилеподібно структуруватися, породжуючи просторово-часовий порядок із закономірностями на зразок знаменитого "дев'ятого валу". Але для цього необхідно постійно і на великій площі виводити її з термодинамічної рівноваги. Це й робить сильний вітер. За умови такого зовнішнього підведення енергії в гру вступають закони поширення й резонансного посилення хвиль на водній поверхні — внутрішні резерви її структурування. У теорії дисипативних структур структурування пов'язують зі зниженням симетрії системи. У випадку водної поверхні це очевидно. її симетрія максимальна в стані безструктурної рівноваги, коли в ній немає ніякого переважного напрямку. Ця симетрія наочно знижується в штормовому морі, на поверхні якого хвильові структури орієнтовані в новому напрямку.
Тепер уявімо, що ми перебуваємо в селі в другій половині спекотного липневого дня. Незважаючи на вітер, відчувається задуха. Сусід, у якого є свій "покажчик погоди" — давній перелом ноги — запевняє: протягом найближчих двох годин буде гроза. Але звідкіля їй узятися, коли на білястому небі від краю і до краю — ні хмарини? Тільки дим від труб могутньої ТЕЦ на обрії, кілометрів за 20 від нас. Проте через годину ми чуємо віддалене гуркотіння грому. Непомітно, "з нічого" у районі ТЕЦ виникла хмаринка, від якої до землі простягліїся видимі струмочки дощу. "Хмаринка з підвітряного боку, — думаєте ви. — її віднесе від нас геть". Але хмаринка ця поводиться зовсім інакше. Вона розпливається по небу, як пляма розлитого вина по скатертині І йде на нас проти вітру. Через півгодини вона перетворилася на могутню хмару з градовою "наковальнею" на висоті близько 8 кілометрів. І з її вже не струмки дощику виливаються, а стіною ллє злива. У землю втикаються стріли блискавок, лунає гарматне ревіння грому. Далі — більше. Уже над нашою головою на очах згущуються хмари. От загриміло на іншому кінщ" неба: там "з нічого" за якісь півгодини утворився свій грозовий осередок. От уперше блиснуло й гримнуло десь поруч. Швидше в будинок! Ще через 20 хвилин день перетворюється на сутінки. Усе навколо блискає і гримить, шаленіє злива зі шквалом, сиплеться град. Через годину буйство стихії минає. Злива
стихає, починається дрібний доні без грози, моторошні чорні хмарища, що клубочуться над нами, перетворюються на аморфні шаруваті хмари. Нарешті, і ті якось непомітно розсіюються. До вечора від них залишається лише безструктурний туман, що у низинах затримається всю ніч.
У даному випадку внутрішній потенціал структуроутворення інший — прихована теплота конденсації перенасиченої пари в полі тяжіння Землі. Вона розподілена у всьому об'ємі передгрозової атмосфери. Температури, необхідні для конденсації пари, постійно виникають і зникають у всьому об'ємі у вигляді ефемерних флуктуацій. Картина мерехтіння цих флуктуацій подібна до картини дзеркальної водної поверхні під дрібним дощиком: адже кожне джерело згасаючих хвиль у другому випадку — це теж аналог флуктуації. Тільки тепер температурні флуктуації охоплюють увесь об'єм речовини. Кінетична теорія газів Максвелла — Больцмана дозволяє розрахувати їх інтенсивності й частоту виникнення, однак далі від цього вона не йде. Але, з погляду теорії дисипативних структур, передгрозова атмосфера цілком готова до того, щоб ці флуктуації, одержавши підтримку ззовні, стали господарями становища й породили новий, складно структурований стан термодинамічної системи.
Для цього потрібний лише невеликий зовнішній поштовх, який остаточно виведе її з термодинамічної рівноваги. У даному випадку його спричинив дим ТЕЦ. Відомо, що частинки сажі в повітрі інтенсифікують процеси конденсації пари в багато разів. (Саме тому над великими індустріальними містами в середньому випадає на третину більше опадів, ніж над їхніми околицями.) Але можливі й інші варіанти "спускового механізму". Наприклад, сільські хлопчаки підпалили в безпечному місці цілий штабель старих автопокришок, улаштувавши багаття з чорним димом до небес. Або горить торф'яне болото. Чи пролетів літак з вихлопом двигунів, викинувши кіптяву в атмосферу. Чи очманіла наденергійна частинка космічного проміння породила в атмосфері зливу з мільярдів вторинних електронів і мезонів, які у великому об'ємі багаторазово інтенсифікували конденсацію.
А далі конденсація починає розвивати саме себе за рахунок усе більш інтенсивного виділення прихованої теплоти переходу "пара — рідина". Ця теплота породжує висхідні конвективні потоки повітря. Вони виносять величезні маси перенасиченої пари в більш холодні області атмосфери, де знижені температури знов-таки багаторазово інтенсифікують процес конденсації. Він захоплює такі висоти, яким у горах відповідає зона вічних снігів і льодів. Тут крапельки туману стають кристаликами льоду, а ті, у свою чергу, діють як каталізатори подальшої конденсації: Над структурами купчасто-дощової хмари виростає характерна розмита структура градової "кувалди". Повна просторова симетрія пересиченої пари порушилася, з неї утворилися видимі хмарні структури, чітко орієнтовані в просторі. Але в цій системі не припиняються й непомітні процеси формування нерівноважної системи електричних потенціалів. Видимими для спостерігачів є лише акти їх вирівнювання — розряди блискавок між хмарами й із хмар у землю. Полинули потоки довгу. Це означає подальше зниження рівня симетрії, подальше структурування парорідинної системи в просторі. У велику охолоджену зону за рахунок променистого теплообміну ринуло тепло з віддалених областей, які також почали інтенсивно охолоджуватися. І от уже формуються нові грозові осередки. Незабаром вони об'єднуються й починається сильна місцева гроза. Земне поле тяжіння перетворило приховану теплоту конденсації безструктурної пари на могутній структуротвірний потенціал, і тепер його реалізовано повною мірою. З його допомогою температурні флуктуації виявилися здатними подолати змертвілу рутинність другого начала Термодинаміки.
Але друге начало, нарешті, бере своє: гроза "видихається", хмари, що вигадливо клубочуться, у кінцевому підсумку перетворюються на безструктурний нічний туман. У даній місцевості й у даний день другий початок термодинаміки тріумфує. Але атмосфера над даною місцевістю — система відкрита, коли йдеться про речовину. Це означає, що вона обмінюється речовиною з іншими системами. І вже завтра з інших місцевостей сюди можуть надійти нові величезні маси пересиченої пари. І тоді описаний синергетичний механізм утворення структур так чи інакше знову буде запущено. Сам той факт, що він працює стільки ж мільярдів років, скільки гримлять над Землею місцеві грози, говорить про те, що це — могутній механізм. Ця схожість повністю відповідає універсальності другого начала термодинаміки.
