Теория и методы оценки геоэкологической безопасности создаваемых природно-технических систем




НазваниеТеория и методы оценки геоэкологической безопасности создаваемых природно-технических систем
страница1/3
Дата конвертации29.04.2013
Размер0.57 Mb.
ТипАвтореферат
  1   2   3

На правах рукописи

ГРАФКИНА Марина Владимировна



Теория и методы оценки геоэкологической безопасности создаваемых природно-технических систем


Специальность: 25.00.36 – Геоэкология (технические науки)


Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук


Москва – 2008


Диссертация выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Московском государственном строительном университете и Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Московском государственном техническом университете «МАМИ»


Научный консультант:

доктор технических наук, профессор, академик РАЕН Потапов Александр Дмитриевич


Официальные оппоненты:



доктор геолого-минералогических наук, профессор Круподеров Владимир Степанович


доктор технических наук, профессор Чертес Константин Львович


доктор технических наук, старший научный сотрудник Калиберда Инна Васильевна


Ведущее предприятие:


Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»



Защита диссертации состоится ноября 2008 года в часов на заседании диссертационного совета Д 202.138.07 при ГОУ ВПО Московском государственном строительном университете по адресу: 129337, Москва, Ярославское шоссе, д. 26, в зале заседаний Ученого Совета.


С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ГОУ ВПО Московского государственного строительного университета.


Автореферат разослан 2008 г.


Ученый секретарь диссертационного совета

д.т.н., профессор Потапов А.Д.


I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ


Актуальность темы. Природно-техногенные системы все более активно замещают природную среду. Особенно велика доля в изменении природных ландшафтов строительных систем (СС). В ходе эволюции человека строительство (создание защищенного от воздействия окружающей среды и комфортного местообитания) являлось важнейшим способом защиты от изменяющихся условий природной среды. Однако неуклонный рост численности народонаселения и научно-технический прогресс превратили этот способ защиты человека от сил природы в мощное оружие, направленное против природы, вызывающее последствия, сравнимые с последствиями экзогенных геологических процессов и, в конечном итоге, изменяющее качество окружающей среды (ОС). Масштаб этого воздействия локализован преимущественно в пределах городских и промышленных территорий, занимающих около 2% всей площади РФ, но эти территории являются местом постоянного проживания более 70% российского населения. Сохранение жизнеобеспечивающих ресурсов геосферных оболочек в условиях растущего противоречия между потребностью общества в комфортной среде обитания, разнообразной продукции и услугах и ограниченными возможностями Земли по представлению этих ресурсов и поглощению негативных результатов антропогенной деятельности является важнейшей задачей современности в условиях перехода общества к устойчивому развитию. Гармонизация хозяйственной деятельности человека и биосферы возможна только в результате научно обоснованных технических, экономических и социальных компромиссов в процессе природопользования, в том числе и на этапе создания природно-технических систем (ПТС). Основными критериями экологической эффективности таких решений являются снижение темпов разрушения и истощения абиотических ресурсов и минимизация негативного воздействия на геосферы.

Проблема гармонизации признана мировым сообществом и нашла отражение в соглашениях, подписанных в Рио-де-Жанейро (1992 г.), а также в правовых актах Российской Федерации, в частности, в Указе Президента РФ «О концепции перехода Российской Федерации к устойчивому развитию» (1996 г.), Экологической доктрине РФ (2002 г.) и др.

Экологическая доктрина РФ определяет зависимость устойчивого развития страны и качества жизни и здоровья населения, а также национальной безопасности от сохранения природных ресурсов и поддержания соответствующего качества ОС. Одним из основных принципов государственной политики в области экологии является «предотвращение негативных экологических последствий в результате хозяйственной деятельности и учет отдаленных экологических последствий».

Экологические концепции, приоритеты экологических требований менялись во времени, а соответственно менялись и критерии оценки техногенного воздействия. Основными экологическими концепциями являются: концепция контроля «в конце трубы», концепция «более чистого производства», концепция «проектирования для экологии», концепция «экосистемного комплексного подхода». Претворение в жизнь современных концепций «проектирования для экологии» и «экосистемного комплексного подхода» требует принятия всех технических решений с позиции полной экологической ответственности за геоэкологическую безопасность создаваемых ПТС. Основным недостатком традиционной системы экологического обоснования и выбора альтернативных вариантов при создании строительных и других технических систем (СиТС) является запаздывание комплексного экологического анализа и оценки от процесса принятия основных технических решений. Наиболее эффективно проводить комплексную оценку геоэкологической безопасности ПТС на этапе разработки (особенно на ранних стадиях – концептуальная идея, инженерные изыскания, научно-исследовательские работы и др.), т.к. при этом закладывается материальная база, обладающая огромным мультипликативным воздействием на жизнеобеспечивающие ресурсы Земли. Повышение геоэкологической безопасности ПТС может быть достигнуто за счет совершенствования теории и методов оценки конкурентных вариантов при создании СиТС. Оценка должна проводиться на основе анализа импликативных отношений функциональных и других технических характеристик создаваемых систем и обусловленных ими экологических факторов негативного воздействия с использование частных и комплексных геоэкологических критериев для оптимизации и обоснования решений по выбору конкурентоспособных вариантов, основным критерием при этом является минимизация негативного воздействия в жизненном цикле. Такой подход позволит управлять показателями геоэкологической безопасности ПТС и снизить напряженность ряда экологических проблем еще до их возникновения.

