ГЛАВА 7. УЯЗВИМОСТЬ ОБЪЕКТОВ ВОЗДЕЙСТВИЯ

7.1. Стойкость к внешним воздействиям и условная уязвимость

При наличии угрозы некоторым объектам (человеку, организации, объекту техносферы, территории) ущерб наступает только в том случае, если негативные воздействия приводят к нанесению им вреда (разрушению, повреждению, прекращению функционирования). Возможность нанесения вреда зависит от уязвимости объектов к негативным факторам, возникающим при реализации опасности.

Пусть ц_кр — критическая нагрузка (уровень негативного фактора), до которой разрушение объекта еще не наступает. Критическая нагрузка характеризует стойкость (например, электромагнитная стойкость, несущая способность) объекта к внешним воздействиям.

Стойкость — это свойство объекта сохранять свои параметры в пределах установленных допусков и выполнять свои функции во время и после действия внешних нагрузок. Свойством объекта, противоположным стойкости, является условная уязвимость, т.е. при условии действия нагрузки. Характеристика условной уязвимости совпадает с характеристикой стойкости: ц'_р = и,,., — это критическая нагрузка, начиная с которой наступает разрушение.

В широком смысле под уязвимостью понимают свойство материального объекта утрачивать способность к выполнению функций в результате внешних воздействий.

При инженерных расчетах последствий от опасных явлений любого происхождения на некоторой территории для больших

совокупностей объектов в результате действия многих неучитываемых факторов (назначения, особенностей конструкции, размещения, технического состояния) критическую нагрузку по совокупности объектов можно рассматривать как случайную величину и_кр. Полной вероятностной характеристикой условной уязвимости объектов на рассматриваемой территории является функция распределения F^u) = Р( U^_p < и) критической нагрузки. Случайная величина критической нагрузки для типовых объектов обычно распределена по нормальному закону: U_gp € Л^р,^, о^,²).

Функция распределения F^u) имеет смысл зависимости вероятности разрушения произвольного объекта из некоторой совокупности (или доли разрушенных объектов) от уровня действующей наірузки, т.е. силы опасного явления. Эту функцию для объектов определенного типа называют физическим законом поражения этих объектов рассматриваемым негативным фактором. Соответственно полной вероятностной характерисгикой стойкости объектов является функция R_Kp(u) = P(U_Kpt и) = I - F_Kp(и) — зависимость вероятности неразрушения объектов на рассматриваемой территории от уровня нагрузки.

Различают функции распределения F^u/g) = P[U_kpg < и) для различных степеней G повреждения объектов, или степеней разрушения не менее заданной G:

F_Kp(u/G) = ^F_KpGi/g).

*=і

Критические нагрузки для конкретных объектов, в частности зданий и сооружений, могут быть оценены следующими методами:

экспериментальным — по данным о степени разрушения зданий аналогичной конструкции и технического состояния при уже произошедших опасных явлениях с известной силой;

расчетно-экспериментальным — по результатам исследования реакции зданий на тестовые воздействия малой силы;

расчетным — с помощью теоретических моделей, учитывающих конструктивные особенности зданий с точки зрения возможности противостоять разрушению в результате воздействий поражающих факторов опасного явления и прочностные характеристики отдельных элементов конструкции.

Функцию F_Kp(u/g) для фиксированного значения и называют также физической уязвимостью территории, понимая под ней долю a_g(u) = N_g(u)/N разрушенных (поврежденных) объектов в случае опасного явления заданной силы и. Здесь N_g(u) — число объектов, получивших степень повреждения g, из общего числа N объектов, находящихся в зоне действия негативных факторов опасного явления с силой и. Как видим, математически они совпадают: a_g(u) - F^u/g).

Стойкость объектов устанавливается стихийно (а затем закрепляется в нормативных документах) на уровне, при котором предотвращенный ущерб от повреждения (разрушения) еще превышает дополнительные затраты при строительстве на повышенный уровень стойкости.

7.2. Защищенность

На возможность нанесения вреда (поражения, разрушения) объектами, т.е. возникновения ущерба существенно влияет защищенность объектов и территорий, обеспечиваемая проведением заблаговременных мероприятий инженерного и других видов зашиты. Количественно степень защищенности оценивают следующими коэффициентами защиты:

1) к_Е равно отношению потока энергии в данной точке при отсугствии защитного устройства (ЗУ) к потоку энергии в данной точке при наличии ЗУ;

2) к_Е равно отношению потока энергии на входе в ЗУ к потоку энергии на выходе из ЗУ.

