CC BY
22Теличенко В. И., Ройтман В. М.
ОБЕСПЕЧЕНИЕ КОМПЛЕКСНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ - ПРИОРИТЕТНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ МОДЕРНИЗАЦИИ РОССИИ
В статье рассматриваются основные направления научно-практического сотрудничества Московского государственного строительного университета (МГСУ), Академии ГПС МЧС России и технологической платформы «Комплексная безопасность промышленности и энергетики» (ТП КБПЭ) в области комплексной безопасности в строительстве. В основу статьи положен доклад, представленный авторами на VII Международном салоне «Комплексная безопасность -2014» в рамках I Всероссийского съезда «Технологическая платформа - основа технологической модернизации России», секция «Комплексная безопасность зданий и сооружений объектов промышленности и энергетики».
Ключевые слова: комплексная безопасность, опасность, пожар, комбинированные особые воздействия, культура безопасности, нормирование.
Решение проблем обеспечения безопасности зданий и сооружений с учётом многочисленных опасностей и угроз (в том числе террористической) требует применения комплексного подхода [1-3]. Специалисты испытывают трудности при решении комплексных задач по обеспечению безопасности зданий и сооружений в силу их недостаточно изученной специфики. Появляется необходимость в дальнейшем развитии и упорядочении системы знаний по обеспечению безопасности в строительстве.
В Московском государственном строительном университете (МГСУ) совместно с Академией ГПС МЧС России в течение ряда лет ведутся исследования по направлению «Комплексная безопасность в строительстве». Результаты этих исследований позволяют сделать вывод о том, что концепция комплексной безо-
пасности зданий и сооружений должна рассматриваться как основа инновационных направлений технологической модернизации России [2, 3].
Одним из инструментов, введённым правительственной комиссией по высоким технологиям и инновациям для обозначения приоритетов социально-экономического развития страны, является организация так называемых технологических платформ (ТП). В рейтинге созданных платформ одно из ведущих мест заняла ТП «Комплексная безопасность промышленности и энергетики» (ТП КБПЭ) [1]. Возникает потребность более тесного научно-практического сотрудничества МГСУ, Академии ГПС МЧС России и ТП КБПЭ в области комплексной безопасности в строительстве.
АНАЛИЗ ЗНАКОВЫХ ПРЕЦЕДЕНТОВ ПРОГРЕССИРУЮЩЕГО ОБРУШЕНИЯ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ В УСЛОВИЯХ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ
При обеспечении комплексной безопасности строительных объектов наибольшие трудности возникают из-за необходимости учёта новых опасностей и угроз - так называемых комбинированных особых воздействий [4-6]. В качестве аббревиатуры названия предложен английский вариант CHE (combined hazardous effect).
Комбинированные особые воздействия с участием пожара - чрезвычайные ситуации, связанные с возникновением и развитием нескольких видов особых воздействий на объект в различных
9
8
Рисунок 1. Образование и движение раскалённой лавообразной топливосодержащей массы по этажам подреакторных помещений четвёртого блока ЧАЭС [5]: 1 - плита основания реактора; 2 - серпентинитовая засыпка; 3 - выгоревшая часть отделения реактора; 4 - паросборные аварийные клапаны; 5 - ЛТСМ; 6 - вода; 7 - прожог; 8 - металл; 9 - скважины
сочетаниях и последовательностях, причём одним из таких воздействий является пожар. Возникновение и развитие разных вариантов СНЕ на строительные объекты, как правило, приводит к возникновению дополнительных опасностей и угроз для зданий и сооружений.
Авария на Чернобыльской атомной электростанции 26 апреля 1986 года. Чрезвычайная ситуация возникла, когда в активной зоне реактора четвёртого блока ЧАЭС произошёл большой силы взрыв воздушно-водородной смеси. Активная зона реактора оказалась разрушена. Плита основания реактора толщиной 2 метра, состоящая из двух стальных крышек и засыпки между ними серпентинита, была вбита на 4 метра вниз с повреждением юго-восточного сектора (см. рис. 1). Верхняя крышка реактора весом 3 тысячи тонн была отброшена в северо-западном направлении. В открытую шахту реактора обрушились обломки железобетонных конструкций. Локально точечная температура достигала 2 600 °С.
