Анализ уязвимости объектов культурного наследия к воздействию опасных факторов среды

Язык труда и переводы:
УДК:
504.5.06
Дата публикации:
14 сентября 2021, 15:34
Категория:
Б4. Промышленная и экологическая безопасность
Авторы
Аннотация:
Рассмотрена проблема сохранения объектов культурного наследия при воздействии основных опасных факторов природных и техногенных процессов на исторических застроенных территориях. В качестве одного из направлений решения данной проблемы предлагается проведение анализа уязвимости исследуемых объектов культурного наследия с помощью использования основных принципов графоаналитического метода анализа риска «Древовидные структуры». Выполнены качественный и количественный анализ системы «памятник архитектуры — техно-природная среда». Сделаны выводы о возможности применения данного метода.
Ключевые слова:
объект культурного наследия, уязвимость, анализ уязвимости, оценка уязвимости, древовидные структуры, метод анализа риска, природные процессы, техногенные процессы, историческая застроенная территория
Основной текст труда

Введение

Проблема сохранения объектов культурного наследия представляет особую значимость в связи с огромной важностью сбережения культурного достояния народа. Под сохранением объекта культурного наследия подразумеваются меры, направленные на обеспечение физической сохранности и сохранение историко-культурной ценности объекта культурного наследия, предусматривающие консервацию, ремонт, реставрацию, приспособление объекта культурного наследия для современного использования и включающие в себя научно-исследовательские, изыскательские, проектные и производственные работы, научное руководство проведением работ по сохранению объекта культурного наследия, технический и авторский надзор за проведением этих работ [1].

Старение и деградация памятников — неизбежное и закономерное явление. В естественных условиях это относительно длительный процесс, но в случае продолжительного воздействия как внешних, так и внутренних факторов различной силы и природы, способных усиливать деструктивные процессы в материалах сооружений, процессы разрушения памятников резко ускоряются и нередко приобретают катастрофический характер. Следовательно, состояние сохранности объекта культурного наследия во многом зависит от влияния различных природных, техногенных и антропогенных факторов, способных привести к деградации составляющих его конструкций и материалов, и в дальнейшем стать угрозой технической безопасности при его использовании [2].

В рамках настоящей статьи в качестве объекта исследования был выбран «Дом-усадьба Молоствовых» второй половины XIX в. (Тетюшский район, Республика Татарстан). Исследуемый объект культурного наследия расположен на территории государственного природного заказника «Долгая поляна» и в настоящее время стремительно развивается как одно из основных туристических направлений Республики Татарстан [3]. В связи с этим вопрос его защиты и сохранения становится более актуальным. Для выявления основных направлений реализации мероприятий, нацеленных на сохранение исследуемого объекта, необходимым является анализ его уязвимости при воздействии на него потенциально опасных факторов природных и техногенных процессов [4].

Цель настоящего исследования — рассмотреть возможность применения графоаналитического метода анализа риска «древовидные структуры» для анализа уязвимости объектов культурного наследия.

Методология и результаты

Анализ уязвимости объекта и систем его защиты является одной из главных задач, как на этапе проектирования, так и в процессе его жизнедеятельности.  При этом целями и задачами проведения анализа уязвимости являются:

  • определение важных для жизнедеятельности объекта предметов защиты (наиболее вероятных «целей» воздействия опасных факторов);
  • определение возможных угроз и моделей вероятных исполнителей угроз (опасных факторов);
  • оценка возможного ущерба от реализации прогнозируемых угроз безопасности;
  • оценка уязвимости объекта и существующей системы безопасности;
  • разработка общих рекомендаций по обеспечению безопасности объекта (способов защиты объекта).

Работы по первым трем пунктам проводятся методом экспертных оценок комиссией, в состав которой входят специалисты соответствующих служб (службы безопасности, инженерно-проектировочной компании, пожарной охраны).

Работы по последним двум пунктам проводятся специалистами, как правило, с применением метода математического (компьютерного) моделирования, либо другими известными методами в зависимости от области проведения анализа.

Также, при наличии данных мониторинга и экспертных оценок состояния объекта, количественной характеристикой уязвимости может стать степень несоответствия принятых мер защиты прогнозируемым угрозам или заданным требованиям безопасности (или, например, отношение количества реализованных мер защиты объекта к количеству требуемых).

