APPLICATION OF THE RISK THEORY AT DESIGNING OF ICEBREAKING VESSELS
Authors:
1.
Astrakhan State Technical University
2.
Astrakhan State Technical University
3.
Astrakhan State Technical University
(Candidate of Technical Sciences; Assistant Professor of the Department of Shipbuilding and Energy Complexes of Marine Equipment)
Russian Federation
Russian Federation
Type:
Article
Pages:
from 61
to 70
Status:
Published
Received:
20.04.2013
Accepted:
25.04.2013
Published:
25.04.2013
Subject area:
BBK 39.425.8-02:39.42-082.03В6
Language:
Russian
Keywords:
risk theory, design, icebreaker, hovercraft
Abstract (English):
The information on emergencies and disasters of ships belonging to icebreakers and hovercrafts, destroying the ice analyzed from the point of view of the risks to use the results in the future design, is collected. The classification of emergency situations by the level of consequences is given. The frequency of occurrence of danger in all studied cases and for the most severe cases is calculated. The coefficients of relative responsibility (ponderability) for each identified risk are defined and the generalized conditional risk is calculated. Based on these data the risk matrixes for the hovercrafts and icebreakers have been constructed, whose analysis shows inadmissible risks for the studied ships, and the dangers of falling into the "almost admissible risks" and "minor risks".
The information on emergencies and disasters of ships belonging to icebreakers and hovercrafts, destroying the ice analyzed from the point of view of the risks to use the results in the future design, is collected. The classification of emergency situations by the level of consequences is given. The frequency of occurrence of danger in all studied cases and for the most severe cases is calculated. The coefficients of relative responsibility (ponderability) for each identified risk are defined and the generalized conditional risk is calculated. Based on these data the risk matrixes for the hovercrafts and icebreakers have been constructed, whose analysis shows inadmissible risks for the studied ships, and the dangers of falling into the "almost admissible risks" and "minor risks".
Keywords:
risk theory, design, icebreaker, hovercraft
risk theory, design, icebreaker, hovercraft
Введение Традиционные подходы в проектировании судов рассматривают проблему выбора наилучшего варианта с эксплуатационной и экономической точек зрения. В современной международной практике проектирование судов все чаще осуществляется с привлечением теории рисков. Задача повышения эффективности отдельных элементов и судна в целом с учетом критериев риска стала во многом определять принципы современного проектирования в судостроении и судоходстве. Теория риска – разновидность неопределенности, когда наступление события (авария судна) вероятна и может быть определена, поэтому при рассмотрении риска необходимо изучить две стороны: вероятность события и причиненный ущерб. В отечественном судостроении теория рисков была рассмотрена лишь на примере проектирования грузовых судов ограниченного района плавания [1]. Нами рассмотрены особенности применения теории рисков в проектировании ледоразрушающих судов, таких как ледоколы и суда на воздушной подушке. Для классификации аварий и аварийных происшествий предложена универсальная