CC BY
801
Р УДК 614.645.17
МОДЕЛЮВАННЯ І ПРОГНОЗУВАННЯ НЕБЕЗПЕЧНИХ
СИТУАЦІЙ
Г.Г. Гогіташвілі, професор, д.т.н., Б.О. Білінський, викладач, к.т.н., В.В. Кошеленко, викладач, М.І. Сондей, викладач, Львівський інститут пожежної безпеки
Анотація. Наводиться приклад моделювання і прогнозування небезпечних ситуацій на основі моделі дорожньо-транспортної пригоди. Для визначення імовірного настання небажаних наслідків використовують теорію ймовірності, за допомогою якої проводять моделювання небезпечних ситуацій. Виявлено, що імовірність несприятливих наслідків різко зростає, якщо кількість небезпечних подій збільшується.
Ключові слова: моделювання небезпечних ситуацій, потенційна небезпека, дорожньо-транспортна пригода, ймовірність аварій.
Вступ
Будь-яка потенційна небезпека має свій процес розвитку і реалізується за певних умов. Сукупність умов, за яких виникає можливість впливу на людину й довкілля шкідливих та небезпечних чинників, зумовлюють небезпечну подію. Ці умови часто називають причинами небезпечних ситуацій.
Небезпечна подія може мати як сприятливі, так і несприятливі (небажані) наслідки.
Небезпечні події з несприятливими наслідками мають свої історичні назви, а саме: аварія, стихійне лихо, катастрофа. Аварія - це небезпечна подія техногенного характеру, що створює загрозу для життя і здоров’я людини, призводить до руйнування будівель, споруд, об ладнання і транспортних засобів, порушення виробничого чи транс портного процесу, або завдає шкоди довкіллю. Стихійне лихо - це небезпечна подія природного походження, яка за своєю інтенсивністю, масштабом поширення і тривалістю вражає людей, об’єкти економіки та довкілля. Катастрофа - це великомасштабна аварія, стихійне лихо чи інша подія, що призводить до тяжких, трагічних наслідків. Стан, який виникає після аварії, стихійного лиха чи катастрофи, є надзвичайною ситуацією. Надзвичайна ситуація характеризується порушенням нормальних умов життєдіяльності людей, що спричинене аварією, катастрофою, стихійним лихом чи іншою небезпечною подією, яка призвела чи може призвести до загибелі людей чи значних матеріальних втрат [3].
Мета і постановка задачі
Імовірність несприятливих наслідків різко зростає, якщо кількість небезпечних подій збільшується. Небезпечні події, як і причини їх виникнення, мають випадковий характер, і для визначення
Моделювання і прогнозування небезпек
Моделювання і прогнозування небезпек на практиці проходить три стадії [1].
На першій стадії визначають матеріальні носії небезпек, тобто небезпечні та шкідливі чинники і умови, за яких вони можуть призвести до небажаних наслідків.
На другій стадії визначається головна небезпечна подія і послідовність інших небезпечних подій та умов, які їй передують. На цій стадії будується логічна схема розвитку небезпеки у вигляді дерева небезпечних подій та причин. Небезпечні події можуть відбуватися послідовно одна за одною, паралельно (одночасно) одна одній, а найчастіше - за змішаною послідовно-паралельною схемою. Для відображення схем реалізації небезпечних подій використовують логічні оператори «І» та «АБО». Логічний оператор «І» показує, що подія А відбудеться, якщо одночасно відбудуться всі події, які їй передують, тобто і Б, і В. Імовірність настання такої події встановлюють згідно з теорією ймовірності за формулою
, (1)
де ^а, ^б і ^в _ імовірності настання подій А, Б і В відповідно. Логічний оператор «АБО» показує,
що подія А відбудеться, якщо відбудеться одна із подій, яка їй передує, тобто або Б, або В. Імовірність настання цієї події встановлюють згідно з теорією ймовірності за формулою
. (2)
Шляхом послідовного визначення ймовірностей небезпечних подій за логічною схемою визначають імовірність виникнення головної небезпечної події.
