Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ существующих подходов к моделированию процессов развития города как сложной социально-экономической и технологической системы 17
1.1. Методологические подходы к анализу городской среды. Город как объект моделирования 17
1.2. Проблемы развития современного крупного города 20
1.3. Математические модели городских систем 27
1.3.1. Образование цен на землю 27
1.3.2. Модели городской территории (модели развития городов) 35
1.4. Выводы 44
ГЛАВА 2. Системный анализ города как сложного объекта управления 46
2.1. Использование принципов системного подхода к исследованию проблем развития города 46
2.2. Описание объекта моделирования 48
2.3. Управление городскими процессами и объектами 53
2.4. Городской бюджет 55
2.5. Жилищно-коммунальное хозяйство 57
2.6. Системные регуляторы в управлении развитием города 60
2.7. Выводы 62
ГЛАВА 3. Непрерывная и дискретная модели динамики возрастного распределения городской застройки 63
3.1 Непрерывная модель динамики возрастного распределения площади однотипной городской застройки 63
3.2. Исследование непрерывной модели динамики городской застройки 68
3.2.1. Стабильность возрастного распределения площади однотипной городской застройки 70
3.2.2. Прогнозируемость изменения возрастного распределения площади однотипной городской застройки 77
3.3. Дискретная модель динамики однотипной городской застройки 79
3.4. Численное моделирование динамики возрастного распределения площади городской застройки и исследование факторов, влияющих на указанную динамику 86
3.5. Выводы 95
ГЛАВА 4. Постановка и решение задач оптимизации градостроительной политики 97
4.1. Критерии оптимальности градостроительной политики 97
4.2. Общая постановка задачи оптимизации градостроительной политики для однотипной городской застройки 99
4.2.1. Ситуация дефицита площади городской застройки 100
4.2.2. Отсутствие дефицита площади городской застройки 101
4.3. Решение задачи оптимизации градостроительной политики 103
4.3.1. Методика аппроксимирующих функций 103
4.3.2. Аппроксимация функции полезности 111
4.4. Методика решения задачи оптимизации градостроительной политики 113
4.5. Сравнительный анализ существующей и оптимальной
градостроительных политик на примере г. Нижнего Новгорода 120
4.6. Выводы 125
Заключение ., 128
Библиография 129
Приложение 140
- Методологические подходы к анализу городской среды. Город как объект моделирования
- Управление городскими процессами и объектами
- Стабильность возрастного распределения площади однотипной городской застройки
- Отсутствие дефицита площади городской застройки
Введение к работе
Актуальность.
Регулирование городского развития является одной из актуальных, и в то же время, мало исследованных и трудно решаемых проблем. Многие перемены, произошедшие в последние годы в жизни городов, говорят о том, что научное осмысление новых реалий, а, тем более, вероятностных перспектив развития городов сегодня как никогда актуально.
Современный город представляет собой чрезвычайно сложную, разнообразную в своих проявлениях, динамично развивающуюся реальную систему. Основными структурными компонентами этой системы являются: селитебная зона, промзона, коммунально-складская зона, зона зеленых насаждений и зона отдыха. Пространственная связанность и временная согласованность существования городской системы обеспечивается разнообразными коммуникациями: транспортными магистралями, сетями водо-тепло-, газоснабжения, линиями передачи электроэнергии, линиями телефонной связи и т.д.
Очевидно, что жизнь такого сложного организма проявляется практически во всех сферах жизнедеятельности: физической, биологической, культурно-психологической, технологической, экономической, социальной, информационной. В современном городе протекает бесчисленное множество самых разнообразных процессов и явлений, оказывающих самое непосредственное влияние, на условия и качество жизни его обитателей. Строятся новые здания, реконструируются и разрушаются старые, прокладываются новые магистрали и приходят в упадок уже давно построенные.
Чем больше город, тем сложнее задачи управления его развития и тем больше вероятность проявления, кажущихся поначалу несущественными, ошибок выбора той или иной градостроительной политики. К таким ошибкам можно отнести застройку коттеджами общественно значимых зеленых зон;
5 проектирование домов без дворов и встроенных гаражей; возведение оздоровительных центров рядом с промзонами. Не менее опасны и экологические просчеты, к примеру, засыпка оврагов, обеспечивающих естественную аэрацию городского пространства.
Все это самым непосредственным образом сказывается на благополучии населения. Учитывая сложность, разнообразие и динамичность указанных процессов, а также ограниченность имеющихся в распоряжении города ресурсов, следует признать, что традиционные методы планирования и управления развитием крупного города в настоящее время становятся, по существу, весьма неэффективными. Недаром большинство крупнейших городов мира находится в ситуации глубокого системного кризиса. Единственно-возможным, с научной точки зрения, выходом из нее является внедрение современных информационных технологий, основанных на системном подходе и математическом моделировании. Новая градостроительная политика не может быть обоснованной без опоры на надежный научно-методический фундамент.