Степень разработанности проблемы. Следует высоко оценить научные работы ряда авторов, направленные на повышение геоэкологической безопасности ПТС: по методологическому обеспечению – В.И. Осипова, И.И. Мазура, О.И. Молдаванова, В.Н. Шишова, Н.Ф. Реймерса, Н.Н. Моисеева, В.Д. Кальнера, В.И. Данилова-Данильяна и др.; по реализации системного экологического анализа и управления экологической безопасностью в строительстве – В.И. Теличенко, М.Ю. Слесарева и др.; по оценке геоэкологической безопасности при взаимодействии технических систем и природной среды – В.А. Грачева, В.В. Гутенева, В.М. Котлякова, А.Л. Ревзона, В.Н. Луканина, Ю.В. Трофименко, А.А. Быкова, В.М. Кириллова и др.; в области геоэкологической безопасности строительства – А.Д. Потапова, Е.В. Щербины, П.В. Коваля и др.; по разработке концепции «проектирование для экологии» – В.Ф. Кутенева, В.А. Звонова, А.В. Козлова и др.; по экологическому проектированию и экспертизе – К.Н. Дьяконова, А.В. Дончевой и др.

Установлено, что геоэкологическая безопасность СС зависит как от показателей экологической безопасности и надежности входящих в нее технических систем (ТС) и от условий их безопасного взаимодействия с геологической средой, так и от состояния природной среды и ее компенсационных возможностей, изменяющихся под воздействием строительства. Однако анализ данных отечественной и зарубежной литературы показал, что в настоящее время не полностью изучена проблема оценки геоэкологической безопасности на этапе создания ПТС. Поэтому весьма актуальным является разработка теории и методов оценки геоэкологической безопасности ПТС с целью оптимального выбора конкурентных вариантов на основе методологии системного экологического анализа создаваемых объектов. Это имеет важное хозяйственное значение, так как позволяет решить проблему минимизации негативного воздействия на ОС и сохранение жизнеобеспечивающих ресурсов геосферных оболочек при максимальном удовлетворении технических требований к проектируемым системам. Внедрение такого подхода на ранних этапах разработки позволит превентивно оценивать геоэкологическую безопасность создаваемых ПТС, управлять показателями безопасности ПТС с учетом жизненного цикла и способствовать формированию экологической ответственности за принятие технических решений, что особенно актуально для реализации концепции устойчивого развития экономики страны.

Научной проблемой, рассматриваемой в работе, является поиск закономерностей, обеспечивающих минимизацию негативного воздействия на жизнеобеспечивающие ресурсы геосферных оболочек на ранних этапах разработки СиТС с учетом их жизненного цикла.

Объектами исследования являются строительные и другие технические системы как элементы ПТС.

Область исследования: теория и методы оценки геоэкологической безопасности создаваемых технических систем.

Цель диссертационной работы: разработка теории и методов оценки геоэкологической безопасности создаваемых ПТС, направленных на минимизацию техногенного воздействия в жизненном цикле, на основе выявления и анализа импликативных отношений технических и экологических показателей систем и установления частных и комплексных геоэкологических критериев их оптимизации.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи.

  1. Анализ и обобщение методов системного экологического анализа и оценки геоэкологической безопасности при создании ПТС.

  2. Разработка теории, методологии и методов оценки геоэкологической безопасности создаваемых СиТС с учетом жизненного цикла на основе экоцентризма и позиций полной экологической ответственности за принятие технических решений.

  3. Исследование СиТС как объектов системного экологического анализа, определение внешних и внутренних отношений создаваемых систем и выявление связи критериев внутреннего проектирования с уровнем техногенного воздействия при реализации их жизненного цикла.

  4. Систематизация и выявление методов качественной и количественной оценки геоэкологической безопасности создаваемых систем.

  5. Установление закономерностей импликативных отношений экологических и технических показателей ТС и выявление частных и комплексных геоэкологических критериев оценки безопасности для оптимизации проектируемых ТС.

  6. Апробация теории и методов оценки геоэкологической безопасности промышленных объектов на предпроектных стадиях строительства.

  7. Апробация теории и методов оценки геоэкологической безопасности при проектировании ТС с разработкой прикладного программного обеспечения для исследования и оценки импликативной связи технических и экологических показателей.

  8. Определение научно-методологических подходов к управлению экологическим проектированием и формированию стратегического экологического мировоззрения и экологической ответственности за принятие проектных решений.

Теоретической и методологической базой диссертационной работы являются: теория и методология системного анализа, теория и методы проектирования СиТС, теория и методы оптимизации при проектировании, методы оценки воздействия на ОС, теория и методы оценки риска, теория анализа опасностей на базе четких и нечетких множеств, методы экспертных оценок, научно-методологические основы экологического менеджмента и др.