шкала, характеризующая степень ущерба [2]. Оценка последствий определяется по 5-балльной шкале и помогает получить качественную оценку аварийной ситуации в технике, когда имеется недостаток исходной информации по последствиям, их составу и стоимостному выражению (табл. 1). Нами была собрана информация по аварийным ситуациям и катастрофам ледоколов и судов на воздушной подушке (СВП), разрушающих лед [3]. Наблюдаемые аварийные происшествия с судами дают обширную базу для изучения методов теории риска. Таблица 1 Классификация последствий аварий и аварийных ситуаций Уровень последствий СjСтепень повреждения Воздействие на людейВоздействие на окружающую средуПовреждение технических средств Незначительное происшествиеНетНетНичтожное ПроисшествиеЛегкое телесное повреждениеНичтожноеНезначительное АварияСерьезное, необратимое телесное повреждениеСущественноеСерьезное Серьезная аварияПотеря человеческой жизниКритическоеЗначительное КатастрофаМного человеческих жертвКатастрофическоеГибель судна В качестве примера были рассмотрены сто аварийных случаев СВП и тридцать аварийных случаев ледоколов. Краткая классификация основных групп идентифицированных опасностей, имеющих значение для исследования надежности и безопасности ледоразрушающих судов, представлена в табл. 2 и 3. Таблица 2 Идентифицированные опасности для СВП №ОпасностьКоличество аварийFав, %Количество катастрофFкат, % Конструктивно-технические факторы 1.1Технические параметры и геометрические характеристики корпуса66,000,0 1.2Мореходные и аэродинамические качества2525,0313,6 1.3Недостаточная прочность гибкого ограждения (ГО)4747,0627,3 1.4Выход из строя механизмов и оборудования44,000,0 1.5Недостаточная прочность жесткого корпуса5252,0731,8 1.6Нарушение водонепроницаемости44,029,1 1.7Разрушение воздушного винта1212,0313,6 1.8Поломка двигателя1313,0418,2 1.9Быстрый износ ГО99,014,5 1.10Низкий клиренс66,014,5 1.11Перегруз44,014,5 1.12Отсутствие эффективной противопожарной защиты99,0836,4 1.13Низкая огнестойкость конструкции88,0836,4 Эксплуатационные факторы 2.1Зарывание ГО в воду1111,000,0 2.2Посадка на мель77,000,0 2.3Ошибка капитана9292,01986,4 2.4Навигационные ошибки1919,029,1 2.5Воспламенение топлива11,014,5 2.6Неосторожное обращение с огнем во время ремонта и эксплуатации1111,01045,5 2.7Взрыв22,029,1 Внешние факторы 3.1Морское волнение88,029,1 3.2Приливно-отливные течения22,029,1 3.3Ветер1313,014,5 3.4Обледенение корпуса и ГО55,029,1 3.5Удары волн о корпус2727,0418,2 3.6Удары СВП о торосы1111,029,1 3.7Застревание СВП во льдах33,000,0 Частота возникновения опасности для наиболее тяжелых случаев, т. е. катастроф, имеет уровни последствий Cj = 4 и Cj = 5: Fкат = 100∙Ni/Nкат . Общая частота возникновения опасности во всех исследуемых случаях определяется как Fав = 100∙Ni/Nав , где Ni – число аварийных ситуаций, где имела место i-я опасность; Nав – количество всех изучаемых аварий; Nкат – количество катастроф; j – номер случая. Ряд опасностей имеет Fкат > Fав, что свидетельствует об их значительной роли в увеличении степени тяжести последствий событий. Для СВП такими опасностями являются: нарушение водонепроницаемости, разрушение воздушного винта, поломка двигателя, перегруз, отсутствие эффективной противопожарной защиты, низкая огнестойкость конструкций, воспламенение топлива, неосторожное обращение с огнем во время