автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Моделирование экологической оценки жилой застройки

Г u Oil

- u L|;i| ¡ „.АКАДЕМИЯ НАУК РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН

НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ "КИБЕРНЕТИКА"

На правах рукописи УДК 721.01+577.4:681.3

АБДЕЛЬХАДИ БАДРЕЛЬДИН МАХМУД

МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ ЖИЛОЙ ЗАСТРОЙКИ

Специальность: 05.13.12 • Система автоматизации проектирования

(строительство)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ташкент - 1997

Работа выполнена в Институте кибернетики НПО "Кибернетика" Академии наук Республики Узбекистан -

Научный руководитель; доктор технических наук, профессор Джуыабаев Х.Р.

Официальные_оппоненты: Доктор технических наук. .

• профессор НУСРАТОВ Т.С.

• ■ • '

Кандидат технических наук, \ . "доцент РУСТАМОВ Э. ,'.. n

-Ведущая организация: АООТ Узшахарсозлик ЛИТИ

Госархитекстроя РУз.

Защита состоится "17" сентября 1997. г. в 14 00 часов, на Заседании Специализированного Совета Д 015.12.01 в НПО "Кибернетика" Академии нау!ГРеспублмки Узбекистан по адресу: 700143, Ташкент, ул. Ф.' Ходжаева, 34.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института

кибернетики НПО "Кибернетика" АН РУз,

* ' ~

Автореферат разослан " 1997 г.

Ученый секретарь Специализированного Совета доктор технических наук, профессор

М. к. Исмаилов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ Актуальность темы, В последние годы правительством республики уделяется значительное внимание проблемам градостроительства и жилищного строительства, в частности , актуальным в современных условиях вопросам охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов (ценнейших земель оазисов республики, где сосредоточено подавляющее количество городов и населённых пунктов). При интенсификации строительства следует постоянно помнить об экономном использовании территории, так как это единственный постоянный фактор: территория не увеличивается, но возрастает интенсивность ее использования. По мере увеличения затрачиваемых средств необходимо усилить заботу об их экономном использовании.

Но экология и экономика, хотя и являются противоречивыми, не антагонистичны. Они могут и должны гармонично сочетаться. Проблемы естественного освещения, инсоляции, Шума, электромагнитных излучений, защиты воздушного и зодного бассейнов и др. должны быть подчинены тем же требованиям.

Системное проектирование архитектурных объектов требует рассмотрения среды их функционирования, что даёт возможность обеспечить высокое качество выполняемых объектами функций на стадии их эксплуатации. Помимо социальной среды, рассмотренной в работах Н. В.Кузмина. X.Р.Дкумабаева, Л.И.Нефедова и др., необходимо учитывать комплексное взаимодействие окружающей (физической) среды и проектируемых объектов. Здесь возникают задачи охраны и совершенствования окружающей среды, а также обеспечения защита населения от действия на него неблагоприятных факторов. Для их решения надо разработать графоаналитические методы имитационного моделирования, анализа и оценки окружающей среды, позволяющие учитывать экологические последствия реализации проектных решений и эксплуатации объектов.

На разных территориальных уровнях проектирования галоп застройки задачи анализа экологической среды имеют свою специфику и рассматриваются в двух аспектах - природоохранном и социально-гигиеническом.

Природоохранные проблемы наиболее полно и всесторонне решаются на ••«•рхних Уровнях проектирования, а при их решении основными целями являются: минимизация разрушения существующей окружающей среды: ис-ьзлваняе процессов, происходящих з природе, для совершен_:ТЕоеання .^внкх видов жизнедеятельности; с.>?::ание у„лов;;Л для сохранения экологического рага^скя в пр:г;огль!х и антропогенных зона:-: ~;и сд-

новременном рациональном использовании территориальных ресурсов.

Социально-гигиенические аспекты наиболее актуальны в процессе проектирования микрорайонов.■ Здесь основными целями экологического анализа являются: исследование источников неблагоприятных воздействий природной и техногенной сред; обеспечение условий гармоничного развития человека, касающихся его защиты от неблагоприятных воздействий, минимизация неблагоприятных воздействий посредством выработки и реализации рациональных проектных решений.

Под воздействием техногенных нагрузок происходит нарушение естественного "состояния природной среды. Можно выделить следующие типы нарушений: медико-экологические, ресурсные, инженерно-строительные, архитектурно-эстетические и др..

Наиболее опасны по последствиям и трудноустранимы медико-экологические нарушения-. К их основным видам относятся следующие загрязнения (Ю. А. Елизаров, Л.Ф. Лагунов, Г. Л. Осипов, Е.П.. Самойлюк и др.): химические, тепловые, аэрозольные, вибрационные, шумовые, электромагнитные'и др. Опасность загрязнения определяется характером и объемом загрязнения, размерами его источников и продолжительностью их воздействия, положением источника загрязнения по отношению к оцениваемой территории и т.д.

Шум - один из основных неблагоприятных факторов окружающей среды. отрицательно действующих на население больших городов, влияние которого на организм человека не ограничивается органами слуха, но и вызывает болезни сердца и сосудов, головные боли, раздражительность, нарушает обмен веществ, .приводит к желудочным заболеваниям. Шум способствует увеличению неврозов, вызывает психические заболевания, способствует снижению производительности труда.

Принимаемые проектировщиком решения не полностью исчерпывают возможности по сглаживанию противоречия между растущими уровнями шума. с одной стороны, и требованиями к условиям жизни человека с другой. Это объясняется, в основном, недостаточной изученностью средо-защитной эффективности комплекса градостроительных мероприятий по регулированию «акустического режима, "отсутствием надежных мотоя«-логических основ 'оценки и учета интенсивности'этого фактора и у-лишшх городской среды, недостаточной проработкой системы покоите :юй и критериев, характеризующих шумозащитный эффект принимаемых пгчниро-вочньоГре&енкй в градостроительных документах. ... .---"••

В этой связи возникла необходимость проведения научио-иослелока-

тельской работы по обобщению отечественного и зарубежного опыта по разработке методических основ расчета уровня шума от различных его источников и формирования акустического режима микрорайонов и городов. оценке градостроительных мероприятий и решений по его снижению.