Колишня абсолютизація останнього в наш час здається наївною. У тільки що розглянутому прикладі яскраво виявляється основний принцип кібернетичної причинності: малий зовнішній вплив спричинює значні наслідки. Розглянута система неживої природи є по-справжньому кібернетичною. її розвитком керує принцип позитивного зворотного зв'язку за сценарієм ланцюгової реакції процесу конденсації перенасиченої пари. У стабілізації структур, що утворюються, важливу роль відіграють негативні зворотні зв'язки. Зокрема, опускання до землі охолоджених мас повітря породжує могутні висхідні повітряні потоки. Вони не дають охолодженому повітрю досягнути землі й втягують його у складний процес структуроутворення, який із землі ми спостерігається як розростання купчасто-дощових хмар. Злива остаточно стабілізує теплообмін між землею та атмосферою і підтримує динамічну рівновагу протягом півгодини й більше. Це суто кібернетичні процеси. Але синергетика, на відміну від кібернетики Вінера — Шеннона, не задовільняється їх абстрактно-математичним описом, який усувається від конкретних фізичних, хімічних та інших механізмів їх реалізації. Навпаки, основну увагу вона приділяє саме цим конкретним механізмам. І в результаті виявляє закономірності самоорганізації кібернетичних систем, їх внутрішньої активності та саморозвитку.
Отже, маємо завдяки розглянутому вище прикладу світоглядний наслідок вельми загального характеру. Якщо система внутрішньо не готова до поступального розвитку, якщо вона перебуває в самодостатній рівновазі, а не на межі її втрати, то навіть грандіозні за масштабами й зусиллями впливи на неї не дадуть результату. Так, якщо атмосфера не перенасичена парою, то навіть виверження вулкана не спровокує місцевої грози. Якщо ж система близька до порога виходу з термодинамічної рівноваги, то досить найменшого впливу, щоб почався процес утворення й саморозвитку складних структур. Так, у перенасиченій парою атмосфері досить точкового задимлення, щоб запустити процеси її самоорганізації.
Розглянемо питання про самоорганізацію живої матерії. Почнемо знов-таки з повсякденної ситуації, цього разу — з галузі техніки. Що означає термодинамічна рівновага для автомобіля? Вона означає, що запас бензину в баці вичерпаний, двигун зупинився й охолонув до температури навколишнього середовища. Усі матеріально-енергетичні потенціали автомобіля вирівняні відповідно до другого начала термодинаміки. І якби автомобіль був замкнутою термодинамічною системою, то на цьому його роль була 6 вичерпаною, але автомобіль — система, відкрита щодо речовини. Це значить, що він може знову вийти зі стану термодинамічної рівноваги за рахунок надходження речовини ззовні. Це і відбувається в разі чергової заправки висококалорійним речовпною-снергоносієм. Заправка знову відтворює систему матеріально-енергетичних потенціалів, і починається черговий цикл експлуатації автомобіля. І ніякого протиріччя з другим законом термодинаміки.
Цей повсякденний приклад дозволяє перекинути місток до розуміння сутності самоорганізації живих організмів. Вона зводиться до двох ключових моментів. По-перше, живі системи функціонують і розвиваються поза станом термодинамічної рівноваги. По-друге, це можливо остільки, оскільки вони є відкритими щодо речовини, їхня відкритість виявляється в незаперечній ролі харчування. Ця роль цілком аналогічна ролі періодичних заправок автомобіля речовиною-енергоносієм. У живих організмів у ролі енергоносіїв виступають різні речовини: компоненти земної атмосфери для рослин, які в процесі фотосинтезу створюють з них складні органічні структури, жива речовина для травоїдних і хижих тварин. З кров'ю енергоносії надходять до органів тварин, які також можуть працювати й розвиватися тільки поза станом термодинамічної рівноваги. Як тільки з тих чи інших причин припиняється харчування (трофіка) організму або органів, вони стають замкнутими системами й повністю підпорядковуються другому закону термодинаміки. А це означає для організму як цілого смерть від голоду, спраги чи задухи. Для органів і їхніх тканин це означає змертвіння й необоротне дегенеративне переродження в тих випадках, коли з тих чи інших причин припиняється їхнє наповнення кров'ю. Типовий приклад — інфаркти, що виникають у серці, нирках, легенях, кишковику їх причиною може стати закриття просвіту живлячих кровоносних судин тромбами або їх звуження внаслідок спазмів. Виникає знекровлення (ішемія) тканини. Тканина перетворюється на замкнуту термодинамічну систему, і якщо це протриває 10-20 хвилин, вона відмирає і вже ніколи не зможе повернутися до колишнього стану. Надалі складна тканина з колись розвинутою системою кровопостачання заміщується жилавою сполучною тканиною постінфарктних рубців.
У неживій природі нерівноважні процеси структуроутворення дуже вразливі щодо прояву другого начала термодинаміки. Згадаємо ще раз, як швидко вичерпується структуротвірний потенціал місцевої грози. Жива природа протягом мільярдів років еволюції виробила особливі механізми стабілізації термодинамічної нерівно-ваги,1ї "узаконення". Достатньо згадати те, що є загальновідомим зі шкільного курсу біології про системи дихання й живлення рослин і тварин, про системи кровообігу й травлення тварин і людини, про мітохондрії — клітинні склади енергії. Але найяскравіше ця особливість живої природи виявляється в молекулярно-генетичних механізмах, завдяки яким природа може тиражувати найскладніші не рівноважні термодинамічні системи в міріадах особин з їх внутрішніми органами, системами дихання й живлення. На початку XIX ст. П. Лаплас охарактеризував відомий на той час Всесвіт як гігантський механізм, який працює за чіткою детерміністською програмою. Ці механістичні уявлення виявилися наївними стосовно неживої природи. Але й тут подальший розвиток науки перевершив найзухвалішу фантазію людини. Сучасна генетика й молекулярна біологія свідчать, що, коли йдеться про жорсткий детермінізм, чітку запрограмованість надскладного розвитку, будь-яка запліднена зародкова клітина затьмарює Всесвіт, яким його бачив Лаплас. І на засадах цього ультрадетермінізму формується незліченна кількість живих систем, які за самою своєю сутністю заперечують принципи механістичного детермінізму. Цю єдність протилежностей біологія XX століття розкрила повною мірою, але вона неспроможна її задовільно пояснити у світлі дарвінівського розуміння механізмів історичного саморозвитку живої природи. Синергетика ще повинна сказати тут своє вагоме слово.
