автореферат диссертации по архитектуре, 18.00.04, диссертация на тему:Градоэкологический мониторинг внешней среды промышленных предприятий (на примере уральских металлургических заводов)

Московский ордена трудового красного знамени архитектурный институт

На правах рукописи УДК 711.554:669(470.5)+518.5

Архитектор Бояркина Марина Геннадьевна

ГРАДОЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ (НА ПРИМЕРЕ УРАЛЬСКИХ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ЗАВОДОВ)

18.00.04 - Градостроительство, районная планировка, ландшафтная архитектура и планировка сельскохозяйственных населенных мест

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата архитектуры

Москва-1992

Диссертация выполнена в Московском ордена Трудового Красного Знамени архитектурном институте на кафедре Информатики.

НАУЩЫИ РУКОВОДИТЕЛЬ:

Кандидат архитектуры, доцент Е.П.Костогарова

научный консультант:

доктор архитектуры, профессор В.В.Владимиров

официальные оппоненты:

доктор архитектуры, профессор А.П.Вергущт, кандидат архитектуры, А.Х.Бутусов

ВЕДУ4АЯ ОРГАНИВАЦИЯ - Центральный научно-исследовательский и проектный-икспериментальный институт по методологии, организации, экономике и автоматизации проектирования и инженерных изысканий /ЦНИИпроект/ Госстроя СССР

Защита состоится "<- часов на заседании

специализированного Совета Д.063.20.01 при московском ордена Трудового Красного Знамени архитектурном институте по адресу: 103754, г. Москва, К-31, ул. Рождественка, 11.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского архитектурного института.

Автореферат разослан

1992 г.

Ученый секретарь специализированного Совета, профессор

М.Н. Иманов

«ТЕМ

_ 1 _

г^'Ц'.Д 1

Актуальность исследования.

Б связи с экологическим кризисом конца XX века проблемы храны окружающей среды приобретают все большее значение в архи-эктуре и градостроительстве. Экологическое состояние крупных и рупнейших городов, где степень загрязнения окружающей среды поч-I цовсеместно превышает пределы допустимых концентраций вредных :1бросов, вызывает особенную тревогу. Бред, причиняемый человеку ^следствиями промышленного производства - химикатами, радиацией, гманом и вибрацией вызывает физический дискомфорт , а это связа-> со скачкообразным ростом числа заболеваний сердца и нарушения ювообращения. Исследования показали, что в развитых промшплен-IX странах 50$ смертных случаев происходит от подобных заболевай. По данным международных экспертов, к 2000 году загрязненность :ружающей среды может вырасти в 6-10 раз по сравнению с сущест-

Уникальность среды обитания исключает возможность активного сперимента с нею, поэтому для нормирования ее экологических честв имеет большое значение построение и использование соот-тствующих прогностических математических моделей. Системы обес-чения оптимальных характеристик среды зачастую выдвигают проти-речивые требования, достижение общей цели, некоего глобального гимума возможно не всегда и лишь на основе комбинаторного ком-эмисса. Успех может быть достигнут только тогда, когда объект эектирования или реконструкции будет рассматриваться как эле-1т окружающей среды, когда будут учтены его прямые и обратные 1зи со средой и обеспечен необходимый баланс комфортности как I человека, так и для городской среды, т.е. осуществлен "эколо-[еский подход" к данному объекту.

Новые разработки в области исследования и проектирования юдской среды у нас в стране и за рубежом используют богатый

накопленный опыт анализа отдельных показателей и характеристик

1 о

среды , их визуализации с помощью средств компьютерной графики*.

Хотя вопросы описания отдельных факторов среды вполне убедительны, но недостаточно изучены вопросы адекватного синтеза городской среды в целом. К тому же, экологические нормы и критерии трудно реализует в процессе проектирования, т.к.: 1/ недостаточно разработана система норм и критериев, которые надо обеспечить в проекте; 2/ некоторые экологические критерии вообще не учитываются и исследования по их анализу не проводятся; 3/ считается, что градостроительными средствами нельзя улучшить экологическую обстановку в городе; 4/ отсюда не существует практического механизма использования экологических критериев на всех стадиях проектирования, и недостаточен экологический контроль за качеством проекта.

В связи с этим предлагается разработать систему градостроительных средств регулирования экологического состояния городской среды, прогнозируемых с помощью математической модели.

Цель исследования. Выявить принципы экологического анализа индустриальных ландшафтов в городской среде и разработать метод проектирования и восстановления оптимальных средовых показателей в условиях активного антропогенного влияния промышленности в крупном и крупнейшем городе с помощью математической модели. Задачи исследования:

- определить сущность градоэкологического подхода к формированию индустриальных ландшафтов;

•а

- выявить теоретическую основу градоэкологического мониторинга ,

1 работы Ю.А.Израэля, В.В.Пененко, А.Е.Алояна, Ф.Я.Ровинского, М.В.Гальперина и др. /СССР/, В.Хассельблат /США/, С.Ринальди и д

2 работы С.Руфф, Д.Кокс, Э.ван Дэма, С. Уолфрема /США/ и др.

3 МОНИТОРИНГ - от лат. монитор /напоминающий, контролирующий/ -система повторных наблюдений, оценки и прогноза состояния окружающей среды под влиянием человека.