Нормативно-информационную базу исследования составили законодательные нормативные акты Российской Федерации, международные нормативные акты, стандарты системы управления окружающей средой, отчеты о выполнении научно-исследовательских и изыскательских работ, периодические издания, книги, статьи отечественных и зарубежных авторов, диссертации, материалы научных конференций и др.

Научная новизна работы состоит в разработке теории и методов оценки геоэкологической безопасности создаваемых ПТС, которые направлены на минимизацию техногенного воздействия в жизненном цикле, что имеет важное хозяйственное значение. Методологией работы является системный экологический анализ иерархических уровней создаваемых систем, позволяющий установить взаимосвязи показателей внутреннего проектирования с уровнем негативного воздействия на геосферные оболочки. При этом:

  1. Установлено, что на каждом этапе разработки СиТС закладывается определенный локально выраженный техногенный эффект , влияющий на общий уровень геоэкологической безопасности ПТС, величина которого зависит от структурных, конструктивных и функциональных показателей создаваемых систем, и управление техническими характеристиками проектируемых систем позволит минимизировать их техногенное воздействие.

  2. Выявлено, что геоэкологическая безопасность СС определяется внешними и внутренними системными связями и зависит от безопасности входящих в нее ТС. Одним из направлений повышения геоэкологической безопасности ПТС в строительстве является управление показателями создаваемых ТС на основе анализа и оценки импликативных отношений критериев внутреннего проектирования с экологическими показателями, что позволит минимизировать техногенное воздействие при реализации их жизненного цикла.

  3. Вскрыты закономерности импликативных отношений технических (функциональных, структурных и конструктивных) показателей проектируемых ТС с экологическими показателями при реализации их жизненного цикла, разработаны многофакторные регрессионные уравнения, которые могут быть использованы для оценки геоэкологической безопасности проектных вариантов.

  4. Проведено обобщение и предложены методы качественной и количественной оценки геоэкологической безопасности ПТС на основе частных и комплексных геоэкологических критериев.

  5. Разработан алгоритм и метод комплексной оценки геоэкологической безопасности ПТС в строительстве на этапе инженерно-экологических изысканий для оптимального выбора пунктов/площадок размещения промышленных объектов.

  6. Разработан алгоритм исследования геоэкологической безопасности ТС и необходимое программное обеспечение оценки безопасности при параметрической оптимизации на ранних этапах проектирования.

  7. Предложены научно-методологические подходы к управлению экологическим проектированием, изменению и формированию стратегического экологического мировоззрения и экологической ответственности за принятие проектных решений.

Практическая значимость и реализация результатов работы.

  1. Предложены модели строительных и других технических систем для выявления взаимосвязи их функциональных, структурных, конструктивных и др. показателей с уровнем негативного воздействия в жизненном цикле.

  2. Определены алгоритм, методы и набор критериев для оценки геоэкологической безопасности промышленных объектов на предпроектных стадиях строительства, апробированные при выборе оптимальных вариантов размещения Архангельской АТЭЦ и Петровской ГРЭС. Внедрение результатов работы подтверждено соответствующими актами НИКИЭТ им. Н.А. Доллежаля и ООО «Тэпизыскания».

  3. Выявлены показатели, характеризующие геоэкологическую безопасность конструкционных материалов на стадиях производства и рециклинга.

  4. На основе регрессионных зависимостей экологических и технических показателей проектируемых ТС разработаны проверочные листы, которые позволяют корректировать проектные решения и управлять геоэкологической безопасностью ТС.

  5. Разработаны рекомендации по экологическому сопровождению и минимизации техногенного воздействия на окружающую среду в жизненном цикле ТС на этапе проектирования, внедренные в практику проектирования ФГУП «НИИАЭ».

  6. Создана прикладная программа оценки геоэкологической безопасности проектируемых ТС, которая используется в учебном процессе подготовки специалистов (конструкторов, механиков и экологов) в МГТУ «МАМИ», с возможностью распространения в учебных процессах других вузов.

  7. Разработана дисциплина «Основы экологического проектирования» для подготовки студентов по специальности 280202.65 «Инженерная защита окружающей среды» и опубликована монография «Экологическое проектирование продукции» для формирования стратегического экологического мировоззрения и экологической ответственности за принятие технических решений у студентов как будущих участников хозяйственной деятельности.

Основные защищаемые положения.

1. Теория оценки геоэкологической безопасности, в основе которой лежит утверждение, что анализ логически установленных взаимосвязей на основе физических и математических моделей СиТС позволяет выявить возможности повышения геоэкологической безопасности ПТС на этапе разработки.

2. Основные правила методологии системного экологического исследования и анализа иерархических уровней ПТС, позволяющие установить взаимосвязи и оценить уровень геоэкологической безопасности на этапе разработки СиТС.

3. Алгоритм и методы оценки геоэкологической безопасности ПТС в строительстве по результатам инженерно-экологических изысканий.