Завершимо вивчення термодинаміки таким запитанням: чому в термодинаміці майже століття панували уявлення про оборотність процесів, тоді як життя на кожному кроці їх спростовує? Адже навіть з позицій здорового життєвого глузду зрозуміло, що розсіяний в атмосфері дим не може втягтися назад у трубу, що зруйнований будинок сам не постане з руїн, що розсіяні на більярдній дошці кулі не зберуться назад у піраміду в її центрі й т.п.
Справа в тому, що термодинаміка як наука розпочиналася в першій половині позаминулого століття з вивчення найпростіших процесів — процесів поведінки ідеальних газів у теплових машинах. А тут необоротність процесів не відіграє істотної ролі: робота теплових машин ґрунтується на найпростіших процесах стиснення й розширення газів, які є абсолютно однотипними й не пов'язані з утворенням і руйнуванням яких-небудь складних структур. Звичайно, при цьому відбувається необоротне розсіювання (дисипація) тепла. Рання термодинаміка знала про це, але нічого корисного для роботи теплових машин у дисипації не вбачала. Цю найпростішу форму дисипативних процесів вона лише емпірично констатувала й брала до уваги, але конкретно не вивчала. Вона не була готовою до цього, насамперед коли йдеться про розвиток понятійного апарату, а також математичних методів. Останнє є уже важливим моментом: адже у фізико-математичному природознавстві потрібно не тільки правильно міркувати, але й правильно обчислювати кількісно вимірювані параметри. Взявши за основу первородну механістичну парадигму природознавства, термодинаміка першої половини позаминулого століття природно запозичила в неї і уявлення про оборотність процесів* Це, врешті, типовий шлях розвитку природознавства — починати з найпростіших форм досліджуваних явищ і поетапно переходити до більш складного. При цьому вивчення найпростіших форм може розтягуватися на багато десятиліть. Може змінитися кілька поколінь учених, які працюють тільки в цій галузі. І це не може не провокувати людське мислення на абсолютизацію концепцій. Але рано чи пізно наука повною мірою усвідомлює всю їхню першопрохідницьку наївність.
Саме це і відбувалося в термодинаміці другої половини XX століття: вона не тільки критикує недоліки класичної термодинаміки, але й висуває гідні конструктивні альтернативи. Сучасна термодинаміка — це насамперед термодинаміка матеріально відкритих систем. Вона вивчає дисипативні процеси у всій різноманітності їхніх проявів, серед яких є і структуротвірні. Назвавши своє дітище теорією дисипативних структур, І. Прігожин умисно підкреслював застарілість уявлень ранньої термодинаміки щодо однозначно руйнівного характеру процесів розсіювання енергії. Наприклад, горіння могутнього освітлювача в заполярній оранжереї, якщо його розглядати замкнуто, без зв'язку із зовнішніми впливами, видається звичайним наслідком існування різниці електричних потенціалів на його клемах і розсіюванням світлової і теплової енергії. Але в системі оранжереї освітлювач і рослини, які він освітлює, являють собою енергетично відкриті системи. Розсіювання енергії тут перетворюється на могутні структуротвірні процеси фотосинтезу. Аналогічна ситуація і з роботою автомобільного акумулятора. Його розрядка в процесі запуску холодного двигуна — звичайний дисипативний процес, але він дозволяє запустити двигун, створити в ньому не рівноважну систему матеріально-енергетичних потенціалів. А вже після цього сам двигун завдяки роботі генератора дозволить акумулятору заповнити запаси енергії. Розглянувши цей повсякденний приклад, розуміємо, що відкритість систем означає їх залучення до систем більш високого рівня як автономних елементів і підсистем. А це — винятково кібернетична концепція, на яку не орієнтувалася й не могла орієнтуватися рання термодинаміка першої половини XIX століття.
Отже, завдяки засвоєнню кібернетичного погляду на процеси взаємодії матеріально-енергетичних потенціалів термодинаміка якісно оновилася, перетворилася в 50-80-х pp. на теорію дисипативних структур. Сфера її застосування в наш час надзвичайно широка й неухильно розширюється. Це говорить про те, що термодинаміка, як і раніше, залишається однією з найважливіших наук серед найбільш визначних творінь теоретичної фізики.
Вопрос 1. Система «человек — среда обитания» и основы взаимодействия в ней. Основные понятия БЖД
Человек существует в процессе жизнедеятельности, состоящем из его непрерывного взаимодействия со средой обитания в целях удовлетворения своих потребностей. Понятие «жизнедеятельность» шире понятия «деятельность», поскольку включает в рассмотрение не только трудовой процесс человека, но и условия его отдыха, быта и миграции в окружающей среде.
Человек всегда осуществляет деятельность в определенной среде. Среда состоит из множества элементов, которые обладают определенными свойствами, воздействующими на человека. В свою очередь и человек представляет сложноорганизованный объект. Таким образом, деятельность можно определить как системный процесс взаимодействия человека с окружающей средой. Деятельность носит системный характер. Под системой понимается совокупность элементов, находящихся в определенных отношениях друг с другом и образующих некую целостность. К элементам системы относятся как материальные тела, так и всевозможные связи, свойства, знания, качества, отношения, информация. Во всех системах, связанных с деятельностью, человек является обязательным элементом по определению. Система обладает качествами, которых нет у образующих ее элементов. Это свойство систем называется эмерджентностъю. Под системным подходом понимается рассмотрение целого как объективно существующей иерархии организованных и взаимодействующих систем. Системы, в которых определенные функции выполняет человек, называются эргатическими(от греч. ergon — работа; деятельность как специфическое свойство, присущее только человеку). Примеры таких систем: «человек - окружающая среда», «человек - машина», «человек - рабочее место», «человек - производственная среда» и т. п. В эргатических системах человеку принадлежит приоритетное, центральное место. Известный психолог Б. Ф. Ломов назвал это принципом антропоцентризма.
Непрерывное взаимодействие человека с окружающей его средой свидетельствует о том, что человек и среда обитания образуют постоянно действующую систему «человек – среда обитания» и именно в процессе этого взаимодействия человек реализует свои физиологические и социальные потребности. В современном мире для человека характерны два полярных вида среды обитания: природная (биосфера) и техносферная (производственная, селитебная и бытовая).