Анализ существующих источников информации по вопросам развития городов показывает, что одной из наиболее актуальных проблем в данной области является проблема разработки оптимальной градостроительной политики.
Существующие в настоящее время формальные модели городской системы, связаны, с одной стороны, с исследованием самых общих интегральных закономерностей его развития, что не позволяет использовать их непосредственно для выработки наиболее целесообразной политики управления, а с другой стороны, имеющиеся более конкретные модели (в частности, сетевые модели транспортных и иных потоков) носят настолько частный характер, что также не позволяют решить поставленной задачи. Вследствие этого, в последнее время возникла настоятельная необходимость совершенствования управления городским хозяйством за счет разработки и практического применения специализированных моделей и методик
оптимизации градостроительной политики на основе использования современных научных методов.
В связи со всем вышесказанным можно утверждать, что выбранная тема диссертационного исследования является актуальной.
Состояние и степень разработанности проблемы.
Большое внимание в научной литературе, посвященной системному анализу и моделированию процессов развития городских систем, уделяется изучению факторов, влияющих на социально-экономическое и технологическое развитие городов. Из авторов, посвятивших свои работы этому направлению, следует, прежде всего, выделить: Богатырева В.Р., Вильсона А. Дж, Гольца Г.А., Гутнова А. Э., Доксидиадиса К.А., Козловски И., Лычкину Н.Н., Ковалевского С.С., Кульба В.В., Мерлена П., Попкова Ю.С., Посохина М.В., Ресина В.И., Роджерса А., Форрестера Дж., Хаак X. О., Хорева Б.С., Шмульяна Б. А., Щурова Б.В. Важное место в их работах занимают вопросы разработки методов моделирования развития городских процессов.
Анализ научной литературы показывает, что в настоящее время существует проблема внедрения многих моделей, что обусловлено, в частности, большими трудностями, связанными со сбором данных; выявлением предпочтений горожан и т.п. Теоретические изъяны ряда гипотез сильно ограничивают область применения многих моделей.
Концепция развития города - это, в первую очередь, генеральный план развития города и инженерная разработка его подструктур. Однако, как показывает практика, традиционные методы по управлению городом оказываются явно несостоятельными в смысле долгосрочной перспективы. Современному городу требуется комплексная программа развития, концептуально жизнеспособная на достаточно больших интервалах времени.
Стратегической целью градостроительного развития любого региона является создание совокупных материально-пространственных условий, обеспечивающих экологическую безопасность и качество жизни, сохранение культурного наследия, а также устойчивость развития экономики. При
7 планировании развития города необходимо исходить из приоритета интересов людей, не забывая о долгосрочных интересах общества. Такие задачи управления городом, как правило, трудно формализуемы. Для решения задач городского планирования необходимо адекватное универсальное математическое описание элементов городской системы. К сожалению, в современной литературе должного внимания этим вопросам не уделяется.
Объект исследования.
Объектом исследования в диссертационной работе является город, как управляемая, сложная технологическая система.
Предмет исследования.
Предметом исследования являются возрастные распределения городской застройки и процессы, влияющие на их временную эволюцию.
Цель работы.
Основной целью настоящей работы является разработка формальных моделей и исследование динамики возрастных распределений городской застройки, а также разработка методик решения задачи определения оптимальной градостроительной политики.
Основные задачи работы.
Для достижения намеченных целей были поставлены и решены следующие основные задачи:
выполнен системный анализ городской среды;
проведен анализ характерных особенностей городской системы как объекта моделирования;
выполнен системный анализ проблем развития города, влияющих на качество жизни населения;
проведен анализ существующих формальных моделей городских систем;
разработаны модели динамики возрастного распределения городской застройки;
проведено численное моделирование динамики возрастного распределения площади городской застройки, а также исследование факторов, влияющих на указанную динамику;
разработана методика решения задачи оптимизации градостроительной политики.
Методы исследования.
Для решения поставленных задач использовались методы математического моделирования, теории принятия решений, теории возрастных течений.
Методологической основой диссертационной работы является системный анализ, центральной идеей которого является построение интегративной модели, учитывающей важнейшие факторы и взаимосвязи реальной системы.
Научная новизна.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1. выполнен системный анализ города как объекта управления,
позволивший выявить наиболее существенные, с точки зрения формирования
градостроительной политики, процессы;
разработаны непрерывная и дискретная модели динамики возрастного распределения однотипной городской застройки, учитывающие четыре наиболее важных технологических процесса, определяющих указанную динамику: капитальное строительство, содержание (обслуживание), реконструкцию и снос (разрушение) ветхого фонда;
исследованы условия прогнозируемое и стабильности возрастного распределения однотипной городской застройки;
на основе программной реализации дискретной модели выполнено численное моделирование эволюции возрастного распределения городской застройки в зависимости от выбранной градостроительной политики (принятого распределения средств годового консолидированного бюджета по статьям расходов) и существующих начальных условий;
5. разработана методика решения задачи оптимизации градостроительной
политики для двух наиболее характерных ситуаций: наличия дефицита в
площади городской застройки и его отсутствия;
6. проведено численное решение задачи оптимизации стратегического
управления, применительно к ситуации, характерной для города Н.Новгород.