В работе [5] рассмотрено поведение железобетонных конструкций в четвёр-
Рисунок2. Схема возникновения очагов пожаров после взрыва реактора и удара обломков конструкций [4]
том блоке ЧАЭС во время аварии. Кроме взрыва, разлёта и удара частей конструкций, возникновения вторичных очагов пожара, радиоактивного излучения, дополнительную опасность представляло образование в зоне взрыва так называемой лавообразной топливо-содержащей массы (ЛТСМ). ЛТСМ - смесь, образовавшаяся после взрыва реактора в результате взаимодействия и смешивания расплавов металла, бетона и других материалов с фрагментами топлива в условиях температур 1 400-1 600 °С.
Дополнительная опасность образования ЛТСМ состояла в том, что ЛТСМ распространялась по помещениям 1 -4 этажей подреакторного отделения, расплавляя и прожигая мощные железобетонные конструкции. Поэтому во время аварии на ЧАЭС имел место очень сложный вариант комбинированных особых воздействий СНЕ типа «взрыв в активной зоне реактора - удар разлетающихся обломков конструкций - возникновение вторичных очагов пожара - радиация -образование и растекание ЛТСМ».
Террористическая атака 11 сентября 2001 года на Всемирный торговый центр и Пентагон. Обрушение двух уникальных 110-этажных башен Всемирного торгового центра в Нью-Йорке (см. рис. 3) и здания Пентагона в Вашингтоне (см. рис. 4) поставили перед наукой проблему комплексной безопасности уникальных объектов,
Рисунок3. При террористической атаке 11 сентября 2001 года произошли комбинированные особые воздействия (СНЕ) типа «удар - взрыв - пожар» на высотные башни Всемирного торгового центра в Нью-Йорке
их защиты от прогрессирующего обрушения в чрезвычайных ситуациях, возникающих вследствие комбинированных особых воздействий CHE типа: «удар -взрыв - пожар» [6].
Результаты исследований инженерных аспектов этих событий свидетельствуют о том, что при комбинированных особых воздействиях с участием пожара типа «удар - взрыв - пожар» (CHE «IEF») имеют место следующие характерные особенности ЧС:
а) возникает несколько групп конструкций, имеющих различную степень повреждения;
б) вследствие различной степени повреждения эти группы конструкций утрачивают несущую способность при пожаре не одновременно, а на различных стадиях СНЕ;
в) в результате на различных стадиях развития СНЕ, по мере последовательного выхода из строя более повреждённых групп несущих конструкций,
нагрузка на оставшиеся конструкции будет возрастать;
г) повышение нагрузки на уцелевшие строительные конструкции на соответствующих стадиях развития СНЕ с участием пожара приводит к снижению критической температуры нагрева конструкций;
д) снижение критической температуры нагрева материалов конструкций при СНЕ приводит к резкому уменьшению огнестойкости конструкций, что представляет собой новую, требующую анализа опасность для зданий и сооружений.
Такая опасность определяется тем, что чем больше механическая нагрузка на конструкцию, тем меньше критическая температура прогрева конструкций и тем быстрее они утрачивают свою несущую способность в условиях СНЕ с участием пожара, тем быстрее наступает потеря устойчивости (прогрессирующее обрушение) здания в целом. Несущие конструкции башен ВТЦ имели пределы огнестойкости 180 минут, однако при СНЕ 11 сентября 2001 года их огнестойкость была утрачена гораздо быстрее: на Северной башне - через 102 минуты, на Южной башне - через 56 минут. Аналогичная картина наблюдалась с зданием Пентагона. Несмотря на то, что предел огнестойкости ключевых элементов (несущих колонн)
Рисунок 4. Прогрессирующее обрушение наружного кольца здания Пентагона в результате комбинированных особых воздействий типа «удар - взрыв - пожар»
превышал 180 минут, наружное кольцо утратило свою устойчивость через 19 минут после начала СНЕ.
