Підвищення безпеки аварійно-відновлювальних робіт з ліквідації наслідків обвалення будівельних конструкцій

Размещено на http://www.allbest.ru/

Державний вищий навчальний заклад

"Придніпровська державна академія будівництва та архітектури"

УДК 69.05:658.382

05.26.01 - охорона праці

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

ПІДВИЩЕННЯ БЕЗПЕКИ АВАРІЙНО-ВІДНОВЛЮВАЛЬНИХ РОБІТ З ЛІКВІДАЦІЇ НАСЛІДКІВ ОБВАЛЕННЯ БУДІВЕЛЬНИХ КОНСТРУКЦІЙ

Касьян Олександр Іванович

Дніпропетровськ - 2010

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Державному вищому навчальному закладі "Придніпровська державна академія будівництва та архітектури" Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник - доктор технічних наук, професор Бєліков Анатолій Серафимович, Державний вищий навчальний заклад "Придніпровська державна академія будівництва та архітектури", завідувач кафедри безпеки життєдіяльності.

Офіційні опоненти:

- доктор технічних наук, професор Касьянов Микола Анатолійович, Східноукраїнський національний університет ім. В.Даля, завідувач кафедри охорони праці та безпеки життєдіяльності;

- кандидат технічних наук, професор Коржик Борис Михайлович, Харківська національна академія міського господарства, професор кафедри безпеки життєдіяльності.

Захист відбудеться "22" квітня 2010 року о 13⁰⁰ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 08.085.03 Державного вищого навчального закладу "Придніпровська державна академія будівництва та архітектури" за адресою: 49600, м. Дніпропетровськ, вул. Чернишевського, 24-а, ауд. 202.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Державного вищого навчального закладу "Придніпровська державна академія будівництва та архітектури" за адресою: 49600, м. Дніпропетровськ, вул. Чернишевського, 24-а.

Автореферат розісланий "19" березня 2010 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Т.Ф. Яковишина

Анотації

Касьян О.І. Підвищення безпеки аварійно-відновлювальних робіт з ліквідації наслідків обвалення будівельних конструкцій. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук зі спеціальності 05.26. 01 - охорона праці. - Державний вищий навчальний заклад "Придніпровська державна академія будівництва та архітектури", Дніпропетровськ, 2010.

Дисертація присвячена вирішенню актуальних завдань підвищення безпеки при виконанні аварійно-відновлювальних (АВР) та аварійно-рятівних робіт (АРР) в екстремальних умовах ліквідації наслідків обвалення будівельних конструкцій за допомогою створених ефективних і надійних аварійно-рятувальних комплексів (АРК), а також тактико-технічного забезпечення до їх застосування.

На основі аналітичного огляду літературних та статистичних джерел сформульована мета роботи і завдання досліджень.

Для об'єктів забудови районів м. Харкова розроблена методика визначення оптимальних (раціональних) маршрутів руху в зону надзвичайної ситуації, яка спрямована на зменшення втрат часу на шляху руху.

Із врахуванням безпечного та ефективного проведення АВР, науково обґрунтована необхідність дообладнання АРК засобами малої механізації міні комплексами АРК-1 і АРК-2. Науково обґрунтовано підхід до вирішення завдання доставки "прямим наведенням" рятувальних засобів на верхні поверхи висотних будівель за допомогою міні комплексу АРК-2.

Створено комп'ютерне тактико-технічне забезпечення безпечного та ефективного його застосування при виконанні АВР і АРР у екстремальних умовах.

Проведено дослідно-промислові (експлуатаційні) випробування всього аварійно-рятувального комплексу АРК і його складових комплексів АРК-1 і АРК-2. У Фрунзенському районному відділі Головного управління МНС України у Харківській області впроваджено АРК.

Ключові слова: аварійно-відновлювальні роботи (АВР), обвалення будівель і споруд, будівельні конструкції, засоби малої механізації, аварійно-рятувальні комплекси (АРК).

Касьян А.И. Повышение безопасности аварийно-восстановительных работ по ликвидации последствий обрушения строительных конструкций. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.26. 01 - охрана труда. - Государственное высшее учебное заведение "Приднепровская государственная академия строительства и архитектуры", Днепропетровск, 2010.

Диссертация посвящена решению актуальных вопросов повышения безопасности при выполнении аварийно-восстановительных работ (АВР) в экстремальных условиях ликвидации последствий обрушения строительных конструкций с помощью созданных эффективных и надежных аварийно-спасательных комплексов (АСК), а также тактико-технического обеспечения к их применению.

На основе аналитического обзора литературных и статистических источников сформулированы цель работы и задачи исследований.

Для объектов застройки районов г. Харькова разработана методика определения оптимальных (рациональных) маршрутов движения в зону ЧС, которая направлена на уменьшение потерь времени в пути следования.

С учетом безопасного и эффективного проведения АВР и аварийно-спасательных работ (АСР), научно обоснована необходимость дооборудования созданного АСК средствами малой механизации: пневмоподъемниками с аварийно-спасательными пневмоподушками (ПП/АСП) и тросовой лебедкой, как составляющими мини комплекса АСК-1. Впервые дана теоретико-экспериментальная оценка геометрии пятен контакта между опорными поверхностями при поднимании грузов с помощью ПП/АСП, что позволило расчетным путем оценить границы прочности для гибких конструкций. Разработано компьютерное тактико-техническое обеспечение к применению мини комплекса АСК-1.

Научно обоснован подход к решению доставки "прямой наводкой" спасательных средств на верхние этажи высотных зданий с помощью мини комплекса АСК-2. Создано компьютерное тактико-техническое обеспечение безопасного и эффективного его применения при выполнении АВР и АСР в экстремальных условиях обрушений зданий и сооружений.

Проведены опытно-промышленные (эксплуатационные) испытания всего аварийно-спасательного комплекса АСК и его составляющих: мини комплексов АСК-1 и АСК-2. Во Фрунзенском районном отделе Главного управления МЧС Украины в Харьковской области внедрен АСК, разработанный на шасси микроавтобуса ГАЗ-2705.

