CC BY
59
Вестник Воронежского института ГПС МЧС России
БЕЗОПАСНОСТЬ КОНСТРУКЦИЙ, ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ
УДК 624.042.8(031)
ОСОБЕННОСТИ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРТИЗЫ ПРОМЫШЛЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ ПОСЛЕ АВАРИЙ НА ОПАСНЫХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ОБЪЕКТАХ
А.С. Бажухин, А.С. Варенцова, Н.Н. Гусев
Рассматривается современное состояние вопроса в области регистрации и сохранения параметров сооружения непосредственно в момент аварии или, как минимум, максимальных и минимальных значений этих параметров, а также использования значений этих параметров при проведении экспертизы промышленной безопасности.
Ключевые слова: структурированные системы мониторинга и управления инженерными системами зданий и сооружений, средства контроля напряженнодеформированного состояния строительных конструкций и грунтового основания, обследование технического состояния зданий и сооружений, экспертиза промышленной безопасности.
Согласно действующим нормам в области промышленной безопасности [1-2] при проведении экспертизы промышленной безопасности (ЭПБ) оценивается фактическое состояние технических устройств, зданий и сооружений на опасных производственных объектах. При этом для объективной оценки фактического состояния зданий и сооружений проводятся их обследования, по результатам которых определяется категория технического состояния здания или сооружения [3]. Материалы по результатам обследования является основой для принятия решения о соответствии здания или сооружения требованиям промышленной безопасности.
Определение категории технического состояния здания или сооружения на опасном производственном объекте (ОПО) невозможно без оценки напряженно-деформированного состояния (НДС) их конструкций и грунтового состояния.
Для получения объективной информации о НДС конструкций и грунтового основания зданий и сооружений на большинстве ОПО, согласно ГОСТ 22.1.12-2005 [4], должны быть созданы структурированные системы мониторинга и управления инженерными системами зданий и сооружений (СМИС), одной из подсистем которых являются подсистемы СМИК, предназначенные для контроля изменения состояния оснований, строительных конструкций зданий и сооружений.
Системы СМИК подлежат монтажу на следующих категориях объектов [4]:
- ядерно- и/или радиационно опасные объекты (атомные электростанции, исследовательские реакторы, предприятия топливного цикла, хранилища временного и долговременного хранения ядерного топлива и радиоактивных отходов);
- объекты, на которых:
получаются, используются, перерабатываются, образуются, хранятся, транспортируются, уничтожаются опасные вещества в количествах, превышающих предельно установленные законодательством Российской Федерации; осуществляется уничтожение, захоронение химических и других опасных отходов; имеются крупные склады для хранения нефти и нефтепродуктов (свыше 20 тыс. тонн) и изотермические хранилища сжиженных газов; получаются расплавы черных и цветных металлов и сплавы на основе этих расплавов; ведутся горные работы, работы по обогащению полезных ископаемых, а также работы в подземных условиях, включая предприятия по подземной и открытой (глубина разработки свыше 150 м) добыче и переработке (обогащению) твердых полезных ископаемых; используются стационарно установленные канатные дороги и фуникулеры, производят, получают или перерабатывают жидкофазные или твердые продукты, обладающие взрывчатыми свойствами и склонные к спонтанному разложению с
33
Выпуск 1(18), 2016
энергией возможного взрыва, эквивалентной 4,5 тонны тринитротолуола;
- сооружения связи, являющиеся особо опасными, технически сложным и в соответствии с законодательством Российской Федерации в области связи;
- линии электропередачи и иные объекты электросетевого хозяйства напряжением 330 кВ и более;
- объекты космической инфраструктуры;
- аэропорты и объекты их инфраструктуры;
- объекты инфраструктуры железнодорожного транспорта общего пользования;
- метрополитены;
- морские порты, за исключением морских специализированных портов, предназначенных для обслуживания спортивных и прогулочных судов;
- тепловые электростанции мощностью 150 МВт и выше;
- объекты обустройства нефтяных месторождений на шельфах морей;
- магистральные газо-, нефте- и продуктопроводы;
- объекты газораспределительных систем, на которых используется, хранится, транспортируется природный газ или сжиженный углеводородный газ;
- гидротехнические сооружения 1-го, 2-го и 3-го классов;
- крупные промышленные объекты с численностью занятых людей более 10 тыс. человек;
- объекты капитального строительства, в проектной документации которых предусмотрена хотя бы одна из следующих характеристик:
высота более чем 100 м; пролеты более чем 100 м; наличие консоли более чем 20 м; заглубление подземной части (полностью или частично) ниже планировочной отметки земли более чем на 10 м; наличие конструкций и конструкционных систем, в отношении которых применяются нестандартные методы расчета с учетом физических или геометрических нелинейных свойств либо разрабатываются специальные методы расчета;
- объекты с максимальным расчетным пребыванием людей 500 чел. и более: зрелищные, спортивные сооружения, многофункциональные офисные и торгово-развлекательные комплексы, объекты здравоохранения, гостиницы;
- объекты жизнеобеспечения: установки,
склады, хранилища, гидротехнические и инженерные защитные сооружения, коммуникации, разрушение (повреждение) которых может привести к нарушению нормальной жизнедеятельности людей (прекращению обеспечения водой, газом, теплом, электроэнергией, затоплению, повреждению жилых массивов, выходу из строя систем канализации и очистки сточных вод).