РАЗРАБОТКА КОНЦЕПЦИИ КОМПЛЕКСНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ
Ключевая особенность разработанной авторами концепции комплексной безопасности состоит в том, что тому или иному виду безопасности соответствует определённый вид опасности [2, 3]. Понятие опасности является первичным по отношению к понятию безопасности, так как при отсутствии опасности рассматривать виды безопасности не имеет смысла. Понятия комплексной опасности и комплексной безопасности включают около 15 отдельных видов опасности и безопасности жизнедеятельности (см. рис. 5).
В работах [2, 3] даны следующие определения.
Комплексная опасность - угроза причинения вреда здоровью и жизни человека, другим субъектам биосферы, а также ущерба объектам техносферы в результате возникновения и развития каждого
из возможных видов опасности, а также комбинированных особых воздействий.
Комплексная безопасность - состояние объекта, когда системы мер по предотвращению и защите от каждого из возможных видов опасных воздействий и организационно-технические мероприятия соответствуют требованиям нормативных документов (в том числе с учётом возможного комбинированного характера опасных воздействий).
Комплексная безопасность должна рассматриваться как один из основных критериев качества строительства и должна быть соотнесена с такими категориями, как система, структура, организованность [2, 3]. Это значит, что с методической точки зрения применительно к строительной деятельности целесообразно рассматривать понятие комплексной безопасности на нескольких уровнях: комплексная безопасность строительства; комплексная безопасность строительного объекта; комплексная безопасность здания или сооружения.
Сформулированы основные задачи теории комплексной безопасности в строительстве:
- разработка научно-методических основ комплексного использования знаний,
Рисунок 5. Схема обеспечения комплексной безопасности жизнедеятельности
относящихся к обеспечению каждого из видов безопасности, рассматриваемых в инженерной практике;
- исследование путей разрешения противоречий, возникающих при необходимости обеспечения нескольких видов безопасности;
- постановка и разработка методов решения многовариантных задач обеспечения комплексной безопасности объектов;
- разработка учебно-методических вопросов подготовки специалистов по обеспечению комплексной безопасности объектов.
КОНЦЕПЦИЯ КОМПЛЕКСНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ -ОСНОВА ЗАКОНОДАТЕЛЬНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ В ОБЛАСТИ
ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ
На основе проведённого анализа проблем законодательного регулирования, касающегося безопасности зданий и сооружений [8-11], были выделены пять основных проблем [2, 3]:
- непродуманная и поспешная реформа технического регулирования;
- необходимость гармонизации отечественных норм с Еврокодами;
- необходимость создания нормативных документов Таможенного союза;
- необходимость учёта новых опасностей и угроз;
- необходимость внедрения новых достижений науки и техники.
В основу законодательного регулирования и проектирования безопасности зданий и сооружений должен быть положен системный подход. Для его реализации необходимо выполнение следующих условий:
- использование понятия комплексной безопасности объекта;
- учёт нескольких уровней комплексной безопасности строительной деятельности;
- учёт возможности комбинированных особых воздействий, в том числе возникающих при террористической угрозе.
10 октября 2013 года на парламентских слушаниях Комитета по земельным отношениям и строительству Государственной Думы РФ был представлен доклад на тему «Законодательное регулирование обеспечения безопасности зданий и сооружений: проблемы и основные направления совершенствования». Было отмечено, что эффективная защита зданий и сооружений должна осуществляться на основе концепции комплексной безопасности в строительстве, в которой учитываются разные виды опасности.
НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ И ПРАКТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРИМЕНЕНИЯ КОНЦЕПЦИИ КОМПЛЕКСНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ
Возможность учета новых видов опасностей и угроз. Изучение инженерных аспектов поведения строительных объектов при ЧС позволило выявить образование в условиях комбинированных особых воздействий новых опасных эффектов. Они приводят к тому, что время сопротивления объекта до начала его прогрессирующего обрушения при комбинированных особых воздействиях с участием пожара значительно сокращается по сравнению с воздействием только одного пожара. Поэтому при проектировании защиты объектов от прогрессирующего обрушения необходимо принимать во внимание и комбинированные особые воздействия (СНЕ) с участием пожара [2, 3].
Мониторинг технического состояния объектов непосредственно в условиях ЧС - инновационный элемент обеспечения комплексной безопасности. Недостаток информации о состоянии и поведении критически важных элементов зданий, лестничных клеток как основного пути эвакуации ведёт
к противоречивости и неадекватности указаний с помощью системы оповещения и управления эвакуацией, к увеличению количества жертв террористического нападения [2, 3]. При условии мониторинга технического состояния объекта во время ЧС жертв могло быть меньше.
Следует отметить, что реальные кризисные ситуации, как правило, не вписываются в перечень расчётных кризисных ситуаций, которые возникают вследствие реальных угроз [3]. Это также обусловливает необходимость мониторинга технического состояния зданий во время ЧС. Возникает необходимость в разработке математической модели объекта и компьютерном моделировании для обеспечения безопасности во время ЧС.
При СНЕ с участием пожара в зданиях и сооружениях обеспечение безопасности людей становится сложной комбинированной процедурой и будет включать несколько этапов типа «эвакуация - спасение», «спасение - эвакуация», «спасение -эвакуация - спасение» и т. д. в зависимости от местоположения людей относительно различных зон поражения. Такой подход позволит в реальном времени с учётом распознавания ЧС определять оптимальные варианты решения задач по обеспечению безопасности людей.
Безопасность труда (охрана труда) - необходимый элемент комплексной безопасности в строительстве. Реформа технического регулирования в России из-за поспешности и непродуманности имеет системные недостатки, в том числе в вопросах о месте и роли охраны труда в системе обеспечения безопасности жизнедеятельности. Помещение обязательных требований законодательства по охране труда в трудовой кодекс РФ вне фиксации связи с законом о техническом регулировании является грубой ошибкой в реформе технического регулирования.
Охрана труда является одним из важнейших элементов системы комплексной безопасности в строительстве. Систему пар понятий-антагонистов, лежащую
в основе концепции комплексной безопасности в строительстве, необходимо дополнить парой «производственная опасность - производственная безопасность (безопасность труда)».
Концепция комплексной безопасности в строительстве - научно-методическая основа нового поколения нормативных документов и проектирования. В основу системы нормативных документов, регламентирующих безопасность зданий и сооружений, должен быть положен подход, основанный на комплексной безопасности объекта. Принцип двух подсистем, отражающих возможные виды опасностей и безопасности зданий и сооружений, возможности учёта новых опасностей и угроз и комплексного характера этих воздействий, является достоинством этого подхода. Принципиальным является также отражение в нормах концепции уровня комплексной безопасности строительных объектов.
Следует внести дополнения в систему основных понятий в области безопасности, установленную законодательством Российской Федерации (а теперь уже и ЕврАзЭС), в виде терминов и их определений, относящихся к обеспечению комплексной безопасности. В их числе такие новые и уточнённые понятия как «комплексная опасность», «комплексная безопасность», «комбинированные особые воздействия», «безопасность в условиях комбинированных особых воздействий».
Учёт этих положений будет означать соответствие нормативных документов, регламентирующих меры по обеспечению безопасности зданий и сооружений, современным реалиям.
Концепция комплексной безопасности объектов - научно-методическая основа формирования эффективной системы повышения культуры безопасности. Несмотря на то что понятие культуры безопасности имеет широкое употребление, оно требует рассмотрения и уточнения. Анализ ряда работ по этой теме позволяет выдвинуть следующее определение.
Культура безопасности - понимание человеком возможных опасностей и угроз в сфере жизнедеятельности и наличие у него, с учётом этого понимания, внутренней осознанной потребности следовать нормам и правилам безопасного поведения [3].
