Структура методики выбора защитных мероприятий объекта промышленности с учетом затрат на их реализацию Текст научной статьи по специальности «Экономика и бизнес»

УДК 699.88

СТРУКТУРА МЕТОДИКИ ВЫБОРА ЗАЩИТНЫХ МЕРОПРИЯТИЙ ОБЪЕКТА ПРОМЫШЛЕННОСТИ С УЧЕТОМ ЗАТРАТ НА ИХ РЕАЛИЗАЦИЮ

В.Ф. Воскобоев

доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ, профессор кафедры устойчивости экономики и систем жизнеобеспечения Академия гражданской защиты МЧС России Адрес: 141435, Московская обл., г. Химки, мкр. Новогорск.

E-mail: v.voskoboevQamchs.ru Е.В. Иванов

адъюнкт научно-исследовательского центра Академия гражданской защиты МЧС России Адрес: 141435, Московская обл., г. о. Химки, мкр. Новогорск.

E-mail: linia-zhizniQyandex.ru

A.B. Рыбаков

доктор технических наук, доцент, начальник лаборатории информационного обеспечения населения и технологий информационной поддержки РСЧС Академия гражданской защиты МЧС России Адрес: 141435, Московская обл., г. о. Химки, мкр. Новогорск.

E-mail: anatoll rubakovQmail.ru

Аннотация. В работе представлен подход к определению мероприятий повышения устойчивости функционирования объекта промышленности, в основу которого положено применение показателя защищённости. Построена номограмма, позволяющая взаимоувязать значения показателя защищённости, стоимость мероприятий повышения устойчивости и время восстановления объекта. Приведён расчётный пример обоснования превентивных мероприятий, заключающихся в возведении разрушаемых преград и изменении конструктивных характеристик базовых элементов объекта.

Ключевые слова: показатель защищённости, устойчивость объекта, обычные средства поражения, стоимость восстановления.

Цитирование: Воскобоев В.Ф., Иванов Е.В., Рыбаков A.B. Структура методики выбора защитных мероприятий объекта промышленности с учётом затрат на их реализацию // Научные и образовательные проблемы гражданской защиты. 2018. № 4 (39). С. 72-80

Введение Одним из важных направлений в государственной политики в области гражданской обороны является обеспечение устойчивости функционирования организаций, необходимых для выживания населения при военных конфликтах или вследствие этих конфликтов [1].

В общем случае, показатель устойчивости функционирования зависит как от характеристик безотказности самого объекта, так и от параметров средств обеспечения его функционирования [2]. В свою очередь, поддержание собственных характеристик безотказности объекта связано с введением различных форм защиты - как за счёт выбора соответствующих конструктивных характеристик базовых элементов объекта, так и за счёт введения дополнительной защиты в виде разрушаемых преград. Реализация каждой из этих видов защи-

ты сопровождается затратами.

Целью настоящей работы является изложение структуры методики выбора значений затрат на построение системы защиты, обеспечивающей заданный уровень защищённости объекта промышленности (объекта системы жизнеобеспечения), с учётом затрат на восстановление объекта.

Постановка задачи

Рассмотрим здания и сооружения объекта промышленности, для которых задан вектор собственных характеристик:

Фг = {Х,Е,к,(гу ,р,А,Ь,1, т, Ь, г, Фí, Фр, а.г, ар, фр),

где X - половина короткого пролёта плиты, м;

Е - модуль Юнга, Па;

к - полная толщина, м;

(Гу - предел текучести, напряжение, Па;

т - изгибающий момент, Н ■ м;

р - плотность материала, кг/мЗ;

А - площадь поперечного сечения балки (колонны, гибкой ленты), м2;

Ь - ширина балки (гибкой ленты), м;

1 - момент инерции поперечного сечения, м4;

Ь - длина балки (колонны, гибкой ленты), м;

2 - модуль пластического сопротивления, м ,

Фг, Фр - безразмерные коэффициенты для плит.

(Хг,а<р безразмерные коэффициенты для колонн;

"фг, "Фр """"" безразмерные коэффициенты для балок.

