CC BY
147
УЕБТЫНС
мвви
УДК 628.4:691
Э.С. Цховребов, Е.Г. Величко*
НОУ«АБИСП», *НИУМГСУ
НАУЧНО-МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ К СОЗДАНИЮ МОДЕЛИ КОМПЛЕКСНОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПОТОКАМИ СТРОИТЕЛЬНЫХ ОТХОДОВ
Рассмотрены и проанализированы научно-методологические подходы к созданию модели комплексной системы управления потоками строительных отходов в рамках организации единой экологически безопасной и экономически эффективной комплексной системы обращения отходов в регионах страны.
Ключевые слова: строительные отходы, охрана окружающей среды, экология, обращение с отходами, вторичное использование, переработка, утилизация, моделирование,управление, ресурсосбережение.
В 2011 г. в Российской Федерации в качестве одного из стратегических документов в сфере строительства утверждена Стратегия развития промышленности строительных материалов и индустриального домостроения на период до 2020 г. В процессе разработки Стратегии в полном объеме учтены потребности строительного комплекса на перспективу в разрезе всех отраслей экономики, в т.ч. транспортной системы страны. С учетом того, что документ ориентирован на наиболее полное удовлетворение потребности экономики в продукции строительных материалов, изделий и конструкций, в качестве основного варианта расчета приняты показатели инновационного сценария развития Российской Федерации на период до 2020 г. В Стратегии также заложены основные принципы реализации концепции устойчивого развития страны, в т.ч.:
создание долгосрочных условий для устойчивого развития предприятий строительных материалов и повышение их конкурентоспособности;
модернизация и технологическое развитие производственной базы индустриального домостроения;
сокращение энергопотребления предприятиями строительных материалов;
обеспечение экологической безопасности России и др. В Стратегии обращено внимание на то, что в капитальном строительстве жилых, социально-культурных и промышленных объектов, а также при проведении ремонтно-эксплуатационных работ в качестве строительных материалов и изделий применяется также продукция предприятий, отнесенных к другим видам экономической деятельности. В частности, металлургического комплекса: арматура, металлопрокат, чугунные и стальные трубы, строительные металлические конструкции и изделия, отопительные котлы и радиаторы, раковины, мойки, ванны и прочее санитарно-техническое оборудование, а также замочные и скобяные изделия. Также применяются изделия деревообрабатывающего комплекса: деревянные строительные конструкции, пиломатериалы,
фанера, плиты и панели из дерева и продуктов его переработки; химического: пластмассовые изделия, краски и лаки, утеплители, основой которых является минеральное или полимерное сырье; целлюлозно-бумажного: обои и прочие изделия из бумаги, картона и гипсокартона [1].
В данном документе акцентируется внимание и на том, что в структуре производства продукции отрасли произошли существенные изменения: доля сборных железобетонных и бетонных конструкций и деталей снизилась, а потребление теплоизоляционных, стеновых материалов, керамических, строительных изделий из полимерного сырья, природного камня, известняковых, гипсовых вяжущих материалов и изделий на их основе увеличилось. Кроме того, интенсивно развивалось производство строительных материалов, относящихся к группе отделочных (керамическая плитка для внутренних стен и полов, керамогранит, изделия на основе гипса, сухие строительные смеси). Сложившаяся региональная структура производства основных видов строительных материалов характеризуется значительной территориальной неравномерностью размещения отраслевых производительных сил. При этом низкие темпы технического перевооружения предприятий строительного комплекса способствуют негативному влиянию его на состояние природной среды. Одной из основных причин такой ситуации является отсутствие отечественного высокотехнологичного оборудования. В Стратегии подчеркивается, что строительная индустрия является масштабной базой для использования, вовлечения во вторичный хозяйственный оборот опасных отходов различных отраслей промышленности. Это дает возможность выпускать строительные изделия из вторичных перерабатываемых материалов и сырья и, одновременно, решать проблемы охраны окружающей среды. В документе приведены данные, о том, что в настоящее время на территории страны скопилось более 80 млрд т отходов; дополнительно образуется ежегодно около 2,7 млрд т промышленных и 40 млн т твердых бытовых отходов, однако их вторичное использование в России сейчас находится на крайне низком уровне (в среднем около 10 % годового выхода) [1].
В Стратегии поставлена задача активизации научных исследований в данной сфере. Отмечается, что для обеспечения строительного комплекса энергосберегающими конкурентоспособными строительными материалами отраслевая наука должна стать более динамичной к меняющимся условиям, а отрасль — более восприимчивой к техническому прогрессу. Основными инновационными направлениями развития производства строительных материалов определены: повышение качества, энергоэффективности и экологичности продукции, а также снижение ее энергоемкости.
Исходя из положений указанного документа, с точки зрения обеспечения экологической безопасности, повышения экологичности строительной продукции, ресурсосбережения экономическая политика государства должна обеспечивать реализацию программы по переработке и применению различных видов отходов с наименьшими затратами в сфере эффективного управления отходами, в т.ч. строительными. Такие актуальные задачи по обеспечению устойчивого развития регионов стоят сейчас перед органами исполнительной власти субъектов Российской Федерации.
Региональная система обращения с отходами будет в целом экологически безопасна и экономически целесообразна в том случае, когда общий энергетический и материально-сырьевой баланс будет сведен к нулю по всем составляющим подсистемам для всех видов отходов. Для обеспечения экологической безопасности территории, учета всех видов отходов, регулирования потоков материально-сырьевых ресурсов необходим единый управленческий центр, организующий и распределяющий потоки исходных ресурсов, вторичной товарной продукции и опасных отходов.
Управление и регулирование потоками строительных отходов при такой системе будет представлять собой непрерывный процесс, включающий системно связанные между собой составляющие процесса обращения с отходами: технологические операции их сбора, удаления, транспортирования, сортировки, переработки, утилизации и захоронения. С экономических позиций при решении проблемы максимального вовлечения строительных отходов в хозяйственный оборот в качестве вторичного сырья и материалов целесообразно выделить два этапа:
этап ресурсосбережения: на этом этапе решаются вопросы экономически выгодного максимального выделения из строительных отходов вторичного сырья с его последующей переработкой во вторичную строительную продукцию с планируемым выходом в ее составе — не менее 50 %;
этап переработки после выделения сырья и компонентов для вторичного использования с достижением минимальных количеств невозможных для дальнейшей переработки захораниваемых отходов в природной среде (не более 20 % по уровню европейской практики).
