13. АНАЛИЗ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ

13.1 Общие положения

13.1.1Неопределенность – это количественное выражение величины и источников погрешности (здесь: погрешности в расчете пожарного риска). В данной главе описаны типы погрешностей и методы, которые можно использовать для количественного выражения величин погрешностей как показателей неопределенности.

13.1.2Не все типы погрешностей могут по своей сути быть подвержены количественному выражению. В данной главе определены типы погрешностей, для которых неопределенность следует учитывать посредством минимизации, скорее чем количественного выражения.

13.1.3В данной главе не описаны неопределенности восприятия, неопределенность принятия общественностью и аналогичные неинженерные неопределенности. Подобные неопределенности выходят за пределы данного руководства.

13.1.4Кроме того, в данной главе предполагается, что анализ риска был выполнен в соответствии с передовым инженерным опытом и, следовательно, лишен обычных аналитических ошибок (таких как: неправильный перевод единиц измерения, математические ошибки, ошибки в программном обеспечении). Такие погрешности также выходят за пределы стандартного анализа неопределенности. Если погрешности в анализе пожарного риска выявлены после его опубликования (тема, выходящая за пределы данного руководства), их следует рассмотреть с использованием методов, аналогичных тем, которые применяются для погрешностей в опубликованных проектах, основанных на предписывающих нормах.

13.2 Источники ошибок и неопределенности

13.2.1 СВЯЗЬ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ С РАСЧЕТОМ РИСКА Погрешность может происходить из любого компонента расчета (например, данных, уравнений) или воз-

никать в результате пропуска некоторого элемента, имеющего отношение к расчету. 13.2.2 СВЯЗЬ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ С ВАРИАТИВНОСТЬЮ (РАЗБРОСОМ ДАННЫХ)

13.2.2.1Вариативность определенной переменной, параметра или иного свойства подразумевает ту степень, в которой простираются или рассредоточены значения. В случае с расчетом пожарного риска в здании вариативность подразумевает разброс значений, которые могут наблюдаться в течение срока эксплуатации здания. Расчет пожарного риска должен уловить влияние вариативности и выбрать соответствующие методы анализа для того, чтобы включить ее в оценку риска (например, посредством процесса объединения сценариев в структуры, описанного в главе 8).

13.2.2.2Вариативность параметров неравнозначна неопределенности. Параметр с большой вариативностью, который, несмотря на это, хорошо понятен и охарактеризован, может привнести очень малую неопределенность в оценку риска, поскольку можно продемонстрировать, что возможная погрешность анализируемого параметра мала. Хотя некоторые методы решений, используемые для учета вариативности параметров математически являются такими же, которые можно использовать для объединения неопределенностей, как описано в п.13.3.4.4, замена понятия «вариативность параметра» понятием «неопределенность параметра» может привести к неадекватным результатам.

13.2.3 ТИПЫ ПОГРЕШНОСТЕЙ, ОТНОСЯЩИХСЯ К ДРУГИМ ГЛАВАМ ДАННОГО РУКОВОДСТВА На рис.1-1 представлена блок-схема, отображающая подход, который следует применять при проведении

оценки пожарного риска. В данном подразделе приводится краткая информация о том, как могут возникать неопределенности в ходе каждого из этапов процесса оценки пожарного риска.

13.2.3.1Содержание и цели проекта (глава 4)

На данном этапе определяется содержание проекта. Если определение содержания проекта проведено плохо, может возникнуть противоречие между заявленным и предполагаемым содержанием. Однако, анализ неопределенности обычно не учитывает неопределенность, возникающую на данном этапе. Частично это связано с тем, что данное руководство не делает попыток учесть неопределенности, связанные с восприятием наблюдателя, практическими целями и культурными оценками. Если существует неопределенность в плане содержания, поскольку она влияет на результаты оценки пожарного риска, ее необходимо устранить до того, как будет сформирована документация. (Рекомендуется учитывать неопределенности, относящиеся к содержанию, как можно раньше.)

13.2.3.2 Задачи, система показателей и пороговые значения (глава 5)

На данном этапе происходит перевод целей безопасности в задачи, систему показателей и пороговые значения допустимости риска. Поскольку на данном этапе может возникать погрешность при отклонении от предполагаемого содержания, неопределенность в этом процессе должна быть сведена к минимуму с использованием того же подхода, который предлагается для неопределенности в содержании (п.13.2.3.1).

