CC BY
141
Экологическая реконструкция городов и реставрация ландшафтов Экологическое законодательство РФ. Экологические постулаты. Экология и религии Экологическая архитектура, архитектурная физика. Ландшафтная архитектура
«Мягкое» управление природой. Охрана природы «Устойчивое развитие». «Повестка дня 21 века». «Устойчивое строительство» Экологический город. Экологическая комфортность, гармония и красота города
Изучение пределов допустимого освоения облесенных территорий, использования почвенно-растительного слоя «Равное природное пространство». «Экологический след». Экологизация потребностей жителя города Оценка цикла жизни. Потоки материалов и энергии в городах. Экологическая надежность и безопасность.
Пределы использования возобновимых и невозобновимых ресурсов Международные соглашения, экологические организации и движения Экологические материалы и методы строительства. Экономия ресурсов
Пределы использования ресурсов живой природы (флоры и фауны) Гармонизация взаимоотношений между обществом и природой Экологические здания и сооружения. Энергоактивные, энергосберегающие, «нулевые» и «интеллектуальные» здания
Пределы «освоения» сфер планеты - атмосферы, гидросферы, литосферы, биосферы Гармонизация взаимоотношений внутри общества, между людьми, городами, странами Архитектурное разнообразие. Сенсорная экология. Бионика. Фрактальная архитектура
Пределы вмешательства человека в ближнее и дальнее космическое пространство Решение проблем роста степени искусственности среды и жизни на планете, возврат к естественности Индикаторы экологического развития. Экологизация. ГИС. Эко-мониторинг. Экологическая паспортизация, сертификация, экспертиза
Список литературы:
1. Construction Ecology. /Ch. J. Kibert, J. Sendzi-mir, G. Bradley Guy/. Spon Press, London, New York, 2001. - 305 pp.
2. Deelstra T. Healthy Prospects (Urban Planning as Good Practice). - Intern. Inst. For the Urban Environment. - The Netherlands, 1998. - 27 p.
3. Downton P. Designing the urban ecology of ecopolis from the scale of individual buildings to city-regions. - Proceedings of International Ecopolis Forum. -Ningbo, China, 2004. - p. 68-95.
4. Register R. Ecocities. - Berkeley: Hills Books, 2002. - 290 pp.
5. Rogers R. Cities for a small planet. - London, 1997. - 180 pp.
6. Rusong W. The China Eco-city. Proceedings of V Intern. Ecocity. "Ecoscape. Eco-industry. Eco-culture". Conf. Shenzhen. 2002.
7. Тетиор А.Н. Экосити: проблемы, решения.
- Тверь, Тверское издательство, 2005. - 307 с.
8. Тетиор А.Н. Строительная экология. -Киев: Будiвельник, 1992. - 147с.
9. Тетиор А.Н. Социальные и экологические основы архитектурно-строительного проектирования.
- М.: Академия, 2009. - 232 с.
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ («УСТОЙЧИВАЯ») ИНФРАСТРУКТУРА КАК ОСНОВА
УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ
Тетиор Александр Никанорович
докт. техн. наук, профессор, РГАУ -МСХА им. К.А. Тимирязева, Москва
ECOLOGICAL («SUSTAINABLE») INFRASTRUCTURE AS A BASIS FOR SUSTAINABLE DEVELOPMENT
Tetior Alexander
Dr. Sc., Professor, Institute of Environmental Engineering,
K. А . Timirjasev Agricultural Academy, Moscow
Аннотация. Концепция экологической («устойчивой») инфраструктуры, которая может стать основой устойчивого развития, создана недавно [6]. Экологическая инфраструктура - это комплекс городских, региональных, глобальных и космических, природных, природно-антропогенных и искусственных объектов и явлений, обеспечивающий сохранение экологически обоснованной среды жизни человека. Плохо реализуемая концепция устойчивого развития может быть заменена на более реальную концепцию создания высококачественной экологической инфраструктуры и среды жизни.
