Реклама
Реклама
Реклама
Реклама
 
Реклама
Реклама
Реклама

Н.А. Махутов: Президент Экспертного Союза, Член-корреспондент РАН


Критерии безопасности и рисков в проблемах функционирования, модернизации и развития техносферы


Постановка проблемы

В самые последние годы ХХ века и в первом десятилетии XXI века на фоне глобальных динамических процессов, протекающих в социальной, экономической, природной и техногенной сферах жизнедеятельности человека, общества, государства и человечества, становятся общепризнанными две основные тенденции: 

– стремление осуществить крупнейшие международные и национальные проекты по улучшению качества жизни и устойчивому сохранению окружающей природной среды; 

– нарастание угроз дальнейшему устойчивому развитию человечества и среды его обитания. 

Эти тенденции нашли свое отражение в известных решениях ООН, региональных организаций и отдельных государств по проблемам устойчивого развития (Рио-де-Жанейро – 1992 год, Йоганесбург – 2002 год, Кобэ – 2005 год). Вместе с тем уже в ХХI веке человечество столкнулось с глобальными и региональными стихийными бедствиями и природными катастрофами: цунами в Юго-Восточной Азии в 2004 год, землетрясения в Китае в 2008 год и на Гаити в 2010 год, военные конфликты в Ираке и Афганистане, национальный и международный терроризм, мировой экономический кризис, начавшийся в 2008 год. Все они указывают на то, что предлагаемые стратегии прогнозирования и управления дальнейшим развитием без прямого количественного учета все возрастающих угроз могут оказаться недостаточными, неэффективными и небезопасными.

Материально-технической основой достижения указанных целей являются объекты и инфраструктура гражданского и оборонного комплексов страны, входящие в сложную социально-природно-техногенную систему ее жизнеобеспечения. В этой системе формируются и реализуются технологические и техногенные риски ее развития и функционирования, риски возникновения аварийных и катастрофических ситуаций, сопровождающихся гибелью людей, разрушением объектов и поражениями природной среды. Эти риски должны вводиться в анализ эффективности модернизации и развития не только техносферы, но и экономики страны в целом и ее национальной безопасности.

Научные основы анализа рисков с учетом требований стратегии национальной безопасности

Основополагающим документом в сфере регулирования жизнедеятельности государства становится Стратегия национальной безопасности Российской Федерации до 2020 года, утвержденная Указом Президента Российской Федерации от 12 мая 2009 года №537. Поручением Президента Российской Федерации от 26 мая 2009 года предусмотрена разработка комплексных мероприятий по реализации этой стратегии.

Стратегия-2020 является официально признанной системой стратегических приоритетов, целей и мер в области внутренней и внешней политики, определяющих состояние национальной безопасности и уровень устойчивого развития государства на долгосрочную перспективу. В ней определены главные стратегические риски и угрозы национальной безопасности, сформулирована задача системы научного и технологического прогнозирования и риски для научных и технологических приоритетов, усиления интеграции науки, образования и производства, создания комплексной системы контроля над рисками.

Российская академия наук совместно с органами исполнительной власти принимала участие в подготовке Советом Безопасности Российской Федерации научных основ данного документа. При этом в качестве основной задачи выдвигается подготовка и создание междисциплинарной, межотраслевой и межведомственной системы оценки рисков.

Рис. 1. Национальная и межведомственная организация работ по научному обеспечению комплексной безопасности


Систематические фундаментальные и прикладные исследования (рис. 1), выполненные в последние два десятилетия научными институтами Российской академии наук, научными организациями МЧС России, Минобрнауки России, Минобороны России, Минпромторга России, Минэкономразвития России, Минтранса России, Ростехнадзора и Ростехрегулирования-Росстандарта, создают основы новых подходов к обеспечению защиты населения и территорий от чрезвычайных ситуаций, к анализу промышленной, экологической, радиационной, химической, энергетической безопасности.