Например, световое излучение, поток нейтронов или мощность дозы гамма-излучения, прошедшего через защиту толщиной Л, вычисляют по формуле

?¦"= Е+е~**,

где 8 — линейный коэффициент ослабления материалом, І/м.

Отсюда защищенность характеризуется кратностью ослабления защитой (например, радиационной, электромагнитной) к_Е = = 1/т = Е*/Е~ = (1, °°), где т = ?'/Е* = — коэффициент

пропускания внешних воздействий на защищаемый объект. В ранее принятых обозначениях т = и'/и е (0,1), где и и и' — уровни воздействий соответственно до и после зашиты.

Заряженные частицы при прохождении через материал экрана теряют свою энергию. Для защиты от заряженных частиц достаточно иметь толщину экрана, удовлетворяющую неравенству

h>R, (7.1)

где R — максимальная длина пробега частицы в материале экрана.

Аналогично, для защиты от поражающих элементов (пуль стрелкового оружия, осколков снарядов и мин) также достаточно иметь броню (или корпус объекта) толщиной, удовлетворяющей неравенству (7.1), где R— максимальная глубина проникновения поражающего элемента с заданной допреградной скоростью в материал защиты.

В подобных случаях коэффициент прохождения (пропускания) Можно (несмотря на потерю энергии в защите) представить бинарной функцией

_ JO, А>Л.

^T[l, h<,R.

Пример 7.1. При защите обьектов от баллистических воздействий в зависимости от толщины брони т принимает значения 0 (пробитие есть) или I (пробития нет). В случае пробития (запреградная скорость поражающего элемента больше нуля) возможны такие негативные последствии, как ранение, инициирование взрывчатых превращений, выброс или пролив вредных веществ и т.д.

Пример 7.2. Если уровень воды при наводнении ниже высоты дамбы, то т = 0, в противном случае т = I, и будет иметь место затопление.

Пример 7.3. Если возможности нарушителей при осуществлении противоправных действий в отношении объекта превышают возможности подразделения охраны, то цели противоправных действий будут достигнуты и объекту будет причинен ущерб. В противном случае противоправные действия будут пресечены.

При физической защите объектов от противоправных действий различные инженерно-технические средства охраны затрудняют действия нарушителей, например, снижают скорость их движения к цели.

При выполнении заблаговременных мероприятий инженерной и других видов защиты объектов и территорий уровни действующих нагрузок ослабляются: U' = тU. Если зашита конструктивно входит в состав объекта, то меры по повышению защищенности можно учесть в стойкости объекта. В этом случае U’^, = к_Еи_кр. Как показывает опыт, мероприятия инженерной защиты обеспечивают снижение возможных человеческих жертв и материальных потерь на 30—40 %, но требуют значительных затрат.

Защиту от природных, техногенных и поражающих воздействий обычно рассматривают для двух случаев:

зашита людей с помощью элементов техносферы (физических барьеров на пути распространения негативных факторов и специальных систем жизнеобеспечения);

защита объектов техносферы.

Рассмотрим наиболее общий случай защиты объектов техносферы. Для воспрепятствования воздействию внешних факторов на объекты и (или) удержания энергии и опасных веществ внутри объекта и воспрепятствования выходу из него вредных и поражающих факторов в случае аварии используют «барьерную» концепцию, основанную на использовании принципов множественности барьеров и эшелонированное™ зашиты. Физические барьеры устанавливают на пути возможных внешних воздействий на объект и (или) возможного выброса вредных веществ. Так, на АЭС предусмотрено создание четырех физических барьеров на пути выброса радиоактивности в случае аварии.

Различные опасные грузы перевозят в специальных упаковках (транспортных контейнерах), к которым предъявляют специфические требования по снижению уровней внешних воздействий и недопущению выхода за их пределы вредных полей или веществ. Для снижения уровней термических, баллистических и других воздействий изготавливают многослойные корпуса упаковок.

Возможность реализации на рассматриваемой территории опасных социальных явлений в форме злоумышленных противоправных действий в отношении потенциально опасных (критически важных) объектов приводит к необходимости оснащения их системами физической защиты. Такие системы повышают защищенность объектов по отношению к противоправным действиям.

