TECHNIQUE OF AN ASSESSMENT OF RISKS OF EMERGENCY SITUATIONS IN MULTIMODAL TRANSPORTATIONS
Authors:
1.
Baltic State Fishing Fleet Academy of FSBEI HPE "Kaliningrad State Technical University"
Type:
Article
Pages:
from 109
to 116
Status:
Published
Received:
20.02.2014
Accepted:
25.02.2014
Published:
25.02.2014
Subject area:
UDK [656.025.4:656.08]:519.2
GRNTI 45.01 Общие вопросы электротехники
GRNTI 55.42 Двигателестроение
GRNTI 55.45 Судостроение
GRNTI 73.34 Водный транспорт
GRNTI 44.31 Теплоэнергетика. Теплотехника
BBK 39.18-082.03:22.172
GRNTI 45.01 Общие вопросы электротехники
GRNTI 55.42 Двигателестроение
GRNTI 55.45 Судостроение
GRNTI 73.34 Водный транспорт
GRNTI 44.31 Теплоэнергетика. Теплотехника
BBK 39.18-082.03:22.172
Language:
Russian
Keywords:
multimodal transportations, emergency situation, accident, risk assessment, risk of refusal of technical means, sea transport, calculation procedure, probability of risk, risk of damage, sum of expected profit
Abstract (English):
The problems of safety of transportations are closely connected with an assessment of risks. Ensuring efficiency and safety of such transportations demands an integrated approach in the field of an assessment of risks taking into account features of transport and geography of transportations. The methods of an assessment of risks are based on the use of statistical data, and on the use of the method of expert evaluations. The algorithm of formation of risk assessment is under construction on definition of weight estimations of refusals/conditions, which caused accidents, formation of a cumulative (integrated) assessment of probability of emergence of an emergency. The average price of the risk, which is compared to the admissible size of risk pays off. It is thus, considered, if loss of human life is absent and the risk price is less than expected profit, such risk for commercial reasons can be considered as an admissible one.
The problems of safety of transportations are closely connected with an assessment of risks. Ensuring efficiency and safety of such transportations demands an integrated approach in the field of an assessment of risks taking into account features of transport and geography of transportations. The methods of an assessment of risks are based on the use of statistical data, and on the use of the method of expert evaluations. The algorithm of formation of risk assessment is under construction on definition of weight estimations of refusals/conditions, which caused accidents, formation of a cumulative (integrated) assessment of probability of emergence of an emergency. The average price of the risk, which is compared to the admissible size of risk pays off. It is thus, considered, if loss of human life is absent and the risk price is less than expected profit, such risk for commercial reasons can be considered as an admissible one.
Keywords:
multimodal transportations, emergency situation, accident, risk assessment, risk of refusal of technical means, sea transport, calculation procedure, probability of risk, risk of damage, sum of expected profit
multimodal transportations, emergency situation, accident, risk assessment, risk of refusal of technical means, sea transport, calculation procedure, probability of risk, risk of damage, sum of expected profit
Введение Cостояние проблемы, актуальность исследования. Обеспечение безопасности населения и территорий от чрезвычайных ситуаций (ЧС) является в настоящее время одной из главных задач, стоящих перед Россией. Отметим, что среди техногенных ЧС транспортные аварии (катастрофы), пожары и взрывы занимают особое место с точки зрения социальных, экономических и экологических последствий. Несмотря на принимаемые мировым сообществом меры, аварийность на флоте и других видах транспорта существенно не снижается, сохраняются риски возникновения чрезвычайных происшествий в процессе грузоперевозок. Как показывает анализ организации мультимодальных грузоперевозок, вопросы оценки и управления рисками рассматриваются в основном на качественном уровне исходя из опыта и интуиции перевозчиков. Особенность мультимодальных грузоперевозок заключается в том, что грузы перемещаются во времени и пространстве посредством различных видов транспорта (автомобильный, железнодорожный, морской и др.). Обеспечение эффективности и безопасности таких перевозок требует комплексного подхода как в части технико-технологической безопасности в соответствии с требованиями национальных и международных