Количественный анализ опасностей

Результаты качественного анализа к последующим задачам оптимизации, осуществляемым количественными методами.

Количественные методы анализа эффективны при сравнении сопоставимых опасностей системы в конкретном интервале времени. Недостаточная эффективность в других случаях объясняется тем, что неизвестно будущее состояние системы. Однако это не исключает количественных методов для оценки и прогнозирования состояния системы.

Количественные методы эффективны по следующим причинам:

· оценки будущих характеристик системы могут выполняться по характеристикам компонентов системы. Оценки на этом уровне более точны, а их погрешности меньше влияют на результат;

· 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.

Применение количественных методов анализа требует в первую очередь выбора группы критериев или отдельного критерия, определенного как мера для сравнения количественных показателей исследуемой операции в отношении затрачиваемых усилий и получаемых результатов.

Критерий должен отвечать следующим основным требованиям:

· иметь ясный физический смысл;

· быть определяющим и соответствовать основной цели функционирования системы, подсистемы или элемента;

· учитывать основные детерминированные и стохастические факторы, определяющие уровень безопасности системы;

· быть критичным к анализируемым параметрам и достаточно чувствительным к ним.

Классификация критериев включает:

А. Общие (интегральные)критерии, дающие наиболее полную оценку совершенствования системы (общее число возможных аварий и случаев травматизма, сумма затрат на создание системы безопасности).

Б. Условные (косвенные)критерии, отражающие одно из свойств системы путем отнесения его к некоторому показателю (стоимость получения единицы конечной продукции, вероятность безотказной работы определенного комплекса защитных мер, вероятность возникновения аварийной ситуации в определенном промежутке времени).

В. Относительные (нормированные)критерии, характеризующие безопасность системы в отношении оснащенности и эффективности средств защиты (отношение времени воздействия опасного фактора к общему времени работы, сопоставление экономической эффективности внедрения различных средств защиты, изменение уровня безопасности по сравнению с внедрением).

Количественный анализ возможен на основе методов объективного измерения и прогнозирования последствий опасности.

При проведении количественного анализа необходимо оценивать полноту и достоверность исходных данных, адекватность и точность используемых схем, обоснованность принимаемых допущений и зависимость от них получаемых рекомендаций и выводов.

При выборе окончательных решений необходимо проводить оценку гарантий, обеспечиваемых количественным анализом, а также рассматривать возможное повышение этих гарантий, применяя технические критерии, нормы и правила, позволяющие в совокупности обеспечить требуемую высокую надежность и безаварийность техники.

По результатам количественного анализа могут быть проведены корректирование перечня возможных отказов и ранжирование причин отказов систем. В перечень вводятся критические виды отказов, которые имеют наибольшую вероятность появления, а также отказы, анализ которых затруднен.

Методы анализа, основанные на качественном и количественном подходах и применяемые на различных стадиях проектирования и эксплуатации технологического оборудования, существенно зависят от целей анализа. При этом элементы одних методов могут быть использованы для усиленной реализации других методов. Так, например, метод «дерева отказов» может быть использован на этапах проектирования и эксплуатации как для качественного, так и для количественного анализа безопасности системы.

Так как трудно выделить строго качественные и количественные методы анализа опасностей. В числе последних будут рассмотрены: метод дерева отказов, метод дерева событий, и метод дерева решений.

При построении дерева событий используются следующие закономерности:

· все отказы независимы;

· все состояния системы можно выразить через две разновидности – сработала или отказала – да или нет, промежуточных состояний нет (булевая логика);

· при построении используется индуктивная логика (прямая) – что случится, если откажет какой-то элемент.

При построении дерева отказов используется :

· дедуктивная (обратная) логика;

· булевая логика;

· независимость отказов;

· специальные символы – символы событий и логические символы

Дерево решений – это разновидность дерева событий, в котором все рабочие состояния системы выражаются через состояния элементов. Поэтому сумма вероятностей всех событий равна единице. Таким образом, все состояния системы взаимно увязаны. Они используются, если отказы всех элементов независимы или имеются элементы с несколькими возможными состояниями, а также есть односторонние зависимости. Они не могут использоваться при наличии двухсторонних зависимостей и не обеспечивают логического анализа при выборе начальных событий.

