Моделирование управления и оптимизация структуры пожарных подразделений железнодорожного транспорта

Актуальность проблемы. Возникновение пожара на железнодорожном транспорте приводит к разрушению транспортных коммуникаций, наносит непоправимый урон грузам, может привести к травмированию и гибели пассажиров и работников железнодорожного транспорта. Так, на Свердловской железной дороге с 1998;го по 2003;й годы произошло 153 пожара, прямой ежегодный материальный ущерб от пожаров в среднем составил 628,4 тыс. руб. Организацию производства, обеспечивающего пожарную защиту железных дорог, осуществляет Федеральное Государственное предприятие «Ведомственная охрана» МПС России (ФГП ВО МПС России).

Для железнодорожного транспорта опасность, связанная с пожарами, заключается в следующих обстоятельствах:

— на железнодорожных объектах сосредоточено большое количество по-жарои взрывоопасных веществ и материалов, чье воздействие в случае аварии или пожара наносит косвенный ущерб, превышающий убытки от самого пожара;

— пожары могут возникать не только в зданиях, но и в движущихся поездах (в вагонах и локомотивах), находящихся как на станциях, так и на перегонах, для тушения которых использовать пожарный автомобильный транспорт не всегда представляется возможным;

— по сети железных дорог перевозятся разнообразные грузы, которые могут самовозгораться при нарушении нормативного давления или температурного режима, что нарушает работу дороги, например, взрыв одной цистерны полностью парализует транспортный конвейер станции.

Основными силами по ликвидации пожаров на железнодорожном транспорте остаются подразделения пожарных поездов, которые представляют собой подразделения ФГП ВО и располагаются на крупных сортировочных и узловых станциях. В некоторых случаях для организации тушения пожаров привлекаются городские или районные пожарные части. Статистический анализ пожаров на Свердловской железной дороге показывает, что подразделения пожарных поездов прибывают на тушение за длительный период времени, когда очаг пожара уже слишком большой или материальные ценности невосполнимы. В некоторых случаях подразделения пожарных поездов служат единственным средством пожарной защиты, Так как пожарные автомобили не имеют возможности подъехать к очагу возгорания. Таким образом, моделирование управления и оптимизация структуры организации работы пожарных подразделений железнодорожного транспорта является актуальной задачей.

Цель работы. Разработка модели управления и оптимальный выбор структуры пожарных подразделений железнодорожного транспорта за счет внедрения имитационной модели выбора сил и средств и организация опорного пункта пожаротушения на основе совмещения автомобильного и железнодорожного противопожарного транспорта.

Задачи исследования.

1. На основе теоретических исследований, анализа системы организации управления пожарными подразделениями и классификации пожаров по категории, площади, удаленности от опорных пунктов пожаротушения разработать имитационную математическую модель выбора сил и средств пожарных подразделений железнодорожного транспорта.

2. Провести экспериментальные исследования на имитационной математической модели, направленные на обоснование рациональной структуры организации работы пожарными подразделениями железнодорожного транспорта.

3. Провести анализ взаимосвязи экономического ущерба от пожаров и мобильности пожарных подразделений.

Объектом исследования является система управления пожарными подразделениями железнодорожного транспорта. Предметом исследования является организация структуры пожарных подразделений.

Методы исследования. В работе использованы комплексный подход, системный метод и метод оптимизации, анализ и обобщение данных научнотехнической литературы, теоретическое исследование с применением математического моделирования, математического анализа, теории вероятности, математической статистики, алгебры логики и теории принятия решений.

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются: большой выборкой обработанных методом математической статистики статистических данных за продолжительный период времени (6 лет) — удовлетворительной сходимостью результатов теоретических исследований с результатами численных экспериментов, выполненных на имитационной математической моделиприменением методов математического моделирования, математического анализа, теории принятия решений и теории вероятности, а также топографических исследований.

