Тема: Проектирование гарнизонов пожарной охраны на основе технологий имитационного моделирования (на примере Самарского пожарно-спасательного гарнизона)

Актуальность темы продиктована необходимостью качественного скачка в использовании технологии имитационного моделирования в России для анализа и оценки риска в сфере промышленной безопасности, которая обусловлена недостаточной эффективностью управления ПБ. Применение имитационного моделирования позволяет воспроизводить различные ситуации и получать результаты без промежуточных расчетов в кротчайшие сроки.
Развитие городских поселений требует решения большого числа задач по удовлетворению потребностей граждан для создания комфортных условий проживания и профессиональной деятельности, но самое важное направление среди них занимает обеспечение безопасности людей. В данной категории объединены жизнестойкость, жизнеспособность любых объектов производства, военных объектов, социальных, здоровья нации.
Практически каждый день в городах происходят различные аварийные ситуации: транспортные происшествия на дорогах, пожары и др. Они несут людям массу переживаний, доставляют негативные последствия. Одной из самых значительных угроз в современном городе и на производстве следует назвать пожарную опасность, которая может принести колоссальные материальные и людские потери.
Прежде чем принимать решения необходимо предварительно оценить окончательные результаты с помощью имитационного моделирования, цель которого создание моделей рассматриваемых систем и проведение экспериментов с этими моделями.
Под созданием имитационной модели объекта (процесса) следует понимать деятельность по построению компьютерной модели физического объекта (процесса) и её исследование в целях прогноза эффективности при реальной эксплуатации. Имитационное моделирование используется для того, чтобы помочь проектировщикам и инженерам понять, может ли деталь выйти из строя, при каких условиях и каким образом, и какие нагрузки сможет выдержать.
Объект исследования: Самарский пожарно-спасательный гарнизон.
Предмет исследования: закономерности процесса функционирования Самарского пожарно-спасательного гарнизона г.о. Самара.
Цель исследования: повышение эффективности организационного проектирования Самарского пожарно-спасательного гарнизона г.о. Самара с использованием технологий имитационного моделирования.
Гипотеза исследования состоит в том, что деятельность Самарского пожарно-спасательного гарнизона будет более эффективной, если:
• проведен анализ существующих методов имитационного моделирования.
• сделан выбор в сторону самой оптимальной и проведена оценка адекватности ее применения на рассматриваемом объекте.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
• изучить проблемы обеспечения пожарной безопасности и применение методов имитационного моделирования при проектировании гарнизонов пожарной охраны.
• провести анализ основных пожарных рисков в Самарской области.
• осуществить моделирование деятельности Самарского пожарно­спасательного гарнизона.
Теоретико-методологическую основу исследования составили: научные публикации, учебники, учебные пособия по теме исследования.
Методы исследования: методы системного анализа, теории управления и имитационного моделирования.
Опытно-экспериментальная база исследования основана на базе Самарского пожарно-спасательного гарнизона.
Научная новизна исследования заключается в:
• разработке действий по определенному алгоритму, который дает возможность систематизировать компоненты оперативной обстановки с пожарами и их динамики на территории Самарской области.
• разработке моделирующего алгоритма для имитационной модели процесса функционирования Самарского пожарно-спасательного гарнизона, на территории г.о. Самара.
Теоретическая значимость исследования заключается в том, что предлагаемая имитационная модель позволяет воспроизводить весь процесс функционирования Самарского пожарно-спасательного гарнизона с момента вызова до возвращения на место дислокации.
Практическая значимость исследования заключается в том, что произведена модернизация имитационной модели процесса функционирования Самарского пожарно-спасательного гарнизона в рамках г.о. Самара.
Достоверность и обоснованность результатов исследования достигнута за счет использования официальных статистических данных, проверки адекватности имитационной модели.
Личное участие автора в организации и проведении исследования состоит в участии организации проведения натурных наблюдений и экспериментов средств по обеспечению эффективности пожарной безопасности.
Апробация и внедрение результатов работы велись в течение всего исследования. Его результаты докладывались на следующих конференциях:
Участие в международной научной конференции технико-научного журнала «Точная наука», выступление на тему: Теоретические основы методов имитационного моделирования.
На защиту выносятся:
• модель и алгоритм процесса функционирования пожарно­спасательных подразделений исследуемого объекта в рамках общей модели функционирования поисково-спасательных групп города.
• алгоритм оценки возможностей поисково-спасательных групп по оперативному реагированию на крупные пожары и ЧС на основе технологий имитационного моделирования. При сравнении реальных распределений с распределениями, полученными в результате моделирования, было установлено, что расхождение по времени занятости на месте вызова составляет не более от 4 до 67 %. Сравнение реальных данных с результатами моделирования подтвердило адекватность предложенных моделей. Таким образом, можно сделать вывод об их достаточно хорошей сходимости и возможности их использования для дальнейшего исследования.