Отметим, что, согласно п.4.9 ГОСТ 22.1.12 [4], системами СМИС (и в том числе СМИК) в обязательном порядке оснащаются строительные сооружения. Первые системы контроля изменения
состояния оснований и строительных конструкций сооружений впервые были реализованы на гидротехнических сооружениях в 30-е годы прошлого века (по терминологии гидротехников системы КИА - контрольно-измерительной аппаратуры). Опыт гидротехников был успешно применен при контроле напряженно-деформированного состояния стартовых комплексов космодрома «Байконур». Созданные на стартовых сооружениях системы мониторинга получили название систем ИДК (системы испытаний и долговременного контроля).
У гидротехников перечень технических и программных средств мониторинга за состоянием гидротехнических сооружений определен в нормативно-технической документации в зависимости от класса сооружения [6]. Состав комплектов аппаратурных средств ИДК закреплен в Ведомственных нормативных документах. Состав комплектов аппаратурных средств подсистем СМИК ГОСТ 22.1.12[4] не регламентирует и носит рекомендательный характер.
Территориальные и ведомственные строительные нормы [7-9] регламентируют включение в состав аппаратурных средств СМИК следующих средств контроля:
- геодезического контроля (осадки, крены, развороты),
- вибрационного контроля (параметры вибраций конструкций и сооружения в целом);
- тензометрический контроль (давление в основании фундаментов, напряжения в бетоне и арматуре).
Средства КИА и ИДК создавались с целью проведения натурных исследований и контрольных наблюдений за напряженно-деформированным состоянием НДС и пространственной стабильностью конструкций в строительный и эксплуатационный периоды, для проверки правильности принятых проектных решений и последующего наблюдения за эксплуатационным состоянием сооружения, т.е. не ориентировались на решение конкретной задачи мониторинга безопасности сооружения, тем более в аварийных ситуациях. С вводом в действие ГОСТ 22.1.12[4] проектировщики подсистем СМИК пошли по пути приспособления существующих первичных преобразователей и вторичной аппаратуры для решения задач в интересах МЧС России, т.е. средства приспосабливались для решения задач ведомства, а не создавались специально для него.
Этим обстоятельством обусловлен существенный недостаток, присущий как системам КИА и ИДК, так и СМИК, а именно, утрата или отсутствие информации о реакции строительных конструкций и сооружения в целом непосредственно во время аварии. Особенно этот недостаток проявляется при взрывных воздействиях.
Как отмечалось выше, одной из целей создания СМИК является информационная поддержка принятия решения о соответствии здания или сооружения требованиям промышленной безопасно-
34
Вестник Воронежского института ГПС МЧС России
сти. Особую остроту приобретает этот вопрос при принятии решения после аварии на объекте. Для принятия обоснованного решения по ликвидации аварии (или при проведении ЭПБ) необходимо
знать параметры состояния строительных конструкций и грунтовых оснований зданий и сооружений непосредственно в процессе аварии.
Рис. 1. Общий вид машинного зала СУГРЭС-2 после аварии (г. Сургут).
