3. DEGRADACJA STANU KONSTRUKCJI BUDOWLANYCH
3.5. Bezpieczeństwo – ocena i projektowanie
W rozumieniu technicznym „bezpieczeństwo jest to właściwość obiektu (kon-strukcji budowlanej) polegająca na zdolności istnienia w określonych warunkach i w określonym przedziale czasu bez zaistnienia wypadków”. W literaturze przedmiotu bezpieczeństwo dowolnego obiektu określa się jako funkcję jego zawodności i rozmiaru zagrożenia powstałych w wyniku pojawienia się zdarzeń niepożądanych związanych z jego zawodnością. Rozważania zawarte w pracach wielu Autorów wskazują, że głów-ne kierunki działań na rzecz zwiększenia bezpieczeństwa to:
– zapobieganie zdarzeniom niepożądanym, – zmniejszanie zagrożeń (zapobieganie stratom).
Działania w tych kierunkach mogą być prowadzone na etapie projektowania (pro-jektowanie bezpieczeństwa), jak i na etapie jego eksploatacji (zarządzanie) obiektu.
Projektowanie bezpieczeństwa polega na nadaniu obiektowi odpowiednich cech i zaprojektowaniu tzw. systemu zarządzania jego bezpieczeństwem, który zapewni odpowiedni wysoki poziom bezpieczeństwa podczas jego istnienia. Wyróżnia się nastę-pujące rodzaje bezpieczeństwa związane z eksploatacją obiektu:
– bezpieczeństwo procesowe, – bezpieczeństwo mieszkańców,
– bezpieczeństwo otoczenia (wielkości i rodzaj zagrożeń w stanie awaryjnym).
Bezpieczeństwo procesowe związane jest z zagrożeniem powstałym w czasie ist-nienia obiektów oddanych do użytku. Jest to w zasadzie niezawodność bezpieczeństwa, czyli zdolność do zachowania nie tylko stanu zdatności, ale także stanu bezpieczeństwa dla życia, mienia lub środowiska naturalnego. Realizacja istnienia konstrukcji może być przerwana w wyniku uszkodzenia elementów strukturalnych, co przyczynia się do nie-zdatności całej struktury funkcjonalnej obiektu.
Bezpieczeństwo mieszkańców związane jest z zagrożeniem dla człowieka (grupy ludzi) powstałym w wyniku postępującej degradacji stanu obiektu w czasie użytkowa-nia. Natomiast bezpieczeństwo otoczenia rozumiane jest głównie jako zapobieganie zagrożeniom dla środowiska przyrodniczego, mającym nagły charakter na skutek awarii obiektu. Bezpieczeństwo procesowe, bezpieczeństwo mieszkańców oraz bezpieczeń-stwo otoczenia mogą być oceniane na wiele sposobów. Najczęściej ocena ta związana jest z analizą ryzyka i wyznaczeniem jego dopuszczalności.
Oceny ryzyka dokonuje się, stosując różne mierniki. Ich wybór zależy od rodzaju ryzyka, jakie podlega ocenie. Dzięki kwantyfikacji możliwe jest wskazanie tych czyn-ników ryzyka, na które należy zwrócić szczególną uwagę. Dla oceny ryzyka wystąpie-nia zagrożewystąpie-nia należy ustalić wzajemne relacje między występującymi zagrożewystąpie-niami a stosowanymi lub projektowanymi systemami bezpieczeństwa i ochrony. Relację tę można przedstawić poglądowo modelem wagi (rys. 3.40). Jeżeli dane przeciwdziałania nie są właściwie zaprojektowane, to może wówczas wystąpić nieakceptowany poziom ryzyka. W przeciwnym przypadku występuje poziom ryzyka określany jako akcepto-wany. W takim przypadku nie są wymagane żadne dodatkowe środki zaradcze.
Spośród metod analizy i oceny ryzyka można wyróżnić trzy zasadnicze grupy:
– metody jakościowe,
– metody ilościowe, zwane ilościową oceną ryzyka, – metody półilościowe.
