Основы экологической безопасности производственных объектов в условиях городской среды с позиции биосферосовместимости

ФГБОУ ВПО «Госуниверситет-УНПК»

Архитектурно-строительный институт

1. 1. На правах рукописи

ПОЗДНЯКОВ Андрей Леонидович

ОСНОВЫ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ОБЪЕКТОВ В УСЛОВИЯХ ГОРОДСКОЙ СРЕДЫ С ПОЗИЦИИ БИОСФЕРОСОВМЕСТИМОСТИ

2. Специальность 05.23.19 – Экологическая безопасность строительства
3. и городского хозяйства

6. А В Т О Р Е Ф Е Р А Т

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Орел 2011

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Государственный университет- учебно-научно-производственный комплекс» на кафедре «Городское строительство и хозяйство» Архитектурно-строительного института

Научный руководитель:	доктор архитектуры, почетный академик РААСН Алексашина Виктория Васильевна
Официальные оппоненты:	Заслуженный геолог РФ, доктор технических наук, профессор Потапов Александр Дмитриевич
	доктор технических наук, доцент Ежов Владимир Сергеевич
Ведущая организация:	Научно-исследовательский институт строительной физики РААСН

Защита состоится 19 декабря 2011 г. в 14.00 часов на заседании Диссертационного совета Д 212.182.09 при ФГБОУ ВПО «Госуниверситет-УНПК» по адресу: 302030, г. Орел, Московская улица, д. 77, ауд. 426 (4 этаж).

Отзывы на автореферат высылать по адресу: 302020, г. Орел, Наугорское шоссе, д. 29, Госуниверситет-УНПК, Уч. секретарю дис. совета Д212.182.09

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке при ФГБОУ ВПО «Госуниверситет-УНПК».

Автореферат разослан «17» ноября 2011 г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования.

В течение последних лет Российская академия архитектуры и строительных наук (РААСН) проводит фундаментальные исследования по созданию междисциплинарных технологий в области архитектурно-строительной деятельности под общим названием «Биосферосовместимые города и развитие человека». К пониманию безрассудности уничтожения жизненных источников (воздух, вода, энергия и т.п.), запасенных древними биосферами, и к осознанию конечности ее запасов пришли не только ученые. Сегодня эта проблема приобретает глобальные масштабы, затрагивающие все основные сферы деятельности человека. Речь идет не только об архитектуре и градостроительстве, но и о жизнедеятельности в поселениях, городах и мегаполисах, т.е. о функционировании производительной и управляющих сфер и о развитии человека во всех отношениях.

Если посмотреть на современные карты загрязнений, то несложно видеть, что источником загрязнений являются крупные города, имеющие развитую промышленную структуру на их территориях. Города, как носители цивилизации, приобретают превалирующую функцию – разрушителей цивилизации, поскольку уничтожают Природу, а вместе с ней и собственное население. В России города концентрируют в себе 76% населения и выбрасывают подавляющую часть всех загрязнений. Значимый вклад в отравление окружающей среды вносит строительная отрасль, поскольку участвует в создании всех видов технологических систем – промышленных объектов, систем жизнеобеспечения, транспорта и др. Строительные технологии являются основой техногенных преобразований городов и поселений, которые обеспечивают не только качественное, но и количественное развитие населения России, т.е. жизнь будущих поколений. В настоящей работе исследуется методология и методики расчета для реализации одного из этапов такого преобразования применительно к технологической реконструкции производственных предприятий городской инфраструктуры с позиции экологической безопасности на основе парадигмы биосферосовместимых городов, развивающих человека.

Цель работы заключается в развитии принципов и детализации научно – обоснованных методов повышения экологической безопасности производственных предприятий в инфраструктуре города с учетом современных экологических требований, обеспечивающих реализацию парадигмы биосферосовместимого города.

Задачи исследования:

• выявление основных факторов и степени влияния эксплуатируемых и строящихся производственных предприятий (по основным отраслям городской промышленности) на экологическую безопасность техногенной системы города;
• разработка методики преобразования города в биосферосовместимый, безопасный и развивающий человека путем технологического обновления производств и связанных с ними объектов городской инфраструктуры на основе принципов биосферосовместимости;
• разработка методики расчета составляющих гуманитарного баланса урбанизированных территорий с производственными объектами в их инфраструктуре;
• разработка методики прогнозирования динамики изменения показателей биосферосовместимого города и апробация результатов исследований территорий производственных зон генерального плана города (по основным отраслям городской промышленности).

Область исследования: принципы создания новых технологий реконструкции экологически безопасной городской инфраструктуры с производственными объектами.

Методика и методы исследования включают экспертные оценки, системный анализ на основе программно – целевого подхода; использованы также методы математического анализа, методы статистической обработки данных и методы регрессионного анализа.

Достоверность результатов работы обеспечивается корректным построением математических моделей, сравнением полученных с использованием таких моделей показателей с фактическими данными статистических исследований, а так же с результатами исследований, проведенных другими авторами.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

• результаты аналитического анализа современной практики размещения и реконструкции промышленных предприятий в системе городской застройки с позиции экологической безопасности техногенной системы города;
• принципы разработки и алгоритм программ технологической реконструкции и инновационного обновления производств и связанных с ними объектов городской инфраструктуры для повышения их экологической безопасности;
• качественные и количественные обобщенные показатели для расчета составляющих гуманитарного баланса биотехносферы на урбанизированной территории города;
• методика расчета составляющих гуманитарного баланса биотехносферы на основе обобщенных показателей биосферосовместимости городской среды при реализации функции города;
• методика мониторинга качества городской среды для оценки показателей биосферосовместимости и предложения к управлению природотехногенными системами города, включающими промышленную застройку.

