Информационная технология визуализации взрывов и пожаров на производственных объектах

УДК 004.9

А.А. Рыженко1, Р.Ш. Хабибулин2

1 Институт информатики и математического моделирования Кольского НЦ РАН,

Кольский филиал ПетрГУ

2 Академия Государственной противопожарной службы МЧС России, г. Москва

ИНФОРМАЦИОННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ВИЗУАЛИЗАЦИИ ВЗРЫВОВ И ПОЖАРОВ НА ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ОБЪЕКТАХ

Аннотация

В работе приведены примеры моделей расчетов последствий взрывов и пожаров на объектах, выявлены недостатки и варианты их решений с использованием современных информационных технологий.

Ключевые слова:

модель, развитие пожара, трехмерная визуализация.

A.A. Ryzhenko, R.Sh. Khabibulin INFORMATION IMAGING EXPLOSION AND FIRE AT INDUSTRIAL SITES ENTERPRISES

Abstract

The paper presents examples of models calculations consequences of explosions and fires at sites identified gaps and their solutions, using modern information technologies.

Keywords:

model, the development of fire, three-dimensional visualization.

Введение

Не смотря на снижение количества пожаров и погибших при пожаре за последние годы, актуальными остаются вопросы предупреждения и прогнозирования возможных пожароопасных ситуаций на объектах различного назначения. Высокой опасностью отличаются производственные объекты, где при наличии сложных технологических процессов, хранении горючих веществ возможно возникновение ситуаций приводящих к пожарам и взрывам.

Как показывает практика на ликвидацию последствий аварий с пожарами и взрывами на производственных объектах в большинстве случаев требуются усилия и средства, значительно превышающие первоначально необходимые для осуществления профилактических мер.

Для анализа аварий и пожаров на объектах нефтепродуктообеспечения, относящихся к категории пожаровзрывоопасных (ПВО), собраны данные за последние 10 лет, систематизированы в разработанной специализированной базе данных [1]. Источники информации: статистические данные федеральной базы «Пожары», материалы описаний пожаров, опубликованные в печати статьи, записи специалистов.

Исходя из проведенного анализа статистики аварий и пожаров, происходящих на производственных объектах наблюдается снижение количества пожаров на производственных объектах за последние 5 лет (4-5% от общего количества пожаров), однако материальный ущерб в результате пожаров

и взрывов остается значительным и может составлять до 50% от суммарного ущерба от всех пожаров [2].

Целью проведения данного статистического исследования являлось изучение причин, особенностей развития и последствий аварий и пожаров. Ведение статистики аварий и инцидентов на промышленных объектах необходимо специалистам аналитикам для прогноза развития возможных ситуаций, что обусловлено непосредственным влиянием на прилегающую территорию, атмосферные и водные ресурсы. Глобальные картографические электронные ресурсы (Google Map, Yandex Map и другие) наглядно отображают, что большая часть предприятий России попадают в 10-15 км зону влияния на прилегающие жилую и зеленую зоны. Более того, небольшие промышленные объекты, такие как котельные, АЗС и им подобные, лежат в черте города или на ее границе. Такое расположение объектов требуют особого внимания в сфере анализа риска возникновения потенциальных аварий и их возможных последствий. Важным фактором в условиях современных требований к промышленным объектам, является учет дополнительных внешних параметров и характеристик, таких как, например: изменения климатических условий по сезонам, рельеф местности, влияние соседних промышленных объектов, возможная цепная реакция, использование естественных и искусственных преград и т.п.

Большинство современных методик оценки риска и расчета последствий аварий абстрагируются от многих показателей. Например, важная характеристика для формирования зон поражения является учет рельефа местности, т.е. значений третьей координаты в каждой точке (с некоторым допуском по расстоянию). Но, большинство методических указаний рассматривают сценарии со следующей условностью: наиболее худший

сценарий, с учетом шероховатости поверхности приближающейся к нулю. Другими словами, вокруг промышленного объекта степь и мелкий кустарник. Характерной особенностью многих областей РФ является холмистость, возвышенная местность, гладких ровных пустошей на территориях практически нет. С другой стороны, некоторые промышленные объекты специально расположены на возвышенностях по отношению к жилой зоне, что существенно сказывается на увеличении территории последствий аварий. Например, некоторые котельные устанавливают выше потребителей для того, чтобы сократить давление воды (уменьшить расходы). В дополнении, некоторые территории изрезаны системой естественных и искусственных водных ресурсов в виде ручьев, топей, небольших речушек, что существенно сказывается на масштабы территории влияния последствий аварий.