Рис. 2. Многотомное издание «Безопасность России»



Обобщение результатов этих исследований осуществлено в 33-томной серии «Безопасность России» (рис. 2), в 6-томной серии «Природные опасности России», в уникальном Атласе природных и техногенных опасностей в Российской Федерации, в 3-томной серии «Россия в борьбе с катастрофами», в 4-томной энциклопедии «Гражданская защита», в 4-томном издании «Материалы государств-участников СНГ в области предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций».

           
Итогом сформировавшейся в нашей стране государственной политики в области анализа, предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций преимущественно природного и техногенного характера стало создание и официальное открытие в Москве в апреле 2008 года Национального центра управления в кризисных ситуациях – НЦУКС (рис. 3), создание при МЧС России Экспертного совета и выпуск специализированного журнала «Проблемы анализа риска».

Рис. 3. Открытие НЦУКС, апрель 2008 года

 


Развитие в 2008–2012 годах фундаментальных разработок до 2012 года по комплексам направлений естественных, технических и общественных наук предусмотрено распоряжением Правительства Российской Федерации от 27 февраля 2008 года №233-р, утвердившим Программу фундаментальных научных исследований государственных академий наук на 2008–2012 годы, и постановлением Президиума РАН об утверждении плана фундаментальных исследований Российской академии наук до 2025 года. В качестве основных целей названных программ признаны расширение и углубление знаний о природе, человеке и обществе для повышения эффективности использования потенциала отечественной фундаментальной науки в интересах социально-экономического развития и укрепления безопасности Российской Федерации на базе междисциплинарных фундаментальных исследований и экспертизы крупных национальных проектов.

           
С учетом изложенного, основными задачами РАН в сфере безопасности являются:

           
– формирование на основе исследований по социальным, естественным и техническим наукам фундаментальной базы анализа рисков в трех основных сферах жизнедеятельности – социальной, природной и техногенной, составляющих единую сложную социально-природно-техногенную систему «человек – природа – инфраструктура»;

           
– построение обобщенной модели указанной сложной системы с определением роли ее основных компонентов
N, S, T  в величинах базовых параметров рисков – вероятностей возникновения неблагоприятных процессов и событий (опасностей, вызовов, угроз, кризисов, катастроф) и сопутствующих им ущербов;

           
– построение сценариев неблагоприятных событий в сложной системе и коли­чественная оценка рисков через параметры главных инициирующих и поражающих факторов – опасных энергий, веществ и потоков информации.


На этой основе разрабатываются принципы категорирования чрезвычайных ситуаций, высокорисковых объектов и опасных процессов по величинам рисков.


В число основных решаемых задач входит подготовка исходных предложений по нормированию и регулированию рисков на всех уровнях государственного управления. На базе этих предложений органами государственного управления (Совет Безопасности Российской Федерации) будут формироваться единые требования к обеспечению безопасности человека, общества и государства. Это вытекает из Конституции Российской Федерации и Стратегии национальной безопасности Российской Федерации до 2020 года.


Существо нормирования, регулирования и управления обеспечением национальной безопасности сводится к требованию, чтобы величины формирующихся и реализующихся рисков не превышали величин приемлемых рисков на заданном временном интервале.


Задача фундаментальной и прикладной науки сводится к разработке методов определения рисков.

           
Величина приемлемых рисков устанавливается или назначается органами высшего государственного управления (Президентом, Правительством, Федеральным Собранием Российской Федерации) с учетом возможностей и потенциала страны, уровня научных обоснований, отечественного и мирового опыта.

           
Определяющими параметрами в этом случае являются две группы рисков:

           
– индивидуальные риски (1/год) потери жизни и здоровья человека от указанных выше неблагоприятных процессов и явлений;

           
– экономические риски (рублей в год) от неблагоприятных процессов и явлений, учитывающие уязвимость социальной, природной и техногенной сфер.

           
В экономические риски включаются экономический ущерб от потери жизни и здоровья людей, от поражений окружающей природной среды и технических инфраструктур.


