Проблема надежности и риска в строительстве

Расчеты строительных конструкций в настоящее время производят­ся, как известно, в детерминированном виде по методу предельных состояний первой и второй групп. Требуемая надежность объекта, т. е. его способность выполнять заданные функции в установленных преде­лах, обеспечивается при этом системой частных коэффициентов надеж­ности. Они вводятся в уравнения границ допустимых состояний конст­рукций к нормативным и расчетным характеристикам силовых воздей­ствий, несущей способности, деформаций или кдругим параметрам, которые устанавливаются нормами проектирования. Последние призва­ны отражать новейшие достижения теории и практики в области строительной механики, физики, инженерной геодинамики, грунтове­дения и других строительных наук.

Для обеспечения надежности используются, как правило, не менее шести основных коэффициентов: по нагрузкам, по сочетаниям нагру­зок, по материалам, по грунтам, по условиям работы и по назначению (ответственности) зданий и сооружений. При введении метода предель­ных состояний в практику проектирования в 1955 г., коэффициенты надежности назначались, в основном исходя из имеющегося инженер­ного опыта. При этом подразумевалось, что с накоплением стати­стических данных, особенно по негативным природным воздействиям и отказам, они будут постепенно пересматриваться. Но в дальнейшем этот процесс практически не получил развития даже в части система­тического анализа происшедших аварий и катастроф. Расчетные харак­теристики различных воздействий, свойств грунтов и материалов при проектировании до сих пор принимаются с различной обеспеченностью (обычно в пределах от 5 до 0,01%), исходя в основном из "здравого смысла". Последующая корректировка установленных таким образом характеристик природной среды и материалов но коэффициентам на­дежности сводит практически на нет весь труд по их установлению в процессе часто нелегких инженерных изысканий и исследований.

Существующая практика нормирования исходит, по сути, из при­знания несовершенства наших знаний и неизбежности ошибок на всех стадиях строительного цикла. Такое изначальное недоверие и снятие части ответственности с изыскателей, проектировщиков и строителей на практике отнюдь не идет на пользу дела и нередко дает обратный эффект.

Один из наиболее существенных недостатков действующих норм и правил расчета связан с невозможностью оценки надежности строитель­ных конструкций каким-то единым показателем. В итоге, здания и сооружения одинакового назначения, находящиеся в аналогичных при­родных условиях, имеют, как правило, различную надежность.

Это, в свою очередь, приводит к невозможности объективно сравнивать варианты проектных решений и автоматически сказывается на их полноте, качестве и стоимости реализации. Между тем универсальный показатель надежности давно предложен, но очень редко используется на практике из-за отсутствия должного научного обоснования и норматив­ной базы. Им является вероятность безотказной работы здания или сооружения в течение заданного срока службы:

P(S) = 1 – P(F), (3.13)

где P(F) – вероятность отказа.

Вероятность отказа, установленная для определенного промежутка времени, представляет собой одну из возможных и важнейших харак­теристик ожидаемых потерь. Для их обозначения в научно-технической литературе все чаще используется термин "риск". Такая форма выра­жения результатов оценки риска широко применяется при анализе безопасности различных технических систем и опасных производств в атомной энергетике, химической, авиационно-космической и нефтедо­бывающей промышленности, реже — в строительстве.

Любые отказы-потери являются следствием деструктивных процес­сов, периодически или постоянно воздействующих на объект и предст­авляющих для него внутреннюю или внешнюю опасность. Под отказом здесь понимаются любые негативные для населения, объектов хозяйства и окружающей среды последствия, связанные с нарушениями их нор­мального функционирования. С учетом этого замечания риск негатив­ного события (отказа), обусловленного опасностью (Н) определенной интенсивности, может быть представлен в самом общем виде как

R₀(H) = P(F)= Р(Н) × P(F|H), (3.14)

где P(H) – вероятность (повторяемость) опасности, Р(F|H) – веро­ятность отказа объекта при воздействии этой опасности.

Данное выражение имеет важное методологическое значение для понимания различий и отношений между опасностью и риском, а также сути этих понятий, о чем пойдет речь ниже.

3.7.1. Особенности определения риска строительных техноприродных объектов

Все искусственные здания и сооружения, возведенные в различных природных условиях, и рассчитанные на воздействие многих природных и обусловленных деятельностью человека техноприродных процессов (ОПТП).

Применительно к ОПТП понятия "опасность" и "риск" относятся соответственно к возможным воздействиям, непосредственно не завися­щим от объекта, и к его реакции на эти воздействия (уязвимости) Графически рассматриваемое соотношение представлено на рис. 3.9.

Риск Р(Н) × P(F|H)

Опасность Р(Н)

Из рисунка видно, что риск возникает только в области пересечения опасности с объектом и не существует без них. Отсюда вытекают наиболее общие определения обсуждаемых понятий. Опасность – это процесс, свойство или состояние природы, общества или техники, представляющие угрозу для жизни или благосостояния людей, объектов хозяйства или окружающей среды. Риск – вероятностная мера опас­ности, установленная для определенного объекта (субъекта) в виде возможных потерь за определенное время.

Объект (уязвимость) P(F|H)

К опасным природным процессам от­носятся любые изменения состояния по­родных, водных, воздушных или сме­шанных образований неживой природы, обусловленные естественными земными или космическими причинами, которые, могут привести к негативным для чело­века, объектов хозяйства и окружающей среды (живой природы)

последствиям. Примерами таких опасностей являют-

ся землетрясения, оползни, наводнения, ураганы, засухи, пожары, изменения климата и многие другие геологические и гидрометеорологические процессы ло­кального, регионального и глобального характера, нередко приводящие к гибели людей, разрушениям зданий и сооруже­ний, уменьшению биоразнообразия, по­тере земельных, топливно-энергетиче­ских, лесных и других ресурсов.

Опасные техноприродные процессы представляют собой подобные описан­ным выше изменения неживой природы, которые вызываются человеческой деятельностью. Они, как правило, характеризуются большей интенсивностью и ущербоносносгью, чем их природные аналоги. Такой характер имеют процессы подтопления застроенных территорий, переработки берегов водохранилищ, техногенные оползни, сели, просадки лессовых грунтов.

Физическая суть природной опасности, проявляющей как свойст­во, состоит в способности отдельных образований неживой природы к относительно быстрым качественным изменениям состояния в виде описанных выше опасных процессов. Рассматриваемыми свойствами обладают, например, массивы просадочных лессовых, карстующихся, многолетнемерзлых и других сенсорных грунтов, чаще всего теряющих устойчивость при техногенных воздействиях. Опасное свойство подтопляемости характерно для территорий, сложенных слабофильтрующими отложениями. Повышенная деформируемость свойственна бортам карь­еров, откосам и выемкам дорог, сложенным глинистыми породами разной степени литификации. Указанные и некоторые другие особен­ности опасности - свойства, наиболее активно проявляющиеся при техногенных вмешательствах в природу, требуют разработки специаль­ных методов изучения, прогнозирования и оценки в показателях риска.

Опасное природное состояние определяет совокупность частично реализованных свойств и действующих процессов, которые уже наносят или при малейшем толчке, выводящем систему из равновесия, начнут наносить ущерб. Примерами такого состояния являются, с одной сто­роны, многие процессы в стадии открытого развития (движущийся оползень, ледник, извергающийся вулкан и т.д.), а с другой – неустойчивые массивы горных пород на склонах, большие массы тающего снега и т.п. Опасность возникновения и реализации подобных состояний также должна отражаться в методах оценки риска.