Управление безопасностью и живучестью объектов инфраструктуры железнодорожного транспорта на основе индикаторного подхода

Эффективное функционирование железнодорожного транспорта Российской Федерации играет исключительную роль в создании условий для модернизации, перехода на инновационный путь развития и устойчивого роста национальной экономики, обеспечивает необходимые условия для обеспечения лидерства России в мировой экономической системе.

От состояния, безопасности и качества работы железнодорожного транспорта зависят не только перспективы дальнейшего социально – экономического развития, но также возможности государства эффективно выполнять такие важнейшие функции, как защита национального суверенитета и безопасности страны, обеспечение потребности граждан в перевозках, создание условий для выравнивания уровня развития регионов.

Производственно – технологический комплекс железнодорожного транспорта, обеспечивающий непрерывность и безопасность перевозочного процесса, представляет собой сложную многоотраслевую и многопрофильную инфраструктуру. Данная инфраструктура включает путь и путевое хозяйство; сооружения для посадки, высадки и обслуживания пассажиров; производственно - технические комплексы для погрузки, выгрузки, обработки и хранения грузов; системы сигнализации, централизации и блокировки; информационные комплексы для обеспечения безопасности движения поездов; системы и средства управления производственными процессами; устройства энергоснабжения (тяговые подстанции, контактные сети и т.д.); специализированные предприятия, службы и сооружения для экипировки и ремонта локомотивов и вагонов; комплексы иных производственных, ремонтных и обеспечивающих предприятий различного назначения и т.д.

Под безопасностью инфраструктуры железнодорожного транспорта понимается такое ее состояние, при котором отсутствует недопустимый риск, связанный с причинением вреда жизни или здоровью граждан, имуществу физических или юридических лиц, государственному или муниципальному имуществу, а также окружающей среде, жизни или здоровью животных и растений ^[1,2].

Анализ показывает, что с каждым годом повышается уровень сложности технических систем, в том числе являющихся элементами инфраструктуры железнодорожного транспорта. При этом происходит одновременное увеличение числа задействованных элементов в системе (размерностная сложность), рост разнообразия структур взаимодействия элементов (структурная сложность) и повышение разнообразия этого взаимодействия (функциональная сложность). Значительный рост сложности систем неизбежно приводит к увеличению количества и разнообразия природы рисков различного типа, сопутствующих производству, наладке, техническому обслуживанию и эксплуатации этих систем ^[3,4]. В зависимости от конкретной системы и ситуации проявление этих рисков может быть различным. При этом риск может заключаться в возможности нарушения нормального функционирования или выхода из строя отдельного узла или всей системы в целом.

Обширный опыт эксплуатации сложных технических систем (СТС) различного класса и назначения показывает, что, как правило, возникновению внезапных чрезвычайных ситуаций (ВЧС) предшествует фаза накопления каких-либо дефектов в технологическом оборудовании или отклонений в протекании того или иного технологического процесса ^[5]. Длительность данной фазы может очень существенно различаться (от минут до суток). При этом на первом этапе сами по себе дефекты или отклонения не представляют непосредственной угрозы возникновения ВЧС. Происходящие на практике процессы накопления подобных отклонений от нормы связаны, как правило, либо с ненаблюдаемостью работы элементов и подсистем СТС из-за отсутствия эффективных средств мониторинга и диагностики, либо, что бывает гораздо чаще, с тем, что персонал привыкает к такого рода отклонениям, поскольку они далеко не всегда приводят к авариям. На следующей фазе происходит внезапное так называемое инициирующее событие, которое приводит к лавинообразному развитию неблагоприятных процессов и возникновению ВЧС, последствия которой существенно усугубляются отсутствием организационно – технических механизмов противодействия, а также недостатком времени и ресурсов для его эффективного осуществления. Очевидно, что возникающая на третьей фазе как результат быстрого развития событий авария или чрезвычайная ситуация в абсолютном большинстве случаев была бы невозможной без накопления ошибок на первой стадии.

Именно поэтому в процессе эксплуатации СТС очень важно иметь точную информацию о текущем состоянии системы и ее отдельных узлов, а также сценарный прогноз развития ситуации на определенные будущие периоды времени ^[6]. Данная информация крайне необходима для своевременного диагностирования текущих и будущих вероятных отклонений состояния системы от нормального, а также для принятия решений по исправлению этих отклонений.

Для решения данной задачи и предназначен изложенный в настоящей работе индикаторный подход, включающий комплекс моделей и технологий анализа процессов воздействия угроз и распространения возмущений различной природы в сложных технических системах; методов структурной декомпозиции, позволяющих снизить структурную сложность модели и уменьшить число рассматриваемых элементов и связей между ними без потери уровня информированности оператора (диспетчера), а также методов решения многокритериальных задач оптимального размещения индикаторов в структуре СТС по критериям полноты, точности и своевременности обнаружения отказов различного типа.

Как и любая транспортная система, железнодорожный транспорт представляет потенциальную опасность для человека. Основными особенностями железнодорожного транспорта являются:

• концентрация большого количества пассажиров в пригородных и поездах дальнего следования;
• высокие скорости перевозок пассажиров и грузов на магистральных линиях;
• уязвимость для проведения террористических актов на путях, подвижном составе, пассажирских и грузовых станциях;
• большие объемы перевозок и высокая концентрация опасных грузов на узловых станциях (воспламеняющиеся газы, горючие жидкости, токсичные и высокотоксичные вещества, окисляющие вещества, взрывчатые вещества, радиоактивные вещества, боеприпасы и вооружение и т.п.);
• наличие большого количества пересечений с автомобильными дорогами в одном уровне;
• огромная протяженность магистральных линий, удаленность значительной их части от населенных пунктов и автодорог.