4. Закономерности импликативных отношений экологических и технических показателей проектируемых ТС и система критериев оценки геоэкологической безопасности на основе многофакторных регрессионных уравнений с использованием структурных, конструктивных и функциональных показателей проектируемых объектов.

5. Алгоритм и методы оценки геоэкологической безопасности проектируемых ТС, а также рекомендации, направленные на минимизацию негативного воздействия с учетом жизненного цикла.

6. Теоретическое обоснование и практическая реализация оценки геоэкологической безопасности промышленных объектов на предпроектных стадиях строительства по результатам инженерно-экологических изысканий и технических систем на этапе научно-исследовательских работ, на основе анализа импликативных отношений технических характеристик объектов с уровнем негативного воздействия при реализации жизненного цикла.

7. Научно-методологические подходы к управлению экологическим проектированием и формированию стратегического экологического мировоззрения и экологической ответственности за принятие проектных решений.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены и обсуждены на: Всероссийской научно-технической конференции «Современные проблемы экологии» (Internet, 2007 г.), Всероссийской научно-технической конференции «Приоритетные направления развития науки и технологий» (образовательные технологии) (Internet, 2007 г.), Международной научно-методической конференции «Высшее профессиональное образование в современной России: перспективы, проблемы, решения» (Москва, МГТУ «МАМИ», 2005 г.), Международном симпозиуме «Современное автотракторостроение и высшая школа России» (Москва, МГТУ «МАМИ», 2005 г.), Международной конференции российской научной школы (Сочи, 2004 г.), Всероссийской научно-технической конференции (Тольятти, ТГУ, 2004 г.), Всероссийской научно- технической конференции (Москва, «МАТИ» – РГТУ им. К.Э. Циолковского, 2004 г.), и др.

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 60 печатных работах из них: одна монография, 12 статей в изданиях, рекомендованных ВАК, свидетельство № 10729 о регистрации программы для ЭВМ.

Объем и структура работы. Диссертация объемом 338 страниц машинописного текста состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы, включающего 311 наименований, и четырех приложений общим объемом 20 страниц. В ней содержится 49 рисунков и 28 таблиц.


2. Основное содержание работы


Гармонизация развития техники и природы возможна только в результате научно обоснованных компромиссов между хозяйственной деятельностью человека и проблемой сохранения природной средой. На сегодняшний день единственно приемлемый вариант прогрессивного движения человечества – это движение в «рамках устойчивого развития», развития, не разрушающего естественного биотического механизма саморегуляции природной среды. Поэтому при создании технических систем следует стремиться к минимизации техногенного воздействия на геосферные оболочки.

Применение теории и методов оценки геоэкологической безопасности ПТС особенно эффективно на этапе разработки СиТС, т.к. проектные решения имеют значительное мультипликативное влияние на поведение ТС и определяют потенциал их воздействия на ОС. Комплексный экологический анализ и оценка на этапе разработки (особенно на ранних стадиях – концептуальная идея, инженерные изыскания и научно-исследовательские работы, структурный и параметрический синтез и др.) и целенаправленное воздействие на параметры проектируемых СиТС позволяют управлять факторами, влияющими на уровень техногенного воздействия, и поддерживать необходимую степень геоэкологической безопасности.

Эти принципы, как показывает анализ отечественных и зарубежных работ, лежат в основе современных интенсивных исследований по разработке научных подходов и математического моделирования, позволяющих проводить комплексный экологический анализ и интегральную оценку воздействий на ОС при управлении геоэкологической безопасностью в строительстве и проектировании промышленных комплексов и ТС (агрегатов, механизмов, машин и др.).

Вопросы оценки геоэкологической безопасности ПТС довольно широко представлены в работах отечественных и зарубежных авторов – Б.Р. Алленби, А.А. Быкова, И.К. Верника, С.Г. Германа, Р.В. Голевой, В.А. Грачева, Т.Е. Гридэла, В.В. Гутенева, А.В. Дончевой, К.Н. Дьяконова, В.А. Звонова, А.П. Камышева, А.В. Козлова, В.М. Котлякова, Х. Кумамото, В.Ф. Кутенева, В.И. Ларионова, В.Н. Луканина, И.И. Мазура, О.И. Молдаванова, В.В. Москвичева, Ц. Новака, В.И. Осипова, Р.А. Перелет, А.Д. Потапова, А.Л. Ревзона, Р.О. Самсонова, Г.Е. Синякова В.Н., Г.С. Сергеева, М.Ю. Слесарева, В.И. Теличенко, А.А. Тишкова, Ю.В. Трофименко, Р. Уильямса, Э.Дж. Хенли, Н.Н. Хренова, М.А. Шахраньяна, Е.В. Щербины, В.Н. Шишова, Ю.И. Шокина, А.К. Шрейбера и др.

В работах, посвященных управлению экологической безопасностью в строительстве (В.И. Теличенко, М.Ю. Слесарев.), рассмотрены проблемы классификации экстремальных экологических задач и методов их решения, моделирования факторов воздействия на ОС, критериев в системе управления экологической безопасностью строительства, интерпретации решений по критериям управления экологической безопасностью строительства. Исследование оптимизационных задач экологического менеджмента показало, что для разных функций управления свойственны определенные классы задач экологической оптимизации, решаемые на эколого-математических моделях.