В [3, 4, 5] показано, что показатель защищённости конструктивных элементов, характеризующий уровень защищённости объекта от воздействия воздушной ударной волны, связан с собственными характеристиками зданий объекта следующими соотношениями:

_ <1>щ<Р >асФгФр^к3/р

^ПЛИТЫ — , ^ ГГ^

гРХ 2л/Ё

< г >ж< Р >ыЩаРЕ°,51

^колонны

РгА2к

(3)

_ < г >ас< р >асФгФр22а2ул/рА

^баЛКИ ---,-..,<-,-.-0 V /

РгЪ2Ь2л/1Ё

< г >ж< Р >жОТА2Р1/2 гРЬ2 ЕР

(5)

где Р - величина избыточного давления, Па-с; г - величина импульса, Па; <г>ас - величина асимптотического приведённого импульса;

<Р>ас _ величина асимптотического приведённого давления.

Тогда результирующий показатель защищённости объекта имеет вид:

Для разрушаемых преград показатель защищённости можно представить в виде [6]:

А — Д(М, (7)

где к - толщина разрушаемой преграды, м;

р - плотность материала разрушаемой преграды, кг/м3.

Следуя [6], введём ограничения ресурсов на реализацию мер по повышению защищённости:

С (Фг),г — 1,1

(8)

С (Аг),3 — 1^ (9)

В общем случае очевидно, что зависимость показателя защищённости от собственных характеристик объекта и защитных сооружений имеет вид:

Кг — ^ (Фг(Х,Е,к,ау ,р,А,Ъ,1, т,Ь,г, Фг, ФР,аг,ар,фг,фр)] (10)

Д(М|в) — К*0 +АКг,

где в - вариант воздействия средств поражения;

- значения показателя защищённости, обусловленные собственными характеристиками объекта воздействия;

АКг - приращения значений показателя защищённости за счёт применения средств защиты.

Из (8), (9) и (10) следует, что каждому набору Фг и А^ будет соответствовать своя величина затрат. Как правило, обеспечение уровня защищённости объекта осуществляется в условиях ограничения средств. Для удовлетворения этих требований при выборе характеристик объекта и средств защиты решается следующая задача: при заданном значении Кх выбирать такой набор собственных характеристик объекта Ф^ и средств защиты Аj, для которых суммарные затраты равны:

С — С (Фг) + С (Аj) — —Ка} С {Фг;А*} — С (Щ+ С (А)

при условии

-л- ч (11)

Кг — Е(Knяш:, ^колсшш ^балою ^лент) (6)

К2 — ((Фг), (А3)|{в}> К,

х задан

(12)

к

ленты

Затраты на обеспечение устойчивости функционирования за счет восстановления разрушений могут быть учтены за счет связи Кг со степенью разрушения БЬ. Пусть такая зависимость имеет вид:

для времени восстановления

Тв = } (Б1г ),гдег = 1,2,3,4, (13)

для затрат

Сг = Ь(ТВ г),гдег = 1,2,3,4, (14) откуда значение затрат на восстановление

имеет вид:

С1 = Д[/ЗД,гдег = 1,2,3,4. (15)

Тогда суммарные затраты, необходимые для достижения требуемых значений показателя защищённости Кгтре5, имеют вид:

СЕ = С (Фг) + С (К) + Сг (16)

Решение:

Представленные соотношения были реализованы в виде алгоритма, структура которого представлена на рисунке 1

Рисунок 1 Алгоритм определения оптимальных значений параметров защиты

Рассмотрим схему работы этого алгоритма.

Решение задачи (11), (12) осуществлено на основе соотношений (6). Результатом решений будет являться Кх (С). Обычно такие задачи должны решаться либо на этапе строительства объекта, либо на этане его модернизации с учётом сценария применения возможных средств поражения. В общем случае будет существовать следующая зависимость вида Кг (С|в). Эта зависимость может быть описана функцией вида.

К2 (С) = 1 - е-", (17)

где а = /(С) - коэффициент, зависящий от вклада ресурсов в изменение характеристик объекта и разрушаемых преград.

Особенностью соотношения (17) является тот факт, что эта зависимость показана в рамках решения оптимизационной задачи (11), (12).

