Введение к работе
Актуальность исследования.
Б связи с экологическим кризисом конца XX века проблемы храны окружающей среды приобретают все большее значение в архи-эктуре и градостроительстве. Экологическое состояние крупных и рупнеиших городов, где степень загрязнения окружающей среды поч-і повсеместно превышает пределы допустимых концентраций вредных сбросов, вызывает особенную тревогу. Бред, причиняемый человеку ^следствиями промышленного производства - химикатами, радиацией, гманом и вибрацией вызывает физический дискомфорт , а это связа-) со скачкообразным ростом числа заболеваний сердца и нарушения ювообращения. Исследования показали, что в развитых промышлен-ix странах 50$ смертных случаев происходит от подобных заболева-ій. По данным международных экспертов, к 2000 году загрязненность :ружающей среды может вырасти в 6-10 раз по сравнению с сущест-тощей.
Уникальность среды обитания исключает возможность активного сперимента с нею, поэтому для нормирования ее экологических честв имеет большое значение построение и использование соот-тствующих прогностических математических моделей. Системы обес-чения оптимальных характеристик среды зачастую выдвигают проти-речивые требования, достижение общей цели, некоего глобального гимума возможно не всегда и лишь на основе комбинаторного ком-эмисса. Успех может быть достигнут только тогда, когда объект эектирования или реконструкции будет рассматриваться как эле-іт окружающей среды, когда будут учтены его прямые и обратные ізи со средой и обеспечен необходимый баланс комфортности как ї человека, так и для городской среды, т.е. осуществлен "эколо-іеский подход" к данному объекту.
Новые разработки в области исследования и проектирования юдской среды у нас в стране и за рубежом используют богатый
накопленный опыт анализа отдельных показателей и характеристик
1 о
среды , их визуализации с помощью средств компьютерной графики*.
Хотя вопросы описания отдельных факторов среды вполне убедительны, но недостаточно изучены вопросы адекватного синтеза городской среды в целом. К тому же, экологические нормы и критерии трудно реализуемы в процессе проектирования, т.к.: 1/ недостаточно разработана система норм и критериев, которые надо обеспечить в проекте; 2/ некоторые экологические критерии вообще не учитываются и исследования по их анализу не проводятся; 3/ считается, что градостроительными средствами нельзя улучшить экологическую обстановку в городе; 4/ отсюда не существует практического механизма использования экологических критериев на всех стадиях проектирования, и недостаточен экологический контроль за качеством проекта.
В связи с этим предлагается разработать систему градостроительных средств регулирования экологического состояния городской среды, прогнозируемых с помощью математической модели.
Цель исследования. Выявить принципы экологического анализа индустриальных ландшафтов в городской среде и разработать метод проектирования и восстановления оптимальных средовых показателей в условиях активного антропогенного влияния промышленности в крупном и крупнейшем городе с помощью математической модели.
Задачи исследования:
- определить сущность градоэкологического подхода к формированию
индустриальных ландшафтов;
- выявить теоретическую основу градоэкологического мониторинга0,
работы Ю.А.Израэля, В.В.Пененко, А.ЇЇ.Алояна, Ф.Я.Ровинского, М.В.Гальперина и др. /СССР/, В.Хассельблат /США/, С.Ринальди и д работы С.Руфф, Д.Кокс, Э.ван Дэма, С. Уолфрема /США/ и др. 3 МОНИТОРИНГ - от лат. монитор /напоминающий, контролирующий/ -система повторных наблюдений, оценки и прогноза состояния окружающей среды под влиянием человека.
определить его цель, задачи, типы и категории, принципы описания градоэкологического мониторинга предприятия и его окружения;
выявить градостроительные условия и экологические факторы для объекта исследования - исторически сложившихся металлургических предприятий на Урале;
обобщить методы моделирования и прогнозирования экологических качеств среды и выявить наиболее предпочтительные для градостроительной модели оптимизации состояния среды;
разработать прогностическую модель оптимизации экологических качеств производственной и окружающей ее городской среды?