В работах А.Д. Потапова, Е.В. Щербины, П.В. Коваля и др. рассмотрены научно-методологические основы геоэкологической безопасности строительства и принципы взаимодействия СС и ОС и определены возможные негативные воздействия и ответные реакции, как среды, так и системы.

При проектировании промышленных комплексов, как следует из работ И.И. Мазура, О.И. Молдаванова, В.Н. Шишова и др., природоохранным объектом является природный ландшафт, представленный как производная экологического взаимодействия четырех геосфер: атмосферы, гидросферы, литосферы и биосферы. Математическая модель формирования антропогенного ландшафта предусматривает структурно-функциональные преобразования геосфер, которые приводят к разнохарактерным конечным результатам, позволяющим ставить и решать важные инженерно-экологические задачи (определение допустимых смещений равновесия экосистемы, оптимизация природоохранных функций в рамках отдельной геосферы и ПТС и др.).

В работах В.А. Грачева, В.В. Гутенева, А.П. Камышева, В.М. Котлякова, А.Л. Ревзона и др. отражены теория, методология и методы геоэкологического анализа и показатели оценки состояния окружающей среды в зоне строительства и эксплуатации инженерных сооружений.

При проектировании промышленно-транспортного комплекса (работы В.Н. Луканина, Ю.В. Трофименко и др.) рассматриваются принципы управления системой «автотранспортный комплекс – окружающая среда (АТК–ОС)» путем регулирования уровня взаимодействия энергетических установок с окружающей средой. Основой методологического подхода является анализ взаимосвязанных уровней системы АТК–ОС, которые характеризуются своими входными и выходными потоками. Использование аппарата математического моделирования процессов энерго- и массопреобразований в АТК–ОС позволяет решать оптимизационные задачи по обеспечению развития системы в пределах экологических допусков.

Отмечено постоянное совершенствование теории и методов оценки воздействия хозяйственной деятельности и ТС на состояние геосфер, что приводит к более тщательному выявлению всех единичных процессов и происходящих в них изменений потоков энерго- и массопереноса с целью минимизации потерь природных ресурсов и негативного влияния на ОС в жизненном цикле ТС. Такой подход предлагается в работах В.Ф. Кутенева, В.А. Звонова, А.В. Козлова для повышения экологической безопасности ТС (автомобиля) и предусматривает разработку функциональной модели в виде иерархии диаграмм, отражающих жизненный цикл ТС. Математическое моделирование входных и выходных потоков на любом иерархическом уровне строится на законе сохранения массы и энергии.

Вопросы экологического проектирования и экспертизы раскрываются наиболее полно в работе К.А. Дьяконова и А.В. Дончевой, где дается методическое и методологическое обобщение подходов к экологическому проектированию и оценке воздействия хозяйственной деятельности на ОС.

Однако рассмотренные подходы не отражают в полной мере теорию, методологию и методы оценки геоэкологической безопасности на этапе разработки ПТС, направленные на минимизацию негативного воздействия в жизненном цикле, на основе анализа импликативных отношений технических и экологических показателей создаваемых систем и выявления частных и комплексных геоэкологических критериев их оптимизации.

Основное требование, которое предъявляется в настоящее время к ПТС, – это обеспечение безопасности жизнедеятельности человека, но при этом не в полной мере учитывается весь спектр возникающих негативных воздействий на ОС. В результате преобразования природной среды при реализации жизненного цикла СиТС изменяются абиотические факторы, влияющие как на биоту, так и на здоровье человека. Идеальным вариантом экологически безопасных СС является подобие естественным экосистемам, которые не являются закрытыми статическими системами. Естественная экосистема – это «открытая система в квазиустойчивом состоянии: материалы и энергия непрерывно поступают в нее из окружающей среды и в окружающую среду уходят» (Л. фон Берталанфи, 1968), где «материя циркулирует, а энергия рассеивается» (Ю. Одум, 1953). На современном этапе развития основным механизмом, который способен обеспечить геоэкологическую безопасность ПТС, является комплексная система экологического управления, охватывающая все стадии ЖЦ СиТС и включающая в себя в т.ч. анализ и оценку экологической безопасности принимаемых проектных решений.

Комплексный анализ и оценка геоэкологической безопасности СиТС в ЖЦ на этапах, предшествующих реализации проекта (концептуальная идея, комплекс инженерных изысканий, научно-исследовательские работы, проектирование и др.), и принятие сбалансированных решений позволят снизить напряженность экологических проблем еще до их возникновения и в целом определяют безопасность последующего функционирования систем.

В процессе проектирования СС выделяются этапы внешнего проектирования, когда система рассматривается как часть более высокого иерархического уровня – ПТС, и этапы внутреннего проектирования, когда СС рассматривается как более высокий уровень для входящих в нее технических подсистем: зданий, сооружений, инженерных сетей, технологий, механизмов, агрегатов и др.

Автором предлагаются следующие основные положения теории экологической оценки СиТС на этапе разработки с учетом жизненного цикла.