7.3. Условная вероятность поражения

Разрушение объектов инфраструктуры определяется соотношением силы негативных факторов и стойкости к ним объектов. Разрушение степени g наступает, если действующие нагрузки превышают стойкость объектов:

т U> U_Kpg.

Показателем условной уязвимост и объекта является вероятность выполнения условия разрушения

q_g=P(xU >U'_9g),

т.е. условная вероятность разрушения объекта при условии, что опасное явление в районе его размещения произошло (численно равна доле объектов, получивших степень разрушения g).

Величину q_g вычисляют по заданным законам распределения действующей и критической нагрузок. Например, при распределении действующей и критической нагрузок по нормальному закону U 6 і?(ц, а²), U_Kpge <V(p_Kpg, a²Kpg)

а²+о²ря

где Ф( ) — функция нормального распределения. Точность определения д, зависит от точности определения вида и параметров распределений действующей и критической нагрузок.

Обратная величина r_g= 1 - q_g имеет смысл вероятности нераз-Рушения объекта. Рассматривают, например, вероятность пресечения противоправных действий в отношении объекта системой его физической защиты. При этом возможности подразделения охраны, подкрепленные инженерно-техническими средствами

охраны, сравниваются с возможностями потенциальных нарушителей.

С учетом условной вероятности разрушения безусіювная уязвимость произвольного объекта из числа находящихся на данной территории по отношению к /-му опасному явлению характеризуется частотой его разрушения (повреждения)

= ct„

или вероятностью хотя бы одного разрушения (повреждения) за интервал времени А/: (?,(Д/) = I - ехр(-Х*Д/), где А. — частота опасных явлений на данной территории.

Свойством, противоположным безусловной уязвимости, в военном деле является живучесть объектов, группировок войск, а в экономике — финансовая устойчивость организаций.

Если D|l/] » D|l/_Kp|, то разбросом предельной нагрузки можно пренебречь и считать ее детерминированной величиной, т.е. ІІ_кр = и_кр. Тогда q- P(U> u_kp). Зависимость вероятности поражения (разрушения) объектов со стойкостью, равной и_кр, от расстояния до очага возможного опасного явления (например, взрыва, землетрясения) q(r) = Р{ U(r) > и*,,), учитывающую разброс действующей нагрузки, называют координатным законом поражения. По заданному уровню вероятности q = 0,5 его можно аппроксимировать ступенчатым законом (см. рис. 5.5). В дальнейшем считается, что внутри этой зоны объекты со стойкостью и_кр поражаются достоверно (с q - I), а вне — не поражаются (q = 0). Если эта зона имеет форму окружности, то она характеризуется радиусом зоны поражения R,,. Тогда площадь зоны поражения 5„ = nRI — площадь зоны поражения объектов со стойкостью к поражающим факторам и^р.

Площадь 5¹,, или радиус /?„ зоны поражения являются функцией силы опасного явления. Можно, например, рассчитать площадь зоны поражения объектов со стойкостью и_кр взрывом с заданным тротиловым эквивалентом или землетрясением с заданной магнитудой.

7.4. Эффективность систем безопасности

Системы безопасности на объектах техносферы устанавливают, в частности, для того, чтобы воспрепятствовать развитию инициирующих событий (аварийных ситуаций) в аварию. При их несрабатывании (отказе) аварийные ситуации могут перерасти в аварии. Соответствующие аналогии можно провести и для других сфер. Рассматривают, например, эффективность систем физической защиты потенциально опасных (критически важных) объектов от противоправных действий. Система физической защиты включает организационные мероприятия, использование инженерно-технических средств защиты и действия подразделений охраны.

Процедура оценки эффективности систем безопасности состоит в оценке вероятности несрабатывания системы безопасности и является частью вероятностного анализа безопасности (ВАБ) объекта (см. подразд. 20.2). Цели ВАБ заключаются в следующем: выбор и оптимизация принципиальных организационных и технических решений по обеспечению безопасности; сравнительный анализ аварийных цепочек по выявлению слабых мест и определяющих безопасность событий; сравнительный анализ безопасности вариантов; сравнение при единых предпосылках с прототипами и аналогами; выявление принципиальной достижимости тре-бууемой безопасности; консервативная (для наихудшего случая) ценка риска при всех рассматриваемых исходных событиях.