Рис. 2. Общий вид причала №21 Морского порта Санкт-Петербурга после аварии.
В случае возникновения аварии, сопровождающейся динамическими воздействиями или высокими температурами, как правило, вторичная аппаратура, источники питания и кабельная сеть выходят из строя. Достаточно утратить свою работоспособность хотя бы одному из перечисленных
компонентов СМИК, как получение информации от нее прекращается и возобновляется только после проведения ремонтно-восстановительных работ на объекте, на что уходит порой несколько месяцев или лет, причем, как показывает практика, системы мониторинга восстанавливаются в последнюю оче-
35
Выпуск 1(18), 2016
редь. Наиболее живучими элементами системы мониторинга являются первичные преобразователи, так как они защищены, как правило, слоем бетона или грунта.
Р+преО> P(t) > Рпред ;
Р+ > Р1
1 пред. > 1 max >
р- > р1
1 пред. > 1 min •
(1)
(2)
(3)
Непосредственно после аварии, уже на стадии проведения аварийно-спасательных работ и оценки степени повреждения сооружений, остро встает вопрос выявления причин аварии и оценки значений фактических нагрузок, действовавших на сооружения, параметров напряженно деформированного состояния конструкций и грунтового основания в момент аварии. Обоснованная оценка срока безопасной эксплуатации здания или сооружения после аварии возможна только на основе анализа значений нагрузок, действовавших на сооружение, и вызванных ими изменений в напряженно-деформированном состоянии несущих и ограждающих конструкций, а также в их пространственном положении. Наиболее ценной является информация о реакции сооружения именно в момент аварии. Однако, как уже отмечалось, как правило, в момент возникновения аварии система мониторинга утрачивает свою работоспособность. Определяющим параметром при оценке остаточного эксплуатационного ресурса сооружения является максимальные и минимальные значения напряженнодеформированного состояния конструкций за время действия динамической нагрузки во время аварии, которые как раз остаются незарегистрированными.
Со всей очевидностью встает вопрос создания аппаратурных средств в составе СМИК, которые бы обеспечивали регистрацию и сохранение параметров сооружения непосредственно в момент аварии или, как минимум, максимальных и минимальных значений этих параметров.
В целях устранения указанного недостатка подсистем СМИК авторами предложено [5,10-11] в качестве первичных преобразователей использовать датчики с механическим запоминанием максимальных (Pmax) и минимальных (Pmin) значений измеряемого параметра напряженно -
деформированного состояния несущих конструкций зданий и сооружений, то есть гарантированно получать значения Pmax и Pmin независимо от состояния источников питания в момент аварии.
Измеряемый (контролируемый) параметр напряженно-деформированного состояния несущих конструкций зданий и сооружений (Р) имеет некоторые максимально и минимально допустимые (предельные) значения соответственно Р+пред. и Р пред. (см. рисунок 3), а за все время эксплуатации здания в штатном режиме максимальные и минимальные значения измеряемого параметра достигали соответственно значений P1max до P1min.
Тогда в штатном режиме эксплуатации здания или сооружения (на интервале времени t < t1 ) должны выполняться условия:
При возникновении аварии (момент t1) на сооружение начинает действовать динамическая нагрузка, вызывающая изменение измеряемого параметра на интервале времени t1 _ t3 в диапазоне значений от P4max до ^mirn-
В момент времени t > t1 все элементы системы мониторинга, кроме датчиков, утрачивают свою работоспособность.
Далее на интервале времени t > t2 действие динамической нагрузки прекращается, хотя некоторые изменения в напряженно-деформированном состоянии и пространственном положении конструкций сооружения могут продолжаться.
К моменту времени t3 в результате проведения ремонтных работ работоспособность системы мониторинга восстановлена. При использовании традиционных датчиков система мониторинга после восстановления ее работоспособности может показать, что значение контролируемого параметра Р лежит в пределах Р+пред. > Р > Рпред (см. рисунок 4) и конструкция находится в работоспособном состоянии. Однако на интервале времени t1 _ t3 информация отсутствует, в то время как реально под действием динамической нагрузки во время аварии значения контролируемого параметра 1 превысили значения Р+пред. и Р-пред и достигали значений P4max и P2mn Именно эти значения (P4max и P2min) и текущее значение измеряемого параметра (P(t)) зафиксирует датчик.