В работе [6] была установлена связь значений Кг и степени разрушения объекта. Эта зависимость имеет вид ступенчатой функции степени разрушения г = 1, 2, 3, 4, где:

г = 1 соответствует слабому разрушению (разрушение внутренних перегородок, кровли, дверных и оконных коробок, легких пристроек и др. Основные несущие конструкции сохраняются) ;

г = 2 соответствует среднему разрушению (несущие конструкции сохраняются и лишь частично деформируются, при этом снижается их несущая способность. Опасность обрушения отсутствует);

г — 3 соответствует сильному разрушению (при сильных разрушениях могут сохраняться наиболее прочные элементы здания и сооружения: элементы каркасов, ядра жесткости, частично стены и перекрытия нижних этажей. При сильном разрушении образуется завал);

г — 1 соответствует полному разрушению (обрушение зданий и сооружений, от которых могут сохраниться только поврежденные (или неповрежденные) подвалы, а также незначительная часть прочных элементов. При полном разрушении образуется завал) [7].

Аппроксимация этой зависимости имеет вид:

Кг — 1-е

(18)

где г - непрерывная величина, характеризующая степень разрушения объекта.

Каждой степени разрушения можно поставить в соответствие время, в течение которо-

го эти разрушения будут устранены и будут обеспечены требуемые условия уровня функционирования объекта. Следует отметить, что обобщающая этой структурной функции имеет вид логистической кривой.

Т

г^ __^ тах

в 1 + а(еКТтах)

(19)

Ттах

С точкой перегиба Тв — 2 ' (0 < < Тв тах, К > 0), где а — константа, зависящая от вида объекта Время восстановления объекта в целом будет соответствовать времени восстановления каждого его элемента со степенью разрушения Тв — 1, 2, 3,4. По аналогии каждому значению Тв г ставятся в соответствие затраты С^Тв¿). Связь между всеми элементами процесса оценки показателя защищенности, степенью разрушения, затратами и временем восстановления представлены на номограмме (рисунок 2).

*

л

I

АС,

Рисунок 2 Номограмма связей показателя защищенности, степени разрушения, затрат и

времени на восстановление

При решении задачи но определению рационального вклада денежных средств в мероприятия но поддержанию заданного уровня устойчивости объекта необходимо определить какая из групп мероприятий (мероприятия превентивные, характеризующиеся затратами ДСпрев + ДСвост1 и мероприятия по восстановлению ДСвост2) будет наименее затрат-

ной.

Величина Kz тах соответствует случаю, когда обеспечивается «нулевое» разрушение объекта. Особенностью зависимости Kz (С) является тот факт, что она учитывает суммарные затраты на обеспечение соответствующих характеристик объекта и средств защиты (рисунок 3).

Рисунок 3 Связь между показателем защищенности объекта и затратами

Таким образом, номограмма позволяет оценить степень разрушения объекта, и, как следствие, осуществить оценку объема работ (затрат) на восстановление функционирования объекта.

Пример

Выберем рассматривавшийся в [3] объект, для следующего сценария применения средств поражения:

Тип средства поражения авиабомба Мк82;

Масса боевой части в тротиловом эквиваленте 62 кг.;

Вид взрыва наземный;

Удаленность рассматриваемого цеха от эпицентра взрыва 20 м.;

Грунт суглинок.

Рассчитаем значения избыточного давления и импульса для объекта расположенного на удалении 20 метров от эпицентра взрыва [81.'

С9КВ = 2г]С = 2 ■ 0,7 ■ 62 = 86,8,

(20)

где Сэкв масса взрыв чатого вещества в тротиловом эквиваленте с учетом вида взрыва, кг;

г] - коэффициент, учитывающий долю энергии взрыва уходящую в воздух;

С масса взрыв чатого вещества в тротиловом эквиваленте, кг.

R =

R

20

^ СЭКВ ^ 86,8

4,5,

(21)

где К - приведённое расстояние;

К - расстояние от эпицентра взрыва до рассматриваемого объекта, м.

Р = к1 + + = R R R

0,084 0,27

+ +

0,7

4,5 ' 20,25 ' 91,125 = 0,0168 + 0,0133 + 0,0077 = 0,0378МП а,

(22)

где к

1,2,3

безразмерные коэффициенты, в

формуле Садовского.