В рамках анализа уязвимости объекта культурного наследия, при условии отсутствия экспертных оценок состояния объекта и систем его защиты, выделение наиболее важных для его жизнедеятельности предметов весьма затруднительно. Стоит отметить, что физическое разрушение любых элементов объекта культурного наследия вследствие воздействия техногенных, антропогенных и природных факторов представляет угрозу его сохранению, снижая историко-культурную ценность. Иными словами, в рамках анализа уязвимости исследуемого объекта события «полное разрушение объекта» и «частичное разрушение объекта» для нас являются равнозначными.

На данный момент не существует единых действующих методик и алгоритмов анализа уязвимости объектов культурного наследия. Поэтому, в данной работе для проведения анализа уязвимости исследуемого объекта предлагается придерживаться следующей методологии:

  • выявление основных опасных факторов, которые приводят или могут приводить к разрушению или утрате исследуемого объекта культурного наследия и определение вероятности реализации;
  • оценка уязвимости объекта.

В качестве инструмента анализа уязвимости объекта культурного наследия «Дом-усадьба Молоствовых» предлагается использование логико-вероятностного метода «Древовидные структуры», включая количественный анализ.

Древовидная структура — графическое представление взаимосвязи различных событий конкретной системы «человек — техника — среда». [5]. Событие — состояние, происшествие, явление, действие, которое могло произойти, произошло или может произойти в системе или элементе.

Событие, являющееся целью анализа, называется головным или результирующим. Головное событие наступает в результате комбинации различных событий. В древовидной структуре может быть несколько головных событий. Кроме жестко детерминированных причинно-следственных связей, в древовидной структуре возможны и обратные связи, когда головное событие (или промежуточное) влияет на предыдущее [5]. События, являющиеся первопричинами анализируемой системы и в конечном итоге приводящие к возникновению головного события, называются первичными или исходными. События, расположенные на древовидной структуре между головным и первичным событиями, называются промежуточными.

Построение древовидной структуры начинается с процессов синтеза и анализа, включающих несколько процедур. Процесс синтеза включает в себя определение цели анализа, выбор конкретной системы для возможности проведения анализа достижения цели.

Процесс анализа производится методами индукции и дедукции и включает следующие этапы [6].

1. Выбираются какие-то взаимосвязанные события рассматриваемой системы, определяется конкретная схема взаимосвязи между ними, графически оформляется данный фрагмент взаимосвязи событий.

2. Графический фрагмент расширяется далее при ответе на один из вопросов:

  • что может последовать далее?
  • что предпринять?
  • почему это произошло?

При этом выявляются дополнительные события и взаимосвязи между ними.

3. Продолжаются этапы 1 и 2 до тех пор, пока древовидная структура не будет соответствовать цели анализа [6].

В соответствии с характеристиками района расположения объекта культурного наследия и предполагаемым способом дальнейшей эксплуатации можно выделить следующие опасные факторы, которые могут привести к разрушению или утрате объекта культурного наследия «Дом-усадьба Молоствовых»:

  • природные факторы: нарушения геологической устойчивости основания, землетрясение, выветривание, овражная эрозия, биопоражение, оползни, лесные пожары, чрезмерная ветровая нагрузка;
  • техногенные факторы: нарушения геологической среды, шум, вибрация, нерегламентированная застройка;
  • антропогенные факторы: несоблюдение норм пожарной безопасности, нерегламентированные ремонтные работы, сверхнормативная антропогенная нагрузка [7].

Все вышеперечисленные опасные для исследуемого объекта факторы могут быть объединены посредством древовидной структуры, показанной на рисунке. При этом для проведения количественного анализа присвоим каждому событию буквенное обозначение с соответствующим индексом.

Древовидная структура, отражающая взаимосвязь событий

Рассмотрим несколько вариантов анализа.