- Электромагнитное излучение оптического диапазона оказывает благоприятное воздействие на окружающую среду и имеет единственный естественный источник возникновения - Солнце. Учету и оценке согласно действующим СНиПам подлежат инсоляция (ультрафиолетовая часть спектра. представляющая прямые солнечные лучи) и естественная освещённость (видимая часть спектра, представляющая отраженный от небосвода рассеянный свет).

Основной количественный фактор инсоляции - ее продолжительность. При недостаточной продолжительности инсоляции (как в помещении, так и на территории застройки) в рассматриваемых областях бурно развиваются болезнетворные микробы (со всеми вытекающими отсюда последствиями), могут произрастать такие растения как мох, лишаи, приводя в аварийное состояние талые помещения.

Чтобы бороться с этими негативными последствиями необходимо иметь надежный аппарат расчёта инсоляции еще на стадии проектирования жилой застройки. Оценка инсоляции требует учета большого числа факторов (формы, размеры, координаты и ориентация каждого здания, угол падения солнечного луча в любой момент времени, географическая широта местности и др.). расчета по ним в заданных расчетных точках времени инсоляции , построения области комфорта (инсоляции) и дискомфорта (затенения) и вычисления их характеристик. что приводит к значительным объёмам вычислений и геометрических построений. Этим определяется целесообразность применения математических методов при решении этих задач.

Исследования, методы, нормы и выводы по этим проблемам освещены в ряде работ, но с ни не всегда взаимосвязаны, очень трудоемки и зачастую не точны (С.И. Думанская, У.Я. Юдин. И.Н. Скрыль. А.Я. Штейнберг и др.).

В этой срязп возникла необходимость: изучения методов и моделей расчетов таких к.)логических факторов как инсоляция территории жилой застройки, иксоляцкя помещений, шум как на территории застройки, так ¡1 б помещениях: развития математического моделирования задач данного к пасса; многокритериальной оценки по всем фзкторак окружавшей среде; разработки алгоритмов и программного инструментария по расчету улг-

дого экологического фактора; автоматизации проектирования жилой застройки.

Цель работы. Целью диссертации является:

- анализ и систематизация теоретико-методологиченских разработок по теме диссертации;

- обобщение графоаналитических методов и разработка, методики многокритериальной оценки зон комфорта и дискомфорта по всем экологическим факторам;

- систематизация этапов градостроительного проектирования и экологических факторов, учитываемых в каждом из них;

- формализация задач, разработка или модификация математических моделей инсоляции и уровня шума на территории жилой застройки, а также в помещениях зданий;

- разработка алгоритмов и программного обеспечения расчета инсоляции и уровня шума как на территории жилой застройки, так и в помещениях зданий;'

- проверка работаспособности разработанных алгоритмов и программного обеспечения на реальных проектных материалах с целью подтверждения основных теоретических предпосылок и эффективности предлагаемого подхода;

- анализ полученных результатов и выработка рекомендаций к использованию созданного инструментария в практике градостроительного проектирования.

Методология и методика исследования. Теоретической и методологической основой' данного исследования послужили;, директивные документы по вопросам совершенствования и повышения качества архитектурных и строительных решений, снижения стоимости строительства здании и сооружений и рационального использования земли при строительство; методологические и инструктивные материалы Госкомархитгтетроя РУз; труды научно-исследовательских и проектных институтов стран СНГ, а также публикации ведущих ученых и специалистов по теме диссертации, специальная и нормативная литература.

Основными статистическими материалами для исследования послужили фактические проектные материалы жилых районов г. Хартум (Судан), рекомендации по снижению уровня шума «"обеспечению инсоляцией та ри-торки жилой застройки.

Объектом исследования и практического применения р&зривотен«'>гг> инструментария являются проекты застройки микрорайонов городив и по-

селков, проекты детальной планировки жилых районов, а также генеральный план города.

В качестве аппарата исследования использовались графоаналитические методы, методы системного подхода и анализа, математического моделирования, основные положения САПР и теории алгоритмизации и др.

Научная новизна. Основным научным результатом диссертации являются математические модели, алгоритмы и программное обеспечение, в савокупноста составляющих основу проблемно-ориентированной системы анализа и оценки окружающей среды, позволяющей учитывать экологические последствия и реализации проектных решений жилой застройки.

Обоснована необходимость проведения экологической экспертизы при проектирований жилой застройки и выбраны основные факторы окружающей среды, подлежащие обязательному учету при принятии проектных решений - инсоляция, шум, естественное освещение и др.

Предложена информационная технология оценки экологический среды функционирования объектов проектирования по инсоляции и шуму как на территории жилой застройки, так и в помещениях зданий.

Разработаны алгоритмы и программное обеспечение расчета инсоляции на территории жилой застройки и в помещениях зданий в заданные СНиПом месяцы года в зависимости от размещения, ориентации и высоты группы домов в застройке.

. Приведены математические, модели, алгоритмы и программное обеспечение расчета уровня шума, учитывающие проектную ситуацию (размещение зданий вдоль улиц, полос зеленных насаждений, экранов, перепадов высот рельефа местности и др. > и все виды источников шума (потоки легковых и грузовых автомобилей/ трамваи, железнодорожный транспорт, авиация, точечные источники шума).

Достоверность полученных результатов основана на апробирован-ног'ш наушсг1 базиса исследования ц подтверждается научной апробацией математических моделей, алгоритмов и программного обесаечения, а также внедрением их в проектную практику и в учебный процесс ВУЗа.

Практическая ценность работы. Полученные в диссертации результаты являются основой решения важной практической задачи совершенствования градостроительного проектирования и повышения эффективности проектных решений жилой застройки.