Ключевые слова: аварийно-восстановительные работы (АВР), обрушения зданий и сооружений, строительные конструкции, средства малой механизации, аварийно-спасательные комплексы (АСК).

Kasian A.I. Increased security emergency and recovery operations in the aftermath of the collapse of building structures. - Manuscript.

The dissertation on the obtaining of a scientific degree of the candidate of the technical science on the specialty 05.26.01 - Labour Safety. - State Higher Educational Establishment "Prydniprovska State Academy of Civil Engineering and Architecture", Dnepropetrovsk, 2010.

The dissertation is devoted to solving actual increase security in the performance of emergency repair works (ERW) in extreme conditions aftermath of the collapse of building structures using an efficient and reliable emergency rescue complex (ERC), as well as tactical and technical support to their application.

On the basis of an analytical review of the literature and statistical sources formulated aim of the work and research.

For objects of development of the city of Kharkiv developed a method of determining the optimal (rational) routes in the area of emergency situations, which is aimed at reducing the amount of time lost in transit.

Given the safe and efficient conduct of ERW, scientifically based need to retrofit ERC means of the low mechanization ERC-1 and ERC-2. Science-based approaches to solving the delivery of "direct fire" rescue funds to the upper floors of tall buildings with a mini set of ERC-2.

Created computer tactical and technical support of safe and effective to use when performing high-risk situation.

Conducted pilot-scale (operating) test all rescue complex ERC and its components ERC-1 and ERC-2. In the Frunze district department of the General Directorate Ministry of Emergencies in Kharkiv region introduced ERC.

Keywords: emergency repair works (ERW), collapse of buildings and installations, buildings constructions, means of the low mechanization, emergency rescue complexes (ERC).

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. У відповідності з діючими в Україні нормативними документами, у першу чергу з Конституцією і Законом та законодавством України "Про охорону праці", головним принципом державної політики є пріоритет життя та здоров'я працівників всіх сфер життєдіяльності, незалежно від досягнення кінцевих результатів.

Відсутність підтримки у належному стані експлуатаційних параметрів будівель та споруд, а також технологічного обладнання, порушення норм та правил виконання технологічних процесів призводять до виникнення різноманітних екстремальних ситуацій, при яких все частіше відбуваються руйнування обладнання, будівельних конструкцій та споруд у цілому. Для ліквідації такого типу надзвичайних ситуацій (НС), відновлення та ремонту об'єктів, що зазнали аварій, використовують спеціальні підрозділи, в тому числі і рятівників.

До завдань таких підрозділів входить виконання наступних різновидів робіт: демонтаж та монтаж будівельних конструкцій і технологічного обладнання, розбирання завалів, ліквідація аварійних ситуацій, рятування людей, тощо. Разом з тим, техніка, обладнання та пристрої, які комплексно використовуються при виконанні спеціальних аварійно-відновлювальних та аварійно-рятувальних робіт (АВР та АРР), не завжди відповідають ефективному та безпечному їх проведенню з дотриманням вимог безпеки рятувальників та тих, кого рятують. В значній мірі це характерно для екстремальних ситуацій виконання робіт у будівлях та спорудах, особливо висотних. При їх руйнуваннях потерпілі часто виявляються у завалах, які утворюються зрушеними будівельними конструкціями та їх уламками. Причому доступ до потерпілих зазвичай заблоковано великогабаритними, важкими елементами будівель і споруд, що при здійсненні АВР та АРР негативно впливає на фактор оперативності (час ф) і, відповідно, на ефективність та безпеку виконання робіт.

До цього слід додати, що відома техніка, обладнання та пристрої проведення АВР та АРР, хоч і забезпечуються підприємствами-виробниками деякими рекомендаціями із застосування, однак лише у вигляді, на наш погляд, обмеженої кількості інструкцій користувачу. Наукового розроблення питань створення тактико-технічних умов безпечного і ефективного використання цієї техніки в екстремальних ситуаціях, у тому числі й в складі аварійно-рятувальних комплексів (АРК), поки що не здійснювалось.

Таким чином, підвищення безпеки при виконанні АВР в екстремальних умовах ліквідації наслідків обвалення будівельних конструкцій за допомогою створених ефективних і надійних АРК, а також тактико-технічного забезпечення до їх застосування, є актуальним науково-практичним завданням.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалась з урахуванням вимог Постанов Кабінету Міністрів України; національної програми "Концепції загальнодержавної програми поліпшення стану безпеки, гігієни праці та виробничого середовища на 2006-2011 роки"; "Положення щодо розробки планів локалізації та ліквідації аварійних ситуацій і аварій", затвердженого наказом комітету з держнагляду охорони праці від 17.06.99, № 112; держбюджетної кафедральної теми № 269-р від 11 травня 2006 р. (№ держреєстраціїї 0104u0023); держбюджетних НДР ПДАБтаА: п. №1 "Розробка теоретичних положень і практичних методик зменшення факторів ризику для забезпечення будівельних проектів ресурсами" (№ держреєстрації 0103u003110), 2006-2010 рр.; п. №20 "Дослідження шкідливих та небезпечних факторів на виробництві і спорудах, розробка способів боротьби з їх негативним впливом на людину" (№ держреєстрації 0106u006613); господарської НДР № 852 "Розробка конструктивно-технологічних рішень і комплексних заходів механізації при реконструкції споруд" (№ держреєстрації 0104u00023), 2004-2009 рр.; а також у відповідності з наказом ГУ МНС у Харківскій області, № 852 від 27.11.2008 р. "Про заходи щодо відновлення робіт з розробки аварійно-рятувального комплексу, застосування в комплексі пнемопідіймачів/аварійно-рятувальних пневмоподушок (ПП/АРП), тросової лебідки, лінемету та довідника вулиць, провулків і майданів м. Харкова".

Мета і завдання дослідження. Метою дисертаційної роботи є підвищення безпеки при виконанні спеціальних видів будівельних робіт в екстремальних ситуаціях.