Первый вариант «Существующее положение». События P1P12 являются исходными, поэтому для осуществления расчетов необходимо оценить их вероятности:

1) процессы выветривания происходят вследствие воздействия на материалы внешних факторов: резких перепадов температур, ветра, химических веществ, растений и микроорганизмов. Процессы выветривания происходят постоянно, но с разной скоростью и интенсивностью, поэтому оценим  P1 = 0,7;

2) причиной возникновения биопоражения является отсутствие организованного водоотвода с кровли здания либо его неэффективность, как следствие, можно наблюдать постоянное замачивание нижнейчасти наружных стен либо других незащищенных участков и капиллярное распространение влаги по стенам. Примем вероятность биопоражения здания P2 = 0,25;

3) принимая во внимание расположение исследуемого объекта на берегу реки и практически открытой местности можно утверждать, что здание подвергается постоянной ветровой нагрузке, тогда P3 = 0,9;

4) деградация строительных материалов постоянный, но достаточно длительный процесс, поэтому P4 = 0,3;

5) ветровая и водная эрозия также являются достаточно длительными процессами, но могут проявляться интенсивнее в зависимости от степени повреждения наружного слоя материала фасада, пусть P5 = 0,1;

6) опасные метеорологические явления включают в себя ураганы, ливни, аномальные перепады температур и прочее. Оценим P6 = 0,65;

7) согласно федеральному закону №73-ФЗ от 25 июня 2002 г. «Об объектах культурного наследия», ремонтно-реставрационные работы должны проводиться строго в соответствии с регламентом их проведения для определенного объекта и только по письменному разрешению уполномоченного органа. В надежде на добропорядочность собственника исследуемого объекта и исполнителей ремонтных работ присвоим значение P7 = 0,01;

8) антропогенная нагрузка подразумевает величину туристического потока. Туристический поток неравномерен во времени и может быть несущественным, так как данный объект расположен удаленно от крупных населенных пунктов и является далеко не главной достопримечательностью Тетюшского района и Республики Татарстан в целом. Оценим P8 = 0,35;

9) район расположения объекта, в соответствии со схемой территориального планирования Республики Татарстан относится к 5-балльной сейсмически активной зоне, но проявлений сейсмической активности в этой зоне за последние десятилетия зафиксировано не было, примем P9 = 0,005.

10) в соответствии со схемой территориального планирования Республики Татарстан Тетюшский район относится к зоне с наибольшей интенсивностью проявления опасных природных явлений, поэтому  P10 = 0,9;

11) береговая линия Тетюшского района предрасположена к возникновению оползневых процессов, так как исследуемый объект располагается в непосредственной близости к уклону береговой линии и особенности зоны его нахождения являются благоприятными для возникновения смещения грунтовых масс, оценим P11 = 0,95;

12) исследуемый объект находится на особо охраняемой природной территории, что подразумевает запрет на размещение источников открытого огня, также будем подразумевать соблюдение правил пожарной безопасности персоналом и посетителями объекта и будем считать P12 = 0,1.

Далее произведем вычисления с использованием вероятностей исходных событий:

1) для события «Естественные деструктивные процессы» Pприсвоим событиям P1P5 и соответственно следующие значимости:

W1 = 0,3; W2 = 0,1; W3 = 0,2; W4 = 0,2; W5 = 0,1, тогда PI = 0,485.

2) для события «Усиление деструктивных процессов» PII присвоим событиям P6P8 и соответственно следующие значимости:

W6 = 0,4; W7 = 0,3; W8 = 0,3, тогда PII = 0,368.

3) для события «Разрушительное воздействие ЧС»  PIII = 0,995.

4) для головного события «Частичное или полное разрушение объекта» P:

P=\sum _{j=1}^{n}W_{j}P_{{\text{вx}}j}=W_{I}P_{I}+W_{II}P_{II}+W_{III}P_{III}.

 Присвоим событиям PIPIII следующие значимости: WI = 0,3; WII = 0,3; WIII = 0,4.

Получим

P = 0,485 · 0,3 + 0,368 · 0,3 + 0,995 · 0,4 = 0,654.

Изучим второй вариант «Реализация возможных защитных мер».