Основные научные результаты, полученные лично и выносимые на защиту.
На защиту выносятся:
1. системный анализ проблем развития крупного города, влияющих на
качество жизни населения;
2. непрерывная и дискретная модели динамики возрастного распределения
городской застройки;
3. численное моделирование динамики возрастного распределения
площади городской застройки и исследование факторов, влияющих на
указанную динамику;
постановка и решение задачи оптимизации градостроительной политики в условиях наличия и отсутствия дефицита площади застройки;
методика решения задачи оптимизации градостроительной политики;
6. сравнительный анализ существующей и оптимальной
градостроительных политик на примере города Н.Новгорода.
Обоснованность и достоверность результатов. Обоснованность и достоверность результатов диссертационной работы обеспечена использованием в ней методологических идей системного подхода, теории возрастных течений и логически строгого аппарата математического моделирования сложных процессов и явлений.
Для повышения уровня достоверности результатов моделирования были проведены процедуры верификации, проверки адекватности, оценки устойчивости и чувствительности.
Практическая значимость полученных результатов.
Результаты диссертационной работы внедрены в научно-исследовательскую работу, выполненную по заданию Российской академии государственной службы при Президенте РФ по теме: «Модели и компьютерные программы анализа социально-экономической и социально-политической ситуации в регионе» в части системного анализа городской среды и решения задачи оптимизации градостроительной политики (2003г). Результаты диссертационной работы также используются при выполнении научно-исследовательской работы «Разработка стратегического плана социально-экономического развития Нижегородской области на период до 2015 года» по заказу Правительства Нижегородской области.
Кроме того, разработанные в диссертации модель и методика используются в настоящее время в учебном процессе ВВАГС при преподавании следующих дисциплин: «Разработка управленческих решений»; «Исследование социально-экономических и политических процессов», «Системный анализ и математические модели в управлении».
Разработанные модели динамики возрастных распределений городской застройки и методика решения задачи оптимизации градостроительной политики могут быть использованы в практике муниципального управления при разработке комплексных программ социально-экономического развития городов.
Апробация результатов работы.
Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на следующих научных конференциях:
X Международная научно-техническая конференция. Математические методы и информационные технологии в экономике, социологии и образовании, г. Пенза, 2002 г.;
Международная научно-практическая конференция. Инновационные технологии научных исследований социально-экономических процессов, г. Пенза, 2003 г.;
3. II Региональная молодежная научно-техническая конференция. Будущее технической науки Нижегородского региона, г. Нижний Новгород, 2003 г. Кроме того, результаты диссертационной работы заслушивались на
научном семинаре кафедры системного анализ и математики Волго-Вятской
академии государственной службы.
Публикации. Результаты работы опубликованы в 9 статьях и докладах, в которых отражено ее основное содержание.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Она содержит 139 страниц текста, 6 рисунков, 8 схем, 3 диаграммы, 12 графиков, приложение, библиографию.
Содержание работы.
Во введении дается общая характеристика работы, раскрываются актуальность, цель и основные задачи работы, ее научная новизна, практическая значимость полученных в ней результатов.
Первая глава: "Анализ существующих подходов к моделированию процессов развития города как сложной социально-экономической и технологической системы".
В главе приведен обзор отечественной и зарубежной литературы, посвященный системному подходу и математическому моделированию городских систем.
В данной главе рассмотрены наиболее важные принципы, которыми необходимо руководствоваться при моделировании городских систем. Раскрываются характерные особенности города как объекта моделирования. Выявлены основные проблемы развития крупных современных городов. Выполнен структурный анализ и описаны проблемные характеристики развития крупных городских поселений.
Помимо отмеченного, в первой главе показана большая важность математического моделирования для принятия управленческих решений, как на стратегическом, так и на тактическом уровнях. Представлены наиболее
12 известные модели, которые имели не только теоретическую, но и практическую ценность, В работе приведены модели городской территории (развития городов) Алонсо, Уинго, Мейера, Герберта и Стивенса, Дитера, Форрестера, Хилла.
Значительный интерес с точки зрения тактического и стратегического управления городом как сложной социально-экономической и технологической системой представляет математическая теория возрастных течений, описанная в работах А.Т. Надеева.
Использование данного подхода для моделирования динамики городской застройки требует введения специфических граничных условий и уравнений взаимосвязи параметров модели с переменными управления. Решению данной задачи, в частности, и посвящена настоящая работа.
В последнем параграфе первой главы анализируются недостатки существующих моделей, относящихся к рассматриваемой проблематике, которые не позволяют их в полной мере применять в практике управления сегодня.
