Пособие история отрасли и введение в специальность. Учебное пособие
 Скачать 2.97 Mb.
|
|
Экодом - в идеале это абсолютно автономное строение со своим водо- и энергоснабжением, позволяющее не только организовать полную переработку и утилизацию бытовых отходов, но и не наносящее ущерба экологии окру- жающей среды. Следуя существующим концепциям, экодом должен строиться из возобновляемых экологически чистых материалов, обеспечивающих эффек- тивную теплоизоляцию и в то же время естественный воздухообмен и вентиля- цию. Водоснабжение экодома. В данном случае могут быть использованы, ат- мосферные осадки, постоянно сопутствующий и не всегда заметный конденсат, очищенные бытовые стоки и в определенной степени артезианские источники. Доступные технические возможности для реализации проектов стабильного во- доснабжения сегодня уже имеются. Задача переработки продуктов жизнедеятельности не является простой, но разрешима. Конечно, обеспечить каждый экодом индивидуальным безот- ходным мусороперерабатывающим комплексом представляется, по меньшей мере, мероприятием нерентабельным. Однако в рамках создания экопоселений и этот вопрос не должен вызывать трудностей. Архитектурная концепция пассивного дома базируется на принципах: компактности, качественного и эффективного утепления, отсутствия мостиков холода в материалах и узлах примыканий, правильной геометрии здания, зони- ровании, ориентации по сторонам света. Из активных методов в пассивном до- ме обязательным является использование системы приточно-вытяжной венти- ляции с рекуперацией. Главной же проблемой остается автономное энергоснабжение и энерго- сбережение. В идеале, пассивный дом должен быть независимой энергосисте- мой, вообще не требующей расходов на поддержание комфортной температу- ры. Отопление пассивного дома должно происходить благодаря теплу, выде- ляемому живущими в нём людьми и бытовыми приборами. При необходимости дополнительного «активного» обогрева, желательным является использование 75 альтернативных источников энергии. Горячее водоснабжение также может осуществляется за счёт установок возобновляемой энергии: тепловых насосов или солнечных водонагревателей. Решать проблему охлаждения - кондициони- рования здания также предполагается за счет соответствующего архитектурно- го решения, а в случае необходимости дополнительного охлаждения — за счет альтернативных источников энергии, например, геотермального теплового на- соса. В настоящее время стоимость постройки энергосберегающего дома при- мерно на 8-10 % больше средних показателей для обычного здания. Дополни- тельные затраты на строительство окупаются в течение 7-10 лет. При этом нет необходимости прокладывать внутри здания трубы водяного отопления, стро- ить котельные, ёмкости для хранения топлива и т. д. 4. НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ПРОГРЕСС И ЭФФЕКТИВ- НОСТЬ СТРОИТЕЛЬСТВА Строительство является важной сферой экономической деятельности че- ловека, направленной на удовлетворение его потребностей в жилье (жилищное строительство), общественной и культурной жизни (гражданское строительст- во), развитии производительных сил общества (промышленное, сельскохозяй- ственное, транспортное, энергетическое строительство), благоустройстве среды обитания, обеспечении обороноспособности и т.д. В строительстве экономиче- ски развитых стран занята, как правило, значительная часть трудоспособного населения. Строительство связано с переработкой больших объемов нерудных ископаемых, потреблением значительной доли энергоресурсов, продукции смежных отраслей. На долю строительства приходится примерно 45 % потреб- ления энергии и 40 % перерабатываемых материалов. Строительство оказывает влияние не только на экономический потенциал общества, но и на изменение окружающей среды и даже климата. В связи с этим важной задачей, стоящей перед человечеством, является применение в строительстве ресурсосберегаю- 76 щих технологий, что предопределяет широкое использование достижений нау- ки и техники в строительных технологиях. Вместе с тем строительство является достаточно консервативным, поскольку появившиеся сотни и даже тысячи лет назад материалы и технологии могут использоваться и используются сегодня. Это связано с некоторыми специфическими особенностями строительной продукции. Во-первых, строительная продукция часто создается по конкретно- му заказу. Во-вторых, строительная продукция, как правило, предназначена для эксплуатации в течение жизни не одного поколения. В-третьих, часто строи- тельная продукция, созданная по заказу одного владельца и принадлежащая ему, косвенно используется многими, например, красивый дом несет в себе элементы художественности, искусства, которое ежедневно визуально доступ- но многим. Иногда архитектуру называют «музыкой в камне». В-четвертых, строительная продукция, даже если это типовой проект, всегда несет в себе элементы индивидуальности, и практически никогда не меняет адреса, т.е. ста- новится на долгие годы элементом окружающей нас среды, воздействуя на че- ловека не только на физическом, но и на эмоциональном уровне. Именно по- этому зодчие часто очень осторожны при выборе новых материалов и техноло- гий, предпочитают проверенные временем решения. Тем не менее, научно- технический прогресс неизбежно «внедряет» в строительную практику новые материалы, архитектурные формы, технологии, которые могут быть более или менее удачными, но, независимо от этого, на долгие годы и даже десятилетия становятся спутниками нашей жизни, соседствуя с вековыми строительными традициями… В первую очередь это можно увидеть на примере развития строительных материалов. Строительные материалы играют доминирующую роль в разви- тии строительных технологий, поскольку появление нового материала позволя- ет создавать новые конструкции, что часто влечет за собой создание новых тех- нологий. Возможна и обратная связь, когда новые конструкции или технологии предопределяют требования к материалам, «вынуждая» специалистов создавать 77 их. Эффективность строительства в значительной степени определяется уров- нем используемых материалов, причем это относится к эффективности в общем смысле – экономическом, техническом, экологическом, социальном. Например, представленные на рис. 29 данные свидетельствуют о том, что в полной се- бестоимости жилых домов массового спро- са доля строительных материалов превышает 54 %. Следовательно, снижение себестоимо- сти строительных ма- териалов, полученное в результате развития их технологий на основе достижений науки мо- жет существенно отразиться на себестоимости зданий, т.