Для досягнення поставленої мети необхідно було виконати такі завдання:

- провести аналіз ведення спеціальних видів будівельних робіт в екстремальних ситуаціях, пов'язаних з обваленням будівельних конструкцій, будівель і споруд;

- провести дослідження і моделювання типових екстремальних ситуацій із застосуванням теорії прийняття рішень;

- розробити інформаційну узагальнену модель прийняття оптимальних рішень керівником щодо аварійно-рятувальних робіт;

- обґрунтувати доцільність використання засобів малої механізації при проведенні спеціальних видів робіт (АВР та АРР);

- провести експериментальні і теоретичні дослідження і науково обґрунтувати доцільність створення АРК для безпечного проведення АВР і АРР в умовах визначеності;

- створити технологічний стенд, як складову АРК, експериментального визначення даних напружено-деформованого стану (НДС) ПП/АРП при їх використанні для підняття вантажів;

- розробити тактико-технічне забезпечення до міні комплексів АРК-1 і АРК-2, та реалізувати його у вигляді програмного продукту до бортового комп'ютера РС;

- провести дослідження і встановити залежності питомих навантажень при роботі міні комплексу АРК-1 від висоти підйому вантажу, його ваги, габаритів, вантажопідйомності пристрою малої механізації, які сприятимуть більш ефективному їх використанню при веденні АВР і АРР з урахуванням безпеки врятованим і рятувальникам;

- із застосуванням теорії графів і мереж для конкретних об'єктів забудови районів м. Харкова розробити методику визначення оптимальних (раціональних) маршрутів руху, які мінімізують втрати часу в дорозі, в зону надзвичайної ситуації;

- удосконалити відомий гірський рятувальник "Лінемет" і адаптувати його застосування як міні комплексу АРК-2 для ефективного і безпечного ведення спеціальних видів робіт у висотних будівлях;

- провести дослідно-промислові випробування комплексу АРК і його складових: міні комплексу АРК-1 і міні комплексу АРК-2 у Головному управлінні МНС України в Харківській області.

Об'єкт дослідження - організаційно-технологічні процеси підготовки і проведення АВР і АРР із ліквідації наслідків обвалення будівельних конструкцій.

Предмет дослідження - моделі і закономірності, що виникають при управлінні безпекою проведення АВР і АРР із ліквідації наслідків обвалення будівельних конструкцій.

Методи дослідження - системний аналіз (дослідження операцій) стосовно до організації АВР і АРР; теоретико-експериментальні методи, які використовуються для оцінки безпеки і ефективності проведення цих робіт; моделювання згаданих процесів із застосуванням графоаналітичних методів та теорії прийняття оптимальних (раціональних) рішень; експериментальні дослідження реальних і модельних об'єктів; статистичні методи обробки експериментальних даних.

Наукова новизна одержаних результатів:

- на основі проведеного моделювання екстремальних ситуацій із застосуванням теорії прийняття рішень вперше одержана інформаційна узагальнена модель прийняття оптимальних (раціональних) рішень керівником АВР і АРР;

- встановлено, що критерій Вальда для завдань прийняття рішень в умовах невизначеності при проведенні робіт є найбільш значущим й "абсолютно" надійним;

- науково обґрунтовано доцільність використання засобів малої механізації й АРК, які дозволяють оперативно проводити ремонтно-відновлювальні роботи в екстремальних умовах обвалення будівель і споруд;

- для конкретних об'єктів забудови районів міст і промислових центрів на основі теорії графів і мереж розроблена методика визначення оптимальних (раціональних) маршрутів руху в зону гіпотетичної надзвичайної ситуації;

- в результаті проведених досліджень вперше одержані комп'ютерні залежності питомих навантажень при роботі міні комплексу АРК-1 від висоти підйому вантажу, його ваги і габаритів, вантажопідйомності пристрою малої механізації, що дозволяє ефективніше їх використовувати при веденні АВР і АРР з урахуванням безпеки і врятованим і рятувальникам;

- розроблені теоретичні основи підвищення ефективності й безпеки проведення спеціальних будівельних робіт в екстремальних умовах з використанням сучасних підходів теорії прийняття оптимальних (раціональних) рішень, теорії графів і мереж.

Практичне значення одержаних результатів полягає у наступному:

- двоетапна процедура зменшення втрат часу на шляхах руху аварійно-відновлювальних і аварійно-рятувальних підрозділів реалізована у вигляді службового документу і використовується на практиці у "твердому" і в електронному варіантах;

- розроблене тактико-технічне забезпечення до міні комплексу АРК-1 та його складових дозволило визначити припустимі значення питомих навантажень, що стало основою ефективного їх використання при виконанні АВР та АРР у екстремальних умовах обвалення будівель та споруд з урахуванням безпеки рятувальників і потерпілих;

- на основі досліджень аналізу банку даних про виконання АВР і АРР у висотних будівлях доведена доцільність застосування міні комплексу АРК-2 та розробленого до нього тактико-технічного забезпечення при виконанні робіт у будівлях і спорудах висотою більше 9-ти поверхів;

- використання розробленого та впровадженого АРК на базі мікроавтобусу ГАЗ-2705 дозволило підвищити ефективність та безпеку виконання АВР і АРР, зокрема, його використання дало змогу зменшити час видалення потерпілих з-під завалів обвалених будівель та споруд у середньому на 25 %.