В основе построения диаграмм типа «дерево отказов», «дерево решений», «дерево событий» лежит теория графов.

Деревом называется неориентированный связной граф без циклов.

При построении указанных деревьев используются специальные элементы и символы.

Объекты и зоны зашиты. При анализе и синтезе проблем безопасности, связанных с жизнедеятельностью человека, принимают, что человеческий организм является центром, относительно которого рассматривается любое опасное воздействие.

В БЖД всегда реализуется принцип антропоцентризма: «Человек есть высшая ценность, сохранение и продолжение жизни которого является целью его существования».

Непосредственно как объект защиты человек рассматривается при воздействии на него травмоопасных факторов (6).

Когда воздействие на человека оказывают вредные факторы, за объект защиты часто принимают рабочую зону человека, производственное помещение, зону города, региона, квартиры и т. п.

В этом случае объектом защиты становится зона пребывания человека, и все задачи обеспечения без опасности жизнедеятельности человека сводят к обеспечению комфортного или допустимого состояния этих зон.

Критерии количественной оценки опасностей. Для количественной оценки (квантификации) опасностей в зонах защиты используют критерии комфортности и травмобезопасности, а также показатели негативного влияния опасностей.

Критерии комфортности. Зоны пребывания человека считаются безопасными, если в них не превышены нормативные требования по:

· параметрам микроклимата;

· освещению;

· предельно допустимым концентрациям (3) загрязняющих веществ в компонентах среды обитания (воздух, вода, пищевые продукты);

· предельно допустимым интенсивностям энергетического излучения и т. д.

Основное условие комфортности в зоне пребывания человеке имеет вид

где О − показатель опасности;

ПДО − допустимое значение показателя опасности.

В качестве критериев комфортности по параметрам микроклимата установлены значения температуры воздуха в помещениях, его влажности и подвижности (таблица 1.5.1).

В качестве критериев комфортности по освещению установлены нормативные требования к естественному и искусственному освещению помещений и территорий (СанПиН 2.2.1/1278−03).

Таблица 1.5.1 − Допустимые величины показателей микроклимата на рабочих местах производственных помещений по СанПиН 2.2.4.548−96

Критерии травмоопасности. Воздействие травмоопасных факторов на человека или группу (коллектив, население города и т. п.) людей оценивают величиной индивидуального или социального риска принудительной потери жизни.

Это происходит в тех случаях, когда потоки масс и/или энергий от источника негативного воздействия в жизненном пространстве нарастают стремительно и достигают чрезмерно опасных для человека значений (например, при авариях).

Риск негативного воздействия на человека в жизненном пространстве обычно связан с развитием чрезвычайных происшествий природного и/или техногенного характера.

Риск − вероятность реализации негативного воздействия за определенный период времени (например, за год).

Риск возникновения чрезвычайных происшествий оценивают на основе статистических данных или теоретических исследований.

При использовании статистических данных величину риска определяют по формуле

где R − риск;

N_чс− число чрезвычайных событий в год;

N_о − общее число событий в год.

В БЖД риск реализации чрезвычайно опасных негативных воздействий оценивают, используя следующие виды риска:

· индивидуальный (R_и), когда объектом защиты является человек;

· социальный (R_с),когда объектом защиты является группа или сообщество людей.

Источники и факторы индивидуального риска многочисленны и разнообразны.

Социальный риск (4) характеризует негативное воздействие на группы людей, его оценивают по формуле

Rс=

(1.5.6)

где ∆Р − численность погибших от ЧП одного вида в год;

Р − средняя численность лиц, проживающих или работающих на данной территории, подверженной влиянию ЧП.

В соответствии с Положением о классификации ЧС (7) природного и техногенного характера тяжесть последствий оценивается как локальная, если пострадало не более 10 чел, и зона ее воздействия не выходит за пределы территории объекта производственного или социального назначения.

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.

В БЖД иногда используют понятие экологического риска (8)(Rэ).

Его оценивают как отношение численности разрушенных природных объектов к общей численности объектов на рассматриваемой территории в течение года.