Rys. 3.40. Zasada zapewnienia bezpieczeństwa
W metodzie jakościowej dokonuje się weryfikacji zgodności stanu bezpieczeństwa z obowiązującymi regulacjami prawnymi, standardami i wytycznymi postępowania. Naj-częściej do takiej weryfikacji wykorzystuje się tzw. listy kontrolne (ang. check-lists).
W metodach ilościowej i półilościowej dla każdego ryzyka trzeba określić praw-dopodobieństwo jego wystąpienia oraz konsekwencje zdarzenia niepożądanego, gdzie:
wartość ryzyka = prawdopodobieństwo wystąpienia * konsekwencje.
Ilościowa ocena ryzyka polega na oszacowaniu prawdopodobieństwa wystąpienia danego ryzyka, zasięgu możliwych skutków zdarzeń niepożądanych, przewidywanego okresu wystąpienia lub częstotliwości tych zdarzeń w przypadku cyklicznego powtarza-nia. Najważniejsze są tu dwa pierwsze elementy, określające prawdopodobieństwo wystąpienia ryzyka oraz potencjalne skutki zdarzeń niepożądanych.
W przeprowadzaniu analiz i oceny ryzyka złożonych obiektów technicznych uży-wa się m.in. różnego rodzaju technik, przy czym:
– do przeprowadzania analiz jakościowych – metody: oceny ryzyka, analizy zagrożeń i zdolności operacyjnych, analizy rodzajów i skutków uszkodzeń,
– do przeprowadzania analiz ilościowych – metody: probabilistycznej oceny ryzyka, analizy niezawodności ludzkiej, analizy drzewa błędu, analizy drzewa zdarzeń, lo-giki muszki.
Metoda oceny ryzyka (ang. Hazard Identification Study – HAZID) jest narzędziem do analizy zagrożenia, używanym we wczesnym stadium projektowania. Wykorzystuje takie narzędzia, jak analiza przepływu (ang. flow charts) służącej do ogólnej i szerokiej analizy zagrożeń, bez wchodzenia w szczegóły, bilansowanie energetyczne itp.
Analiza zagrożeń i zdolności operacyjnych (ang. Hazard and Operability Study – HAZOP) wykorzystywana jest najczęściej do oceny ryzyka procesowego. Jest to struktu-ralna metoda identyfikacji potencjalnych zagrożeń występujących w procesach istnienia obiektu. Metoda ta polega na systematycznym przeglądzie założeń projektowych i proce-sów istnienia po kątem mogących się pojawić awarii oraz możliwych strat, spowodowa-nych przez rozmaite odchylenia od normalspowodowa-nych, założospowodowa-nych warunków operacyjspowodowa-nych.
W badaniach HAZOP wykorzystywany jest zestaw słów kluczowych i możliwych odchy-leń w aspekcie możliwych zmian (oddziaływania) na przebieg procesów degradacji stanu.
Probabilistyczna ocena ryzyka (ang. Probabilistic Risk Analysis – PRA) – kom-pleksowa, usystematyzowana i logiczna metodyka analizy, mająca na celu identyfikację i ocenę ryzyka w złożonych obiektach dla poprawy ich bezpieczeństwa. Ocena ta od-bywa się na drodze analizy różnych scenariuszy, których tworzenie wymaga
przyjmo-wania odpowiednich modeli i parametrów tychże modeli, bazujących na aktualnej wie-dzy o fizyce procesów i danych pomocniczych występujących w obiekcie.
Analiza niezawodności ludzkiej (ang. Human Reliability Analysis – HRA) skupia się na zdarzeniach spowodowanych działalnością człowieka. Istnieje wiele metod anali-zy błędów ludzkich. Metody te polegają na systematycznym oszacowaniu canali-zynników, które wpływają na zachowanie się personelu operatorskiego, personelu utrzymania ruchu i personelu zarządzającego w zakresie spraw wpływających na bezpieczeństwo obiektu. Analizy HRA podejmuje się zazwyczaj po przeprowadzeniu analiz innego typu (np. HAZOP, FMEA), za pomocą których wykazano wpływ błędów ludzkich na zaist-nienie groźnych skutków.