Одним из вариантов выхода из данной ситуации является использование информационных систем с поддержкой технологий 3D ГИС c возможностью обратной связи (рис. 2). Статистика показывает, что наиболее частая авария на промышленных ПВО объектах - разлив вещества с большой вероятностью последующего пожара. Типовой сценарий развития аварий можно представить в виде: внешний фактор воздействия на резервуар, частичная разгерметизация, гидродинамическая волна или растекание жидкости, затем пожар. Анализ в существующих методиках таких сценариев дает в результате только концентрические кольца с различным радиусом и вероятностью поражения (рис. 1).

Рис. 1. Технология взаимодействия классического типа 2,5В - прямая задача

В разрабатываемой системе, предлагается следующим этапом провести анализ поверхности прилегающей территории. На карты ГИС накладываются кольца зон поражения, запускается система детального анализа узлов сетки изолиний карт с допустимой детализацией. В каждом узле получаем координату высоты, степень риска поражения и коэффициент влияния.

Рис. 2. Технология 3В ГИС с обратной задачей - учет высот в каждой точке

Затем происходит анализ высот в виде логических цепочек, строится карта возможных зон поражения с учетом высот рельефа. Дополнительно анализируются возможные естественные и искусственные препятствия: лесные зоны, бетонные и деревянные заграждения, насыпные валы, искусственные рвы и т.д. В результате анализа системы специалист получает детальную картину воздействия последствий аварий на прилегающую территорию. Система позволяет сократить расходы на ненужные системы оповещения в зонах возвышенности или за преградами, оценить дополнительные источники распространения загрязняющих веществ, получить 3D изображение зон влияния на соседние объекты (рис. 2).

Тем не менее, необходимо учитывать рынок программных продуктов. Стоимость современных ГИС значительно может превысить ожидаемый эффект. Профессиональный пакет требует значительных вложений не только на первом этапе, но и для дальнейшего сопровождения. В связи с этим предлагается рассмотреть альтернативные варианты, с учетом итогового результата.

В настоящее время общая позиция государства по отношению к программному обеспечению все больше склоняется на использование бесплатных или условно бесплатных программных продуктов. Нарастающие требования к лицензированию и сопровождению программного обеспечения для юридических лиц все больше сказывается на организации. Если раньше допускалась незначительная халатность по отношению к установленному ПО, то сейчас проводят периодические проверки и штрафуют за использование пиратских и самовольно установленных программных продуктов.

Альтернативных крупноблочных вариантов на рынке ПО недостаточно, появляется все больше продуктов решающих незначительные профильные задачи. В последнее время широкое распространение получили предметноориентированные языки программирования, способные намного упростить процесс реализации конкретного приложения для определенного рабочего места (рис. 3).

Рис. 3. Пример 3D моделирования зданий и сооружений горнопромышленного комплекса с использованием графического пакета и предметно ориентированного языка программирования

Классические технологии построения 3D поверхности предлагают три варианта: равномерная сетка, изолинии и теневая маска. Классический ГИС использует первый вариант как основной. Но, некоторые коммерческие версии позволяют строить с использованием изолиний. Технология теневой маски используется только в современных графических ядрах и имеет массу преимуществ. Пример использования механизма представлен на рис. 4.

Рис. 4. Пример использования - 3D моделирование зданий и сооружений горнопромышленного комплекса

Заключение

Согласно современным требованиям и ПО, их реализующих, получаем следующую картину: для моделирования крупной организации со всеми возможными атрибутами конкурентов классическим ГИС технологиям не существует. С другой стороны, для решения однозадачных направлений лучше использовать современные графические ядра из категории условно бесплатного ПО в совокупности с предметно-ориентированным языком программирования.

ЛИТЕРАТУРА

1. Хабибулин, Р.Ш. База данных об аварийных ситуациях, пожарах и взрывах на объектах нефтепродуктообеспечения. Свидетельство о государственной регистрации базы данных № 2008620072 от 30.01.08. Роспатент, 2008 г.

2. Хабибулин, Р.Ш., Лепихов, В.О. Интернет-картографическая система поддержки принятия решений по управлению пожарным риском на производственных объектах / Р.Ш. Хабибулин, В.О. Лепихов // Системы безопасности - 2011: материалы двадцатой научно-техн. конф.- М.: Академия ГПС МЧС России, 2011. - С. 187-188.

Сведения об авторах

Рыженко Алексей Алексеевич - к.т.н., старший научный сотрудник,

е-mail: rvzhenko@iimm.kolasc.net.ru

Alexey A. Ryzhenko - Ph.D. (Tech. Sci.), senior researcher

Хабибулин Ренат Шамильевич - к.т.н., адъюнкт-профессор, е-mail: Kh-r@vandex.ru

Renat Sh. Khabibulin - Ph.D. (Tech. Sci.), associate professor