CC BY
16
ПОЖАРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ЗДАНИЙ, СООРУЖЕНИЙ, ОБЪЕКТОВ
Заместитель директора по научной работе ЗАО "Вектор-Бест-Балтика", г. Санкт-Петербург
К. С. Бахарев
Канд. техн. наук, директор ООО "Научно-производственная фирма "ЛИДИНГ", г. Санкт-Петербург
Н. Н. Гусев
Д-р техн. наук, профессор, начальник кафедры "Организации пожаротушения и проведения аварийно-спасательных работ" Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС РФ
И. Г. Малыгин
УДК 614.841
ПРОБЛЕМНЫЕ ВОПРОСЫ СОЗДАНИЯ РЕГИОНАЛЬНОМ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ, ОБЪЕКТОВ ВОДОЗАБОРА И ВОДООЧИСТКИ
Рассматриваются современные проблемы контроля и предупреждения чрезвычайных ситуаций на гидротехнических сооружениях, объектах водозабора и водоочистки. Предложен вариант создания региональной информационной системы мониторинга гидротехнических сооружений, объектов водозабора и водоочистки (РИСМ ГТСиОВЗВО). Рассматриваются вопросы мониторинга химико-биологического состава воды на объектах водозабора и водоочистки, предлагается автоматизированный прибордля получения значений концентрации исследуемого вещества в пробе, первичной обработки этой информации и передачи ее в цифровом виде в РИСМ ГТСиОВЗВО. Представляется автоматизированный прибор для "реанимации" струнных датчиков с нестабильными показаниями для мониторинга за напряженно-деформированным состоянием и пространственной стабильностью конструкций гидротехнических сооружений, объектов водозабора и водоочистки с возможностью первичной обработки этой информации и передачи ее в цифровом виде в РИСМ ГТСиОВЗВО.
В настоящее время в стране отсутствуют системы сбора и обобщения данных о состоянии гидротехнических сооружений, объектов водозабора и водоочистки (ГТСиОВЗВО), системы, которые были бы готовы принять информацию о чрезвычайных ситуациях (ЧС) на указанных объектах и способные предпринять первые управленческие решения, направленные на предотвращение возникновения ЧС. Это, безусловно, способствует увеличению времени ликвидации ЧС и стоимости проведения мероприятий, направленных на ликвидацию последствий ЧС на этих сооружений. ГТСиОВЗВО имеют не только важное стратегическое, экономическое и оборонное значение, но и социально-политическое, так как надежное и устойчивое обеспечение питьевой водой населенных пунктов, особенно крупных городов, несет стабилизирующее значение для социально-политической активности населения. Поэтому без надежной информационной системы мониторинга гидротехнических сооружений, объектов водозабора и водоочистки (ИСМ ГТСиОВЗВО) кардинально изменить ситуацию в
области предотвращения ЧС на них практически не представляется возможным.
21 июля 1997 г. были приняты два основополагающих закона Российской Федерации в области безопасности сооружений: №116 "О промышленной безопасности опасных производственных объектов" [1] и №117 "О безопасности гидротехнических сооружений" [2], которые обязывают собственников или организации, эксплуатирующие опасные объекты, декларировать безопасность сооружений на всех стадиях их существования — от проектирования до ликвидации. При составлении декларации безопасности и последующей ее экспертизе особое внимание должно быть уделено системе мониторинга за показателями состояния сооружений, которая основывается на данных средств контрольно-измерительной аппаратуры (КИА). Наличие системы мониторинга, достаточность и работоспособность средств КИА — обязательные условия для получения положительного заключения экспертизы, декларации безопасности, а затем и ее утверждения органами надзора.
^ШШ ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2007 ТОМ 16
Информационная система мониторинга посредством сбора показаний КИА должна дать однозначный ответ — соответствует ли фактическое состояние объекта допустимым критериям безопасности, которые определяются на стадии разработки декларации безопасности.
Логично предположить следующую последовательность мер по обеспечению безопасности сооружений ГТСиОВЗВО региона:
1) разработка критериев безопасности сооружения;
2) проектирование сооружения, отвечающего требованиям этих критериев;
3) разработка средств контроля (мониторинга) за показателями состояния сооружения и воды и сличения их с критериями безопасности;
4) создание и эксплуатация сооружения, показатели фактического состояния которого постоянно контролируются и сравниваются с их предельными значениями (критериями безопасности) с помощью средств КИА;
5) подключение системы мониторинга объекта к информационной системе мониторинга региона.