е. уровень технологии строительных материалов влияет на экономическую эффективность. Это поло- жение имеет важное для России значение, поскольку показатель 21 м 2 общей площади на гражданина России (в среднем) в несколько раз ниже уровня США и многих стран Европы (Норвегия – 74 м 2 /чел., США – 70, Великобритания – 62, Германия – 50, Франция – 43). Поставленная задача довести к 2025 году уровень обеспеченности жильем в России до 32 м 2 на человека требует увели- чения объемов вводимого в эксплуатацию жилья с 56 млн. м 2 в 2007 г. до 80 млн. к 2010, а в перспективе к 2018 – до 145 млн. м 2 в год. Т.е. речь идет об увеличении объема части строительной продукции (жилищного строительства) примерно в 2,5 раза в ближайшие 11 лет. Темп роста весьма высокий. И это только в области жилищного строительства. Естественно, это должно сопрово- ждаться соответствующим ростом производства строительных материалов и мощности строительного комплекса. Средняя структура полной себестоимости жилых домов массового спроса, % 13,5 54,11 13,89 4,5 4,5 9,5 Пятно застройки СМ Строительная себестоимость (кроме СМ) ТУ сети Платежи Платежи вне СП Рис. 29 Структура себестоимости жилых зданий массо- вого спроса 78 Сегодня в строительстве широко используется такой традиционный кон- струкционный материал, как железобетон. Но если в начале 20 века используе- мые при расчете железобетонных конструкций допускаемые напряжения не превышали для бетона 5 МПа, а для стали 105 МПа, то сегодня развитие техно- логии бетона и арматурных сталей позволяет использовать при производстве железобетона бетоны с нормативным сопротивлением более 100 МПа, арма- турные стали с временным сопротивлением более 1000 МПа. Такой скачок в развитии технологии материалов позволил создать предварительно напряжен- ные железобетонные конструкции и использовать железобетон в качестве кон- струкционного материала при возведении уникальных объектов: зданий и со- оружений высотой в сотни метров, мостов, платформ для добычи нефти на ма- териковом шельфе и др. Другой пример. Древесина используется в строитель- стве с незапамятных времен. Археологами обнаружены деревянные постройки, датируемые 2 тысячелетием до н.э. Но если в древнем мире деревянные систе- мы перекрытий обеспечивали максимальный пролет около 9 м, то развитие технологии обработки древесины и методов расчета конструкций позволило в начале 20 века перекрывать пролеты до 186 м. Эти факты можно рассматривать как примеры технической эффективности, обусловленной совершенствованием технологии и развитием методов расчета и проектирования конструкций. Как уже отмечалось, строительство потребляет значительное количество энергии и материальных ресурсов. Одной из «ключевых» фигур является це- мент, называемый иногда «хлебом строительства». Уровень производства це- мента можно рассматривать как характеристику уровня экономического потен- циала страны. Сегодня производство цемента в США превышает 300 кг/чел. в год, в России составляет примерно 220 кг, в Украине 110. На производство 1 т портландцементного клинкера расходуется, в зависимости от принятой техно- логии, от 130 до 185 кг у.т. Представленные на рис. 2 данные свидетельствуют о том, что в 2003 г. производство портландцемента в мире превысило 2 млрд. т, 79 что составляет более 300 кг на душу населения. Это со- ответствует значению 40 – 60 кг. у.т., или выбросу на душу населения в год до 100 м 3 углекислого газа. И это только при производ- стве цемента. Если учесть выбросы СО 2 при сжигании топлива в технологических процессах получения кон- струкционных и арматур- ных сталей, извести, стек- ла, керамических материалов и др., то совершенно очевидно, что важной про- блемой развития стройиндустрии является снижение энергопотребления при производстве строительных материалов. Это имеет существенное значение не только с экономической, ни и экологической точки зрения. Рациональное применение цемента обеспечивает существенное энерго- сбережение. Определяющей тенденцией в этом направлении является исполь- зование малоклинкерных вяжущих, или композиционных цементов, содержа- ние клинкера в которых может снижаться до 40 %. При использовании цемен- тов в бетонах применение современных добавок – суперпластификаторов по- зволяет обеспечивать требуемую удобоукладываемость бетонных смесей при снижении водосодержания, что влечет снижение расхода цемента до 20%. По- этому серьезный вклад в развитие ресурсосбережения в технологии бетона должна внести наука химия и химическая промышленность, обеспечив разра- ботку и производство современных высокоэффективных суперпластификато- ров. 2003 г. 2,1 млрд. т 44 14 4,5 3,2 2,17 Китай ЕС США СНГ (с Россией) Россия Рис. 30 - Объем производства портландцемента в мире 80 Железобетонные конструкции современных зданий и сооружений все в большем объеме возводят в монолитном варианте с использованием инвентар- ных или несъемных опалубок. При производстве бетонных работ существенные затраты связаны с укладкой и уплотнением бетонных смесей. При реализации традиционных технологий эти работы являются социально непривлекательны- ми. Важной задачей технологии бетона является разработка и широкомасштаб- ное применение современных самоуплотняющихся бетонных смесей (SCC – self compacting concrete) на основе современных