выработать обобщенный критерий оптимизации экологического состояния городской среды для моделирования;
разработать систему градостроительных средств регулирования состояния производственной и окружающей ее городской среды;
предложить методику проектирования и реконструкции индустриальных ландшафтов с помощью градоэкологического мониторинга среды;
- предложить систему организации и инструментальные средства для
локального, общегородского и регионального мониторинга.
Объект исследования. В качестве объекта исследовались эколо-ические качества среды промышленного предприятия с классом вред-гости 1 /по СНиП 245-7S/ и его окружения в центре крупнейших и рунных городов на Трале. Эти предприятия, сложившиеся,большей астью в ХУ111 веке в качестве "замкового камня" планировки ураль-ких городов-заводов1, находятся в центрах городов и являются амими сильными очагами распостранения производственных вреднос-ей на общегородские центры и жилую среду города.
градостроительным анализом уральских городов занималось много архитекторов - Н.С.Алферов, Н.Н.Ляпцев, А.А.Стариков, Г.С.Заи-кин, А.А.Барабанов, Р.М.Лотарева, В.И.Вершинин и др.; все они отмечают, что для уральских городов характерен определенный тип производственно-селитебного образования - "город-завод".
_ 4 —
Предмет исследования. Градоэкологический мониторинг индустриального ландшафта в центре крупнейшего уральского города на основе математической модели.
Границы исследования. Экологические качества городской среды рассматривались, в зависимости от градостроительных средств; административно-правовые, биоинженерные и технологические аспекты мониторинга не разрабатывались. При моделировании не учитывался психо-физиологический комфорт человека, визуальный, социальны: и культурный мониторинг.
Методы исследования:
самоорганизации и синергетики при представлении общей картины протекающих в среде процессов^-;
охраны окружающей среды для обобщения экспериментальных данных,
нормализации функциональных зависимостей и разработки принципої
моделирования ;
системологии при автоматизации решения системных задач0;
экспериментальных измерений и диагностики качества компонентов среды архитектурной климатологии, метеорологии и мониторинга1*;
дискретной оптимизации и прогнозирования при формулировке математической модели5;
описаны И.Пригожиным, С.П.Курдюмовым, Г.Р.Ивашцким и др.
работы В.И.Вернадского, В.Д.Казначеева, С.С.Шварца, К.Грегори,
Ж.Детри, Ж.дорста, Дж.Марша, Ю.Одума, П.Г.Олдака и др.
разрабатывались А.А.Богдановым, Л.Ф.Берталанфи, Н.Винером, Дж. Форрестером, У.Р.Эшби, Дж.Н.Гигом, Дж.Клиром и др.
работы З.К.Блинкова, Н.В.Оболенского, С.В.Ьоколея, В.М.Пивкина, Ф.Л.Серебровского по архитектурно-строительной климатологии; И.Э.Реттера, Б.Г.Пруткова по акустике; Б.Г.Шелейховского, І.І.И. Еудыко, ІІ.Е.Берлянд, Э.ш.Ьезуглой, Ф.Я.Ровинского, Ю.А.Израэля в области мониторнга окружающей среды и мониторинга загрязнение
А.НЛихонов, А.А.Самарский, Я.И.Артоболевский, В.М.Глушков и nj
современных информационных технологий для сбора, обработки, хра-нения и представления данных градоэкологического мониторинга . Теоретической базой исследования стали работы по: "средовому
щходу" в градостроительном проектировании , промышленной эколо-ш , урбоэкологии , ландшафтоведению , математическому моделиро-шию и автоматизации проектирования градостроительных объектов , іделированию и оптимизации отдельных факторов городской среды .
