CC BY
54
Безопасность строительных систем. Экологические проблемы в строительстве. Геоэкология
ВЕСТНИК
МГСУ
УДК 502.7
А.А. Лапидус, А.Ю. Бережный
ФГБОУ ВПО «МГСУ»
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ОЦЕНКИ ОБОБЩЕННОГО ПОКАЗАТЕЛЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ ПРИ ВОЗВЕДЕНИИ СТРОИТЕЛЬНОГО ОБЪЕКТА
Предложена математическая модель оценки экологической нагрузки на окружающую среду, возникающей в процессе строительного производства непосредственно на строительной площадке. В качестве теоретического обоснования данного подхода использована методология системотехники строительства.
Ключевые слова: экологическая безопасность строительства, экологическая нагрузка, вредные производственные факторы, производственно-технологический модуль, математическая модель.
В современном обществе все активнее растет интерес к защите здоровья людей и сохранению окружающей среды. Строительные организации любого масштаба обращают все большее внимание на потенциальные воздействия на окружающую среду, возникающие в процессе их производственной деятельности.
Строительная промышленность вносит самый большой вклад в социально-экономическое развитие в любой стране, но также этот сектор является крупнейшим источником загрязнения окружающей среды и значительным потребителем невоз-обновляемых ресурсов планеты. Этой проблемой озабочены большинство современных научныхсообществ во всем мире, которые занимаются проблемами обеспечения экологической безопасности строительства. Для достижения необходимых результатов необходимо формирование новых информационных моделей с учетом знаний современной науки и целостности видения мира.
На сегодняшний день разработаны и теоретически обоснованы основные экологические принципы, которые заложены в основу концепции экологически безопасного строительства [1]:
минимизация негативных воздействий (загрязнений, сверхнормативный шум, вибрации, электромагнитные поля и др.) на естественные экологические системы и природные ландшафты на всех стадиях жизненного цикла строительного объекта;
использования экологически безопасных архитектурных и планировочных решений; экологическая реконструкция городской среды;
повышенное внимание к эстетической составляющей градостроительного комплекса;
применение экологически безопасных строительных материалов и технологий;
сокращение отходов при строительстве;
рекультивация нарушенных строительством территорий;
внедрение систем экологического мониторинга строительства на всех стадиях жизненного цикла строительного объекта.
Важной составной частью оценки воздействия строительного объекта на окружающую среду является определение вызываемой им экологической нагрузки [2].
Оценку экологической нагрузки целесообразно производить для каждой стадии жизненного цикла строительного объекта, в т.ч. проектно-изыскательных работ, поставки сырья и материалов, производствастроительных материалов, конструкций и изделий, выполнения земляных и строительно-монтажных работ, монтажа обору-
© Лапидус А.А., Бережный А.Ю., 2012
149
вестник 3/2012
дования, эксплуатация, реконструкции и утилизации.Для проведения такой оценки необходимо снабдить ИТР достаточно простыми и доступными методиками определения различных видов экологической нагрузки. В настоящее время существуют методики, в частности, для учета выбросов углекислого газа (что ведет к глобальному потеплению), окислов серы и азота (являющихся причиной кислотных дождей). Необходимо произвести экологический анализ и оценку ЖЦ строительного объекта и комплектующих его изделий и стройматериалов с позиций воздействия на окружающую среду [2].
На сегодняшний день разработан алгоритм, позволяющий осуществлять операции, приводящие к оценке экологической нагрузки текущего строительного объекта. Кроме того, он может послужить базой для обоснования и поддержки принимаемых организационно-технологических решений в процессе строительного производства. Для оценки экологической нагрузки вводится комплексный интегральный показа-тельEI (Environmental Index) — экологическая нагрузка, который представляет собой обобщенный параметр оптимизации, отображающий степень воздействиятех-ногенной среды строительной площадки на окружающую природную среду.
Теоретической основой для обоснования данного подхода к рассмотрению строительного объекта как структуры ее моделирования и проектирования может служить системная методология, наиболее полно реализованная в системотехнике строительства. Таким образом, строительную систему можно представить как совокупность всех этапов строительного процесса и его участников, имеющую объектно-ориентированную направленность и реализуемую в условиях воздействия установленных факторов внешней среды. Схематичная формализация проекта, выделение в его составе структурных элементов позволяет создать модель, которая может быть подвергнута дальнейшему исследованию. Анализ модели позволяет сделать вывод о наличии в структуре устойчивых связей — это позволяет рассматривать их как стандартные самостоятельные элементы и изучать поведение всей системы, исследуя ее отдельные части.