суперпластификаторов. Это позволит не только исключить использование вибрации при уплотнении, но и существенно повысить производительность труда при укладке с применением бетононасосов, что позволит заменить бригаду бетонщиков всего двумя бетон- щиками и оператором. Развитие монолитного высотного строительства требует срочного решения этих задач и выдвигает на первый план проблему обеспече- ния долговечности во всех ее аспектах. Положения стандарта на бетоны EN 206, принятого в странах Европы, направлены, прежде всего, на обеспечения долговечности. Серьезной задачей, на решение которой сегодня устремлены усилия крупных исследовательских центров и мировых производителей, является со- вершенствование опалубочных систем, поскольку трудоемкость опалубочных работ составляет до 40 % трудозатрат на возведение железобетонных конструк- ций. Лидирующее положение в развитии опалубок сегодня принадлежит «ин- теллектуальным» опалубкам – высокомеханизированным опалубочным систе- мам, позволяющим производить перестановку опалубок без применения грузо- подъемных механизмов при минимальных трудозатратах. Перспективными яв- ляются разработки, направленные на развитие несъемных опалубок и пневмо- опалубок. Еще одним важным резервом в снижении трудозатрат при монолитном бетонировании является совершенствование арматурных работ. В этой области можно условно выделить две составляющие. Первая - совершенствование соб- 81 ственно арматуры: повышение свойств арматурных сталей, расширение сорта- мента, развитие производства неметаллической арматуры и фибровой армату- ры. Стеклопластиковая арматура уже выпускается в России в промышленных масштабах и находит все более широкое применение. Второе направление по- вышения эффективности - совершенствование арматурных работ, в первую очередь отказ от сварки при монтаже арматурных элементов, внедрение инвен- тарных анкеров и элементов стыковки стержней и др. Совершенствование технологии сборных железобетонных конструкций, основанное на снижении затрат за счет применения высокопрочных бетонов, предварительно напряженных железобетонных элементов рационального сече- ния, снижения затрат на тепловую обработку при производстве изделий, ра- ционального сочетания сборного и монолитного железобетона, также является важной составляющей научно-технического прогресса в строительстве. Широкое использование железобетона в строительстве уже свыше ста лет неизбежно приводит к необходимости решения задачи утилизации железобе- тонных конструкций после завершения нормированного срока их эксплуата- ции. Проблема имеет важное экологическое значение, и задача ставится таким образом, что железобетон должен стать полностью «возобновляемым» мате- риалом, т.е. последующие конструкции должны изготавливаться в значитель- ной степени из сырья, полученного в результате утилизации железобетонных конструкций по завершению их эксплуатации. Сегодня развитые страны широ- ко используют отходы бетонного лома в качестве заполнителя для бетона, ма- териалов для подсыпок и др. В несущих конструкциях зданий и сооружений широко применяются стальные конструкции, а также конструкции из сплавов, например, алюминие- вых. Создание эффективных сплавов, обеспечивающих высокую прочность на- ряду со стойкостью к коррозии при приемлемой стоимости представляет важ- ную задачу строительной, и не только, науки. Здесь же уместно отметить важ- ную роль разработки материалов и способов защиты конструкций от воздейст- 82 вия пожара. Это актуально не только для металлических, но и для железобе- тонных конструкций, конструкций из дерева и пластмасс. В последние годы некоторые пластмассы успешно конкурируют с металлами не только как эле- менты строительных конструкций (ванты, балки, панели и др.), но и как эле- менты инженерного оборудования зданий (системы горячего и холодного водо- снабжения, отопления, канализации), а так же как детали строительных машин и оборудования. Использование современных пластиков позволяет при инже- нерном оборудовании зданий отказаться от сварочных работ, выводит из по- требления значительное количество металла, что составляет весомый вклад в решение проблемы снижения энергозатрат в строительстве. Следует отметить еще один важный аспект проблемы энергосбережения при инженерном обору- довании зданий. Это выбор систем обеспечения горячей водой и теплом. В Рос- сии достаточно распространено централизованное снабжение указанными ре- сурсами, поскольку при этом обеспечивается высокая эффективность использо- вания энергии при их производстве. Но этот эффект резко снижается при транспортировании ресурсов на значительные расстояния. В Европейских стра- нах достаточно распространена система «одного носителя», когда в жилой дом централизовано подается только холодная вода и электроэнергия, а горячее во- доснабжение и отопление реализуется на месте «по потребности». Безусловно, это целесообразно только при низкой стоимости (в сравнении с другими энер- гоносителями) электроэнергии. Но задача выбора рациональной схемы энерго- снабжения массовых потребителей с учетом региональных особенностей, весь- ма актуальна и требует усилий специалистов многих отраслей науки. В пер- спективе развитие жилищного строительства будет идти и уже идет по пути создания «интеллектуального дома», функционирование которого в значитель- ной степени будет управляться автоматически единым центром, а в системе энергообеспечения все большую роль будут занимать сегодня нетрадиционные, в т.ч., возобновляемые источники энергии, например, солнечной. 