нормативных актов, так и в области оценки рисков с учетом особенностей транспорта, географии перевозок, административно-правовых ограничений. В основном вопросы оценки рисков мультимодальных грузоперевозок основываются на определении средневзвешенных оценок каждого вида аварии и локальных критериях, что не позволяет оценить уровень риска мультимодальной перевозки с учетом влияния многих внешних и внутренних факторов. Таким образом, актуальной является задача разработки методики оценки и управления рисками с целью повышения безопасности мультимодальных перевозок. Виды рисков на морском, автомобильном и железнодорожном транспорте Вопросы обеспечения безопасности перевозок тесно связаны с оценкой рисков. Идентификация рисков и расчет их количественных оценок предполагают формирование массива статистических данных о возникновении аварий/ЧС. Методы оценки рисков базируются как на использовании статистических данных, так и на использовании метода экспертных оценок. Так, на основе анализа массива статистических данных аварийности можно разработать статистическую модель безопасности перевозок и сценарий развития аварийной ситуации. В процессе мультимодальной перевозки по заданному маршруту могут возникать как риски, связанные с морской перевозкой, так и риски, связанные с автомобильной и железнодорожной составляющими [1, 2]. Риски, связанные с морской перевозкой грузов, – это риски отказа технических средств, аварий, гибели судна (посадка судна на рифы, мель, разрушение и затопление судна) вследствие отказа технических средств, тяжелых погодных условий (штормы, ураганы, цунами), потери остойчивости судна, затопления отсеков, пожаров и взрывов, ошибок судоводителей/экипажа. Риски при автомобильных перевозках можно подразделить на следующие группы: риски, связанные с отказом агрегатов и узлов, возникновением стихийного бедствия, разбойным нападением; риски аварии и разрушения автомобиля; риски, связанные с попаданием автомобиля в ДТП, повреждением груза из-за невыполнения требований к условиям перевозки, поломкой рефрижератора и т. д. Основные риски, связанные с перевозкой грузов железнодорожным транспортом, могут быть представлены следующим образом: риски крушения железнодорожного состава, пожара с утратой груза, риски отказа технических средств, риски ограбления, повреждения вагонов, контейнеров [3]. Сценарий аварийной ситуации Из многообразия рисков, которые присущи мультимодальным перевозкам, целесообразно выделить три основные группы: 1) риски потери/гибели транспортного средства и груза; 2) риски аварий и аварийных происшествий, не повлекших потери транспортных средств и груза; 3) риски отказа технических средств, обеспечивающих перевозку и сохранность грузов. На основе анализа большого числа (более 1 500) аварий морских судов и наземных транспортных средств можно сделать вывод, что в общем виде сценарий аварийной ситуации развивается по схеме, представленной на рисунке. Обобщенная схема развития сценария аварийной ситуации Обстоятельства в нашем исследовании – это условие или совокупность условий, которые прямо или косвенно могут способствовать возникновению аварийной ситуации или непосредственно явиться причиной аварии. Например, обесточивание судна, следующего по фарватеру, может часто являться причиной возникновения аварийной ситуации и аварии. В определенных обстоятельствах (отсутствие необходимой информации о погоде, приближении урагана, цунами и т. д.) причиной возникновения аварийной ситуации (ЧС) являются тяжелые погодные условия, вследствие чего судно может быть выброшено на скалы, конструктивно разрушено и затоплено. Таким образом, обстоятельства порождают риски отказов, ошибок, возникновения непреодолимых сил природы, что становится причиной аварий (столкновение, посадка на мель, гибель судна и груза). Анализ аварий (ЧС) наземного транспорта (автомобильный, железнодорожный), перевозящего различные грузы, показывает, что сценарий развития ЧС/аварий может отличаться от вышеизложенного лишь в незначительных деталях. Следовательно, такое представление сценария развития ЧС и аварий (рис.) можно использовать как общую модель при расчете оценки риска возникновения аварийных ЧС в процессе мультимодальных грузоперевозок. Учитывая, что аварийность и риск возникновения ЧС носят ярко выраженный случайный характер, для оценки риска используются методы теории вероятности и математической статистики [4, 5]. В практике грузоперевозок встречаются ситуации, когда число выполняемых флотом или другим транспортом рейсов