Особистий внесок здобувача. Автором дисертації сформульовані мета, завдання досліджень, наукові положення та висновки. Головні результати теоретичних та практичних досліджень, які були проведені в дисертаційній роботі, опубліковані в наукових працях і наведені у списку публікацій автореферату [1-14]. Особистий внесок полягає в наступному:

- науково обґрунтована доцільність використання засобів малої механізації та утворення з них АРК [1, 2,];

- на основі теорії графів і мереж запропонована двоетапна процедура зменшення втрат часу на шляху руху, з використанням якої були визначені оптимальні (раціональні) маршрути руху аварійних підрозділів рятівників Фрунзенського району м. Харкова [3];

- розроблено теоретичні основи підвищення ефективності та безпеки проведення АВР і АРР у екстремальних умовах для потерпілих і рятівників, які ґрунтуються на сучасних підходах теорії прийняття рішень [4, 5, 6];

- на основі проведених теоретичних та експериментальних досліджень науково обґрунтована необхідність створення аварійно-рятувальних міні комплексів АРК-1 і АРК-2, а також розроблено до них комп'ютерне тактико-технічне забезпечення [7, 8, 9, 10, 11];

- за завданням Головного управління МНС України у Харківській області розроблено, апробовано і впроваджено у Фрунзенському відділі МНС м. Харкова АРК на базі мікроавтобусу ГАЗ-2705, у якому об'єднано сучасні досягнення цього науково-практичного напрямку [12, 13, 14].

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи доповідались, обговорювались та отримали позитивну оцінку на: ХV-ій науково-практичній конференції "Проблеммы горения и тушения пожаров на рубеже веков", (м. Москва, 1999 р.); Другій Міжнародній науково-практичній конференції "Безпека життєдіяльності людини як умова сталого розвитку сучасного суспільства" (м. Дніпропетровськ, 2007 р.); Сьомій регіональній науково-методичній конференції "Безпека життєдіяльності" (м. Харків, 2007 р.); Сьомій всеукраїнській науково-технічній конференції "Будівництво в сейсмічних районах України" (м. Ялта, 2008 р.); Міжнародній науковій конференції "Охорона праці та соціальний захист працівників" (м. Київ, 2008 р.); Міжнародному форуму "Технологии защиты - 2008", МНС (м. Київ, 2008 р.); Х-ій Всеукраїнській науково-практичній конференції МНС (м. Київ, 2008 р.); Міжнародній науково-практичній конференції "Организация управления в чрезвычайных ситуациях" (м. Дніпропетровськ, 2008 р.); VII-ій Міжнародній конференції студентів, аспірантів і молодих вчених "Будівлі та конструкції із застосуванням нових матеріалів та технологій" (м. Макіївка, 2008 р.); Міжнародній науковій конференції "Качество жилой среды. Безопасность жизнедеятельности в ХХI веке" (м. Дніпропетровськ, 2009 р.); Міжнародній науково-технічній конференції "Гірничо-металургійний комплекс: проблеми та перспективи розвитку" (м. Кривий Ріг, 2009 р.).

Публікації. Основні положення дисертації опубліковані у 14 наукових роботах, зокрема 9 статей надруковано у виданнях, які входять до переліків ВАК України; 4 - у тезах доповідей, на нове інженерно-технічне рішення отримано патент України на корисну модель (UA 46181 U від 10.12.2009 р.).

Структура і обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається зі вступу, 5 розділів, загальних висновків, списку літературних джерел і додатків: основний текст з 34 рисунками та 17 таблицями викладено на 152 сторінках, список літературних джерел із 116 найменувань розміщено на 11 сторінках, 4 додатки на 19 сторінках. Загальний обсяг роботи - 183 сторінки.

Основний зміст роботи

Вступ містить обґрунтування актуальності теми дисертаційної роботи, мету і завдання досліджень, визначення наукової новизни і практичної цінності отриманих результатів.

У першому розділі проведено аналітичний огляд літературних наукових джерел. Значний вклад в дослідження стану АВР та АРР із використанням засобів механізації внесли Каммерер Ю.Ю., Харкевич А.Е., Шойгу С.К., Федорук В.К., Горбунов С.В., Шкинєв А.Н., Сировий В.В., Сенчихін Ю.Н., Бєліков А.С. Підтверджено, що скорочення часу їх проведення є головним чинником підвищення ефективності та безпеки означених робіт. Однак питання підвищення безпеки та скорочення часу (ефективність) проведення АВР і АРР за рахунок використання засобів малої механізації та їх об'єднання у АРК, створення до них тактико-технічного забезпечення дотепер у необхідному обсязі поки що не розглянуті.

На основі проведеного аналізу обґрунтовано мету та задачі дослідження комплектування аварійно-рятувальної техніки з урахуванням підвищення безпеки її використання.

У другому розділі викладено теоретичні основи підвищення ефективності та безпеки виконання робіт у екстремальних умовах. Із застосуванням теорії прийняття оптимальних рішень досліджуються питання оцінки їх ефективності, в основу яких покладено один із головних критеріїв - час (). Враховуючи, що з моменту отримання повідомлення про виникнення НС на об'єкті до моменту її ліквідації оперативні рішення приймає керівник, отже тоді оптимальність або раціональність можна оцінити сумарними втратами часу , при обов'язковій умові безпеки проведення робіт.

З метою прийняття керівником робіт найкращого (оптимального) рішення запропоновано послідовно використовувати функції мети двох типів: якісних та кількісних. Якісних - на початковому (першому) рівні запропонованої дворівневої структури, тобто при завчасному створенні тактико-технічного забезпечення (). Кількісних - на наступному (другому) рівні прийняття оперативних рішень та їх виконання (,,), де - втрати часу на шляху до об'єкту, - при розгортанні сил та засобів, дф₃ - при виконанні АВР і АРР. Відповідно, при прийнятті оптимальних рішень на другому рівні, функції мети мають бути скориговані - ліквідувати НС треба не лише оперативно і безпечно, але з найменшими втратами матеріальних та людських ресурсів.

Для кількісної оцінки оптимальності, прийнятого керівником робіт рішення, використовується агрегована за втратами часу функція мети, а також пов'язана з нею функція матеріальних витрат та втрат:

та , (1)

де _m - ваговий коефіцієнт важливості кожного з критеріїв.

Запропоновано використовувати новий підхід до створення комп'ютерного забезпечення функціональних залежностей, який є основою розроблених в дисертації алгоритмів тактико-технічного забезпечення АВР і АРР, що оперативно реалізовується з допомогою введеного у комплект обладнання АРК бортового комп'ютера РС.