83 С 2000 г. в России введены новые нормы проектирования тепловой защи- ты зданий, предусматривающие существенное повышение требований по тер- мическому сопротивлению ограждающих конструкций. Такое изменение норм неизбежно повлекло увеличение затрат на возведение этих конструкций, но в целом, с учетом затрат на отопление в эксплуатационный период, приведет к существенному снижению энергопотребления, что обеспечит экологический эффект. Кроме того, повышение уровня комфортности проживания и производ- ственной деятельности имеет важное социальное значение. Важной задачей яв- ляется совершенствование существующих и разработка новых эффективных теплоизоляционных материалов и систем тепловой защиты зданий и сооруже- ний. Эффективные материалы на органической основе (различные пластмассы) обладают рядом недостатков, например, горючесть, ограничение температуры применения. Поэтому развитие технологии теплоизоляционных материалов на неорганической основе (минераловатные и т.п. утеплители, пеностекло) являет- ся важным направлением материаловедения. Крыша здания, обеспечивая защиту от атмосферных воздействий, в зна- чительной степени предопределяет функциональную надежность и долговеч- ность конструкций и здания в целом. Но в ряде случаев крыша оказывает влия- ние и на эстетическое восприятие здания, подчеркивая его архитектурную вы- разительность. Поэтому архитекторы иногда называют крышу «пятым фаса- дом». Совершенствование конструкций крыш и кровель, разработка новых и совершенствование традиционных кровельных материалов, создание методов диагностики состояния кровли, разработка технологий ремонта покрытий без прекращения эксплуатации представляют актуальные задачи для строительной науки. Вопрос требует пристального внимания еще и потому, что в наши дни наряду с традиционными кровельными материалами (керамическая черепица, рулонные материалы на основе битумов, в том числе модифицированных по- лимерами, оцинкованная кровельная сталь и др.) применяются новые, опыт эксплуатации которых еще недостаточен для оценки их долговечности в реаль- 84 ных условиях эксплуатации (металлочерепица, материалы на основе пластиков, стекло). Применение стекла в конструкциях кровель, а также при устройстве фасадов открывает новые возможности для создания зданий с высокой архи- тектурно-художественной выразительностью и комфортностью внутренних объемов, обеспеченных естественным освещением. Конечно, используемое для этих целей стекло по своим качествам значительно отличается от обычного оконного. Кстати, сегодня в качестве оконных все шире используются специ- альные стекла, например, теплозащитные, увиолевые (пропускающие ультра- фиолетовые лучи). Для фасадных систем используются зеркальные, в т.ч. ок- рашенные стекла. В общественных зданиях используются безопасные и упроч- ненные (закаленные) стекла при устройстве перегородок, дверей, потолков. Се- годня значительная часть этих материалов являются импортируемыми, и важ- ной задачей является широкое развитие технологии производства стекол со специальными свойствами в России. Отделочные работы являются завершающим этапом создания объекта, «последним аккордом музыки в камне». Качество отделочных работ предопре- деляет наше восприятие объекта на бытовом уровне, поскольку надежность и долговечность, как правило, скрыты от глаз даже специалистов. В массовом гражданском строительстве отделочные работы составляют до 35 % себестои- мости 40 % трудоемкости. Если говорить о зданиях, несущих существенный градостроительный акцент, либо имеющих важное общественное значение, то эта доля может значительно возрастать. Именно поэтому развитие технологий отделочных работ является составной частью повышения эффективности строительства. Сегодня ведущей тенденцией в развитии технологий отделоч- ных работ является широкое применение сухих строительных смесей (ССС), представляющих собой строительные растворы различного назначения, моди- фицированные добавками, число которых в одном составе может доходить до 12. Применение ССС позволяет в ряде случаев повысить производительность труда до 5 раз в сравнении с традиционными технологиями, обеспечивает вы- 85 сокий уровень отделки за счет применения высококачественных материалов, отдозированных в заводских условиях в рациональном соотношении, устраняет влияние погодных условий на транспортные и складские операции и сущест- венно упрощает их, исключает влияние «живучести» растворной смеси на гра- фик выполнения работ, поскольку позволяет приготавливать на месте произ- водства работ любое требуемое для заданного ритма выработки количество го- товой смеси. Рис. 3 иллюстрирует динамику развития производства ССС в Рос- сии. Анализируя приведенный выше краткий обзор основных направлений развития строительных технологий, можно увидеть, что определяющей тенден- цией является применение новых материалов, полученных в результате разви- тия технологий смежных отраслей (химической промышленности, металлургии и др.), которые позволяют создавать новые конструкции и технологии их воз- ведения с целью повышения надежности, долговечности, комфортности искус- ственной среды обитания человека. Следует особо подчеркнуть, что для любого вида строительных технологий одной из ключевых проблем является создание системы качества, позволяющей оперативно принимать решение об уровне ка- чества продукции с учетом рисков производителя и потребителя. Формирова- ние систем качества требует затрат, и часто значительных, но должно рассмат- Рис. 31 Развитие производства ССС в России 86 риваться как важнейший фактор обеспечения эффективности современного строительства. Таким образом, «сопутствующей» тенденцией повышения эф- фективности строительства является повышение единовременных затрат на создание строительной продукции. Это так же естественно, как тот факт, что стоимость современного океанского лайнера превышает, например, стоимость ладей викингов, пересекавших много веков назад Атлантический океан. Повы- шение единовременных затрат неизбежно, но «наша задача не строить дешево, а эксплуатировать дешево» (В.