Перечисленные особенности вызывают особую тяжесть последствий аварий, катастроф и стихийных бедствий на железнодорожном транспорте, которая обусловлена слабой предсказуемостью мест их возникновения, комплексным характером последствий и наличием вторичных факторов риска, затрудненностью и большим временем доступа сил и средств ликвидации последствий к очагу чрезвычайной ситуации ^[7-9].

В настоящее время в условиях увеличивающейся интенсивности различного рода угроз и резкого изменения экономического механизма функционирования объектов инфраструктуры железных дорог и всей транспортной системы в целом, особую актуальность приобретает разработкаконцептуальных и методологическихоснов анализа и повышения эффективности систем обеспечения безопасного функционирования железнодорожного транспорта.

По уровню рисков, технической сложности, потенциальной опасности и функциональной значимости объекты инфраструктуры железнодорожного транспорта условно можно подразделить на объекты технического регулирования, опасные производственные объекты и критически важные объекты ^[10]. При анализе рисков для каждой категории объектов предлагается исходить из трехкомпонентной системы их взаимодействия с факторами внешней среды:

1. взаимодействие с человеком (социальный фактор);
2. взаимодействие с производственным процессом (техногенный фактор);
3. взаимодействие с окружающей средой (природный фактор).

В утвержденной Правительством РФ Стратегии развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 года ^[11] выделены основные группы рисков его функционирования: операционные, макроэкономические, техногенные, социальные, природно - климатические и ряд других. Данные риски определяют, в свою очередь, совокупность угроз и структурных уязвимостей объектов инфраструктуры железнодорожного транспорта (ОИЖТ).

Совокупность объектов железнодорожного транспорта, характеристики которых существенно влияют на интегральный уровень безопасности функционирования железных дорог включает: формы собственности и характеристики системы управления, железнодорожные пути общего и других видов пользования, железнодорожные станции, устройства электроснабжения, сети связи, системы сигнализации, централизации и блокировки (СЦБ), информационные комплексы и системы управления движением, железнодорожный подвижной состав, а также технологические процессы, формирующие перевозочный процесс.

Существенным для данной системы являются отношения подчиненности, так как именно они определяют направление, последовательность и приоритеты разработки технических регламентов функционирования ее элементов, а также используемые модели и методы обеспечения их безопасности. Поэтому, чтобы обеспечить заданный уровень безопасности для ОИЖТ более высокого уровня, необходимо обеспечить соответствующие значения параметров безопасности составляющих его объектов и их функциональных взаимосвязей.

В соответствии с действующими техническими регламентами уровень безопасности объектов железнодорожного транспорта определяется подтвержденными значениями показателей безопасности функциональных подсистем и процесса перевозки, а последние – соответствующими параметрами безопасности составляющих их элементов.

Эксплуатационная безопасность железнодорожного транспорта определяется как состояние защищенности жизни и здоровья людей, жизненно важных интересов общества и государства от опасностей и угроз, возникающих в процессе функционирования железных дорог. В соответствии с этим безопасное функционирование такой сложной технико - технологической системы, как железнодорожный транспорт, определяется качеством (степенью) их парирования, которое со стороны государства обеспечивается созданием нормативно - правовых регуляторов, организационных механизмов, моделей и методов обеспечения безопасности функционирования железных дорог. Таким образом, чтобы эффективно управлять процессом обеспечения эксплуатационной безопасности железнодорожного транспорта, необходимо точно и однозначно установить те процессы и объекты управления (включая их характеристики), которые являются потенциальными источниками опасностей и угроз, и затем обеспечить эффективное управление ими с целью осуществления в необходимых объемах и с достаточным уровнем безопасности перевозок грузов и пассажиров.

Проведенный анализ нормативно – правового обеспечения процессов управления эксплуатационной безопасностью объектов железнодорожного транспорта показал, что в настоящее время одним из основных его недостатков является отсутствие рекомендаций по разработке моделей и методов анализа процессов возникновения чрезвычайных, нештатных и аварийных ситуаций на ОИЖТ, а также по выбору способов снижения тяжести отрицательных последствий их возникновения и обеспечения необходимых уровней отказоустойчивости, живучести и общей безопасности функционирования ОИЖТ.

Анализ ключевых факторов риска, несущих в себе различного рода угрозы безопасности ОИЖТ, позволил их сгруппировать в иерархический ряд поколений (фактор каждого верхнего уровня является порождающим для ряда факторов следующего). Онтология групп рисков функционирования ОИЖТ представлены на рис. 1 ^[12].

Рис. 1. Группировка факторов безопасности ОИЖТ.

(ОИЖТ – объекты инфраструктуры железнодорожного транспорта, НШС - нештатная ситуация, ВЧС - внезапная чрезвычайная ситуация).

Не ставя своей целью разработку полной и всеобъемлющей классификации конкретных угроз безопасности железнодорожного транспорта, ограничимся перечислением лишь наиболее типичных из них, реализация которых приводит к сходам подвижного состава, крушению поездов, железнодорожным авариямилика