Як приклад моделювання і прогнозування небезпечних ситуацій наводимо побудову моделі дорожньо-транспортної пригоди під час руху пішохода за заданим маршрутом, який показано на рис. 1. Подібним маршрутом, при якому необхідно пройти два перехрестя (нерегульоване НП і регульоване РП), більшість з нас проходить щодня. Модель побудована для випадку, коли
спостерігається неперервний потік автомобілів чи пішоходів, і відповідає умовам години пік у
великих
містах, тобто проектує найнебезпечнішу ситуацію [2].
Рис. 1. Схема маршруту переміщення пішохода
Побудова моделі починається із визначення головної події - дорожньо-транспортної пригоди (зіткнення пішохода з транспортним засобом) і продовжується пошуком всіх комбінацій подій, які можуть призвести до настання головної події. Можлива схема моделі дорожньо-транспортної пригоди на заданому маршруті показана на рис. 2.
Виникнення небезпечних подій у цій моделі визначають вісім чинників, а саме:
1 - рівень знань пішохода (РЗП);
2 - психофізіологічний стан пішохода (ПФСП);
3 - професійний рівень водія (ПРВ);
4 - психофізіологічний стан водія (ПФСВ);
5 - рівень контролю за технічним станом автомобіля (РКТСА);
6 - рівень контролю за технічним станом світлофора (РКТСС);
7 - рівень стану тротуару (РСТ);
8 - рівень стану проїзної частини (РСПЧ).
Рис. 2. Логіко-імітаційна модель дорожньо-транс портної пригоди (дерево подій і причин)
Настання наведених умов може спричинити виникнення однієї із десяти небезпечних подій (рис. 2.):
9 - вихід пішохода на нерегульоване перехрестя без впевненості у відсутності небезпеки для себе та інших учасників руху (ВПНП);
10 - виїзд автомобіля на нерегульоване перехрестя без зменшення швидкості (ВАНП);
11 - вихід пішохода на проїзну частину вулиці між перехрестями (ВППЧ);
12 - виїзд автомобіля на тротуар між перехрестями (ВАТ);
13 - вихід пішохода на регульоване перехрестя (ВПРП);
14 - виїзд автомобіля на регульоване перехрестя (ВАРП);
15 - дорожньо-транспортна пригода на нерегульованому перехресті (ДТП на НП);
16 - дорожньо-транспортна пригода між перехрестями (ДТП між перехрестями);
17 - дорожньо-транспортна пригода на регульованому перехресті (ДТП на РП);
18 - дорожньо-транспортна пригода (ДТП) - головна небезпечна подія.
Оскільки всі події та умови їх виникнення є випадковими, то для розрахунку імовірності реалізації дорожньо-транспортної пригоди використовують знання з теорії ймовірності та булевої алгебри. Імовірності настання чинників 1 - 8, за яких виникають не безпечні події, визначають емпірично або оцінюють статистични ми методами. Імовірності небезпечних подій 9 - 18 розраховують за формулами (1) і (2) відповідно до схеми реалізації подій та настання умов, а саме
Сучасні технологічні процеси відбуваються у великій кількості апаратів, робота яких контролюється і регулюється та кож значною кількістю різноманітних датчиків та регуляторів. Як правило, задають нижню і верхню межу технологічних параметрів, в яких технологічний процес відбувається стабільно. Вихід одного з параметрів за встановлені межі є першою ознакою розвитку небез печної події. Якщо відповідні регулятори і датчики вчасно і правильно зреагували на цей вихід за встановлені межі, то небезпечна подія не розвиватиметься, в іншому випадку виникне аварія. Отже, ймовірність аварії визначається надійністю відповідної апара тури. Надійність - це імовірність того, що апаратура в заданих умовах експлуатації безвідмовно функціонуватиме упродовж певного періоду. Імовірність безвідмовної роботи залежить від часу експлуатації апаратури ґ і визначається за формулою
, (3)
де л1 - середній час роботи апаратури до першої відмови (неправильного реагування).