В качестве основного составляющего элемента строительной системы вводится понятие о производственно-технологическом модуле (ПТМ), который представляет собой совокупность групп процессов, объединенных технологической последовательностью и функциональным назначением, направленных на создание строительных конструкций, строительно-технологических элементов и инженерных систем. Структура строительного проекта на примере возведения жилого здания может быть представлена в виде производственно-технологических модулей [3]:
1) подземная часть, общестроительные работы;
2) надземная часть, общестроительные работы;
3) наружные стены, общестроительные работы;
4) внутренняя отделка помещений;
5) электрика и слабые токи;
6) вентиляция и кондиционирование;
7) водопровод, канализация и ливневые стоки;
8) теплоснабжение;
9)вертикальный транспорт;
10) системы безопасности (пожаротушение, дымоудаление и сигнализация);
11) кровля;
12) фасады;
13) благоустройство;
14) наружные сети.
Таким образом, для определения экологической нагрузки необходимо произвести декомпозицию строительного объекта на производственно-технологические
Безопасность строительных систем. Экологические проблемы в строительстве. Геоэкология ВЕСТНИК
_МГСУ
модули и осуществить сбор экологической нагрузки по каждому ПТМ. Данные, характеризующие ПТМ, интегрируются в общую структуру, описывающую объект. В случае изменений в каком-либо ПТМ произойдет воздействие на соответствующий параметр на выходе рассматриваемой системы и отразятся на качестве всего строительного объекта. К таким изменениям могут относиться решения по организации труда, использованию современных материалов и новых технологий.
Для построения математического выражения экологической нагрузки от строительного объекта применим методику моделирования факторных систем. Пусть существует некоторая функция y = f(v), характеризующая изменение результативного показателяи факторы v1, v2,..., vn, от которых зависит функция y = f(v). Задана функциональная взаимосвязь результативного показателя с набором факторов вида
У = f(vv vv ^ (1)
где y — результативный показатель; (v1; v2,..., vn}— совокупность функционально-зависимых факторов.
Полагаем, что зависимость между факторами линейная. Тогда выражение (1) приобретает вид
n
EI = £ v = vi + V2 +... + vn, (2)
1=1
где EI (Environmental Index) — экологическая нагрузка; {v v2, ..., vn} — конечное множество вредных производственных факторов.
В свою очередь, каждый фактор v. является формальным описанием производственно-технологического модуля и функцией вида vj = f (xj), зависящей от конечного множества вредных производственных факторов {x x ..., xn}. Тогда функциональная взаимосвязь промежуточного показателя с набором факторов будет иметь вид
v. = f(xl, x2, xn) (3)
где v. — промежуточный показатель, значение производственно-технологического модуля; {x1, x2, ..., xn} — совокупность функционально-зависимых вредных производственных факторов.
Аналогично выражению (2), полагаем, что зависимость между факторами линейная, и введем условное обозначение промежуточного показателя качества. Тогда выражение (3) приобретает вид
n
MEI, = £ x, = x + X2 +... + xn, (4)
i=1
где MEI (ModuleEnvironmentallndex)— показатель экологической нагрузки от i-го производственно-технологического модуля; {x1, x2, ..., xn} — конечное множество вредных производственных факторов.
Учитывая специфику и сложность строительного объекта, предполагаем, что каждому фактору модели (2) и (4) будет соответствовать коэффициент весомости, отражающий значимость той или иной подсистемы в обобщенной экологической нагрузки. Назовем его «вес модуля» и «вес фактора» соответственно. Тогда выражения (2) и (4), с учетом «весовых» характеристик, будут иметь вид
EI = = Wv = W1v1 + W2 v2 +... + Wnvn, (5) i=1
где W.— коэффициент весомости, соответствующий i-му модулю.
MEIi = ^ xi = wx = щх + w2 x2 +... + wnxn, (6)
ВЕСТНИК
3/2012
где Ш. — коэффициент весомости, соответствующий г-му вредному производственному фактору.
С учетом уг = МЕ1г = wixi подставляем выражение (6) в выражение (5) и получаем уравнение модели оценки экологической нагрузки на окружающую среду от строительного объекта:
Знание экологической нагрузки позволяет определить степень воздействия строительной системы на природу, что может стать инструментом оценки эколо-гичности организационно-технологических решений во время строительства. Очевидно, что максимальному значению экологической эффективности принимаемых решений должно соответствовать минимальное значение экологической нагрузки. Таким образом, основной задачей экологической безопасности строительства является создание таких производственных условий, при которых значение экологической нагрузки стремится к нулю.
Задачей дальнейших исследований является разработка методики по определению значений вредных производственных факторов, их систематизации, распределению по ПТМ и интеграции в математическую модель.