определить его цель, задачи, типы и категории, принципы описания градоэкологиче ского мониторинга предприятия и его окружения;

- выявить градостроительные условия и экологические факторы для объекта исследования - исторически вложившихся металлургических предприятий на Урале;

- обобщить методы моделирования и прогнозирования экологических качеств среда и выявить наиболее предпочтительные для градостроительной модели оптимизации состояния среды;

- разработать прогностическую модель оптимизации экологических качеств производственной и окружающей ее городской среды?

- выработать обобщенный критерий оптимизации экологического состояния городской среды для моделирования;

- разработать систему градостроительных средств регулирования состояния производственной и окружающей ее городской среды;

- предложить методику проектирования и реконструкции индустриальных ландшафтов с помощью градоэкологического мониторинга среды;

- предложить систему организации и инструментальные средства для локального, общегородского и регионального мониторинга.

Объект исследования. В качестве объекта исследовались эколо-■ические качества среды промышленного предприятия с классом вред-гости 1 /по СНиЛ 245-78/ и его окружения в центре крупнейших и рунных городов на Урале. Эти предприятия, сложившиеся,большей астью в ХУ111 веке в качестве "замкового камня" планировки ураль-ких городов-заводов^, находятся в центрах городов и являются амыми сильными очагами распостранения производственных вреднос-ей на общегородские центры и жилую среду города.

градостроительным анашзом уральских городов занималось много архитекторов - Н.С.Алферов, Н.Н.Яяпцев, A.A.Стариков, Г.С.Заи-кин, А.А.Барабанов, Р.М.Лотарева, В.И.Вершинин и др.; все они отмечают, что для уральских городов характерен определенный тип производственно-селитебного образования - "город-завод".

Предмет исследования. Градоэкологический мониторинг индустриального ландшафта в центре крупнейшего уральского города на основе математической модели.

Границы исследования. Экологические качества городской среды рассматривались, в зависимости от градостроительных средств; административно-правовые, биоинженерные и технологические аспекты мониторинга не разрабатывались. При моделировании не учитывался психо-физиологический комфорт человека, визуальный, социальны: и культурный мониторинг. Методы исследования:

- самоорганизации и синергетики при представлении общей картины протекающих в среде процессов^-;

- охраны окружающей среды для обобщения экспериментальных данных,

нормализации функциональных зависимостей и разработки принципог 2

моделирования ;

я

- системологии при автоматизации решения системных задач0;

- экспериментальных измерений и диагностики качества компонентов среды архитектурной климатологии, метеорологии и мониторинга^;

- дискретной оптимизации и прогнозирования при формулировке математической модели^;

описаны И.Пригояиным, С.П.Курдюмовым, Г.Р.Иваницким и др.

о

работы В.И.Вернадского, В.Д.Казначеева, С.С.Шварца, К.Грегори, Ж.Детри, Ж.Дорста, Дк.Марша, Ю.Одума, Д.Г.Олдака и др.

я

разрабатывались А.А.Богдановым, Л.Ф.Берталанфи, Н.Винером, Дж. Форрестером, У.Р.Эшби, Дк.Н.Гигом, Дж.Клиром и др.

^ работы В.И.Елинкова, Н.В.Оболенского, С.В.Ьоколея, В.М.Пивкина, Ф.Л.Серебровского по архитектурно-строительной климатологии; И.Э.Реттера, Б.Г.Пруткова по акустике; Б.Г.Шелейховского, М.И. ьудыко,

Е.Берлянд, Э.м.Ьезутлой, Ф.Я.Ровинского, Ю.А.Израэля в области мониторнга окружающей среды и мониторинга загрязнение

® А.Н.Тихонов, А.А.Самарский, Я.И.Артоболевский, В.М.Глушков и др

современных информационных технологий для сбора, обработки, хранения и представления данных градоэкологического мониторинга . Теоретической базой исследования стали работы по: "средовому

7

щходу" в градостроительном проектировании , промышленной эколо-

о о -in

ш , урбоэкологии , ландшафтоведению , математическому модэлиро-

шию и автоматизации проектирования градостроительных объектов^,

делированию и оптимизации отдельных факторов городской среды^.

Научная новизна исследования. В диссертации разработан градо-

:ологический подхшд к проектированию и реконструкции индустриаль-

к ландшафтов, который заключается : в принципе активного освоения

неразрывного проектирования как среды предприятия, так и его бли-

йшего окружения; в принципе анализа и проектирования среды с

мощью градоэкологического мониторинга. Сформулированы основы

адоэкологического мониторинга: его цель, задачи, основные прин-

пы, типы и категории. Разработана комплексная оптимизационная

дель локального объекта градоэкологического мониторинга - среды

едприятия и его окружения в городе.

описаны П.Дк.Деннингом и Р.Б.Брауном, Н.Виртом, К.Парком, М.Леском, А.ван Дэмом, Ж.-Л.Лорьером, А.З.Спектором, Д.Леннатом и др.

A.Г.Раппапорт, В.Л.Глазычев, А.Э.Гутнов, О.Н.Яницкий, З.Н.Яргина

B.А.Красильников, В.А.Новиков, Ю.П.Бочаров, Н.Н.Ким, 0.С.Бутаев, Г.И.Полторак, Ю.Н.Хромец, К.М.Яковлевас-;у1атецкис, ivi.Н.Болотова

З.В.Владимиров, Е.М.Микулина, А.Г.Большаков, С.Б.Чистякова, d.В.Лазарева и др.

