CC BY
8УДК 614.842.4 DOI 10.25257/FE.2018.4.32-36
ГРИНЧЕНКО Борис Борисович
Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России, Иваново, Россия E-mail: grinchenko.borya@mail.ru
ТАРАКАНОВ Денис Вячеславович Кандидат технических наук Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России, Иваново, Россия E-mail: den-pgsm@mail.ru
АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТЬЮ ПРИ РАБОТАХ НА ПОЖАРАХ В НЕПРИГОДНОЙ ДЛЯ ДЫХАНИЯ СРЕДЕ
Разработана автоматизированная система управления безопасностью участников тушения пожара при работах в непригодной для дыхания среде с учётом условий и её модульной структуры. Рассмотрено деструктивное событие при ведении работ в непригодной для дыхания среде, связанное с ограничением времени защитного действия дыхательного аппарата. Предложены вероятностные формы критериев безопасности при работах, проводимых в непригодной для дыхания среде. Сформулирована общая структура формализованной процедуры оценивания критериев безопасности с учётом риска реализации рассматриваемого деструктивного события для принятия решений на реализацию мероприятий по обеспечению безопасности.
Ключевые слова: пожар, автоматизированное управление безопасностью, критерии безопасности пожарных, управление риском.
Обеспечение безопасности участников тушения пожаров является одной из определяющих задач при организации и ведении боевых действий пожарно-спасательных подразделений. На практике боевые действия проводят в непригодной для дыхания среде (НДС), которая образуется в результате горения веществ и материалов, сопровождающегося выделением опасных токсичных продуктов. Для защиты от воздействия токсичных продуктов горения используются средства индивидуальной защиты органов дыхания на сжатом воздухе [1-3].
Задачи обеспечения безопасности ведения работ в условиях НДС возложены на должностных лиц аварийно-спасательных и пожарно-спасательных формирований, что закреплено положениями общей концепции обеспечения безопасности на территории Российской Федерации. Специфика ведения боевых действий при тушении пожаров определяет наличие дополнительного фактора при работе в НДС (в данном случае -повышенными тепловыми нагрузками), что существенно влияет на процесс потребления воздуха из баллонов дыхательных аппаратов. Поэтому наиболее достоверным источником данных о потреблении воздуха и, как следствие, о допустимом времени пребывания в непригодной для дыхания среде являются прямые многократные измерения абсолютных значений давления воздуха в баллоне дыхательного аппарата. В этой связи цифровая обработка данных и контроль за потреблением воздуха производится в соответствии
с общепринятыми процедурами статистической обработки результатов измерений. Сложная структура процедуры цифровой обработки данных в совокупности с их оперативным получением для принятия решений по обеспечению безопасности определяют необходимость создания автоматизированной системы управления безопасностью (АСУБ) при работах на пожарах в НДС [3].
Теоретические основы создания автоматизированных информационно-аналитических моделей и систем управления определяют разработку структуры системы по модульному типу [4], предусматривающему формирование информационных и аналитических модулей с учётом их ранжирования в соответствии с содержанием поставленных перед системой практических задач.
Таким образом, для совершенствования процедуры управления безопасностью пожарных при работах в НДС за счёт применения АСУБ необходима разработка ее модульной структуры с учётом специфики применения вероятностной модели для цифровой обработки результатов измерений показателей безопасности.
ВЕРОЯТНОСТНАЯ МОДЕЛЬ УПРАВЛЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТЬЮ ПРИ РАБОТАХ В НДС
В общей концепции управления безопасностью при работах в НДС рассматривается возможность (вероятность) наступления деструктивного
32
© Гринченко Б. Б., Тараканов Д. В., 2018
события, связанного с недостатком объема воздуха для успешной и безопасной реализации работы по тушению пожара [ 1 ]. Тогда в качестве критерия безопасности выступает время, затрачиваемое на возвращение из НДС, а предельным значением данного критерия является время защитного действия дыхательного аппарата. Количественные значения данных критериев получают расчетным путем на основе анализа давления воздуха в баллоне дыхательного аппарата [4]. Цифровая обработка данных по критериям безопасности производится с применением детерминированных моделей потребления воздуха и разработанных на их основе процедур принятия решений. Однако при многократных прямых измерениях абсолютного значения давления воздуха в баллоне дыхательного аппарата неизбежно возникает дисперсия данного параметра [5,6]. В этом случае для обработки данных необходимо использовать альтернативу детерминированной модели, а именно ее вероятностный аналог. Вероятностный подход к оценке критериев безопасности основан на концепции управления риском.