Одним из важнейших этапов в данной системе является экологически безопасная, экономически оптимальная система транспортировки строительных отходов и сырья для вторичного использования или переработки [2—8].
Необходимо отметить, что в российской практике должным образом не осуществляется всесторонняя оценка обоснованности, оптимальности, эффективности формирования и регулирования потоков строительных отходов. Это касается как анализа протяженности, учета географических и климатических условий, технической оснащенности хозяйствующих субъектов — источников образования отходов, перерабатывающих предприятий и комплексов, так и качества, степени токсичности, морфологического и химического состава строительного сырья от отправителя и до поступления в технологический процесс переработки и использования. Такая ситуация неизбежно приводит к снижению экономической эффективности производства строительной продукции с использованием вторичного сырья. Кроме того, не учитываются различия и особенности формирования таких потоков, исходя из конечной цели: предварительной сортировки, выделения из общей массы конкретных видов сырья (дерево, металл, бетон, пластик, гравий и пр.) или отсутствия необходимости в них; переработки конкретных видов вторсырья в строительную продукцию; захоронение на полигоне ТБО; уничтожение термическими и другими способами на соответствующем предприятии и т.п. Весь объем собранных «в кучу» строительных отходов вывозится по мере накопления или необходимости. Исходя из этого возникают нарушения при их транспортировании: несоответ-
ствие специальной техники для перевозки того или иного вида опасных отходов, отсутствие необходимых устройств и оборудования для погрузки/выгрузки, разработанных мероприятий по предупреждению чрезвычайных ситуаций, предотвращению попадания отходов при перевозке в природную среду. Все это приводит как к материальным убыткам для строительной индустрии, так и к нанесению ущерба окружающей среде [9, 10].
Причины сложившейся ситуации — не только в отсутствии разработанных с учетом действующего законодательства, проработанных с экономической, технической и экологической точек зрения региональных комплексных систем управления обращением с отходами с учетом развития строительной отрасли, включая оптимальные схемы организации и формирования потоков строительных отходов. В настоящее время так и не сформировано обоснованных оптимальных и результативных научно-практических подходов к экономико-математическому программированию, моделированию и прогнозированию оптимальных потоков строительных отходов как на уровне региона, так и на уровне муниципальных образований.
Реализация комплексной системы управления отходами заключается в последовательном решении ряда управленческих и экономических задач:
в сборе и обработке статистических данных об образовании, использовании, обезвреживании, транспортировании и размещении отходов и создании на этой основе базы данных об отходах производства и потребления; в составлении регионального и местного балансов потоков отходов; оценке потенциальной (реальной) опасности для окружающей среды и здоровья людей;
в анализе имеющихся потенциальных экономических, организационных, технических, технологических и иных возможностей по минимизации поступления отходов в природную среду (раздельный сбор, предупреждение захламления территории, потерь при транспортировке и пр.), максимизации использования отходов для вовлечения их во вторичный хозяйственный оборот с учетом промышленного потенциала и условий региона;
выработке наиболее оптимальных решений направления строительных отходов в виде вторсырья потребителям на основе принципа максимальной самоокупаемости деятельности по обращению с отходами и с учетом соблюдения требований экологической безопасности;
в разработке алгоритма действий по обращению с отходами с предварительным эколого-экономическим обоснованием каждого возможного варианта управленческого решения;
предварительной оценке затрат по альтернативным вариантам направления потоков отходов и их сравнение с целью выбора наиболее оптимального;
в выборе оптимальных решений по формированию потоков отходов на основе наиболее полного достижения поставленных целей с учетом финансовых, технических ресурсов и возможных экологических рисков;
практической реализации модели комплексной системы управления потоками отходов.
Так как строительные отходы образуются как при строительстве, реконструкции, капитальном и текущем ремонте, так и при сносе объектов, перед
органами исполнительной власти субъектов РФ, местного самоуправления остро стоят проблемы, связанные с уменьшением количества отходов, ресурсосбережением и обеспечением при этом экологической безопасности. К первоочередным действиям в этом направлении относятся:
создание современной системы управления отходами и их утилизацией; обеспечение сбалансированности экономических, экологических и социальных аспектов управления отходами;
необходимость создания единой системы по сбору, использованию в качестве вторичного сырья в производстве, переработке, утилизации отходов, формированию и управлению потоками строительных отходов; уменьшение объемов образования отходов;
отказ от применения в строительстве чрезвычайно и высокотоксичных строительных материалов и изделий, являющихся источниками образования токсичных строительных отходов;
создание специализированных предприятий по сортировке, переработке отходов во вторичные ресурсы;
соблюдение международных и российских нормативно-правовых актов в области экологической и санитарно-гигиенической безопасности, обращения с отходами, рационального использования природных ресурсов и охраны окружающей среды.
Управление отходами строительного комплекса региона должно начинаться с организации единой системы первичного производственного учета отходов, являющейся первичным информационным потоком. Система первичного производственного учета отходов включает внутреннюю текущую (оперативную) информацию и заключается в количественной оценке образования отходов на каждой технологической операции как по фактическим показателям образования, опытным данным, аналогам, так и по методам материального баланса, а также по расчетным методикам, утвержденным в установленном порядке [11—15].
При экологической оценке жизненного цикла строительного материала или изделия учитывается влияние на природную среду и здоровье людей не только самого материала, но и процессов, сопровождающих его по жизненному циклу: начиная от добычи сырья для его производства и заканчивая его уничтожением, захоронением, или повторным использованием для изготовления новой строительной продукции.
