Проблемы управления системой обеспечения пожарной безопасности объекта. Часть 2. Методы мониторинга

Введение

Как показано в первой части обзора [1], в настоящее время система обеспечения пожарной безопасности как таковая отсутствует в понятии как объект управления, так как эта процедура не описана, нет критериев оценки эффективности системы обеспечения пожарной безопасности, руководитель объекта фактически не понимает, чем ему нужно управлять. Кроме того, несмотря на весь арсенал подходов в области оценки безопасности, для руководителя эти методы в прямой постановке трудно реализуемы и самостоятельно он их применить не сможет, так как это требует глубоких знаний предмета оценки и наличия соответствующей квалификации и инструментария (компьютерных программ). Таким образом, в настоящее время руководитель объекта не в состоянии собственными силами, без привлечения профильных специалистов оценить состояние безопасности его организации (объекта).

Одним из способов оценки текущего состояния безопасности объекта, в том числе и пожарной, является мониторинг, который определяется как система непрерывной оценки, контроля и управления состоянием объекта в зависимости от складывающейся внешней обстановки [2]. Системы мониторинга широко распространены в различных сферах человеческой деятельности [3–7], в том числе и в области обеспечения комплексной безопасности зданий [8, 9].

Вторая и заключительная часть обзора посвящена рассмотрению способов мониторинга пожарной безопасности объекта, а также методам оценки состояния социально-экономических систем, которые применяются для оценки уровня пожарной безопасности.

Способы мониторинга пожарной безопасности объекта

Пожарный мониторинг как таковой получил развитие относительно недавно. Впервые проработанные решения в этой области связаны с появлением программно-аппаратного комплекса (ПАК) «Стрелец-Мониторинг» – комплексной системы мониторинга и оповещения о чрезвычайной ситуации. В работе [10] предложена концепция построения системы радиоканального мониторинга пожарной безопасности объекта. Обосновано применение радиоканалов, показано их преимущество перед традиционными линиями телефонной связи. Отмечается, что основной причиной тяжелых последствий (массовая гибель людей) являлась неспособность имеющихся систем обнаружения пожара передавать сигналы о возгорании непосредственно в пожарные подразделения, что приводило к большой задержке вызова. Изложенные в работе требования к системе мониторинга относятся к надежности, помехоустойчивости и другим техническим параметрам системы. Однако отсутствует информация, по каким параметрам должен осуществляться мониторинг. Затронуты проблемы пожарного мониторинга в Российской Федерации, которые касаются только лишь юридических аспектов мониторинга, а не его вида, задач или иных технических характеристик. Таким образом, по существу, предложенная система мониторинга сводится к системе передачи информации о срабатывании элемента (элементов) автоматической пожарной сигнализации в единую дежурно-диспетчерскую службу и высылки на основании этого сигнала пожарно-спасательных подразделений.

Еще одной вновь разрабатываемой системой является национальная единая аналитическая система контроля пожарной безопасности в зданиях «Прометей» [11]. Из информации, представленной на официальном сайте, следует, что система предназначена для дистанционного контроля систем противопожарной защиты в здании, контроля их технического обслуживания, ведения баз данных всех участников рынка противопожарной продукции. Предполагается, что «Прометей» будет формировать рейтинг пожарной безопасности организации. Исходя из текущих функциональных возможностей системы, рейтинг будет сформирован на основе оценки состояния работоспособности и технического обслуживания систем противопожарной защиты. Однако судить о пожарной безопасности здания на основе данного показателя опрометчиво, так как пожарная безопасность и ее состояние – понятия намного более глубокие и обширные. Как было показано в первой части обзора [1], для оценки состояния применяются детально проработанные с научной точки зрения методы. По большому счету, рассматриваемая система является более высоким уровнем развития ПАК «Стрелец-Мониторинг», но по существу сводится к контролю и передаче информации о состоянии систем противопожарной защиты и как таковым мониторингом называться не может, так как в ней отсутствуют способы управления контролируемыми параметрами в режиме реального времени. В целом, мониторингу пожарной безопасности ставится в соответствие контроль работоспособности систем противопожарной защиты; такой подход является достаточно поверхностным.

Наиболее проработанной в настоящее время является область мониторинга пожара. В работе [12] приведены модели дистанционного мониторинга пожара с оценкой состояния пожара, т. е. этапа, когда в здании уже возник пожар и ставится задача получения данных о его развитии с целью выработки управленческих решений, направленных на обеспечение безопасности деятельности пожарно-спасательных подразделений. В указанном исследовании разработан метод поддержки принятия решений на основе мониторинга пожара, представляющий собой многоуровневую процедуру анализа и ранжирования решений по предпочтительности. Несмотря на всю важность решенной задачи, ее применение, безусловно, полезно на этапе, когда уже возник пожар, а для цели настоящего исследования такая постановка не применима.