Предположим, что на интервале времени t3- _ t4 действие нагрузки (например, взрывной волны) прекратилось. Тогда если на этом интервале времени питание системы удастся восстановить, или осуществить его по резервной схеме, то при восстановлении работоспособности подкомплекта СМИК можно зафиксировать значения параметров P4max, Р2тт и P(t) независимо от того находилась система СМИС в работоспособном состоянии или нет на интервале времени t1 _ t3.
Предположим, что произошел повторный взрыв и сооружение на интервале времени t4 _ t6 подверглось повторному динамическому воздействию, вызвав изменение измеряемого параметра в диапазоне от P5max и P3min с отключением питания СМИС уже в момент времени t4. Причем P5max > P4max , а P3mm >P3min по абсолютной величине. Предположим, что начиная с момента времени t6 действие нагрузки прекратилось. Тогда если в какой-то момент времени питание системы удастся восстановить, или осуществить его по резервной схеме, то при восстановлении работоспособности подкомплекта СМИК можно зафиксировать значения параметров P5max, P3min и P(t) независимо от
36
Вестник Воронежского института ГПС МЧС России
того находилась система СМИС в работоспособном состоянии или нет на интервале времени t4 _ t6.
Следовательно, для получения достоверных значений измеряемого параметра напряженно -деформированного состояния несущих конструкций зданий и сооружений при аварийных ситуациях, в качестве первичных преобразователей необ-
ходимо использовать датчики с механическим запоминанием максимальных (Pmax) и минимальных (Pmin) значений измеряемого параметра в момент аварии, с обеспечением возможности регистрации текущего значения измеряемого параметра после восстановления работоспособности системы мониторинга (см. рисунки 3-4).
tl P“min t2 t3 t4 P min ts
Рис. 3. График изменения измеряемого параметра.
Рис. 4. График изменения значений измеряемого параметра на «выходе» датчика.
Практическая реализация данной идеи нашла свое воплощение в разработке измерительного комплекса УРСДУП - УДКС-01 (см. рис. 5). Тех-
нический уровень и новизна решений разработки подтверждена авторским свидетельством на изобретение № 1418582 [7].
37
Выпуск 1(18), 2016
Рис. 5. Модифицированный вариант комплекса УРСДУП - УДКС-01 (Устройство динамического контроля струнное).
Как отмечалось выше, подсистемы СМИК предназначены для контроля изменения состояния оснований, строительных конструкций зданий и сооружений и подлежат монтажу на ОПО[4]. Следовательно, данные о состоянии оснований, строительных конструкций зданий и сооружений, получаемые с помощью СМИК являются исходными при оценке категории технического состояния здания или сооружения, которые могут и должны в свою очередь использоваться при экспертизе промышленной безопасности на ОПО. Отметим, что прямых указаний относительно использования данных с помощью СМИК при проведении ЭПБ зданий и сооружений на ОПО нет. Однако согласно п.13. «Правил проведения экспертизы промышленной безопасности» [2] экспертиза проводится с целью определения соответствия объекта экспертизы предъявляемым к нему требованиям промышленной безопасности и основывается на принципах независимости, объективности, всесторонности и полноты исследований, проводимых с использованием современных достижений науки и техники. Средства СМИК как раз и призваны реализовать указанное требование. К сожалению, как отмечалось выше, современные средства СМИК не обладают в своем составе аппаратурными средствами, которые бы обеспечивали регистрацию и сохранение параметров сооружения непосредственно в мо-
мент аварии или, как минимум, максимальных и минимальных значений этих параметров.
Именно эти параметры, которые являются определяющими при оценке остаточного эксплуатационного ресурса здания или сооружения (максимальные и минимальные значения напряженнодеформированного состояния конструкций за время действия динамической нагрузки во время аварии), как раз остаются незарегистрированными.
В целях устранения указанного недостатка подсистем СМИК авторами предложено [5,10-11] в качестве первичных преобразователей использовать датчики с механическим запоминанием максимальных (Pmax) и минимальных (Рюш) значений измеряемого параметра напряженно-
деформированного состояния несущих конструкций зданий и сооружений, то есть гарантированно получать значения Pmax и Pmin независимо от состояния источников питания и средств регистрации в момент аварии.