Вторая глава: "Системный анализ города как сложного объекта управления" диссертационной работы посвящена описанию объекта моделирования.
В данной главе раскрыты принципы системного подхода к проблемам развития города, а также установлены причинно-следственные отношения между компонентами городской системы как объекта управления.
Во второй главе показано, что город является открытой системой, содержащей, с точки зрения стратегического управления, в своем составе четыре основные подсистемы: население, предприятия, жилой фонд и бюджет.
В данной главе подробно описано управление городскими процессами и объектами. Выделены три уровня принятия решений при управлении городом: верхний, средний и нижний.
Управление городом осуществляется через различные механизмы, такие как законодательство, бюджет и др. Для местных органов власти бюджет
13 является главным рычагом управления социально-экономическим и
технологическим развитием города, поэтому в данной главе дается более подробное рассмотрение городского бюджета, его доходной и расходной частей.
В заключительной части главы описываются главные регуляторы в управлении развитием города. В качестве главных регуляторов переменных управления в данной работе рассматриваются доли распределения средств местного консолидированного бюджета на жилой фонд по различным направлениям: на содержание (обслуживание) жилого фонда, на капитальное строительство, реконструкцию и снос.
Третья глава: "Непрерывная и дискретная модели динамики возрастного распределения городской застройки".
В третьей главе описываются непрерывная и дискретная модели динамики городской застройки. Кроме того, большое внимание в ней уделяется исследованию некоторых наиболее важных свойств, реализуемых непрерывной моделью, процессов. В частности, анализируется проблема прогнозируемости динамики изменения площади однородной городской застройки, и рассматривается вопрос о стабильности возрастного распределения площади однородной городской застройки.
На основе программной реализации дискретной модели было проведено численное моделирование динамики площади городской застройки с детализацией по степени износа по нескольким вариантам развития. Для наиболее точного исследования поведения модели, расчеты проводились как для малого (с населением от 12 до 50 тыс. чел.), так и для крупнейшего (с населением более 1 млн. чел.) города за достаточно большой период времени, равный сто лет. Выявлены важные закономерности возрастной динамики для некоторых типов городских поселений и видов городской застройки.
Четвертая глава "Постановка и решение задач оптимизации градостроительной политики".
14 Под градостроительной политикой в настоящее работе понимается
структура распределения консолидированного градостроительного годового бюджета по четырем основным статьям: капитальное строительство, содержание (обслуживание), реконструкция и снос. С системной точки зрения выбор конкретной политики означает фиксацию вектора переменных
управления С на планируемый отрезок исторического времени /.
Для выбора наиболее рациональной градостроительной политики были введены соответствующие критерии оптимальности:
1. Достижение максимальной обеспеченности населения жильем к концу
планируемого периода (тактическое планирование).
2. Достижение максимальной обеспеченности населения жильем в
перспективе (стратегическое планирование).
С точки зрения выбора критерия целесообразности для постановки задачи градостроительной политики выделены два наиболее важных класса практических ситуаций:
Ситуация дефицита площади городской застройки
Отсутствие дефицита площади городской застройки.
В условиях дефицита площади городской застройки основной целью рациональной градостроительной политики является обеспечение максимального прироста общей площади городской застройки и, следовательно, достижение максимальной обеспеченности населения жильем к концу заданного планового периода времени.
В условиях отсутствия дефицита основной целью градостроительной политики является увеличение общего числа качественной площади городской застройки.
В данной главе приводятся общие постановки задачи оптимизации градостроительной политики для однотипной застройки, применительно к дискретной системе.
Предложено несколько возможных подходов к решению задачи определения оптимальной градостроительной политики и разработана методика их реализации.
Проведено численное решение задачи оптимизации стратегического управления, применительно к ситуации, характерной для города Н.Новгород. Полученные решения показали достаточно высокую эффективность предложенной методики.
Публикации.
Основное содержание диссертации отражено в следующих публикациях:
А.Т. Надеев, Д.В. Данилов. Модель динамики городской застройки.// Системный анализ и моделирование социально-экономических процессов/ Сб. статей под общей редакцией д.т.н., профессора А.Т. Надеева, вып.1 -Н.Новгород: изд-во ВВАГС, 2001. - с.33-39.
Д.В. Данилов. Проблемы развития современного города.// Системный анализ и моделирование социально-экономических процессов/ Сб, статей под общей редакцией д.т.н., профессора А.Т. Надеева, вып.2 - Н.Новгород: изд-во ВВАГС, 2002. - с. 27-33.
А.Т Надеев, Д.В. Данилов. О прогнозируемое динамики однородной по качеству и назначению городской застройки, // Системный анализ и моделирование социально-экономических процессов/ Сб. статей под общей редакцией д.т.н., профессора А.Т. Надеева, вып.2 - Н.Новгород: изд-во ВВАГС, 2002. - с. 34-38.