Однако на практике эта последовательность нарушается по вполне объективным причинам: во-первых, большинство объектов ГТСиОВЗВО, безопасность которых подлежит обязательному декларированию, возведено до принятия законов о безопасности; во-вторых, многие системы наблюдения за состоянием сооружений и химико-биологическом составом воды, которые сейчас пытаются приспособить к решению задач мониторинга за показателями состояний, были созданы до разработки критериев безопасности.
В такой ситуации разработчики декларации безопасности стоят перед выбором: или сократить число критериев технической безопасности сооружений и подогнать их под имеющийся качественный и количественный состав средств КИА на объекте, снижая тем самым достоверность и полноту оценки соответствия фактического состояния сооружения критериям безопасности, или приспособить имеющиеся средства КИА к новым критериям, т.е. доказать, что имеющиеся средства контроля позволяют отслеживать состояние сооружения по всем критериям безопасности данного объекта, что проблематично исходя из современного состояния средств КИА на объектах. Аналогичные выводы относятся и к химико-биологическому составу воды.
Средства КИА создавались с целью проведения натурных исследований и контрольных наблюдений за напряженно-деформированным состоянием и пространственной стабильностью конструкций в
строительный и эксплуатационный периоды, проверки правильности принятых проектных решений и последующего наблюдения за эксплуатационным состоянием сооружения, т.е. не ориентировались на решение конкретной задачи мониторинга безопасности сооружения.
Традиционно комплекты средств наблюдения систем испытаний и долговременного контроля (ИДК) объектов создавались на основе струнных преобразователей, позволяющих осуществлять оперативный дистанционный контроль статических показателей состояния сооружения. Однако гарантийный срок струнных преобразователей составляет всего от 6 до 18 месяцев, а сами преобразователи поверкам не подлежат.
Средний возраст систем ИДК — 30-40 лет. Большая часть преобразователей, общее число которых на некоторых объектах составляло десятки тысяч, за это время вышли из строя или дают нестабильные показания, что ни одно и то же. Например, на большинстве гидротехнических объектов стабильные показания дают не более 20% струнных преобразователей.
Принимая во внимание вышеизложенное, атак-же тот факт, что средства КИА существующих систем ИДК не могут быть сертифицированы в соответствии с законом Российской Федерации от 27 апреля 1993 г. №4871-1 "Об обеспечении единства измерений" [3] можно констатировать, что:
1. Средства КИА традиционных систем ИДК не могут рассматриваться в качестве средств систем мониторинга за показателями состояния сооружений, как не соответствующие требованиям федеральных законов по безопасности, а получаемые с их помощью данные не могут использоваться для оценки безопасности гидротехнических сооружений.
2. Существующие системы и средства КИА должны быть подвергнуты детальному диагностированию с целью оценки их работоспособности, после чего переведены из разряда средств измерения в разряд средств контроля или индикации.
3. Выводы и заключения о показателях состояния сооружений и их безопасности, сделанные на основании существующих средств КИА на базе струнных преобразователей, должны быть детально проанализированы.
4. На объектах, безопасность которых подлежит декларированию, должны быть созданы новые системы мониторинга, отвечающие требованиям законов о безопасности.
5. Необходимо осуществить передачу данных о состоянии сооружений, полученных с помощью прежних средств КИА, к вновь создаваемым.
ООЖАРООЗРЫООБЕЗООАСНОСТЬ 2007 ТОМ 16 №3
49
6. Декларации безопасности ныне существующих объектов должны пройти повторную экспертизу.
На переходном этапе основной задачей является обеспечение непрерывности получения информации о состоянии сооружений (объектов) при максимально возможном числе точек и параметров контроля.
Одним из возможных путей увеличения объема информации о состоянии сооружения на существующих объектах может быть рост числа точек измерения или контроля параметров. Однако, как отмечалось выше, на сегодня не более 20% струнных преобразователей дают стабильные показания, т.е. признаются работоспособными. На практике же отсутствие стабильности показаний еще не означает, что преобразователь утратил свою работоспособность.
В разработках Научно-производственной фирмы "ЛИДИНГ" (г. Санкт-Петербург) [4] доказано, что для "реанимации" струнных датчиков с нестабильными показаниями достаточно обеспечить подбор параметров импульса возбуждения для каждого преобразователя индивидуально, что позволяет:
1) вернуть в состав измерений до 60% струнных преобразователей, ранее считавшихся неработоспособными, т.е. увеличить на 60% достоверность оценки безопасности ответственных объектов и сооружений;
2) принимая во внимание, что стоимость одного канала измерения систем ИДК составляет от 30 до 300 тыс. руб., внедрение предложенного способа обеспечит существенный экономический эффект, исчисляемый в масштабах страны миллиардами долларов.