Предлагаемые в статье средства в составе СМИК обеспечивают регистрацию и сохранение параметров сооружения непосредственно в момент аварии или, как минимум, максимальных и минимальных значений этих параметров, что представляет собой неоценимую информацию при ЭПБ зданий и сооружений после аварий на ОПО.
38
Вестник Воронежского института ГПС МЧС России
Библиографический список
1. О промышленной безопасности опасных производственных объектов : [Электронный ресурс]: [Федеральный закон от 21.07.1997 N 116-ФЗ (ред. от 24.07.2015 г.)]. - Режим доступа: [Консультант плюс]. - Загл. с экрана.
2. Правила проведения экспертизы промышленной безопасности (утвержденные Приказом Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору №538 от 14.11.2oi3 г.)
3. ГОСТ 31937-2011 Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния, введен 01.01.2014. - М., Стандартинформ, 2014. - 59 с.
4. ГОСТ 22.1.12-2005 Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Структурированная система мониторинга и управления инженерными системами зданий и сооружений. Общие требования. - введ. 01.01.2005. - М.: Изд-во ФГУП «СТАНДАРТИНФОРМ». 2005. - 14 с.
5. Гусев Н.Н. Безопасность России / Н.Н. Гусев // Безопасность строительного комплекса. - М.: МГОФ «Знание».- 2012.- 750 с.
6. Строительные нормы и правила: СНиП 33-012003 Гидротехнические сооружения. Основные положения [Текст]: нормативно-технический материал. - введ. 01.01.2004. - Москва: Изд-во ФГУП «СТАНДАРТИН-ФОРМ». 2005. - 44 с.
7. ТСН 31-332-2006 Жилые и общественные высотные здания [Текст].- введ. 28.04.2006. - Москва: Изд-во ФГУП «СТАНДАРТИНФОРМ». 2005. - 14 с.
8. МРДС 02-08 Пособие по научно-техническому сопровождению и мониторингу строящихся зданий и сооружений, в том числе большепролетных, высотных и уникальных [Текст].- введ. 01.11.2007. - Москва: Изд-во ФГУП «СТАНДАРТИНФОРМ». 2008. - 63 с.
9. МГСН 4.19-2005 Временные нормы и правила проектирования многофункциональных высотных зданий и зданий комплексов в городе Москве [Текст].- введ. 01.11.2008. - Москва: Изд-во ФГУП «СТАНДАРТИН-ФОРМ». 2008. - 33 с.
10. А.с.1418582 СССР, МКИ4 G01L 1/10. Струнный датчик. / Гусев Н.Н., Бобровников А.М. (СССР). -4178597; заявлено 06.11.86; опубл. 23.08.88, Бюл. 31.- с. 2.
11. Гусев Н.Н. Адаптация существующих систем мониторинга безопасности зданий и сооружений опасных производственных объектов и гидротехнических сооружений к работе в аварийных ситуациях / Н.Н. Гусев // XXI век: Человек. Общество. Наука: сб. научных статей. -СПб.: Военная академия связи. СЗФ ВНИИ МВД России, 2007. - С. 24-27.
References
1. O promyshlennoj bezopasnosti opasnyh
proizvodstvennyh ob’ ektov : [Jelektronnyj resurs]:
[Federal'nyj zakon ot 21.07.1997 N 116-fZ (red. ot 24.07.2015 g.)]. - Rezhim dostupa: [Konsul'tant pljus]. - Zagl. s jekrana.
2. Pravila provedenija jekspertizy promyshlennoj bezopasnosti (utverzhdennye Prikazom Federal'noj sluzhby po jekologicheskomu, tehnologicheskomu i atomnomu nadzoru №538 ot 14.11.2013 g.)
3. GOST 31937-2011 Zdanija i sooruzhenija. Pravila obsledovanija i monitoringa tehnicheskogo sostojanija, vveden 01.01.2014. - M., Standartinform, 2014. - 59 s.