А.Т Надеев, Д.В. Данилов. Исследование стабильности возрастного распределения однородной по качеству и назначению городской застройки.// Системный анализ и моделирование социально-экономических процессов/ Сб. статей под общей редакцией д.т.н., профессора А.Т. Надеева, вып.2 -Н.Новгород: изд-во ВВАГС, 2002. - с. 39-49.
5. А.Т. Надеев, Д.В. Данилов. Постановка задачи оптимального
управления.// X Международная научно-техническая конференция.
Математические методы и информационные технологии в экономике,
социологии и образовании. Сборник статей под редакцией В.И. Левина. -г.Пенза: изд-во ПДЗ, 2002. - с. 83-86.
А.Т. Надеев, Д.В. Данилов. Алгоритм оптимизации градостроительной политики на основе модели динамики городской застройки.// Международная научно-практическая конференция. Инновационные технологии научных исследований социально-экономических процессов. Сборник статей под редакцией В.П. Линьковой. - г. Пенза: изд-во ПДЗ, 2003. - с. 143-145.
Д.В. Данилов. О решении задачи оптимизации управления социально-экономическим развитием территорий.// II Региональная молодежная научно-техническая конференция. Будущее технической науки Нижегородского региона. Сборник тезисов. - г. Нижний Новгород, 2003г. - с. 219.
Ь.Д.В. Данилов. "О модели управления развитием городской застройки" // Системный анализ и моделирование социально-экономических процессов/ Сб. статей под общей редакцией д.т.н., профессора А.Т. Надеева, вып.З -Н.Новгород: изд-во ВВАГС, 2003. - с. 32-37.
9. А.Т.Надеєв, Д.В. Данилов. "Дискретная модель динамики однородной
городской застройки" // Системный анализ и моделирование социально-
экономических процессов/ Сб. статей под общей редакцией д.т.н., профессора
А.Т. Надеева, вып.З - Н.Новгород: изд-во ВВАГС, 2003. - с. 38-45.
10. Д.В. Данилов. Критерии оптимальности градостроительной
политики.// III Региональная молодежная научно-техническая конференция.
Будущее технической науки Нижегородского региона. Сборник тезисов. -
г.Нижний Новгород, 2004. (в печати)
11. Д.В. Данилов. Численное моделирование динамики городской застройки.// Сборник "Ученые записки ВВАГС" - г. Нижний Новгород: изд-во ВВАГС, 2004г. (в печати)
Методологические подходы к анализу городской среды. Город как объект моделирования
В современных условиях социально-экономическое развитие городов является важной стратегической составляющей муниципального управления, наряду с административно-правовым регулированием и бюджетной (финансовой и инвестиционной) политикой. На практике разработка стратегии социально-экономического развития связана с составлением долгосрочного (15 лет) и краткосрочного (5 лет) плана развития городской территории.[59].
Выработка стратегии социально-экономического развития, принятие решений на уровне муниципального управления предполагает информационно-аналитическую поддержку муниципальных органов власти и хозяйствующих субъектов территории - создание информационной системы принятия решений, центральной составляющей которой является моделирование городских систем.
Анализ и моделирование городских систем необходимо выполнять с учетом следующих характерных особенностей: 1. Город должен рассматриваться как сложная слабоструктурированная система, методологией исследования которой является системный анализ, со всеми вытекающими из этого последствиями: наличие большого количества сложных взаимосвязанных причинно-следственных связей между факторами, рассматриваемыми в описании сложной системы, результат действия которых не всегда очевиден при принятии решений, необходимость исследования стохастических систем в условиях неопределенности, неоднозначности. 2. Город, прежде всего, технологическая система, поскольку основные процессы, обеспечивающие его существование, лежат в технологической сфере. 3. Город должен рассматриваться как экономическая система, поскольку управляющие воздействия, определяющие его развитие как единого целого, носят экономический характер. 4. Город - социальная система, поэтому в ней доминируют и учитываются природные и психологические (связанные с интересами людей и др.) факторы. При принятии решений необходимо учитывать долгосрочные интересы общества. Развитие города должно, в первую очередь, обеспечивать условия воспроизводства человеческой жизни и личности. 5. Город - динамическая система, Необходимо изучать динамику развития системы, проводить анализ процессов роста, с учетом общего жизненного цикла города и его частей (население, предприятия, жилой фонд и др.). 6. Город является саморегулирующей (самоуправляющей) системой. Управление должно идти через внутриорганизационные процессы саморегулирования и основываться на изменении законов и методов внутреннего управления. На слабость административных мер, неэффективность целевого финансирования и других административных программ, не связанных с приведением в действие экономических регуляторов, указывал еще Форрестер. Непродуманные социальные программы могут привести к сдвигам, нарушениям баланса. Условием нормального развития в системе является поддержание экономического равновесия, баланса ресурсов в системе, 7. При управлении городом часто возникает конфликт между целями долгосрочного планирования и краткосрочными решениями. Хорошие условия жизни в ближайшие годы могут стать причиной упадка в долгосрочной перспективе. Поэтому наиболее желательным является такое решение, которое способствует устойчивому росту благосостояния населения в краткосрочной и долгосрочной перспективе. 