Еще одним примером является разработанный логико-вероятностный подход к мониторингу состояния потенциально опасного объекта, в частности для моделирования сценариев развития аварии [13]. Введено определение мониторинга потенциально опасного объекта – постоянный сбор информации, наблюдение и контроль за объектом, включающий в себя процедуры анализа риска, измерения параметров технологического процесса на объектах, выбросов вредных веществ, состояния окружающей среды на прилегающих к объекту территориях. Мониторинг строится на взаимодействии двух блоков: информационного (сбор, обработка и представление информации) и экспертного (обработка, моделирование/прогнозирование сценариев и оценка их результатов). В качестве показателя мониторинга принимается набор параметров, определяющих безопасность объекта и описывающих текущее состояние системы в заданный момент времени. Несмотря на актуальность данной работы, ее недостатками являются слишком обобщенный и не детализированный набор параметров мониторинга, а также отсутствие информации об источниках получения значений таких параметров.

Кроме того, развиваются методы контроля состояния пожароопасной обстановки в составе автоматической системы мониторинга окружающей среды [14]. Предложен подход к интеграции датчиков пожарной сигнализации и сенсоров сверхраннего обнаружения для контроля уровня загазованности среды помещений. В качестве объекта мониторинга выбраны следующие параметры: температура среды в зоне контроля, уровень моноксида углерода (угарный газ) и задымленность. Результаты апробации показали повышение точности обнаружения пожара на 25 %, а в целом надежность системы возросла на 37 %. Несмотря на положительные результаты апробации, исследование скорее посвящено решению инженерной задачи, а не научной. Ожидается, что увеличение средств контроля приведет к повышению эффективности обнаружения пожара, а параметры мониторинга известны специалистам в области обеспечения пожарной безопасности.

В тоже время, существуют разработки системы мониторинга при возникновении и развитии пожара, предназначенной для оценки безопасности пожарно-спасательных подразделений во время работы на объекте, построенном с применением стальных ферм [15]. Мониторинг осуществляется по показателю «комплексный индекс обрушения», который характеризует вероятность полного разрушения конструкции при разрушении одного из ее элементов. Предлагается устанавливать датчики контроля температуры не на каждый элемент конструкции, а лишь на те, чья целостность наиболее важна для устойчивости конструкции. Расчет значений показателя, определяющего важность такого элемента конструкции для ее общей устойчивости, производится заранее. Затем, при возникновении пожара, датчики передают параметры среды и оценивается уровень опасности обрушения. Компьютерное моделирование показало возможность предсказания разрушения перекрытия на 180 с раньше наступления этого события. Этого должно быть достаточно для того, чтобы звенья газодымозащитной службы покинули опасную область. Рассматриваемый подход представляет ценность для развития области пожарного мониторинга, однако только для этапа, когда пожар уже произошел, так же, как и ранее рассмотренный подход [12].

Активно внедряются в область мониторинга и современные технологии. Например, уже существует концепция мониторинга системы пожаротушения на базе технологий интернета вещей (IoT) [16]. С помощью различных сенсоров система контролирует актуальную информацию о давлении в системе пожаротушения, температуре и влажности окружающей среды, напряжении электрооборудования, положении управляющих клапанов, сигнал о срабатывании. Предлагается модель раннего обнаружения пожара на основе нейронной сети, однако принципы ее работы не приводятся. Кроме того, введена пятибалльная оценка уровня пожарной безопасности здания, при этом данные о способе проведения такой оценки также не приводятся. Исходя из параметров мониторинга предполагаем, что уровень безопасности оценивается на основе текущего состояния автоматической системы пожаротушения. В целом, в работе представлен интересный подход, который требует развития. Как и в ранее рассмотренных работах, мониторинг осуществляется в отношении технических элементов систем противопожарной защиты.

В области государственного регулирования мониторинга при пожарах и чрезвычайных ситуациях существует ряд нормативных актов и документов. Например, концепция государственной системы мониторинга критически важных и потенциально опасных объектов и опасных грузов [17]. Объектом мониторинга является состояние защищенности объектов и грузов. Данная концепция не выделяет каких-либо конкретных параметров для контроля в ходе мониторинга, определены лишь области контроля. Отличительной особенностью данной концепции является наличие автоматизированной поддержки принятия решений в целях минимизации последствий чрезвычайной ситуации. В целом, данная концепция достаточно подробно описывает функции, состав и порядок функционирования системы мониторинга. Несмотря на перспективность направления, серьезного развития оно не получило и осталось на уровне концепции.