И. Ресин). Оценить же экологический и социаль- ный аспекты строительной деятельности «в рублях» далеко не всегда возмож- но. Поэтому при оценке эффективности строительства в целом нельзя опериро- вать только экономическими показателями. Важным этапом в оценке эффек- тивности следует рассматривать принятую в течение последних лет развитыми странами концепцию устойчивого развития, в том числе в строи- тельстве. Экономическое развитие не может ос- тановиться, но это развитие не должно разрушать окружаю- щую среду, поскольку иначе невозможны здоровое общество и экономика. По отчётным данным Римского Клуба, существованию человечест- ва на планете Земля грозят три основные опасности: - резкое уменьшение не воспроизводимых запасов сырьевых материалов; - интенсивно развивающееся загрязнение окружающей среды; - резко возрастающая численность населения планеты. Рис. 32 - Развитие основных процессов, связанных с эколо- гией планеты (по данным Римского Клуба) 87 Все три названных фактора, непосредственно связанные со строительст- вом, могут привести к экологической катастрофе, если человечество в ближай- шее время не примет эффективных мер по резкому изменению характера сво- его развития (рис. 32). При существующих технологиях и темпах использова- ния сырьевых материалов к 2010 году человечество практически будет лишено наиболее важных сырьевых ресурсов (этот вывод был получен достаточно дав- но и не совсем соответствует реальному положению). Ситуация с загрязнением окружающей среды может быть критической уже к 2030-2040 гг., когда масштабы загрязнения в сравнении с 1970 годом увеличатся в 8-10 раз. По мнению Римского Клуба, серьёзную проблему представляют также темпы увеличения населения планеты. Чтобы население планеты с 1800 г. уве- личилось на 1 млрд. человек, понадобилось 120 лет. Для увеличения населения планеты на следующий миллиард понадобилось уже только 40 лет. По прогно- зам, к 2050 году население Земли может достигнуть уровня в 13 млрд. человек. Фактически же, по данным Фонда по развитию населения при ООН (UNFPA), по состоянию на октябрь 1999 года население планеты составляло 6 млрд. че- ловек, что примерно на 1 млрд. меньше, чем по прогнозу Римского Клуба. Со- гласно опубликованным данным ООН, к 2050 году произойдёт увеличение на- селения до 7,3 – 10,7 млрд. человек, причём, наиболее вероятным называется численность населения около 8,9 млрд. чел. Несмотря на значительные расхо- ждения в прогнозировании прироста населения на Земле, можно отметить за- кономерную тенденцию прогрессирующего роста численности населения, свя- занного с угрозой перенаселения наиболее благоприятных и развитых регионов в мире. Рост населения предопределяет рост потребностей в жилье, развитии инфраструктуры, необходимости освоения неблагоприятных сегодня для про- живания регионов, что требует создания в них искусственной среды обитания. Все эти факторы предопределяют рост темпов строительного производства и, 88 следовательно, обострения всех проблем, связанных со строительной деятель- ностью человека. Понятие «устойчивое развитие», по заключению ООН, станет в ближай- шем будущем основной и руководящей идеей развития общества в большинст- ве жизненных сфер, что потребует, в свою очередь, перестройку образа мыш- ления и систему взглядов человека на свою деятельность в окружающем его мире. Началом формирования концепции устойчивого развития можно считать отчёт Брундландской Комиссии ООН от 1987 года, а также Международную Конференцию ООН, посвящённую окружающей среде и развитию (UNCED), проведённую в Рио-де-Жанейро в 1992 году, на которой была принята Повестка на 21 век «AGENDA 21». Согласно определению, данному Брундландской Ко- миссией, «устойчивым можно назвать развитие, если оно отвечает потребно- стям сегодняшнего поколения, не подвергая при этом опасности последующие поколения, удовлетворять свои потребности в будущем». В 1992 г. в Рио-де- Жанейро 179 государств мира огласили свою приверженность курсу на устой- чивое развитие. Характер этого развития представляет собой гармоничное со- четание высоких технологий, экологических, экономических и социальных ас- пектов. В Концепции перехода Российской Федерации к устойчивому развитию от 1 апреля 1996 г. № 440 дано определение: «устойчивое развитие – это ста- бильное социально-экономическое развитие, не разрушающее своей природной основы», т.е. «…улучшение качества жизни людей должно обеспечиваться в тех пределах хозяйственной ёмкости биосферы, превышение которых приводит к разрушению естественного биотического механизма регуляции окружающей среды и её глобальным изменениям. Лишь выполнение этих условий гаранти- рует сохранение нормальной окружающей среды и возможность существования будущих поколений людей». Кратко можно сформулировать, что устойчивое развитие – это стабильное социально-экономическое развитие, не разрушающее своей природной основы и обеспечивающее непрерывный прогресс общества. 89 Одним из важных экологических аспектов является вопрос ресурсосбе- режения и устойчивости экосистем. Формы общественно-хозяйственного раз- вития при этом, характеризуемые прямой зависимостью производства от по- требления энергии и других природных ресурсов, должны рассматриваются как неперспективные. Концепция устойчивого развития в строительстве основана на следующих основных принципах: - полное использование, т.е. комплексная переработка добываемого при- родного сырья; - учёт всего жизненного цикла материалов, в т.