Однако, как отмечалось выше, реанимированные таким образом преобразователи не могут рассматриваться как средства измерения, их следует использовать только как средства контроля или индикации. Тем не менее получаемая с помощью струнных преобразователей информация может являться основой для анализа тенденций в поведении сооружений ГТСиОВЗВО и прогноза уровня безопасности жизненно важного объекта в целом.
Информация, полученная от КИА объекта ГТС и ОВЗВО, должна быть преобразована в цифровую форму для дальнейшей передачи в вышестоящую информационную систему мониторинга региона.
Важное значение имеет и мониторинг химико-биологического состава воды на объектах водозабора и водоочистки (ОВЗВО). В нашем случае для получения результата необходимо воспользоваться химическим способом измерения исследуемого аналита. Это значит, что автономные приборы автоматически (в простейшем примере) смешивают не-
кий реагент с пробой воды, после чего начинается химическая реакция. Прибор автоматически следит за этой реакцией по изменению окраски, фиксирует это изменение за определенный промежуток времени и сравнивает его с известным значением калибратора. Для этого он всасывает смесь реагента с образцом в устройство, называемое проточной кюветой, посредством перистальтического насоса. Кювета прозрачна и через нее проходит луч света определенной длины волны (340-700 нм) в зависимости от образующейся окраски реакционной смеси. Оптическая плотность луча, прошедшего сквозь кювету, меньше, чем его начальная оптическая плотность (так как раствор в кювете поглотил часть энергии света). Указанная разница оптических плотностей называется оптической плотностью раствора. Этот параметр измеряется прибором и сравнивается с оптической плотностью раствора, имеющего известную концентрацию исследуемого вещества. Таким образом, прибор получает значение концентрации исследуемого вещества в пробе и посылает его по интерфейсу RS232 на COM-порт компьютера. Посылаемый сигнал имеет вид:
CAL 000123 1,2 mmol/L H,
где CAL — сокращенное обозначение анализа, программируется непосредственно на анализаторе (например, кальций);
000123 — уникальный идентификационный шестизначный номер образца, который задается оператором непосредственно с клавиатуры прибора в момент проведения исследования; 1,2 — концентрация исследуемого вещества в образце, определенная анализатором в результате произошедшей реакции с реагентом; mmol/L — единицы измерения, используемые для обозначения концентрации исследуемого вещества в системе СИ, программируются из меню анализатора;
H —латинская буква, отражающая превышение концентрации анализируемого вещества (ПДД для данного вида образца), значения ПДД автоматически программируются из меню анализатора.
Локальная сеть мониторинга ОВЗВО получает этот сигнал и посылает его дальше в информационную систему мониторинга гидротехнических сооружений, объектов водозабора и водоочистки. Эта информация попадает в базу данных, в которой на основе разработанного в ЗАО "Вектор-Бест-Балти-ка" программного обеспечения (ПО) осуществляется обработка накапливаемой мониторинговой информации по определенному алгоритму. В базе данных информационной системы создано соответствие получаемого идентификационного номе-
^ШШ ПОЖАРОНЗРЫНОБЕЗОПАСНОСТЬ 2007 ТОМ 16 №3
ра развернутому описанию образца, включающему тип образца (вода, почва, раствор газа), дату и время, место забора, особенности образца (например, глубина забора воды или грунта).
Меню "Образец" позволяет вести поиск в базе данных образцов по идентификационному номеру, типу, дате, времени и месту забора образца в любых сочетаниях. После завершения поиска программа отображает найденные результаты в виде таблицы, из которой возможно получение печатного отчета, графического отображения динамики изменения концентрации вещества в исследуемом объекте. Эти отчеты могут быть переданы на главный компьютер системы, тогда пользователь главного компьютера (оперативный дежурный) сможет отслеживать информацию по разным объектам ОВЗВО региона (озера, реки). Кроме того, ПО предусмотрен режим, когда предельно допустимая концентрация химико-биологических веществ на каком-либо объекте превышает предельную норму, то на экране компьютера оперативного дежурного автоматически высвечивается информация о том, на каком объекте (месте установки автоматического прибора) произошло превышение допустимой концентрации, эта информация сопровождается звуковым сигналом.