13.2.3.3 Опасные факторы (глава 6)

На данном этапе происходит определение опасных факторов, которые содействуют пожарному риску. Хотя нет необходимости выявлять каждый возможный опасный фактор, процесс их выявления должен быть систематизированным и всесторонним, чтобы убедиться, что неопределенность, связанная с данным этапом незначительна. Неопределенность на данном этапе возникает из неучтенных опасных факторов, и подобные погрешности измерить нелегко. Поскольку количественно выразить неопределенность нелегко, работа с неопределенностью на данном этапе сводится к нахождению положительных, явных доказательств того, что были

ТР 5049 Оценка пожарного риска. Обзор зарубежных источников

Стр 198

предприняты шаги по достижению всестороннего охвата всех опасных факторов, такие как использование методов по систематическому анализу пожарного опыта и иных данных по потенциальным опасностям. Только в этом случае исключение неопределенности этого типа из вычисления неопределенностей будет считаться обоснованным.

13.2.3.4 Сценарии пожара (глава 7)

На данном этапе создаются сценарии пожара. Как и в случае с предыдущим этапом, неопределенность, возникающая на данном этапе, должна быть маленькой по сравнению с общей неопределенностью, и она в любом случае не может быть легко выражена количественно. Убедиться в том, что никакие важные сценарии не упущены, лучше всего можно путем точного обеспечения всесторонности процесса определения сценариев. Описание этого процесса завершается в главе 8.

13.2.3.5 Объединение сценариев пожара в структуры (глава 8)

На данном этапе выявленные ранее сценарии объединяются в поддающуюся обработке структуру сценариев таким образом, чтобы каждый сценарий был связан с группой (кластером) сценариев, которая будет подвергнута анализу. Каждый кластер сценариев содержит сценарии, для которых предполагается, что среднее последствие с присвоенной ему частотой хорошо представлено последствием показательного сценария группы (кластера). Погрешность, связанная с упущением сценариев из структуры сценариев не может быть легко измерена, но может быть устранена путем использования явного отображения, показывающего, как все сценарии представлены группой (кластером). Погрешность, связанная с выбором показательного сценария, может быть выражена количественно, и будет относиться к вариативности характеристик сценариев внутри кластера (т.е. тенденция структуры сценариев с малым количеством кластеров иметь большие кластеры, содержащие большое количество сценариев и большую вариативность).

13.2.3.6 Данные (глава 9)

На данном этапе определяются и оцениваются данные, которые будут использоваться для поддержки анализа пожарного риска. Значения данных могут быть взяты из лабораторных экспериментов, измерений в полевых условиях (включая реконструкцию и описание пожара) и экспертную оценку. Существуют методы оценки прецизионности, погрешности измерений и другие сводные измерения величины погрешности по каждому источнику данных.

13.2.3.7 Частотный анализ (глава 10)

На данном этапе оценивается возможность возникновения группы (кластера) сценариев. Существует связанная с этим процессом неопределенность, которую необходимо учитывать.

13.2.3.8 Анализ последствий (глава 11)

На данном этапе оцениваются потенциальные воздействия, связанные с показательным сценарием пожара. Существует связанная с этим процессом неопределенность, которую необходимо учитывать.

13.2.3.9 Расчет риска (глава 12)

На данном этапе объединяются результаты анализа вероятности/частотного анализа и анализа последствий. Может существовать неопределенность, связанная с этим процессом, которую необходимо учитывать.

13.2.3.10 Оценка риска (глава 14)

На данном этапе осуществляется сравнение пороговых значений допустимости риска из главы 5 с результатами расчета риска из главы 12. На данном этапе новых источников неопределенности не возникает.

13.2.3.11 Документация (глава 15)

На данном этапе производится документирование результатов анализа пожарного риска. Анализ неопределенности, как правило, не учитывает погрешности, вносимые в документацию о том, что происходило в ходе анализа риска. Должна быть проведена проверка для снижения возможности внесения погрешностей в процессе составления документации.

13.3 Рекомендуемый порядок оценки неопределенности

13.3.1Рекомендуются пять основных шагов по проведению анализа неопределенности в контексте оценки пожарного риска.

13.3.2Шаг 1. Выявление источников погрешности и принятие решений на руководящем уровне о том, как учитывать каждый тип или источник погрешности.

13.3.2.1Первый шаг в осуществлении анализа погрешности заключается в выявлении источников возможных погрешностей, которые могут повлиять на результаты каждой задачи. Классифицирование источников погрешностей в виде модели или параметра могут помочь специалистам, осуществляющим анализ, выявить источники, имеющие отношение к конкретной оценке пожарного риска. Преимущество такой классификации состоит в том, что модели и параметры в пределах оценки риска систематически анализируются. После того, как источники неопределенностей будут выявлены, специалистам, осуществляющим анализ, следует перейти

кдействиям, описанным в пп.13.3.2.2 - 13.3.2.4.