достаточно велико, а вероятность аварии, порчи или потери груза мала – это так называемые редкие события. В случаях, когда вероятность редких событий незначительна, они следуют распределению Пуассона [4, 5]. Рассмотрим стационарный пуассоновский поток событий, для которого вероятность того, что на отрезке времени длины t наступит ровно k событий, может быть рассчитана [4, 5] по формуле Тогда статистическая модель безопасности грузоперевозок имеет вид где P – вероятность появления события; m – число испытаний; C(t, t) – функция количества случайных опасных событий; k – количество опасных случайных событий на протяжении рассматриваемого времени; a = lt – параметр, зависящий от интенсивности потока случайных событий и заданного интервала времени; l – интенсивность потока опасных событий; t – рассматриваемый интервал времени (размерность выбирается исходя из конкретной задачи). Методика оценки рисков для морских судов При разработке методической части оценки риска для морских судов принимаются следующие допущения: - возникновение и развитие ЧС протекает по сценарию, представленному на рисунке; - возникновение ЧС и, далее, аварий представляется как последовательность несовместных событий и совместных событий Вi; - группа несовместных событий включает: опасные отказы технических средств j-го вида (j = 1, 2, …, J) на цепочке маршрута l (l = 1, 2, …, L), например, главного двигателя, что может оказаться причиной столкновений судов или посадки на мель. При этом только одно событие может служить причиной столкновения или посадки на мель при движении судов; - группа событий Вi представляет собой совместные события, одно из которых с определенной вероятностью может произойти после наступления события , т. е. это событие может оказаться причиной столкновения, посадки на мель, гибели судна с i-м видом последствий (В1 – крушение; В2 – столкновение; В3 – посадка на мель). Используя фундаментальные понятия теории вероятностей, вероятность возникновения отказа/условий j-го вида с i-м ущербом P(Alji), можно рассчитать, как среднестатистическую, из отношения количества судов/транспортных средств, потерпевших аварии по причине отказа j-го вида с i-м ущербом в районах плавания/на дорогах l к общему числу судов/транспортных средств, проходящих через эти районы [4, 5]: . Весовые оценки отказов j-го вида с i-м ущербом в районах плавания l рассчитываются по формуле . Так как причины аварий устанавливаются путем экспертных оценок, в процессе служебного расследования случившихся обстоятельств аварийного происшествия с транспортным средством, вероятности появления событий P(Ajl) рассматриваются как «субъективные», априорные вероятности. Таким образом, события Ajl следует рассматривать как группу «гипотез», которые порождают события Bi. Вследствие этого, если событие Alj произошло, то вероятность «гипотез», которые порождают события Bi, можно оценить, применяя теорему Байеса, на основании формулы умножения вероятностей: , где P(Alj) – вероятностные гипотезы Alj; P (Bi|Alj) – условные вероятности события Bi при гипотезе P (Alj). Рассчитав значения P(Bi|Alj), можно найти максимальное значение вероятности, т. е. определить, какие события Alj с максимальной вероятностью приводят к событию Bi. Интенсивность возникновения аварий за период T по причинам отказов, тяжелых погодных условий, форс-мажорных обстоятельств можно рассчитать, используя статистические данные для каждого потенциально опасного района l по формуле . А из расчета на одно, проходящее по районам l судно, , где – количество судов, проходящих через районы l за время T. Тогда вероятность возникновения ЧС и аварии (величина аварийного риска) может быть рассчитана по формулам, приведенным в [6]: , Цена риска аварий Ril может быть рассчитана как произведение вероятности аварии P(Bi|Ajl) на величину предполагаемого ущерба (функцию ущерба в случае одной единицы транспорта/судна): . Таким образом, представленная нами методика расчета вероятностей риска возникновения ЧС и аварий составляет основополагающий базис для формирования интегральных оценок рисков. В мультимодальной перевозке рассматриваются две основные составляющие маршрута – морская и сухопутная (наземная), задействованы три вида транспорта. На основе анализа аварийности установлено, что первопричинами аварий являются в основном отказы технических средств (главный двигатель, винторулевая группа, обесточивание судна), тяжелые погодные условия, форс-мажорные обстоятельства, ошибки операторов и т. д. Таким образом, при формировании оценок риска учитываются причинно-следственные связи аварий, расчеты рисков по видам причин и последствий, что позволяет на основе статистических данных и экспертных оценок рассчитать вероятность аварийных рисков на маршруте мультимодальных перевозок. Алгоритм формирования оценки риска Алгоритм формирования оценки риска можно представить следующим образом. 