Оценка экологической и санитарно-гигиенической безопасности строительного материала базируется на комплексе независимых методов:
системном анализе (метод «черного ящика»), заключающемся в анализе и математической оценке всех входящих и выходящих потоков, используется для расчета «экологического баланса», воздействий материала на среду и оценки последствий этих влияний;
сопоставительном анализе (например, экспертном анализе), базирующемся на сборе и оценке (экспертной и пр.) научно-практической информации, аргументации, последующих логических рассуждениях и выводах, позволяющем проанализировать и дать оценку уровню нагрузок и воздействия на человека и окружающую среду, ранжировать по степени экологической опасности
и токсичности, возможности использования в качестве вторичного сырья для производства строительной продукции;
методе графов (ориентированные графы для решения многокомпонентных эколого-экономических задач), дающем возможность оценить прямые и обратные связи: «качество строительного материала — качество строительства — качество окружающей среды»;
квалиметрическом методе, применяемом для интегральной оценки качества строительного материала.
Означенные методы могут дополнять оптимизационный анализ, проводимый для оценки направлений совершенствования качества изделия, и классификационный анализ, направленный на классификацию продукции на соответствие экологическим и санитарно-гигиеническим требованиям, а также обоснованный выбор материалов для использования в строительстве [16—18].
На основании проведенного первичного анализа формируется информационный поток, включающий информацию о комплексной оценке каждого вида отхода: экологическую — о степени опасности каждого вида отхода для природной среды; материальную — о величине убыли и потерь материально-сырьевых ресурсов с образованием конкретных видов отходов; экономическую — о финансовых потерях и убытках, эколого-экономических рисках; санитарно-гигиеническую — о степени токсичности и влиянии на здоровье человека, а также техническую и иную информацию. В поток внутренней информации вводится внешняя информация: научно-техническая и нормативно-правовая — для обеспечения правового статуса обращаемых отходов. Такая информация является основой для экономико-математического моделирования потоков обращаемых отходов с помощью различных методов и подходов
[19, 20].
Одним из таких методов может являться логистический, заключающийся в системном рассмотрении совокупности процессов с позиции единой цепи материально-сырьевого баланса. Интеграция отдельных звеньев этой цепи осуществляется на техническом, технологическом, экономическом и методологическом уровнях, а минимизация затрат времени и ресурсов достигается оптимизацией управления материальными и информационными потоками.
Принципиальное отличие логистического подхода к управлению потоками отходов от неоптимизированного заключается:
в наличии централизованной функции управления разрозненными потоками транспортируемых отходов в единой комплексной системе;
в технологической, экономической и нормативно-методологической интеграции отдельных звеньев материально-сырьевой цепи в единую систему, обеспечивающую эффективное управление потоками отходов.
Применение логистического подхода к управлению потоками отходов в практике хозяйственной деятельности может дать возможность: сократить временные интервалы между образованием отходов и использованием их в качестве вторичного сырья и материалов с транспортировкой на вторичное использование и переработку. Это позволит снизить уровень негативного воздействия отходов на окружающую среду, а также гибко реагировать с точки зрения экономической целесообразности, нормативных технических, экологи-
ческих, санитарных требований на изменяющиеся структуру, объемы, сезонность ремонтно-строительных работ, места расположения источников образования строительных отходов с учетом нахождения потребителей вторичных ресурсов. Кроме того, это позволит минимизировать запасы временно накапливающихся отходов на строительных площадках, сократить время транспортирования отходов, оптимизировать ведение баз данных по обращающимся отходам, обеспечивая своевременную передачу информации. Означенные выше факторы в целом могут позволить достигнуть экономического эффекта от вовлечения во вторичный хозяйственный оборот остатков сырья, материалов, способствовать повышению уровня экологической безопасности, снижению экологических рисков.
При логистическом подходе объектом управления выступает сквозной поток обращающихся отходов. При этом обособленность источников образования отходов и объектов, принимающих эти отходы в качестве вторичного сырья, звеньев цепи материально-сырьевого баланса, корректируется путем организации единой системы управления и регулирования потоками отходов. Движение такого потока по всей цепи при использовании логистического метода способствует минимизации затрат на транспортировку. На выходе из единой цепи параметры потока отходов приобретают прогнозируемые контролируемые экологические, технические, экономические показатели, заложенные в единой комплексной базе (системе) по обращению с отходами [21—23].
Материальный поток отходов может включать четыре составляющие: входной — поступление в логистическую систему: на строительную площадку или объект реконструкции, ремонта материалов, изделий из внешней среды;
внутренний — осуществление логистических операций внутри системы в процессе превращения материалов и изделий в отходы, а также в процессе предварительного сбора, сортировки образовавшихся отходов, сепарации из них вторичного сырья для вовлечения во вторичный хозяйственный оборот, транспортирования их на места временного накопления;
выходной внутри системы — поступление потоков вторичного сырья на перерабатывающие предприятия, являющиеся звеном логистической системы по обращению со строительными отходами;
внешний — поступление потоков отходов из логистической системы во внешнюю среду: захоронение на полигонах ТБО, а также уничтожение на специальных предприятиях.
Все остальные материальные потоки протекают во внешней среде, за пределами такой логистической системы, в данном контексте представляющей собой процесс обращения строительных отходов, начиная от образования и заканчивая переработкой во вторичный продукт, уничтожением, захоронением.
Основными экологическими принципами организации логистических систем управления строительными отходами могут быть определены:
управление материальными и энергетическими потоками между звеньями и цепями логистической системы и окружающей средой с учетом ресурсосбережения, минимизации количества транспортируемых материалов и, как
следствие, объемов образующихся отходов, а также минимизации негативного воздействия на окружающую среду и здоровье человека;
максимально возможное вовлечение образовавшихся строительных отходов во вторичный хозяйственный оборот, активизация рециклинга в логистической системе, обеспечивающий ее максимальную замкнутость;
размещение строительных отходов в природных экологических системах без нарушения существующего динамического равновесия экосистем.
Основными устанавливаемыми требованиями при реализации логистического подхода к управлению потоками отходов являются: использование специализированного транспорта при перевозке отходов; минимизация затрат на перевозку отходов от мест сбора к местам утилизации и/или захоронения. В частности, благодаря оптимизации транспортных маршрутов; сепарации и выделению продуктов, материалов, сырья из образовавшихся отходов; своевременному удалению, обезвреживанию и захоронению неутилизируемых отходов. За счет минимизации расходов на сбор, хранение, обработку, перевозку, удаление, обезвреживание и захоронение отходов; предотвращения негативного влияния отходов на окружающую среду и здоровье населения, обеспечения экологической безопасности территорий и объектов [21, 22, 24].