Работоспособность имитационной модели обеспечивается количеством и качеством исходных данных.
Структура магистерской диссертации. Работа состоит из введения, трех разделов, заключения, содержит 25 рисунков, 10 таблиц, список используемой литературы (43 источника). Основной текст работы изложен на 73 страницах.
Купить

Актуальность темы продиктована необходимостью качественного скачка в использовании технологии имитационного моделирования в России для анализа и оценки риска в сфере промышленной безопасности, которая обусловлена недостаточной эффективностью управления ПБ. Применение имитационного моделирования позволяет воспроизводить различные ситуации и получать результаты без промежуточных расчетов в кротчайшие сроки.
Прежде чем принимать решения необходимо предварительно оценить окончательные результаты с помощью имитационного моделирования, цель которого создание моделей рассматриваемых систем и проведение экспериментов с этими моделями.
Было установлено, что использование имитационной модели для оценки частоты реализации сценариев аварий на ОПО является оптимальным решением. Имитационная модель включает в себя различные аспекты изучаемой предметной области: временной, логический и пространственный, в отличие от традиционных моделей, в которых, зачастую, присутствует только один.
Итак, по результатам выполнения первого раздела исследования «Проблемы обеспечения пожарной безопасности и применение методов имитационного моделирования при проектировании гарнизонов пожарной охраны», можно сделать вывод о том, что для выполнения цели исследования необходимо провести исследование проблемы обеспечения пожарной безопасности и применение методов имитационного моделирования при проектировании гарнизонов пожарной охраны, проанализировать основные пожарные риски в г.о. Самара, смоделировать деятельность Самарского пожарно-спасательного гарнизона.
Под созданием имитационной модели объекта (процесса) следует понимать деятельность по построению компьютерной модели физического объекта (процесса) и её исследование в целях прогноза эффективности при реальной эксплуатации.
Имитационное моделирование используется для того, чтобы помочь проектировщикам и инженерам понять, может ли деталь выйти из строя, при каких условиях и каким образом, и какие нагрузки сможет выдержать.
В первом разделе также дана общая характеристика г.о. Самара и Самарской области.
Городской округ Самара расположен на левом берегу Волги (Саратовское водохранилище) напротив Самарской Луки, в среднем её течении при впадении в Волгу р. Самара, между устьями рек Самара и Сок. Отдалённость городского округа Самара от Москвы составляет 1098 км к востоку. Крупный транспортный узел железнодорожных линий и автомобильных дорог. Второй по числу жителей город на Волге (после Нижнего Новгорода).
«Самарская область расположена в юго-восточной части европейской территории России, в среднем течении крупнейшей в Европе реки Волги, и занимает площадь 53,6 тыс. кв. км, что составляет 0,31% территории России. На севере она граничит с Республикой Татарстан, на юге - с Саратовской областью, на востоке - с Оренбургской областью, на северо-западе - с Ульяновской областью. Губерния протянулась с севера на юг на 335 км и с запада на восток на 315 км» [38].
Изучен состав местных пожарно-спасательных гарнизонов. Охарактеризована оперативная обстановка с пожарами в Самарской области. Несмотря на рост общего количества пожаров (+8169) и количества возгораний (+4322), мы можем наблюдать такую положительную тенденцию как снижение количества гибели людей на пожарах (-11 человек), и примерно стабильную обстановку с травмами (+2 человека).
Анализируя данные, полученные в ходе исследования по второму разделу, можно сказать, что данные по основным пожарным рискам в г. Самара за период с 2010 г. по 2020 год включительно имеют следующие значения: величина Ri изменяется от значения 0,8 до 1,22 пожаров, приходящихся на тысячу жителей, максимальное значение 1,36 приходится на 2020 год; значение риска R2 возросло к 2015 году до значения 9,8 погибших в ста пожарах, но к 2020 году наметилось снижение числа жертв; значение риска R3 меняется незначительно в пределах от 2,09 до 5,78 погибших на 100 тыс. жителей за годовой период.
Также в разделе приведена и исследована динамика по основным пожарным рискам в семи городах мира за 2020 год. За 2020 год в выбранных городах на каждую тысячу жителей регистрировалось 1,7 пожара, в каждой сотне пожаров насчитывалось 1,4 жертв со смертельным исходом, на каждые 100000 жителей пришлось 1,7 человек погибших. Сравнивая данные, следует отметить высокий уровень гибели граждан на пожарах, произошедших в г. Самара.
Во втором разделе изучена деятельность Самарского пожарно­спасательного гарнизона. Можно отметить, что большая часть вызовов по тревоге, а это 60,2%, принадлежит объектам жилых строений. Объясняется это тем, что в данном секторе пожаробезопасность имеет не высокий уровень. На средние и малые пожары, на тушение которых следовали 1-3 единицы специальных пожарных машин составляли 84,2% от всех вызовов; крупные пожары, на тушение которых следовали пять и больше единиц спецтехники составляли 15,8%.