3.А.Николаевская,. А.П.Вергунов, Дж.Саймондс, Л.Б.Лунц, Д.Л.Арманд, Бауэр Л. и Вайничке X., Залесская Л.С., А.В.Сычева и др.

Л.Н.Авдотьин, Э.П.Грирорьев, Е.П.Костогарова, В.С.Нагинская, Г.И.Лаврик, И.С.Рафалович, И.Д.Анаков, Д.Н.Яблонский и др.

C.В.Зоколей, Б.Г.Шелейховский, И.А.Реттер, Ф.Л.Серебровский, В.В.Пененко, А.Е.Алоян, к Прутков и др.

Практическая ценность работы заключается в переориентации процесса проектирования промышленных объектов в городе на использование градоэкологического подхода и новых информационных технологий и интеграции научных данных в процесс творчества архитек тора-градостроителя. Актуален данный методический аппарат для решения конкретных прикладных задач в сложных экологических ситуаци ях, возможно его применение для экологической экспертизы проекта. Модель экологического качества любого пространства или локального участка среды может применяться в рамках соответствующего раздела ТЭО, проекта генерального плана или проекта детальной планировки градостроительных объектов. Результаты исследования могут служить практическим материалом для дисциплины "Охрана окружающей среды", для создания подсистемы учебно-исследовательской САПР в программе вузовской подготовки архитекторов.

Предмет зашиты составляют:

- положения научно-методического подхода к построению информационной технологии градоэкологического мониторинга;

- теоретические основы градоэкологического мониторинга;

- математическая модель локального градоэкологического мониторинг среды предприятия и его окружения.

Апробация и внедрение результатов исследования. Основные положения диссертации докладывались на научно-практических конференциях СвердАрхИ /1985, 1990гг./, областной научно-технической конференции "Автоматизация, проектных и конструкторских работ" /1985г./, конференциях молодых математиков УВД АН СССР /1986,1987 гг./, У научно-практической конференции молодых ученых ЦНИИПпром-зданий,/1986г./, на конференции "Формирование архитектуры производственной среды при реконструкции промышленных предприятий" /1986г./, научно-технической конференции "Защита окружающей средь и промышленных зданий от агрессивных промышленных выбросов"/19871

Некоторые положения и выводы исследования иепользованы в на-шо-исследовательском отчете Уралпромстройннипроекта "Провести ¡следования и выявить предпосылки математического моделирования шологических структур предприятий тяжелой промышленности /шифр змы 87-1-85/ и научно-исследовательском отчете того же института 1ровести исследования и разработать методику оптимизации архитек-грных решений производственных комплексов на основе математичес-)Г0 моделирования" / Гос. per. t 01860105361/.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех 1ав, заключения, библиографии и графической части на 39 планшетах.

Во введении характеризуется проблематика и актуальность рабо?-I, обосновываются гипотеза и границы исследования.

В первой главе "Градоэкологический подход к объекту проекти->вания" на основе обзора работ по экологии города выявляются зедпосшпси перехода к градоэкологическому проектированию город-сой среды и наиболее опасных экологически объектов / в частности, )едприятий черной металлургии/; рассматриваются особенности антро->генной городской экосистемы в сравнении с естественно-природной, качестве основного принципа градоэкологического подхода указывался организация градоэкологического мониторинга объекта проекти->вания; дается определение градоэкологического мониторинга, цель, «ачи, типы и категории, а также принципы функционирования и ор-шизации такого мониторинга.

Во второй главе "Анализ условий и факторов производственной >еды" заключено обследование предприятий по методу градоэкологи-юкого мониторинга: дается анализ градостроительных, исторических социально-экономических условий развития объектов, планировочных :пов объектов, а также анализ экологических факторов производст-¡нной среды, в том числе первичных - микроклиматических, вторич-к - антропогенных и третичных - антропопатогенных. Приводятся

-количественные зависимости, описывающие экологические характеристики городской среды.

В третьей главе "Моделирование экологических показателей производственной среды" на примере среды предприятия описаны принциш построения математической модели локального градоэкологического мс ниторинга. На основе аналогов - советских и зарубежных моделей экс логического состояния среды и влияния производственных вредностей на среду и человека сформулирована модель влияния градостроительными средствами на качество среды предприятия и его окружения. Рас смотрено и формализовано понятие "комфортность пространственно-экологической ниши" как целевой критерий модели. Сделан'расчет по двум реальным предприятиям и выявлены наиболее экологически оптимальные градостроительные мероприятия; приводится методика анализа результатов моделирования.

В четвертой главе "Оптимизация проектирования и реконструкцш городской среды с помощью градоэкологического мониторинга" предлагаются: методика проектирования и реконструкции среды из трех ступеней - исследовательской /анализ/, инструментальной /прогноз/ и проектной /синтез/; система организации служб градоэкологического мониторинга /от локальных групп реализации мониторинга до служб общегородского и регионального значения, осуществляющих поддержку, координацию и управление; система инструментальных средств мониторинга для получения, обработки, передачи и хранения данных, предложенная на основе современных информационных технологий.

В заключении дается расширенное определение метода градоэкологического мониторинга, рассматриваются границы его применения в градостроительном проектировании, основные выводы и перспективы его дальнейшей разработки.