Он определяется по формуле

Rэ=

(1.5.7)

где ∆О − численность разрушенных природных объектов из их общего числа О в пределах рассматриваемого региона.

Иногда экологический риск оценивают отношением площади разрушенных территорий ∆S к общей площади S региона, т. е.

Rэ=

(1.5.8)

Источниками и факторами экологического риска в основном могут быть:

· техногенное влияние на окружающую природную среду;

· стихийные явления (землетрясение, наводнение, ураган, засуха и т. п.).

Необходимо помнить, что аварии и стихийные явления, характеризуемые на их первой стадии значениями риска, в дальнейшем могут создавать в жизненном пространстве ЧС.

Количественно состояние опасностей на таких территориях (акваториях и т. п.) описывают вредными факторами − концентрациями вредных веществ и значениями уровней интенсивности потоков энергии обычно в безразмерных единицах, кратных ПДК или ПДУ.

Техногенный риск (5) определяют как риск возникновения аварии на объекте экономики, оказывающий неблагоприятное воздействие на природу и экологию

Концепция приемлемого риска. Введение в рассмотрение понятия о предельно допустимых значениях рисков R_допотражает современный подход к оценке меры опасности.

Стремление человечества в прошлом создать безопасную среду обитания (прежде всего техносферу) оказалось не адекватным действительности.

Современный мир отверг концепцию «абсолютной безопасности» и пришел к концепции «приемлемого допустимого риска».

При реализации этой концепции важнейшей задачей является установление верхней границы допустимого риска.

На практике ее рационально находить на основе статистических данных.

Ключевым значением при установлении допустимого риска явилась идея, предложенная Фармером в 1967 г.

Смысл идеи заключался в установлении величины допустимого риска, равным риску выхода радиоактивной утечки в атмосферу из ядерного реактора в год.

Современные представления об уровнях приемлемого индивидуального риска говорят о следующем:

· нижнюю зону, где значение вероятности смерти находится в пределах менее 10^-6, представляют маловероятные события. Эту зону принято называть зоной приемлемого риска.

По принятой в настоящее время концепции допустимое для населения значение индивидуального риска от любой формы деятельности не должно превышать величину 10^-6 смертей на 1 чел./год.

Эта величина в основном связана со стихийными природными явлениями, избавиться от которых не можем и вынуждены принимать как условия своего существования на Земле.

Одновременно статистика показывает также, что индивидуальный риск летального исхода при эксплуатации многих технических систем существует на уровне 10^-7;

· в верхней зоне при вероятности более 10^-3 сосредоточены наиболее вероятные причины, по которым погибает подавляющее большинство людей. Поэтому добавление в нашу жизнь факторов опасности с вероятностью более 10^-3 существенно увеличивает вероятность смерти людей от внешних причин. Эта зона рассматривается как зона неприемлемого риска;

· в зону индивидуального риска смерти человека от 10^-3 до 10^-6 входят многочисленные, весьма распространенные виды деятельности и события. Ее называют переходной зоной от недопустимого риска ( > 10^-3) к зоне приемлемого риска (< 10^-6).

Принимая допустимый уровень риска смертельных случаев из −за внешних причин равным 10^-6 чел./год, необходимо понимать, что многие виды производственной деятельности имеют все −таки более высокие риски (например, для летчиков − испытателей R_инд = 10^-2).

Показатели негативного влияния опасностей на человека и общество. Реализованные в среде обитания человека опасности неизбежно

сопровождаются потерей здоровья и гибелью людей.

Для оценки этих потерь на объектах экономики, в условиях города, региона или в быту используют следующие абсолютные показатели, численность:

· N_спогибших от внешних факторов за год;

· N_тр пострадавших от воздействия травмирующих факторов за год;

· Nз получивших региональные или профессиональные заболевания от воздействия вредных факторов.

Для оценки травматизма в производственных условиях, кроме абсолютных показателей, используют относительные показатели частоты и тяжести травматизма.

Показатель частоты травматизма К_ч определяет число несчастных случаев, приходящихся на 1000 работающих за определенный период

,

(1.5.9)

где N_о − среднесписочное число работающих..