8. Город - целенаправленная и многоцелевая система, имеющая неоднородные внутренние и внешние цели, самостоятельные подцели отдельных подсистем, систему показателей измерения целей, многообразные стратегии их достижения и т.д. При выборе того или иного варианта развития приходится формировать согласованное решение, позволяющее находить компромисс между городскими и общегосударственными целями, с одной стороны, и целями отдельных предприятий и хозяйственных субъектов, с другой стороны. [61] Методологической основой моделирования социально-экономического развития города является системный анализ, центральной процедурой которого является построение обобщенной (единой) модели объекта, отражающей важнейшие факторы и взаимосвязи реальной системы. На практике это связано с созданием иерархического комплекса моделей с развитыми динамическими и информационными связями между моделями всех уровней. Город, как объект моделирования имеет следующие особенности: 1. отсутствие общей теории развития города; 2. проблемы управления городов являются слабоструктурированными, что обусловлено качественным характером знаний о системе, большую часть которых составляют экспертные оценки, используемые при описании, структуризации объекта моделирования и постановке задачи управления городом; 3- высокий уровень неопределенности исходной информации. Различают внутреннюю и внешнюю неопределенности. Внутренняя неопределенность — это совокупность тех факторов, которые не контролируются лицом, принимающим решение полностью, но он может оказывать на них влияние (например, внутренняя социально экономическая обстановка, факторы риска и др.). Внешняя неопределенность определяется характером взаимодействия с внешней средой - это те факторы, которые находятся под слабым контролем лица принимающего решение (экологическая, демографическая, внешнеполитическая ситуация и т.п.). Исследуемая городская система имеет сложную внутреннюю структуру, в состав которой могут входить подсистемы: население, производство, непроизводственная сфера, экология, территория, бюджет (финансы), внешняя экономическая сфера. Город характеризуется иерархичностью управления и активностью отдельных ее подсистем, взаимодействие элементов в рамках которой рассматривается с учетом характера воздействий внешней среды на внутреннюю структуру. [84]
Значительный интерес с точки зрения тактического и стратегического управления городом как сложной социально-экономической и технологической системой представляет математическая теория возрастных течений, описанная в работах А.Т. Надеева [64-66].
Ее суть заключается в установлении взаимосвязи между состоянием системы и ее собственным времени жизни, олицетворяющим возраст этой системы. Состояние системы, определяющее эффективность ее функционирования может меняться с различной скоростью относительно физического (исторического) времени. Если подобных систем много, то эволюция распределения их численности по возрастам может быть описана с помощью уравнений возрастного течения, имеющего ясное физически содержательное толкование.
Управление городскими процессами и объектами
Градостроительная политика - это деятельность государственных органов республиканского и местного управления, целями которой являются создание благоприятной среды жизнедеятельности населения городов и сельских населенных пунктов посредством рациональной планировки, застройки, благоустройства территорий, развитие социальной, производственной и транспортной инфраструктуры, стимулирование бережного природопользования, а также сохранение историко-культурного наследия [96]. Градостроительное проектирование требует умения принять решения в условиях неполной ресурс обеспеченности, концентрировать усилия и средства на самых главных направлениях, сочетать достижение стратегических целей с удовлетворением первоочередных потребностей. Это умение, однако, позволяет непрерывно взвешивать трудно сопоставимые факторы и тем самым дополнительно осложняет целенаправленный поиск решений.
Управление городом осуществляется местными (муниципальными) органами власти, которые не входят в систему органов государственной власти[84]. Местное самоуправление — обязательный компонент демократического государственного строя, принципы которого закреплены в Конституции РФ и в федеральных законах. Оно осуществляется самим населением через свободно избранные им представительные и исполнительные органы, которые наделяются определенными имущественными и финансово-бюджетными правами.
Традиционно выделяют три уровня принятия решений при управлении городом: верхний, средний и нижний. На верхнем уровне осуществляется макромоделирование социально-экономического развития города и формирование стратегии его развития. Разработка стратегии осуществляется органами местной власти. На стратегическом уровне определяется общий генеральный план развития города, утверждаются стратегические положения и законы, служащие основой для разработки тактик управления. Принимаемые решения касаются всего города.
На среднем уровне происходит выработка конкретных управленческих решений по экономическому регулированию рынка. На тактическом уровне управления принимаются решения, касаемые определенных сфер человеческой жизни. Решения принимаются в рамках утвержденной стратегии развития города и при согласовании с другими подразделениями администрации. Часто органы власти на этом уровне организованы в Комитеты, заведующие определенным комплексом вопросов. Принимаемые решения касаются многих объектов управления или отдельных объектов, имеющих общегородское значение.