- 9 -СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Экологическое состояние города зависит от типов и уровня антропогенного воздействия на городской ландшафт. Все источники загрязнения города делятся на три основных типа: 1 - промышленное ¡агрязнение /от предприятий и обслуживающего их транспортно-энер-"этического комплекса/; 2 - транспортное транзитное загрязнение 'от оредств грузо- и людоперевозок/; 3 - социально-бытовое загряз-юние /от селитебных, обслуживающих культурно-бытовых объектов/. I крупнейших и крупных городах с тяжелой промышленностью 1 и 2 ипы загрязнения дают до 80-90$ объема всех вредных химических еществ, токсично действующих на городской ландшафт и человека, то* факт служит основной предпосылкой перехода от избирательного роехтнрования отдельных городских промышленных: зон и других объ-ктов к градоэкологиче скому планированию и прогнозированию на сея уровнях.

Градоэкологический подход к объекту проектирования.

Теоретическое изучение экологии городской среды начиная с 3-х гг. у нас в стране реализовалось в следующих направлениях эхитектурной науки: архитектурная климатология, строительная фи-иеа, промышленная экология, урбоэкология, ландшафтоведение и «ой относительно новый раздел как теория "средового подхода".

Однако город как объект проектирования остается единым целым подвергается совокупному, совместному влиянию факторов среды на

свои компоненты. Разделение архитекторов на промышленных и едостроиталей разделило на два объекта и суть одного целого -едприятие и город /индустриальный и городской ландшафт/ и приве-, о одной стороны, к более детальному изучению их специфики, а другой стороны, оставило без внимания вопросы их взаимодействия взаимовлияния - как планировочные, так и гигиенические.

Планировочный аспект этого взаимодействия выразился в возник-

новении территорий, обладающих свойствами, нехарактерными ни для одной из функциональных зон города /так называемые "стыковые зоны", "припромышленные территории", санитарно-защитные зоны/. Это территории, прилегающие к предприятиям и граничащие непосредственно с другими элементами города. Гигиенический аспект выражается в том, что эти территории обладают эффектом "буфера": это рубеж окисления или выщелачивания почв, место выпадения твердых составляющих газопылевыбросов. Кроме того, зараженная растительность этих санитарно-защитных зон сама выделяет в атмосферу токсичные вещества и является источником вторичного загрязнения городской среды. Наличие таких территорий в какой-то мере является дополнительным фактором деградации городских экосистем и среды в целом.

Анализируя среду предприятия, нельзя обойти среду его "окружения": они формируют целостный индустриальный ландшафт, характеризующийся одними и теми же элементами, экологическими факторами и их характеристиками.

Для того, чтобы улучшить экологические качества городской среды, необходимо рассмореть сам процесс ее деградации. Окружающая среда меняется в результате человеческой деятельности и постепенно оказывает влияние на эту деятельность: деятельность - влияние на среду - наблюдение за состоянием среды - оценка состояния - прогноз состояния - оптимизирующее решение - деятельность^ и т.; В данной работе рассматривается часть этой "эвольвенты"-1- влияния человека на среду, а именно: наблюдение за состоянием среды -оценка состояния - прогноз состояния - оптимизирующее решение. Этот цроцесс исследуется в рамках теории комплексного мониторинга

^ эвольвентой /от лат. - развертывающий/ здесь называется эволюционная поступательная кривая, пространственно неопределенней

- 11 -

жрухазоцей среды /Израэль Ю.А., Ровинский Ф.Я./.

Для обозначения подсистемы регулирования качества среды гра-[остроительными средствами введем термин градоэкологи-[ е с к и й мониторинг, - это система наблюдений, оценки и прогно-(а экологического состояния городской среда в результате градофор-мрующей архитектурно-строительной деятельности. 3 зависимости от [асштаба можно различать следующие типы мониторинга: глобальный -ганиторинга континента или планеты в целом; региональный - монито-инГ;.региона; локальный - городской или районный, мониторинг объекта.

ЦКЙЫО градоэкологического мониторинга является оптимизация го-одской среды с помощью градостроительных мероприятий, ОБЪЕКТОМ -кологический потенциал городской среды. К ЗАДАЧАМ градоэкологичес-ого мониторинга можно отнести следующие: - организация мониторинга агрязнений, выявление источников загрязнения; - определение уров-вй воздействия и мест с повышенной опасностью воздействий; - оцен-а возникающей в результате воздействий нагрузки на городскую среду человека; - разработка критериев комфортности для городской среды человека; - оценка степени влияния градостроительными средствами 1 состояние городской среды; - прогноз качеств среды в зависимости ? принимаемых мероприятий; - принятие градостроительных мер по [учшению качеств городской среды; - разработка информационней твх->логии градоэкологического мониторинга /автоматизированной системы юра, передачи, обработки и хранения информации/; - создание такой стемн вместе с организацией служб мониторинга в особо опасных ре-онах, городах, на экологически опасных объектах.

В зависимости от уровня и средств реализации градоэкологичес-й мониторинг разделяется на категории:

органолвптический, самый основополагающий, выявляемый с помощью органов чувств, - умозаключения о состоянии городской среды на этом уровне может сделать каздый человек;

- специальный, реализуемый специалистами по контролю некоторых характеристик среды с помощ>ю различных приборов, инструментов и методов /например, биоиндикации/;

- аналитический, характеризующийся комплексным анализом всех компонентов среды;

- операционный, имеющий в своем арсенале не только анализ, но и операции, способные улучшить качество среды.