РазраОстзняые в диссертации модели, алгоритмы и программное обеспечение позволили решить ряд задач, указанных в:

-проблеме 1.13." "Разработка программно-инструментальных

- а -

средств информационно-диалоговых систем макроэкономического прогнозирования товаров, услуг, труда и инвестиций {план АН РУз на 1994-1996 гг.); ■

- теме ГШ РУз 30.3 "Разработка математического и программного обеспечения архитектурно-строительного проектирования (проблемы высшей школы)" на 1992-1996 гг.

Результаты исследования могут быть использованы при разработке проектов застройки микрорайонов, поселков, ПДП жилого района, генплана города, а такасе в составе системы оптимизации размещения зданий в жилой застройке.

Применение предлагаемой методики в проектной практике позволит разрабатывать проектные решения, оптимальные с точки зрения функционально-пространственной организации жилой застройки, санитарно-гигиенических и комфортных условий жизнедеятельности человека.

Основным практическим результатом исследования является внедрение созданного инструментария в практику проектного АООТ "Узшахар-созлик ЛМТИ", государственной компании "Эльтвелия" (Иордания), а таете в учебный процесс ГАСИ.

Апробация'работа. Основные результаты, полученные в диссертационной работе, докладывались и обсуждались на следующих международных и республиканских конференциях:

-Международной конференции "Математическое моделирование и вычислительный эксперимент" (Ташкент, 1994);

-Международном симпозиуме ''Архитектурно-строительная наука в развитии экономики Республики Узбекистан" (Ташкент. 1994);

-Республиканской конференции "Проблемы информатики и управления, перспективы их решения" (Ташкент, 1Р96);

-Республиканской конференции ''Современные проблемы алгоритмизации" (Ташкент,1996), а также

-семинарах лаборатории "Моделирование инвестиционных процессов" Института Кибернетики НПО "Кибернетика" АН РУз (1994-1996 гг.).

Публикации. Пс теме диссертации опубликовано 2 статьи, 3 тезиса доклада и 1 препринт.

Структура я объем диссертации. Работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы и "прилсзкений. Объем текста 120 страниц, 20 рисунков, 8 таблиц. Список использованной литературы состоит из 54 наименований. -

структура изложения материала диссертации. -

Во введение обосновывается актуальность темы диссертации, излагаются цели и задачи исследования.

■ Первая глава посвящена системному анализу параметров физической среди, взаимодействию проектировщика с системой "человек-окружающая среда", задаче экологической экспертизы в САПР градостроительного проектирования, оценке особенностей территориального распределения неблагоприятных экологических факторов и многокритериальной оценке зон комфорта и дискомфорта по всем экологическим факторам.

Вторая глава "Моделирование задач экологической оценки территории жилой застройки" включает в себя математические модели и методы количественной оценки затенения и инсоляции территории жилой застройки (п.2,1), математические методы, модели и алгоритмы оценки инсоляции помещений (п. 2.2), математические модели анализа и оценки уровня шума (п.2.3) на территории жилой застройки и в помещениях.

Тетья глава 1 Программное обеспечение задач экологической оценки жилой застройки" охватывает информацию об .алгоритме и программе расчета уровня шума на территории жилой застройки (п.3.1), программном обеспечении расчета инсоляции на территории жилой застройки (п.3.3). Здесь же приводятся примеры реализации конкретных проектных задач по расчету инсоляции и уровня шума на территории жилой застройки и в помещениях зданий, а также анализ полученных результатов.

. В заключении сформулированы выводы и предложения по использованию полученных результатов в практике.

В приложении приведены копии справок и актов внедрения результатов исследования в народное хозяйство.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Задачи экологической экспертизы и проблемы их решения.

В задачи охраны и совершенствования окружающей среды при проектировании входят: улучшение .микроклимата, защита воздушного и водного бассейнов и почв, защита застройки-от шума, электромагнитных излучений (ЭМИ), обеспечение требуемой инсоляции и освещенности и др. Средствами выполнения названных задач являются: рациональное зонирование территории,-, оптимальная организация существующей и новой застройки, благоустройство и озеленение.

К важным факторам, влияющим на проектные решения, откосится местный климат.(многолетний режим погоды), определяемый балансом солнеч-

ной энергии, который зависит от географической широты и циркуляции воздуха, переносящей теплоту и, влагу. Учёт местных климатических условий через показатели ' инсоляции и ветрового режима необходим для создания комфортной среда обитания.населения.

Ветровой режим, т.е. среднестатистическая повторяемость и сила ветра, изображается на планах диаграммой - вектором по румбам в процентах (розой ветров). Роза ветров учитывается при размещении жилых зон по отношению к промышленным объектам и установлении и уточнении санитарных разрывов между ними.. При слабых ветрах создаются большее задымление и более высокаяконцентрация. вредных выбросов, чем при сильных. Иногда, наоборот, сильные ветры приводят к дискомфорту и ухудшают условия проживания населения.

Оптический диапазон ЭМИ, оказывающий в основном благоприятное воздействие на процессы жизнедеятельности, достаточно хорошо изучен и результаты исследований в этом направлении успешно используются в градостоительном проектировании. Менее изучены и учитываются в проектной деятельности ЭМИ радиоволнового диапазона, действие которого является негативным. Уровень ЭМИ радиоволнового диапазона определяется, главным образом, техногенной средой, обусловленной процессами технической деятельности человека, и. в зависимости от вида источника, может значительно превышать ЭМИ таких естественгых источников. как Землл, Солнце и Галактика. Причем наметилась тенденция к постоянному увеличению этих воздействий, особенно в медико-экологическом аспекте. Отклонения уровней ЭМИ от их естественных средних величин отрицательно сказываются на жизнедеятельности населения и особую опасность представляют для детского организма. Из приведённого анализа видно, что основные неблагоприятные биологические воздействия на организм человека вызваны искусственными источниками ЭМИ, которые надо учитывать при проектировании жилой зас-хойки.