Научное обоснование приемлемых рисков состоит в разработке методологии определения критических (предельных, недопустимых) рисков и назначении запасов по этим рискам.

           
РАН, МЧС России, Минпромторг России, Ростехнадзор, Ростехрегулирование-Росстандарт и другие ведомства начинают использование системы этих подходов для анализа стратегических рисков национальной безопасности и рисков технического регулирования.

           
Для достижения расчетными рисками на данном отрезке времени приемлемых рисков и запасов по рискам необходимо осуществление комплексов мероприятий с соответствующими экономическими затратами. Эти мероприятия, направленные на снижение формирующихся рисков до уровня, должны быть эффективными и связанными с уровнями расчетных рисков.

           
Научные и прикладные разработки по проблемам безопасности и рисков в ближайшей и отдаленной перспективе будут увязаны с основами государственной политики по дальнейшему социально-экономическому и научно-техническому развитию страны до 2020–2030 годов и модернизации ее экономики, сформулированной поручениями Президента Российской Федерации от 18 апреля 2008 года и от 26 мая 2009 года, решениями Государственного совета Российской Федерации 2009-2010 годов, Посланием Президента Российской Федерации Федеральному Собранию Российской Федерации на 2009 году.


Важным направлением востребованности разработок РАН может стать развитие научных исследований в обоснование 5 национальных приоритетов, 8 приоритетных научных направлений и 34 критических технологий России, утвержденных Президентом Российской Федерации.


Еще одно направление деятельности РАН и ведущих научных центров страны в рассматриваемом направлении может быть увязано с реализацией 8 федеральных целевых программ (ФЦП) до 2010–2015 годов, включая программы по снижению рисков и смягчению последствий чрезвычайных ситуаций, повышению сейсмоустойчивости жилых домов, основных объектов и систем жизнеобеспечения, пожарной безопасности, о национальной системе химической и биологической безопасности, национальной технологической базе, развитии атомного энергопромышленного комплекса, исследованиях и разработках по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса.


Вместе с тем в ряде указанных программ пока в явном виде отсутствуют количественные показатели стратегических рисков в условиях модернизации экономики России, что затрудняет как планирование самих мероприятий, так и контроль и надзор со стороны государства за эффективной их реализацией.


Таким образом, решение рассмотренных выше задач закладывает научные основы будущей концепции создания и развития государственной оценки состояния комплексной безопасности России по критериям рисков при реализации экономических и инфраструктурных проектов на 2010–2015 годы и прогнозов на период до 2020–2030 годов. Это будет поворотным моментом к переходу на новые методологические основы и принципы обеспечения и повышения защищенности человека, общества, государства, окружающей и природной среды жизнедеятельности от негативных процессов и явлений, повышающих в конечном счете стратегические риски России. Их снижение по всем направлениям будет возможно на основе глубоких фундаментальных, поисковых и прикладных исследований опасных процессов, создания новой критериальной базы безопасности, методов и систем парирования и оптимизации рисков в социальной, природной и техногенной сферах жизнеобеспечения.


Категорирование потенциальных опасностей в техносфере

Tехногенная сфера включает в себя все жизненно важные объекты, созданные человеком на протяжении многих десятилетий (энергетические, транспортные, коммуникационные, строительные, промышленные, горнодобывающие, оборонные). По мере все ускоряющегося развития и усложнения техногенной сферы анализ техногенной безопасности становится одной из наиболее актуальных задач фундаментальных междисциплинарных исследований, прикладных научно-технических разработок, создания систем диагностики и мониторинга, построения барьеров и средств защиты. Конечной целью таких исследований и разработок является научно обоснованная оценка возрастающих рисков техногенных катастроф и доведения этих рисков до приемлемых уровней.