Только операционный мониторинг решает задачу синтеза оптимальных параметров среды, включает на разных стадиях и специальный, и аналитический мониторинг. Операции апробируются на способность решать экологические проблемы и конфликты, впоследствии складываясь в определенную последовательность действий. Целью данной работы является операционный локальный мониторинг крупного промышленного предприятия и его окружения в центре крупнейшего города Принципы градоэкологического мониторинга.

Яри формировании операционного мониторинга объектов а построении моделей прогнозирования городской среды удалось выявить несколько общих закономерностей, которые описывают структуру, функции и принципы изучения городской среды. В широком смысле их можно назвать принципами градоэкологического мониторинга: ИЕРАРХИЧНОСТЬ, или встроенность. Модель небольшого пространства встроена в модель объекта, локальная модель объекта встроена в общегородскую, общегородская модель - часть региональной, а региональная модель, в свою очередь, часть глобального мониторинга. СИНКРЕТИЗМ*, дополняет понятие комплексности, выявляет акцент на конструктивный синтез в отличие от анализа. Синкретизм мониторинга выражается в одновременном наблюдении за его составляющими: климатом, ландшафтом, загрязнением сред, состоянием чело-

х термин по отношению к городской среде впервые употреблен В.Л.Глазычевым

- 13 -

века.и городской среды г целом.

ЦИКЛИЧНОСТЬ. Подверженность всех происходящих в среде:изменений повторению через определенный промежуток времени /сутки? месяцы, годы и т.д./, что обусловило возможность определения среднестатистических закономерностей их проявления и прогнозирования. ¿СИНХРОННОСТЬ, Процессы, происходящие в двух или нескольких точках среды одновременно, не одинаховы, Они имеют, скорее, волновую природу: развиваясь в одной точке среды,, лроцесс раопостраняетея не блязлежайние пространства постепенно и, либо угасает со временем, либо приобретает силу /эффект снежного кома/. УПРАВЛЯЕМОСТЬ. В отличие от природных систем, характеризующихся в большей степени элементами самоорганизации, мониторинг гсредехях систем показывает, что они не являются саморегулирующимися. Город характеризуется в большей степени функцией потребления: ей удовлетворяет свои материальные и энергетические потребности из природных юточников, создает и использует продукцию, рано или поздн» цревра-цая ее в отходы, которые не утилизируются оаии цв себе. Такая сже-?еыа не является саморегулирующей и успешно существует, еол вого-:и вещества, энергии и отходов будут правильно управляемы» ЛАДОШИ И ИНТЕГРАЦИИ С ПРИРОДНЫМ.МОНИТОРИНГОМ. Городская и нрирод-:ая экосистемы состоят из одних и тех же биотических ч абиоричес-ях элементов. Человек играет основную роль в той и другой, систа-е. Процессы, протекающие в этих средах, аналогичны: круговорот ещества и энергии, накопление токсичных ингредиентов, эволюция ред в связи с антропогенным влиянием. Природные и антропогенные рвды все более взаимодействуют и проникают друг в друга, террито-ии их соприкосновения и сопряжения имеют тенденцию расширяться.

Эти принципы положены в основу разработки математической ноэли локального мониторинга конкретных объектов. Однако наравне с ^логическими факторами необходимо было рассмотреть и градострои-

- 14 -

тельные условия развития объектов.

Анализ градостроительных условий развития объектов.

В качестве объектов рассматривалась среда предприятий металлургического профиля, исторически сложившихся в центрах крупнейших городов Урала. На основе исторических.свидетельств, значительных исследований сохранившихся заводов можно заключить: 1/ металлургические заводы в ХУ11-ХУ111 вв. являлись градоформирувдими элементами развития поселений на Урале; 2/ заводы исторически располагались на плотинах рек с целью использования водной энергии в производстве; 3/ размещаясь в центре города, заводы вместе со своим окружением формировали первоначальный градостроительный ансамбль, предопределяя композиционную схему плана города: две взаимно перпендикулярные оси, одна из которых образовывалась прудом, заводом и поймой реки, а другая - продольной осью плотины /по Ляпцеву H.H./ 4/ заводы активно преобразовывали городской ландшафт: устройство пруда, формирование террас рельефа - завод располагался в никнем уровне, в пойме, а застройка - на уровне плотины; раскрывали застройку города на городской пруд /по Вершинину В.И./.

Социально-экономическими условиями формирования среды объектов являются: - наличие разновременной и разностилевой застройки низкого качества, перестройка зданий и утрата архитектурных памятников; - устаревшая технология литья и обработки металлов, сохранение ручного труда на тяжелых операциях; - большая территориальная стесненность, неразвитость инфраструктуры; - отсутствие требуемых по СНиП 245-79 санитарно-защитных зон, надежных очистных сооружений для сточных вод, воздухоочистных и шумозащитных сооружений; - экстенсивный характер застройки и освоения территории; - предприятия формируют панораму пруда, граничат с селитьбой, являются местом приложения труда большого, количества работающих.