Abstract. The concept of ecological («sustainable») infrastructure, which can become the basis for sustainable development, was created recently [6]. Ecological infrastructure is a complex of urban, regional, global and cosmic, natural, man-made and natural-artificial objects and phenomena, which provide environmentally well-founded preservation environment of human life. A more realistic creating high-quality environmental infrastructure and the living environment can replace poorly realizable concept of sustainable development.
Ключевые слова: экологическая инфраструктура; устойчивая инфраструктура; экологизация инфраструктуры; устойчивое развитие; широкая инфраструктура
Key words: ecological infrastructure; sustainable infrastructure; ecologization of infrastructure; sustainable development; wide infrastructure
Экологическая инфраструктура - это широкий эволюционирующий комплекс природных, природно -антропогенных (культурных) и полностью искусственных объектов и систем, обеспечивающий условия сохранения среды жизни человека в городах и на больших территориях. Сохранение и поддержание всесторонне обоснованного качества среды жизни обеспечивают составляющие экологической инфраструктуры - городские, региональные, глобальные и космические предметы и явления. Среда жизни - это динамичная социально-экологическая подсистема природных и антропогенных предметов и явлений, факторов материальной и духовной культуры, в том числе природно - техногенных, социально - психологических и социально -экономических, взаимодействующих между собой и с
внутренней средой человека. Здоровая среда жизни человека - совокупность условий, обеспечивающих удовлетворение первоочередных и других потребностей человека, повышающих качество жизни, формирующих гармоничную социальную среду. Создание высококачественной экологической инфраструктуры в масштабе городов и страны, ее реставрация, сохранение и улучшение, - важнейшая задача. Ее решение может заменить плохо реализуемую концепцию устойчивого развития на более реальную концепцию создания высококачественной экологической инфраструктуры и всесторонне обоснованной среды жизни. Факторы экологической инфраструктуры эволюционируют вместе с эволюцией планеты, взаимодействуют между собой и с человеком, и влияют на среду жизни (рис. 1).
Рис. 1. Среды жизни: 1- космическая; 2 - глобальная; 3 - дальняя; 4 - ближняя; 5 - ближайшая (дом); 5а -
внутренняя среда организма
Экологическая инфраструктура принципиально отличается от инфраструктуры вообще. В традиционную инфраструктуру включают производственную и социальную инфраструктуры, а также иногда природные ресурсы, условия жизни общества. Все эти составляющие могут входить в экологическую инфраструктуру при условии их экологизации (табл. 1).
Среду жизни человека в городских и сельских поселениях и на больших территориях сохраняют, восстанавливают, обеспечивают компоненты экологической инфраструктуры: - Позитивная для среды жизни и безопасная космическая и глобальная среда. - Экологически обоснованный объем всех естественных компонентов природных ландшафтов: атмосферы, литосферы, гидросферы, биосферы. - Экологически обоснованный комплекс охраняемых территорий. - Экологические, малоотходные, «мягкие» технологии и системы строительства, промышленности, энергетики, транспорта, сельского, водного, лесного, и др. хозяйства, удаления отходов, и пр. - Экологические гражданские (жилые и общественные), и производственные
(в том числе сельскохозяйственные) здания; природосберегающие и природоохранные здания и сооружения. - «Умные» («интеллектуальные») здания, сооружения, города. - Гармоничная, красивая и комфортная архитектурно-ландшафтная среда города. - «Упругие» социально-экологические системы городов и страны. -Системы поддержания экологического равновесия с экологическим зонированием территорий. - Сооружения, предприятия, предупреждающие и ликвидирующие неблагоприятные явления природы и социального дискомфорта, регулирующие экологические ситуации (система мониторинга, управления качеством среды, очистки, и пр.). Поддержание среды жизни обеспечивают также элементы традиционной инфраструктуры, после их системной экологизации: - Природные ресурсы, в том числе (в первую очередь) возобновимые. - Системы их добычи и доставки на производство. - Системы удаления и утилизации отходов. -Энергетика, транспорт, связь, дороги, умная техника, и пр. - Системы предоставления материалов и условий для протекания производственных процессов (вода, воздух,
температура, давление, вибрация, и пр.). - Здания и инженерные сооружения, транспортеры, склады, и пр., обеспечивающие протекание производственных процессов. - Состояние общества, отсутствие кризисных
явлений, обеспечение экологически обоснованных потребностей жителей городов и стран. - Экологическая этика и эстетика, экология человека. -Экологические поселения, обеспечивающие удовлетворение насущных (первоочередных) и всех других потребностей.