Очень' важным экологическим фактором, помимо рассмотренных, является шум. В городах наблюдается ежегодное возрастание уровня шума, связанное с повышением интенсивности движения и мощности 'транспорт ных средств, с усилением шума промышленных предприятий, внутриквар тальных источников и увеличением их количества. В крупных городах, особенно в старых кварталах, уровни'уличных шумов возрастают ежегодно на 1 дБ, и эта тенденция роста сохранится в ближайшие десяти» ■тия, поскольку борьба с шумом в месте его возникновения зчтк/ДН' т;. Поэтому борьба с шумом при проектировании архитектурных объекта.

весьма актуальна.

Как видно из приведённого укрупненного анализа экологических задач, состояние окружающей среды оценивается множеством разнородных факторов, имеющих различные природу и источники возникновения, условия распространения и степень влияния на человека, единицы измерения и диапазоны изменения и т.д. Отметим, что еще не все факторы окружающей среды известны и изучены, а значит, неясна степень комплексного влияния одновременно всех факторов на человека. Следовательно, полная оценка состояния окружающей среды по всем критериям одновременно весьма проблематична.

- В силу этого при анализе окружающей среды выбраны следующие основные экологические факторы: загрязнение воздуха, инсоляция, естественное освещение, ЭММ радиоволнового диапазона и шум."

Задача оценки окружающей среды по вышеуказанным факторам формулируется так. Известно множество источников возникнозений и=> ( 1 = 1,1, где I - количество источЬиков) экологически факторов^» 1,Г (Р - количество факторов) естественного и искусственного происхождения, которые'могут оказывать как благоприятное, так и негативнее влияние на человека. Некоторые из них являются источниками возникновения нескольких факторов одновременно, т.е. и^Ш^}, 1=1^, где ?! -количество экологических факторов, присущх 1-му источнику возникновения (например, загрязнение воздуха, шум, и ЭМИ радиоволнового диапазона для автомобиля). При комплексном воздействии экологические факторы могут обладать независимым, усиливающим, ослабляющим и аддитивным действием. Известны параметры всех источников экологических факторов, включая траектории движения мобильных источников. Источники делятся на точечные, т.е. геометрическими размереми которых можно пренебречь, и линейные (например, линии связи или электропередачи).

Задано множество расчётных точек х = { х3) (3=1, Л, которые могут находиться как внутри жилой застройки, так и на прилегающей территории.

Необходимо определить:

1) для любой расчетной точки х3 (3=1, *Т) значение каждого экологического фактора Фзг {Г= 1, Р), а также комплексной оценки <1\ по всем экологическим факторам одновременно;

2) для каждого экологического фактора Г=1.Р и всех одновременно зоны комфорта и дискомфорта," рассчитать их характеристики.

Значение Г-го (Г=1,П экологического фактора в любой течке х3

(3=1,Л от всех источников его возникновения и1г (1=1.1Г. где 1{ -количество источников Г-го .фактора)■ находится как энергетическая сумма значений рассматриваемого фактора в результате прямолинейного распространения.- отраженных. от каких-либо препятствий и поверхностей. прошедших через них и .дифрагирующих, т.е. криволинейных, огибавших препятствия, на' пути.распространения. Чаще всего, наибольший вклад дают' прямые лучи, т.е.. действующие в зоне визуальной видимости источника возникновения экологического, фактора.

Учитывая.изложенное выше, экологический анализ (экспертизу) и оценку окружающей среда следует вести в следующей последовательности. -- ■ ■

1. Выявление, анализ .и классификация источников возникновения экологических .факторов и определение их существенных параметров.

2. Выбор множества расчетных .точек., ,

3. Разработка моделей источников возникновения экологических Факторов и их распространания в открытом пространстве (в идеальных условиях без учета влияющих параметров реальной среды), т.е. прямолинейного распространения.,

4. Исследование особенностей распространения экологических факторов в реальных условиях и установление существенных параметров среды, влияющих на значения экологических факторов.

5. Разбиение ' множества расчётных точек X на подмножества (участки) х - X, различающиеся по характеристикам источников возникновения экологических факгоров, условиям их распространения и нормативным требованиям,, предъявляемым к разным функциональным, зонам.

6. Разработка моделей, описывающих влияние на значение экологических факторов параметров реальной средн.

7. Расчет значений экологических факторов в любой расчетной точке от, каждого источника его возникновения и от всех одновременно.

В. Вы'бор и обоснование моделей многокритериальной оценки всех факторов окружающей среды в любой расчетной точке и вычисление ее комплексной оценки.

9. Определение допустимых уровней каждого экологического фактора в зависимости от Функционального зонирования территории застройки и назначения проектируемого объекта..

10. Разработка моделей построения зон комфорта и дискомфорта путем определения' демаркационной-- кривой экологического комфорта (ДКЭК) и дискомфорта по каждому фактору, исходя из его допустимых

уровней.

11, Разработка моделей построения зон комфорта и дискомфорта по всем экологическим факторам одновременно.

12. Разработка моделей оценки характеристик зон комфорта и дискомфорта по каждому экологическому фактору и всем одновременно.

Методн и модели количественной оценки затенения и инсоляции территории застройки.

Рассмотрим сначала задачу оценки инсоляции территории в общей постановке. Зная параметры, характеризующие формы, размеры, координаты и ориентацию каждого здания (сооружения), а также территории застройки, необходимо в заданных расчетных точках территории XJ (XtJ Да3 ,X33) (3=1. J) определить интервалы и время инсоляции , а также построить области комфорта (инсоляции) и дискомфорта (затенения) и найти их характеристики.

Инсоляция подразделяется на возможную (при постоянно безоблачном кебе, т.е. в свободном пространстве) и реальную, которая из-за облачности, загрязнения атмосферы и преград на пути распространения света гораздо меньше возможной.

В расчетах инсоляции исходят из ее максимально возможной продолжительности. учитывая затем реальное сокращение времени инсоляции.

