Часть I. Концептуальные основы стратегии устойчивого развития 10 страница

1.4. Влияние строительных конструкций и технологий на природу

Здания и сооружения в настоящее время делят на бионегативные (наносящие вред природе), бионейтральные и биопозитивные (помогающие развитию природы). Традиционные здания для массовой застройки на пологих участках бионегативны, так как при строительстве на много лет отторгается земля, причем площадь и толща земли практически полностью исключается из круговорота веществ. Кроме того, после окончания функционирования здания очень затруднительно или даже невозможно возвратить занятую им территорию в первоначальное состояние «зеленой лужайки». Любое здание или инженерное сооружение с традиционными конструктивными и технологическими решениями, таким образом, создает помехи в экосистемах: прерывая энергетический поток, уменьшая или исключая места локализации экологических ниш, нарушая обмен популяционной информацией.

Основная проблема, рассматриваемая при разработке биопозитивных конструктивных и технологических решений зданий – создание таких конструкций и технологий, которые бы позволяли:

– не трогать земли, пригодные для сельскохозяйственного, лесохозяйственного, рекреационного использования, создания заповедных зон и участков естественной живой природы, для целей строительства;

– не закрывать или закрывать минимально поверхность земли;

– не создавать ниже поверхности земли непроницаемых экранов, чтобы не прерывать естественное испарение, движение ливневых и грунтовых вод, не препятствовать деятельности животных в почве;

– возвращать в естественное состояние участки территории после окончания срока эксплуатации здания (сооружения) и его разборки;

– озеленять все наружные поверхности стен и кровли (при этом лучше всего использовать естественный субстрат);

– максимально «вписывать» здания в ландшафт;

– утилизировать отходы, сберегать энергию и воду, использовать источники возобновляемой энергии;

– сделать здание или сооружение приспособленным для существования живой природы, создать субстрат и укрытия, которые были бы приспособлены к требованиям животных и растений к месту их обитания;

– создать здание, сооружение и целый комплекс-район, место расселения с достижением состояния неотторгаемости природной средой, восприятия его природной средой, как естественного природного компонента, включаемого природой в экосистему.

Среди указанных направлений, видимо, главное – это биопозитивность урбанизированных ландшафтов, конструкционных и технологических решений зданий (сооружений). На первом месте стоит проблема сохранения почвы и растительного слоя. Ее можно решить, размещая здания выше поверхности земли, ниже (в толще грунта) или на неудобъях, на шельфе, под водой, в космическом пространстве.

Выше поверхности земли здания следует поднять на высоту, обеспечивающую рост трав, кустарников и деревьев, проход людей и проезд транспорта (эту идею активно развивал Ле Корбюзье). Для поступления света и осадков здания требуется предусматривать неширокие, с разрывами по длине или устройством проемов в плане при небольшой высоте зданий (типа атриумов). Необходимо максимальное озеленение на всех поверхностях. На крышах и террасах целесообразно исходя из физико-географических условий установить гелиоприемники, чтобы использовать дешевую энергию Солнца для теплоснабжения. В возможных по соображениям техники безопасности местах рекомендуется устанавливать низкоскоростные ветродвигатели. Используются также тепловые насосы, утилизаторы теплоты.

Конструкции подземной части зданий не должны вызывать изменения естественного состояния грунта, поэтому следует избегать его закрепления. Фундаменты должны позволять полную разборку, быть инвентарными.

Конструктивные решения должны быть, с одной стороны, биопозитивными (поверхности зданий создают подобие естественной среды обитания для растений, насекомых, мелких животных и птиц); с другой – такими, которые бы не вызывали загрязнение среды отходами при возведении и разборке вредными выделениями – при эксплуатации; наконец, конструкции должны препятствовать повышенным тепловыделениям в атмосферу с целью экономии энергии, а при надобности иметь массу для накопления теплоты.

Экологические требования к технологии и организации строительства следует учитывать на всех стадиях – от разработки вариантов проекта и до проработки вопросов возможной реконструкции или будущей разборки объекта после выполнения им нужных функций.