Интегративные качества логистических систем представляют собой способность этих систем реализовывать конечную цель, которая получила название «шесть правил логистики»: продукт — нужный продукт; качество — необходимого качества; количество — в необходимом количестве; время — должен быть доставлен в нужное время; место — в нужное место; затраты — с минимальными затратами [11, 23]. Цель использования логистического метода считается достигнутой, если указанные выше шесть условий выполнены, т.е. необходимый продукт требуемого нормативного качества в заявленном количестве доставлен в определенное время и место с минимальными затратами. И при этом обеспечивается процесс максимально возможного использования вторичных ресурсов в хозяйственном обороте, ресурсосбережение, рациональное использование природных ресурсов, обеспечение экологической безопасности и охраны окружающей среды.
Экологичность производственных процессов в логистических системах можно оценить с помощью метода сырьевых балансов, который основан на законах сохранения: масса всех используемых ресурсов (сырья, топлива, воды и т.п.) в конечном итоге равна массе готовых продуктов и производственных отходов без попадания в природную среду.
При таких заданных экономических и экологических параметрах системы управления потоками строительных отходов, направленной в конечном счете на уменьшение издержек и соответственно себестоимости продукции, логистический подход к реализации системы управления обращения отходов предусматривает планирование, оценку и прогнозирование потоков движения:
возвратных отходов — вторичного сырья, материалов, которые перерабатываются или повторно используются, в результате чего бюджеты различных уровней получают доход, а бизнес — дополнительную прибыль;
отходов, которые утилизируются с получением новых видов строительной и иной продукции;
неиспользуемых для вовлечения во вторичный хозяйственный оборот отходов, захораниваемых в природной среде или уничтожаемых на специальных предприятиях.
В связи с этим возникает потребность в методах экономико-математического моделирования, позволяющих оптимизировать потоки обращаемых отходов. Рассмотрим возможные методы решения такой задачи.
Задача размещения распределительного центра обращения с отходами и моделирования потоков отходов приобретает актуальность при наличии развитой транспортной сети. Например, если на территории рассматриваемого региона имеются только две пересекающиеся магистрали, вдоль которых расположены все потребители, то, очевидно, распределительный центр целесообразно разместить на пересечении магистралей. Задача размещения распределительных центров может формулироваться как поиск оптимального решения или близкого к оптимальному. Рассмотрим научно-практические методы решения задач обоих видов.
Суть метода полного перебора состоит в решении задачи по выбору оптимального места расположения, решаемой полным перебором и оценкой всех возможных вариантов размещения распределительных центров и выполняется с помощью компьютерных технологий методами математического программирования. Однако на практике в условиях разветвленных транспортных сетей метод может оказаться неприемлем, в силу того, что количество возможных вариантов по мере развития транспортной инфраструктуры растут по экспоненте.
Эвристические методы определения места размещения распределительных центров менее трудоемки и более оптимальны. Они эффективны для решения многих практических задач, дают близкие к оптимальным результаты, однако не обеспечивают поиска оптимального решения. Термин «эвристические» означает, что в основе методов лежит человеческий опыт и интуиция (в отличие от лежащей в основе метода полного перебора формальной процедуры). Практически метод основан на «правиле большого пальца» (метод Паретто, или А, В, С-метод), т.е. на предварительном отказе от очевидно неприемлемых вариантов. Идея метода А, В, С состоит в том, чтобы из множества однотипных вариантов выделить максимальные значения с точки зрения вклада в общий результат. До оценки изменений анализируются причины отнесения различных объектов к той или иной группе. Алгоритм проведения анализа: формулирование цели анализа, идентификация объектов управления анализируемым методом, выделение признака, на основании которого будет осуществляться классификация данных объектов, оценка объектов управления по выделенному классификационному признаку, их группировка в порядке убывания значения признака, разделение совокупности объектов на три группы, построение кривой А, В, С. Указанные методы позволяют ранжировать объекты по их вкладу и корректировать затраты на обслуживание объектов [25, 26].
В логистике обращения отходов может быть применен и метод X, У, Z. Анализ X, У, Z позволяет разделить весь материальный поток на три группы в зависимости от степени равномерности спроса и точности прогнозирования.
В группу х входит вторсырье, спрос на которое равномерен или подвержен незначительным колебаниям (остатки цемента, бетона, металл, дерево). Объем реализации хорошо прогнозируется. Группа у включает вторсырье, образующееся неравномерно, например, из-за сезонного характера строительного производства. Группа г — отходы, спрос на которые возникает лишь эпизодически (нефтешламы, остатки лакокрасочных материалов, полимеры). Признаком, на основании которого конкретную позицию ассортимента относят к группе х,
у, г, является коэффициент вариации спроса: V = 100 - х) / п Iх, где
х. — конкретное значение спроса по оцениваемой позиции; х — среднее значение этого спроса; п — количество периодов. Порядок проведения анализа: определение коэффициента вариации по отдельным видам продукции, группировка объектов в порядке возрастания коэффициента вариации, разделение совокупности объектов на группы х, у, г завершается построением кривой в координатах х, у, г.
Метод определения центра тяжести используется для нахождения места расположения единого распределительного центра. Для его реализации из листового материала вырезают пластину, контуры которой повторяют границы системы. На эту пластину в местах расположения потребителей потока отходов укрепляют грузы, вес которых пропорционален объемам потребляемой в данном пункте продукции, затем модель уравновешивают. Если распределительный центр разместить в точке системы, соответствующей точке центра тяжести модели, то транспортные расходы по распределению материального потока на территории района будут минимальны. Практическое применение такого метода имеет существенное ограничение. На модели расстояние от пункта потребления материального потока до места размещения распределительного центра учитывается по прямой. В связи с этим моделируемая транспортная система должна иметь развитую дорожную инфраструктуру, так как в противном случае будет нарушен основной принцип моделирования — принцип подобия модели и моделируемого объекта. Методом определения центра тяжести можно оптимизировать, например, размещение мусороперегрузочно-го, перерабатывающего комплекса, принимающего отходы, уравновесить грузообороты отходов. Если зона обслуживания комплекса включает несколько стройплощадок, на которых образуются отходы только для этого комплекса, то на модели распределительной системы количество транспортируемых опасных грузов должно быть пропорционально объемам образования отходов на этих площадках [25, 26].