Нижний уровень - информационный, на который стекается информация из районов, органов управления, комитетов, из административно-хозяйственных служб. На низовом уровне управления происходит учет информации о конкретных объектах управления, формируется статистическая отчетность для верхних уровней управления. Принимаемые решения касаются конкретных объектов управления. [14]
Задача органов местного самоуправления — рационально распоряжаться имеющимися ресурсами и объектами управления с целью удовлетворения потребностей населения и повышения их жизненного уровня. Поэтому необходимо пояснить, какими объектами могут управлять местные органы власти. В городе можно выделить следующие объекты управления: 1. Население 2. Фонды территории 3. Инфраструктура 4. Субъекты деловой активности 5. Источники бюджета и финансов К населению относятся постоянно проживающие на данной территории граждане, жители близлежащих районов, а также приезжие. К фондам территории относится сама территория, природные ресурсы, здания и сооружения, жилой фонд и другие виды ресурсов. К инфраструктуре относятся транспортная сеть, дороги, инженерные коммуникации, водопроводно-канализационное хозяйство, топливно-энергетическое хозяйство, теплосети, а также здания и сооружения, входящие в их состав. Кроме того, сюда относятся объекты социальной инфраструктуры — образования, здравоохранения, культуры и спорта и т.д. К субъектам деловой активности относятся коммерческие юридические лица, частные предприниматели, муниципальные и государственные предприятия и организации. К источникам бюджета и финансов относятся предприятия, население, земля, здания и другие объекты и явления, пополняющие местный бюджет. Управление городом осуществляется через различные механизмы, такие как законодательство, бюджет и др. Для местных органов власти бюджет является главным механизмом управления социально-экономическим развитием города, поэтому целесообразно более подробное рассмотрение бюджетных отношений.[59].
Стабильность возрастного распределения площади однотипной городской застройки
Расчеты показывают, что при существующем объеме выделяемых средств (рис. 3.4.1.) наблюдается постоянный рост доли среднего и старого фонда застройки. Первоначальное увеличение доли новой застройки сменяется ее последующим сокращением. Наблюдается увеличение общей площади застройки и, следовательно, обеспеченности населения жильем. Отсюда следует вывод о том, что такой объем бюджетных средств, выделяемых на капитальное строительство и жилищно-коммунальное хозяйство малого города, вполне достаточен для благоприятного развития общего фонда городской застройки в целом.
На рисунке 3.4.2. представлена динамика общей площади застройки с детализацией по степени износа (в тыс.м ) характерная для малого города. В данном случае рассматривалась застройка деревянного типа, скорость износа которой значительно выше, по сравнению с остальными типами застройки (кирпичной, бетонной, железобетонной и т.п.). Поэтому в данном случае были приняты соответствующие коэффициенты, учитывающие качество обслуживания и эксплуатации здания: Л, =30, А2=50, Аъ=\00; Т} =3, Т2=6, Т3=\0. Расчет показал что, динамика изменения общей площади застройки каждой из категорий, по сравнению с рисунком 3.4.1, сохраняется, однако, она имеет более выраженный характер. На рисунке 3.4.3. представлена динамика общей площади застройки с детализацией по степени износа (в тыс.м ) характерная для старого города, в котором преобладает старый и средней жилой фонд и практически полностью отсутствует новая застройка. Очевидно, что в этом случае, наряду с увеличением средств на новое строительство, резко возрастают расходы на обслуживание (эксплуатацию), реконструкцию (капитальный ремонт) и снос старого фонда застройки. Моделирование динамики застройки малого старого города показало, что в данном случае происходит постепенное увеличение площади застройки старой категории, а первоначальный рост площади новой и средней застройки сменяется его последующем уменьшением.
Очевидно, что модель наиболее чувствительна к изменению факторов: «Доля расходования средств, направляемых на капитальное строительство», «Доля расходования средств, направляемых на содержание (обслуживание) жилого фонда», «Доля расходования средств, направляемых на реконструкцию жилого фонда» и «Доля расходования средств, направляемых на снос жилого фонда». Эти факторы являются доминирующими, и для исследования динамики городской застройки в модели в первую очередь мы варьируем именно эти факторы.
Для этого мы исследовали поведение модели в тех случаях, когда отсутствуют один или несколько из перечисленных выше факторов при сохранении общего объема выделяемых средств. При отсутствии средств на капитальное строительство (рис. 3.4.4.) наблюдается значительное сокращение доли старой и средней застройки. При этом сохраняется тенденция небольшого увеличения площади новой застройки. Однако, этот рост явно недостаточен для увеличения общей площади городской застройки в целом. При данном распределении средств обеспеченность населения жильем окажется на крайне низком уровне.