Строительная площадка. Ее размеры в плане должны быть минимальными, т.е. в пределах ее площади предусматривают лишь строящееся здание или сооружение и дополнительно минимальную площадь для проезда, размещения монтажных механизмов и бытовых помещений. Складские помещения отсутствуют, монтаж производится с «колес». Существующий почвенный слой в пределах котлована заранее должен быть снят и перевезен в место его новой укладки (например, для рекультивации), а почвенно-растительный слой и растительность рядом с будущим объектом полностью сохраняются и защищаются от загрязнения и уничтожения. На выезде со стройплощадки должна быть смонтирована установка для мытья машин и механизмов, чтобы загрязнения не разносились за ее пределы.

Автодороги. Для полного сохранения или восстановления естественного состояния почвенно-растительного слоя временные автодороги проектируют инвентарными, полностью удаляемыми после окончания строительства (например, из сборных решетчатых плит). Еще более экологично устройство дорог, поднятых над поверхностью земли на небольшую высоту, путем укладки плит на промежуточные П – или Т-образные опоры. Стоянки выполнены из решетчатых железобетонных плит с озеленением проемов, причем размер проема должен быть меньше отпечатка колеса автомобиля. При движении автомобиля трава, выросшая выше уровня верха плит, подрезается колесами.

Подъемно-транспортное оборудование. Желательно максимально использовать оборудование и средства передвижения, не требующих специальных дорог (вертолеты, аэростаты, подвесной транспорт). Двигатели подъемно-транспортного оборудования должны быть экологически чистыми – на природном газе, электричестве, жидком водороде.

Оборудование для земляных работ и устройства фундаментов. Оно не должно вызывать интенсивных динамических, в том числе ударных нагрузок. Желателен отказ от сваебойного оборудования, мощных трамбовок, вибраторов, рыхлителей, различных механизмов для ударной разработки, рыхления, уплотнения грунта. Лучше использовать бурение грунта, его разработку экскаваторами, скреперами. Еще лучше применять незаглубленные фундаменты, безфундаментные здания.

Инструмент. Не следует применять строительный инструмент, создающий обильное выделение пыли, недопустимые колебания высоких или низких частот без их гашения (пилы, дрели и др.), ударные нагрузки высокой интенсивности; инструмент, загрязняющий среду отходами (например, штукатурные сопла, допускающие большое количество отходов раствора) и т.д.

Временные помещения. Это могут быть блоки с полной внутренней отделкой, завозимые на площадку и монтируемые на точечных опорах над поверхностью земли на высоте, обеспечивающей рост травы и мелких кустарников.

Снабжение теплом, электроэнергией, водой. Для временного снабжения теплом и электроэнергией хорошо использовать возобновляемые источники, в первую очередь, – солнечную энергию (гелиоколлекторы, солнечные электростанции), ветродвигатели (особенно для питания водяных насосов).

Водоснабжение желательно выполнять по замкнутой схеме, с очисткой и вторичным использованием воды. Рекомендуются строительные материалы, не загрязняющие окружающую среду при их транспортировке и использовании, заранее изготовленные блоки, плиты, рулонные материалы; для устройства стен и перекрытий – готовые блоки с минимальными допусками при изготовлении и тонкими швами; для изоляции – плиты, маты; для отделки – рулонные материалы, плиты. Не применять материалы, выделяющие пыль, влагу, газы, механические частицы в окружающую среду. Лучшие материалы для строительства – биопозитивные, не оказывающие негативного воздействия на человека. Ниже описаны основные положения по экологичности строительных материалов, по подбору наиболее экологичных конструктивных и отделочных материалов.

Отходы строительства. Предусматривается все отходы в виде боя кирпича, бетона, стекла, плитки, некондиционных железобетонных изделий, обрезков стали, электродов, песка, щебня, обрывков рулонных материалов, тары, лакокрасочных материалов и т.д. собирать в специальные контейнеры и отвозить на утилизацию (как правило, на заводах стройиндустрии).