  1. Возможности повышения геоэкологической безопасности создаваемых ПТС выявляются на базе классификаций, разработанных на основе экоцентризма и логически установленных взаимоотношений СиТС и ОС с использованием теоретических и эмпирических положений из области математики, физики, техники, экологии, геоэкологии и других наук. При экоцентрическом подходе мир представляется не как совокупность изолированных элементов и объектов, а как сеть феноменов, которые фундаментально взаимосвязаны и взаимозависимы. Анализ и оценка логически установленных взаимосвязей на основе физических и математических моделей СиТС позволяют выявить варианты с минимальным негативным воздействием на ОС.

  2. На каждом этапе разработки СиТС закладывается определенный локально выраженный техногенный эффект ωi, величина которого зависит от функциональных и других технических показателей создаваемых систем. Варьирование и оценка параметров создаваемых технических систем позволяет изменить уровень воздействия на ОС в жизненном цикле.

  3. Системные свойства и факторы негативного воздействия конкретного этапа жизненного цикла объекта возникают именно на этом конкретном уровне. Исследование геоэкологической безопасности создаваемых СиТС в целом строится как выявление, анализ, обобщение и оценка взаимоотношений между системой на различных этапах ее жизненного цикла и ОС.

  4. Управляющие действия человека с целью повышения геоэкологической безопасности ПТС принимаются на основе информации о состоянии природной среды и экологических показателей создаваемых СиТС, а также предвидения возможных изменений в их взаимосвязи и взаимоотношениях.

  5. Физическая модель исследуемой ТС представляет собой сеть взаимоотношений между системой и природной средой, основанных на законах сохранения, превращения и переноса энергии и материалов и балансе входных и выходных материальных и энергетических потоков.

  6. Физическая модель исследуемой СС представляет собой сеть взаимоотношений между системой и природной средой, основанных на законах сохранения динамического равновесия и устойчивости строительной и природной систем, а также законах, связанных с входными потоками, состоящих из ТС, материалов, энергии, которые формируют и выходные потоки.

  7. Математическое моделирование и общая концепция описания поведения создаваемых систем – это теоретико-множественный подход (множество элементов A и множество отношений R между ними относительно выбранной цели исследования – минимизация техногенного воздействия в ЖЦ). В общем случае проектируемая система S представляет собой упорядоченную пару S=(A,R). Чтобы сделать эту зависимость практически полезной, ее следует уточнить и ввести определенные иерархические уровни упорядоченных пар (A,R), относящихся к решению задачи по снижению негативного воздействия на жизнеобеспечивающие геосферные оболочки и биоту. Уровни иерархии и упорядоченные пары вводятся с помощью одного из двух фундаментальных критериев различий:

а) выделение систем, базирующихся на определенных типах элементов (показатели технического уровня надежности, устойчивости и качества объекта, экологические показатели, экономические показатели и др.), требующих разных экспериментальных методов и средств для сбора данных – т.е. эта классификация имеет экспериментальную основу;

б) выделение систем, базирующихся на определенных типах отношений (взаимодействие системы, подсистем между собой и с окружающей средой в ЖЦ) – такая классификация связана непосредственно с обработкой данных, а не связана с их сбором, и основа ее преимущественно теоретическая.

При теоретическом экологическом анализе и оценке проектируемых СиТС возможны следующие допущения в выборе методов и данных: правила присвоения; критерии предпочтения; определение системы исследования (природно-технической, строительной, продукционной, технической, структурированной и др.) и границ исследования; заключения и допущения, касающиеся данных, и др.

Методология, применяемая в данной работе, представляет собой подход, основанный на системном экологическом исследовании и экологическом анализе свойств различных иерархических уровней проектируемых систем с целью получения новой информации о взаимодействии показателей внешнего и внутреннего проектирования с уровнем негативного воздействия на геосферные оболочки в жизненном цикле.

Конечная цель системного экологического анализа и оценки, проводимых на этапе разработки СиТС, – это выбор из конкурентных вариантов систем с минимальным негативным воздействием на ОС.

Основные принципы и правила системного экологического исследования, анализа и оценки геоэкологической безопасности создаваемых ПТС раскрыты автором для решения задач по минимизации негативного воздействия на ОС с учетом жизненного цикла СиТС (табл. 1).

Модель исследований геоэкологической безопасности СС в соответствии с методологией работы представлена на рис. 1.


Таблица 1

Основные принципы системного анализа и оценки геоэкологической безопасности ПТС

Основные принципы

Суть принципа

1. Принцип конечной цели

Приоритет конечной цели – минимизация негативного воздействия СиТС на ОС в полном жизненном цикле.

Основные правила:

- анализ следует вести на базе понимания, что любая СиТС взаимосвязана с ОС и ее конструктивные и функциональные показатели определяют эквивалент негативного воздействия в жизненном цикле;

- при структурном и параметрическом синтезе и выборе оптимального решения любой вариант должен оцениваться относительно конечной цели

2. Принцип модульного построения.

Выделение модулей и рассмотрение создаваемых систем как совокупности подсистем.