1. Экологическая безопасность строительства / А.Д. Потапов, М.Ю. Слесарев, В.И. Тели-ченко, Е.В. Щербина. М. : Изд-во АСВ, 2007.
2. Слесарев М.Ю., Теличенко В.И. Управление экологической безопасностью строительства. Экологическая экспертиза и оценка воздействий. М. : Изд-во АСВ, 2004.
3. Лапидус А.А., Бережный А.Ю. Управление качеством строительного объекта посредством оптимизации производственно-технологических модулей. М. : Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. 2010. № 12.
4. ГусаковА.А. Системотехника строительства. М. : Изд-во АСВ, 2004.
Поступила в редакцию в январе 2012 г.
Об авторах: Лапидус Азарий Абрамович — доктор технических наук, заслуженный строитель РФ, лауреат Премии Правительства в области науки и техники, профессор кафедры технического регулирования, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет», Москва, Ярославское шоссе, д. 26;
Бережный Александр Юрьевич — аспирант кафедры технического регулирования, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет», Москва, Ярославское шоссе, д. 26,a.berezhny@maü.ru, techreg@mgsu.ru.
Для цитирования: Лапидус А.А., Бережный А.Ю. Математическая модель оценки обобщенного показателя экологической нагрузки при возведении строительного объекта// Вестник МГСУ 2012. № 3. С. 149—153.
A.A. Lapidus, A.Yu. Berezhnyy
MATHEMATICAL MODEL DESIGNATED FOR THE ASSESSMENT OF THE INTEGRATED ENVIRONMENTAL LOAD PRODUCED BY A BUILDING PROJECT
In the paper, the author proposes a mathematical model designated for the assessment of the ecological impact produced on the environment within the territory of the construction site. Integrated index EI (Environmental Index) is introduced as a vehicle designated for the evaluation of the ecological load. EI represents the intensity of the ecological load, or a generalized and optimized parameter reflecting the intensity of the anthropogenic impact of the construction site onto the natural environment.
n
(7)
i=1
Библиографический список
Безопасность строительных систем. Экологические проблемы в строительстве. Геоэкология
ВЕСТНИК
МГСУ
The theoretical background of the proposed approach consists in an integrated methodology implemented in the system engineering of construction projects. A building system may be represented as the aggregate of all stages of construction works and participants involved in them. The building system is object-oriented, and it is implemented under the impact of pre-determined environmental factors. The core constituent of the building system represents a Production Technology Module (PTM), or summarized groups of processes. The model formula designated for the assessment of the intensity of the ecological load produced by the construction project onto the environment may be represented as follows:
Key words: sustainable construction, environmental index, harmful production factors, production-process module, mathematical model.
References
1. Potapov A.D., SlesarevM.Yu., Telichenko V.I., Shcherbina E.V. Ekologicheskaya bezopasnost' stroitel'stva [Environmental Safety of Construction]. Moscow, ASV, 2007.
2. Slesarev M.Yu., Telichenko V.I. Upravlenie ekologicheskoy bezopasnost'yu stroitel'stva. Ekologicheskaya ekspertiza i otsenka vozdeystviy [Management of Sustainable Construction. Environmental Assessment and Evaluation of Impacts]. Moscow, ASV, 2004.
3. Lapidus A.A., Berezhnyy A.Yu. Upravlenie kachestvom stroitel'nogo ob"ekta po sredstvom optimizatsi i proizvodstvenno-tekhnologicheskikh moduley [Construction Quality Control through the Optimization of Production and Technological Modules]. Moscow, Stroitel'nye materialy, oborudovanie, tekhnologiiXXI veka [Building Materials, Equipment, Technologies of the XXIst century], Issue 12, 2010.
4. Gusakov A.A. Sistemotekhnika stroitel'stva [System Engineering of Building Projects]. Moscow, ASV, 2004.
About the authors: Lapidus Azariy Abramovich — Doctor of Technical Sciences, Distinguished Builder of the Russian Federation, Winner of the PF Governmental Prize in Science and Technology, Professor, Department of Technical Regulations, Moscow State University of Civil Engineering (MSUCE), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russia;
Berezhnyy Aleksandr Yur'evich — postgraduate student, Department of Technical Regulations, Moscow State University of Civil Engineering (MSUCE), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russia; a.berezhny@mail.ru, techreg@mgsu.ru.
For citation: Lapidus A.A., Berezhnyy A.Yu. Matematicheskaya model' otsenki obobshchennogo pokazatelya ekologicheskoy nagruzkipri vozvedeniistroitel'nogo ob"ekta [Mathematical Model Designated for the Assessment of the Integrated Environmental Load Produced by a Building Project].Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering], 2012, no. 3, pp. 149—153.