. _ 0,4 ■ С2/3 _ 0,4 ■ 86,82/3 _ 2 — К — 20 — (23)

— 0,38кПа ■ с

Для стены (фронтальной)

Для колонн

Для балок

Для

Из (24)-(27) видно, что наименьшее значение показателя защищённости равно 0,03 и будет у базового элемента «стена». Соответственно, дальнейшие расчёты будем производить относительно указанного элемента.

В работе [6] показано, что средняя «стоимость» увеличения значений показателя защищённости на 0,01 пункта составит:

- для разрушаемых преград: 2,06 тыс. руб.;

- для изменения конструктивных характеристик базового элемента: 8,74 тыс. руб.

Соответственно, при применении в каче-

При данном сценарии значения показателя защищённости для базовых элементов примут следующий вид:

(24)

(25)

(26)

(27)

стве мероприятий защиты разрушаемых преград (как более экономически выгодного мероприятия), затраты на их возведение составят ^200 тыс. руб.

С точки зрения мероприятий восстановления - работы по подготовке площадки (расчистка завала) и возведению разрушенной стены - составят несколько миллионов рублей [9, 10].

Таким образом, номограмма, изображённая на рисунке 2, для данного случая примет вид зависимости, изображённой на рисунке 3.

, 1 ■ 1 ■ 0,42 ■ 0,2 ■ 0,52 ■ 1014 ■ 0,015625 ■ /1100

к —-■-■-■-■ ' -— 0,03

380 ■ 37800 ■ 70,56 ■ V8000000000

, 1 ■ 1 ■ 0,894 ■ 20,99 ■ 453872 ■ 2,2 ■ 10-7 ■л/28160 ■ 15 ■ 345 ■ 106

—— _ —— 1

380 • 37800 • 3,24 • 0,5

, 3 ■ 1 ■ 0,88 ■ 15,83 ■ 4,3 ■ 10-7 ■ 0,8 ■ 1017 ■ ^7700 ■ 0,015

к —-. — 1,63

380 ■ 37800 ■ 0,25 ■ 225 ^7,12 ■ 10-4 ■ 206000000000

ытии

, 1 ■ 1 ■ 0,3 ■ 0,54 ■ 6,25 ■ 1014 ■ 0,015625 ■ /1100 „

к —-. =-— 1,14

380 ■ 37800 ■ 36 ■ V8000000000

( Т

1 ООО т р.

Рисунок 4 Номограмма связей показателя защищенности, степени разрушения, затрат и времени на восстановление для рассматриваемого примера

Из рисунка 3 видно, что в качестве мероприятий повышения устойчивости функционирования объекта промышленности более предпочтительными будут являться превентивные мероприятия, заключающиеся в возведении разрушаемых преград и изменении конструктивных характеристик базовых элементов объекта.

При этом необходимо учитывать, что для других случаев данное утверждение может быть не справедливо. Все зависит от соотно-

1116НИИ д^д ^Д^^др^и << (у^СЮ!" 2

которые, в свою очередь, зависят от значений показателя защищенности.

Заключение

В работе изложен подход к определению мероприятий повышения устойчивости функ-

ционирования объекта промышленности, в основу которого положено применение показателя защищенности. Построена номограмма, позволяющая взаимоувязать значения показателя защищенности, стоимость мероприятий повышения устойчивости и время восстановления объекта.

Особенностью применения построенной номограммы является возможность рассмотрения разного рода управляемых параметров, и выработки, таким образом, оптимального решения по повышению устойчивости функционирования объекта. Данная особенность может быть использована при обосновании комплекса мероприятий по повышению устойчивости функционирования объектов экономики.

Литература

1. Указ Президента Российской Федерации №696 от 20 декабря 2016 года «Об утверждении основ государственной политики Российской Федерации в области гражданской обороны на период до 2030 года»: [Электронный ресурс]. Доступ из справочно-правовой системы МЧС России http://www.mchs.gov.ru/law/Ukazi_Prezidenta_RF/item/33133961 (дата обращения 01.11.2018 г.).

2. Воскобоев В.Ф., Рейхов Ю.Н. Структура совместной оценки устойчивости и безопасности функционирования технического объекта / / Научные и образовательные проблемы гражданской защиты. 2013. №2(17) - С.6-14.