1. Определяются априорные вероятности возникновения отказов согласно статистическим данным или согласно экспертным оценкам (minimax) по формуле , где Pjож – априорная вероятность ожидания j-го отказа; Pjmin – минимальное значение вероятности j-го отказа; Pjнв – наиболее вероятная величина вероятности j-го отказа; Pjmax – максимальное значение вероятности j-го отказа; δ – дисперсия, которая рассчитывается по следующей формуле: , , 2. Определяются весовые оценки j-го вида отказов/условий, которые повлекли за собой аварии. 3. Рассчитываются условные вероятности возникновения событий Bi (аварии i-го вида). Расчет выполняется для всех j, I и l (этапы, виды транспорта, маршруты). 4. Определяются максимальные значения вероятности, какие виды отказов/условий с максимальной вероятностью приводят к событиям Bi (авариям i-го вида). 5. Формируется совокупная (интегральная) оценка вероятности возникновения ЧС и события Bi (аварии). Интегральная оценка P (Bil|Ajl) рассчитывается по формуле сложения вероятностей. 6. Рассчитывается средневзвешенная цена риска как сумма произведений весовых оценок отказов j-го вида с i-м ущербом в районах l, на цену риска, которая, в свою очередь, определяется путем умножения вероятностей возникновения аварии на ущерб от нее. 7. Рассчитанная величина (цена) риска сравнивается с допустимой величиной риска. При этом учитывается, что если человеческие жертвы отсутствуют и цена риска меньше ожидаемой прибыли, то риск может считаться допустимым. Оценка риска перевозки по заданным маршрутам на морском транспорте может быть представлена как сумма рисков от ущерба на морском транспорте, связанного с кораблекрушением, с отказами технических средств и при взаимодействии с другими видами транспорта [4, 5, 7]: , где R1 – риск ущерба, связанный с кораблекрушениями; R2 – риск ущерба, связанный с отказами технических средств; R3 – риск ущерба, связанный с авариями на морском, железнодорожном и автомобильном транспорте при взаимодействиями с другими видами транспорта. Применение методики оценки риска на примере мультимодальной грузоперевозки Рассмотрим схему мультимодальной грузоперевозки из порта Киль в Пекин через Усть-Лугу и Забайкальск в упрощенном виде. Киль – Усть-Луга – Забайкальск – Пекин: морской транспорт – железнодорожный транспорт – автотранспорт. На каждом звене логистической цепи и виде транспорта с учетом сезона и климатических зон определяются акторы риска и отбираются наиболее значимые, определяются априорные вероятности риска возникновения ЧС. Вероятности можно определить на основе: 1) использования статистических данных по аварийности в целом и видам аварий в частности; 2) экспертных оценок; 3) экспертных оценок и результатов обработки статистических данных. Однако следует отметить, что в практике оценки рисков в основном используются методы экспертных оценок. Впрочем, эксперты обращаются также к статистическим данным, если таковые имеются. Между тем, если говорить о создании систем управления рисками, то одним из необходимых элементов таких систем следует считать систему мониторинга, сбора и систематизации статистических данных по аварийности, потере/порче грузов, гибели людей и т. д. Введем обозначения: pij – вероятность риска возникновения ЧС i-го вида на j-м виде транспорта; P – вероятность возникновения ЧС хотя бы одного вида при прохождении морским судном звена A-B; P (B-C) – вероятность возникновения ЧС хотя бы одного вида при прохождении железнодорожным транспортом звена B-С; P (С-D) – вероятность возникновения ЧС хотя бы одного вида при прохождении автомобильным транспортом звена C-D. Далее для каждого звена и вида транспорта определяют виды рисков, которые при этом могут возникнуть. Например, Звено C-D: 1) вероятность выхода из строя двигателя автомобиля – p11; 2) вероятность повреждения ходовой части автомобиля – p12; 3) вероятность значительного повреждения автомобиля вследствие столкновения, не позволяющего продолжить рейс – p13. Вероятность того, что автомобиль не сможет продолжить рейс (событие S), можно определить, используя методы сложения и умножения вероятностей [4, 5]. Так, рассматриваются два совместных события: - технические неисправности автомобиля – событие G; - выход из строя автомобиля по причине столкновения – событие R. Тогда . (1) Приведем практический пример реализации рассмотренной схемы вычисления вероятностной оценки риска возникновения ЧС. Экспертные оценки априорных вероятностей имеют следующие значения: p11 = 0,005; p12 = 0,007; p13 = 0,008. По формуле (1) рассчитываем: P(S) = 0,005 × 0,007 + 0,008 – 0,005 × 0,007 × 0,008 = 0,008. Таким образом, уровень риска, что автомобиль, следующий по звену С-D логистической цепи А-D, не сможет выполнить рейс по причине аварийного случая, оценивается вероятностью P(S) = 0,008. Для расчета цены риска необходимо рассчитать стоимость транспортного средства (или его ремонта), груза и фрахта/аренды и затем выполнить расчет цены риска по формуле , где rп – вероятность аварии на пересечении маршрутов транспорта; Wj(3) – функция распределения ущерба на пересечении маршрутов, например, при ДТП. Предположим, что в результате расчета стоимости транспорта/ремонта, порчи груза, нереализованной транспортировки (фрахта, аренды) определена сумма 3 660 000 руб. Тогда цена риска составит Rя = 0,008 × 3 660 000 = 29 280 руб. Аналогично выполняются расчеты вероятностных оценок риска на железнодорожном транспорте и при перевозке морским транспортом. Предположим, что рассчитанные вероятности возникновения ЧС на железнодорожном и морском транспорте (вероятность невыполнения или существенной задержки рейса (срыва срока поставок) P(Sr) = 0,006 и P(Ss) = 0,005 соответственно. Тогда величину совокупного риска срыва сроков или невыполнения поставки грузов можно определить по формуле сложения вероятностей: - вероятность суммы двух и более несовместных событий равна сумме вероятностей этих событий [4]: , P∑(S) = 0,008 + 0,006 + 0,005 = 0,019. Минимальные потери «имущества» (транспорт, груз, фрахт) составят 3 660 000 руб., а максимальные (морские перевозки) составят 12 000 000 руб. Тогда наиболее вероятную сумму убытков можно рассчитать по формуле , Wож = 6,44 млн руб. Дисперсия , σ2 = 0,83 млн руб. Цена совокупного риска возникновения ЧС в процессе мультимодальной перевозки составит: Rя = 0,019 × 6,44 млн руб = 0,12236 млн руб. или 122 360 руб. Для принятия решения в части допустимости риска (предполагается, что угрозы для жизни людей нет) необходимо сравнить цену риска с величиной ожидаемой прибыли за выполнение перевозки. Если величина ожидаемой прибыли выше цены риска, то такой риск по коммерческим соображениям допустим. Например, в рассматриваемом примере сумма ожидаемой прибыли составляет 2 350 000 руб., что намного превышает цену риска. Заключение Таким образом, методика оценки рисков на транспорте позволяет выявить общие методические подходы, использование которых может быть полезным при решении вопросов оценки риска в области повышения безопасности мультимодальных грузоперевозок. Разработанная методика формирования оценки риска ЧС в целях повышения безопасности мультимодальных грузоперевозок позволяет оценить совокупный риск на всех этапах грузоперевозок. Практическое применение данной методики рассматривается на примере мультимодальной перевозки по маршруту Киль – Усть-Луга – Забайкальск – Пекин. Практическое использование методики оценки позволяет уже на этапе проектирования транспортно-технологических схем (ТТС) мультимодальных перевозок оценить альтернативные варианты ТТС по критериям риска и разрабатывать мероприятия по снижению уровня риска в целях повышения безопасности перевозок и сохранности грузов.
1. Gadzhinskiy A. M. Osnovy logistiki / A. M. Gadzhinskiy: ucheb. posobie. M.: IVC «Marketing», 1995. 124 c.
2. Belov S. V. Bezopasnost' zhiznedeyatel'nosti / S. V. Belov, A. V. Il'nickaya, A. F. Koz'yakov: ucheb. dlya vuzov. M.: Vyssh. shk., 2007. 616 s.
3. Topalov V. P. Riski v sudohodstve / V. P. Topalov, V. G. Torskiy. Odessa: Astroprint, 2007. 368 s.
4. Ventcel' E. S. Teoriya veroyatnostey / E. S. Ventcel', L. A. Ovcharov. M.: Nauka, 1973. 496 s.
5. Gmurman V. E. Rukovodstvo k resheniyu zadach po teorii veroyatnostey i matematicheskoy statistike / V. E. Gmurman. M.: Vyssh. shk., 1975. 333 s.
6. Martynyuk I. V. Snizhenie riskov chrezvychaynyh situaciy tehnogennogo haraktera - strategicheskoe nauchno-tehnicheskoe napravlenie na zheleznodorozhnom transporte / I. V. Martynyuk, O. N. Popov, N. S. Flegontov // Sb. dokl. 8-y Vseros. nauch.-prakt. konf. MChS Rossii. M., 2003. S. 63-82.
7. Abchuk V. A. Teoriya riska v morskoy praktike / V. A. Abchuk L.: Sudostroenie, 1983. 152 s.