•Основным параметром источника инсоляции в идеальных условиях является угол падения солнечного луча в момент времени t в расчетной точке, который определяется двумя угловыми величинами: азимутом X*(t) - углом, образованным горизонтальной проекцией солнечного луча, достигшего расчётной точки, и направлением на север от этой точки (измеряется в горизонтальной плоскости, отсчитывается от северного направления по часовой стрелке); высотой <i>(t) - углом, образованным солнечным лучом и его горизонтальной проекцией (измеряется в вертикальной плоскости)'..

Угол падения зависит от географической широты расчётной точки, склонения Солнца 5* в день исследования, солнечного времени (временного угла движения Солнца)- количества часов до полудня или после полудня, умноженного на 15.

Таким образом, дескриптивная модель источника для любого момента времени и для года имеет вид '

sfl(t)=arcsín. {sin я-sin 5*+cos K-cos 5*-cosí 15- (t-12)]}, il) X*(t) =' 15■ t; t - [tH.£BJ,

где - время восхода и захода Солнца.

Для дня весеннего (осеннего) равноденствия выражение (1) упрощается (т.к. б* = 0)

тЦ)=агсз1п (сое у-сов Ь*-соз[15- (1-12)]}.

. В реальных условиях инсоляция не принимается во внимание, если угол падения меньше' 10-12 при облучении земельного, участка (в этом случае лучи существенно ослаблены и тени от объ&ктов очень длины) и меньше 12 - 15 при касательном падении на фасад, т.к. из-за большой толщины стен и наличия оконных переплетов солнечные лучи попадают в помещение в очень незначительном, количестве или не попадают совсем. Поэюму учет реальной инсоляции, например, в день весенного (осенного) равноденствия, должен вестись не с 6.00 ч. до 18.00 ч. по местному времени, а в течении некоторого временного интервала [га.

где г^- нижнее и верхнее .значение реальной инсоляции, исходя, из проведенных выше соображений. . '

При оценки инсоляции расчетных точек в реальной среде надо так-яе учитывать затеняющие их объекты, т.е. тени от преград на пути прямолинейного распространения лучей. -

Введем ряд понятий, . Объект (здание, сооружение) считаем сложным. если он представляет собой невыпуклый многогранник, в противном случае - элементарным.- В проектной практике используются графические модели, которые содержат геометрическое изображение объекта на плоскости в виде чертежа его основания с указанием всех размеров. Поэтому под объектом б будем понимать точечное множество, образующее его основание. Чаще всего это многоугольник. Объект характеризуется формой, границей С, размерами и 'площадью основания Б и высотой И, в общем случае переменной. ..

Положение объекта С на территории застройки (плоскости задается координатами его центра или.полюса. Х°(Х1°,Хг0) (в качестве которого может быть выбрана одна из вершин основания объекта) и угол, образованный большой осью основания) и северным направлениям). В ЭВМ целесообразно представлять объект на плоскости в виде цифровой модели его основания, т.е. координатами вершин основания Х'ЧХ^Дг6), §=1.8'.

Такое представление удобно также фи вводе информации об объектах в ЗВ!-5 с чертежа с помощью устройства кодирования графической информации . названного кодографоы, сколкой или дигитайзером

Тени объектов разделяются на'собственные и падающие. Собствен-

пой тенью называется неосвещенная, обращенная от источника света часть поверхности объекта. Под падающей тенью понимается область на обращенной к источнику света части поверхности объекта,' закрытая от лучей света другим объектом или частью д&кнсго объекта. Падающие тени от объекта могут быть на территорию застройки (горизонтальную или наклонную плоскость), а также другие объекты, расположенные вблизи. Оценивая инсоляцию территории застройки, будем принимать в расчет тени, падающие от объекта на'территорию застройки..

Для количественной оценки инсоляции и затенения расчетных точек на территории застройки используется метод контрольнз-инссляционного планшета. Суть метода заключается в следующим. Для любой расчетной точки X на территории застройки, исходя из высоты расположенных вблизи объектов G(X,9). строится теневая зона Z*. Для зтсгэ введем понятие нормированной вектор-функции тени V1 (t) -вектора, направление которого совпадает с направлением тени от перпендикулярно восстановленного из начала координат отрезка единочной высоты, а модуль равен длине указанной тени в момент, времени t. В комплексной форме

V1 (t)» ctg w(t) ■ о" (t), ' ; . . ..

где \(t) - азимут тени, т.е. угол, образованный .вектор-функцией тени и направлением на север.. "

Между азимутами Солнца и тени существует такая зависимость: k(t)-V (t)+n.

Вектор-функцией тени от элементарного объекта G(X,ß) на горизонтальной плоскости Z в момент времени t называется вектор V*(t; равный длине тени и совпадающий с ее направлением тени в момент t от перпендикулярно восотановленного из начала координат отрезка высотой Н, равной высоте объекта, причем в комплексной.форме V(t) = Н • V1 (t).

Тогда теневая зона Z* для точки X будет ограничена векторами V°(t<>), У°алЧ. обратными"вектор-Функциям тени на границах временного интервала [t0,tn1], и кривой, которую описыкет конец ректора Vя (t) при t0<t<tn1. Затем проверяется принадлежность объекта G(Xв) теневой зоне Z*. Если объект расположен полностью вне этой зоны, он не затеняет расчетную точку. В противном случае затенение дает только та часть объекта, которая находится в теневой зоне Z* Определяются левая (Хл) и правая (X") вершины затеняющего объекта при взгляде из расчетной точки X. Приводятся векторы \'°(t>3). V°(t23) через точку X и соответственно Хл,X".

Азимуты этих векторов совпадают с азимутом Солнца и У(1гз), при которых начинается и заканчивается затенен; расчетной точки.

Значение Ь1ЭЛгз определяют границы интервала непрерывного затенения заданной точки X объектом в(К.в). Эти величины находятся по формуле

{13=г (ъ,3)/15г 123=х" (ггз)/15.