ПОД ТЕРМИНОМ «УПРАВЛЕНИЕ РИСКОМ» ПОНИМАЕТСЯ КОМПЛЕКС МЕРОПРИЯТИЙ, НАПРАВЛЕННЫХ НА СНИЖЕНИЕ ЗНАЧЕНИЙ ВЕРОЯТНОСТИ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ДЕСТРУКТИВНЫХ СОБЫТИЙ ДО МИНИМАЛЬНОГО ИЛИ ПРИЕМЛЕМОГО УРОВНЯ [7]
Рассматривая задачу управления безопасностью в вероятностной постановке, необходимо ввести следующие понятия [1]: Я - комплекс работ, проводимых в НДС; /? - /-я составляющая комплекса работ Я; Б - деструктивное событие - возникновение недостатка воздуха для успешной и безопасной реализации работ в НДС; С?(5) - риск наступления деструктивного события 5 при выполнении комплекса работ Я; О ¡(Б) - риск наступления деструктивного события 5 при выполнении У-й составляющей комплекса работ Я..
Пусть для выполнения работ Я. потребуется интервал времени
Для определения значений и СДО) воспользуемся методами классической теории вероятностей. Произведём вычисление обобщенного показателя 1. двух случайных величин с параметрами <Т.О > и <Т , й > по формуле
Р ! 3! 1 3! Т Г 3
т.-т.
(3)
Значение риска СДО) для случая, когда С?е [0,05; 0,5], будет определяться экспоненциальным приближением:
£?#(5) = аехр(-Ьг-), (4)
где а, Ь, п - константы модели; <а = 0,5; Ь = 1,2; п = 1,25>.
Значение риска для комплекса работ Я -рассчитывается по формуле
(5)
Общая структура вероятностной модели управления риском реализации события 5 при выполнении комплекса работ Я в НДС представлена на рисунке 1.
Процедура принятия решений по обеспечению безопасности предусматривает сравнение текущих значений риска с его приемлемым значением, которое определяется строгими неравенствами: - для всего комплекса работ Я:
0(5) < (Г;
- для /-й составляющей Я: 0(5) < (?*,
(6)
(7)
где 0* - приемлемый уровень интегрального риска; О* - приемлемый уровень локального риска.
у МШ ^ у ^ уП1
(1)
и время защитного действия дыхательного аппарата составляет интервал:
у»т1п ^ у1 ^
(2)
Предполагая, что интервалы времени (1) и (2) можно представить как непрерывные случайные величины, которые подчиняются нормальному закону распределения, перейдём к анализу вероятностных оценок: среднее значение времени Т, мин, и Б - дисперсия, мин.
Тогда интервал времени (1) будет представлять собой пару вероятностных оценок <Тр Б. >, а интервал (2) - <7\, Б > соответственно.
0^) О/Э)
0(5)
Рисунок 1. Структура модели управления
<Т„ О > 1' 1
<т „ о >
<т , о
В качестве приемлемых значений выполнения работ в НДС предлагается использовать значение О* = 0,05 для обычных условий работы и О* = 0,01 для сложных условий работы в НДС. В свою очередь, значения О* зависят от количества составляющих Я, общего комплекса работ Я и могут быть определены по формуле (5). Текущее значение риска 0,(5} получают путем автоматизированного сбора данных об абсолютных значениях давления в баллоне дыхательного аппарата и оставшегося времени на успешный и безопасный выход из НДС.
СТРУКТУРА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ
Методы проектирования и практической реализации автоматизированных систем для решения задач предусматривают применение де-композицонного подхода, позволяющего представить структуру системы в виде совокупности подсистем -модулей [2, 8-10]. Исходя из специфики задач, стоящих перед АСУБ, можно определить два основных модуля: информационный модуль контроля давления воздуха в баллоне дыхательного аппарата и аналитический модуль уровня риска наступления деструктивного события 5. Общая структура АСУБ представлена на рисунке 2.
Информационный модуль включает в себя средства сбора данных о текущих значениях давления воздуха в баллоне дыхательного аппарата и средства хранения данных, позволяющих использовать как совокупность данных в целом, так и их фрагменты при анализе риска наступления деструктивного события. В свою очередь, аналитический модуль оценки уровня риска позволяет производить анализ фрагментов данных о текущих значениях давления воздуха в баллоне дыхательного аппарата, сравнивая их с приемлемыми значениями, зависящими от специфики реализации работ в НДС.
В данной работе для совершенствования процедур управления безопасностью участников тушения пожара при выполнении боевых действий в НДС разработана автоматизированная система, структура которой учитывает вероятностную природу результатов прямых многократных измерений абсолютных значений давления в баллоне дыхательного аппарата пожарного.