Биосфера Земли всегда являлась и является защитным экраном от космического воздействия, под которым зародилась жизнь и сформировался человек. Но она обладала и сейчас обладает рядом естественных факторов, негативно влияющих на человека (высокая и низкая температура воздуха, атмосферные осадки и т. п.). Поэтому для защиты от неблагоприятных воздействий биосферы и достижения ряда иных целей человек был вынужден создать техносферу (термин ввел в 1920 – е гг. акад. А.Е. Ферсман). Техносфера – регион биосферы в прошлом преобразованный людьми с помощью прямого или косвенного воздействия технических средств с целью наилучшего соответствия своим материальным и социальным потребностям. Естественная природная среда обитания самодостаточна и может существовать и развиваться без участия человека, а все иные среды обитания, созданные человеком, самостоятельно развиваться не могут и без участия человека обречены на старение и разрушение. На всех этапах своего развития человек и общество непрерывно воздействовали на среду обитания. И если на протяжении многих веков это воздействие на биосферу было незначительным,то, начиная с середины XIX века преобразующая роль человека в развитиисреды обитания стала существенно возрастать. В XX веке на Земле возникли зоны повышенного антропогенного и техногенного влияния на природную среду, что привело к частичной, а в ряде случаев и к полной ее региональной деградации. Этим изменениям во многом способствовали следующие эволюционные процессы:
– рост численности населения на Земле (демографический взрыв) и его урбанизация;
– рост потребления и концентрации энергетических ресурсов;
– интенсивное развитие промышленного и сельскохозяйственного производства;
– массовое использование средств транспорта;
– рост затрат на военные цели и ряд других процессов.
Взаимодействие человека со средой обитания основано на передаче между элементами системы потоков масс веществ и их соединений, энергий всех видов и информации. Для техносферы характерны потоки всех видов сырья и энергии, многообразие потоков продукции. Техносфера обладает способностью спонтанно создавать значительные потоки масс и энергий, например, при взрывах и пожарах, при разрушении строительных конструкций, авариях на транспорте и т. п. Все потоки вещества и энергии можно объединить в следующие группы:
1. Потоки в естественной среде:солнечное излучение, излучение звезд и планет; космические лучи, пыль, астероиды; электрическое и магнитная поля Земли; круговороты веществ в биосфере в экосистемах, в биогеоценозах; связанные с атмосферными, гидросферными и литосферными явлениями, в том числе и со стихийными и др.
2. Потоки в техносфере:сырья, энергии; продукции отраслей экономики; отходы экономики; информационные; транспортные; световые (искусственное освещение); при техногенных авариях и др.
3. Потоки в социальной среде:информационные (обучение, государственное управление, международное сотрудничество и т. п.); людские (демографический взрыв, урбанизация населения); наркотических средств, алкоголя и др.
4. Потоки, потребляемые и выделяемые человеком в процессе жизнедеятельности:кислорода, воды, пищи и иных веществ (алкоголь, табак, наркотики и т. п.); энергии (механической, тепловой, солнечной и др.); информации; отходов процесса жизнедеятельности и др.
Реализованные в среде обитания человека опасности неизбежно сопровождаются потерей здоровья и гибелью людей. Вкачестве показателей негативного влияния опасностей, в той или иной мере отражающих уровень опасности среды обитания страны или региона, используют:
· младенческую смертность(число смертей детей в возрасте до одного года из 1000 новорожденных) от внешних причин ;
· детскую смертность, определяемую как численность умерших в возрасте до 15 лет от внешних причин;
· смертность населения в трудоспособном возрастеот внешних причин;
· сокращение продолжительности жизни людей;
· продолжительность жизни людей пенсионного возраста.
Для оценки этих потерь на объектах экономики, в условиях города, региона или в быту используют следующие абсолютные показатели, численность:
· Nс погибших от внешних факторов за год;
· Nтр пострадавших от воздействия травмирующих факторов за год;
· Nз получивших региональные или профессиональные заболевания от воздействия вредных факторов.
Общее состояние экономики страны, общественных отношений, уровня социальной защиты, качества среды обитания и ряда других факторов находят свое интегральное отражение в таких показателях продолжительности жизни людей в стране, как ожидаемая продолжительность жизни (ОПЖ) людей.
Изменяя потоки в среде обитания, можно получить ряд характерных ситуаций взаимодействия в системе «человек − среда обитания»:
-комфортное;
-допустимое;
-опасное;
-чрезвычайно опасное.
Комфортные и допустимые потоки не оказывают негативного влияния на здоровье человека, а опасные и чрезвычайно опасные – угрожают человеку потерей здоровья или летальным исходом. Человеку эти потоки необходимы для удовлетворения своих потребностей в пище, воде, воздухе, солнечной энергии, информации об окружающей среде и для выделения в жизненное пространство потоков механической и интеллектуальной энергии, потоков масс в виде отходов биологического процесса, потоков тепловой энергии и др.
В начале ХХ в. зоолог В. Шелфорд сформулировал закон толерантности: «Лимитирующим фактором процветания популяции (организма) может быть как минимум, так и максимум экологического воздействия, а диапазон между ними определяет величину выносливости (предел толерантности) организма к заданному фактору». Зона оптимума с точкой комфорта (точка максимума жизненного потенциала) и зоны допустимых значений фактора воздействия являются областью нормальной жизнедеятельности, а зоны с большими отклонениями фактора от оптимума называются зонами угнетения.
При анализе процесса действия опасностей в системе «человек − техносфера» следует учитывать аксиому об одновременном воздействии опасностей и наличие совокупного воздействия опасностей на объект защиты. Аксиома об одновременном воздействии опасностей звучит следующим образом:«Потоки вещества, энергии и информации, генерируемые их источниками, не обладают избирательностью по отношению к объектам защиты и одновременно воздействуют на человека, природную среду и техносферу, находящиеся в зоне их влияния». Отсюда следует, что, например, вибрация любого здания одновременно воздействует на людей, строительные материалы, конструкции и на находящиеся в нем коммуникации и устройства. При оценке воздействия опасностей на объект защиты необходимо учитывать также, что любой объект воспринимает одновременно все потоки вещества, энергии и информации, поступающие в зону его пребывания.
Курс дисциплины «Безопасность жизнедеятельности» введён в программу обучения для технических, сельскохозяйственных и экономических специальностей высших учебных заведений на основе приказа Государственного комитета по образованию N 473 от 9 июля 1990 года. В курс БЖД были включены вопросы таких дисциплин как «Охрана труда и техника безопасности», «Охрана окружающей среды» и «Гражданская оборона».