4. GOST 22.1.12-2005 Bezopasnost' v chrezvychajnyh situacijah. Strukturirovannaja sistema monitoringa i upravlenija inzhenernymi sistemami zdanij i sooruzhenij. Obshhie trebovanija. - vved. 01.01.2005. - M.: Izd-vo FGUP «STANDARTINFORM». 2005. - 14 s.
5. Gusev N.N. Bezopasnost' Rossii / N.N. Gusev // Bezopasnost' stroitel'nogo kompleksa. - M.: MGOF «Znanie».
- 2012.- 750 s.
6. Stroitel'nye normy i pravila: SNiP 33-01-2003 Gidrotehnicheskie sooruzhenija. Osnovnye polozhenija [Tekst]: normativno-tehnicheskij material. - vved. 01.01.2004.
- Moskva: Izd-vo FGUP «STANDARTINFORM». 2005. - 44 s.
7. TSN 31-332-2006 Zhilye i obshhestvennye vysotnye zdanija [Tekst].- vved. 28.04.2006. - Moskva: Izd-vo FGUP «STANDARTINFORM». 2005. - 14 s.
8. MRDS 02-08 Posobie po nauchno-tehnicheskomu soprovozhdeniju i monitoringu strojashhihsja zdanij i sooruzhenij, v tom chisle bol'sheproletnyh, vysotnyh i unikal'nyh [Tekst]. - vved. 01.11.2007. - Moskva: Izd-vo FGUP «STANDARTINFORM». 2008. - 63 s.
9. MGSN 4.19-2005 Vremennye normy i pravila proektirovanija mnogofunkcional'nyh vysotnyh zdanij i zdanij kompleksov v gorode Moskve [Tekst].- vved. 01.11.2008. -Moskva: Izd-vo FGUP «STANDARTINFORM». 2008. - 33 s.
10. A.s.1418582 SSSR, MKI4 G01L 1/10. Strunnyj datchik. / Gusev N.N., Bobrovnikov A.M. (SSSR). - 4178597; zajavleno 06.11.86; opubl. 23.08.88, Bjul. 31.- s. 2.
11. Gusev N.N. Adaptacija sushhestvujushhih sistem monitoringa bezopasnosti zdanij i sooruzhenij opasnyh proizvodstvennyh ob’ ektov i gidrotehnicheskih sooruzhenij k rabote v avarijnyh situacijah / N.N. Gusev // XXI vek: Chelovek. Obshhestvo. Nauka: sb. nauchnyh statej. - SPb.: Voennaja akademija svjazi. SZF VNII MVD Rossii, 2007. -S. 24-27.
39
Выпуск 1(18), 2016
FEATURES OF REALIZATION THE INDUSTRIAL SAFETY EXPERT EXAMINATION OF BUILDING AND CONSTRUCTION AFTER EMERGENCY AT DANGEROUS INDUSTRIAL OBJECTS
The article describes the current state of the issue in the area of registration and saving parameters of object directly at the time of the accident, or, at least, maximum and minimum amount of these parameters, and also using the amount of these parameters at the industrial safety expert examination.
Keywords: structured systems for monitoring and management of engineering systems of buildings and constructions, means of control the stress-strain state of constructions and soil, examination of the technical condition of buildings and constructions, the industrial safety expert examination.
Бажухин Александр Викторович,
инженер ООО «Промстандарт»;
ассистент, Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики.
Россия, Санкт-Петербург, e-mail: [email protected].
Bazhukhin A. V.,
Saint-Petersburg national research University of of information technologies, mechanics and optics,
Russia, Saint-Petersburg
Варенцова Анна Сергеевна,
эксперт по промышленной безопасности,
ООО «НПФ «Лидинг»,
Россия, Санкт-Петербург, e-mail: [email protected].
Varentcova A.S., expert on industrial safety,
Russia, Saint-Petersburg, e-mail: [email protected].
Гусев Николай Николаевич,
д.т.н., профессор,
директор ООО «НПФ «Лидинг»,
Россия, Санкт-Петербург, e-mail: gо[email protected].
Goussev N.N.,
PhD Tech. Sci., Prof.,
Russia, Saint-Petersburg, e-mail: gоussev [email protected].
© Бажухин А.В., Варенцова А.С., Гусев Н.Н., 2016
40