Основные правила:

- для выявления взаимоотношений создаваемыми СиТС с ОС строятся подсистемы по этапам жизненного цикла, а для ТС еще и продукционные системы;

- для выявления технических показателей СиТС, управление которыми приведет к изменению воздействия на ОС и повышению экологической безопасности, строятся структурированные системы СиТС

3. Принцип функциональности

Принцип строится на утверждении, что любой иерархический уровень структурированной системы связан с функциональным назначением создаваемой ТС, а любой иерархический уровень продукционной системы связан с функционированием входящих в них производственных систем

Основное правило:

- процессы функционирования ТС связаны с формированием входных и выходных материальных и энергетических потоков. Техногенными эффектами являются потребление абиотических ресурсов, ингредиентные и параметрические (физические) воздействия на ОС

4. Принцип иерархии

Введение иерархии подсистем и их ранжирование.

Основное правило:

- с позиций экоцентризма системой высшего иерархического уровня является природная среда

5. Принцип связности

Рассмотрение любого объекта, входящего в ПТС, подразумевает проведение процедуры выявления связей между ним и системой более высокого иерархического уровня и, в конечном счете, с ОС.

Основное правило:

- декомпозицию создаваемых СиТС следует проводить до уровня, позволяющего осуществлять соответствующее математическое моделирование их связи с ОС

6. Принцип единства

Совместное рассмотрение ПТС как единого целого и как совокупности частей.

Основное правило:

- ПТС представляется не как совокупность изолированных элементов и объектов, а как сеть фактов, которые фундаментально взаимосвязаны и взаимозависимы




Рис. 1. Модель исследования геоэкологической безопасности СС


Выбирая СС как базу для исследований, оценивая результаты по выбору концептуальной идеи, инженерных изысканий, структурного синтеза и других этапов ее жизненного цикла по степени воздействия на ОС при различных компоновочных вариантах, можем выявить оптимальное решение с минимальным негативным воздействием. Для этого необходимо на основе правил системного анализа провести дальнейшую декомпозицию проектируемой СС на отдельные элементы (подсистемы) до уровня, позволяющего проводить соответствующее математическое моделирование их воздействия на ОС.

Задачи исследования и соответствующие факторы негативного воздействия определяются для множества подсистем иерархического типа, взаимосвязанных с создаваемой СС. С каждой подсистемой из этого множества связано значение фактора негативного воздействия, определяющее общий уровень соответствия выбранной цели. Таким образом, концептуальная идея, результаты инженерных изысканий, планировочная структура, функциональная структура, техническая структура, а также входящие в СС ТС, реализация их жизненного цикла и осуществление их функций проецируются на поведение и функции СС в целом и, как следствие, определяют комплексное техногенное воздействие на ОС. Системный экологический анализ и оценка всех подсистем, включая ТС, с учетом экологических ограничений создает наиболее полную гипотезу относительно экологического поведения СС в целом.

На рис. 2 представлена модель в виде иерархической структуры для оценки геоэкологической безопасности по результатам проведения инженерных изысканий (включая инженерно-геодезические, инженерно-геологические, инженерно-гидрометеорологические, инженерно-экологические). Анализ показывает, что в зависимости от решений, принимаемых на этом этапе, возможен переход площади, отведенной под строительство (части С), из категории природных ландшафтов и ресурсов (П) в категорию ПТС.



Рис. 2. Модель оценки геоэкологической безопасности ПТС при проведении инженерных изысканий


В работе предлагаются алгоритм и методы оценки геоэкологической безопасности ПТС по результатам инженерно-экологических изысканий для обоснования выбора оптимального варианта размещения промышленных объектов по геоэкологическим критериям. Алгоритм содержит оценку степени нарушенности ландшафта (табл. 2), определение негативных факторов воздействия на окружающую среду, моделирование уровней негативного воздействия, установление детерминированных или качественных значений факторов воздействия и их весовых коэффициентов, определение частных и комплексных геоэкологических критериев для оптимизации выбора конкурентных пунктов/площадок.

В табл. 2: Кн – коэффициент площадной нарушенности ландшафтов:

, (1)

где SПТС+С площадь природно-технической системы с вновь вводимой площадью застройки, м2;

SП – площадь естественного ландшафта с естественным стабильным гомеостазом, м2.

Таблица 2

Система и критерии оценки состояния ПТС

Решения

Оценка состояния уязвимости

Категория состояния

П

Естественный ландшафт

с естественными стабильными взаимоотношениями (гомеостаз экосистем)

Устойчивое динамическое равновесие

ПТС+С


1.Степень нарушенности ландшафта (Кн>0,5) приводит к возникновению высокого уровня вероятности нарушения динамического равновесия

Состояние, при котором развитие природно-техногенных процессов приводит к нарушению динамического равновесия и способствует возникновению критических ситуаций при эксплуатации ПТС

2.Степень нарушенности ландшафта (0,3≤Кн ≤0, 5) приводит к вероятности нарушения динамического равновесия


Состояние ПТС, при котором развитие природных и природно-техногенных процессов приводит к нарушению динамического равновесия и может способствовать возникновению критических ситуаций при эксплуатации

3.Степень нарушенности ландшафта (Кн<0,3) не приводит к нарушению динамического равновесия

Состояние ПТС, при котором развитие природных и природно-техногенных процессов не приводит к нарушению динамического равновесия


Модель оценки геоэкологической безопасности СС на этапе проектирования представлена на рис. 3. Структурный и параметрический синтез и оптимизация подсистем СС, оценка промежуточных решений относительно конечной цели – минимизации негативного воздействия на ОС в жизненном цикле СС – позволит повысить геоэкологическую безопасность создаваемой ПТС.