3. Рыбаков A.B., Иванов Е.В., Савинов A.M., Геккель И.Я. О подходе к определению показателя защищённости зданий и сооружений опасного производственного объекта / / Научные и образовательные проблемы гражданской защиты. 2017. №2(33) С.33-40.

4. Рыбаков A.B., Иванов Е.В., Седов Д.С., Овсянников P.E. О подходе к определению показателя и построение шкалы оценки защищённости опасного производственного объекта // Научно-технический вестник Брянского государственного университета. - 2017. - №3 - С344-352.

5. Воскобоев В.Ф., Рыбаков A.B., Иванов Е.В., Иванова Л.Е. О многофакторной модели оценки защищённости объекта экономики к воздействию воздушной ударной волны // Научные и образовательные проблемы гражданской защиты. - 2018. - №1 (36) - С.3-10.

6. Воскобоев В.Ф., Рыбаков A.B., Иванов Е.В. Общая постановка задачи выбора решений по повышению защищённости объектов жизнеобеспечения населения при военных конфликтах / / Научно-технический вестник Брянского государственного университета. — 2018. - №1 — С79-87.

7. Гражданская оборона. Оценка состояния потенциально опасных объектов, объектов обороны и безопасности в условиях воздействия поражающих факторов обычных средств поражения. Методы расчёта. ГОСТ Р 42.2.01-2014: [Электронный ресурс]. Доступ из справочно-правовой системы «Кодекс» URL: http://docs.cntd.ru/document/1200112653 (дата обращения 01.11.2018 г.).

8. Кочетков К.Е., Котляревский В.А., Забегаев A.B. Аварии и катастрофы. Предупреждение и ликвидация последствий / под редакцией Кочеткова К.Е., Котляревского В.А., Забегаева A.B. // М.: ассоциация строительных ВУЗов. 1996. - 383 с.

9. ФССЦ на материалы, изделия и конструкции, применяемые в строительстве. Редакция 2017 г.: [Электронный ресурс]. Доступ материалов сайта Информационные строительные технологии URL: https://smetamds.ru/normativdocument/catalog.html?idcat=811 (дата обращения 01.10.2018 г.).

10. Ширшиков Б.Ф. Особенности разработки организационно-технологических решений при выполнении строительно-восстановительных работ в чрезвычайных условиях : монография /Б.Ф. Ширшиков, В.В. Акулич; Минобрнауки: НИУ МГСУ, 2015. 116 с.

THE STRUCTURE OF THE METHODOLOGY OF THE CHOICE OF PROTECTIVE ACTIONS OF OBJECT OF THE INDUSTRY TAKING INTO ACCOUNT THE COST FOR THEIR IMPLEMENTATION

Victor VOSKOBOEV

Doctor of Technical Sciences, Professor, Honored Scientist of Russia, Professor of the Department Sustainability of the economy and life support systems Academy of Civil Defence EMERCOM of Russia Address: 141435, Moscow Region, Khimki, md. Novogorsk.

E-mail: v.voskoboevQamchs.ru

Evgeniy IVANOV

Adjunct Scientific Research Center Academy of Civil Defence EMERCOM of Russia Address: 141435, Moscow Region, Khimki, md. Novogorsk.

E-mail: linia-zhizniQyandex.ru

Anatoliy RYBAKOV

Doctor of Technical Sciences, Associate Professor, Head of the Laboratory of Information Support of the Population and Information Support Technologies of the Research Center Academy of Civil Defence EMERCOM of Russia Address: 141435, Moscow Region, Khimki, md. Novogorsk.

E-mail: anatoll rubakovQmail.ru

Abstract. The paper presents an approach to the definition of measures to improve the stability of the object of industry, which is based on the use of security index. The nomogram allowing to connect the values of the security index, the cost of measures to improve the stability and the recovery time of the object is constructed. A calculated example of the substantiation of preventive measures, consisting in the construction of destructible barriers and changes in the structural characteristics of the basic elements of the object.

Keywords: safety level, the stability of the object, the usual means of destruction, the cost of restoration.