Таблица 1 а
Экологическая инфраструкту
Космическая среда, предметы и явления ближнего и дальнего космоса Глобальная среда Земли, естественная природа и природные ресурсы Культурная природа Искусственная (арте-природная) среда, энтропийные и негэн-тропийные объекты Внутренняя среда организма человека
Влияющие на среду жизни космические поля, предметы и явления Сохраненная на 2/3 площади планеты естественная природа и ресурсы Экологически обоснованная площадь культурной природы в городах Традиционная инфраструктура с ее глубокой экологизацией Влияющая на удовлетворение потребностей здоровая среда организма
Социально-экономическая среда
Социально-психологическая среда
ряд компонентов поддерживающих жизни, является
Отметим сходство и различие понятий экологической инфраструктуры и среды жизни. Сходство состоит в том, что экологической инфраструктуры, высокое качество среды одновременно и факторами этой среды жизни: это -часть естественной природы и культурная природа, являющиеся средой жизни человека. Естественная и культурная природа (в том числе охраняемые природные территории) помогают формированию высококачественной среды жизни, но одновременно они являются средой жизни. Все элементы традиционной инфраструктуры должны быть экологизированы, чтобы войти как составляющие в экологическую инфраструктуру. Это касается экологизации крупных объектов традиционной инфраструктуры, производственных и жилых зданий, инженерных сооружений, составляющих
артеприродную среду города и страны. Должна быть экологизирована не только деятельность человека, но и его мышление [7]. Роль экологической инфраструктуры как основы сохранения среды жизни, как фундамента «устойчивого», экологически поддерживающего развития, является определяющей. Это положение важно, так как не обеспечивается выполнение принятой ООН программы «устойчивого» развития («Повестки дня - XXI». Термин взят в кавычки, так как перевод слова "sustainable" как «устойчивый» неточен).
Параметры экологической инфраструктуры могут быть реализованы только в условиях необходимой
«упругости» среды жизни как социально - экологической подсистемы, что достигается ее способностью к адаптациям в меняющемся мире. «Упругость» среды жизни, включающей в себя экологический и социальный компоненты, - это ее способность возвращаться в исходное состояние после изменений под влиянием негативных факторов, способность выдерживать внешние и внутренние воздействия без изменения основных функций. Адаптивная способность экологического компонента связана с сохранением экологической инфраструктуры, обоснованного объема естественной природы, с генетическим и биологическим разнообразием. Адаптивная способность социального компонента зависит от удовлетворения потребностей, равноправия, участия жителей в принятии решений по проблемам развития городов, и пр. [7]. Для России проблема создания высококачественной экологической инфраструктуры актуальна, так как в стране есть города и территории с загрязненной средой жизни (рис. 2) [1, 2, 5]. Степень загрязнения территорий соответствует плотности населения. В социально - психологическую среду входят внеэкономические отношения между людьми, включающие уровень их взаимоотношений и взаимодействия, единство или различие вкусов, и т. д. Социально - экономическую среду составляют отношения между людьми и их группами, и между ними и создаваемыми (в том числе накопленными) материальными и культурными ценностями, воздействующими на человека.
Рис. 2. Распределение плотности населения (а), загрязнение ландшафтов (б) Внутри этих сред можно выделить среду насе- городе. Наряду с этими средами человек находится в ленных мест - здания и сооружения вместе с микро- и материально-духовной культурной среде, включаю-мезоклиматом города, культурной природой и элемен- щей все созданное человеком, его национальные и эттами естественной природной среды, сохранившейся в
нические особенности, знания, умения, навыки, уровень интеллектуального, этического и эстетического развития, нормы морали и права, отношение к природе и др. Многие из указанных сред частично пересекаются (рис. 3). Современного жителя города окружает главным образом артеприродная среда. Высококачественная среда жизни (совокупность природной и
культурной среды, среды населенных мест и внут-риквартирной жилой среды, социально - психологической и социально - экономической среды), - это основной, определяющий все действия человека интегральный показатель, к достижению которого нужно стремиться.