           
Анализ и обобщение многочисленных данных (измеряемых тысячами и десятками тысяч в наиболее развитых странах) позволили провести определенную классификацию техногенных и природно-техногенных аварий и катастроф. По масштабам охваченных ими стран и территорий, по числу жертв и пострадавших, по экономическому и экологическому ущербу в такого рода классификации могут быть выделены следующие классы катастроф: планетарные, глобальные, национальные, региональные, местные, объектовые и локальные (рис. 4).
 

 

Рис. 4. Ущербы и периодичность природных и техногенных катастроф



По степени потенциальной опасности, приводящей к подобным катастрофам в техногенной сфере, можно выделить объекты ядерной, химической, металлургической и горнодобывающей промышленности, уникальные инженерные сооружения (плотины, эстакады, нефтегазохранилища), транспортные системы (аэрокосмические, надводные и подводные, наземные), перевозящие опасные грузы и большие массы людей, магистральные газо-, нефте-, продуктопроводы. Сюда же относятся опасные объекты оборонного комплекса – ракетно-космические и самолетные системы с ядерными и обычными зарядами, атомные подводные лодки и наземные суда, крупные склады обычных и химических вооружений. 

Аварии и катастрофы на указанных объектах могут инициироваться опасными природными явлениями – землетрясениями, ураганами, штормами. Сами техногенные аварии и катастрофы при этом могут сопровождаться радиационными и химическими повреждениями и заражениями, взрывами, пожарами, обрушениями. Типы и параметры поражающих факторов при этом могут изменяться в весьма широких пределах.

П
ри этом большинство аварий и катастроф сопровождается нарушением условий прочности и исчерпанием ресурса наиболее нагруженных элементов в штатных или аварийных ситуациях. Вероятности, характеризующие частоту или периодичность возникновения наиболее тяжелых катастроф в мирное время, составляют от (2¸3)×10-2 до (0,5¸1)×10-1 1/год, а ущербы – от 1011 до 109 долл./катастрофа. При этом их риски, как произведение ущербов на вероятности, изменяются в пределах от 104 до 1010 долларов в год.

При анализе безопасности техногенной сферы следует учитывать как упомянутые выше ущербы, так и серийность соответствующих потенциально опасных объектов. Наиболее тяжелые аварийные ситуации возникают на уникальных объектах гражданского и оборонного назначения – единичных и серийных. Число однотипных атомных энергетических реакторов составляет 1–10 при их общемировом  числе в эксплуатации 450–500, число однотипных ракетно-космических систем обычно составляет от 3–5 до 50–80. Среднесерийные потенциально опасные объекты исчисляются сотнями и тысячами, а крупносерийные – десятками и сотнями тысяч (автомобили, сельскохозяйственные машины, станки). 

И
сключительно важное значение как для нашей страны, так и для других промышленно развитых стран имеют достигнутый уровень обоснования безопасности по критериям риска вновь созданных потенциально опасных объектов и продление безопасной эксплуатации действующих объектов по критериям прочности и остаточного ресурса с учетом выработки назначенного ресурса на 50–70% и более. Сказанное выше потребовало постановки на национальном и международном уровнях новых фундаментальных и прикладных научных задач:

– математической теории катастроф и вероятностной теории рисков;

– физики, химии и механики аварийных ситуаций и катастроф;

– теории предельных состояний, прочности и ресурса с учетом аварийных и катастрофических ситуаций;

– теории жесткой, функциональной и комбинированной аварийной защиты объектов, операторов и персонала;

– теории мониторинга и прогнозирования (с применением космических, воздушных и наземных систем) сценариев и последствий техногенных катастроф;

– научных методов, технологий и техники ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций техногенного характера.

Рис. 5. Структурная схема анализа потенциально опасных объектов

По уровню потенциальной опасности, по требованиям законодательства и с учетом риска возникновения аварий и катастроф объекты техносферы могут быть разделены на 4 основные группы, для которых предусмотрены соответствующие требования к безопасности (рис. 5):

- объекты технического регулирования (ОТР), безопасность эксплуатации которых должна обеспечиваться по закону о техническом регулировании – их число измеряется миллионами и десятками миллионов;

- опасные производственные объекты (ОПО), безопасность эксплуатации которых должна обеспечиваться по закону о промышленной безопасности – их число измеряется сотнями тысяч;

- критически важные объекты (КВО), безопасность эксплуатации которых должна обеспечиваться по решению Совета Безопасности Российской Федерации – их число измеряется тысячами;

-
стратегически важные объекты (СВО), безопасность функционирования которых влияет на состояние национальной безопасности страны – их число измеряется сотнями.