Анализ общего числа чрезвычайных пожарных ситуаций, произошедших на рассматриваемом объекте, показал, что: в 57,7% случаев применялся один ствол емкости автоцистерны; в 17,6% случаев задействовались емкости более чем одной автоцистерны; в 12,5% случаев производилась установка автоцистерн на источники воды; в 12,2% - стволы не подавались.
Анализируя процессы эвакуации, можно сказать, что в 80% ситуаций люди эвакуировались самостоятельно, покидая опасную территорию; в 12,7% случаев эвакуировали потерпевших с применением носилок; в 2,7% случаев задействовали различные подъемные механизмы.
Исходя из проанализированной информации можно сделать предположение о том, что в будущем количество вызовов должно увеличиться, что обязательно скажется на увеличении объема работы пожарных подразделений.
Следующим этапов во втором разделе проведен анализ времени занятости при выездах Самарского пожарно-спасательного гарнизона. Представлены статистические данных за 2020 год о времени занятости ПСП по выездам на ДС, в 91 % случаев ПСП ликвидировали ДС до 1 часа.
По результатам расчетов теоретического и эмпирического распределений можно сделать вывод: соответствие между теоретическим и эмпирическим значениями распределения времени занятости сотрудников пожарного подразделения на процесс ликвидации, носящего случайный характер, имеет удовлетворительное состояние. Полученные результаты позволяют применять распределение Эрланга в данной работе в качестве модельного распределения времени занятости ПСП [13].
В третьем разделе, по итогам анализа известных технических решений, были выделены следующие патенты в области имитационного моделирования:
Патент 189083. Имитационная система средств пожарной сигнализации, которая позволяет расширить функциональные возможности предыдущих моделей.
Патент 2207631. Имитационная система охранно-пожарной сигнализации, которая «обеспечивает возможность работы с каналообразующей аппаратурой любых современных электронных цифровых АТС, соединенных между собой волоконно-оптическими каналами связи, расширение зоны охраны объектов каждым пультом централизованного наблюдения (ПЦН) в зоне действия АТС, а также обеспечение возможности организации любой структуры глобальной сети связи в комплекте аппаратуры АТС системы охранно- пожарной сигнализации между локальными сетями связи» [27].
Патент 2419148. Имитационная система распознавания пожаров на поверхности земли, которая позволяет «повысить достоверность распознавания пожаров.
В третьем разделе исследования дано общее описание имитационной системы. КИС (компьютерная имитационная система) - это имитационная модель для сложных процессов, состоящая из ряда простых моделей, описывающих определенный самостоятельный участок процесса.
Проведена адаптация имитационной системы для Самарского пожарно­спасательного гарнизона. КИС КОСМАС в целях исследований своевременности прибытия ПСГ к месту, на котором может возникнуть крупный пожар или аварийная чрезвычайная ситуация в пределах городского поселения подверглась модернизации (2016 г.), затем адаптировалась под условия г. Самара.
На последнем этапе исследования проведена проверка адекватности имитационной системы. Работоспособность имитационной модели обеспечивается количеством и качеством исходных данных. Программой модели имитирована последовательность действий со времени получения тревожного вызова с некоего объекта ЧС до возврата сотрудников и техники подразделений на места своих расположений после ликвидации ЧС.
Программой модели имитирована последовательность действий со времени получения тревожного вызова с некоего объекта ЧС до возврата сотрудников и техники подразделений на места своих расположений после ликвидации ЧС.
Как только поступило сообщение в оперативную службу пожаротушения, моделируется системой процесс диспетчеризации; полученные сведения идентифицируются; далее система моделирует процесс сбора и выезда к месту ЧС сил и средств в достаточном объеме по полученному сообщению. Поскольку диспетчерские пульты в г. Самара работают с современными программными продуктами, обеспечивающими в автоматическом режиме сбор и выезд достаточных сил и средств по поступившему вызову, диспетчеризация занимает в реальном времени около минуты.
По окончании всех надлежащих работ на вызове оперативные подразделения прибывают на свои месторасположения и вновь находятся в готовности выехать на следующий вызов. С помощью КИС можно смоделировать не только процесс обслуживания тревожного вызова, но и процессы выездов ПСП с целью патрулирования и осмотра района объекта. Для этого вводятся исходные данные по дозорам и патрулированию. При проведении дозора или патрулирования может поступить вызов, в этом случае подразделение, проводящее дозор или патрулирование, направляется на место вызова, а по окончании его обслуживания вернется и будет продолжать прерванный дозор или патрулирование.
Купить