ремонта и эксплуатации, взрыв, морское волнение, приливно-отливные течения и обледенение корпуса и гибкого ограждения. Для ледоколов такими опасностями являются: связанные с атомной силовой установкой (СУ) повреждения, неосторожное обращение с огнем, пожары, взрывы и нарушение техники безопасности. Таблица 3 Идентифицированные опасности для ледоколов №ОпасностьКоличество аварийFав, %Количество катастрофFкат, % Конструктивно-технические факторы 1.1Поломка лопастей и повреждение винтов310,000,0 1.2Повреждения, связанные с атомной СУ930,0240,0 1.3Выход из строя механизмов и оборудования26,700,0 1.4Нарушение водонепроницаемости26,700,0 1.5Недостаточная прочность конструкций723,300,0 Эксплуатационные факторы 2.1Посадка на мель26,700,0 2.2Ошибка экипажа723,300,0 2.3Неосторожное обращение с огнем13,3120,0 2.4Пожар, взрыв26,7240,0 2.5Наваливание проводимого судна310,000,0 2.6Нарушение техники безопасности310,0360,0 Внешние факторы 3.1Заклинивание во льдах (ледовый плен)13,300,0 3.2Тяжелая ледовая обстановка516,700,0 3.3Шторм26,700,0 Данные обобщены на основании обработки аварий и аварийных происшествий и сведены в табл. 4 и 5. Все случаи были проанализированы на основании тех данных, которые имелись в нашем распоряжении. Для каждой i-й опасности в таблицах по 3-балльной шкале указан коэффициент относительной ответственности (весомости) Вi в рассматриваемом j-м случае. По результатам исследования методами теории риска каждому происшествию назначались: Вi = 3 – опасность прямого действия, непосредственно приведшая к аварии; Вi = 2 – опасность косвенного действия, вызвавшая опасность для жизни с баллом «3»; Вi = 1 – фоновые опасности, оказавшие неблагоприятное воздействие на ситуацию [1]. Обобщенный условный уровень риска R определяется как произведение условной вероятности возникновения опасности P и ее условных последствий для объекта С. Балл условной вероятности P определяется по 5-балльной шкале в зависимости от частоты возникновения в рассмотренных ситуациях (P = 1 при Fкат или Fав = 0÷20 %, P = 2 при Fкат или Fав = 21÷40 %, P = 3 при Fкат или Fав = 41÷60 %, P = 4 при Fкат или Fав = 61÷80 %, P = 5 при Fкат или Fав = 81÷100 %). Таблица 4 Идентификация и последствия опасностей, способствовавших аварии СВП №ГодСудноВиды опасностей, Bij, баллыСj, баллы 1.11.21.31.41.51.61.71.81.91.101.111.121.132.12.22.32.42.52.62.73.13.23.33.43.53.63.7 11956SR № 5.00111 3 2 1 21956 SR № 5.00711 3 2 1 31966SR № 5.00511 3 2 3 41969Японское СВП 1 3 2 2 51971НА5Мк3 1 2 3 2 1 2 61972Ховерскаут11 3 2 2 71974Рейнджер11 3 2 2 81964XR111 2 3 2 91966CC-5 1 2 33 5 101971Н2Мк3 1 2 3 3 111972SR № 6.012 1 232 5 121971НА-5Мк3 1 2 2 3 3 2 131971Эйр Сайкл 1 2 3 2 141971Сайклон 1 3 2 2 151972Н5Мк2 1 2 2 3 2 161972Вулкан-2 2 2 3 3 2 171972Келибаг 1 2 3 3 2 181973Тайфун 1 2 3 2 191967Крестед Рэн 1 3 2 3 3 2 20–Скайтбаг 1 3 2 2 211972Келибен 1 3 2 2 221968Принцесс Маргарет 2 2 1 3 3 231968Принцесс Маргарет 2 2 1 3 2 241969Принцесс Маргарет 2 1 3 2 251970Принцесс Маргарет 2 1 3 2 261971Принцесс Маргарет 2 1 3 4 271970Свифт 2 2 1 3 3 281971Свифт 2 2 1 3 3 291971Шуе 2 2 1 3 3 301971Шуе 2 2 1 3 2 31–Принцесс Энн 2 1 3 1 32–Принцесс Энн 2 1 3 2 33–Принцесс Энн 2 1 3 2 34–Принцесс Энн 2 1 3 1 35–Принцесс Энн 2 2 1 3 2 36–SR № 6.018 2 2 11 3 5 37–SR № 6.028 2 2111 3 5 38–SR № 6.0ХХ 21 3 3 39–SR № 6.0ХХ 21 3 2 401979SR № 6.022 2 1 3 3 41–SR № 6.013 2 1 3 2 42–SK5.015 2 21 1 1 23 5 43–SR № 5 2 2 1 3 3 44–XR1 2 1 3 1 451973SES100B 2 1 3 3 46–HM2.005 2 1 3 1 471972H2 "Ховербел" 2 2 1 3 3 48–Принцесс Энн 1 23 1 49–SR № 6.022 1 23 2 50–HM2.314 1 1 23 2 51–SH2.GH2034 1 1 23 2 52–HM2 1 1 23 2 Продолжение табл. 4 №ГодСудноВиды опасностей, Bij, баллыСj, баллы 1.11.21.31.41.51.61.71.81.91.101.111.121.132.12.22.32.42.52.62.73.13.23.33.43.53.63.7 53–Вояджер 1 1 23 2 54–Си Пирл 1 1 23 3 3 55–SR № 6.022 1 1 23 2 56–SR № 6.026 1 1 23 3 57–SR № 6.130 1 1 23 2 58–SR № 5 1 1 23 3 59–HM2 1 1 23 3 2 60–SR № 6.024 1 1 23 3 2 61–SR № 6.012 1 1 23 2 62–SR № 6.009 1 1 23 3 63–SR № 6.011 1 1 23 3 64–SR № 5.006 1 1 23 3 65–Принцесс Энн 1 1 23 3 66–Ховерхок.01 1 1 23 4 67–Денни Энтерпрайз 1 1 1 23 3 68–НМ2 "Минерва" 1 1 23 3 69–НМ2 1 1 23 3 70–НМ2Мк3 1 1 1 23 3 71–НМ2.312 1 1 23 3 72–НМ2.3001 1 1 23 2 73–Мадстомпер 1 1 23 5 741966SR № 5 1 2 3 2 751971SR № 5.015 1 2 2 33 76–SR № 6.031 1 1 21 2 1 32 77–SR № 6.031 1 1 21 2 1 32 78–SR № 6.030 1 1 21 2 1 3 2 79–SR № 6.030 1 1 21 2 1 3 4 80–ВН7 1 1112 2 3 3 81–VT1.002 1 111 2 3 3 82–Вояджер 1 111 2 3 3 83–Вояджер 1 111 2 3 2 84–Вояджер 1 111 2 3 2 85–Вояджер 1 111 2 3 2 86–Вояджер 1 111 2 3 3 87–Ховеровер 1 111 2 3 5 88–SR № 2 2 2 3 2 89–SR № 6.025 21 2 3 4 90–SR № 6.024 21 2 3 4 91–SR № 6 21 2 33 4 92–SR № 6.005 21 2 3 5 93–НМ4 2 3 5 94–НМ2 2 3 4 95–SH2 21 2 3 5 96–Невиплан № 500 21 2 3 5 97–Ховеркет 21 2 3 5 98–Ховеркет 21 2 3 5 99–Принцесс Юкон 2 3 5 100–SH2.038 2 3 5 Таблица 5 Идентификация и последствия опасностей, способствовавших аварии ледоколов №ГодСудноВиды опасностей, Bij, баллыСj, баллы 1.11.21.31.41.52.12.22.32.42.52.63.13.23.3 12006Красин1 3 2 22012EVA-316 1 3 2 32012EVA-316 3 3 41965Ленин 2 3 3 51905Ленин 3 3 4 61905Ленин 3 2 760-еЛенин 3 5 81988Россия 3 3 91988Россия 1 3 2 101993Арктика 2 3 3 111996Арктика 3 2 122011Берег надежды 1 32 131905Берег надежды 3 1 141905Капитан Крутов 1 3 1 152010Вайгач 32 3 5 162011Таймыр 3 1 171905Таймыр 3 1 182010Polar Star 1 3 2 192011Таймыр 1 3 1 201905Ермак 1 3 1 2170-еСибирь 3 1 221900Капитан Николаев 11 33 232009Ямал 3 3 241905Полар-Си1 3 2 252012Капитан Мецайк 1 3 1 262012Капитан Демидов 3 1 271905Капитан Белоусов1 3 1 282011Адмирал Макаров 1 3 1 291993Ямал 3 4 302007Ямал 3 4 Условный уровень последствий С вычисляется по следующим формулам: – для аварийной ситуации: – для катастроф: В табл. 6 и 7 представлены формализованные оценки риска, полученные в двух вариантах: на основе всех рассмотренных аварийных ситуаций и отдельно для катастроф. Таблица 6 Формальная оценка риска для СВП ОпасностьВсе случаиКатастрофы P, баллыCRP, баллыCR 1.10,300,610,18––– 1.21,250,720,900,681,561,06 1.32,351,293,031,362,613,56 1.40,201,330,27––– 1.52,601,263,271,592,293,64 Продолжение табл. 6 ОпасностьВсе случаиКатастрофы P, баллыCRP, баллыCR 1.60,201,250,250,451,670,76 1.70,601,080,650,681,671,14 1.80,651,100,720,911,671,52 1.90,450,930,420,231,670,38 1.100,301,780,530,232,670,61 1.110,200,830,170,231,330,30 1.120,452,891,301,823,085,61 1.130,401,540,621,821,542,80 2.10,551,911,05––– 2.20,351,330,47––– 2.34,601,717,874,322,9312,65 2.40,952,842,700,454,502,05 2.50,054,000,200,234,000,91 2.60,554,452,452,274,7010,68 2.70,104,500,450,454,502,05 3.10,402,040,820,454,171,89 3.20,102,500,250,455,002,27 3.30,651,721,120,233,330,76 