Научные положения и результаты, выносимые на защиту:

1. Определены законы распределения случайных величин для следующих показателей: продолжительности тушения (категория пожара), удаленности места пожара от опорных пунктов пожаротушения и площади пожара, используемых для разработки имитационной математической модели и обоснования решений по выбору необходимых сил и средств пожарных подразделений.

2. Предложена имитационная математическая модель выбора сил и средств пожарных подразделений в зависимости от категории, площади и удаленности пожаров от опорных пунктов пожаротушения на основе оценки условных вероятностей, зависящих от законов распределения случайных величин.

3. Впервые для оптимизации структуры пожарных подразделений железнодорожного транспорта обосновано совместное применение пожарных поездов и пожарных автомобилей, определен количественный состав сил и средств пожарных подразделений и обоснована их рациональная дислокация по результатам топографического исследования.

Научная новизна работы заключается: в доказательстве экспоненциального закона распределения случайных величин для следующих показателей: продолжительности сбора личного состава, продолжительности следования и тушения пожара, удаленности места пожарав разработке имитационной математической модели по оптимальному выбору сил и средств пожарных подразделений для ликвидации пожаровв теоретическом обосновании выбора оптимального числа опорных пунктов пожаротушения на железной дороге на основе топографического анализав обосновании рациональности комплексного применения автомобильного и железнодорожного транспорта для ликвидации пожаров на железнодорожном транспортев получении характеристик предотвращенного экономического ущерба в зависимости от мобильности пожарных подразделений.

Личный вклад автора заключается в развитии методов оптимального выбора сил и средств для тушения пожаров на объектах железнодорожного транспорта, в разработке имитационной математической модели, алгоритма и компьютерной программы принятия решения.

Практическое значение работы заключается в оптимальной организации управления пожарной охраной предприятий железнодорожного транспорта, позволяющей повысить оперативность и мобильность пожарных формирований за счет комплексного применения автомобильного и железнодорожного транспорта.

Реализация работы. Научные положения, технические решения, выводы и рекомендации использованы:

— в разработке математической модели оптимизации сил и средств при ликвидации пожаров, реализованной на ПЭВМ, внедренной программы работы пожарного диспетчера на ФГП ВО МПС России Свердловской железной дороге;

— в учебном процессе УрГУПС на практических занятиях и лекционных курсах «Теория горения и взрывы», «Пожаровзрывобезопасность на железнодорожном транспорте» и цикле лекций «Охрана труда» в системе дополнительного профессионального образования.

Апробация работы. Основные результаты проведенных исследований были представлены, доложены и получили одобрение на: Международной научно-технической конференции «Молодые ученые — транспорту», Екатеринбург, 2003 г.- Всероссийской научно-практической конференции «Новые технологии и технические решения в охране труда», Новосибирск, 2002 г.- Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы и перспективы развития железнодорожного транспорта», Екатеринбург, 2003 г.- Всероссийской научно-практической конференции «Техносферная безопасность надежность, качество, энергосбережение», Ростов-на-Дону — Шепси, 2003 г.- конференции «Экология и безопасность жизнедеятельности», Екатеринбург, 2003 г.- Всероссийской научно-практической конференции «Молодые ученые — транспорту», Екатеринбург, 2004 г.

По теме исследований опубликованы восемь печатных работ. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, библиографического списка, 3 приложений. Работа содержит 155 страниц машинописного текста, включая 27 таблиц, 43 рисунков и 3 приложения. Библиографический список состоит из 74 наименований.

Выводы.

По полученным результатам сформулированы следующие выводы: 1. При существующей организации работы прямой материальный ущерб от пожаров с 1998;го по 2003 год составил 3308,1 тыс. руб. После реорганизации работы пожарных подразделений с комплексным использованием пожарных автомобилей и пожарных поездов за этот период возможный ущерб от пожаров составит 1230 — 1467 тыс. руб. Предотвращенный ущерб равняется 1841,1 — 2078,1 тыс. руб. или 56 — 63% от общего ущерба.