Необходимость введения четвертой категории объектов (СВО) обусловлена анализом самых тяжелых катастроф в нашей стране и за рубежом. Сюда входят катастрофы на атомных электростанциях (Чернобыльская АЭС, СССР; ТМА АЭС, США), на атомных подводных лодках (АПЛ «Комсомолец», «Курск», СССР, Россия; «Трешер», США), на железнодорожном транспорте (под Уфой, Арзамасом, Свердловском), на объектах сжиженного природного газа, на уникальных строительных объектах. Для нашей страны характерным примером такой тяжелой катастрофы стала крупнейшая авария на Саяно-Шушенской ГЭС 17 августа 2009 года.

Система государственного регулирования и надзора за безопасностью на большом числе СВО, КВО, ОПО и ОТР охватывает широкий спектр технологий, сценариев катастроф, видов повреждений, условий нагружения, методов диагностики и контроля. 

Самыми продвинутыми оказались вопросы декларирования и экспертизы промышленной безопасности ОПО. В настоящее время в наибольшей степени проявляется актуальность анализа рисков тяжелых катастроф (5–7-го классов по рис. 4) для СВО. Возможности расчетных оценок рисков при этом пока крайне низки (менее 0,01%).

Методология анализа техногенной безопасности

При анализе безопасности сложных технических систем сформулированы основные виды штатных и аварийных ситуаций – проектные, запроектные и гипотетические (табл. 1). В их основе лежат такие параметры, как локальные напряжения и деформации, число циклов, температура и время эксплуатации, радиационные потоки, коррозия.

Таблица 1

Типы аварийных ситуаций и степень защищенности
 

Аварийные ситуации

Защищенность

1.

Нормальные условия эксплуатации

Повышенная

2.

Отклонения от нормальных условий

Достаточная

3.

Проектные аварии

Частичная

4.

Запроектные аварии

Недостаточная

5.

Гипотетические аварии

Низкая

Для ОТР и ОПО должны анализироваться ситуации 1–3 по таблице 1, для КВО – соответственно ситуации 1–4, для СВО – ситуации 1–5.

При переходе от штатных к запроектным и гипотетическим авариям анализ безопасности и рисков существенно усложняется. 

В общем случае для ОТР, ОПО, КВО и СВО характерны три сценария (разновидности) кинетики рисков во времени: 1 – сценарии монотонного возрастания рисков до критических значений; 2 – сценарии с обострением, характеризуемые резкими переходами к катастрофическим явлениям (событиям); 3 – сценарии с бифуркационными переходами и возникновением точек неустойчивости и со сложными траекториями изменения рисков. Сценарии 1 относятся к большому (основному) числу ОТР, сценарии 2 – к сложным потенциально опасным производственным объектам, сценарии 3 – к наиболее опасным – критически и стратегически важным объектам.

Для всех объектов техносферы (ОТР, ОПО, КВО, СВО) в анализ безопасности и рисков должны вводиться все стадии их жизненного цикла: проектирование, изготовление, испытания, эксплуатация, продление эксплуатации и вывод из эксплуатации.

Одна из основных задач снижения рисков возникновения аварийных и катастрофических ситуаций при эксплуатации технических систем сводится к введению в практику многопараметрической диагностики состояния, мониторинга рисков и срабатывания систем аварийной защиты ОТР, ОПО, КВО и СВО.