Таким образом, этот метод позволяет для любой заданной 'точки X территории определить следующие количественные показатели:

1. Интервалы непрерывного затенения заданной точки 1-м объектом или их группой и^3,^23] (1=1,1), где I- количество затеняющих объектов или частей.

2. Продолжительность непрерывного затенения заданной точки территории 1-м объектом или их группой (1=1, Ь) вычисляемая по формуле

Ц3 = {!23 - 1113', 1=1,1. 1

3. Суммарная продолжительность затенения заданной точки территории всеми объектами 1

I3 V

1 = 1

4. Интервалы непрерывной инсоляции заданной точки территории ип1к, (п=1,Н), где К- количество интервалов инсоляции с учетом всех затеняющих объектов

I! »п1Мп2.н] = ип.1п]\{ и и,13.^23]}.

П = 1 П = 1 . •

5. Продолжительность непрерывной инсоляции заданной точки территории за каждый интервал

= Ч2»- V». n-l.ll.

6. Суммарная продолжительность инсоляции заданной точки территории „

= I V.

п = 1

Чтобы построить зоны комфорта (инсолируемые требуемое время участки территории) и дискомфорта (участки, которые не и; полируются достаточно по времени), на территории застройки (плоскости X] 0Х2) наносится сетка с заданным шагом ДХ^ДХг" в узлах которой рассчитываются все необходимые количественные показатели. Выби-

раются только те узловые точки территории, в-которых значения суммарной (непрерывной) инсоляции равны допустимым, и через них проводится кривая, являющаяся демаркационной кривой комфорта и дискомфорта по инсоляции. Построив указанные области, можно определить такие их характеристики, как площадь комфорта Бк и дискомфорта" Э4, а также коэффициенты комфорта Кк и дискомфорта Кд . вычисляемые по формулам

Кк=5д/Зт - КЛ.= 1_цк=5Л/5т#

где Б* - площадь территории застройки

Модели анализа и оценки уровни шума. Следующим неблагопрят-ным экологическим факторам окружающей среды является шум, источ-ки которого, в основном, искусственного происхождения.

Все источники городского шума могут быть условно разбиты на две большие группы: отдельные источнки и комлексные, состоящие из отдельных. К отдельным источникам отосятся: единичные транспортные средства, электрические трансформаторы, заборные и вытяжные отверстия систем вентиляции, установки промышленных энергетических предпрятий и др. К комплексным источникам относятся: потоки всех видов наземого автомобильного и рельсового транспорта на улицах и дорогах; потоки поездов' на железных дорогах и др.

Отдельные источники шума могут быть представлены точечными излучателями звуковой энергии, характеризующимися уровнями звуковой мощности (давления) Ь в децибелах в 8 окта?ных полосах частот. Прерывистый и импульсный шум характеризуется эквивилент: ным (по энергии) уровнем звукового давления Ьэкв в децибелах.

Комплексные источники шума могут создавать как постоянный, так и непостоянный шум. Некоторые такие источники шума иногда можно представить как протяжённый в одном направлении излучатель звуковой энергии. Например, однородный и непрерывный поток автомобилей можно считать линейным источником шума.

Международным стандартом установлено, что для описания шумовых режимов в окружающей среде следует использовать эквивалентный (по энергии) уровень звука Ьд,кв.

Оценки ожидаемого шумового режима застраеваемых или реконструируемых примагистральных территорий, выбор наСолее целесообразных, эффективных и экономичных средств снижения транспортного ' шума, их расчет и проектирование производят на основе расчета уровней звука в застройке.

Акустической расчет состоит из следующих этапов:

1) выявление источников шума и определение их шумовых характеристик (ХАакв );

2) выбор расчетных точек (Х^Л!".^*);

3) разбывка территории застройки на участки, отличающиеся по шумовым характеристикам или условиям распространения шума

КАЛВ1 , [УА,УВ};

4) определение допустимых уровней звука в расчетных точках

^АДОП^'

5) определение требуемого снижения уровней звука в расчетных точках №дтр;.

Статистическая модель расчета шумовых характеристик транспортных потоков математически выражается в виде 1ЭКВ=1£М£<2 + 13,3-+8,4-р, где Ьэкв- шумовая хакракиеристика транспортного потока, дЕА; ■ й - интенсивность движения транспортного потока, ед/ч;

V - средневзвешенная скорость движения транспортного потока, км/ч;

р - состав-транспортного потока -(доля грузовых и общественных транспортных., средств от общего числа транспортных средств в потоке), %.

Необходимыми исходными данными для определения эквивалентного уровня звука являются интенсивность движения в обеих направлениях легковых и грузовых автомобилей, . соответственно СЛ,СГ (авт/ч), а также средние скорости их движения соответственно км/ч.

Шумовая характеристика .транспортного потока определяется как суммарный эквивалентный уровень звука от движения этих потоков легковых и грузовых автомобилей и рассчитывается по формуле

О . 1 • 1. 0.1*1.

Ьаэкв = Щ* 1е ( Ю А зквл + 10 А эквг].

Шумовой характеристикой потока железнодорожных поездов является эквивалентный уровень звука ЬАзкв (дБа) на расстоянии 7,6 м от оси колеи,. ближайшей к расчетной точке, определяемый по СНиП П-12-77.

Характеристика объектов застройки задается 5 декартовой прямоугольной системе координат следующим образом:

х,1.у11 -координаты левого верхнего угла г-го обьекта. к;

1|>! - угол отклонения оси I -го объекта от оси ОХ, град: , 1,1, 111 -длина I -го обьекта соответственно по осям X и У, м.; Н1 - высота I -го обьекта, м. • -■

Расчетные точки на территориях с нормируемым шумом (площадках отдыха микрорайонов и групп жилых домов, площадках детских садов, яслей и школ) намечают на ближайшей к источнику шума границе площадок на высоте 1.5 м от уровня их поверхности. Если площадка частично находится в зоне звуковой тени зданий или каких-либо других экранов, а частично в зоне попадания прямых звуковых лучей, то расчетная точка выбирается на участке, находящемся вне зоны звуковой тени. ЬДэкв.л; ЬА51(В.Г -соответственно, эквивалетные уровни звука от движения потоков легковых и грузовых автомобилей.