Структурно СМИС состоит из трех подсистем: сбора данных и передачи сообщений, связи и управления в кризисных ситуациях, мониторинга инженерных конструкций. Функционирование СМИС предусмотрено следующим образом. Система в непрерывном режиме осуществляет контроль факторов, влияющих на обеспечение безопасности, и при их отклонении от нормы передает информацию диспетчеру для оповещения и принятия соответствующего решения. В рамках данной системы отсутствуют какие-либо модули поддержки принятия решений, которые предоставляли бы ЛПР набор альтернативных решений. В целом, функция СМИС сводится к оповещению об изменении состояния объекта управления.

Документ [9] определяет и регулирует построение системы мониторинга автоматических систем противопожарной защиты (СМА СПЗ) и вывод сигналов на пульт централизованного наблюдения «01» и «112». Предписывается, что СМА СПЗ должна выполнять сбор данных о пожарах (авариях) и стихийных бедствиях, производить контроль надежности и работоспособности систем противопожарной защиты. Система осуществляет мониторинг по пожарным (пожар, тревога и др.) и сервисным (неисправность, снятие шлейфа и др.) извещениям. Как и в ранее рассмотренной системе (СМИС), здесь отсутствуют какие-либо меры по поддержке принятия решений в ходе мониторинга. Функции системы сводятся к передаче сообщений о состоянии систем противопожарной защиты в организацию, осуществляющую мониторинг.

Рассмотрев системы мониторинга, приходим к выводу, что они направлены по своей сути на передачу информации о состоянии систем противопожарной защиты в организацию, осуществляющую мониторинг (пожарно-спасательную часть). Кроме того, ряд параметров просто контролирует-ся, а их значения не влияют на процесс управления состоянием объекта.

Возникновение данной ситуации можно объяснить наличием двух точек зрения по данному вопросу, сложившихся в конце 1980-х годов [18] у ученых в области окружающей среды. По мнению академика РАН Ю.А. Израэля, мониторинг – «система наблюдений, позволяющая выделить изменение состояния под влиянием человеческой деятельности, которая включает в себя наблюдение, оценку и прогноз состояния среды и не включает управление качеством такой среды и человеческой деятельности» [19]. Его оппонентом выступал академик АН СССР И.П. Герасимов, который определял мониторинг как «систему контроля, оценивания и управления окружающей средой, которые должны быть целеустремлены, взаимосвязаны и эффективны» [20]. При этом эффективность не нацеленного на управление мониторинга может привести к ряду проблем (избыточность/недостаточность информации, ее невостребованность и др.). С точки зрения обеспечения пожарной безопасности, в настоящей работе принимается позиция академика И.П. Герасимова, так как первостепенной задачей при управлении пожарной безопасностью (в целом любой организационной системой) является мониторинг текущего состояния системы, т. е. понимание той отправной точки, с которой осуществляется управление.

Проведенный анализ способов мониторинга пожарной безопасности объекта показал, что в настоящее время область мониторинга состояния пожарной безопасности находится в начале своего развития. Как правило, осуществляется мониторинг состояния систем противопожарной защиты и передача данных об их срабатывании в оперативные службы. Это объясняется совокупностью следующих факторов: отсутствие показателя, который характеризовал бы состояние пожарной безопасности объекта и, как следствие, отсутствие технических решений, направленных на получение данных о значениях контролируемых параметров. При этом ни в одной из рассмотренных систем не осуществлялся мониторинг организационных мероприятий (соблюдения тех или иных требований пожарной безопасности), а как показано в первой части обзора [1], это является одной из наиболее частых причин возникновения пожара. Текущее развитие области мониторинга пожарной безопасности объекта требует наличия большего количества параметров, чем исправность систем противопожарной защиты, так как они предназначены для ситуаций, когда уже произошел пожар. Кроме того, ни в одной системе мониторинга (в области пожарной безопасности) не применялась процедура поддержки принятия решений по корректировке значения параметра (или их совокупности), имеющего отклонение от заданного диапазона.

На основании изложенных выводов представляется целесообразным конкретизировать термин «мониторинг» в отношении пожарной безопасности объекта. Введем следующее определение. Мониторинг состояния пожарной безопасности объекта – регулярная целенаправленная деятельность, включающая в себя оценку состояния пожарной безопасности объекта защиты на основе набора факторов (в том числе организационно-технические меры), характеризующих такое состояние, а также его контроль путем определения отклонений значений параметров от заданного диапазона и принятие решений в случае возникновения отклонения. Таким образом, одной из актуальных задач является выделение множества факторов, определяющих в своей основе состояние пожарной безопасности, установление взаимосвязи между такими факторами и степени их влияния на состояние объекта в целом.

Применение методов оценки состояния социально-экономических систем в сфере пожарной безопасности

Рассмотрим существующие методы оценки состояния социально-экономических систем. Для начала приведем ряд терминов.