1.5. Экологическая безопасность в строительстве

Антропогенные воздействия жилой среды города и взаимоотношения в природной среде и в природно-технических экосистемах носят случайный характер и поэтому могут рассматриваться с позиций теории надежности.

Экологическая надежность – это вероятность безотказной работы (функционирова­ния) экосистемы или ее способность само регулироваться и самовосстанавливаться в пределах, естественных для системы суточных, сезонных, межгодовых и вековых флуктуаций в течение сукцессионного или эволюционного отрезка ее существования. Надежная экосистема должна иметь способность практически бесконечно функционировать в пределах неизбежных флуктуаций без значительных изменений ее структуры и функций.

С точки зрения системного анализа природа рассматривается как территориально–ограниченная сложная открытая саморегулируемая и самовосстанавливающаяся система взаимосвязанных элементов (литосфера, гидросфера, атмосфера, биосфера) и компонентов (природных комплексов), между которыми происходит массоэнергообмен под воздействием естественных и антропогенных факторов.

Смена состояний природно-технической геосистемы под воздействиями, носящими техногенный характер, может происходить в условиях экологического равновесия или за его пределами. Процессы развития экосистем при накоплении изменений техногенного характера в настоящее время изучают на основе случайных процессов, в частности, на основе классической схемы гибели. Это позволяет разработать прикладные методы расчета экологической надежности природно-технических геосистем, состояние которых определяется комплексом накопившихся локальных изменений и последовательностью их проявления, применительно к экологии. В теории экологической надежности несколько изменяется понятие отказа. Здесь он может рассматриваться как наступление экологически экстремальной ситуации, причем, если ситуация распространилась в пределах всего природного объекта, то отказ – полный, а если в пределах части объекта, то отказ – частичный.

Как и в технике, в экологии отказы классифицируются по месту, по причине возникновения (ошибка в изысканиях, в проектировании и др.), по характеру проявления (внезапный или постоянный), по последствиям (значительный или незначительный), по сложности восстановления утраченных свойств экосистемы (простой или сложный). Как и в общей теории надежности, в экологической надежности считается, что внезапные и сложные отказы – следствие грубых нарушений экологических норм. Для постепенных отказов характерна сравнительно небольшая интенсивность техногенных воздействие следует, однако, помнить, что длительные слабые техногенные воздействий могут привести к внезапному отказу).

В случае внезапных экологических отказов функция экологической надежности, характеризующая безопасное функционирование экосистемы, отвечает обычно экспоненциальному закону распределения времени наступления отказа при изменении техногенных воздействий. При постепенных отказах распределение времени их наступления, как правило, описывается нормальным законом. Полученная информация об экологических отказах позволяет решить задачи статистической оценки экологической обстановки (соответствие характеристик экологической безопасности экосистемы заданным требованиям и определение критериев наступления отказов) и разработки мероприятий по надежной защите природных объектов. На основе этих исследований можно определить условия равновесия в системах «объект – окружающая среда» при накоплении техногенных воздействий и защите от них окружающей среды как естественной самовосстанавливаемости ландшафта или с учетом инженерных мероприятий (принудительно восстанавливаемое).

Экологическая безопасность – это совокупность всех действий, явлений и состояний на Земле, не приводящих к жизненно важным ущербам природе, обеспечивающих экологическое равновесие в геосистемах всех уровней. В теории экологической надежности используют статистико-вероятностные методы анализа случайных величин для исследования стохастической модели развития техногенных процессов в природно-технических геосистемах. Это позволяет определить возможные направления развития техногенных воздействий, учитывая случайный характер процессов.

