Ученые из Южно-Уральского государственного университета усовершенствовали методику оценки рисков аварийности производственных зданий. Основным достоинством нового способа является возможность учитывать размер ущерба при авариях. Это поможет определить, насколько вероятно разрушение или повреждение производственного здания, повысить безопасность работников и избежать возможных человеческих жертв при возникновении аварийных ситуаций.
Производственные объекты станут безопаснее
Коллектив разработчиков под руководством доктора технических наук, профессора Архитектурно-строительного института Альберта Байбурина запатентовал новую методику мониторинга технического состояния производственных зданий.
Используемые ранее способы мониторинга определяли техническое состояние без учета рисков обрушения конструкций в различных частях здания или сооружения. Такие риски часто приводят к повреждению или утрате технологического оборудования, к ранению или гибели людей в зоне обрушения. Система мониторинга устанавливалась на ответственных конструкциях, в фундаменте и основании без учета ущерба при возможном обрушении. Это часто приводило к необоснованному удорожанию системы мониторинга, снижению быстродействия в результате обработки большого массива информации с датчиков. Существуют критически важные участки зданий, и установка систем мониторинга состояния на конструкции на этих участках позволяет снизить последствия чрезвычайных происшествий.
«Мы предложили сначала выполнить разбивку производственного здания на конструктивно независимые блоки, определить стоимость оборудования и количество работников в каждом блоке. Далее произвести расчет потенциальных ущербов от обрушения конструкций в каждом блоке и установить системы мониторинга за состоянием конструкций с датчиками IoT (интернет вещей). После измерения значений параметров, характеризующих состояние элементов конструкций, выполняется их сравнение с предельными значениями и вычисление фактических рисков аварии в каждом блоке. Для каждого участка здания может быть рассчитан экономический ущерб от любого сценария аварии, то есть обрушения того или иного вида конструкций в конкретном месте», – поясняет Альберт Байбурин.
Впервые методика оценки риска аварии с учетом локализации обрушения была опробована экспертами и магистрантами кафедры «Строительное производство и теория сооружений» на цехе белой металлургии «Высота-239» Челябинского трубопрокатного завода в 2013 году.
Установка датчиков системы мониторинга должна проектироваться с учетом оценки рисков обрушения конструкций. В каждом блоке может быть установлена система мониторинга разной степени сложности в зависимости от величины риска потенциального ущерба. На некоторых участках здания с минимальными рисками, например, на участках складирования заготовок или готовой продукции, она может вообще не устанавливаться. Более крупная по площади обрушения авария на участке складирования материалов или заготовок по величине ущерба с большой вероятностью окажется незначительной по сравнению с точечным обрушением в зоне сосредоточения людей и дорогого технологического оборудования. Таким образом, новый подход обеспечивает повышение эффективности контроля конструкции здания при снижении затрат на систему мониторинга.
Фото: Цех белой металлургии «Высота-239» ЧТПЗ
Предотвращение чрезвычайных ситуаций на производстве
Данный метод значительно повышает достоверность определения эксплуатационных рисков зданий и сооружений, зависящих от состояния строительных конструкций. На основании данных системы мониторинга создаются пространственные карты технического состояния конструкций промышленных объектов.
«Результаты оценки рисков на основе мониторинговой информации отображаются на цифровой модели объекта в виде карт рисков в каждом конструктивном блоке. Если риск превышает величину установленного критического значения, производится мгновенное оповещение, что является необходимым условиям для своевременной эвакуации персонала и ограничения доступа к конструктивному блоку до момента устранения причин появления риска. Сформированные пространственные карты рисков используются в дальнейшем для разработки плана технического обслуживания и ремонта, последовательность, содержание и сроки которого определяются в зависимости от фактических рисков», – рассказывает Альберт Байбурин.
При совмещении карт технического состояния и рисков создается пространственная модель обслуживания объекта по техническому состоянию, которая учитывает соотношения «техническое состояние/риск аварии» на каждом отдельном участке объекта. Чем больше поврежденность и выше ущерб от аварии, тем интенсивнее мероприятия техобслуживания в содержательном и временном плане. Градация по срокам обслуживания и ремонта визуально отмечается разными цветами в автоматическом режиме. Так осуществляется риск-ориентированное управление техническим состоянием зданий и сооружений. Оно обеспечивает минимальные значения потенциальных ущербов при возможных авариях конструкций.
Эти меры позволят повысить достоверность определения эксплуатационных рисков, снизить затраты на эксплуатационный контроль объектов, повысить быстродействие системы мониторинга за счет уменьшения массива обрабатываемой информации. Наличие общего подхода к оперативной оценке безопасности зданий вне зависимости от их конструктивного типа, позволяют также достичь системного эффекта – возможности технического регулирования аварийности на федеральном уровне и, в конечном итоге, реализации принципа управления «прогнозируй и предотвращай» для промышленных объектов страны.
Южно-Уральский государственный университет (ЮУрГУ) – это университет цифровых трансформаций, где ведутся инновационные исследования по большинству приоритетных направлений развития науки и техники. В соответствии со стратегией научно-технологического развития РФ университет сфокусирован на развитии крупных научных междисциплинарных проектов в области цифровой индустрии, материаловедения и экологии. В Год науки и технологий ЮУрГУ примет участие в конкурсе по программе «Приоритет–2030». Вуз выполняет функции регионального проектного офиса Уральского межрегионального научно-образовательного центра мирового уровня (УМНОЦ).