13.3.2.2Выявить погрешности, которые не будут подвергнуты количественному выражению при анализе неопределенности и причины этого. К причинам относятся:

a)тип погрешности лежит за пределами содержания анализа неопределенности;

b)тип погрешности нелегко измерить;

c)величина этого типа погрешности считается слишком малой, чтобы влиять на расчет общей погрешности.

По каждому из этих утверждений должно быть приведено логическое обоснование, а также конкретный подход, применяемый для учета неопределенности, такой как:

ТР 5049 Оценка пожарного риска. Обзор зарубежных источников

Стр 199

•учет погрешности путем использования процедуры анализа качества для обеспечения правильности и завершенности;

•учет погрешности или чувствительности только в качественном выражении (например, определение тех сценариев, которые будут подвержены влиянию, и почему результат будет незначителен);

•решение о том, что неопределенность не будет (не может быть) учтена, с обязательным указани-

ем причин.

13.3.2.3Разработать общую стратегию анализа неопределенности тех погрешностей, которые должны быть выражены количественно. Эта стратегия включает в себя конкретные стратегии количественного выражения конкретных типов погрешностей (шаг 2), осуществление этих стратегий и количественное выражение погрешностей (шаг 3), вычисление размножения неопределенности и суммарного действия всех составляющих погрешностей на неопределенность итогового расчетного риска (шаг 4) и интерпретацию результатов

(шаг 5).

13.3.2.4В ходе анализа неопределенности важно явным образом учитывать погрешности, возникающие при использовании имеющихся данных из одного контекста, чтобы сделать расчеты в подобном, но не идентичном втором контексте. Погрешности, возникающие из несоответствий в таких действиях, могут состоять в следующем:

• Отличия в процессах. Когда и как данные из одного процесса/отрасли применяются к другому процессу/отрасли. Например, достоверны ли данные, полученные об эффективности пожаротушения на химических предприятиях для определения эффективности пожаротушения в торговых центрах, или можно ли использовать статистические данные о пожарах в жилых зданиях для определения возможности и типов пожаров в офисных зданиях?

• Отличия в зданиях/помещениях. Как база общих данных, так и база данных по конкретному типу зданий/помещений должна учитывать отличия, существующие между зданиями/помещениями, вошедшими в базу данных, и между конкретным применением и общим отраслевым проектом и практикой, которые могут влиять на данные. Например, специалист, осуществляющий анализ, должен продемонстрировать, что данные о функционировании вентиляционных систем во всех больницах достоверны для применения при противопожарном проектировании конкретной больницы, учитывая неполноту данных (не все события или данные о надзоре могут быть известны) и широкий охват противопожарного проектирования и практики.

• Отличия в сценариях. Использование данных, собранных по одному типу пожара, для другого типа пожара должно быть обоснованным. Например, эффективность тушения пожарными горящей резины по сравнению с тушением горящей мебели.

13.3.3Шаг 2. Разработка стратегии анализа погрешностей для конкретных типов погрешностей.

13.3.3.1Погрешности, когда оценка включает в себя измерение на основе наблюдений. Эти погрешности наиболее хорошо поддаются подробному, явному количественному выражению с применением распределений вероятностей (в шаге 3) и обязательным распространением распределений вероятностей с использованием численных методов типа методов Монте-Карло (в шаге 4).

13.3.3.2Погрешности, когда оценка не включает в себя измерение на основе наблюдений, таких как экспертная оценка. Поскольку в таких случаях редко существует основа для присвоения погрешностям распределений вероятностей, обычно возникает необходимость оценить неопределенность исходя из вариативности (разброса) параметров. Может быть определен базовый пример в качестве лучшей модели оценки и/или значений данных, и может быть выполнен анализ чувствительности, меняющий рассматриваемые модели или параметры и фиксирующий документально количественное воздействие на общие результаты.

13.3.3.3При разработке стратегии полезно различать случайные и систематические погрешности. Случайные погрешности имеют тенденцию изменяться в зависимости от времени (или аналогичного параметра), и обычно могут быть учтены с помощью статистической оценки имеющейся информации, в то время как систематические погрешности обычно считаются неизменными.

13.3.4Шаг 3. Количественное выражение неопределенностей, связанных с каждой частью расчета риска.

13.3.4.1Неопределенности, связанные с источниками погрешности, выявленные в шаге 1, должны быть выражены количественно в соответствии с выбранной(-ыми) стратегией(-ями) в шаге 2. Как отмечалось, к этим методам обычно относится либо классический, количественный анализ неопределенности, либо разновидности анализа чувствительности.