При отсутствии средств, выделяемых на реконструкцию и снос (рис.3.4.5), динамика общей площади застройки каждой из категорий, по сравнению с графиками (рис. 3.4.1 и рис. 3.4.4), существенно не изменилась, что, в общем-то, характерно для малого города.
При отсутствии средств на обслуживание (рис. 3.4.6.) наблюдается резкое сокращение общей площади застройки всех категорий, и, следовательно, резкое сокращение обеспеченности населения жильем. Примерно через тридцать лет происходит стабилизация всех указанных процессов. С целью нахождения адекватного объяснения взаимосвязи динамики площади застройки с объемом выделяемых средств был проведен аналогичный расчет для крупнейшего города на примере Нижнего Новгорода. Результаты этих исследований представлены ниже на рисунках 3.4.7 - 3.4.12.
Отсутствие дефицита площади городской застройки
Исследование показали, что при существующем объеме выделяемых средств, характерном для города Нижний Новгород, (рис. 3.4.7.) наблюдается уменьшение доли нового и среднего фонда застройки. Первоначальное увеличение площади старой застройки сопровождается ее последующим уменьшением. Наблюдается сокращение общей площади застройки и, следовательно, обеспеченности населения жильем. Очевидно, что данный объем выделенных средств не соответствует тому объему, который обеспечивал бы постоянное увеличение общей площади городской застройки. Необходимо также отметить, что возрастная структура городской застройки стабилизируется с течением времени.
На рисунке 3.4.8. представлена динамика общей площади застройки (деревянного типа) с детализацией по степени износа (в тыс.м ), характерная для крупнейшего города. Расчет показал, что для крупнейшего города эти процессы имеют более выраженный характер по сравнению с рисунком 3.4.7.
При отсутствии средств на капитальное строительство (рис. 3.4.9), а также при отсутствии средств, выделяемых на реконструкцию и снос (рис.3.4.10) динамика площади городской застройки, по сравнению с рисункомЗ.4.7., существенно не изменилась, поскольку для крупнейшего города такие незначительные колебания не столь заметны на фоне всей общей площади застройки.
Общая площадь застройки крупнейшего города при отсутствии средств на обслуживание (рис. 3.4.11.) заметно сокращается. Небольшой первоначальный рост площади старой застройки сменяется значительным ее уменьшением. Примерно через 40-50 лет все указанные процессы полностью стабилизируются, и окажутся на крайне низком уровне по сравнению с первоначальными показателями.
На следующем графике (рис. 3.4.12.) представлена общая площадь застройки всех категорий (в тыс.м ), которая соответствует текущему объему выделяемых средств. Как видно из графика, текущий объем средств соответствует общей площади равной -15000 тыс. м2, что намного меньше общей площади застройки существующей в настоящее время (23800 тыс. м2).
Как видно из приведенных выше графиков, дискретная модель динамики однотипной городской застройки позволяет получить достоверную информацию о динамике основных процессов развития города. Эта информация может быть для более подробного анализа, для принятия обоснованных решений при разработке комплексных программ развития города. 1. Как показывает проведенное исследование, динамика возрастного распределения площади однотипной городской застройки в общем случае может быть описана интегро-дифференциальным уравнением, параметрами которого являются скорость износа, темпы сноса и реконструкции. Общая динамическая модель включает в себя также в качестве граничного условия темп капитального строительства. 2. Установлено, что при выполнении некоторых не очень жестких условий относительно процессов катастрофического износа и реконструкции интегро-дифференциальная модель динамики городской застройки переходит в классическую модель возрастного течения [64]. Параметры последней представляются в виде некоторых функций от объемов средств консолидированного бюджета, выделяемых на реализацию соответствующих процессов. 3. Аналитические исследования непрерывной модели городской динамики (модели возрастных течений) показывают, что получаемые в ее рамках решения обладают свойствами прогнозируемости и устойчивости. Последнее обстоятельство является чрезвычайно важным с точки зрения реализации процесса управления городской системой. 4. В силу того, что статистика по возрастным распределениям городской застройки, как правило, накапливается по трем основным категориям: новая застройка, средняя (сохраняемый фонд) и старая (ветхий фонд), то путем объединения непрерывной модели по указанным возрастным категориям была разработана соответствующая дискретная модель городской динамики. 5. Численное моделирование в рамках дискретной модели подтвердило полученные ранее выводы о прогнозируемости поведения возрастного распределения. Кроме того, обнаружено, что характер переходного процесса в значительной степени зависит от сбалансированности распределения средств по статьям консолидированного бюджета, его общего объема и начальных условий (начального состояния городской застройки). Под градостроительной политикой в настоящее работе понимается структура распределения консолидированного градостроительного годового бюджета по четырем основным статьям: капитальное строительство, содержание (обслуживание), реконструкция и снос. С системной точки зрения выбор конкретной политики означает фиксацию вектора переменных управления С на планируемый отрезок исторического времени /.