Транспортная задача является стандартной наиболее широко используемой в науке задачей исследования операций. Большинство задач распределения различных ресурсов сводятся именно к такой задаче: в определенном географическом регионе имеется фиксированное количество пунктов производства и хранения некоторого однотипного товара, продукта и конечная величина пунктов потребления этого груза. В качестве продукта может выступать любой вид строительного сырья, отходов. Для каждого из пунктов производства и хранения известен объем образования отхода или его запаса временного накопления. Для каждого пункта потребления, переработки отхода задана потребность в нем в этом пункте потребления. Требуется определить опти-
мальный план транспортировки отхода, чтобы потребности во всех пунктах потребления были удовлетворены, а суммарные затраты на транспортировку всего опасного груза были минимальными. Оценочной функцией в такой задаче являются суммарные затраты на транспортировку всей массы отходов, а ограничениями служат объемы производства и потребности во вторичном сырье в каждом пункте потребления — перерабатывающем комплексе [27—29].
Математическая постановка транспортной задачи состоит в следующем. Однотипный вид опасного отхода сосредоточен у т поставщиков в объемах а а ..., а Данный опасный груз необходимо доставить п потребителям — переработчикам отходов в объемах Ь1, Ьг ..., Ьп. Известны С.р = 1, 2, ..., т; р = 1, 2, ..., п) — стоимости перевозки единицы груза от каждого 7 поставщика каждому р потребителю. Требуется составить такой план перевозок, при котором полностью вывозятся запасы всех поставщиков, удовлетворяются запросы всех потребителей и к тому же суммарные затраты на перевозку всех грузов минимальны. Постановка транспортной задачи в таком случае состоит в определении оптимального плана перевозок однотипного груза из т пунктов отправления а а ..., ат в п пунктов назначения Ь Ь ..., Ьп.
Математическая модель транспортной задачи тогда имеет вид
т п
2 (х)=Е Е сухР ^ т1п; (1)
п
Е = аг, г = 1, 2, ..., т; (2)
р=1
т
Е хр = р р=1 2, ..., п; (3)
7=1
Хр > 0, 1 = 1, 2, ..., т; р = 1, 2, ..., п. (4)
Целевая функция задачи (1) реализует требование обеспечить минимум суммарных затрат на перевозку всех отходов. Первая группа уравнений (2) определяет, что запасы всех т поставщиков отходов полностью вывозятся. Вторая группа из п уравнений (3) выражает требования полностью удовлетворить запросы всех п потребителей — переработчиков отходов во вторичные продукты. Неравенства (4) являются условиями неотрицательности всех переменных задачи. Математическая формулировка транспортной задачи состоит в нахожденииX = (хр), г = 1, 2, ..., т; р = 1, 2, ..., п, удовлетворяющего системе ограничений (2), (3), условиям неотрицательности (4) и обеспечивающее минимум целевой функции (1). В указанной модели транспортной задачи предполагается, что суммарные запасы поставщиков отходов равны суммар-
т п
ным запасам их потребителей: Еai =ЕЬр [26, 30].
г=1 р=1
Приведенная задача является задачей с правильным балансом, а ее модель — закрытой, а в случае невыполнения этого неравенства — задачей с неправильным балансом и открытой моделью. Чтобы транспортная задача линейного программирования имела решение, необходимо и достаточно, чтобы суммарные запасы поставщиков отходов равнялись суммарным запросам их потребителей, сводя задачу к оптимальному балансу — минимизации отходов, остающихся в природной среде.
Давая сравнительную оценку вышеприведенным методам экономико-математического моделирования в сфере оптимизации, повышения эффективности системы управления обращения с отходами, следует учитывать, что применяемые методы планирования, прогнозирования и оценки потоков строительных отходов должны обеспечивать решение основных экологических задач в строительной отрасли:
эффективного обращения с отходами путем создания экономически целесообразной, результативной и экологически безопасной региональной системы управления отходами, включая создание и развитие экономически эффективной отрасли экономики, связанной с использованием и переработкой отходов производства и потребления;
охраны окружающей среды и защиты населения от негативного воздействия отходов производства и потребления, улучшения санитарного состояния территории региона;
рационального использования природных ресурсов, ресурсосбережения;
минимизации потерь ценных веществ, содержащихся в производственных и бытовых отходах, уменьшения затрат, направленных на ликвидацию последствий загрязнения окружающей среды опасными отходами.
Библиографический список
1. Стратегия развития промышленности строительных материалов и индустриального домостроения на период до 2020 года. Утверждена приказом Министерства регионального развития РФ от 30 мая 2011 г. № 262. М., 2011. 56 с.
2. Голубин А.К., Клепацкая И.Е. Развитие рыночных отношений в системе обращения с отходами // Транспортное дело России. 2009. № 4. С. 104—106.
3. Деятельность по обращению с опасными отходами : в 2-х тт. / под общ. ред. В.Ф. Желтобрюхова, Н.Г. Рыбальского, А.С. Яковлева. М. : РЭФИА, 2003. Т. 2. 444 с.
4. Джексон К., Уоткин Е. «Мусорная» политика ЕС: инструменты контроля // Твердые бытовые отходы. 2013. № 1 (79). С. 54—57.
5. Тихоцкая И.С. Япония: Инновационный подход к управлению ТБО // Твердые бытовые отходы. 2013. № 6 (84). С. 52—57.
6. Celik N., Antmann E., Shi X., Hayton B. Simulation-based optimization for planning of effective waste reduction, diversion, and recycling programs // Proc. of the 2012 Industrial and Systems Engineering Research Conference. Режим доступа: http://www.coe. miami.edu/celik/swmwebsite/publications/Y1_ConferencePaper_I.pdf. Дата обращения: 16.03.2015.