В настоящее время идут работы над более совершенной версией программы, когда будет возможно подключать физические карты регионов для построения карт загрязнения бассейнов рек и озер.
Вышеизложенное достигается созданием полномасштабной системы автоматизированного сбора и анализа оперативной информации о чрезвычайных ситуациях на основных ГТСиОВЗВО региона, оценкой этой обстановки, прогнозированием ее возможного развития и, в случае ухудшения, выдачей данных для поддержки принятия управленческих решений на различных уровнях, в том числе и МЧС России.
Предлагается создать под эгидой МЧС России региональные информационные системы мониторинга ГТСиОВЗВО с дальнейшей увязкой их в Единую государственную систему предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций (РСЧС).
Необходимость наличия систем мониторинга на основе средств КИА на опасных объектах законодательно закреплена федеральными законами №116 "О промышленной безопасности опасных производственных объектов" [1] и №117 "О безопасности гидротехнических сооружений" [2], однако требования к указанным системам не регламентированы нормативными актами, что отрицательно сказывается на их эффективности.
Сегодня остро стоят следующие вопросы, без решения которых эффективность систем монито-
ринга на опасных объектах не может быть обеспечена:
1. Необходима разработка более детализированной, чем предусмотрено Приложением 1 закона от 21.06.97 №116-ФЗ, классификации сооружений по степени опасности. Эта классификация должна учитывать:
• класс (группу) факторов, по которым производственный объект отнесен к опасному производству (Приложение 1 закона от 21.06.97 №116-ФЗ);
• реальные, а не только предельные количества опасных веществ на производственном объекте, по которым объект отнесен к опасному производству (Приложение 2 закона от 21.06.97 №116-ФЗ);
• удаленность от населенных пунктов;
• значимость объекта для безопасности страны;
• проектный и фактический ресурсы (срок службы сооружения, объекта).
Система классификации должна рассматривать критерии оценки безопасности вновь проектируемых, строящихся и находящихся в эксплуатации зданий отдельно.
Структура классификации должна быть такой, чтобы на стадии проектирования и экспертизы проекта могла быть реализована фактическая проверка соответствия проекта указанным критериям. В числе обязательных должны быть разделы проекта, отражающие:
• гарантийный срок эксплуатации;
• критерии оценки остаточного ресурса объекта (сооружения);
• проверяемые процедуры оценки безопасности сооружения на всем промежутке его существования (строительства, эксплуатации, консервации и ликвидации);
• обоснование (на основе классификации) наличия и объема аппаратурных средств контроля за эксплуатационным состоянием объекта (сооружения);
• обоснование методик, периодичности и объемов наблюдения за состоянием сооружений;
• обоснование обеспечения непрерывности мониторинга за состоянием сооружения, преемственность средств контроля, их совместимость;
• рекомендации по совершенствованию системы мониторинга в случаях:
а) истечения гарантийного срока эксплуатации сооружения;
б) выхода из строя части системы контроля;
в) изменения критериев оценки безопасности;
г) изменения собственника сооружения;
д) аварий на объекте природного или техногенного характера;
е) дробления объекта на несколько более мелких или объединения ряда объектов в один более крупный. На стадии эксплуатации объекта (сооружения) или экспертизы его состояния должно быть проверено фактическое соответствие состояния объекта критериям безопасности, действующим на данный момент, а не на момент создания объекта.
На стадии эксплуатации или экспертизы состояния сооружения (объекта) должна быть предусмотрена процедура изменения класса его безопасности. При принятии такого решения должно учитываться изменение:
• гидрогеологических и метеорологических факторов в процессе эксплуатации объекта (в том числе вызванных эксплуатацией данного объекта);
• тектонических условий;
• интенсивности и характера статических и особенно динамических нагрузок на здания и сооружения (например, при замене оборудования в зданиях и на прилегающих территориях на более мощное или имеющее иные динамические характеристики, чем у предыдущего оборудования, или при изменении характеристик транспортных нагрузок);
• эксплуатационных характеристик зданий и сооружений вследствие техногенных аварий, особенно связанных с разрывами трубопроводов в карстовых зонах;
• физико-механических свойств строительных материалов, из которых возводились здания, ввиду изменения условий эксплуатации, в том числе экологических.
2. Классификация сооружений по степени опасности должна законодательно закреплять необходимость наличия систем контроля на объекте, их состав, этапы (стадии) развертывания и модернизации.
3. На основе классификации безопасности должна быть проведена паспортизация сооружений.