ч. переработка отходов в конце их жизненного цикла с целью повторного использования; - развитие ресурсосберегающих технологий; - безотходные технологии строительного производства. Сформулированные принципы устойчивого развития в строительстве предопределяют необходимость решения следующих задач: а) экологического характера: - ограничение территориально разбросанного строительства; - организация материальных потоков в строительстве, обеспечивающих ресурсосбережение; - прекращение использования материалов, содержащие вредные вещест- ва, в любом цикле использования строительных материалов; - снижение выброса CO 2 в атмосферу; - сокращение энергопотребления на производство и эксплуатацию зданий и сооружений; - увеличение эффективности использования существующего строитель- ного фонда; - разработку эффективных технологий повторного применения материа- лов; б) экономического характера: 90 - обеспечение профилактики строительных конструкций, обеспечиваю- щей высокий уровень их надежности в процессе эксплуатации, для эффектив- ного использования существующего строительного фонда; - проектирование новых строительных конструкций по критериям долго- вечности, ремонтопригодности, ресурсосбережения; - снижение затрат в любом жизненном цикле зданий: возведение, экс- плуатация, реконструкция, демонтаж и утилизация отходов; - снижение стоимости мероприятий по техническому перевооружению и реконструкции строительных объектов в сравнении с новым строительством; - оптимизация затрат на создание технической и социальной инфраструк- туры; в) социального характера: - оценка культурного наследия и его значения в сохранении материальной ценности зданий и сооружений, - создание и сохранение строительного фонда в соответствии с социаль- ной потребностью; обеспечение приемлемости жилищных затрат для мало- имущей части населения; - создание благоприятной жилой и рабочей среды, социальной интегра- ции, исключение закрытых жилых районов; - «здоровый образ жизни» как внутри, так и за пределами жилья; - создание и обеспечение рабочих мест в строительстве. Таким образом, глобальное развитие науки и техники непосредственно связано и должно решать, в том числе, задачи развития строительства и жи- лищного комплекса, что является особенно важным для экономического и об- щественного развития. Научно-исследовательскому потенциалу отводится ос- новная роль в разработке технологий эффективного использования ресурсов, реконструкции объектов строительного комплекса, разработке новых строи- тельных материалов и технологий их утилизации. Важная роль в решении этих вопросов принадлежит совершенствованию научно-исследовательской инфра- 91 структуры, изменению законодательной базы и улучшению системы образова- ния. Основными задачами, требующими решения для повышения эффективно- сти строительства, можно считать: - разработку технологий комплексного использования строительных ма- териалов, вплоть до создания замкнутых циклов полной периодической перера- ботки; - развитие ресурсосберегающих, в первую очередь, энергосберегающих технологий. На этих ведущих задачах, стоящих перед строителями, стоит остановить- ся подробнее. Повторное применение материалов, конструкций и отходов строительно- го производства имеет в истории человечества многовековую традицию. Ещё у индейских племён Северной и Южной Америки, кочующих народов Азии или населения ранее аграрной Европы из поколения в поколение передавались зна- ния и опыт, касающиеся переработки и повторного применения отходов жизне- деятельности и использования ранее произведённых материалов и элементов конструкций. Основанием такого рода деятельности было, конечно же, стрем- ление к снижению затрат собственного труда при добыче материалов для про- изводства необходимых обиходных предметов, но никак не осознание экологи- ческих проблем в сегодняшнем понятии. В древние времена некоторые мате- риалы, в особенности камни и бревна, использовались строителями многократ- но. Взгляды, заставляющие строителей сегодня думать и созидать с позиций кругооборота материалов, однако не являются закономерным результатом та- кой исторической ситуации. В индустриально развитых странах стремление к постоянному экономическому росту глубоко завладело сознанием людей, отхо- ды производства и жизнедеятельности часто подвергаются захоронению или сжиганию без учета на воздействие на природу и здоровье людей, строитель- ные отходы сбрасываются в водоёмы или закапываются в землю. И только с резким скачком затрат на добычу природных ресурсов и связанной с этим по- 92 требностью в ценных окультуренных землях, а также с растущим уровнем зна- ний об исходящей потенциальной экологической опасности всё больше набира- ет темп мысль целенаправленного повторного применения строительных эле- ментов и повторного использования отходов. В первую очередь это касается именно строительства как производящей огромное количество отходов отрасли. Например, при общем годовом объёме мусора в Германии в размере около 400 млн. тонн объём строительных отходов составляет около 285 млн. тонн, или более 70%. Значительная доля отходов образуется при выемке грунта и дорож- ных работах. Утилизация этих отходов представляет первоочередную задачу. Учитывая значительную долю потребления ресурсов, приходящуюся на строи- тельный комплекс, ресурсо- и энергосбережение должны быть непосредственно связаны с эффективным выбором строительных материалов и технологий уже на стадии проектирования. Во время строительного производства имеет место потребление первичных материалов в виде природных ресурсов и энергии, по- траченной на добычу, переработку и производство материалов, а также на транспортировку продукции к месту строительства. При конечном этапе жиз- ненного цикла здания требуются территории для размещения не пригодных для повторного применения отходов и энергия для сжигания не пригодного для за- хоронения на свалках строительного мусора. Для сокращения объёма как вво- димых в систему в начале цикла материалов, так и выводимых из неё, целесо- образно возвращение вторичных материалов в процесс повторного использова- ния, позволяющее снизить потребление первичных ресурсов. Здание и отдельные его элементы в зависимости от различных эксплуата- ционных требований, интенсивности износа, а также воздействия погодных факторов имеют ограниченный период эксплуатации, состоящей из определён- ных этапов. Перед принятием решения о сносе здания должны быть изучены различные возможности продления его жизненного цикла, например: - перепрофилирование здания под новое производство, предусматриваю- щее сохранение его основных частей и элементов; 93 - смена месторасположения здания, т.