Зокрема, розглядаючи завдання зменшення складової втрат часу на шляху до об'єкту , автомобільну дорожню мережу представлено у вигляді графу. Тобто, у вигляді системи наступних складових: вершин графу (v) - перехрестя доріг; ребер або дуг графу (е) - ділянки доріг, що з'єднують суміжні перехрестя; їх інцидентності (Г) (взаємного співвідношення вершин графу одної з іншою) - напрямки руху по ділянках із врахуванням односторонності, кількості рядів руху тощо. За такого підходу, кожний шлях (маршрут) до об'єкту від місця розташування аварійного чи рятувального підрозділу буде послідовно проходити через вершини (v) та інцидентні вершини ребра (е).

Що стосується ребер графу, то вони супроводжуються мітками, котрі означають довжину ділянок шляху від вершини до вершини, наприклад: від б до А (5 одиниць довжини), від А до В (3 одиниці), від б до D (14) і т.д.

Тоді у сумі, довжина найкоротшого шляху буде [ б, в ]. Тобто: б - А - В - D - в. Дані прикладу комп'ютерного представлення запропонованого у роботі двохетапного алгоритму визначення оптимального (раціонального) шляху для мережі зведено до табл. 1.

У першому стовпчику - попередні мітки; в наступних стовпчиках, при перенайменуванні міток, вказують тільки значення, що змінюються, інші переносяться зліва з попередніх стовпчиків. Для кожної зміни міток вказується, по якій з вершин вона проведена. У останній стовпчик перенесені остаточні значення міток.

Як результат, з використанням теорії графів та мереж, розроблено програмний продукт прийняття рішень при визначенні найкоротших маршрутів до об'єктів гіпотетичних НС.

Таблиця 1. Дані прикладу визначення найкоротшого шляху до об'єкту НС

б

О

О

А

100

5б

5

В

100

16 D

8А

8

С

100

21 В

13 В

19

D

100

14 б

11 В

11

в

100

27 С

21 D

19 С

18 D

Примітка: в таблиці вказані довжини шляхів в умовних одиницях в порівнянні з сумарною довжиною шляхів в сто умовних одиниць.

Раціональні маршрути руху визначені для всіх адміністративних районів м. Харкова, починаючи від місць розташування пожежно-рятувальних служб, і видані у вигляді книги-довідника "Вулиці, провулки і майдани м. Харкова. Пожежні гідранти". У бортовому РС є комп'ютерний варіант тактико-технічного забезпечення зменшення втрат часу .

У третьому розділі викладено вирішення завдань підвищення безпеки та ефективності проведення робіт у екстремальних умовах ліквідації завалів будівельних конструкцій з обґрунтуванням застосування засобів малої механізації для підіймання, фіксації та переміщення цих вантажів.

Досліджено найбільш поширені екстремальні ситуації проведення АВР та АРР, моделювання котрих теж виконується з використанням теорії прийняття рішень. Відмічено, що такі дослідження дозволяють поліпшувати тактико-технічні прийоми ведення спеціальних різновидів АВР в екстремальних умовах. З іншого боку, узагальнення досвіду проведення таких робіт дає основу спеціалістам створювати нову техніку малої механізації, покращувати існуючу, а також розробляти варіанти комплексного її використання у складі АРК.

Відмічається, що результатам при прийнятті рішень в умовах ризику відповідає ймовірнісна міра їх настання, яку можна оцінити на основі попереднього досвіду. Однак оцінку такої події, як збереження життя потерпілому з ймовірністю 0,7; 0,5; ..., не можна визнати прийнятною із міркувань гуманізму. А тому завдання прийняття рішень в умовах ризику бажано перевести у розряд завдань прийняття рішень в умовах визначеності. Такий перехід в задачі прийняття рішень при підійманні вантажів з використанням міні комплексу АРК-1 розроблено детально.

Нехай отримано повідомлення про НС на об'єкті, що розташований за адресою: вулиця m, будинок (дім) n. По прибутті в зону НС аварійних підрозділів, керівник АВР та АРР, у процесі оперативної розвідки, уточнює з якими конструктивами (плити, блоки тощо) та їх уламками доведеться оперувати, після чого встановлюються можливості застосування АРК-1 для проведення робіт.

Під конструктив, який треба підняти, підкладається ПП/АРП у стані, коли всередині оболонки нульової кривизни є атмосферний тиск повітря. Потім, через перепускний клапан всередину подається під тиском повітря. Внаслідок чого ПП/АРП збільшується у об'ємі, симетрично змінюючи кривизну поверхонь своїх половин.

Сенс використання ПП/АРП у АРК-1 полягає в тому, щоб з його допомогою підійняти вантаж на висоту h₀, запобігаючи руйнуванню оболонки. Це може дати можливість або зразу дістатись до потерпілих, що знаходяться у завалі, або, заводячи кінці тросу під вантаж, здійснити його подальше підіймання, перевертання, переміщення лебідкою чи краном на наступних етапах проведення АРР та АВР (каскадне застосування).

Оскільки, подушки різних типорозмірів підіймають вантажі на різні висоти (без руйнування), необхідно завжди знати межі їх безпечного застосування. Для цього вирішується задача про НДС гнучких оболонок під дією різного тиску Р. У зв'язку з чим, по перше, визначаються геометричні особливості змін плям контакту робочих поверхонь ПП/АРП з опорними поверхнями.

З цією метою, за допомогою розроблених моделей, вперше були проведені теоретично-експериментальних - дослідження процесу утворення плям контакту робочих поверхонь під різним тиском Р.

Теоретична модель. З початкового положення констуктив вагою G за допомогою ПП/АРП підіймається й повертається на кут 3-6 ^о по відношенню до робочої опорної поверхні - для визначеності, відносно горизонтальної вісі, яка проходить через точку О, паралельної вісі О ¹y. Зі сторони конструктиву, який підіймають, на ПП/АРП діє сила його ваги G. Під дією тиску повітря P, яке подається всередину оболонки, точка А конструкції підіймається на висоту h, одночасно повертаючись відносно точки О на кут . Безумовно, обидві плями контакту мають однакову форму площин, що дотикаються до конструктиву. Тоді можна стверджувати, що сила ваги G, яка розподілена по плямі контакту, кінетостатично урівноважена внутрішнім тиском P.