Рис. 3. Состав сред жизни
Комплексный характер экологической инфраструктуры как базиса создания среды жизни высокого качества, позволяет считать создание динамичной, здоровой и гибкой экологической инфраструктуры главным направлением всей деятельности в городах и на территориях страны. Среда жизни человека основана на использовании ресурсов четырех «сфер» природы Земли - атмосферы, гидросферы, литосферы и биосферы. Квазиприродная среда также полностью создана человеком из ресурсов природной среды, как и артеприродная среда. Экологическая инфраструктура в масштабе страны -это взаимодействующие между собой освоенные и естественные территории, соотношение между которыми должно быть экологически обосновано с целью поддержания гомеостаза и экологического равновесия; необходимая совокупность природных охраняемых территорий, экологический каркас территории страны и экологические коридоры, крупные технологические системы традиционной инфраструктуры, невозобновимые и возобновимые природные ресурсы, система мониторинга. В масштабе города - это экологическая производственная и социальная инфраструктура, экологический каркас города и зеленые коридоры, почвенно-растительный слой, экологические, «умные» и полифункциональные здания, система фитомелиорации и пермакультуры, экологично реставрированные ландшафты и экологично реконструированные здания, благоприятная сенсорная городская среда, благоприятные условия жизни. В круг
инфраструктуры входят экологические строительные материалы, энергосберегающие и энергоактивные здания, система сокращения, хранения и переработки отходов. К экологической инфраструктуре относятся эколого-экономический мониторинг,
геоинформационные системы, оценка состояния среды, индикаторы поддерживающего развития, экологическая экспертиза и контроль строительного комплекса.
Естественная природа и природные ресурсы помогают созданию высокого качества среды жизни, что позволяет считать их обязательными компонентами экологической инфраструктуры. «Грязное» производство, обслуживаемое традиционной инфраструктурой, не может быть отнесено к экологической инфраструктуре, так как оно не обеспечивает сохранение среды жизни (рис. 4). Но к ней можно отнести все экологические производственные, гражданские или жилые объекты, энергоактивные и энергоэкономичные здания, здания с замкнутым циклом жизнедеятельности, интеллектуальные, биопозитивные и «нулевые» здания, которые в итоге обеспечивают условия сохранения среды жизни. Очевидно, любые искусственные объекты при условии их глубокой экологизации могут быть компонентами экологической инфраструктуры. При таком расширенном подходе к понятию экологической инфраструктуры не только исключается неточность ее определения, но и существенно возрастает ее ценность как крупной системы, сохраняющей среду жизни.
Рис. 4. Негативная для среды жизни города традиционная инфраструктура
В экологическую инфраструктуру принято включать объекты, которые непосредственно обеспечивают условия сохранения среды жизни, поэтому в нее входят наряду с элементами традиционной производственной и социальной инфраструктуры также предприятия, предупреждающие и ликвидирующие неблагоприятные явления, в том числе, например, очистные сооружения, коммунальное хозяйство и пр. [6]. При этом за ее пределы выведены многочисленные объекты, обслуживаемые традиционной инфраструктурой и оказывающие очень большое (чаще - опосредованное), влияние на формирование среды жизни. Например, все объекты производства в самых разных отраслях, все жилые дома, и пр., могут быть экологичны или не экологичны, и поэтому могут в итоге оказывать позитивное или негативное влияние на сохранение среды жизни.
