ВЫБОР ОПТИМАЛЬНЫХ МЕРОПРИЯТИЙ ПО ПОВЫШЕНИЮ БЕЗОПАСНОСТИ ГТС С УЧЕТОМ РИСКА АВАРИЙ И ЭКОНОМИЧЕСКОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ

Аксенов Станислав Григорьевич – ЗАО «Научно-технологический и проектный
экспертный центр «Помтехэкстперт», г.Белгород,
доктор технических наук, профессор

Стефанишин Д.В. – ЗАО «Научно-технологический и проектный
экспертный центр «Помтехэкстперт», г.Белгород,
доктор технических наук

Финагенов О.М. – ЗАО «Научно-технологический и проектный
экспертный центр «Промтехэкстперт», г.Белгород,
доктор технических наук

Хомов Александр Николаевич – Инженер ЗАО «Научно-технологический
и проектный экспертный центр «Помтехэкстперт», г.Белгород

 

---

Существующая проблема эффективного вложения финансовых средств в превентивные мероприятия для предотвращения ущерба, связанного с разрушением гидротехнических сооружений, может быть решена при принятии оптимальных решений о проведении мероприятий по обеспечению безопасности ГТС, рациональных с точки зрения эффективности и надежности на основе теории риска, включая экономическую составляющую.

Принимать решения о выполнении необходимых мероприятий на ГТС обязательно на начальном этапе, изучив всю имеющуюся информацию о гидросооружении, другими словами, имея его комплексную оценку.

Принимать обоснованные экономические решения поможет методика принятия решений о проведении мероприятий по обеспечению безопасности ГТС, рациональных с точки зрения эффективности и надежности, разработанная ОАО «ГИДРОУЗЕЛ» в рамках проведения научно-исследовательские работы в области водных ресурсов для федеральных государственных нужд по теме НИР-15: «Разработка системы мониторинга и прогнозирования типовых и редко повторяющихся сценариев развития аварийных и катастрофических явлений на гидротехнических сооружениях».

Под принятием решения далее будет пониматься формализованная определенным образом процедура выбора решения или алгоритм осуществления выбора из множества альтернатив (вариантов решений), осуществляемая лицом, принимающим решение. Под альтернативой понимается как вариант решения, так и результат его реализации.

В основу методики принятия решений о проведении мероприятий по обеспечению безопасности ГТС положен принцип разумно достижимых низких уровней риска, рекомендуемый к использованию Международной комиссией по большим плотинам. Согласно этому принципу, уменьшение риска следует увязывать с экономическими возможностями.

Такой подход позволяет при принятии решений о проведении мероприятий по обеспечению безопасности гидросооружений целенаправленно реализовывать концепции пригодности, оптимизации и адаптивности.

В соответствии с концепцией пригодности сравниваемые варианты мероприятий по повышению безопасности гидросооружения (альтернативы) должны быть экономически выгодными для инвестирования, таким образом, чтобы понесенные дополнительные затраты на мероприятия по безопасности компенсировались снижением вероятных потерь (рисков ущербов) в результате гипотетической аварии, т.е. чтобы для каждой из i-х альтернатив проведения мероприятий по обеспечению безопасности гидросооружения соблюдалось условие:

В соответствии с концепцией оптимизации в качестве оптимального (лучшего, приемлемого) варианта обеспечения безопасности гидросооружения, рационального с точки зрения эффективности вложений, может выбираться альтернатива, обеспечивающая на интервале времени tÎ{1;Т} максимум функционала:

Суть концепции адаптивности состоит в поиске варианта системы безопасности, наилучшим образом учитывающего различные факторы риска в сравнении с другими возможными вариантами.

Следует заметить, что не только вероятные потери, но и затраты при инвестировании представляют собой фактор риска.

Концепция адаптивности, по своей сути, направлена не столько на выбор оптимального решения, сколько на поиск «лучшего» решения путем последовательного сопоставления в соответствии с установленным алгоритмом, всех рассматриваемых альтернатив по риску обеспечивающему баланс между дополнительными затратами как рисками, так и дополнительными выгодами как рисками упущенных возможностей.