Пожарная безопасность – состояние объекта защиты, характеризуемое возможностью предотвращения возникновения и развития пожара, а также воздействия на людей и имущество опасных факторов пожара (ФЗ-123).

Требования пожарной безопасности – специальные условия социального и (или) технического характера, установленные в целях обеспечения пожарной безопасности федеральными законами и иными нормативными правовыми актами Российской Федерации, а также нормативными документами по пожарной безопасности (ФЗ-69).

Меры пожарной безопасности – действия по обеспечению пожарной безопасности, в том числе по выполнению требований пожарной безопасности (ФЗ-69).

Профилактика пожаров – совокупность превентивных мер, направленных на исключение возможности возникновения пожаров и ограничение их последствий (ФЗ-69).

Таким образом, в настоящее время отсутствует термин, характеризующий состояние пожарной безопасности. Для этого определим его следующим образом. Состояние пожарной безопасности объекта – множество факторов организационного, социального и технического характера, определяющих объект.

Состояние большинства систем в первом приближении можно описать набором факторов (параметров), влияющих на их функционирование. Задача оценки состояния системы сводится к определению факторов (параметров), влияющих на функционирование системы, установлению функциональной взаимосвязи между ними, получению качественных или количественных метрик данных факторов. «Оценка» в отношении системы может использоваться как процесс или как результат измерения [21]. Исходя из цели настоящего исследования, рассматриваем оценку как результат измерения текущего состояния системы. Рассмотрим ряд работ, посвященных оценке состояния.

Ранее были рассмотрены механизмы оценки безопасности потенциально опасных объектов, где для этой задачи применяется теория активных систем. Рассмотрим данную технологию более подробно.

В основе комплексного оценивания сложных социально-экономических систем [22] лежит иерархическое представление дерева целей, а основная идея заключается в применении метода дихотомии [23] к дезагрегированию вершин дерева, что позволяет проводить свертку пар вершин по иерархии вверх. В подходе рассматриваются как количественные (измеряемые/рассчитываемые) показатели, так и качественные, определение которых осуществляется экспертным путем.

В результате выполнения данного алгоритма можно получить комплексную оценку сложной социально-экономической системы (организации, проекта и т. д.). В ряде работ данный метод применялся для решения задач пожарной безопасности.

Например, разработаны модели и механизмы управления пожарной безопасностью региона на основе теории активных систем с применением метода комплексного оценивания [24]. Пожарная безопасность региона характеризуется тремя критериями: количество травмированных и погибших при пожарах, а также размер материального ущерба. Оценка этих критериев производилась по четырехбалльной шкале. Кроме того, проведена оценка уровня пожарной безопасности Воронежской области, в результате чего установлено, что уровень пожарной безопасности снизился на 3 % в период с 1996 по 2001 г. Для его повышения разработана соответствующая программа.

В развитие данного подхода проведено исследование, посвященное разработке моделей и алгоритмов управления пожарной безопасностью на основе программ регионального развития [25]. Как и в предыдущем исследовании, рассматриваются показатели, характеризующие пожарную безопасность региона, с добавлением показателя «количество пожаров», а затем, на следующем шаге, он исключается как превышающий допустимую связь с другими показателями. Очевидно, что количество пожаров является основным показателем, который влияет на все остальные (количество погибших, травмированных и сумма ущерба).

В рассмотренных подходах [24, 25] предпринята попытка оценки уровня пожарной безопасности, однако полученные результаты подвергаются сомнению, так как оценить пожарную безопасность путем учета количества погибших и травмированных, а также материального ущерба является неприемлемым и достаточно грубым. С помощью данных показателей возможно в первом приближении оценить те или иные меры в отношении пожарной безопасности, но не ее как таковую.

Рассмотрев методы оценки состояния социально-экономических систем, делаем следующие выводы. На текущем этапе одним из наиболее разработанных методов оценки является процедура комплексного оценивания, предложенная профессором В.Н. Бурковым [22], а сам метод по своему содержанию достаточно эффективный и может быть адаптирован для оценки состояния системы пожарной безопасности объекта. В тоже время, данный метод при росте количества показателей, характеризующих состояние, или изменении их структурной взаимосвязи, требует проведения повторной процедуры получения оценки, в том числе проведения экспертного оценивания. Имеющиеся исследования по применению данного подхода к задаче оценки уровня пожарной безопасности неприменимы для оценки состояния пожарной безопасности объекта. Таким образом, в настоящее время методы оценки текущего состояния пожарной безопасности объекта защиты требуют развития.

Заключение

Данные задачи должны быть решены таким образом, чтобы обеспечить их применение в режиме реального времени.