- 15 -

Планировочные типы страроуральских заводов. Н.С.Алферов, посвятивший этим объектам несколько фундаментальных трудов, выделил три основных типа расположения предприятий относительно города: Екатеринбургский, Нижне-Тагильский, Ижевский заводы располагались в центре города /тип "В" по В.И.Вершинину/; Добрянский и Чермозский с ситемой прудов разделяют город на две части /тип "Б"/; Невьянский и Пожевский заводы располагались на границе города /тип "А"/. Если рассматривать плотину пруда с заводом своеобразным "замковым камнем" планировки города, то можно выделить следующие типы планировки предприятий:

- опоясывающий: расположение завода в пойме реки и по обеим сторонам плотины с выходом на пруд /встречается часто - Реж, Кушва, Невьянск, Верх-Исетский завод и др./;

- односторонний: расположение завода в пойме реки, на одном из ее берегов, ниже уровня плотины /встречается наиболее часто - Ревда, Северский, Ижевск, Нижние Серги, Верхние Серги, Михайловский/;

- включенный: расположение завода внутри системы прудэв и русел /встречается редко - Чермоз, Баранча, Нижний Тагил/.

Для экологического анализа как наиболее типичные и ярко выраженные примеры выбраны два предприятия - типа "В" - в центре крупнейших городов Урала - опоясывающего типа /Верх-Исетский завод/ и одностороннего типа /Ижевский завод/.

Анализ экологических Факторов производственной среды. Для обозначения мониторинга среды предприятия как.локального объекта назовем его "грацоэкологическим мониторингом производственной среды". Поскольку объектом анализа является экологический потенциал производственной среды, необходимо рассмотреть элементы этого потенциала. Они делятся на три группы факторов: природные -первичные, издавна присущие данному ландшафту; антропогенные - вторичные, обусловленные производственными вредностями; и антропопато-

генные - третичные, характеризующие совместнее влияние первичных и вторичных факторов на человека. К первичным факторам можно отнести микроклиматические характеристики: конвекционную /Т/ и радиационную /В/ температуры воздуха, относительную влажность воздуха /В/, скорость / V/ и повторяемость ветра; к антропогенная факторам - концентрации вредных выбросов в атмосферу /С/, стечные воды /<т/ и почву /Ц/, производственный шум /Ь / и др.; к антропо-патогенным - токсичность воздушной среды для человека / V/ / и уровень субъективных ощущений человека-в зависимости от комплекса ' факторов /в /.

Цммиями зшитасш пошашэй цтзштет<Л

сдеда.

Общую гармонию между экологическими характеристиками среды, означающую приведение их к нормативным значениям и достижение лекального оптимума в какой-либо точке'среды, нйзоввм"комфортновтью" и примем за целевую функцию модели. В общем виде ее можне енжеать

так: к 1

/комфортно сть/ Q —> тах •

где: й ( Т> ^ в> с> ^ п> и у,) .

где в скобках перечислены вышеизложенные характеристики.

Комплексная количественная мера экологического потенциала производственной среды описывается системой уравнений оптимизации вышеназванных характеристик в каждой.точке среды. Решение задачи оптимизации в какой-либо точке среда идет последовательно и комплексно в процессе приведения к оптимальным нормативным значениям всех характеристик среды в этой точке. До этого проводятся натурные замеры фактических значений первичных и вторичных характеристик среды согласно модульной сетке 5x5 м и у источников вредностей. Укрупненным модулем Производственной среды в модели принята "пространственно-экологическая ниша" - любая по-площади и конфигура-

щи территория, отличающаяся однородностью и стабильностью фактических характеристик среды на протяжении длительного периода времени. В отличие от классического понятия "экологическая ниша" здесь подразумевается пространственное физическое распространение среды однородного качества. В отличие от традиционных модульных сеток, применяемых при цифровом моделировании территории, пространственно-экологические ниши не являются равновеликими и отражают скорее природу происходящих в среде процессов, а не планировочные принципы членения территории. Такое отличие обусловлено тем, что объектом моделирования выступает не территории, а элемент физической среды.

В качестве численного метода приближенного решения системы используется дискретная оптимизация с помощью независимых параметров. Непрерывное решение функций характеристик представляет собой сложную математическую задачу, в то время как точное решение системы может быть недоступным.На практике такое решение может оказаться бесполезным из-за случайных факторов, неучтенных при прогнозе.

В качестве независимых параметров модели использована система градостроительных средств, в которую входят: а/ архитектурно-планировочные средства: - перепланировка территории с целью создания комфортного йнсоляционного и аэрационного режима; - реконструкция зданий; - применение элективных покрытий для защиты от излишней радиации и поглощения излучений и шума; - применение зеленых насаждений определенного породного состава, плотности и конфигурации для улучшения микроклимата, поглощения газопылевыбросов и защиты от шума и излучений; б/ конструктивные средства: - устройство защитных экранов, усройств, оборудования; - возведение пространственных уровней для разделения пункций производства, транспортных и людских потоков; в/ технические средства: - создание искусственных водоемов, повышающих влажность атмосферы и поглощающих взвешенные воздухе вещества; - введение дополнительных очистных сооружений

для стоков промышленного предприятия, для воздуха;' - как крайняя мера - закрытие вредного участка производства.

Произведенные расчеты показали, что градостроительными средствами можно значительно улучшить качество среды в большинстве пространственно-экологических ниш, но не во всех. Часть старых участков заводов-, модель рекомендует закрыть; эти территории можно реконструировать технологически или переориентировать на обучение или экскурсионное обслуживание.

Реализация операционного мониторинга крупных предприятий в центре города стала ключевым моментом при разработке методики проектирования и реконструкции городской среды, предложений по организации служб градоэкологического пониторинга на разных градостроительных уровнях и некоторых инструментальных средств мониторинга.