2. После реорганизации работы пожарных подразделений железнодорожного транспорта сокращаются ежегодные затраты на их содержание с 72 874,6 тыс. руб. в год до 37 678 тыс. руб. или на 48%.

3. Из-за увеличения размера предотвращенного прямого материального ущерба от пожаров и снижения затрат на содержание пожарных подразделений после реорганизации структуры чистый дисконтированный доход увеличивается за счет сокращения оттоков по сравнению с чистым дисконтированным доходом до реорганизации.

4. Срок окупаемости капитальных вложений на реорганизацию структуры пожарных подразделений железнодорожного транспорта составляет 2,4 года, что является приемлемым для железной дороги.

Заключение

.

В диссертационной работе дано новое решение актуальной научно-технической задачи развития модели управления и оптимизации структуры пожарных подразделений железнодорожного транспорта, обеспечивающей возможность прогнозирования возникновения пожаров и оптимизации структуры пожарных подразделений, что повышает уровень организации работы пожарных подразделений и безопасность железнодорожного транспорта.

Выполненные теоретические и экспериментальные исследования позволяют отметить следующие результаты и сделать выводы:

1. При использовании в ряде случаев пожарных автомобилей вместо пожарных поездов сокращается длительность следования пожарных расчетов к месту пожара более чем в два раза, что позволяет повысить мобильность пожарных подразделений.

2. Показано, что законом распределения случайных величин показателей мобильности и расстояний от опорных пунктов пожаротушения до пожаров различной категории является экспоненциальный законэто позволило рассчитывать вероятности событий превышения заданной величины продолжительности и расстояния с использованием величин их интенсивностей и разработать имитационную модель выбора сил и средств пожарных подразделений железнодорожного транспорта.

3. На основании топографического анализа выявлено:

— 8 из 21 пожарного поезда в период с 1998;го по 2003;й год ни разу не участвовали в тушении пожаров, указывая на низкую эффективность их использованияв результате этого анализа определены пожароопасные участки (вблизи крупных железнодорожных узлов) и проведено разделение на зоны территории Свердловской железной дороги. Выделено пять зон с центрами в Перми, Екатеринбурге, Нижнем Тагиле, Тюмени и Сургуте. Наиболее пожароопасными оказались Пермское, Свердловское и Тюменское отделения. При этом выявлено, что до 55% всех пожаров возникают в зонах радиусом до 50 км от региональных центров, около 70% всех пожаров приходится на зоны радиусом до 100 км и до 80% - на расстоянии до 120 км.

4. На основе теоретических исследований, анализа системы организации управления пожарными подразделениями и классификации пожаров по категории, площади и удаленности от опорных пунктов пожаротушения разработана имитационная математическая модель выбора сил и средств пожарных подразделений железнодорожного транспорта.

5. Экспериментальное исследование на имитационной математической модели позволило выявить закономерности изменения количества единиц пожарной техники от длины плеч их выезда и установить рациональную длину плеч выезда для пожарных автомобилей — до 50 км, а для пожарных поездов и спецдрезин — до 100 км.

6. По результатам экспериментального исследования на имитационной математической модели получено допустимое и максимальное количество единиц пожарной техники. Так, на Свердловской железной дороге необходимо 5 -6 опорных пунктов пожаротушения 1 -ой категории, 5−6 пожарных поездов, 7.

— 12 спецдрезин, 7−12 опорных пунктов пожаротушения 2-ой категории и 12.

— 20 пожарных автомашин вместо 21 пожарного поезда.

7. Оптимизация структуры пожарных подразделений ведомственной охраны железнодорожного транспорта может быть достигнута за счет использования более мобильных видов транспорта, таких как пожарные автомобили (в местах с хорошо развитой сетью автомобильных дорог). Использование пожарных автомобилей совместно с пожарными поездами повысит уровень мобильности пожарных расчетов.

8. Получены взаимосвязи экономического ущерба от пожаров и мобильности пожарных подразделений.