Експериментальна модель. На фоні, попередньо нанесеної базової сітки на прозору частину конструктиву, реєструється пляма контакту поверхонь, що дотикаються. Ця пляма окреслювалась по контуру з наступними геометричними вимірами.

Розбиваючи пляму контакту на нескінчене малі ділянки базовою сіткою, маємо: на кожний елемент dx_idy_j діє тиск P. Тоді на ділянці діюча сила визначиться як Pdxdy_j. Відповідно, інтегрально сума моментів, що перевертають, від сил, які діють на конструктив відносно т. О, дорівнює нулю:

. (2)

Неважко помітити, що на кожній i-тій ділянці плече L_i змінює своє значення за лінійним законом. Чим до точки О, тим плече менше, тобто:

. (3)

Оскільки dx₁=dx₂=dx₃ =…=dx_k, то можна стверджувати, що на сітці плями контакту довжина кожного наступного відрізку, який паралельний вісі y, пропорційно зменшується по мірі віддалення від точки О, що проявляється як "ефект трапеції" плями.

Розглянемо випадок, коли оболонка симетрично завантажена рівномірно розподіленим навантаженням на її поверхні. Тоді, спроектувавши всі сили на вісь z, отримаємо умови рівноваги для нескінченно малого елементу оболонки:

, (4)

де p - зусилля на одиницю довжини контуру L; P - внутрішній тиск в оболонці.

Нескладні перетворення приводять до відомого рівняння мембрани, яка провисає:

, (5)

при граничних умовах обпирання мембрани в межах L- контуру:

w=0, для (x, y) L. (6)

У результаті, задача про визначення НДС оболонки ПП/АРП зводиться, до інтегрування системи (5) при граничних умовах (6), щодо змін тиску Pi.

Як відомо, прогин мембрани описується такою ж крайовою задачею, як і функція напружень при скручуванні стрижнів (якщо контур поперечного перерізу стрижня і контур мембрани ідентичні). Записавши рівняння Пуассона і підібравши контур мембрани, ідентичний до контуру поперечного перерізу стрижня, визначаємо прогин мембрани на i-ому кроці збільшення тиску Pi, користуючись довідковими даними про скручування стрижнів. Потім проводимо зворотну мембранну аналогію:

, (7)

де - модуль пружності другого роду, - кут закручування еквівалентного профілю, - функція напруження.

При створенні комп'ютерного тактико-технічного забезпечення, щодо використання АРК-1 при підійманні вантажів, базуються на даних завчасної розвідки та уточнюють їх у процесі оперативної розвідки. Вводячи ці данні в бортовий РС, можна практично миттєво приймати оптимальні (раціональні) рішення, щодо використання тої чи іншої альтернативи застосування АРК-1.

В нашому випадку їх три: 1) використання лише тросової лебідки для підіймання; 2) дії із пневматичними подушками ПП/АРП; 3) каскадні дії з використанням ПП/АРП, а потім і лебідки. При цьому, на монітор РС виводяться розрахункові дані НДС (у, МПа), які за допомогою тактико-технічного забезпечення пов'язують в одне ціле: вагу вантажу G, m, який слід переміщувати; типорозмір ПП/АРП, тиск повітря, що в неї подається Р, МПа та максимально припустиму висоту безпечного підіймання вантажу h_max.

У четвертому розділі висвітлюються питання безпеки й ефективності проведення АВР та АРР при їх виконанні на обвалених висотних будинках. Відмічається, що з причин відсутності вітчизняних розробок техніки для проведення спеціальних робіт у висотних будинках та спорудах виникають труднощі, які практично не можливо подолати при виконанні робіт на висоті.

З метою зменшення втрат часу розгортання (дф₂) та виконання робіт (дф₃) нами пропонується: по-перше, слід дообладнати АРК відомим пристроєм "Лінемет" рятування альпіністів, гірських туристів, а також людей, які можуть опинитися у подібних умовах ізоляції; по-друге, удосконалити його для проведення АВР і АРР на висотах; по-третє, створити тактико-технічне забезпечення до використання такого модернізованого обладнання для рятування людей з висотних будівель та споруд. Такому обладнанню було надано назву міні комплекс АРК-2.

Для оцінки ефективності застосування АРК-2 досліджувались закономірності формування траєкторій руху снаряду зі шнуром, які пневматично відстрілювались під різними кутами до горизонту (кут нахилу г). Мова йде про задачу визначення траєкторій руху снаряду зі шнуром, котрий вистріляється із АРК-2. При цьому сумарна маса (снаряд + шнур) по мірі їх руху природно збільшувалися. До цього було розроблено тактико-технічне забезпечення використання АРК-2, яке ґрунтується на інтерполюванні даних натурних випробувань поліномами Лагранжа.

Наведена схема виконання експериментальних досліджень. Основна мета (збір даних для формування траєкторій руху снаряду зі шнуром) досягалась шляхом покадрованого розшифрування відеозаписів руху снаряду. Окрім того, встановлювалась форма кривої, котру при цьому приймає шнур. Пневмокидання виконувались вздовж фасаду будівель з позиції, яка не змінювалась. Площина траєкторії снаряду зі шнуром була паралельна площині фасаду будівлі.

Той факт, що на початку (у першій фазі) траєкторію снаряду і форму, яку приймає шнур, можна вважати прямою лінією, нами використано при пневмокиданні снаряду зі шнуром з АРК-2 прямою наводкою у прорізи висотних будинків (вікно, лоджія, балкон тощо).

При створенні необхідного для цього тактико-технічного забезпечення до використання міні комплексу АРК-2 також була застосована теорія прийняття оптимальних (раціональних) рішень у дещо спрощеній модифікації.