Показатель тяжести травматизма К_т характеризует среднюю длительность нетрудоспособности, приходящуюся на один несчастный случай

,

(1.5.9)

где Д − суммарное число дней нетрудоспособности по всем несчастным случаям.

Показатель травматизма со смертельным исходом К_с.и определяет число несчастных случаев из расчета на 1000 работающих за определенный период времени (обычно в год)

,

(1.5.10

где N_{с и} − численность пострадавших со смертельным исходом.

Показатели К_ч, К_т и К_с.иобычно используют в Госкомстате РФ для представления сведений о производственном травматизме.

Для оценки уровня нетрудоспособности вводят показатель нетрудоспособности

(1.5.10

Нетрудно видеть, что К_н = К_Ч * К_т.

Эти показатели в различных отраслях промышленности принимают (при отсутствии статистических данных) по данным таблицы 1.5.2.

Таблица 1.5.2

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.

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.

Термин «безопасность» имеет практическое значение лишь применительно к системе «объект защиты − источник опасности».

Безопасность объекта защиты − это состояние объекта, при котором воздействие на него всех потоков вещества, энергии и информации не превышает максимально допустимых значений.

Термин «безопасность» широко используется в технике, социологии, в праве и т. п.

Словосочетания «безопасность труда», «безопасность АЭС», «безопасность движения», «радиационная безопасность», «экономическая безопасность» привычны, однако не всегда имеют однозначное толкование и понимание.

Когда говорят «безопасность труда», то имеют в виду безопасное по отношению к человеку проведение производственного процесса, рассматривая систему «человек − производство» (здесь все однозначно и понятно).

Но если говорят «безопасность АЭС», то в этом случае могут иметь в виду, с одной стороны, безопасность АЭС в режиме эксплуатации по отношению к человеку и окружающей среде.

С другой стороны, понятие «безопасность» можно трактовать и как обеспечение безопасной эксплуатации самой АЭС, т. е. как регламентированное проведение работ на АЭС, имея в виду, например, систему «АЭС − внешние факторы».

В первом случае объектом защиты является человек, и это проблема БЖД, а во втором − сама АЭС, и это проблема сугубо техническая, связанная с правильным проектированием и эксплуатацией АЭС.

Нормативами на обеспечение безопасности в первом случае являются нормы допустимого воздействия опасностей на людей, а во втором − требования к персоналу по соблюдению режима работы АЭС, требования к устройству АЭС и др.

Чтобы правильно оценить содержание процесса обеспечения безопасности и указать его исполнителя, необходимо термин «безопасность» всегда рассматривать в системе «объект защиты − источник опасности». Пользуясь этим принципом, почти всегда можно прийти к пониманию.

Например, словосочетание «безопасность автомобиля» может иметь отношение к системам «автомобиль − опасность» и «человек − автомобиль». В первом случае объектом защиты является автомобиль и решается задача обеспечения его безопасности при конструировании за счет поддержания его технического состояния и правильной эксплуатации, в том числе профессионального вождения. В этом случае задача сохранения эксплуатационной пригодности автомобиля решается автоспециалистами.

Во втором случае обеспечивается безопасность человека, в том числе пассажиров, водителя и пешеходов при эксплуатации автомобиля.

Последняя задача полностью относится к проблемам БЖД и решается предъявлением требований к безопасности автомобилей, соблюдением правил дорожного движения всеми его участниками.

Необходимость четкой связи термина «безопасность» с объектом защиты весьма важна, так как полностью определяет круг знаний, умений и навыков специалиста, реализующего задачу обеспечения безопасности объекта защиты.

Если решается задача обеспечения безопасности технического устройства, то таким специалистом будет создатель техники, а если решается задача обеспечения безопасности человека, проектирующего и эксплуатирующего технику, реализующего технологию любого производственного процесса и т. п., то это будет специалист в области БЖД.

Системы безопасности (3). Основное желаемое состояние человека как объекта защиты − безопасное. Оно реализуется при полном отсутствии негативных воздействий на него и достигается также при условии, когда действующие опасные потоки снижены системой защиты до предельно допустимых уровней воздействия.