7. Nixon J.D., Wright D.G., Dey P.K., Ghosh S.K., Davies P.A. A comparative assessment of waste incinerators in the UK // Waste Management. 2013. Vol. 33. No. 11. Pp. 2234—2244.
8. Vahdani B., Tavakkoli-Moghaddam R., Baboli A., Mousavi S. A new fuzzy mathematical model in recycling collection networks: a possibilistic approach // World Academy of Science, Engineering and Technology. 2013. Vol. 78. Pp. 45—49.
9. Цховребов Э.С., ЧетвертаковГ.В., Шканов С.И. Экологическая безопасность в строительной индустрии. М. : Альфа-М, 2014. 304 с. (Современные технологии)
10. Цховребов Э.С., Величко Е.Г. Вопросы охраны окружающей среды и здоровья человека в процессе обращения строительных материалов // Строительные материалы. 2014. № 5. С. 99—103.
11. Губенко В.К., Лямзин А.А., Помазков М.В., Губенко О.В. Логистика отходов в мегаполисе // Материалы 11 Междунар. науч.-практ. конф. Киев : Мин. транс. и связи Украины, 2009. 200 с.
12. Садов А.В., Цховребов Э.С. Пути решения проблемы обращения с отходами на уровне региона // Вестник РАЕН. 2011. № 5. С. 29—31.
13. Цховребов Э.С., Яйли Е.А., Церенова М.П., Юрьев К.В. Обеспечение экологической безопасности при проектировании объектов недвижимости и проведении строительных работ. СПб. : РГГМУУ 2013. 360 с.
14. Куценко В.В., Цховребов Э.С., Сидоренко С.Н., Церенова М.П., Киричук А.А. Проблемы обеспечения экологической безопасности региона // Вестник Российского университета дружбы народов. Серия: Экология и безопасность жизнедеятельности. 2013. № 2. С. 75—82.
15. Belevi H., Baccini P. Long-term emission from Municipal Solid Waste Landfills // Landfills of waste: Leachate. London, 1992. Рр. 12—15.
16. Вайсман Я.И., Тагилова О.А., Садохина Е.Л. Разработка методологических принципов создания и оптимизации учета движения отходов с целью повышения эко-лого- экономико-социальной эффективности управления их обращением // Экология и промышленность России. 2013. № 12. С. 40—45.
17. Колотырин К.П. Особенности технологического обеспечения процесса обращения с отходами потребления // Вестник Саратовского государственного технического университета. 2008. Т. 3. № 1 (34). С. 164—174.
18. Костарев С.Н., Мурынов А.И. Автоматизированное проектирование, управление и системный анализ природно-технических объектов утилизации отходов // САПР и графика. 2010. № 3 (161). С. 78—80.
19. Абрамова М.В., Бачурина Н.Д. Сетевая модель управления потоками отходов // Вестник Восточноукраинского университета им. В. Даля. 2008. № 3 (121). С. 73—78.
20. Алимов А. Использование возможностей логистики в модернизации работы с отходами производства (логистика отходов) // РИСК: Ресурсы, Информация, Снабжение, конкуренция. 2009. № 1. С. 37—39.
21. Алексанин А.В. Автоматизация управления отходами строительного производства // Промышленное и гражданское строительство. 2014. № 10. С. 79—81.
22. Левкин Г.Г. Экологические аспекты управления цепями поставок // Логистика. 2009. № 2. С. 24—25.
23. Терентьев П.А. Классификации и модели логистики возвратных потоков // Логистика сегодня. 2010. № 4. С. 242—251.
24. Sevimoglu O., Tansel B. Effect of persistent compounds in landfill gas on engine performance during energy recovery: A case study // Waste management. 2013. Vol. 33. No. 1. Pp. 74—80.
25. Перекальский В.А. Отечественный и зарубежный опыт экономико-математического моделирования в сфере управления обращением с отходами // Стратегии бизнеса. 2013. № 2 (2). С. 38—41.
26. Хейт Ф. Математическая теория транспортных потоков / пер. с англ. Е.Г. Коваленко. М. : Мир, 1966. 288 с.
27. Гасников А.В., Кленов С.Л., Нурминский Е.А., Холодов Я.А., Шамрай Н.Б. Введение в математическое моделирование транспортных потоков. М. : Изд-во Мос. центра непрер. математ. образ., 2012. 428 с.
28. Смирнов Н.Н., Киселев А.Б., Никитин В.Ф., Юмашев М.В. Математическое моделирование автотранспортных потоков. М. : Изд-во МГУ, 1999. 184 с.
29. Markovic D., Janosevic D., Jovanovic M., Nikolic V. Application method for optimization in solid waste management system in the city of Nis // Facta universitatis. Series: Mechanical Engineering. 2010. Vol. 8. No. 1. Pp. 65—67.
30. Корнилов А.М., Пазюк К.Т. Экономико-математическое моделирование ре-циклинга твердых бытовых отходов и использование вторичного материального сырья // Вестник Тихоокеанского государственного университета. 2008. № 2 (9). С. 69—80.
Поступила в редакцию в июле 2015 г.
Об авторах: Цховребов Эдуард Станиславович — кандидат экономических наук, доцент, доцент кафедры экономических проблем, Академия безопасности и специальных программ (НОУ «АБИСП»), 117485, г. Москва, ул. Профсоюзная, д. 100А, rebrovstanislav@rambler.ru;
Величко Евгений Георгиевич — доктор технических наук, профессор, профессор кафедры строительных материалов, Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, pct44@yandex.ru.
Для цитирования: Цховребов Э.С., Величко Е.Г. Научно-методологические подходы к созданию модели комплексной системы управления потоками строительных отходов // Вестник МГСУ. 2015. № 9. С. 95—110.