Теория надежности рассматривает понятие экологического риска как вероятности наступления неблагоприятных (случайных или преднамеренных, постепенных или катастрофических) антропогенных изменений природных объектов или факторов. Эти изменения могут вызвать нарушение технологических циклов использования природных ресурсов вплоть до экологической катастрофы или стихийного бедствия. Риск в природопользовании обычно снижается во времени для хозяйственно-территориальных решений, тогда как для строительных объектов он нарастает в связи с их износом. Здесь очень важно выявление допустимых пределов техногенного воздействия на природу, чтобы реакция среды была адаптационной либо восстановительной (самовосстановительной), и в незначительной степени – частично восстановительной, невосстанавливаемой, с необратимыми изменениями. Экологический компромисс – это достижение обоснованно допустимого уровня техногенных воздействий для создания устойчивых биогеоценозов. Для определения экологического компромисса необходимо знать абсолютные потери в природе, выражаемые в состоянии флоры и фауны; восстанавливаемость экосистемы, в том числе с использованием инженерных средств (в принудительном режиме), вероятность возникновения недопустимых потерь в природе; масштабы промышленного воздействия на природную среду. Говоря о «принудительном режиме восстановления экосистем», необходимо помнить о рекомендуемом правиле мягкого управления природой.

На основе инженерной экологии, теории надежности формируется прикладная теория экологического обеспечения промышленного производства. В круг проблем, рассматриваемых теорией формирования и развития промышленных экосистем, входит:

– выявление факторов инженерно-экологического обеспечения экосистем и определение динамических взаимосвязей между входами и выходами экосистем;

– построение экосистем, реализующих заданное на входе и выходе поведение;

– прогнозирование развития промышленной экосистемы;

– определение промежуточных состояний экосистемы по наблюдаемым параметрам входа и выхода;

– ретроспективная оценка экологических ситуаций в экосистеме;

– управление промышленной экосистемой;

– достижимость целевых результатов;

– надежность экосистем.

Применительно к строительству должна быть разработана система инженерно-экологического обеспечения строительного комплекса и функционирования всех объектов строительства. В последние годы на стыке теорий управления, надежности, системных исследований и других возникло новое самостоятельное направление в науке и технике вообще и в строительстве в частности – управление проектами. Одним из аспектов управления проектами является экологический аспект – обеспечение экологического равновесия, улучшения состояния природной среды инженерными средствами, повышение качества жизни человека при осуществлении проектов строительства и реконструкции.

Интенсивный рост городов в ХХ веке, концентрация основной массы населения на ограниченных территориях, насыщенных промышленными предприятиями, транспортными магистралями, жилыми домами, породили целый ряд проблем, в том числе и общую проблему выживания человечества. Если вся площадь урбанизированной территории Земли в 1980 году составляла 4, 69 млн. Км², то, по самым скромным прогнозам, в 2070 году она достигнет 19 млн. Км², или 12, 8% всей и более 20% жизнепригодной территории суши. Как и многие страны мира, Россия, несмотря на значительную площадь своей общей территории, является высокоурбанизированным государством, где в городах и поселках городского типа проживает 109 млн. Человек, или 74% всего населения. И тенденция увеличения городского населения сохраняется в силу политических, социальных, экономических и т.п. причин.

В городах, особенно в крупных, сосредоточен целый ряд промышленных производств, в том числе и таких экологически опасных, как металлургическое, машиностроительное, химическое, нефтеперерабатывающее, целлюлозно-бумажное, объекты энергетики и коммунального хозяйства, неотъемлемой частью которых являются: мощные выбросы в окружающую среду токсичных отходов; тепловое электромагнитное, шумовое загрязнения; потенциальная опасность крупномасштабных техногенных аварий и т.п. Не менее мощным источником химических и физических загрязнений в условиях города остается транспорт, а также различные предприятия городского коммунального хозяйства. Все это превращает урбанизированные территории в очаги наиболее интенсивного воздействия человека на окружающую среду, ответная реакция которой может негативно сказаться не только на его здоровье, но и жизни.

На городскую среду оказывает влияние целый ряд техногенных факторов (табл.3). Наиболее мощные из них – отходы промышленного производства, поступающие во внешнюю среду в виде газов, дымов, твердых отходов, стоков; транспорт; тепловые и энергетические станции; бытовые отходы; коммунальное хозяйство.

Таблица 3

Техногенные факторы, действующие на территориях городов

Из химических факторов антропогенного воздействия на окружающую среду наиболее негативны различные виды веществ – токсикантов, канцерогенов, аллергенов, пылевидные частицы. Проиллюстрируем такой важный компонент техногенного загрязнения, как пыль.