В настоящее время создан Российский союз специалистов по безопасности жизнедеятельности. В ряде российских городов созданы и успешно функционируют филиалы Международной академии наук экологии и безопасности жизнедеятельности (МАНЭБ). В структуре академии выделяются национальные и региональные отделения и центры. Национальные отделения созданы (кроме России) в Белоруссии, Литве, США, Югославии, Бразилии, на Украине и др. Научную деятельность МАНЭБ осуществляют проблемные советы, созданные по 50 научным направлениям.
Современный человек живёт в мире опасностей - природных, технических, экологических и др. Во всех высокоразвитых странах в последние годы уделяется всё возрастающее внимание к совершенствованию подготовки кадров, ориентированных на работу в качестве специалистов и руководителей производств с высоким риском, а также разнообразных служб безопасности, экспертизы и страхования. В развитых странах охрана труда экономически выгодна, а статус специалиста в области безопасности значительно выше, чем других специальностей.
Безопасность жизнедеятельности - область знаний, в которой изучаются опасности, угрожающие человеку, закономерности их проявлений и способы защиты от них. Деятельность - это необходимое условие существования человеческого общества.
Тогда наиболее общее определение БЖД: это техническая дисциплина, изучающая способы и возможности сохранения здоровья и безопасности человека в его среде обитания, при любых видах деятельности.
Дисциплина БЖД интегрирует области знаний по охране труда (ОТ), охране окружающей среды (ООС), гражданской обороне (ГО). Объединяющим началом стали:
- воздействие на человека одинаковых по физике опасных и вредных факторов среды обитания,
- общие закономерности реакций на них у человека,
- единая научная методология.
БЖДбазируется на достижениях психологии, эргономики, социологии, физиологии, философии, право, гигиена, теория надежности, акустика и т.д.
Объектом изучения является комплекс отрицательно воздействующих явлений и процессов в системе «человек- среда обитания».
Предметом изучения дисциплины являются вопросы обеспечения безопасного взаимодействия человека со средой обитания и защиты населения от опасностей в ЧС.
Основная цель– защита человека в техносфере от негативных воздействий антропогенного и естественного происхождения и достижения комфортных условий жизнедеятельности. Средством достижения этой цели является реализация обществом знаний и умений, направленных на уменьшение в техносфере физических, химических, биологических и иных негативных воздействий до допустимых значений. Это и определяет совокупность знаний, входящих в науку о безопасности жизнедеятельности.
Задачи БЖД:
- идентификация негативных воздействий среды обитания;
- защита от опасностей или предупреждение воздействия тех или иных негативных факторов на человека;
- ликвидация отрицательных последствий воздействия вредных и опасных факторов;
- создание нормального (комфортного) состояния среды обитания человека.
Функции БЖД – обеспечить безопасность труда и жизнедеятельности человека, охрану природной среды через:
- описание жизненного пространства;
- формирование требований безопасности к источникам негативных факторов – назначение ПДВ, ПДС, допустимого риска и т.д.;
- организацию мониторинга состояния среды обитания и инспекционного контроля источников негативного воздействия;
- разработку и использование средств биозащиты;
- реализацию мер по предотвращению и ликвидации последствий ЧС;
- обучение населения основам БЖД, подготовку специалистов всех уровней и форм деятельности.
Аксиомы БЖД:
1.Всякая деятельность (бездеятельность) потенциально опасна.
2. Для каждого вида деятельности существуют комфортные условия, способствующие её максимальной эффективности.
3. Все естественные процессы, антропогенная деятельность и объекты деятельности обладают склонностью к спонтанной потере устойчивости или к длительному негативному воздействию на человека или его среду, т.е. обладают остаточным риском.
4. Остаточный риск является первопричиной потенциальных негативных воздействий человека на биосферу.
5. Безопасность и экологичность реальна, если негативные последствия не превышают предельно допустимых значений с учетом их комплексного воздействия.
6. Показатели комфортности процесса жизнедеятельности взаимосвязаны с видами деятельности и отдыха человека.
7. Допустимые значения техногенных негативных воздействий обеспечивается соблюдением требований экологичности и безопасности к техническим системам, технологиям, а также применениям систем экобиозащитной техники.
8. Системы экобиозащиты на технических объектах и в технологических процессах обладают приоритетом ввода в эксплуатацию и средствами контроля режима работы.
Принципы БЖД:
Ориентирующий – учет человеческого фактора, принцип нормирования, системный подход;
Управленческий–стимулирование, принцип ответственности, обратных связей, т.е. контроль за соблюдением норм и ответственность. В группу управленческих входят принципы:
- плановости (планирование профилактических и иных мероприятий);
- обратной связи, подбора кадров, стимулирования;
- контроля и ответственности.
Организационный–принцип рациональной организации труда, зонирования территорий, принципы защиты временем (ограничение пребывания людей в условиях, когда уровень вредных воздействий находится на грани допустимого). К организационным относятся принципы:
- несовместимости (например, правила хранения некоторых химических веществ);
- компенсации (предоставления льгот лицам, работающим в опасных зонах);
- нормирования и др.
Технический–предполагает использование конкретных технических решений для повышения безопасности. Группа технических принципов включает в себя:
- защиту расстоянием и временем;
- экранирование опасности;
- слабое звено (предохранители, клапаны);
- блокировку и др.
Основными понятиями БЖД следует считать: опасность и безопасность. Рассмотрим их подробнее.
Опасность −явления, процессы, объекты, способные в определенных условиях наносить ущерб здоровью человека непосредственно или косвенно, т.е. вызывать нежелательные последствия. Количество признаков, характеризующих опасность, может быть увеличено или уменьшено в зависимости от целей анализа. Данное определение опасности в БЖД поглощает существующие стандартные понятия (опасные и вредные производственные факторы и др.), являясь более объемным, учитывающим все формы деятельности. Опасность хранят все системы, имеющие энергию, химически или биологически активные компоненты, а также характеристики, несоответствующие условиям жизнедеятельности человека. Опасности возникают и реализуются только при воздействии источника опасности на объект защиты в условиях, когда параметры потоков воздействия превышают способность объекта защиты к их восприятию с сохранением своей целостности. Опасность может быть полностью определена, когда известны параметры, характеризующие событие – время, пространство, свойства (характер) воздействия, а также последствия, вызывающие ущерб. Отсутствие любого из этих параметров приводит к исчезновению понятий «событие», «взаимодействие» и «опасность».
Рассмотрим более подробно свойства опасностей.