В соответствии с разработанными методическими рекомендациями по эксплуатации объектов культурного наследия, предлагаются следующиеобщие меры приостановления процессов разрушения [8]:

1) эффективная эксплуатация зданий и сооружений, являющихся объектами культурного наследия, в соответствии с требованиями нормативных документов и охранных обязательств и положениями проектной документации по сохранению объекта культурного наследия;

2) сокращение источников загрязнения и вибрации в охранной зоне объекта культурного наследия (отвод автотранспорта, ограничение парковок, запрет на движение транспортных средств вблизи памятников; вывод промышленных предприятий, оздоровление и реновация индустриальных земель);

3) снижение уязвимости исторических построек с помощью квалифицированной эксплуатации и ухода за конструкциями, защиты строений от погодных условий, устранения дефектов, ослабляющих структуру, допускающих проникновение и капиллярное движение вод, препятствующих дренажам;

4) запрет на применение непригодных и вредных материалов в реставрации, консервации и ремонте;

5) систематические противопожарные мероприятия.

Допустим, что в первом варианте была учтена реализация пп. 1, 2, 4 и 5 второго варината. И будем считать, что реализован п. 3 данных рекомендаций, следовательно, проведен капитальный ремонт здания и его специальная обработка для защиты от биопоражения. Также наибольшую угрозу для рассматриваемого объекта составляют оползневые процессы, поэтому будем считать, что проведен комплекс противооползневых мероприятий, снизившие вероятность его возникновения в 2 раза.

Тогда, новые значения принимают следующие вероятности:

P1 = 0,3; P2 = 0,05; P5 = 0,03; P11 = 0,475,

при этом значимости событий остаются прежними.

Следовательно,

PI = 0,3 · 0,3 + 0,05 · 0,1 + 0,9 · 0,2 + 0,3 · 0,2 + 0,03 · 0,1 = 0,338.

Учитывая, что проведены капитальные реставрационные работы, искусственно снизим PII = 0,368 до значения 0,256, тогда

PIII = 1 – (1 – 0,005)(1 – 0,9)(1 – 0,475)(1 – 0,1) = 0,953;

P = 0,338 · 0,3 + 0,256 · 0,3 + 0,953 · 0,4 = 0,559.

Третий вариант «Отсутствие угрозы возникновения чрезвычайных ситуаций », при этом берем исходные вероятности первого варианта расчета:

1) для события «Естественные деструктивные процессы» PI:

P_{I}=\sum _{j=1}^{n}W_{j}P_{{\text{вx}}j}=W_{1}P_{1}+W_{2}P_{2}+W_{3}P_{3}+W_{4}P_{4}+W_{5}P_{5}.

Присвоим событиям P1P5 следующие значимости: W1 = 0,3; W2 = 0,1; W3 = 0,2; W4 = 0,2; W5 = 0,1,

тогда

PI = 0,7 · 0,3 + 0,25 · 0,1 + 0,9 · 0,2 + 0,3 · 0,2 + 0,1 · 0,1 = 0,485.

2) для события «Усиление деструктивных процессов» PII:

P_{II}=\sum _{j=1}^{n}W_{j}P_{{\text{вx}}j}=W_{6}P_{6}+W_{7}P_{7}+W_{8}P_{8}.

Присвоим событиям P6P8 следующие значимости: W6 = 0,4; W7 = 0,3; W8 = 0,3,

тогда

PI = 0,65 · 0,4 + 0,01 · 0,3 + 0,35 · 0,3 = 0,368. 

3) для события «Разрушительное воздействие ЧС» PIII = 0.

4) для головного события«Частичное или полное разрушение объекта» P:

P=\sum _{j=1}^{n}W_{j}P_{{\text{вx}}j}=W_{I}P_{I}+W_{II}P_{II}.

Присвоим событиям PIPII следующие значимости: WI = 0,7; WII = 0,3,

тогда

P = 0,485 · 0,7 + 0,368 · 0,3 = 0,4499.      

Составим сводную таблицу полученных результатов.

 Сводные расчетные данные

Вариант

Событие

P1

P2

P3

P4

P5

P6

P7

P8

P9

P10

P11

P12

PI

PII

PIII

P

1

0,7

0,25

0,9

0,3

0,1

0,65

0,01

0,35

0,005

0,9

0,95

0,1

0,485

0,368

0,995

0,654

2

0,3

0,05

0,9

0,3

0,03

0,65

0,01

0,35

0,005

0,9

0,475

0,1

0,338

0,256

0,953

0,559

3

0,7

0,25

0,9

0,3

0,1

0,65

0,01

0,35

0,485

0,368

0,4499

Следует отметить, что наиболее значимыми опасными факторами для исследуемого объекта являются чрезвычайные ситуации и опасные метеорологические явления, так как они имеют большую разрушительную силу, следовательно, необходимы мероприятия по снижению их воздействия на объект. При этом уязвимость здания для естественных деструктивных процессов и факторов, усиливающих данные процессы, является более весомым показателем в долгосрочном прогнозе возможных разрушений, в то время как уязвимость объекта для ЧС является более весомым показателем только непосредственно в период её возникновения.