По-перше, двохрівнява структура прийняття оптимальних рішень перетворюється у однарівняву. По-друге, кількість можливих кінцевих результатів скорочується до двох (I₊₁, I₀). Відповідно і система рівнянь для критерію якості при використанні АРК-2 спрощується:

(8)

Тут, виходячи з ситуації, кінцевих результатів всього два: снаряд доставив у потрібне місце будівлі чи споруди рятувальний кінець (шнур) або ні. Відповідно: не доставив - "0"; доставив - "+1".

Математично, ці тактико-технічні завдання можуть бути описані рівнянням:

maх К [г, S₁, P, d, h, Smin, ...], (9)

де К - якісна цільова функція, яка виражається співвідношенням (8).

До числа некерованих параметрів задачі будуть відноситися: h - висота будівлі; d - його ширина вглиб будівлі; зовнішнє оточення - наявність чи відсутність стилобатних частин, дерев (Smin), тощо. До числа змінних, якими можна керувати, відносять: Р - тиск у пневмокамері, МПа; г - кут пневмокидання, град.; S₁ - відстань від установки АРК-2 до висотного будинку, м. Параметри, якими не можна керувати, задаються конкретними величинами, а на керовані змінні накладають обмеження:

Р =const; 0< г <89°; S₁₀ < S₁ < S₂₀, (10)

де S₁₀ - найменша відстань, на яку можна наблизити міні комплекс АРК-2 до фасаду висотного будинку, S₂₀ - максимальна відстань, на яку можна віддалити АРК-2 від будинку.

Прийняття рішень тут базується на оцінці співвідношень між різними відстанями до будівлі S, і кутами г нахилу ствола АРК-2. Тоді, дійсно, фактичну траєкторію руху снаряда зі шнуром слід використовувати тільки в першій її фазі. Рух снаряду розглядається тільки на прямій до перетину траєкторії з вертикальною фронтальною площиною стіни будинку.

Безумовно, і тут досить ефективним буде використання бортового комп'ютера РС. В такому випадку, вхідними даними будуть можливі діапазони відстаней між АРК-2 і будівлею, а вихідними - прийнятний діапазон кутів нахилу ствола АРК-2 до горизонту, або навпаки.

Оперативна розвідка визначає поверх будівлі, на який необхідно доставити снаряд зі шнуром. Відповідно до комп'ютерного тактико-технічного забезпечення, визначають декілька значень кутів нахилу ствола АРК-2. За вибраним значенням кута г з допомогою комп'ютерної залежності (номограми) знаходять раціональне місце розташування АРК-2 в межах припустимого діапазону [S₁, S₂.]. Тобто, по горизонталі маємо відстань між стіною будинку і міні комплексом АРК-2, а по вертикалі - кут нахилу установки до горизонту.

Заштрихована зона номограми відповідає виходу за припустимі межі характеристик, коли стрільба прямою наводкою неможлива.

Конструктивні удосконалення, котрі нами внесені в міні комплекс АРК-2, дозволяють вести прийнятне прицільне пневмокидання снаряду зі шнуром. Звичайно, ефективність прицільної стрільби прямим наведенням суттєво збільшується.

У п'ятому розділі надаються описи дослідно-промислових випробувань усього комплексу АРК та його складових АРК-1 і АРК-2. За їх результатами і на основі виконаних досліджень аварійно-рятувальний комплекс впроваджено у Фрунзенському відділі МНС м. Харкова.

Відмічається, що для оптимального (раціонального) використання АРК і його складових створено і впроваджено комп'ютерне тактико-технічне забезпечення ефективного та безпечного застосування під час проведення АВР і АРР в екстремальних умовах ліквідації наслідків обвалення будівельних конструкцій.

Загальні висновки по роботі

рятувальний ліквідація обвалення будівельний

У дисертаційній роботі дано теоретичне узагальнення і нове рішення актуальної науково-прикладної задачі підвищення безпеки і ефективності виконання спеціальних АВР по ліквідації наслідків обвалення будівельних конструкцій, що полягає в нижченаведеному.

1. Проведений аналіз ведення спеціальних видів будівельних робіт в екстремальних ситуаціях, пов'язаних з обваленням будівельних конструкцій будівель та споруд, показав, що вони не відповідають вимогам безпеки і ефективності; потрібно вдосконалення технічних засобів і наукове обґрунтування тактико-технічного забезпечення їх застосування.

2. Запропоновано методологічний порядок складання якісних і кількісних цільових функцій, що забезпечує оптимальність (раціональність) прийнятих керівником АВР та АРР рішень в екстремальних умовах. На основі проведеного моделювання екстремальних ситуацій з застосуванням теорії прийняття рішень вперше одержана інформаційно узагальнена модель прийняття оптимальних (раціональних) рішень керівником.

3. В результаті проведених досліджень одержані комп'ютерні залежності питомих навантажень при роботі міні комплексу АРК-1 від висоти підйому вантажу, його ваги й габаритів, вантажопідйомності пристрою малої механізації, що дозволяє ефективніше їх використовувати при веденні робіт з урахуванням забезпечення безпеки і врятованим і рятувальникам.

4. З урахуванням безпечного і ефективного проведення АВР і АРР науково обґрунтовано необхідність комплектування створеного аварійно-рятівного комплексу АРК пневмоподушками і тросовою лебідкою, як складових міні комплексу АРК-1.

5. Із застосуванням теорії графів і мереж для конкретних об'єктів забудови районів м. Харкова розроблена методика визначення оптимальних (раціональних) маршрутів руху в зону надзвичайної ситуації таких, що мінімізують втрати часу в дорозі. Методика реалізована у вигляді службового документа як книга-довідник і як комп'ютерний продукт тактико-технічного забезпечення до АРК.

6. Розроблені математичні моделі безмоментної теорії пружності стосовно завдань підйому вантажів різної ваги і габаритів за допомогою АРК-1 (ПП/АРП плюс тросова лебідка), які являють собою раніше не вирішені нелінійні завдання теорії пружності з використанням запропонованої зворотної аналогії Прандля.