При решении задачи автоматизации использована вероятностная постановка задачи управления безопасностью, предусматривающая анализ риска наступления деструктивного события, связанного с недостатком воздуха в баллоне дыхательного аппарата для успешной и безопасной реализации работы в НДС.
Автоматизированная система управления безопасностью (АСУБ)
Рисунок 2. Структура автоматизированной системы
С учётом методологических основ анализа непрерывных случайных величин разработана модель управления безопасностью, обеспечивающая контроль текущих и приемлемых значений риска наступления рассматриваемого деструктивного события. Практическая реализация предложенной автоматизированной системы позволит обеспечить выполнение современных требований к управлению силами и средствами пожарно-спасательных подразделений в части реализации процедур анализа критериев
безопасности участников тушения пожара, производящих работы в НДС. Основным достоинством предложенной автоматизированной системы в сравнении с детерминированной моделью управления является возможность варьирования интервальными значениями критериев безопасности, что позволяет использовать их плановые и фактические характеристики.
Работа выполнена при поддержке фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере (№ 12589 ГУ/2017).
ЛИТЕРАТУРА
1. Гринченко Б. Б., Тараканов Д. В. Модель управления безопасностью при работах на пожарах в непригодной для дыхания среде // Пожаровзрывобезопасность. 2018. Т.27, № 6. С. 45-51. 001: 10.18322/РУБ.2018.27.06.45-51
2. Тараканов Д. В., Баканов М. О., Колбашов М. А., Моисеев Ю. Н. Автоматизированная информационная система связи и управления пожарно-спасательными подразделениями // Пожаровзрывобезопасность. 2018. Т. 27, № 2-3. С. 20-26. 001: 10.18.322/PVB.2018.27.02-03.20-26
3. Гринченко Б. Б. Вероятностная оценка необходимого запаса воздуха в дыхательных аппаратах при работе на пожаре // Технологии техносферной безопасности. 2017. № 4(74). С. 155-162. Режим доступа: agps-2006.narod.ru/ttb/2017-4/24-04-17.ttb.pdf (дата обращения 07.11.2018).
4. Теребнев В. В. Расчёт параметров развития и тушения пожаров. Екатеринбург: Калан, 2011. 460 с.
5. Стрелец В. М. Сравнительный анализ закономерностей расхода запаса воздуха при работе спасателей в аппаратах на сжатом воздухе // Збiрник наукових праць Харювського нацюнального ушверситету Повпряних Сил. 2014. № 4(41). С. 136-141.
6. Стршец В. М, Бородич П. Ю., Росоха С. В. Законом1рност1 д1яльносл рятувальниюв при проведенш аваршно-рятувальних робгг на станщях метрополитену. Монограф1я. Харюв: КП «Мюька друкарня», 2012. 119 с.
7. Брушлинский Н. Н, Соколов С. В., Вагнер П. Человечество и пожары (краткий очерк). М.: Маска, 2007. 124 с.
8. Joo-Young Lee, Joonhee Park, Huiju Park, Aitor Coca, Jung-Hyun Kim, Nigel A.S. Taylor, Su-Young Son, Yutaka Tochihara. What do firefighters desire from the next generation of personal protective equipment? Outcomes from an international survey // Industrial Health. 2015. Vol. 53, Issue 5. P. 434-444. DOI: 10.2486/ indhealth.2015-0033
9. Kim J. Cooperative exploration and protection of a workspace assisted by information networks // Annals of Mathematics and Artificial Intelligence. 2013. Vol. 70, Issue 3. P. 203-220. DOI: 10.1007/ s10472-013-9383-5
10. Khorram-Manesh A, Berlin J., Carlstrom E. Two validated ways of improving the ability of decision-making in emergencies. Results from a literature review // Bulletin of Emergency and Trauma. 2016. Vol. 4, No. 4. P. 186-196.
Материал поступил в редакцию 1 октября 2018 года.
Boris GRINCHENKO
Ivanovo Fire and Rescue Academy of State Fire Service of EMERCOM of Russia, Ivanovo, Russia E-mail: grinchenko.borya@mail.ru
Denis TARAKANOV
Doctor of Philosophy in Engineering Sciences Ivanovo Fire and Rescue Academy of State Fire Service of EMERCOM of Russia, Ivanovo, Russia E-mail: den-pgsm@mail.ru
AUTOMATED SYSTEM OF SAFETY MANAGEMENT WHILE WORKING AT FIRES IN THE ATMOSPHERE UNSUITABLE FOR BREATHING
ABSTRACT
Purpose. The article offers improvement of automated system of firefighters safety management while working at fires in the atmosphere unsuitable for breathing taking into account specific character of digital processing safety management results.