Рис. 3. Модель оценки геоэкологической безопасности на этапе проектирования


Рассмотрим подсистему, моделирующую отношения на этапе эксплуатации, где устойчивость СС и ее геоэкологическая безопасность определяются, прежде всего, оптимальными инженерными решениями при реализации строительного проекта (рис. 4).



Рис. 4. Модель оценки геоэкологической безопасности на этапе эксплуатации


Анализ этой модели показывает, что геоэкологическая безопасность ПТС зависит от показателей состояния СиТС, уровня инженерной защиты, компенсационных возможностей природной среды, показателей состояния природной среды. Отсюда можно сделать вывод о том, что возможны два способа управления геоэкологической безопасностью ПТС: геоинформационный (на основе анализа показателей состояния объектов природной среды и их компенсационных возможностей) и технический (на основе экологических показателей СиТС и уровня инженерной защиты). Технический способ управления по предложению ряда авторов (В.А. Грачев, В.В. Гутенев, В.М. Котляков, А.Л. Ревзон и др.) предполагает регулирование режима функционирования системы в зависимости от характера и степени динамической природной составляющей, несущей способности оснований сооружений и состояния (надежности) технической составляющей.

Автор предлагает повысить эффективность технического способа управления геоэкологической безопасностью ПТС за счет анализа, оценки и управления технико-экологическими показателями ТС с целью минимизации негативного воздействия на ОС в жизненном цикле. Общая структура управления геоэкологической безопасностью ПТС в строительстве представлена на рис. 5.
  1   2   3

Добавить в свой блог или на сайт

Похожие:

Теория и методы оценки геоэкологической безопасности создаваемых природно-технических систем iconДисциплина «Обеспечение безопасности автотранспортных средств (атс)» имеет целью дать аспирантам знания по комплексу конструктивных элементов (систем)
Нтам, обеспечивающим безопасность, основные направления обеспечения безопасности транспортных средств, расчетные и расчетно-экспериментальные...

Теория и методы оценки геоэкологической безопасности создаваемых природно-технических систем iconСистемный анализ, управление и обработка информации
Системные задач. Прикладная теория систем (системный подход). Описание систем, методы исследования систем. Задачи реконструкции и...

Теория и методы оценки геоэкологической безопасности создаваемых природно-технических систем iconТематический план лекций по специальности 08. 00. 05. "Экономика и управление народным хозяйством" Тема лекций
Наука управления: предмет, методы и система понятий, теоретические основы науки управления, теория систем, теория организации, теория...

Теория и методы оценки геоэкологической безопасности создаваемых природно-технических систем iconПрограмма-минимум кандидатского экзамена по специальности
В основу настоящей программы положены следующие фундаментальные дисциплины: теоретическая механика; небесная механика; теория поля;...

Теория и методы оценки геоэкологической безопасности создаваемых природно-технических систем iconМетодические указания к лабораторному практикуму по дисциплине «Основы автоматики и теория устройства технических систем»
Методические указания к лабораторному практикуму по дисциплине «Основы автоматики и теория устройства технических систем» для курсантов...

Теория и методы оценки геоэкологической безопасности создаваемых природно-технических систем icon«мордовский государственный университет им. Н. П. Огарева» Кафедра Геоэкологии и ландшафтного планирования
Формирование системы теоретических знаний об основных принципах, особенностях, методических аспектах проектирования и функционирования...

Теория и методы оценки геоэкологической безопасности создаваемых природно-технических систем iconТеория и методика формирования геоэкологической культуры школьников средствами географии

Теория и методы оценки геоэкологической безопасности создаваемых природно-технических систем iconРасширенная программа дисциплины “ Экологическая геология
Рассматриваются основные направления использования геофизических методов для геолого-экологического мониторинга окружающей среды...

Теория и методы оценки геоэкологической безопасности создаваемых природно-технических систем iconАнализ комплексных систем безопасности
В ней рассматриваются признаки комплексной безопасности, наиболее популярные системы безопасности, проводится краткий анализ таких...

Теория и методы оценки геоэкологической безопасности создаваемых природно-технических систем iconПостроение логико-вероятностных моделей невалидности сложных систем и процессов
Лв-модели риска невалидности экономических, технических и организационных систем и процессов, примеры построения лв-моделей невалидности...


Разместите кнопку на своём сайте:
lib.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©lib.convdocs.org 2012
обратиться к администрации
lib.convdocs.org
Главная страница