Методика проектирования и реконструкции городской среды.

Методика основана на поэтапной реализации исследования качеств городской среды /анализ/, моделировании и прогнозировании оптимальных качеств /прогноз/ и Проектировании комфортной среды /синтез/. По результатам экспериментального обследования объектов условия развития и данные факторного анализа вносятся в специализированную базу данных по объекту. Моделирование и прогноз городской среды включают: - создание операционной среды моделирования /программный комплекс на компьютере/, - обработку экспериментальных данных,

- расчет и последующее моделирование оптимальных качеств среды,

- проверку результатов модели, - верификацию и корректировку базы данных /Щ/, модели или программ.

Проектирование объекта, выполняемое при помощи компьютера, предполагает: - владение одной из систем графического моделирования трехмерных объектов; - формирование реальной компьютерной мо-•дели изучаемого объекта; - изменение трехмерной модели с учетом прогнозирования / создание БД градостроительных средств, выбор

средств по рекомендации модели и внесешщ их в реальную модель, соотнесение и масштабирование применяемых средств в трехмерной модели, общекомпозиционное решение генерального плана и упорядочение объемно-пространственной композиции/.

Организация системы градоэкологического мониторинга на разных градостроительных уровнях предполагает несколько типов деятельности, которые могут выполняться группами: реализации мониторинга, математического сопровождения и системной поддержки, трансляции информации, координации и руководства мониторинга.

На локальном объектном уровне его осуществляет группа реализации из специалистов по качеству городской среды, которые обследуют объект, размещают точки контроля качества среды, приборы и датчики, следят за работой системы. Общегородской мониторинг характеризуется организацией групп системной поддержки, которые обеспечивают информационные каналы мониторинга, и групп математического сопровождения, создающих прогностические модели, корректирующих БД мониторинга. Кроме того, общегородской центр имеет группу руководства и координации деятельности локальных объектов. Региональный центр мониторинга осуществляет функции руководства и ретрансляции данных мониторинга для охраны среды в населенных пунктах региона, а также функцию независимого контроля работы объектных и городских служб.

Инструментальные средства градоэкологического мониторинга включают как оборудование на основе цифровой вычислительной техники, так и аналоговые приборы, химические и другие методы контроля качества различных природных и антропогенных сред.

Для сбора, обработки данных и математического прогноза на их основе наиболее рационально создать локальные сети с разветвленной сетью терминалов на объектах мониторинга /кольцевой конфигурации или с помощью "шины"/ и центральным городским центром

с комплексом Супер-ЭВМ, способным работать с параллельными запросами из нескольких ВД, с виртуальной надежной операционной системой международного стандарта /типа VN1X , XENIX , СВМ и др./. Если физическая прокладка сети невозножна по ряду причин, можно использовать телефонную сеть через модем, сетевой контроллер, или сеть факсимильной связи. Существуют новые системы оптической передачи данных, системы космйческих спутников связи, на которые опирается глобальный мониторинг.

Отдельная проблема состоит в сформировании комплекса программного обеспечения градоэкологического мониторинга, включающего операционную среду моделирования, реляционную и картографическую базы данных /БД/, систему управления базами данных /СУБД/, операционную среду трехмерного моделирования и системные средства поддержки всего программного комплекса.

В данной работе представлена экспериментальная программа, написанная на Турбо-Си для персонального компьютера ГШ PC/AT; визуализация выполнена с помощью стандартного пакета AUTOCAD - 10.

Экспериментальное прогнозирование с помощью модели градоэкологического мониторинга и внедрение основных положений работы в научные исследования и предпроектные разработки по металлургическим предприятиям в гг. Екатеринбург и Ижевск показывает, что в целях оптимизации состояния городской среды наиболее целесообразно создавать общегородские информационные системы мониторинга. Такая система позволит избежать дублирования трудоемких экологических исследований и обеспечит наиболее эффективное использование информации для проектирования, экологического контроля -и реагирования на уровне города. Это позволит также управлять экологической ситуацией на более высоких уровнях: регинальном и глобальном.

- 21 -

основные выводы и результаты исследования

1. В диссертации разработан оригинальный градоэкологический подход к объекту проектирования, основанный не только на совместном рассмотрении объекта и окружающей городской среды, но и на важнейшей составляющей этого подхода - градоэкологическом мониторинге - системе наблюдений, оценки и прогноза состояния городской среды в зависимости от проводимых градостроительных мероприятий.

с помощью методов математического моделирования.

2. Существующие методы изучения и прогнозирования состояния окружающей среды и антропогенных воздействий ориентированы на анализ отдельных показателей среды, в лучшем случае, на достижение критерия качества какого-либо фактора среды. Такие методы неучитывают взаимосвязи и взаимовлияния факторов окружающей среды, и их нельзя рассматривать в качестве аналогов при моделировании мониторинга. ¡»'¡етод градоэкологического мониторинга основывается на. совокупном анализе всех факторов городской среды и их взаимовлиянии.

3. В ходе исследования факторов окружающей среды, особенностей городских экосистем сформулированы принципы градоэкологического мониторинга: 1/ иерархичность, или встроенность; 2/ синкретизм, или неразрывность рассмотрения факторов среды в комплексе; 3/ цикличность происходящих в среде изменений; 4/ асинхронность происходящих процессов в двух или нескольких точках среды; 5/ управляе-лость градоэкологического мониторинга в отличие от саморегулирующегося природного; 6/ аналогии и интеграции с природным мониторингом.