Analiza drzewa błędów (ang. Fault Tree Analysis – FTA) jest techniką, za pomocą której drogą dedukcji są identyfikowane, organizowane w logiczny sposób i przedsta-wiane poglądowo warunki i czynniki przyczyniające się do określonego zdarzenia nie-pożądanego (nazywanego zdarzeniem szczytowym). W analizie niezawodności zamiast błędów rozpatrywane są uszkodzenia. Analiza FTA dostarcza usystematyzowanego podejścia, które jest równocześnie wystarczająco elastyczne, aby umożliwić analizę różnorodnych czynników, w tym interakcji międzyludzkich i zjawisk fizycznych.
Analiza drzewa zdarzeń (ang. Event Tree Analysis – ETA) jest techniką używaną do identyfikowania możliwych danych wyjściowych i jeśli jest to wymagane, ich praw-dopodobieństw przy danym wystąpieniu zdarzenia inicjującego. Analiza ETA jest ana-lizą typu indukcyjnego, w której podstawowe pytanie odnosi się do tego „co się stanie, gdy....”. Określa ona w czytelny sposób zależności zachodzące między funkcjonowa-niem lub uszkodzefunkcjonowa-niem różnych systemów łagodzących skutki, a ostatecznie zagrażają-cym zdarzeniem wywołanym wystąpieniem pojedynczego zdarzenia inicjującego.
Logika „muszki” (ang. Bow-Tie Logic) jest kombinacją technik: analizy drzewa błędów oraz analizy drzewa zdarzeń. Jej nazwa pochodzi od podobieństwa jej reprezen-tacji graficznej do ozdobnika koszuli męskiej (rys. 3.41).
Rys. 3.41. Reprezentacja graficzna metody analizy „muszki” (Bow-Tie Logic)
Analiza drzewa błędów FTA rozpoznaje przyczyny problemu, natomiast analiza drzewa zdarzeń ETA – ich konsekwencje. Logika „muszki” koncentruje się na budowa-niu barier przeciwdziałających zagrożeniom.
Techniki analiz błędów ludzkich i ich kwantyfikacji są bardzo skomplikowane.
Istotnym zagadaniem dotyczącym analizy błędów ludzkich jest zasada, że wskazanie błędów popełnionych przez ludzi powinno być punktem startowym do dalszych badań, a nie li tylko konkluzją końcową. W oddziaływaniu na bezpieczeństwo można wyróżnić trzy podstawowe strategie jego projektowania:
– bezpośrednie zapewnienie bezpieczeństwa, – pośrednie zapewnienie bezpieczeństwa, – ostrzeganie przed zagrożeniem.
Bezpośrednie zapewnienie bezpieczeństwa polega na doborze takich rozwiązań konstrukcyjnych, które pozwolą wykluczyć możliwe zagrożenia.
Pośrednie zapewnienie bezpieczeństwa polega na doborze takich rozwiązań kon-strukcyjnych, które pozwolą odizolować zagrożenie poprzez dobór specjalnych syste-mów zabezpieczających i środków ochronnych.
Ostrzeganie przed zagrożeniem, stosowane jako środek dodatkowy, polega na do-borze rozwiązań konstrukcyjnych, mających na celu zwrócenie uwagi wizualnej lub dźwiękowej na ewentualne zagrożenie, np. uruchomienie sygnału dźwiękowego w przypadku wejścia do strefy zagrożenia.
W zależności od rodzaju obiektu i jego przeznaczenia przedstawione strategie i na-rzędzia oceny stanu degradacji materiałów i konstrukcji oraz bezpieczeństwa budowli mają różnorodny zakres zastosowania.