Вероятные потери l (риск ущербов) в результате аварии на гидросооружении определяются в виде произведения безусловной вероятности p аварии на гидросооружении на величину вызванного этой аварией ущерба Y: l = p×Y.

Вариант мероприятий по обеспечению безопасности на гидросооружении считается эффективным, если в результате его реализации вероятные потери l снижаются. Допускается снижение риска ущербов (вероятных потерь) за счет уменьшения вероятности аварии p на гидросооружении, снижения величины ущерба Y в результате аварии, одновременного уменьшения величин p и Y.

Альтернативы a_i, a_j считаются допустимыми и сравниваемыми между собой, если для каждой из них выполняются условия:

Полным риском i-й альтернативы по сравнению с j-й альтернативой является величина r_i,j, представленная суммой дополнительной стоимости Dc_i (суммарных дополнительных затрат) этой альтернативы и упущенной выгоды, определенной величиной снижения вероятных потерь (риска ущербов) Dl_j в результате гипотетической аварии на гидросооружении при i-м варианте проведения мероприятий по обеспечению его безопасности по сравнению с исходным (базовым, «нулевым») вариантом:

r_i,j = Dc_i + Dl_j.

Соответственно, полным риском j-й альтернативы по сравнению с i-й альтернативой является величина r_j,i = Dc_j + Dl_i.

Здесь компоненты Dc_i, Dc_j считаются собственными рисками, а компоненты Dl_j, Dl_i – рисками упущенных возможностей i-й и j-й альтернатив, соответственно.

Под собственным (или же системным) риском альтернативы понимается функция проигрыша, формируемая затратами на ее реализацию, ущербами, потерями, штрафами, связанными с ее реализацией, независимо от любой другой альтернативы.

Под риском упущенных возможностей (несистемным риском) i-й альтернативы при ее сравнении с j-й альтернативой понимается функция выигрыша (выгоды, дохода, приобретения) j-й альтернативы.

Для исходного (базового) варианта, при котором не предусматривается дополнительное финансирование мероприятий по безопасности, т.е. Dc₀ = 0, полный риск в сопоставлении с любым другим (i-м) вариантом определяется величиной снижения вероятных годовых потерь (годового риска ущербов) в результате гипотетической аварии на гидросооружении при этом варианте: r_0,i = Dl_i.

Альтернатива a_i считается лучшей в сравнении с альтернативой a_j, если r_i,j < r_j,i. Соответственно альтернатива a_j будет лучше альтернативы a_i, если r_j,i < r_i,j.

 

Выбор решения на основе парного сравнения вариантов с учетом риска. Таблица решений

 

Полный риск альтернативы в виде r_i,j можно трактовать как риск альтернативы a_i при условии, что лицо, принимающее решение, отказывается от варианта a_j.

В зависимости от количества допустимых вариантов n для каждого i-го варианта может задаваться m = n – 1 значений полного риска r_i,j. При этом таблица решений (табл.1) сводится к n строк, где каждому из вариантов a_i приписывается n – 1 результатов r_i,j, характеризующих в целом последствия решения с учетом как дополнительных затрат, так и упущенных возможностей.

Если Dc₀ = 0 (когда при базовом, «нулевом», варианте действий дополнительные затраты на мероприятия по безопасности гидросооружения не предусматриваются), то таблица решений приобретает следующий вид (табл.2).

Демонстрационный пример формирования таблицы решений показан ниже в табл.3 и 4.

 

Алгоритм выбора решения на основе парного сравнения вариантов с учетом риска

 

На первом этапе для каждого из рассматриваемых i-х вариантов мероприятий по обеспечению безопасности гидросооружения (альтернатив), включая исходный, базовый («нулевой») вариант, определяются суммарные затраты c_i (с учетом капитальных вложений в систему безопасности и операционных расходов на ее эксплуатацию), оцениваются вероятности аварий на гидросооружении p_i, ущербы Y_i и риски ущербов l_i = p_i × Y_i от аварий при рассматриваемых вариантах.

Вероятности аварий, затраты и ущербы устанавливаются на прогнозный период эксплуатации гидросооружения T.