Citation: Voskoboev V.F., Ivanov E.V., Rybakov A.V. The structure of the methodology of the choice of protective actions of object of the industry taking into account the cost for their implementation // Scientific and educational problems of civil protection. 2018. No. 4 (39). pp. 7280

References

1. Ukaz Prezidenta Rossiyskoy Federatsii №696 ot 20 dekabrya 2016 goda «Ob utverzhdenii osnov gosudarstvennoy politiki Rossiyskoy Federatsii v oblasti grazhdanskoy oborony na period do 2030 goda»: [Elektronnyy resurs]. Dostup iz spravochno-pravovoy sistemy MCHS Rossii http://www.mchs.gov.ru/law/Ukazi_Prezidenta_RF/item/33133961 (data obrashcheniya 01.11.2018 g.).

2. Voskoboyev V.F., Reykhov YU.N. Struktura sovmestnoy otsenki ustoychivosti i bezopasnosti funktsionirovaniya tekhnicheskogo ob"yekta // Nauchnyye i obrazovatel'nyye problemy grazhdanskoy zashchity. - 2013. - №2 - S.6-14.

3. Rybakov A.V., Ivanov Ye.V., Savinov A.M., GekkeP I.YA. O podkhode k opredeleniyu pokazatelya zashchishchennosti zdaniy i sooruzheniy opasnogo proizvodstvennogo ob"yekta / / Nauchnyye i obrazovatel'nyye problemy grazhdanskoy zashchity. - 2017. - №2 - S.33-40.

4. Rybakov A.V., Ivanov Ye.V., Sedov D.S., Ovsyannikov R.Ye. O podkhode k opredeleniyu pokazatelya i postroyeniye shkaly otsenki zashchishchennosti opasnogo proizvodstvennogo ob"yekta // Nauchno-tekhnicheskiy vestnik Bryanskogo gosudarstvennogo universiteta. - 2017. - №3 - S344-352.

5. Voskoboyev V.F., Rybakov A.V., Ivanov Ye.V., Ivanova L.Ye. O mnogofaktornoy modeli otsenki zashchishchennosti ob"yekta ekonomiki k vozdeystviyu vozdushnoy udarnoy volny / / Nauchnyye i obrazovatel'nyye problemy grazhdanskoy zashchity. - 2018. - №1 (36) - S.3-10.

6. Voskoboyev V.F., Rybakov A.V., Ivanov Ye.V. Obshchaya postanovka zadachi vybora resheniy po povysheniyu zashchishchennosti ob"yektov zhizneobespecheniya naseleniya pri voyennykh konfliktakh // Nauchno-tekhnicheskiy vestnik Bryanskogo gosudarstvennogo universiteta. - 2018. - №1 - S79-87.

7. Grazhdanskaya oborona. Otsenka sostoyaniya potentsial'no opasnykh ob"yektov, ob"yektov oborony i bezopasnosti v usloviyakh vozdeystviya porazhayushchikh faktorov obychnykh sredstv porazheniya. Metody rascheta. GOST R 42.2.01-2014: [Elektronnyy resurs]. Dostup iz spravochno-pravovoy sistemy «Kodeks» URL: http://docs.cntd.ru/document/1200112653 (data obrashcheniya 01.11.2018 g.).

8. Kochetkov K.Ye., Kotlyarevskiy V.A., Zabegayev A.V. Avarii i katastrofy. Preduprezhdeniye i likvidatsiya posledstviy / pod redaktsiyey Kochetkova K.Ye., Kotlyarevskogo V.A., Zabegayeva A.V. // M.: assotsiatsiya stroitel'nykh VUZov. 1996. - 383 s.

9. FSSTS na materialy, izdeliya i konstruktsii, primenyayemyye v stroitel'stve. Redaktsiya 2017 g.: [Elektronnyy resurs]. Dostup materialov sayta Informatsionnyye stroitel'nyye tekhnologii URL: https://smetamds.ru/normativdocument/catalog.html?idcat=811 (data obrashcheniya 01.10.2018 g.).

10. Shirshikov B.F. Osobennosti razrabotki organizatsionno-tekhnologicheskikh resheniy pri vypolnenii stroitel'no-vosstanovitel'nykh rabot v chrezvychaynykh usloviyakh : monografiya / B.F. Shirshikov, V.V. Akulich; Minobrnauki: NIU MGSU, 2015. 116 s.