е. полный демонтаж здания и его последующее возведение на другом месте. Величина затрат, связанных с реализацией вышеуказанных возможностей продления жизненного цикла здания зависит, главным образом, от его конст- руктивных особенностей. Вариант перепрофилирования более приемлем для каркасных зданий, а перенос – для зданий из модульных элементов. При этом затраты на проведение мероприятий по демонтажу и последующему возведе- нию здания оказываются практически равными затратам на строительство та- кого же нового здания. Учитывая это фактор, вышеуказанные решения вряд ли получат широкое распространение. Но повторное применение элементов кон- струкций, практически исключающее затраты на производство новых строи- тельных элементов, может получить «право на жизнь». А вот повторное ис- пользование стройматериалов, предусматривающее переработку элементов конструкций, не отвечающим больше функциональным требованиям, до уровня строительных материалов и повторное вовлечение их в производство, имеет ог- ромную перспективу. Уже сегодня некоторые страны, например, Нидерланды, при производстве бетонных работ в качестве заполнителей используют в ос- новном вторичные ресурсы. Для переработки и вторичного использования ма- териалов основополагающими являются следующий основной принцип: чем однороднее и чище исходные материалы, тем проще их последующая перера- ботка и тем легче они используются в качестве вторичного сырья. Повторное применение является одним из определяющих направлений развития ресурсосберегающих технологий. Например, при повторном примене- нии некоторых теплоизоляционных плит может быть сэкономлено до 95% энергии, необходимой для производства конечного продукта из первичного сы- рья. Следует учитывать, что производство первичной продукции связано зачас- тую с транспортировкой сырья на большие расстояния, включая даже межкон- тинентальные перевозки. Переработка вторичного сырья ограничена, как пра- вило, региональными перевозками, что даёт значительную экономию энергии. 94 Переработка и повторное использование строительных отходов обеспечивает следующий экологический эффект: - сохранение природных запасов сырья, объемов захоронений, а значит, и природного ландшафта. По некоторым оценкам, вторичное использование ма- териалов может заменить до 20% первичного сырья; - экономия энергии при использовании вторичных строительных мате- риалов, как уже отмечалось, может достигать 95%, что снижает образование вредных веществ, характерных для первичного производства. Таким образом, создание закрытых кругооборотов строительных мате- риалов на достаточно высоком функциональном уровне повторного их приме- нения является мощным средством снижения потребления первичного сырья и должно стать одним из основных направлений развития строительных техноло- гий. По некоторым оценкам, около 16% строительных отходов, преимущест- венно несущие конструкции, применяются сегодня повторно. Применение еще примерно 50% таких конструкций является технически возможным. Около 60% объёма составляют отходы при переработке ненесущих конструкций, которые можно рассматривать как огромный потенциал для увеличения доли использо- вания вторичных материалов. Сегодня одним из основных факторов, сдерживающих развитие повтор- ного применения материалов, как ни странно, является экономический. Про- блема состоит в том, что в расчёт берутся не реальные затраты на производство новых материалов, а только их часть. Не учитывается в полной мере экологиче- ский фактор - загрязнение воздуха, воды и земли, в связи с чем, как правило, строителям проще и дешевле отправить отходы на свалку, чем на переработку. Ситуацию можно изменить только на государственном уровне, в т.ч. законода- тельном. Необходимость принятия решения диктуется интересами последую- щих поколений. Возможная схема повторного применения материалов, формирующая циклы кругооборота, представлена на рис. 33. 95 Сегодня наиболее распространённым вариантом повторного применения материалов в строительном производстве является принцип Down Cycling, при котором перерабатываемые строительные материалы используются на более низком качественном уровне (например, продукт переработки железобетонных конструкций используется как материал для оснований в дорожном строитель- стве). Основная задача состоит в том, чтобы на основе достижений современ- ной науки создать систему Recycling, т.е. разработать технологии, позволяю- щие повторно применять материал на том же или даже более высоком уровне. В таблице представлены возможные направления решения проблемы на всех этапах жизненного цикла здания, от проектирования до эксплуатации. Рис.33 - Возможная схема «кругооборота» строительных материалов. 96 Таблица - Направления решения проблемы на всех этапах жизненного цикла здания Жизненный цикл здания Мероприятия Этап проектирования - выбор конструктивных решений с учётом повтор- ного применения материалов; - ориентация на экологически чистые, пригодных для повторного применения материалы Этап строительства - в стройиндустрии: безотходное производство ма- териалов и элементов; - на стройплощадке: без- либо малоотходные техно- логии производства работ Период эксплуатации - эксплуатация зданий и сооружений с последую- щим перепрофилированием производства; - реконструкция, реставрация либо перестройка зда- ний и сооружений с применением экологически чистой продукции. Этап переработки и устранения отходов 1. Повторное использование отходов строительного производства; 2. Энергетическое устранение неиспользуемых отхо- дов в соответствии с экологическими требования- ми. Таким образом, в соответствии с принципами устойчивого развития в строительстве главной целью на всех этапах жизненного цикла зданий: проек- тирование, возведение, эксплуатация, возможная реконструкция, демонтаж и утилизация, является обеспечение проектных решений и технологий, ориенти- рованных на минимальное потребление энергии и ресурсов. Основополагаю- щая роль в реализации указанной цели