Анализ чрезвычайных ситуаций показывает, что основная причина их возникновения - низкий уровень культуры безопасности. По количеству погибших при пожарах уже много лет Россия занимает первое место в мире. Этот показатель имеет прямое отношение к культуре безопасности.
Основным направлением формирования культуры безопасности является обучение. Концепция комплексной безопасности в строительстве может и должна рассматриваться как реальная база, на основе которой возможно повышение культуры безопасности.
В МГСУ создан Институт комплексной безопасности в строительстве. На базе кафедр технического регулирования и пожарной безопасности организована новая кафедра под названием «Комплексная безопасность в строительстве». Идёт разработка новых рабочих
программ по дисциплинам «Комплексная безопасность в строительстве», «Безопасность жизнедеятельности», «Пожарная безопасность зданий и сооружений», «Охрана труда в строительстве» и др.
Подведём итоги.
В МГСУ и Академии ГПС МЧС России ведутся совместные исследования в области общей теории безопасности, которые можно определить как научные основы комплексной безопасности в строительстве.
Инновационный потенциал концепции комплексной безопасности в строительстве определяется возможностью её использования как научно-методической основы:
- учёта новых опасностей и угроз;
- организации мониторинга объектов непосредственно в условиях ЧС;
- создания нового поколения нормативных документов и проектирования в строительстве;
- формирования эффективной системы повышения культуры безопасности.
Реализация концепции комплексной безопасности позволяет обеспечить эффективную защиту зданий и сооружений от возможных опасностей.
ЛИТЕРАТУРА
1. Большов Л. А., Кононенко В. Ю, Пономарёв В. Н., Смоленцев Д. О., Тукнов Д. С. Комплексная безопасность промышленности и энергетики -основа национального проекта по технологической модернизации // Национальные проекты. -2011. - № 11. - С. 24-26, 40-41.
2. Теличенко В. И. Концепция законодательного обеспечения безопасности среды жизнедеятельности: Труды общего собрания РААСН в 2 т. - Т. 1. - СПб, 2006. - С. 236-241.
3. Теличенко В. И., Тетерин И. М, Ройт-ман В. М., Серков Б. Б. Культура безопасности -точка опоры стратегии обеспечения безопасности объектов жизнедеятельности // Культура безопасности в современном мире. Мат-лы науч.-практ. конф. - М.: Академия ГПС МЧС России, 2013. -С. 69-74.
4. Микеев А. Чернобыль предупреждает // Пожарное дело. - 1986. - № 5. - С. 25-29.
5. Милованов А. Ф, Соломонов В. В., Ларионова З. М. Высокотемпературный нагрев железо-
бетонных перекрытий при аварии на Чернобыльской АЭС. - М.: Энергоатомиздат, 2000.
6. Roytman V. V., Pasman H. J., Lukashevich I. E. The Concept of evaluation of building resistance against Combined hazardous effects "Impact-Explosion-Fire" after aircraft crash // Fire and explosion hazards: Proceedings of the Fourth International Seminar, 2003, Londonderry, NI, UK, pp. 283-293.
7. Kaczmarczyk B. Safety and its typologies // Bezpieczenstwo i technika pozarnicza. - 2013. -Т. 31. - С. 17-23.
8. Федеральный закон РФ от 18.12.2002 г. № 184-ФЗ «О техническом регулировании».
9. Федеральный закон РФ от 30.12.2009 г. № 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений».
10. Федеральный закон РФ от 22.07.2008 г. № 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности».
11. СП 13.13130.2009. Атомные станции. Требования пожарной безопасности.
Telichenko V., Roytman V.
INTEGRATED SAFETY AND SECURITY PROVISION FOR BUILDINGS AND STRUCTURES IS A PRIORITY DIRECTION OF TECHNOLOGICAL MODERNIZATION OF RUSSIA
Purpose. The authors of the article show that the integrated safety and security concept of buildings should be the base of technological modernization in Russia.