4. Необходимо выработать общий подход к экспериментальной оценке эксплуатационного состояния объектов, т.е. оценке их безопасности. Одной из приоритетных задач исследований должно быть совершенствование методики оценки остаточного ресурса сооружений (объектов) на основе как теоретических расчетов, так и экспериментальных исследований и наблюдений.
5. Необходимо определить стратегию в области натурных наблюдений за состоянием ГТСиОВЗВО, а также за химико-биологическим составом воды. Разработать классификацию средств контроля за состоянием безопасности сооружений и положение по их применению.
6. В зависимости от класса безопасности сооружения необходимо разделить функции контроля
(и ответственность за обеспечение безопасности) между проектными, строительными, научно-исследовательскими, специализированными, эксплуатирующими и контролирующими организациями.
7. Методика оценки эксплуатационного состояния (безопасности) объекта должна предусматривать преемственность передачи данных от одного поколения средств контроля к другим.
8. Должна быть разработана методика корреляции данных измерений различных комплектов средств измерения на объектах.
9. Данные об изменении состояния сооружений через информационно-телекоммуникационную сеть РИСМ ГТСиОВЗВО должны направляться в аналитические центры (центры мониторинга) системы и там анализироваться компетентными специалистами, а в случае превышении предельно-допустимых норм — автоматически выводиться на мониторы оперативных дежурных системы и передаваться в Центры управления в кризисных ситуациях (ЦУКС) Главных управлений МЧС России по субъектам РФ.
10. Необходимо решить вопрос судьбы средств долговременного контроля, гарантийный срок эксплуатации которых истек.
11. Гарантийный срок эксплуатации первичных преобразователей средств долговременного контроля соизмерим со сроком строительства ответственных сооружений (от 3 до 8 лет). Следовательно, к моменту начала эксплуатации с метрологической и юридической точек зрения данным отдельных средств долговременного контроля доверять нельзя, так как их гарантийный срок истек, а поверкам они не подлежат.
Таким образом, в рамках предлагаемой ИСМ ГТСиОВЗВО региона необходимо разработать и внедрить:
• методику и средства диагностики самих систем контроля;
• методику, позволяющую по истечении гарантийного срока первичных преобразователей давать заключение о судьбе данного средства контроля;
• методику проведения измерений с помощью средств с истекшим гарантийным сроком первичных преобразователей (возможно, это будет изменение погрешности измерения или перевод системы из разряда средства измерения в разряд средства индикации со всеми вытекающими последствиями);
• методику оценки остаточного ресурса с учетом утраты определенного количества первичных преобразователей;
• методику передачи данных о напряженно-деформированном состоянии в данной точке с по-
52
ООЖАРООЗРЫООБЕЗООАСНОСТЬ 2007 ТОМ 16 №3
мощью нового преобразователя или преобразователя, находящегося в другой точке;
• методику оценки химико-биологического состава воды;
• средства долговременного контроля с возможностью автоматического съема и передачи цифровой информации в компьютерные системы;
• средства долговременного контроля со значительно увеличенным гарантийным сроком эксплуатации или подлежащие поверкам в процессе эксплуатации;
• средства регистрации экстремальных значений параметров контроля в аварийных ситуациях,
когда нарушено энергоснабжение и вышли из строя средства связи и телекоммуникации.
Выводы
1. Необходимо разработать региональные информационные системы мониторинга безопасности гидротехнических сооружений и объектов водозабора и водоочистки, а также интегрировать эти системы в состав РСЧС.
2. Следует осуществить дальнейшее совершенствование законодательной базы РФ в области средств и систем мониторинга безопасности.
ЛИТЕРАТУРА
1. Закон Российской Федерации от 21 июля 1997 г. №116 "О промышленной безопасности опасных производственных объектов" (с изм. от 27 декабря 2000 г., 30 декабря 2001 г., 24 декабря 2002 г., 10 января и 23 декабря 2003 г., 22 августа 2004 г., 9 мая 2005 г.). — М.: Юридическая литература, 2005.
2. Закон Российской Федерации от 21 июля 1997 г. №117 "О безопасности гидротехнических сооружений" (с изм. от27 декабря 2000 г., 30 декабря 2001 г., 24декабря 2002 г., 10января и 23 декабря 2003 г., 22 августа 2004 г., 9 мая 2005 г.). — М.: Юридическая литература, 2005.
3. Закон Российской Федерации от 27 апреля 1993 г. №4871-1 "Об обеспечении единства измерений". — М.: Юридическая литература, 1993.
Поступила в редакцию 05.03.07.