E.S. Tskhovrebov, E.G. Velichko
SCIENTIFIC METHODOLOGICAL APPROACHES TO CREATION OF COMPLEX CONTROL SYSTEM MODEL FOR THE STREAMS OF BUILDING WASTE
In 2011 in Russia a Strategy of Production Development of Construction Materials and Industrial Housing Construction for the period up to 2020 was approved as one of strategic documents in the sphere of construction. In the process of this strategy development all the needs of construction complex were taken into account in all the spheres of economy, including transport system. The strategy also underlined, that the construction industry is a great basis for use and application in secondary economic turnover of dangerous waste from different production branches. This gives possibility to produce construction products of recycled materials and at the same time to solve the problem of environmental protection.
The article considers and analyzes scientific methodological approaches to creation of a model of a complex control system for the streams of building waste in frames of organizing uniform ecologically safe and economically effective complex system of waste treatment in country regions.
Key words: construction waste, preservation of the environment, ecology, waste management, secondary use, recycling and disposal of waste, modeling and management, resource-savings.
References
1. Strategiya razvitiya promyshlennosti stroitel'nykh materialov i industrial'nogo do-mostroeniya na period do 2020 goda. Utverzhdena prikazom Ministerstva regional'nogo razvitiya RF ot 30 maya 2011 g. № 262 [Development Strategy of Building Materials Production and Industrial Housing Construction for the Period up to 2020. Approved by the Order of the Ministry of Regional Development of the Russian Federation dated 30 May 2011, no. 262]. Moscow, 2011, 56 p. (In Russian)
2. Golubin A.K., Klepatskaya I.E. Razvitie rynochnykh otnosheniy v sisteme ob-rashcheniya s otkhodami [Development of Market Relations in the System of Waste Management]. Transportnoe delo Rossii [Transport Business of Russia]. 2009, no. 4, pp. 104—106. (In Russian)
3. Zheltobryukhov V.F., Rybal'skiy N.G., Yakovlev A.S., editors. Deyatel'nost'po obrash-cheniyu s opasnymi otkhodami: v 2-kh tt. [Activities for Hazardous Waste Management : in 2 vols.]. Moscow, REFIA Publ., 2003, vol. 2, 444 p. (In Russian)
Безопасность строительных систем. Экологические проблемы в строительстве. Геоэкология VESTNIK
_MGSU
4. Jackson K., Watkins E. «Musornaya» politika ES: instrumenty kontrolya [EU Waste Law: the Instruments of Control]. Tverdye bytovye otkhody [Municipal Solid Waste]. 2013, no. 1 (79), pp. 54—57. (In Russian)
5. Tikhotskaya I.S. Yaponiya: Innovatsionnyy podkhod k upravleniyu TBO [Japan: an Innovative Approach to Solid Waste Management]. Tverdye bytovye otkhody [Municipal Solid Waste]. 2013, no. 6 (84), pp. 52—57. (In Russian)
6. Celik N., Antmann E., Shi X., Hayton B. Simulation-Based Optimization for Planning of Effective Waste Reduction, Diversion, and Recycling Programs. Proc. of the 2012 Industrial and Systems Engineering Research Conference. Available at: http://www.coe.miami.edu/ce-lik/swmwebsite/publications/Y1_ConferencePaper_I.pdf. Date of access: 16.03.2015.
7. Nixon J.D., Wright D.G., Dey P.K., Ghosh S.K., Davies P.A. A Comparative Assessment of Waste Incinerators in the UK. Waste Management. 2013, vol. 33, no. 11, pp. 2234— 2244. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.wasman.2013.08.001.
8. Vahdani B., Tavakkoli-Moghaddam R., Baboli A., Mousavi S. A New Fuzzy Mathematical Model in Recycling Collection Networks: A Possibilistic Approach. World Academy of Science, Engineering and Technology. 2013, vol. 78, pp. 45—49.
9. Tskhovrebov E.S., Chetvertakov G.V., Shkanov S.I. Ekologicheskaya bezopasnost' v stroitel'noy industrii [Environmental Safety in the Construction Industry]. Moscow, Al'fa-M Publ., 2014, 304 p. (Sovremennye tekhnologii [Modern Technologies]) (In Russian)
10. Tskhovrebov E.S., Velichko E.G. Voprosy okhrany okruzhayushchey sredy i zdorov'ya cheloveka v protsesse obrashcheniya stroitel'nykh materialov [The Issues of Environmental Protection and Human Health in the Process of Building Materials Treatment]. Stroitel'nye materialy [Construction Materials]. 2014, no. 5, pp. 99—103. (In Russian)
11. Gubenko V.K., Lyamzin A.A., Pomazkov M.V., Gubenko O.V. Logistika otkhodov v megapolise [Waste Logistics in the Metropolis]. Materialy 11 Mezhdunarodnoy nauchno-prak-ticheskoy konferentsii [Proceedings of the 11th International Scientific and Practical Conference]. Kiev, Ministry of transport and communications of Ukraine, 2009, 200 p. (In Russian)
12. Sadov A.V., Tskhovrebov E.S. Puti resheniya problemy obrashcheniya s otkhodami na urovne regiona [Solutions to the Problems of Waste Management in the Region]. Vest-nik RAEN [Bulletin of the Russian Academy of Natural Sciences]. 2011, no. 5, pp. 29—31. (In Russian)
13. Tskhovrebov E.S., Yayli E.A., Tserenova M.P., Yur'ev K.V. Obespechenie eko-logicheskoy bezopasnosti pri proektirovanii ob"ektov nedvizhimosti i provedenii stroitel'nykh rabot [Ensuring Environmental Safety When Designing Real Estate Objects and Construction Works]. Monograph. Saint Petersburg, RGGMU Publ., 2013, 360 p. (In Russian)
14. Kutsenko V.V., Tskhovrebov E.S., Sidorenko S.N., Tserenova M.P., Kirichuk A.A. Problemy obespecheniya ekologicheskoy bezopasnosti regiona [Problems of Environmental Security of the Region]. Vestnik Rossiyskogo universiteta druzhby narodov. Seriya: Ekologi-ya i bezopasnost' zhiznedeyatel'nosti [PFUR Bulletin. Series: Ecology and Safety of Living]. 2013, no. 2, pp. 75—82. (In Russian)
15. Belevi H., Baccini P. Long-term Emission from Municipal Solid Waste Landfills. Landfills of waste: Leachate. London, 1992, pp. 12—15.
