Неюбилейные заметки о челябинском метеорите: взгляд эксперта по строительной безопасности

В годы Великой Отечественной войны у города появилось второе имя – Танкоград. А несколько лет назад - из космоса – пришла еще одна его известность, метеоритная.

Наблюдателей челябинского метеорита было много, собирателей осколков — тоже. Более серьезные вопросы касаются того, как защититься, если такой пришелец снова захочет приблизиться к Земле?

Прежде, чем начать разговор, стоит особо отметить, что события с прилетом метеорита 15 февраля 2013 года произошли в том регионе, где находятся Федеральный ядерный центр ВНИИТФ имени академика Евгения Забабахина и Государственный ракетный центр имени академика Виктора Макеева. Специалисты этих центров вовлечены в исследования проблем предотвращения опасных космических столкновений.

Необходимый экскурс. Научные обсуждения опасности космических столкновений ведутся с середины 1980-х годов. Когда был уже накоплен опыт по мирным ядерным взрывам, который можно было перенести на описание высокоскоростных космических столкновений.

К концу 80-х, когда в мире набирала силу тенденция сокращения военных программ, можно было изучать иные проблемы. Стали актуальны слова академика Забабахина : «Самая желаемая наша цель состоит в том, чтобы наши военные разработки никогда не были бы применены, а мирные – как можно дольше служили человечеству».

В инициативном порядке стали рассматривать проблемы использования ядерных взрывов для предотвращения столкновений опасных космических объектов. При этом неясны были реальные масштабы космической опасности: частота столкновений и вероятные массы тел, значительные неопределённости были (и продолжают оставаться) в знании свойств тел.

Первоочередными стояли задачи выявления опасных объектов астрономическими средствами, оценки их масс и свойств. Предварительные результаты исследований докладывались в 1992 году на Забабахинских научных чтениях.

В 1994 году в Снежинске при поддержке Минатома была проведена конференция с участием американских ученых. Анализ показал, что даже в области наблюдений задел времён Советского Союза был настолько велик, что отставание ещё не успело проявиться. А в вопросах воздействия и космической доставки средств воздействия у наших специалистов были прочные позиции.

Была введена классификация опасностей на три категории – глобальную, региональную и локальную. Было признано, что на современном уровне технологического развития наиболее эффективным способом предотвращения столкновений является использование ядерного взрывного воздействия. Отмечалось, что для малых тел возможно использование кинетических средств воздействия путём организации столкновения с искусственными телами достаточно большой массы.

Изучению последствий падения Челябинского метеорита посвящено уже множество работ, эта проблематика выделяется особ на крупных симпозиумах. Так в 2014 году на традиционных XII Забабахинских научных чтениях в Снежинске впервые была выделена обособлено секция о космической защите Земли. Скорее всего, этот раздел науки останется обособленным и в последующие годы.

Так что современные ученые за небом смотрят и об опасности оттуда не забывают. Тем не менее, челябинский метеорит пронесся и упал как снег на голову – неожиданно.

Чему научил челябинский метеорит, появившийся над Челябинском три года назад и наделавший тогда так много шума? Каковы составляющие безопасности современных зданий? Об этом доктор технических наук, профессор кафедры "Строительное производство и теория сооружений" Южно-Уральского государственного университета (национальный исследовательский университет) Альберт Байбурин знает больше многих.

— Альберт Халитович, можете вспомнить тот день – день челябинского метеорита?

— 15 февраля 2013 года я приехал на трубопрокатный завод, где нужно было обследовать цех «Высота 239» на предмет промышленной безопасности. На заводе я увидел последствия взрыва: повыбивало многие сэндвич-панели стеновых ограждений. Вместе с сотрудниками цеха посчитали ущерб – оказалось, что повреждения получили около 15 % панелей южного фасада цеха, куда пришла ударная волна.

Современные легкие конструкции на такие воздействия оказались не рассчитаны. Вместе с тем железобетонные и каменные стены не пострадали. Наш университетский городок тоже сильно пострадал: были выбиты рамы, разбиты стекла, поранились люди.

Что же произошло с другими зданиями в Челябинске? Стал по горячим следам ездить, смотреть. Собрал интересную информацию, которую потом опубликовал.

Понятно, что воздействие космических объектов в строительных проектах не учитывается. Хотя бы потому, что вероятность падения метеорита очень мала (примерно, раз в 100 лет для небесных тел такого размера). А падение космического тела в городскую среду практически невероятно. Поэтому о таком факторе внешнего воздействия при проектировании зданий не задумываются

.

Впрочем, есть исключения. Например, такие ответственные объекты, как дворец спорта «Трактор», ледовый дворец «Уральская молния», торгово-развлекательные центры по нормам должны быть рассчитаны на чрезвычайные воздействия природного и техногенного характера, в том числе и такие, как взрывы и террористические акты. Можно сказать, что ответственные объекты в Челябинске выдержали воздействия метеорита.

В здании «Уральская молния» часть конструкций покрытия была деформирована без обрушения. Это отметить очень важно, потому что в период строительства ледового стадиона на нашем факультете велось много споров о надежности этих конструкций большого пролета. Были проведены статические испытания модели, которые доказали, что прочность и жесткость конструкции покрытия обеспечены. Получается и динамические испытания, которые «организовал» метеорит, несущие конструкции выдержали.