7. Впроваджено технологічний стенд експериментального визначення даних про напружено-деформований стан ПП/АРП. Надана теоретико-експериментальна оцінка геометрії плям контакту між робочими опорними поверхнями при підйомі вантажів, за допомогою ПП/АРП, що дозволило розрахунковим шляхом оцінити граничні значення характеристик НДС для гнучких оболонкових конструкцій.

8. Запропонована методика проведення експериментальних досліджень розробленого міні комплексу АРК-2, адаптованого для аварійно-відновлювальних робіт у висотних будівлях і спорудах.

9. Із застосуванням ітераційних поліномів Лагранжа науково обґрунтовано підхід до рішення задачі доставки "прямим наведенням" рятувальних засобів на верхні поверхи висотних будівель за допомогою міні комплексу АРК-2, на базі гірського рятувальника "Лінемет".

10. На основі теорії прийняття рішень для міні комплексу АРК-2 створено комп'ютерне тактико-технічне забезпечення безпечного і ефективного його застосування при проведенні АВР і АРР в екстремальних ситуаціях обвалень будівель і споруд.

11. Розроблені теоретичні основи підвищення ефективності і безпеки проведення АВР і АРР в екстремальних умовах з використанням сучасних підходів теорії прийняття оптимальних (раціональних) рішень.

12. Проведені дослідно-промислові (експлуатаційні) випробування АРК і його складових (міні комплексу АРК-1 і міні комплексу АРК-2), у Фрунзенському районному відділі Головного управління МНС України в Харківській області показали його ефективність і безпеку при веденні робіт, що дозволило скоротити час рятування постраждалих із завалів обрушених будівель і споруд в середньому на 25%.

Список основних публікацій за темою дисертації

1. Касьян А.И. Анализ работоспособности элементов аварийно-спасательного комплекса и создание к нему безопасного тактико-технического обеспечения / А.С. Беликов, В.А. Шаломов, А.И. Касьян, В.А. Голендер // Будівництво, матеріалознавство, машинобудування. - 2007. - Вип. 42. - С. 135-139.

2. Касьян А.И. Тактико-техническое обоснование применения средств малой механизации при чрезвычайных ситуациях / А.С. Беликов, В.А. Голендер, А.И. Касьян, Ю.Ф. Стеценко // Будівництво, матеріалознавство, машинобудування. - 2008. - Вип. 45. - Ч. 2. - С. 61-66.

3. Книга-справочник: "Улицы, переулки, площади г. Харькова. Пожарные гидранты". [Служебное издание / Отв. за выпуск О.И. Кошелев ]. - Харьков.: Редакционно-издательский отдел облполиграфиздата. Госпром, 1991. - 287 с.

4. Касьян А.И. Информационно уточняемая модель принятия решений при проведении аварийно-спасательных работ / В.А. Голендер, А.И. Касьян, В.В. Сыровой // Науковий вісник будівництва. - 2008. - Вып. 45. - С. 191-197.

5. Касьян А.И. Теория принятия решений при проведении аварийно-спасательных работ / А.С. Беликов, А.И. Касьян, Г.Г. Капленко и др. // Строительство, материаловедение, машиностроение. - 2009. - Вып 49. - С. 5-10.

6. Касьян А.И. Моделирование для принятия решений при ликвидации аварий в сложных условиях / А.С. Беликов, В.А. Голендер, А.И. Касьян и др. // Строительство, материаловедение, машиностроение. - 2008. - Вып 47. - С. 61-66.

7. Касьян А.И. Построение моделей для решения задач "в условиях риска" / А.С. Беликов, А.И. Касьян, В.А. Шаломов // Охорона праці та соціальний захист працівників: Матеріали Міжнародної наукової конференції, 19-21 листопаду 2008 р. - Київ, - 2008. - С. 35-37.

8. Касьян А.И. Экспериментально-теоретические исследования процесса образования пятен контакта при работе аварийно-спасательной подушки / А.С. Беликов, В.А. Голендер, А.И. Касьян и др. // Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури. - 2007. - № 11. - С. 35-42.

9. Касьян А.И. Определение граничных условий применимости пневмоподушек при ведении аварийно-спасательных работ в экстремальных условиях / А.С. Беликов, А.И. Касьян, Ю.Ф. Стеценко, В.И. Криворучко // Строительство, материаловедение, машиностроение. - 2009. - Вып 50. - С. 110-116.

10. Касьян А.И. Анализ и синтез тактических задач при проведении пожарно-спасательных работ на высотах / Ю.Н. Сенчихин, В.А. Голендер, А.И. Касьян // Проблемы горения и тушения пожаров на рубеже веков: Материалы ХV научно-практической конференции, 20-22 мая 1999 г. - Ч. 2. - М, - 1999. - С. 61-63.

11. Касьян А.И. Пути решения задачи пневмометания снаряда с тросом / А.С. Беликов, А.И. Касьян, Г.Г. Капленко, О.М. Климова // Вісник Криворізького технічного університету. - 2009. - Вип. 23. - С. 196-198.

12. Касьян А.И. К вопросу создания тактико-технического обеспечения при работе аварийно-спасательного комплекса / А.С. Беликов, В.А. Голендер, А.И. Касьян, В.А. Шаломов // Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури. - 2008. - № 1-2. - С. 39-43.

13. Касьян А.И. Создание машин быстрого реагирования для работ в экстремальных условиях // Безпека життєдіяльності: Матеріали 7-ї регіональної науково-методичної конференції, 20-23 квітня 2007. - Харків, - 2007. - С. 105-106.

14. Касьян А.И. Основные характеристики локального сценария развития аварии, связанной с пожаром или взрывом на предприятии химической промышленности / Ю.Н. Сенчихин, А.И. Касьян, А.И. Хянникяйнен, И.Ф. Дадашев // Проблемы горения и тушения пожаров на рубеже веков: Материалы ХV науч.-практ. конференции, 20-22 мая 1999 г. - Ч. 1. - М, 1999. - С. 59-60.

Размещено на Allbest.ru

...