13.3.4.2Классический анализ неопределенности

Методы анализа неопределенности были разработаны для оценки ожидаемой погрешности и колебаний, которые возникают в ходе измерений и испытаний. Основными целями такого анализа являются: прогнозирование ожиданий, предшествующих эксперименту (например, приведет ли эксперимент к полезным результатам?), оценка точности измерительной системы (например, даст ли измерительный прибор приемлемую информацию?) и оценка получающейся в результате неопределенности (например, доверительный интервал для результата испытания). При измерении и проведении испытаний неопределенность, как правило, классифицируется как случайная или систематическая погрешность. Методы, используемые специалистами по измерению и проведению испытаний, могут помочь в оценке и распространении неопределенностей, в особенности, неопределенностей данных.

13.3.4.3 Анализ чувствительности 13.3.4.3.1 Анализ чувствительности показывает относительную величину изменения в выходных данных,

которую можно ожидать при изменении входного параметра. Изменения одних параметров приводят к не-

ТР 5049 Оценка пожарного риска. Обзор зарубежных источников

Стр 200

большим изменениям в прогнозах моделей, в то же время изменения других параметров могут привести к большим изменениям в прогнозируемых значениях. Результаты анализа чувствительности определяют те входные параметры, которые оказывают наибольшее влияние на выходные переменные или вызывают наибольшие изменения в них.

13.3.4.3.2По каждому входному параметру выбирается номинальное значение для определения базового примера. Затем входные параметры по отдельности изменяют в пределах ограниченного диапазона. Если изменение в рассматриваемой выходной переменной больше, чем изменение во входном параметре, модель является чувствительной к этому параметру. Если выходная переменная меняется очень мало при относительно большом изменении во входном параметре, модель менее чувствительна к этому параметру.

13.3.4.3.3Например, если изменение во входном параметре на 10% приводит к изменению в прогнозируемом значении менее, чем на 10%, то модель имеет более низкую чувствительность к этой входной переменной. Однако, если изменение во входном параметре на 10% приводит к изменению в прогнозируемом значении более, чем на 10%, то модель имеет более высокую чувствительность к этой входной переменной.

13.3.4.4 Чувствительность, вариативность и неопределенность

13.3.4.4.1Параметр с большой вариативностью, но низкой чувствительностью привнесет очень малую неопределенность в оценку риска, поскольку даже большая погрешность в параметре (возможная вследствие его большой вариативностью) приведет к малой погрешности оценки (вследствие низкой чувствительности). Иногда переменная с большой вариативностью имеет высокую чувствительность в части диапазона с малой или низкой вероятностью и низкую чувствительность в остальной части диапазона. Иногда бывает высокая чувствительность, зависящая от того, входит переменная в тот или иной поддиапазон, но низкая чувствительность к ее точному значению в пределах широких поддиапазонов.

13.3.4.4.2В любом случае анализ чувствительности указывает на те моменты, которые должны быть рассмотрены. Возьмем в качестве примера температуру наружного воздуха. В разных сценариях можно рассматривать разные температуры наружного воздуха. Если можно продемонстрировать, что температура наружного воздуха имеет значительное влияние на последствия, когда температура воздуха высокая, но не когда она низкая, тогда это воздействие можно рассматривать на основе структуры сценариев, и вариативность будет явным образом учтена. По этому вопросу нет необходимости проводить дополнительный анализ неопределенности.

13.3.4.4.3Если во всех сценариях используется одно значение температуры наружного воздуха, взятое из диапазона с высокой чувствительностью, тогда вариативность не была явным образом учтена, но расчет дает завышенную оценку риска. Если используется одно значение температуры воздуха, но оно взято из диапазона

снизкой чувствительностью, тогда вариативность не была явным образом учтена, и расчет дает заниженную оценку риска. В обоих случаях неопределенность, связанная с прогнозированием риска, будет выше, чем тогда, когда структура сценариев учитывает вариативность. В первом случае, если результаты будут представлены соответствующим образом, их можно считать пригодными. Во втором случае (заниженный риск, большая, но неизмеренная неопределенность), результаты, по всей вероятности, окажутся обманчивыми, как бы хорошо они ни были представлены.

13.3.5Шаг 4. Распространение неопределенностей.

13.3.5.1В шагах 1-3 неопределенность учитывается отдельно и индивидуально по каждому компоненту расчета пожарного риска. После того, как это будет сделано, необходимо определить величину и форму общей неопределенности, присущей выполненным расчетам риска по проекту. Этот шаг обычно называется "распространением" неопределенности через расчет.