Полностью природные факторы сравнительно мало зависят от человека, если исключается его вмешательство в природу и остается в нетронутом состоянии экологически обоснованная часть «дикой» природы в масштабе планеты, стран и городов. Остальные факторы полностью связаны с человеческой деятельностью, и потому человек может существенно (положительно или отрицательно) влиять на качество среды жизни. Экологическое строительство, природоохранное обустройство территорий, экологическая реконструкция существующих зданий и сооружений и экологическая реставрация нарушенных ландшафтов ведут к обеспечению условий сохранения среды жизни, к росту ее качества. Поэтому роль экологической инфраструктуры как основы сохранения высококачественной среды жизни в городах и на больших территориях, велика.
Все системы традиционной инфраструктуры в городе и в стране должны быть экологичны, чтобы составлять органичную часть экологической инфраструктуры. Таким образом, экологическая инфраструктура в масштабе страны и города - это широкий комплекс природных и технических сооружений и систем, призванный обеспечивать поддержание и сохранение устойчивой, здоровой и красивой среды жизни человека. Но среда жизни человека существенно загрязнена, реальная экологическая инфраструктура во многих городах не обеспечивает условия сохранения здоровой среды жизни человека. Природа отступает под антропогенным воздействием, и для восстановления экологического равновесия и природной среды исследователями предлагается только один способ:
нужно сократить площадь антропогенно измененных и застроенных земель, возвратить значительную часть (известна предлагаемая исследователями цифра -около трети используемых земель) «освоенных» и загрязненных территорий в естественное состояние. Такой возврат невозможен при наблюдающемся росте урбанизированных территорий и возрастании численности человечества. Однако, по нашему мнению, возможна замена этого возврата созданием «упругой», «устойчивой», высококачественной экологической инфраструктуры на всех уровнях, экологизацией урбанизированных территорий, природоохранным и природосберегающим, природовосстанавливающим строительством, биопозитивной реконструкцией поселений, зданий и инженерных сооружений, что позволит создать принципиально новые биопозитивные города и отдельные объекты, родственные природе, не отторгаемые природой и включаемые в естественные экосистемы. Это принципиальное положение делает исключительно актуальной задачу создания высококачественной экологической инфраструктуры, экологизации поселений и больших территорий на базе экологической инфраструктуры, экологической реконструкции и создания экосити: она связана с сохранением всей природной среды и, следовательно, жизни на Земле. Для достижения такой системной и глубокой экологизации необходимо длительное экологическое образование и воспитание, с целью создания новой сферы экологического разума - «эконоосферы».
Экологическая инфраструктура обеспечивает условия сохранения и защиты среды жизни человека, в том числе в чрезвычайных ситуациях, включая катастрофический рост экологического следа человечества. Поэтому важнейшая цель всей деятельности в стране и в городе - это создание на основе системного подхода и на базе экологической инфраструктуры, экологических, красивых и здоровых городов, находящихся в экологическом равновесии с природой и обеспечивающих жителям высокое, экологически обоснованное качество среды жизни. Это - важная государственная задача, связанная с обеспечением экологической безопасности и здоровой жизни будущих поколений.
Список литературы:
1. Владимиров В.В. Расселение и экология. - М.: Стройиздат, 1996. - 392 с.
2. Исаченко А.Г., Шляпников А.В. Ландшафты. -М.: «Мысль», 1989. - 504 с.
3. Реймерс Н.Ф. Надежды на выживание человечества. Концептуальная экология. - М., ИЦ «Россия молодая», 1992. - 366 с.
4. Тетиор А.Н. Архитектурно-строительная экология. Устойчивое строительство. - Тверь, Тверское книжное издательство, 2003. - 495 с.
5. Тетиор А.Н. Антропогенная (искусственная) эволюция. - М.: РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева, Институт природообустройства, 2015. - 444 с.
6. Тетиор А.Н. Экологическая инфраструктура. М.: «Колосс», 2005. - 265 с.
7. Тетиор А.Н. Экологизация мышления и деятельности человека. - М.: МГУП, 2014. - 410 с.