Разбивка территории застройки на отдельные участки

1хА.хв],[уА,ув)____ отличающиеся по шумовым характеристикам или

условиям распространения шума, производится в следующих случаях: шум в расчетную точку поступает с двух или более улиц или дорог;

улица или дорога в пределах застраиваемого участка изменяет свое направление;

между источником шума и расчетной точкой расположены здания или какие-либо другие экраны.

В этих случаях из расчетной точки на плане заетраиваемого или реконструируемого участка проводят лучи через точки пересечения улиц или дорог, через вершины углов поворота улиц или дорог, а также через края экранов до пересечения с осью первой полосы движения транспортных средств.

Уровни звука в расчетных точках на площадках отдыха микрорайонов и групп жилых домов, площадках детских яслей, садов и школ Ьд определяются по формуле *(дБА):

п о. 11. •

1А--10- tg•I 10 м ,

где - уровень звука (дЬ'А), приходящего в расчетную точку от 1 -го отрезка улицы или дороги;

п

10 11Л1 - суммарный уровень звука (дБА) в расчетной точке.

Исходя из действующих отечественных и зарубежных норм и стандартов, формулу для определения уровней звука, приходжящего в растояную точку от 1 -го отрезка улицы или дороги. ЬА1, можно представить в виде

^А1 = ^Аэ кв-^Арас-Д^ав оз~А^Аэкр _ЛЬАзел ~ЛЬАПок ,

1

где ЬЛэкв- шумовая характеристика транспортного потока или железнодорожных поездов; ¿. ' ^а р а с ~ снижение уровня звука в зависимости от растояния между источником шума и расчетной точкой;

<^Авоз- снижение уровня звука вследствие затухания звука в воздухе;

А^аэхр" снижение уровня звука экраном;

А^да(1)-снижение уровня звука вследствие ограничения длины источника шума;

Л1дзел- снижения уровня звука полисами зеленых насаждений,дБА;

ДЬАпок-снижения уровня звука вследствие влияния покрытия территории.

В зависимости от стадии проектирования, степени детализации исходных данных, .а также условий распространения шума применяются различные методы определения снижения уровней звука вследствие отдельных факторов городской среды.

Расчет снижения уровня звука в зависимости от . расстояния ДО между источником шума и расчетной точкой при ровной территории производится по формуле.

ЬА рас = 10* 1е (В / Л0).

где я = у (х -Х1~)г + ~(у -у()2+ г2: й0 - базисное расстояние.

Данный расчет обеспечивает достаточную для целей проектирования точность при определении уровней звука в застройке.

На основе моделей, изложенных выше, разработаны алгоритмы и программное обеспечение расчета затенения, инсоляции и уровня шума на территории застройки и в помещениях зданий.

Проверка работоспособности разработанных алгоритмов и программного обеспечения на реальных проектах материалах г.Хартум подтвердила их эффектвность, заключающуюся в определении ■

значений искомых -параметров с минимальной затратой машинного зремени. ' ..

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Обоснована необходимость проведения'комплексной экологической экспертизы при проектировании жилой застройки. Рассмотре-га задачи экологического анализа и проблемы их решения. Выявлены основные факторы окружающей среды, подлежащие обязательному учету при принятии проектных решений жилой застройки.

2. Предложена информационная технология оценки экологичес-сой среды функционирования объектов проектирования по инсоляции территории жилой застройки, инсоляции помещений, шуму как на территории застройки, так и в помещениях. Обобщены графоаналити-¡еские методы и предложена методика, позволяющая построить об-¡асти комфорта (дискомфорта) по каждому из факторов в отдельности и всем одновременно.

3. Приводятся основные понятия и определения системного ¡одхода применительно к проектированию жилой застройки. Рассмат-лгоается взаимодействие проектировщика с системой "человек - окружающая среда". Систематизированы этапы градостроительного проектирования и экологические факторы, учитываемые в каждом из лих. - .

4.- Формализованы задачи и разработаны математические моде-!И. алгоритмы и программное обеспечение расчета урдвня шума на •еррятории жилой застройки и в помещениях зданий, учитывающие /.роектную ситуацию (размещение зданий вдоль улиц, полос зеленых насаждений, экранов, а«также перепадов высот рельефа местности и

) и все виды источников шума (транспортные потоки легковых и фузовых автомобилей, рельсовый транспорт - трамваи, железнодорожный транспорт, авиация, точечные источники шума).

5. Разработаны эффективные алгоритмы' и программное обеспе-1ение расчета инсоляции на территорий жилой застройки и в помещениях зданий в заданные СНиПом месяцы года (март, июнь, сентябрь, декабрь) в зависимости от размещения, ориентации и высоты группы домов в застройке/

6. Основные теоретические предпосылки исследования, работоспособность и технологическая рациональность разработанных алгоритмов и програмнного обеспечения подтверждены результатами решения конкретных проектных задач.

7. Результаты исследований оформлены в виде методик, алгоритмов и программ и внедрены в практику научно-исследовательского и проектного института АООТ "УзшахарсозликЛИТИ", государственной компании "Эльтвелия" (Иордания), а'также в учебный процесс Ташкентского архитектурно-строительного института.

8. Результаты исследования могут быть использованы при разработке проектов застройки микрорайонов, поселков, ПДП жилого района, генплана города (разработка карт шума), а также'в соота-ве системы оптимального размещения зданий в жилой зайтройке, как при новом строительстве, так и при реконструкции. Применение предлагаемой методики позволит разрабатывать проектные решения оптимальные о точки зрения функционально-пространственной организации жилой застройки, санитарно-гигиенических и комфортных условий жизнедеятельности человека.