1. Опасности имеют потенциальный характер. Понятие «потенциальный» (от лат. potentia – сила) означает возможность, которая может реализоваться при определенных условиях. Эти условия называются причинами реализации опасностей.
2. Потенциальные опасности реализуются стохастически, то есть случайно, с некоторой вероятностью.
3. Опасности могут находиться в любой точке пространства. Это свойство называется тотальностью.
4. Опасности перманентны, то есть, постоянны, непрерывны.
5. Опасности вариабельны, то есть изменяются по величине, что является объективной предпосылкой управления безопасностью.
Поскольку опасность является понятием сложным, иерархическим, имеющим много признаков, таксономирование их выполняет важную роль в организации научного знания в области безопасности деятельности, позволяет глубже познать природу опасности. Совершенная, достаточно полная таксономия (от греч. taxis – порядок, nomos – закон) опасностей пока не разработана. Приведем наиболее распространенные из них (рис. 1.1).
Рисунок 1.1– Виды классификаций опасностей
Безопасность объекта защиты – это состояние объекта, при котором воздействие на него всех потоков вещества, энергии и информации не превышает максимально допустимых значений. Мир опасностей, угрожающих личности, весьма широк и непрерывно нарастает. В производственных, городских, бытовых условиях на человека воздействует одновременно, как правило, несколько негативных факторов.
Комплекс негативных факторов, действующих в пространстве в конкретный момент, зависит от текущего состояния системы «человек − среда обитания» и образует так называемое «поле опасностей». Поле воздействия опасностей на человеческий организм целесообразно представлять в виде совокупности факторов первого, второго, третьего и иных кругов, расположенных вокруг человеческого организма. При этом считается, что основное влияние на организм оказывают факторы первого круга, а факторы второго круга влияют, в основном, на факторы первого круга и т. д.
В состав первого круга, непосредственно действующих на человека и сообщество людей, входят опасности:
· связанные с климатическими и погодными изменениями в атмосфере и гидросфере;
· возникающие из-за отсутствия естественной освещенности земной поверхности солнечным излучением;
· обусловленные содержанием вредных примесей в атмосферном воздухе, в воде и продуктах питания;
· возникающие в селитебных зонах, а также на объектах экономики при реализации технологических процессов и эксплуатации технических средств как за счет несовершенства техники, так и за счет ее нерегламентированного использования операторами технических систем и населением в быту;
· возникающие при стихийных явлениях и техногенных авариях, в селитебных зонах и на объектах экономики;
· возникающие из-за недостаточной подготовки работающих и населения по вопросам безопасности жизнедеятельности.
Основные причины возникновения опасностей второго круга обусловлены:
· наличием отходов производства и быта;
· недостаточным вниманием общества к требованиям безопасности при разработке технических средств, технологических процессов и производств, при проектировании и строительстве производственных и бытовых помещений, зданий;
· слабой подготовкой руководителей производства в вопросах безопасности проведения работ.
Второй круг опасностей воздействует непосредственно на источники опасностей первого круга и в него входят:
· отходы объектов экономики и быта, негативно воздействующие на компоненты природной среды и элементы техносферы;
· технические средства, материальные и энергетические ресурсы, здания и сооружения, обладающие недостаточным уровнем безопасности;
· недостаточная подготовка руководителей производства по вопросам обеспечения безопасности проведения работ.
Опасности третьего круга не всегда выражены достаточно четко. К ним следует отнести:
· отсутствие необходимых знаний и навыков у разработчиков при проектировании технологических процессов, технических систем, зданий и сооружений;
· отсутствие эффективной государственной системы руководства вопросами безопасности в масштабах отрасли экономики всей страны;
· недостаточное развитие подготовки научных и руководящих кадров в области безопасности жизнедеятельности и др.
Разделение ноксосферы (причинно-следственное поле опасностей) на отдельные круги опасностей является достаточно условным, но важным с позиции оценки причин негативного влияния опасностей на людей. При анализе ситуации нужно руководствоваться следующим:
· пренебрежение требованиями безопасности в их первом круге сопровождаются, как правило, травмами, отравлениями или заболеваниями человека или группы людей;
· пренебрежение требованиями безопасности на втором круге опасностей отдаляет по времени негативные последствия, но увеличивает масштабы их воздействия на людей (массовые отравления при загрязнении биоресурсов отходами, гибель людей при обрушении строительных конструкций и т. п.).
Безопасное состояние объекта защиты (человека, сообщества людей) реализуется:
– при достижении комфортных или допустимых условий деятельности и/или отдыха;
– при обеспечении нормативной чистоты потребляемых человеком природных ресурсов в основном их защитой от отходов объектов экономики;
– при снижении уровня воздействия опасных факторов на человека до предельно допустимых значений в зонах его деятельности и отдыха в том числе и при стихийных явлениях и техногенных авариях.
Вопрос 2. Показатели опасности и безопасности технических систем
При взаимодействии человека с технической системой, процесс развития опасности происходит в последовательности, приведенной на рисунке 1.2.
Рисунок 1.2 – Последовательность процесса развития опасности
Для реализации опасности необходимо выполнение минимум трёх условий:
1) опасность реально действует (присутствует);
2) объект находится в зоне действия опасности;
3) объект не имеет достаточных средств защиты.
Виды опасностей технических систем приведены на рисунке 1.3. В целом, основными показателями безопасности технических систем являются показатели, приведенные на рисунке 1.4.
Обеспечение надёжности является серьёзной задачей для специалиста, эксплуатирующего сложные технические системы, отказ, которых может привести к авариям и чрезвычайным происшествиям. Во-первых, он должен рассмотреть последствия каждого отказа. Неучтённые отказы могут стать впоследствии причиной невыполнения производственной программы. Во-вторых, частые отказы или длительные периоды неисправного состояния могут привести к полной потере работоспособности системы и её непригодности к последующей эксплуатации. Третий аспект надёжности связан с безопасностью для людей и окружающей среды.
Рисунок 1.3 – Виды опасностей технологического оборудования
Рисунок 1.4 – Показатели безопасности технических систем
К числу наиболее широко применяемых критериев надёжности относятся:
- вероятность безотказной работы в течение определённого времени, т.е. вероятность того, что при определённых условиях эксплуатации в заданном интервале времени или в пределах заданной наработки не произойдет ни одного отказа;
- средняя наработка до первого отказа;
-частота отказов – плотность распределения отказов во времени;
- интенсивность отказов – позволяет вычислять количественные характеристики надёжности сложной системы;
-функция и коэффициент готовности.