В реальных условиях на объект защиты могут действовать одновременно несколько источников опасности, создавая поле опасностей. Анализ таких систем безопасности достаточно сложен, и для рационального проведения исследований необходимо строго соблюдать правила единственности объекта защиты: «Теоретический анализ и практическую деятельность по обеспечению безопасности необходимо проводить только для одного объекта защиты».

Таким объектом защиты может быть:

· человек;

· коллективы людей;

· рабочая зона;

· техносфера;

· регион и т. п.

Это правило подтверждается принципами создания и реализации нормативов безопасности, которые индивидуальны для каждого объекта защиты.

Другое дело, что защищая один объект, можно одновременно защитить и другие объекты, но такая ситуация возникает не всегда.

Например, характерно, что обеспечение безопасности жизнедеятельности человека в городской техносфере − путь к решению многих проблем защиты природной среды в пригородной зоне от негативного влияния той же техносферы (выбросов, сбросов, отбросов и т. п.).

При анализе и синтезе систем безопасности человека следует иметь в виду, что в научно −практических исследованиях довольно часто используют систему «человек — машина — среда». Применительно к нашему представлению о системах безопасности источником опасностей в такой системе рассматривают:

· состояние технического объекта (машины);

· внешнее воздействие (среда);

· управляющее воздействие человека как оператора.

Основным выходным параметром объекта защиты (машины) принимают техногенный риск всей системы.

Полученные при таких условиях значения техногенного риска машины или иного технологического объекта следует понимать как показатель опасности источника по отношению к человеку, находящемуся вне этой системы.

Таким образом, значения техногенного риска машины в совокупности с аналогичными показателями других источников опасностей, расположенных в конкретной промышленной зоне, регионе, городе, являются исходными данными для оценки степени опасности селитебной зоны величиной индивидуального риска.

Так, при построении полей индивидуального риска от воздействия технических средств в селитебных зонах следует использовать соотношение

RиндТ (х,у) =

(1.6.1)

где R_Тi − величина техногенного риска i−го источника в точке селитебной зоны с координатами х и у;

п − число источников в техногенной опасности, оказывающих опасное влияние в этой точке пространства.

Индивидуальный риск (2) R_инд человека в конкретной зоне его пребывания определяется суммацией величины естественного риска R_ест в этой зоне с величиной индивидуального риса R_индТ, возникающего от действия всех техногенных источников в этой зоне пребывания по формуле

В общем понимании можно предполагать реализацию следующих систем безопасности, характерных для области защиты человека и человечества:

· человек как отдельная личность в среде обитания (4);

· группа людей в среде обитания;

· население города (региона) в техносфере (5);

· человечество в биосфере и техносфере;

· жизнь на Земле в космической среде.

Сегодня в России реально существуют следующие системы безопасности (3) для защиты человека (таблица 1.6.1).

Таблица 1.6.1 − Системы безопасности

В последние годы развивается и набирает силу новая интегральная система обеспечения безопасности людей − безопасность жизнедеятельности человека в техносфере,которая решает задачу комплексного обеспечения безопасности в системе «человек − среда обитания» для техногенных условий обитания.

Для формирования безопасных условий деятельности и отдыха человека реализуются до восьми видов подсистем защиты. Необходимость их использования определяется конкретными условиями труда и быта и прежде всего номенклатурой и уровнями негативных воздействий на человека в зоне его пребывания (зона защиты в техносфере).

Создание такой системы безопасности целесообразно, поскольку действия по локализации опасностей техносферы носят комплексный характер и включают огромный пласт индивидуальной, общечеловеческой и государственной деятельности людей.

Пути и принципы обеспечения безопасности жизнедеятельности многообразны и изменяются от средств индивидуальной защиты личности до общегосударственных законодательных актов.

Достижение безопасности человека в техносфере − задача как индивидуального, так и всенародного масштаба. Задача, непосредственно связанная как с действиями каждого человека в сфере деятельности, быта и отдыха, так и с действиями руководителей производственных процессов, отраслей экономики и государства.

Значение этой системы защиты существенно возрастает, поскольку обеспечение безопасности жизнедеятельности в техносфере − путь одновременно и к решению многих проблем защиты природной среды от негативного влияния техносферы, фундамент для решения проблем безопасности на более высоких уровнях: региональном; глобальном.