Основные результаты выполненный исследований и разработок опубликованы в с следующих работах:

1. Абдельхади Б. М., Джумабаев .X. Р., Гафарова Л. Б. Система автоматизированного проектирования эскиза застройки микрорайона. //Вопросы кибернетики. - Ташкент: НПО "Кибернетика" АН РУз, 1995, ВЫП. 152 - С. 122-129.

2. Абдельхади Б.М. Программное обеспечение системы экологической оценки территории жилой застройки "Уровень шума". //Алгоритмы,- Ташкент: НПО "Кибернетика" АН РУз, 1996, вып.83- С.89-98.

3. Джумабаев X.Р., Абдельхади Б.М. Моделирование экологичес кой оценки жилой застройки. Препринт Р-2-175. - Ташкент: НПО "Кибернетика" АН РУз, 1996,-22 с.

4. Абдельхади Б.М. и др. Многокритериальная оценка экологической среды функционирования архитектурных объектов. //Тез.докл. международной конференции "Математическое моделирование и вычислительный эксперимент". - Ташкент, 1994, - С. 232.

- . 5. Абдельхади Б.М. и др. САПР застройки микрорайонов. //Тез. докл. респуб. конф. "Проблемы информатики и управления, перспективы их решения". - Ташкент, 19Э6. - с. 119-120.

6. Абдельхади Б. И. л Математическое и программное обел-печение некоторых подсистем ОЛР эскиза застройки микрорайона. ■■Тез.докл. респуб. конф. "Современные проблемы алгоритмизации". -Ташкент. 1996г.- С. 262-263.

-аз -

а 11 Абделъяадининг "Турартйлар чурлэшшш эколопш бги.олаыаи иодэлашгщяиР глизуидаги диссертация изшяг Б А £ Н П

Дмсзртацияда тадидатлар тураргай рур^шпгн ^удудида ^аеда ■аюрат хонаяарида ёрятилганлил (кисоляция) ва шовкнн каби зкого-гик факторларни хиеобдаа модель ва усулдаршга $рганиа; шу туркуы иэсалаларни математик: модэллаотирш; барча атроф ыуззгг факторла-Рй б^ма к?п ыеэонлар ааосида баколзл; тураржойлар курилшшш автоматик дэйжсалаитирип билан богливдир.

йшда лойдалал объектларидан фойдзландада экологии онзяЗат-ларни зркобга ашп гажонини берадиган тахдал ва атроф ыухотки Оаколайдигал - иуашога м?лгаллаяган тизт таркяби, яънн караз-лзр, математик модедлар, алгоригилар ва дастурий татшнот так-лиф зтилган.

Тураржй курилиши шудяда з?авда кморат хоналарида ло-йдалаэтирилабтгая объект фоАдаланисга топамрилгандая кейин ёри-зилгаялк ва еоб^ш каби зкологик му^тш базрдавнинг ахборот технология«! таклиф кшшкган.

Турардай кургшпш яудудида ва кюрат хоналарида брятплгая-ликни хисоблап алгоритм ва дастури куртпшдаги уйлар грудапют нэйлашпи, ориентаяияси ва бшганддикяарияи здюобга олган зсолда галаб чицилган. Иовчин нанбаларининг барча турларшш ва ло-йщавий зрлатларет здюобга олгаи >;олда тов^нн дарадастга зргсоб-лашнинг математик модели, алгоритм» ва дастурий тагштоти кэлти-рилган.

Тадкикот наитезларкдак микрорайон, посолка »вдшпш ла~ йгщаларини, пщар бои реиасини ившаб чгадада з?амда турартойлар ютшшшида шорзтяарни му^обил ¡яойдапгирип ткэими таркибида фой-далашш цумкин. •

Таклиф кшшнаЗтган услубиятларнн лойвдалап амалибтида »фшш турармэй ктрилшини функциояал-фазовий мукобил тапгЪи этап, сорлич, тозалик ва гагсон узок умр куршинкяг маший !#лнй-лик шартлари нут^таи наэзридая лойцавий ечшгарни килаб чикип кмкошши бэради.

Олинган твдао^ог напгалзри га^арсоэлзгк ихтисослигидаги лойздавий тагпашэтларюгнг амалиётида мпсрорайон, поселка, пщар боя реяаси лойи^аларлни гашаб чнчязда цамда чурилзпз ютисослиги-даги ОглЛ руъ юргларида фоЯдаланишга тавотя зтилади.

-M-

Annotât ion

Badareldin Mahmud Abdel Kadi. "Ecological valuation modelling of the dwelling buildirig."

The research of the dissertation is connected with a study of methods and models of calculations af such ecological factors as insolation and noise on the territory of the dwelling building, and also in th^ roams of bui'Jings! mathematical modelling of the tasVs of present class; multicriterior valuation of ;<11 ecological factors! automation^ of project ins of the dwelling building-

The Thesis suggests a conception, set of tools, mathematical Eorfels, -ilgorithms and program provision, in total forming the base of the problem-oriented system of■analysis and valuation of the environment,allowing to take ecological consequences when exploitation of projecting objects into consideration.

The Informative of technology of valuation of functioning surrounding of the projecting objects by insolation and noise both on the territory of the dwelling building and in the rooms is suggested- (

The algorithms and programs of calculation of insolation on the territory of the dwelling building and in the rooms, depending on placing, orientation and height of a group of houses in the building are worVed out-Mathematical models, algorithms and program provision of calculation of the noise level, talcing all lcinds of noise sources and projecting situation into consideration are adduceti-

The results of the research can be used working out of the construction projects of micro-districts,settlejnents, general plan of the city, and also m composition of a system of optimizing of placement of buildings in the district-Application of the suggested methods m a projecting practice will allow to worl: out project solutions, optimum from the point of view o> f unc t ional-spat ial organisation of thi? dwelling building, sanitary-hygienic and comfort conditions of the vital, functions of man-

The obtained results of the research are rt?ci.amended to be used in practice of projecting organizations of a town-planning type for managing the projects of dwelling housr-s of micro-districts, settlements, gf?neral city-plan, and also in the t^iucational process of the High Schoolc,.