Для повышения надёжности технической системы применяют резервирование – метод повышения надёжности объекта путём введения дополнительных элементов и функциональных возможностей сверх минимально необходимых для нормального выполнения объектом заданных функций. В этом случае отказ наступает только после отказа основного элемента и всех резервных элементов. Резервирование бывает: структурное, функциональное, временное, информационное. Остальные показатели безопасности технических систем будут рассмотрены в процессе изучения дисциплины.
Вопрос 3. Качественный и количественный анализ опасности (самостоятельное изучение)
Первый шаг к ликвидации опасностей технических систем состоит в их выявлении, т.е. идентификации, которая заключается в:
- определении потенциальных источников опасности, которые могли и не вызвать аварий до сих пор;
- выявлении опасностей, которые маловероятны, но которые могут привести к серьезным последствиям.
Основные задачи этапа идентификации опасностей - выявление и четкое описание всех источников опасностей и путей (сценариев) их реализации. При идентификации определяются элементы, технические устройства, технологические блоки или процессы в технологической системе требуют более серьезного анализа и какие представляют меньший интерес с точки зрения безопасности. К источникам воздействия относят:
- элементы основной и вспомогательной технологий, функционирование которых является причиной изменений окружающей или производственной среды;
- новые материальные объекты (сооружения, здания, оборудование и т.д.);
- предприятия и объекты, функционирование которых связано со строительством проектируемого объекта;
- следы хозяйственной деятельности (отвалы, свалки, накопители и т.д.).
Оценивание каждой опасности включает изучение вероятности ее появления, а также серьезности травм персонала, повреждений систем, зданий и пр. компонентов производства, а также экологического ущерба, к которым может привести авария. Методы анализа аварийности технических систем основаны на качественном и количественном подходах к оценке опасностей. Виды методов анализа опасностей приведены на рисунке 1.6
Качественный анализ системы, как правило, предшествует количественному. Например, измерениям должна предшествовать стадия идентификации опасностей, выполняемая только на основе качественного анализа опасностей, который ведется просмотром изучаемой системы. В любых отраслях промышленности можно выявить источники повышенной опасности или (и) ненадежные компоненты эксплуатируемой системы.
Рисунок 1.6 – Методы исследования опасностей
Кроме идентификации опасностей, качественная оценка существенна и при выборе альтернативных средств усовершенствования системы для ликвидации опасностей и достижения безопасности. Качественные оценки ведутся по более грубой шкале, чем количественные, поскольку человек не может учесть более четырех - пяти факторов одновременно в одной задаче. Качественные методы анализа допускают использование полуколичественных оценок (больше, меньше), определенное ранжирование, например, по частоте встречающихся событий (никогда, редко, часто) или по сумме ущерба от аварий. При качественном анализе используются специальные формы, технические стандарты и утвержденные нормы безопасности. Его результаты приводят к последующим задачам оптимизации, осуществляемым количественными методами. Имеется два подхода при анализе причинных связей: прямой анализ и анализ с обратным порядком.
Анализ с прямым порядком начинается с определения перечня отказов и развивается в прямом направлении с определением последствий этих событий ("снизу вверх"). При выполнении анализа в прямом порядке принимается ряд определенных последовательностей событий и составляются соответствующие этим последствиям сценарии, оканчивающиеся опасными состояниями системы. При этом задается вопрос: к какому событию в процессе работы системы (ее элементов) приводит отказ элемента следующего уровня системы, например: "Что случится, если разорвется трубопровод системы охлаждения реактора?" При анализе с прямой последовательностью необходимо учитывать контрольные перечни возможных состояний элементов. Информация, которая должна быть собрана и обработана для рассмотрения ситуации (сценария), состоит из сведений по взаимосвязи элементов и топографии системы, а также включает данные по отказам элементов и другим детальным характеристикам системы.
Анализ с обратным порядком начинается с определения опасного состояния системы, от которого в обратном направлении прослеживаются возможные причины возникновения этого состояния (развивается "сверху вниз"). Обратный подход, т.е. анализ с помощью дерева отказов, используется при определении причинных связей, ведущих к данному опасному состоянию системы. Само опасное состояние становится конечным событием дерева отказов. При этом задается вопрос: по каким причинам может произойти отказ системы, например: "Каким образом может отказать электропитание насоса, подающего охлаждающую жидкость в систему охлаждения реактора?" Данное конкретное конечное событие является лишь одним из многих возможных опасных состояний системы, представляющих интерес для анализа. Большие системы могут иметь много самых различных конечных событий и соответствующих им деревьев отказов.
Таким образом, при построении дерева событий, проведении анализа вида и последствий отказа, анализа критичности используется прямой порядок. Обратный - для анализа с помощью деревьев отказов. Для предварительного анализа опасностей используется как прямой подход, так и обратный. Такое комбинированное использование обоих подходов необходимо, чтобы полностью решить задачу анализа риска и надежности систем.
Вне зависимости от выбранного метода исследования опасностей, результатом идентификации должны быть:
- перечень нежелательных событий;
- описание источников опасности, факторов риска, условий возникновения и развития нежелательных событий (например, сценариев возможных аварий);
- предварительные оценки опасности и риска (например, оценки последствий для отдельных сценариев аварий)
- выбор дальнейшего направления деятельности.
В качестве вариантов действий может быть:
- решение прекратить дальнейший анализ ввиду незначительности опасностей или достаточности полученных предварительных оценок;
- решение о проведении более детального анализа опасностей и оценки риска;
- выработка предварительных рекомендаций по уменьшению опасностей.
Для оценки сложных, качественно определяемых понятий применяется квантификация, т.е. количественная оценка. Применяют численные, балльные, и другие приемы квантификации. Количественные методы анализа эффективны при сравнении сопоставимых опасностей системы в конкретном интервале времени. Эти методы эффективны по следующим причинам:
- оценки будущих характеристик системы могут выполняться по характеристикам компонентов системы;
- оценки могут выполняться различными лицами, так что для каждого вида оценок может быть привлечен наиболее квалифицированный специалист;
- оценки могут осуществляться методом последовательного приближения, причем при каждом пересчете можно изучать влияние изменения исходных данных.
Количественный анализ возможен на основе методов объективного измерения и прогнозирования последствий опасности. Если же последствия опасности неизвестны, то количественно они могут быть оценены как вероятность наступления определенного сочетания нежелательных событий, т.е оценивается риск возникновения опасности.
Основными задачами оценки риска являются:
1) определение частот возникновения инициирующих и всех нежелательных событий;
2) оценка последствий возникновения нежелательных событий;
3) обобщение оценок риска.