Цей час не є постійною величиною і також змінюється протягом експлуатації апаратури. Ця залежність є типовою для багатьох пристроїв.
Відмова будь-якого елемента апаратури в сучасних технологічних процесах, як правило, не спричиняє аварії, а тільки призводить до його зупинки. Аварії здебільшого виникають у випадку нагромадження відмов, тобто збільшенні кількості елементів апаратури, які неадекватно реагують на зміни параметрів технологічного процесу. Досвід свідчить, що у 99 % випадків відмов їхнє нагромадження не допускається, вони виявляються і апара тура справляється. Щоб не допустити їхнього нагромадження, у 99,9 % випадків передбачено технічні можливості.
Імовірність безаварійної роботи також визначається за аналогічною формулою
, (4)
де л2 - середній час безаварійної роботи апаратури.
Між параметрами існує залежність
, (5)
де е - частка відмов апаратури, які вдається блокувати, не допускаючи їх нагромадження. Підставляючи (4) у (5), одержимо
. (6)
Якщо прийняти, що сьогодні імовірність безвідмовної роботи Ч1 рівна 0,99, то імовірність
безаварійної роботи Ч2 при е = 0,99 дорівнює 0,999899. Звідси ймовірність аварії дорівнює
При ймовірності безвідмовної роботи е = 0,95 і імовірність аварії дорівнює 2,6-10 .
На третій стадії аналізують можливі небажані наслідки і визначають можливі шляхи зменшення їхнього негативного впливу. В основу такого аналізу покладено методику порівняння затрат, спрямованих на відвернення небезпек (зменшення ризику), і вигод, отриманих від зниження рівня ризику. Суть цієї методики полягає в тому, що спочатку визначають затрати О— які скеровані на
зниження рівня ризику від --го чинника (групи чинників) до величини 8^-, а потім оцінюють
можливі витрати 8^- які виникають при здобутому рівні ризику. Якщо можна виразити величини
та 8^- в однакових одиницях виміру, то їхня сума становить загальні витрати суспільства,
пов’язані з наявністю цього чинника (групи чинників). Якщо коефіцієнт ризику г малий, то
очевидно, що витрати 8— які виникатимуть унаслідок реалізації небезпек, будуть також малими
(мала кількість аварій), але, щоб досягнути цього коефіцієнта ризику необхідні великі затрати на
відвернення небезпек. І навпаки в разі великого коефіцієнта ризику [2].
Рис.3. Залежність витрат на відтворення небезпек і витрат на ліквідацію наслідків від реалізації небезпеки від коефіцієнта індивідуального ризику
Аналіз залежності загальних витрат + 8^ від рівня ризику показує, що при певному значенні коефіцієнта індивідуального ризику г— досягають мінімуму загальних витрат суспільства (рис. 3).
Висновок
Отже імовірність несприятливих наслідків різко зростає, якщо кількість небезпечних подій збільшується. Несприятливі наслідки можуть посилюватися внаслідок впливу чинників, що впливають негативно на надзвичайну ситуацію. Імовірність появи несприятливих чинників та несприятливих подій породжують небезпечні ситуації.
Література
1. Законодавство України про охорону праці. - Т.3. - К.: Основа, 1995. - 576 с.
2. Білінський Б.О. Математична модель заходів запобігання виробничому травматизму в підрозділах
пожежної охорони // Науковий вісник Українського НДІ пожежної безпеки. - К. - 2002. - №2. -С. 126 - 130.
3. Яремко З.М. Безпека життєдіяльності // Навчальний посібник. - К.: Центр навчальної літератури,
2005. - 317 с.
Рецензент: С.Є. Селіванов, професор, д.т.н., ХНАДУ
Стаття надійшла до редакції 16 березня 2006 р.