Научная новизна исследования. В диссертации разработан градо-:ологический подход к проектированию и реконструкции индустриаль-к ландшафтов, который заключается : в принципе активного освоения неразрывного проектирования как среды предприятия, так и его бли-Дшего окружения; в принципе анализа и проектирования среды с мощью градоэкологического мониторинга. Сформулированы основы адоэкологического мониторинга: его цель, задачи, основные прин-пы, типы и категории. Разработана комплексная оптимизационная дель локального объекта градоэкологического мониторинга - среды едприятия и его окружения в городе.
описаны П.Дк.Деннингом и Р.Б.Брауном, Н.Виртом, К.Парком, М.Леском, А.ван Дэмом, Ж.-Л.Лорьером, А.З.Спектором, Д.Леннатом и др.
А.Г.Раппапорт, В.Л.Глазычев, А.Э.Гутнов, О.Н.Яницкий, З.Н.Яргина
В.А.Красильников, В.А.Новиков, Ю.П.Бочаров, Н.Н.Ким, О.С.Бутаев, Г.И.Полторак, Ю.Н.Хромец, К.М.Яковлевас-йІатецкис, ivi.Н.Болотова
З.В.Владимиров, Е.М.Микулина, А.Г.Большаков, С.Б.Чистякова, І.В.Лазарева и др.
3.А.Николаевская,. А.П.Вергунов, Дж.Саймондс, Л.Б.Лунц, Д.Л.Арманд, Бауэр Л. и Вайничке X., Залесская Л.С, А.В.Сычева и др.
Л.Н.Авдотьин, Э.П.Грирорьев, Е.П.Костогарова, В.С.Нагинская, Г.И.Лаврик, И.С.Рафалович, И.Д.Анаков, Д.Н.Яблонский и др.
С.В.Зоколей, Б.Г.Шелейховский, И.А.Реттер, Ф.Л.Серебровский, В.В.Пененко, А.Е.Алоян, к т.Прутков и др.
Практическая ценность работы заключается в переориентации процесса проектирования промышленных объектов в городе на использование градоэкологического подхода и новых информационных технологий и интеграции научных данных в процесс творчества архитек тора-градостроителя. Актуален данный методический аппарат для решения конкретных прикладных задач в сложных экологических ситуаци ях, возможно его применение для экологической экспертизы проекта. Модель экологического качества любого пространства или локального участка среды может применяться в рамках соответствующего раздела ТЭО, проекта генерального плана или проекта детальной планировки градостроительных объектов. Результаты исследования могут служить практическим материалом для дисциплины "Охрана окружающей среды", для создания подсистемы учебно-исследовательской САПР в программе вузовской подготовки архитекторов.
Предмет зашиты составляют:
положения научно-методического подхода к построению информационной технологии градоэкологического мониторинга;
теоретические основы градоэкологического мониторинга;
математическая модель локального градоэкологического мониторинг среды предприятия и его окружения.
Апробация и внедрение результатов исследования. Основные положения диссертации докладывались на научно-практических конференциях СвердАрхИ /1985, 1990гг./, областной научно-технической конференции "Автоматизация, проектных и конструкторских работ" /1985г./, конференциях молодых математиков УНЦ АН СССР /1986,1987 гг./, У научно-практической конференции молодых ученых ЦНИИПпром-зданий,/1986г./, на конференции "Формирование архитектуры производственной среды при реконструкции промышленных предприятий" /1986г./, научно-технической конференции "Защита окружающей среда и промышленных зданий от агрессивных промышленных выбросов"/19871
Некоторые положения и выводы исследования иепользованы в на-іно-исследовательском отчете Уралпромстройннипроекта "Провести ^следования и выявить предпосылки математического моделирования шологических структур предприятий тяжелой промышленности /шифр эмы 87-1-85/ и научно-исследовательском отчете того же института Іровести исследования и разработать методику оптимизации архитек-грных решений производственных комплексов на основе математичес-)Г0 моделирования" / Гос. per. і 01860105361/.
Структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех іав, заключения, библиографии и графической части на 39 планшетах.