К физическим факторам, действующим на урбанизированных территориях, относятся шум (табл. 4), а также искусственные физические поля (вибрационные, электромагнитные, температурные).

Таблица 4

Антропогенные источники шума в жилой зоне города и выборочные характеристики уровней звука

1.6. Критерии состояния окружающей среды

Санитарно-гигиенические нормативы не дают ответа на вопрос об экологическом состоянии природной среды, хотя следует отметить, что в методологию определения рыбохозяйственных ПДК в определенной степени заложены принципы комплексной оценки экологической опасности загрязняющих веществ. Однако и они, в принципе, не дают объективного ответа о качестве окружающей природной среды.

В последние годы в России наметился определенный качественный сдвиг в экологическом нормировании. Так, Управлением охраны почв Госкомэкологии России был подготовлен ряд нормативных документов, основанных на использовании экологических критериев. Однако, наиболее серьезным достижением в области экологического нормирования следует признать разработку «Временных критериев оценки экологической обстановки территорий для определения зон чрезвычайной экологической ситуации или зон экологического бедствия». В этом нормативном документе, над которым работала большая группа ученых и специалистов практически всех заинтересованных министерств и ведомств, впервые предложен обширный перечень критериев с указанием количественных и качественных показателей экологического состояния всех природных сред, а также экосистем в целом. Указанный документ был использован в качестве методологической основы при подготовке данных рекомендаций.

В каждой из таблиц (табл. 5–8) критерии разделены на «Основные нормативные критерии» и «Дополнительные (потенциально-нормативные) критерии».

К основным – отнесены критерии, которые подкреплены действующими нормативно-правовыми документами, а к дополнительным – критерии, которые достаточно широко используются в исследованиях, но на сегодняшний день не получили статуса «нормативных». Поскольку в настоящее время активизировалась работа по уточнению и дополнению «Временных критериев оценки экологической обстановки территорий...», целесообразно было включить те дополнительные критерии, которые в дальнейшем могут получить статус нормативных.

Представленные критерии не ранжированы по значимости, поскольку в зависимости от вида, характера воздействия, природно-климатических и др. особенностей, условий и факторов значение, или индикационный «вес» тех или иных показателей для определения экологического состояния природной среды может быть различен для разных типов экосистем. Поскольку природные экосистемы обладают разной степенью устойчивости, в отличие от ПДК, где даны строго определенные значения, количественные параметры экологических показателей часто в зависимости от конкретных условий могут в определенной степени варьировать и понятие «экологическая норма» для того или иного показателя не является строго детерминированной величиной.

Для того, чтобы сделать выводы о состоянии того или иного биогеоценоза необходимо использовать совокупность достаточно большого числа показателей и для каждого типа экосистем, а возможно и для конкретной экосистемы необходимо определить те критерии оценки, которые являются необходимыми и достаточными. Поэтому важно подчеркнуть, что представленные в таблицах 5–8 перечни критериев не следует рассматривать как строго необходимые и достаточные.

При формировании набора параметров в каждом конкретном случае необходимо учитывать степень их информативности, интегральность, универсальность, относительную стабильность. Методы и средства измерения показателя не должны вносить существенных изменений в исследуемую экосистему.

Представленные ниже экологические критерии сгруппированы по следующим природным средам:

– оценка состояния почв и земель (табл. 5);

– оценка состояния объектов растительного мира, включая лесные ресурсы (табл. 6);

– оценка состояния объектов животного мира (табл. 7);

– оценка состояния водных объектов – отдельно для пресных и морских вод (табл. 8).

Что же касается оценки загрязнения воздушной среды, то она основана в настоящее время на чисто санитарно-гигиенических критериях с широко известной и доступной нормативной базой, основанной на ПДК загрязняющих веществ в воздухе населенных пунктов.

Таблица 5

Критерии состояния почв и земель экологической оценки участка застройки и прилегающей территории