Для определения частоты нежелательных событий обычно используют:
- статистические данные по аварийности и надежности технологической системы, соответствующие специфике опасного производственного объекта или виду деятельности;
- логические методы анализа «деревьев событий», «деревьев отказов», имитационные модели возникновения аварий в системе «Человек-Машина-Среда»;
- экспертные оценки путем учета мнения специалистов в данной области.
Оценка последствий опасных происшествий, как правило, заключается в анализе возможных воздействий на людей, имущество и / или окружающую природную среду. Для оценки последствий необходимо оценить физические эффекты нежелательных событий (отказы, разрушение технических устройств, зданий, сооружений, пожары, взрывы, выбросы токсичных веществ и т.д.), уточнить объекты, которые могут быть подвергнуты опасности. При анализе последствий аварий используются модели аварийных процессов и критерии поражения, разрушения изучаемых объектов воздействия, учитывать ограничения применяемых моделей, учитывается или выявляется связь масштабов последствий с частотой их возникновения.
Риск — это степень опасности испытать негативные воздействия или неудачи в предпринимаемых действиях. Другими словами, риск — это измеренная возможность того, что ход событий, действия и результаты деятельности приведут к последствиям, отрицательно воздействующим на человеческие ценности. Существующие риски разнообразны и могут быть разделены на множество категорий, т. е. классифицированы по различным признакам: степени влияния, объекту, местоположению относительно объекта, субъекту (источнику), причине возникновения, возможности страхования и другим (рис. 1.7).
Оценка риска – этап, на котором идентифицированные опасности должны быть оценены на основе критериев приемлемого риска с целью выявить опасности с неприемлемым уровнем риска, и этот шаг послужит основой для разработки рекомендаций и мер по уменьшению опасностей. Существует четыре разных подхода к оценке риска. Их краткая характеристика приведена в таблице 1.1.
Таблица 1.1 – Характеристика подходов к оценке риска
| № | Название | Суть подхода |
| Инженерный | Его основой является статистические данные о количестве поломок и аварий, вероятностный анализ безопасности на основе которого строятся деревья событий и деревья отказов | |
| Модельный | Модели воздействия вредных факторов на человека и окружающую среду. Модели могут описывать как последствия обычной работы предприятия, так и ущерб от аварий на них | |
| Экспертный | Различных событий, связи между ними и последствия аварий определяют не вычислениями, а опросом опытных экспертов | |
| Социологический | Исследуется отношение населения к разным видам риска, например с помощью социологических опросов |
При использовании статистических данных величину риска определяют по формуле:
| R=(Nчс/Nо), |
где R − риск; Nчс− число чрезвычайных событий в год;
Nо − общее число событий в год.
В БЖД чаще всего риск реализации чрезвычайно опасных негативных воздействий оценивают, используя следующие виды риска:
· индивидуальный, когда объектом защиты является человек;
· коллективный (социальный),когда объектом защиты является группа или сообщество людей.
Рисунок 1.7 – Классификация рисков
Индивидуальный риск, определяемый как вероятность смертельного исхода или потери здоровья населения за год при стихийном бедствии или в процессе аварии, рассчитывается по формуле
|
где Rei – индивидуальный риск при i-ой чрезвычайной ситуации;
H — вероятность наступления чрезвычайных ситуаций за год;
P — вероятность наступления неблагоприятного события при условии, что случилась чрезвычайная ситуация. Размерность риска, учитывая безразмерность параметра P, имеет вид: 1/год.
Коллективный риск, определяемый как математическое ожидание пораженных со смертельным исходом или потерей здоровья за год при стихийных бедствиях или в процессе аварии, определяется из выражения:
|
где Ri – коллективный риск при i-ой чрезвычайной ситуации;
H — вероятность наступления чрезвычайной ситуации (частота аварий, катастроф) за год;
M(N) — математическое ожидание потерь населения.
Коллективный риск в зоне расположения опасного объекта зависит от величины техногенного риска объекта и показателей количественного распределения людей, находящихся в зоне риска. В соответствии с Постановлением Правительства Российской Федерации от 21 мая 2007 г. № 304 «О классификации чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера», тяжесть последствий ЧС оценивается как локальная, если пострадало не более 10 человек, муниципальная – не более 50 человек, региональная 50-500 человек и т.д.
К источникам и факторам социального риска, прежде всего, относят:
· промышленные технологии, особо опасные объекты, технические средства, склонные к возникновению аварий;
· урбанизированные территории с неустойчивой ситуацией;
· эпидемии;
· стихийные бедствия.
Индивидуальный (Re) и коллективный (R) комплексный риск с учетом возможного поражения людей при всех чрезвычайных ситуациях определяются по формулам:
| |
|
где n — число рассматриваемых чрезвычайных ситуаций;
Rei — индивидуальный риск при i-й чрезвычайной ситуации.
Ri — коллективный риск при i-й чрезвычайной ситуации.
После выявления на каждом из принятых к рассмотрению производственном объекте всех видов аварий, специфики их возникновения и развития, расчета полей потенциальной опасности этих аварий и определения вероятности реализации их негативного потенциала (Hi), оценка индивидуального риска проводится по формуле:
|
где N(x,y) — численность людей на площадке с координатами (x,y);
R(x,y) — индивидуальный риск в точке с координатами (x,y).
|
Где Hi — вероятность выброса за год по сценарию i (в качестве сценариев аварии могут рассматриваться: нарушение герметичности замкнутых объемов за счет коррозии, нарушения за счет технологического режима);
Eij(x,y) — вероятность реализации механизма воздействия j в точке (x,y) для сценария выброса i (в качестве сценариев механизма воздействия могут рассматриваться: тепловые поражения людей, поражения ударной волной, поражение обломками и т.п.);
Pj —вероятность летального исхода при реализации механизма воздействия j.
Как правило, индивидуальный риск рассчитывают для гипотетического человека, постоянно находящегося в данном месте. Следовательно, индивидуальный риск отражает характеристику опасности технической установки вне зависимости от действий персонала. Поэтому, по мере удаления от источника опасности индивидуальный риск снижается. Для удобства дальнейшего использования результатов анализа риска, зависимости изменения риска в пространстве отображаются графически в виде изолиний – кривых изорисков. Пространство внутри этих линий принято называть полями изорисков.На основе проводимых расчетов и их графической интерпретации возникает совокупность мер под общим названием «управление риском». Управление риском (risk management) – это часть системного подхода к принятию решений, процедур и практических мер в решении задач предупреждения или уменьшения опасности промышленных аварий для жизни чел
Дата добавления: 2015-02-23; просмотров: 1412;