Methods. In order to achieve the assigned goal we have used the risk management theory and the probability model of safety management developed on the basis of this theory. Applying the probability model of safety management in comparison with the deterministic model allows us to vary interval safety criteria values and simultaneously use their normal and actual characteristics.
Findings. We have suggested model hierarchy structure of automated management system considering probability structure of the results of direct numerous measurements of absolute pressure values in the breathing apparatus cylinder of a firefighter. There has been conducted a risk analysis of the destructive event occurrence connected with the lack of air in the breathing
apparatus cylinder for successful and safe realization of works in the atmosphere unsuitable for breathing.
Research application field. The research results are intended for officials of emergency- rescue and fire-rescue teams whose duties include solving the problem of ensuring safety during works in conditions when the atmosphere unsuitable for breathing affects the participants of fire extinguishment process.
Conclusions. We have suggested the structure of the formalized procedure of probability evaluating safety criteria taking into account the realization risk of the considered destructive event. On the basis of theoretical results the automated management system of safety of fire extinguishment participants at works in the atmosphere unsuitable for breathing has been developed.
Key words: fire danger, tank, oil product, ventilation, natural ventilation, aeration, gas space, vapour-air mixture.
REFERENCES
1. Grinchenko B.B., Tarakanov D.V. Safety management model for firefighting in unsuitable for breathing environment. Pozharovzryvobezopasnost, 2018, vol. 27, no. 6, pp. 45-51. DOI: 10.18322/PVB.2018.27.06.45-51 (in Russ.).
2. Tarakanov D.V., Bakanov M.O., Kolbashov M.A., Moiseev Yu.N. Fire and rescue team communication and control automated information system. Pozharovzryvobezopasnost, 2018, vol. 27, no. 2-3, pp. 20-26. DOI: 10.18.322/PVB.2018.27.02-03.20-26 (in Russ.).
3. Grinchenko B.B. Probability estimation an required supply of air breathing apparatus at working on fire. Tekhnologii tekhnosfernoi bezopasnosti: internet-zhurnal, 2017, no. 4(74), pp. 155-162, available at: https://www.agps-2006.narod.ru/ttb/2017-4/24-04-17.ttb. pdf (accessed November 07, 2018). (in Russ.).
4. Terebnev V.V. Raschet parametrov razvitiya i tusheniya pozharov [Calculation of parameters for the development and extinguishing of fires]. Ekaterinburg, Calan Publ., 2011. 460 p.
5. Strelets V.M. Sravnitelnyi analiz zakonomernostei raskhoda zapasa vozdukha pri rabote spasatelei v apparatakh na szhatom vozdukhe (Comparative analysis of patterns of consumption of stock of air during rescue efforts in devices on the compressed air). Zbirnik naukovikh prats Kharkivskogo universitetu Povitrianikh Sil, 2014. Vip. 4 (41), pp. 136-141.
6. Strelets V.M., Borodich P.Yu., Rosokha S.V. Zakonomernosti deyatelnosti spasateley pri provedenii avariyno-spasatelnykh rabot na stantsiyakh metropolitena [The regularities of activity in the system "rescuer - extreme environment" at the metro stations]. Kharkov, Communal Enterprise "City Printing House" Publ., 2012. 119 p.
7. Brushlinsky N.N., Sokolov S.V., Vagner P. Chelovechestvo i pozhary (kratkiy ocherk) [Mankind and fires (short essay)]. Moscow, Masca Publ., 2007, 124 p.
8. Joo-Young Lee, Joonhee Park, Huiju Park, Aitor Coca, Jung-Hyun Kim, Nigel A.S. Taylor, Su-Young Son, Yutaka Tochihara. What do firefighters desire from the next generation of personal protective equipment? Outcomes from an international survey. Industrial Health.,
2015. vol. 53, no. 5, pp. 434-444. DOI: 10.2486/indhealth.2015-0033
9. Kim J. Cooperative exploration and protection of a workspace assisted by information networks. Annals of Mathematics and Artificial Intelligence, 2013. vol. 70, no. 3, pp. 203-220. DOI: 10.1007/s10472-013-9383-5
10. Khorram-Manesh A., Berlin J., Carlstrom E. Two validated ways of improving the ability of decision-making in emergencies. Results from a literature review. Bulletin of Emergency and Trauma,
2016, vol. 4, no. 4, pp. 186-196.
36
© Grinchenko B., Tarakanov D., 2018