3.40,251,330,330,452,331,06 3.51,352,633,550,914,754,32 3.60,552,821,550,454,502,05 3.70,152,330,35––– Таблица 7 Формальная оценка риска для ледоколов ОпасностьВсе случаиКатастрофы P, баллыCRP, баллыCR 1.10,500,560,28––– 1.21,502,413,612,004,509,00 1.30,331,670,56––– 1.40,330,830,28––– 1.51,170,570,67––– 2.10,331,330,44––– 2.21,171,862,17––– 2.30,175,000,831,005,005,00 2.40,333,671,222,003,677,34 2.50,501,000,50––– 2.60,504,332,173,004,3312,99 3.10,171,000,17––– 3.20,831,801,50––– 3.30,332,500,83––– На основе данных табл. 6 и 7 были построены матрицы риска для СВП и ледоколов (рис. 1, 2). Анализ рис. 1, б (катастрофы) позволяет сделать следующие выводы о ранжировании опасностей для СВП: 1. Наибольшую опасность представляют ошибки капитана (2.3), существующий уровень риска по данной опасности относится к недопустимым. 2. Опасность 2.6 (неосторожное обращение с огнем во время ремонта и эксплуатации) находится на грани и практически входит в область недопустимого риска. 3. Опасности 1.3 (недостаточная прочность гибкого ограждения), 1.5 (недостаточная прочность жесткого корпуса), 1.12 (отсутствие эффективной противопожарной защиты) и 1.13 (низкая огнестойкость конструкции) имеют достаточно высокий формальный уровень риска как по частоте, так и по последствиям, которые находятся в пределах практически допустимого риска. 4. Опасности 2.4 (навигационные ошибки), 2.5 (воспламенение топлива), 2.7 (взрыв), 3.1 (морское волнение), 3.2 (приливно-отливные течения), 3.3 (ветер), 3.5 (удары волн о корпус) и 3.6 (удары СВП о торосы) относятся к зоне практически допустимого риска за счет тяжести последствий. а б Рис. 1. Матрица риска СВП: а – все случаи; б – катастрофы а б Рис. 2. Матрица риска ледоколов Анализ рис. 2, б (катастрофы) позволяет сделать следующие выводы о ранжировании опасностей для ледоколов: 1. Наибольшую опасность представляет нарушение техники безопасности (2.6), существующий уровень риска по данной опасности относится к недопустимым. 2. Опасности 1.2 (повреждения, связанные с атомной СУ), 2.3 (неосторожное обращение с огнем) и 2.4 (пожары и взрывы) относятся к зоне «практически допустимого риска» за счет тяжести последствий. Заключение Информация об авариях редко бывает бесспорной и исчерпывающей, а иногда отсутствует совсем, поэтому выводы носят сугубо исследовательский характер и предназначены для изучения тех или иных аспектов возможных моделей аварий с целью предотвращения их в будущем и не могут быть использованы в официальном порядке. Опасности, которые относятся по уровню риска к зоне недопустимого риска, должны быть подвергнуты процедуре управление риском (снижения частоты и (или) последствий) при любом уровне затрат, требуемых для этого. Опасности из зоны практически допустимого риска требуют проведения технико-экономического анализа с определением оптимальных по стоимости мероприятий для снижения уровня риска.
1. Egorov G. V. Proektirovanie sudov ogranichennogo rayona plavaniya na osnovanii teorii riskov. - SPb.: Sudostroenie, 2008. - 384 s.
2. Egorov G. V. Razvitie trebovaniy k sredstvam kontrolya zagruzki morskih i smeshannogo plavaniya sudov // Avtomatizaciya sudovyh tehnicheskih sredstv: nauch.-tehn. sb. - Odessa: OGMA, 2000. - № 5. - C. 36-53.
3. Korotkin I. M. Avarii sudov na vozdushnoy podushke i podvodnyh kryl'yah. - SPb.: Sudostroenie, 1981. - 384 s.