4. На основе анализа более тридцати объектов - староуральских «еталлургических заводов в крупных и крупнейших городах Урала вы-шлены следующие случаи их размещения относительно плотины и за-зодского пруда:"опоясывающий"- расположение объекта в пойме реки, ю обеим сторонам плотины с выходом на пруд, встречается часто;

"односторонний" - расположение завода в пойме реки, на одном из ее берегов, ниже уровня плотины, встречается наиболее часто; " включенный" - расположение внутри систеш русел и прудов, встречается редко.Рассмотрение этих случаев по признаку расположения в планировочной структуре города дает возможность выявить наиболее типичные объекты градоэкологического мониторинга:" опоясывающий тип /Верх-Исетский завод/ и односторонний ¡тип /Ижевский завод/.

5. На основе принципов градоэкологического мониторинга построена математическая модель выявленных типичных локальных предприятий. Объектом моделирования стали экологические качества среды предприятий, в которые входят: первичные микроклиматические факторы - конвекционная и радиационная температура, влажность воздуха, скорость и порывистость ветра; вторичные антропогенные факторы: концентрации вредных выбросов в атмосферу, почву, вточные воды, производственный и транспортный шум; третичные антропопато-генные факторы: токсичность воздуха, уровень субъективных ощущений человека в зависимости от климатических и антропогенных факторов.

Комплексная количественная мера качества городской среды описывается системой уравнений оптимизации этих характеристик. Решение задачи оптимизации идет в процессе приведения к нормативным значениям характеристик среды в какой-либо точке объекта с помощью оптимизирующих средств. Общая гармония мезду этими показателями в случае одновременного.приведения их к оптимальным значениям названа "комфортностью среды" и является целевым критерием модели.

6. Задача "комфортности среды" предприятия решается с помощью системы градостроительных средств, которые делятся йа:

- архитектурно-планировочные: перепланировка территории, реконструкции зданий, применение эффективных покрытий и зеленых насаж-

дений определенной плотности, газоустойчивости и конфигурации;

- конструктивные средства: создание защитных конструкций и экранов от шума и излучений, пространственных функциональных уровней;

- технические средства: устройство искусственных водоемов, очистных сооружений, закрытие наиболее опасных участков производства.

7. Для реализации метода градоэкологического мониторинга пред— сагется информационная технология, которая включает методику анализа, прогноза и проектирования городской среды с помощью мониторинга, фганизацию служб градоэкологического мониторинга на разных уровнях /региональном, городском и объектном/ и инструментальные еред-тва для реализации технологии,которые представляют собой комплекс ехнических средств, устройств и приборов для получения, обработки, ередачи и хранения информации о состоянии городской среды.

В целях организации информационной системы предлагается соз-ать каналы передачи данных с разветвленной сетью приборов и дат-иков по каждому объекту градоэкологического мониторинга, вычисли-ельную сеть общегородского назначения для обработки данных, протезирования, проектирования к передачи необходимой информации в егиональные службы. Хранение данных должно осуществляться центра-азованно, в одной базе данных, которая может и осуществлять реля-аонный поиск данных, и хранить картографическую информацию. База анных дополняется операционной средой мониторинга, «уда включают-5 процедуры формирования математических моделей и процедуры интер-эетации выводов моделирования в трехмерную модель объекта.

ПОНИЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1. Вопросы шумовой комфортности при разработке комплексной »дели оптимизации экологического состояния промышленного пред-жятия //Региональные проблемы архитектуры, градостроительства и

и промышленного искусства /рала: Тезисы докладов научно-творческой конкуренции САИ.- Свердловск, 1985 /совм. с А.Н.Голдобиной/.

2. промышленная территория как метрическое пространство // Конференция молодых математиков УО АН СССР /информационные материалы/.- Свердловск: УО АН СССР, 1936 /совы, с С.С.Титовым и др./.,

3. Вычислительный эксперимент: оптимизация экологического состояния металлургического предприятия //материалы У научно-практической конференции молодых ученых ЦНЖшромзданий.- М., 1966.

4. Графическое обеспечение исследований по оптимизации реконструкции //нормирование архитектуры производственной среды при реконструкции промышленных предприятий: Тезисы докладов конференции молодых ученых.- Свердловск, 1986.

о. Количественный анализ промышленной территории как метрического пространства //Известия.вузов. Строительство и архитектура.- 1937.--Л 10 /совм. с С.С.Титовым/.

6. Экологическое прогнозирование как необходимое условие предпроектного исследования промышленного предприятия //Защита окружающей среды и промышленных зданий от агрессивных производственных выбросов: Тезисы докладов научно-технической конференции /17 ноября/.- Свердловск, 1987.- С.19-20.

7. Моделирование оптимальной схемы генерального плана' производственного комплекса в режиме диалога архитектора и ЭВД// Известия вузов. Строительство и архитектура.- 1989.- № 1 /совм.

с А.В.Поповым, Н.И.Глазковои/.

8. Градостоительный мониторинг производственной среды.- Материалы ХУ111 научной конференции .лАрхИ.- М., 1933.

9. .мониторинг городской среды //Региональные особенности формирования архитектуры жилых и общественных зданий: Ыежвузовский сборник статей.- Ростов на Дону, 1992 /принято к печати/.