Основными объектами внедрения таких диагностических систем становятся операторы, персонал и высокорисковые технические системы. В этих условиях задачей научных исследований и разработок становится ранняя оперативная диагностика системы «человек – машина – среда» на начальных стадиях опасных воздействий с применением новых диагностических методов и систем в режиме реального времени с высокой разрешающей способностью. Методов, базирующихся на специальных математических методах обработки регистрируемых параметров физиологического состояния оператора (например, кардиограмм работы сердца), параметров динамических процессов в технической системе (например, виброграмм работы ракетного двигателя, гидротурбин, атомного реактора) и внешних воздействий (сейсмических, ветровых, температурных). Они должны обеспечить автоматизированное включение систем функциональной защиты технических объектов и предупреждения операторов при развитии опасных повреждающих и поражающих факторов. К настоящему времени в России проведены разработки указанных методов диагностики, мониторинга и защиты для атомной энергетики, ракетно-космических и авиационных систем и операторов. 

Обеспечение защищенности стратегически важных объектов от тяжелых катастроф 

Углубленный анализ крупнейших техногенных и природно-техногенных катастроф самых последних лет, и особенно разрушения на Саяно-Шушенской ГЭС, показывает недостаточность применяемых научных, инженерных, технологических, нормативных, надзорных и правовых решений в области безопасности и защищенности СВО.

В число решенных и решаемых проблем включена и исторически сложившаяся последовательность формирования фундаментальных научных основ, разработки инженерных методов расчетов и испытаний, создания норм и правил проектирования и изготовления объектов техносферы (ОТР, ОПО), обеспечения их функционирования в заданных пределах проектных режимов и параметров («прочность – жесткость – устойчивость»). Базовыми поэтапно повышающимися требованиями к штатному (нормальному) функционированию и проектным параметрам функционирования для критически и стратегически важных объектов техносферы на всех стадиях их жизненного цикла в начале XXI века в дополнение к этим параметрам добавились новые, усложнив весь анализ цепочки «прочность – жесткость – устойчивость – ресурс – надежность – живучесть – безопасность – риск – защищенность».

Учитывая существенное различие величин рисков, вероятностей и ущербов для различных ОТР, ОПО, КВО, СВО, различный уровень прорабатываемости теоретических и прикладных вопросов безопасности, в настоящее время можно ориентироваться на следующую иерархию научных методов анализа рисков: детерминированные, статистические, вероятностные, логико-вероятностные, методы нечетных множеств, комбинированные методы и имитационные модели; в целом ряде случаев используются комбинированные методы.

Таким образом, введение в действие федеральных законов о техническом регулировании ОТР, промышленной безопасности ОПО, безопасности атомной энергетики, гидротехнических сооружений, транспорта и решений о защищенности КВО и СВО предусматривает повышение роли фундаментальных и прикладных исследований прочности, ресурса, живучести для обеспечения комплексной безопасности и защищенности по критериям рисков. Такая трактовка будет получать свое прикладное отражение как в технических регламентах, так и в федеральных законах, национальных стандартах и стандартах организаций.

Уровни формирующихся и приемлемых рисков, в свою очередь, будут определять достижимый уровень безопасности и защищенности при строго рассчитываемых и нормируемых необходимых затратах на их обеспечение. Такой подход можно распространить на объектовый, отраслевой, региональный и федеральный уровни безопасности техносферы, включающий ОТР, ОПО, КВО и СВО. В его разработке и реализации при координации со стороны Совета Безопасности Российской Федерации должны быть задействованы ведущие академические институты, отраслевые НИИ и КБ, промышленные предприятия, руководство отраслей, субъектов Федерации и государства.

 



 

Материал предоставлен для "Федерального справочника". Опубликован в томе № 23.

 

Реклама
Реклама
Реклама
Реклама
Реклама
Реклама
Реклама
Реклама
Реклама
Реклама
Реклама
Реклама
Реклама
Реклама

федеральный справочникФедеральный Справочник
107023, г. Москва, Семёновский переулок, д. 15

Тел.: +7 (495) 783-52-12
Факс: +7 (495) 783-89-38