При определении годовых вероятностей аварии p_i,t, t = 1 год, полные вероятности аварии на гидросооружении за прогнозный период эксплуатации T: 

Затраты и ущербы путем дисконтирования приводятся на момент оценки эффективности вариантов. Дисконтирование выполняется путём умножения будущих денежных потоков (потоков платежей) на коэффициент дисконтирования k_d:

где   i – годовая процентная ставка;
tÎ{1;Т} – интервал времени оценки, в годах.

Определяются дополнительные затраты для каждого из i-х вариантов мероприятий по обеспечению безопасности гидросооружения (с учетом дополнительных капитальных вложений в систему безопасности и дополнительных операционных расходов на ее эксплуатацию) и соответствующие этим вариантам величины снижения вероятных потерь (рисков ущербов) по сравнению с базовым (исходным, «нулевым») вариантом эксплуатации гидросооружения.

В соответствии с критерием, чтобы понесенные дополнительные затраты на мероприятия по безопасности компенсировались снижением вероятных потерь (рисков ущербов) в результате гипотетической аварии, отбираются эффективные альтернативы. Формируется упорядоченное по возрастанию дополнительных затрат множество допустимых и сравниваемых альтернатив так, чтобы

где   Dc_i = c₀ – c_i; c₀, c_i – обобщенные приведенные стоимости «нулевого» и i-го вариантов обеспечения безопасности гидросооружения.

Определяются полные риски r_i,j альтернатив a_i, связанные с выбором систем безопасности гидросооружения при условии существования альтернатив a_j.

Формируется таблица решений, в которую заносятся значения r_i,j. Диагональ таблицы решений с индексами i = j при этом не заполняется.

Устанавливается альтернатива a_k, полные риски которой r_k,i, r_k,j при ее сравнении с ближайшими соседними альтернативами a_i, a_j, где i = k – 1, j = k + 1, будут меньше полных рисков r_i,k, r_j,k альтернатив a_i, a_j при их сравнении с a_k. Выбранная таким образом альтернатива a_k признается лучшей из рассматриваемых вариантов обеспечения безопасности гидросооружения.

 

Случай внеэкономического представления компонент полного риска

 

В случае, если компоненты полного риска имеют различные единицы измерения либо не допускают экономического представления, используется балльный подход.

Формирование балльных оценок риска для факторов и параметров, выраженных в различных единицах измерения, осуществляется на основе единой логарифмической шкалы. В общем случае балльная оценка_, I(y_i) для некоторого параметра y_i, в баллах, будет

где   m_i – модуль;
y_i,0 – ноль-пункт на универсальной (единой, интегральной) логарифмической шкале измерения длиной L.

Для параметра y_i:

Длина шкалы L принимается равной 10 баллам со следующими уровнями оценок: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9.

Для факторов, задаваемых качественно, оценки y_i, y_i,max, y_i,min параметров устанавливаются непосредственно в баллах в зависимости от вербального описания, указывающего на «вес» последствий реализации анализируемого фактора, степени его влияния на безопасность гидросооружения. При формировании экспертных оценок для таких факторов можно применить девятибалльную шкалу Т.Саати (табл.5), используемую в методе парных сравнений, либо десятибалльную шкалу (табл.6).

При использовании девятибалльной шкалы Т.Саати y_i,max = 9, y_i,min = 1; при использовании десятибалльной шкалы y_i,max = 9, y_i,min = 0.

Данная методика принятия решений апробирована на примере гидротехнических сооружений Белгородского водохранилища и Костромской низины. Представлены примеры принятия решений о проведении мероприятий по обеспечению безопасности ГТС, рациональных с точки зрения эффективности и надежности, с применением метода анализа иерархий Т. Саати.

Автоматизация процесса принятия решений заключается в применении стандартного комплекта программного обеспечения Microsoft Office Excel.

Применение данного программного обеспечения упрощает процесс расчета, позволяя при этом обрабатывать значительные объемы информации и получать обоснованные результаты.

Внедрение данной методики позволит предприятиям повысить надежность ГТС при оптимальных затратах на их ремонт и реконструкцию.