В Челябинске было единственное серьезное разрушение части здания склада концентратов на цинковом заводе площадью 600 квадратных метров. Восточная стена здания вывалилась на Свердловский проспект. Впрочем, можно сказать, что и здесь повезло, потому что рядом расположен склад серной кислоты. И если бы это случилось там, то … Метеорит еще раз напомнил об ответственности строителей за качество работ. Сниженный в результате дефектов уровень безопасности во много раз увеличивает ущерб при чрезвычайных ситуациях.

К сожалению, достоверный прогноз подобных чрезвычайных ситуаций невозможен. Однако оценить способность зданий и сооружений, противостоять таким воздействиям, и, следовательно, предвидеть ущербы и риски возможно. Плановые обследования технического состояния объектов не дают нужного результата: показатель риска аварии остается за рамками нормативного обследования.

Нужен новый действенный механизм противостояния авариям, стихии и ущербам. Таким механизмом является экспертиза конструкционной безопасности с количественным определением уровня риска аварии и последующим страхованием этого риска. Именно в этом направлении сегодня ведутся дискуссии в научных кругах, строительном сообществе и на различных уровнях властных структур.

Учеными архитектурно-строительного института разработана уникальная методика оценки риска аварии здания на любой стадии его жизненного цикла, которая позволяет сертифицировать здание на конструкционную безопасность и разработать меры по снижению завышенного уровня риска аварии. Подготовлен штат экспертов, проведены десятки экспертиз. Управление риском, наряду со строительным контролем и надзором, должно стать основой безопасности в области строительства.

— Существует много разных суждений о безопасности, качестве и строительном контроле в постсоветский период. Что вы думаете об этом?

— По сравнению с 90-ми годами отношение строителей к этим вопросам, несомненно, изменилось. В те годы вся система контроля перестала эффективно работать, ослаб государственный надзор, «расцвело» незаконное строительство. Позднее стала реформироваться нормативная база, что усложнило проектирование, привело к правовому нигилизму.

Сейчас дела обстоят лучше. Вопросам безопасности и качества уделяется больше внимания. Строители осваивают новые технологии, стали чаще обращаться к ученым. И наша исследовательская база преобразилась. Когда наш вуз получил статус национального исследовательского университета, было закуплено много уникального оборудования, позволяющего проводить исследования на современном уровне.

Только по нашей кафедре приобретено больше 15 новых приборов. В лаборатории кафедры смонтирована климатическая камера объемом 24 кубических метра, позволяющая испытывать конструкций на температурные и силовые воздействия, определять параметры их тепловой защиты.

По федеральному закону на опасных производственных объектах периодически нужно проводить экспертизу безопасности зданий и сооружений. Выполняя работу эксперта по промышленной безопасности, я исследовал много цехов на разных предприятиях Челябинска и городов области. И не только Челябинской. Выполняли работы на предприятиях Свердловской и Курганской областей, исследовали цеха в Ижевске на металлургическом предприятии «Ижсталь».

Общее впечатление – сильный износ конструкций цехов, особенно кровель. Главная проблема – постоянные протечки кровель с повреждением конструкций. Следствие – частые аварии в виде обрушения покрытий зданий. Аварии происходят, в основном, в зимнее время, когда на кровлях скапливается снег.

По нашим данным с точки зрения качества мы нисколько за четверть века не продвинулись. По панельным зданиям качество оказалось самое низкое, из-за того, что в них много стыков, швов, связей. Их устройство – это трудно контролируемые работы, в которых сосредоточено до 50% дефектов.

Характерно, что монолитные здания без швов и стыков показали самое высокое качество. Кстати, и цена на рынке на данную продукцию соответствует – монолитный квадратный метр дороже панельного.

Надежность современной техники считается высокой при уровне 99 процентов и более. В космической технике и авиации высокая надежность достигается резервированием систем, автоматикой и блокировкой человеческих ошибок.

В строительстве нормальным считается уровень надежности в 60 - 70 процентов. Почему? Потому что на стройке главную роль всегда играют люди. Вывод: для повышения безопасности и качества нужно делать упор не на технику и технологии, а на повышение ответственности и технологической дисциплины исполнителей, формирование высококвалифицированных кадров.

Фактическая вероятность аварии зданий с учетом человеческих ошибок превышает теоретическую вероятность примерно в 40 раз по оценкам европейских ученых и 8 - 70 раз по данным опыта эксплуатации объектов в СССР.

По нашим данным вероятность аварии гражданских зданий в современной России превышает допустимый риск в 20 - 40 раз. К сожалению, в техническом регламенте о безопасности зданий и сооружений отсутствует количественный критерий риска аварии, нет предельно допустимых значений уровня риска (как, например, в нормах пожарной безопасности), тем самым предмет технического регулирования не обозначен.

Недопустимо низкий уровень безопасности строительства требует разработки новых критериев оценки качества работ, основанных на методологии риска и анализе безопасности возводимых конструкций.

Уральские ученые-строители так же вносят свой вклад в это общее дело. Так сотрудниками архитектурно-строительного института ЮУрГУ разработаны методы оценки безопасности и качества капитального строительства, которые могли бы лечь в основу нормативных документов по безопасности: комплексный метод оценки качества и безопасности; риск-ориентированный метод строительного контроля; метод оценки конструкционного риска аварии объекта с последующей сертификацией на безопасность и страхованием излишнего риска.

Космический пришелец о многом заставил нас задуматься. Жизнь любого города начинается со строителей, и от них во многом будет зависеть дальнейшая безопасность жизни здесь других людей.

Партнер проекта челябинский микрорайон «Звездный».