16. Vaysman Ya.I., Tagilova O.A., Sadokhina E.L. Razrabotka metodologicheskikh prin-tsipov sozdaniya i optimizatsii ucheta dvizheniya otkhodov s tsel'yu povysheniya ekologo-ekonomiko-sotsial'noy effektivnosti upravleniya ikh obrashcheniem [Development of Methodological Principles of Creating and Optimizing Account for the Movement of Waste with the Aim of Improving the Ecologic, Economic and Social Efficiency of Their Treatment Management]. Ekologiya i promyshlennost' Rossii [Ecology and Industry of Russia]. 2013, no. 12, pp. 40—45. (In Russian)
17. Kolotyrin K.P. Osobennosti tekhnologicheskogo obespecheniya protsessa obrash-cheniya s otkhodami potrebleniya [Peculiarities of the Technological Process of Consumption Waste Treatment]. Vestnik Saratovskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta [Vestnik of Saratov State Technical University]. 2008, vol. 3, no. 1 (34), pp. 164—174. (In Russian)
18. Kostarev S.N., Murynov A.I. Avtomatizirovannoe proektirovanie, upravlenie i sistem-nyy analiz prirodno-tekhnicheskikh ob"ektov utilizatsii otkhodov [Computer-Aided Design, Management and Systems-Analyses of Natural-Technical Objects of Waste Disposal]. SAPR i grafika [CAD and Graphics]. 2010, no. 3 (161), pp. 78—80. (In Russian)
19. Abramova M.V., Bachurina N.D. Setevaya model' upravleniya potokami otkhodov Network Model of Waste Streams]. Vestnik Vostochnoukrainskogo universiteta im. V. Dalya [Bulletin of the Technological Institute of East Ukraine Volodymyr Dahl National University]. 2008, no. 3 (121), pp. 73—78. (In Russian)
20. Alimov A. Ispol'zovanie vozmozhnostey logistiki v modernizatsii raboty s otkhodami proizvodstva (logistika otkhodov) [Use of Logistics Capabilities in the Modernization of waste Management (Waste Logistics)]. RISK: Resursy, Informatsiya, Snabzhenie, konkurentsiya [RISK: Resources, Information, Supply, Competition]. 2009, no. 1, pp. 37—39. (In Russian)
21. Aleksanin A.V. Avtomatizatsiya upravleniya otkhodami stroitel'nogo proizvodstva [Automation of Construction Waste Management]. Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel'stvo [Industrial and Civil Engineering]. 2014, no. 10, pp. 79—81. (In Russian)
22. Levkin G.G. Ekologicheskie aspekty upravleniya tsepyami postavok [Environmental Aspects of Supply Chain Management]. Logistika [Logistics]. 2009, no. 2, pp. 24—25. (In Russian)
23. Terent'ev P.A. Klassifikatsii i modeli logistiki vozvratnykh potokov [The Classification and Models of Logistics of Return Flows]. Logistika segodnya [Logistics Today]. 2010, no. 4, pp. 242—251. (In Russian)
24. Sevimoglu O., Tansel B. Effect of Persistent Compounds in Landfill Gas on Engine Performance during Energy Recovery: A Case Study. Waste Management. 2013, vol. 33, no. 1, pp. 74—80. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.wasman.2012.08.016.
25. Perekal'skiy V.A. Otechestvennyy i zarubezhnyy opyt ekonomiko-matematicheskogo modelirovaniya v sfere upravleniya obrashcheniem s otkhodami [Domestic and Foreign Experience of Economic Mathematical Modeling in Waste Management]. Strategii biznesa [Business Strategies]. 2013, no. 2 (2), pp. 38—41. (In Russian)
26. Haight F. Mathematical Theories of Traffic Flows. Academic Press, N.Y., 1963.
27. Gasnikov A.V., Klenov S.L., Nurminskiy E.A., Kholodov Ya.A., Shamray N.B. Vve-denie v matematicheskoe modelirovanie transportnykh potokov [Introduction of Traffic Flows to Mathematical Modeling]. Moscow, Publishing house of the Moscow Center for Continuous Mathematical Education, 2012, 428 p. (In Russian)
28. Smirnov N.N., Kiselev A.B., Nikitin V.F., Yumashev M.V. Matematicheskoe modelirovanie avtotransportnykh potokov [Mathematical Modeling of Road Traffic Flows]. Moscow, MGU Publ., 1999, 184 p. (In Russian)
29. Markovic D., Janosevic D., Jovanovic M., Nikolic V. Application Method for Optimization in Solid Waste Management System in the City of Nis. Facta universitatis. Series: Mechanical Engineering. 2010, vol. 8, no. 1, pp. 65—67.
30. Kornilov A.M., Pazyuk K.T. Ekonomiko-matematicheskoe modelirovanie retsiklinga tverdykh bytovykh otkhodov i ispol'zovanie vtorichnogo material'nogo syr'ya [Economic and Mathematical Modeling of Solid Waste Recycling and the Use of Secondary Raw Material]. Vestnik Tikhookeanskogo gosudarstvennogo universiteta [Proceedings of Pacific National University]. 2008, no. 2 (9), pp. 69—80. (In Russian)
About the authors: Tskhovrebov Eduard Stanislavovich — Candidate of Economical Sciences, Associate Professor, Department of Economical Problems, Academy of Safety and Special Programs (ABISP), 100A Profsoyuznaya str., Moscow, 117485, Russian Federation; rebrovstanislav@rambler.ru;
Velichko Evgeniy Georgievich — Doctor of Technical Sciences, Professor, Department of Construction Materials, Moscow State University of Civil Engineering (MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; pct44@yandex.ru.
For citation: Tskhovrebov E.S., Velichko E.G. Nauchno-metodologicheskie podkhody k sozdaniyu modeli kompleksnoy sistemy upravleniya potokami stroitel'nykh otkhodov [Scientific Methodological Approaches to Creation of Complex Control System Model for the Streams of Building Waste]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2015, no. 9, pp. 95—110. (In Russian)