Methods. The significant precedents of progressive buildings collapse in emergency were analyzed in the article, the accident at Chernobyl nuclear power plant in 1986 (USSR) and the terrorist attack on the World Trade Center and Pentagon in 2001 (USA) being among them.
Findings. It is shown that the solution of fire safety and security problems of modern buildings requires an integrated approach. Definitions of the main concepts of integrated safety and security in construction are given. To protect buildings it is necessary to take into account numerous dangers including combined hazardous effects. It was found out that there was a complicated variant of the combined hazardous effects (CHE) "the explosion in the nuclear reactor core - the impact of flying debris structures - the secondary fire heart occurrence - radiation - the formation and spread of lava-like fuel-containing corium" when the Chernobyl
accident happened. Combined hazardous effects "hit - explosion - fire" occurred during the terrorist attack in New York and Washington.
Research application field. The concept of integrated safety and security is directed at ensuring safety of objects of modern construction, including particularly dangerous and unique objects, taking into account numerous threats, including the terrorist ones. The article shows the possibilities of integrated safety and security concept in the field of law, building design, labor-health protection, safety provision in emergency and culture safety improvement.
Conclusions. Integrated safety and security concept in construction can and should be considered as the actual base, which will allow to provide an effective system of building protection in modern conditions.
Key words: integrated safety and security, danger, fire, combined hazardous effects, culture safety, fire resistance grading.
REFERENCES
1. Bolshov L.A., Kononenko V.Yu., Ponomarjov V.N., Smolencev D.O., Tuknov D.S. Integrated safety and security of industry and energy is the basis of a national project on technological modernization. Nacional'nye proekty, 2011, no. 11, pp. 24-26, 40-41. (in Russ.).
2. Telichenko V.I. The concept of legal security environment. Trudy obshhego sobranija RAASN [Proc. of the general meeting of Russian Academy of Architecture and Building Sciences], St. Petersburg, 2006, vol. 1, pp. 236-241. (in Russ.).
3. Telichenko V.I., Teterin I.M., Roytman V.M., Serkov B.B. Safety culture is the fulcrum of the security strategy objects of life. Kul'tura bezopasnosti v sovremennom mire [Safety culture in the modern world. Proc. of the Scien.-pract. conf.], Moscow, 2013, pp. 69-74. (in Russ.).
4. Mikeev A. Chernobyl warns. Pozharnoe delo, 1986, no. 5, pp. 25-29. (in Russ.).
5. Milovanov A.F., Solomonov V.V., Larionova Z.M. Vysokotemperaturnyj nagrev zhelezobetonnyh perekrytij pri avarii na Chernobyl'skoj AJeS [High temperature heating of the concrete
slab at the Chernobyl NPP]. Moscow, Energoatomizdat Publ., 2001. 76 p.
6. Roytman V.V., Pasman H.J., Lukashevich I.E. Fire and explosion hazards. Proc. of the 4th Int. Sem., Londonderry, 2003, pp. 283-293.
7. Kaczmarczyk B. Safety and its typologies. Bezpieczenstwo i technika pozarnicza, 2013, no. 31, pp. 17-23.
8. Federal law of the Russian Federation of December 18, 2002 no. 184 FZ "On technical regulation". Moscow, 2002. (in Russ.).
9. Federal law of the Russian Federation of December 30, 2009 no. 384 FZ "Technical regulation on safety of buildings and structures". Moscow, 2009. (in Russ.).
10. Federal law of the Russian Federation of July 22,2008 no. 123 FZ "Technical regulations for fire safety requirements". Moscow, 2008. (in Russ.).
11. SP 13.13130.2009. Atomnye stancii. Trebovanija pozharnoj bezopasnosti [Nuclear Power Plants. Fire Safety Requirements]. Moscow, 2009.
VLADiMiR Roytman VALERY TELiCHENKO
Doctor of Technical Sciences, Professor
Moscow State University of Civil Engineering, Moscow, Russia
Doctor of Technical Sciences, Professor
Moscow State University of Civil Engineering, Moscow, Russia