ВЫЧИСЛЕНИЯ НА GPU. ОБЗОР УСКОРИТЕЛЬНЫХ БЛОКОВ НА ОСНОВЕ
ГРАФИЧЕСКИХ УСКОРИТЕЛЕЙ
Федоров Дмитрий Игоревич
Академический бакалавр, ФГБОУ ВО «МГМУ (МАМИ)», г. Москва
Чукуров Евгений Борисович
начальник лаборатории высокопроизводительных вычислительных систем, ФГУП "НИИ "Квант",
г. Москва
АНОТАЦИЯ
Рассмотрена актуальность использования GPU в высокопроизводительных вычислительных системах, дан обзор современных технических решений и сделан вывод о применимости различных систем. ABSTRACT
The main idea of the article is the relevance of using GPU in high performance computing. The article contains the information about modern technical approaches in the area of high performance computing using GPU and the conclusion about the most efficient systems.
Ключевые слова: суперкомпьютеры; кластеры; графические ускорители; ускорительные блоки. Keywords: supercomputers; clusters; graphic accelerators; accelerator blocks.
Графические процессоры, в сочетании с традиционными для систем x86 вычислительными узлами, по данным [1-4,8-11] пользуются сегодня приоритетом у создателей суперкомпьютеров и вычислительных кластеров. Явным подтверждением этого является то, что в 10-ку лучших суперкомпьютеров списка ТОП500 входят системы, основанные на подобных технических решениях. «Рост частот универсальных процессоров упёрся в физические ограничения и высокое
энергопотребление, и увеличение их производительности всё чаще происходит за счёт размещения нескольких ядер в одном чипе» [5, с. 271]. Этим и обусловлен высокий интерес к гибридным вычислительным системам наблюдаемый во всем мире, поскольку использование массивно-параллельной структуры GPU в
высокопроизводительных вычислениях позволяет существенно ускорить решение критических задач, по данным [6,7].
В задачи, для решения которых применение GPU невозможно или нецелесообразно, можно решать на стандартных х86-серверах, входящих в состав гибридного кластера. Мной рассмотрены некоторые из вариантов: как серверных платформ с возможностью установки многоядерных ускорителей, так и ускорительных блоков.
Ускорительные блоки от фирмы OneStopSystem CA 2000, CA 4000 и CA 16000 Одной из последних разработок на данный момент являются ускорительные блоки от фирмы OneStopSystem CA 2000, CA 4000 и CA 16000.
Ускорительный блок CA 2000 Блок имеет форм фактор 1U. Дает возможность установки в него до двух карт многоядерных ускорителей. Ускорительный блок оснащен блоком
питания 1620 Вт. На задней панели располагается слот PCIx16 Gen3 для подключения управляющего сервера. СА 2000 оснащен блоком мониторинга, отслеживающим работу вентиляторов, рабочую температуру блока, а также напряжение.
В ускорительном блоке CA 2000 производитель рекомендует использовать профессиональную линейку графических ускорителей NVIDIA (Tesla K10, K20, K20X, K40 и К80), а также многоядерные ускорители Intel Xeon Phi.
Ускорительный блок CA 4000
От младшей модели его отличает форм фактор в 2U, возможность устанавливать до четырех карт многоядерных ускорителей. Ускорительный блок оснащен двумя блоками питания по 1620Вт. каждый. На задней панели имеется возможность размещения до двух слотов PCIx16 Gen3 для подключения управляющих серверов. СА 4000 оснащен блоком мониторинга, отслеживающим работу вентиляторов, рабочую температуру блока и напряжение.
В ускорительном блоке CA 4000 производитель рекомендует использовать профессиональную линейку графических ускорителей NVIDIA (Tesla K10, K20, K20X, K40 и К80), а также многоядерные ускорители Intel Xeon Phi.
Ускорительный блок СА 16000
Это изделие представляет собой внешнее шасси 3U, рассчитанное на установку до шестнадцати карт расширения. Блок может быть подключен к одному, двум или четырем серверам по интерфейсу PCIe x16 Gen3. Каждое соединение характеризуется агрегированной пропускной способностью 128 Гбит/с. В роли карт расширения могут выступать Nvidia Tesla K20, K20X, K40 или K80. Возможна установка Intel Xeon Phi.
Данный блок имеет существенные конструктивные отличия от младших моделей этого