принадлежит проектированию. Лишь на этом этапе за счёт выбора прогрессивных технологий и инженерных решений возможно оказать существенное влияние на снижение затрат за весь жизненный период объекта. В основу проектных решений и сегодня закладываются прин- ципы, сформулированные около 2 тысяч лет назад Витрувием: «прочность и стабильность, красота и удобство в эксплуатации». В современной интерпрета- ции эти положения могут быть представлены в следующем виде: - целесообразность и практичность, направленные прежде всего на удов- летворение человеческих потребностей; - соответствие технического уровня функциональному назначению; 97 - приспособляемость к различным условиям использования, надёжность в эксплуатации; - защитная функция против погодных и других внешних факторов (шум, пыль, загрязнения); - безопасность, устойчивость и стабильность; - долговечность; - репрезентативность, или архитектурная выразительность и привлека- тельность, определяющая форму, выбор материала; - совместимость с окружающей средой по критериям потребления энер- гии, занятости территорий, экологического воздействия. Стоимость проектирования обычно не превышает 8% сметной стоимости объекта, но решения, закладываемые на этой стадии, оказывают существенное влияние на величину затрат в период всего жизненного периода здания (рис. 34). Основная часть затрат приходится на период эксплуатации здания, но на этом этапе оказать существенное влияние на текущие затраты, если был допу- щен просчет на стадии проектирования, уже практически невозможно. С пози- ций устойчивого развития проектирование и строительство зданий и сооруже- ний требует принципи- ально нового подхода. Особенно это актуально для промышленного и энергетического строи- тельства, где доля обще- строительных работ час- то составляет меньшую часть общей стоимости объектов. Анализ уровня строительных затрат при Рис. 34 - Влияние стадий проектирования и строитель- ства на стоимость и эксплуатацию зданий 98 возведении, эксплуатации и реконструкции объектов показывает, что на протя- жении их жизненного цикла доля затрат на строительство при проведении ре- конструкции, обусловленной внедрением новых производственных технологий с интервалом в 8 лет, может превысить стоимость нового строительства. Пери- од эксплуатации производственных зданий и сооружений составляет обычно от 40 до 50 лет, т.е. примерно от трёх до шести поколений оборудования, связан- ных с внедрением новых технологий. В жилищном и общественном строитель- стве, как правило, строк службы зданий существенно выше, но замена некото- рых строительных конструкций может быть обусловлена не физическим сро- ком их нормативной эксплуатации, а появлением новых возможностей вследст- вие технического развития. Например, в последние годы происходит широко- масштабная замена окон, внедряются навесные фасады и др. Не всегда это свя- зано с физическим износом конструкций, чаще доминируют соображения эсте- тического характера, «престиж фирмы» и т.д., т.е. определяющую роль в при- нятии технических решений или новых технологий начинает играть социаль- ный фактор. Учитывая вышеизложенное, при принятии проектных решений сегодня недостаточно ориентироваться только на экономические или технические пока- затели. Собственно, этот подход уже реализуется в практике. Например, все чаще производится экологическая экспертиза проектов. В связи с этим целесо- образно организацию проектирования строить с учетом следующих положений: - общее и расширенное рассмотрение проектных решений; - системная организация проекта; - ступенчатое проектирование; - разработка вариантов решений на различных этапах проектирования; - чёткое распределение целей и задач среди всех участников проекта; - интегрированная работа всех участников проекта между собой; - усмотрение и учёт возможности будущего развития общества, произ- водства, региона; 99 - учёт требований к сохранению маневренности строительной субстанции к развивающемуся производству; - проектирование всего жизненного цикла зданий и размещаемого в них оборудования (включая снос здания и утилизацию отходов). Перечисленные положения в принципе не являются новыми, и в той или иной форме всегда реализовывались в проектной практике. Современные усло- вия диктуют необходимость комплексного использования положений, подчи- няя их решению основной задачи – ресурсосбережению на всех этапах в соот- ветствии с концепцией устойчивого развития общества. 100 Литература 1. Приказ Минобрнауки от 18 января 2010 г. N 54, зарегистрирован в Мин- юст России 10 февраля 2010 г. N 16358 «Об утверждении и введении в действие федерального государственного образовательного стандарта высшего профес- сионального образования по направлению подготовки 270800 «Строительство» (квалификация (степень) «бакалавр»). 2. Федеральный государственный образовательный стандарт высшего про- фессионального образования по направлению подготовки 270800 «Строитель- ство» (квалификация (степень) «бакалавр»). 2010. 3. Постановление Правительства РФ от 30 июня 2012 г. N 670 «О Феде- ральном агентстве по строительству и жилищно-коммунальному хозяйству». 4. История строительной техники / под общ. ред. В.Ф. Иванова. – Л.-М., 1962. 5. Морозов В. В., Николаенко В. И. История инженерной деятельности. Харьков, 2007 6. Сыркин П.С. Шахтное и подземное строительство. Введение в специаль- ность. Часть 2. Основы строительного дела. - Новочеркасск, 2004. 7. Данилкин М. С., Мартыненко И. А., Страданченко С. Г. Основы строи- тельного производства. - Ростов-на-Дону: Феникс, 2010. - 384 с. 8. Сетков В. И., Сербин Е.П. Строительство. Введение в специальность. – М.: ИЦ «Академия», 2009 9. Колесов А.И., Лапшин А.А., Ковлягин А.М. История строительных наук: Учеб-ное пособие / Под общ. ред. А.И. Колесова. – Н.Новгород: Нижегород. гос. ар-хит.-строит. ун-т, 2003, 140с. 10. Морозов В.В., Николаенко В.И. История инженерной деятельности. Хар- ков: НТУ “ХПІ”, 2007. – 336 с. |