Заключение

Полученные расчетные показатели уязвимости на основании статистических данных нельзя воспринимать как абсолютно точные. Более достоверные значения можно получить путём проведения экспертных оценок состояния объекта и эффективности защитных мероприятий.

Тем не менее подобный метод анализа уязвимости позволяет рассмотреть совокупное влияние всех опасных факторов для физической устойчивости объекта и определить наиболее весомые из них в конкретный период времени [9].

В связи с тем, что ремонтно-реставрационные работы дорогостоящий и долгий процесс, а получение разрешения на их проведение довольно длительно, объекты культурного наследия (памятники архитектуры) чаще всего оказываются в ужасном состоянии. В таком случае подобный анализ может быть использован для выявления основных опасных факторов, дальнейшей разработки защитных или превентивных мероприятий и составления графика их проведения, а также заблаговременного выделения финансовых и материальных ресурсов для их осуществления.

Литература
  1. Федеральный закон от 25 июня 2002 г. № 73-ФЗ «Об объектах культурного наследия (памятниках истории и культуры) народов Российской Федерации». URL: https://base.garant.ru/12127232/ (дата обращения 29.05.2021).
  2. Пашкин Е.М. Инженерно-геологическая диагностика деформаций памятников архитектуры. СПб.: ПИ «Геореконструкция», 2013. С. 4–8.
  3. Бортиков A. Природный заказник комплексного профиля «Долгая поляна» // Команда «Кочующие». URL: http://komanda-k.ru/Татарстан/природный-заказник-комплексного-профиля-долгая-поляна (дата обращения 29.05.2021).
  4. Алексеева Е.И., Романовский В.Л. Исследование устойчивости объектов историко-культурного наследия с помощью метода «Древовидные структуры» // Опыт ликвидации крупномасштабных чрезвычайных ситуаций в России и за рубежом: тезисы докладов ХIХ Международной научно-практической конференции по проблемам защиты населения и территорий от чрезвычайных ситуаций. Москва, 20–23 мая 2014 г., ВНИИ ГОЧС (ФЦ) МЧС России. М.: ВНИИ ГОЧС (ФЦ) МЧС России, 2014. С. 89–90.
  5. Анализ надежности систем «человек — машина — среда» / В.Л. Романовский, И.Х. Мингазетдинов, К.М. Газизуллин и [др.]. // Казань: Изд-во КГТУ им. А.Н. Туполева, 2001. С. 12–24.
  6. Романовский В.Л. Использование графоаналитического метода анализа риска «древовидные структуры» для поиска наиболее вероятных причин отказа технической системы // Вектор науки Тольяттинского государственного университета. 2012. № 1 (19). С. 72–76.
  7. Алексеева Е.И. Уязвимость историко-культурного наследия в Республике Татарстан к чрезвычайным ситуациям // Безопасность и охрана труда — 2019: молодежная программа в рамках Международной выставки – конкурса БИОТ. Москва, 10–13 декабря 2019 г., Ассоциация разработчиков, изготовителей и поставщиков средств индивидуальной защиты. М., 2019. С. 133–136.
  8. Методические рекомендации по эксплуатации объектов культурного наследия (памятников истории и культуры) народов Российской Федерации. Электронный фонд актуальных правовых и нормативно-технических документов. URL: https://docs.cntd.ru/document/456065847 (дата обращения 02.05.2021).
  9. Romanovsky V. L., Alekseeva E.I., Gorina L.N. Conducting a comparative analysis of the system state options under various external influences // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering : International Conference on Construction, Architecture and Technosphere Safety. ICCATS 2020, Sochi, September, 6–12, 2020. Sochi, 2020. Art. no. 042035. DOI 10.1088/1757-899X/962/4/042035
Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.