13.3.5.2Если шаги 1-3 привели к классическому анализу неопределенности, то в результате будут получены распределения вероятностей для выявления погрешности среди компонентов, и неопределенность можно распространить количественно. В некоторых случаях это можно сделать в закрытой форме, используя сложные статистические методы. Чаще используется моделирование по методу Монте-Карло.

13.3.5.3Еще чаще шаги 1-3 не приводят к тому подробному количественному выражению, которое необходимо для поддержания упорядоченного анализа по распространению неопределенностей. В таких случаях требуется менее упорядоченное, но все же систематическое исследование взаимодействий погрешностей для разных переменных.

13.3.5.4Например, следует учитывать, есть ли у погрешностей тенденция к накоплению, как у процентов по вкладу. Если одна из переменных может быть изменена в два раза, и вторая может быть изменена в два раза, то может ли результат, основанный на этих переменных, изменяться в четыре раза? Или же наблюдаются независимые друг от друга изменения погрешностей? И, следовательно, расчет, включающий две переменные, каждая из которых может быть изменена в два раза, сам может также быть изменен в 2 раза? Иногда математические действия над переменной могут фактически уменьшать ее вклад в неопределенность. Предположим, что переменная может быть изменена в 4 раза, но в расчете, используется квадратный корень из переменной, что означает, что его вклад в погрешность рассчитанной переменной имеет коэффициент 2.

13.3.5.5Следует признать, что взаимодействия между выявленными погрешностями не всегда могут быть очевидными. Точные количественные методы могут должным образом зафиксировать взаимодействия между неопределенными моделями и параметрами. Менее точные методы, такие как анализ чувствительности, следует применять с осторожностью, чтобы результаты адекватно фиксировали взаимодействия между неопределенными моделями и параметрами. Аналогичным образом, технические специалисты должны проводить качественный анализ неопределенности, чтобы выводы служили надежной базой для принятия обоснованных решений о риске.

13.3.6Шаг 5. Оценка воздействия.

ТР 5049 Оценка пожарного риска. Обзор зарубежных источников

Стр 201

13.3.6.1 Анализ переключения По окончании анализа неопределенности наиболее важным вопросом является то, достаточно ли велики

неопределенности, чтобы влиять на проектные решения или общую оценку допустимости проекта. Это исследование воздействия анализа неопределенности носит название анализа переключения, поскольку сосредоточено на том, может ли лучшее решение переключиться на другое решение.

13.3.6.2 Анализ значимости Анализ значимости является разновидностью анализа чувствительности, который сосредоточен на вопросе

переключения для анализов чувствительности, которые не являются достаточно количественными, чтобы обеспечить возможность выполнения утвержденного анализа переключения. Осуществляется численное ранжирование каждого из анализируемых параметров по относительной шкале от 0 до 1. Значимость равная 0 означает, что переменная не влияет на результаты неопределенности. Значимость равная 1 означает полную взаимозависимость, при которой вся неопределенность в результатах вызвана неопределенностью в одном параметре. Этот процесс особенно полезен, когда необходимо продемонстрировать, что неточность конкретных переменных не приводит к значительной неопределенности в результатах.

13.3.6.3Когда рассматриваемые неопределенности оказывают значительное влияние на решения, связанные с риском, могут быть оправданными следующие попытки:

1. если возможно, снизить некоторые из выявленных неопределенностей с помощью дальнейшего исследования.

2. выбрать более сложный метод анализа неопределенности, который сможет обеспечить более хорошее отражение неопределенности.

13.3.6.4Существует два основных подхода по представлению неопределенностей, выраженных количест-

венно:

1. Мультипликативные коэффициенты, которые выражают предел диапазона в виде процента от прогнозируемого значения;

2. Аддитивные коэффициенты, называемые пределами безопасности, которые выражают предел диапазона в виде фиксированного значения.

Существуют преимущества и недостатки, связанные с каждым из этих подходов. Для прогнозирования тяжести пожаров (например, температуры) мультипликативные коэффициенты, подходящие для обозначения среднего масштаба, приводят к описанию нереально узких диапазонов для расчетов малых масштабов и нереально широких диапазонов для расчетов крупных масштабов. В свою очередь, обозначение одного аддитивного коэффициента неблагоприятно, поскольку диапазон, указанный как умеренный при средних значениях, окажется слишком большим для малых значений и слишком маленьким для больших. Сочетание дополнительных коэффициентов, аддитивных и мультипликативных, может послужить разумным компромиссом и, когда оно представлено правильным образом, должно быть допустимым.

ТР 5049 Оценка пожарного риска. Обзор зарубежных источников

Стр 202