Научная новизна исследования включает следующие положения:

• с позиций биосферосовместимого города установлены основные факторы, определяющие экологическую безопасность городской инфраструктуры применительно к производственным зонам города;
• на основе принципов биосферосовместимости города разработана методика технологического обновления производственных объектов и связанных с ними объектов городской инфраструктуры;
• предложен обобщенный показатель оценки биосферосовместимости территорий производственных объектов и связанных с ними объектов городской инфраструктуры и показатель уровня реализации функций биосферосовместимого поселения (функции города) для оценки степени экологической безопасности среды;
• методика прогнозирования составляющих элементов гуманитарного баланса природно-технических систем как основного фактора экологической безопасности производственных объектов в структуре городской застройки;
• принципы инновационной реконструкции производственных объектов в структуре городской застройки на основе биосферосовместимых технологий.

Практическая значимость полученных результатов работы состоит в том, что предложенная методика преобразования города в биосферосовместимый и развивающий человека применительно к территориям производственных зон генерального плана города позволяют осуществить реконструкцию и технологическое обновление экологически безопасных производственных предприятий, расположенных в городской среде.

Реализация результатов. Положения диссертационной работы получили отражение:

• в докладах автора на секции «Актуальные проблемы жилищно-коммунального комплекса и экологии городской среды» 2-й Международной юбилейной научно-практической конференции «Проблемы инновационного биосферно-совместимого социально-экономического развития в строительном, жилищно-коммунальном и дорожном комплексах» (г. Брянск, 2010 г.), на координационном совещании по междисциплинарной тематике РААСН «Биосферосовместимые города и поселения» (Москва, МГСУ, 16 февраля 2011 г.) и на секции «Биосферно-совместимые технологии в градообустройстве» международной конференции «Биосферно-совместимые технологии в развитии регионов» (ЮЗГУ, Курск 7-8 октября 2011 года);
• в научных исследованиях, проводимых в рамках фундаментальной НИР «Разработка научно-обоснованных критериев для оценки биосферной совместимости поселений и подготовка предложений по совершенствованию критериев развития человека с позиций архитектурно-градостроительного комплекса» (Научно-исследовательский институт строительной физики РААСН) на 2007-2012 гг.;
• в проектной практике при разработке проектов реконструкции производственных зон и проектов санитарно – защитных зон промышленных районов г. Орла, выполненных Орловский академцентр и ОАО Агропромпроект;
• в научных публикациях, в том числе научных работах, из Перечня периодических изданий, рекомендованных ВАКом России для публикации материалов кандидатских диссертаций;
• дипломном проектировании Архитектурно – строительного института ФГБОУ ВПО «Госуниверситет-УНПК», ФГБОУ ВПО «Юго-Западный государственный университет» и ГОУ ВПО «Брянская государственная инженерно-технологическая академия».

Публикации. По результатам представленных в работе исследований опубликовано 11 научных трудов, в том числе 5 научных работах из Перечня периодических изданий, рекомендованных ВАКом России для публикации материалов кандидатских диссертаций.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 137 страницах, в том числе 5 рисунков, 3 таблицы, 153 наименований литературных источников.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обоснована актуальность направления диссертационного исследования и определена область практического использования полученных результатов. Приведена общая характеристика работы и ее основные положения, которые автор выносит на защиту. Обосновывается принятый в работе концептуально-методологический подход и основные принципы преобразования производственных объектов и связанных с ними объектов городской инфраструктуры на основе принципов биосферосовместимости.

В первой главе диссертации дан анализ существующих подходов экологического баланса городской среды, а также анализ сформировавшихся специфических городских экосистем. Показано, что в условиях современной рыночной экономики России и имеющегося природоохранного законодательства происходит процесс все более углубляющегося экологического кризиса, при котором негативная деятельность человека уже не может быть компенсирована адаптационными способностями природной среды. В сложившихся условиях экологических, социальных проблем и глобальных вызовов (необратимые изменения значений параметров окружающей среды от ранее существовавших), безальтернативным и единственно возможным направлением дальнейшего сохранения и развития человечества как биологического вида может стать только путь, основанный на принципах симбиотического развития природно-технических систем и человека. Решение этой проблемы архитектурно-градостроительными методами связано, прежде всего, с созданием экологически обоснованных и безопасных подходов к градоустройству на всех этапах стратегического планирования, проектирования, строительства и эксплуатации основных фондов. Что касается реконструкции уже существующих промышленных комплексов и отдельных предприятий, то главной ее целью, в рамках обозначенного направления, должно стать обязательное выполнение условия ослабления или ликвидации негативного воздействия производственных объектов города на окружающую среду, т.е. реновацию производственных зон и связанных с ними объектов городской инфраструктуры.

По мере изучения проблемы установлено, что научная концепция современного знания о биосфере сформировалась благодаря научным работам целого ряда отечественных и зарубежных ученых, в исследованиях которых содержатся отдельные предложения по рассматриваемому направлению. В их числе работы Вернадского В.И., Владимирова В.В., Динилова-Данильяна В.И., Ильичева В.А., Моисеева Н.Н., Ж. Дорста, Медоуза Д., Гутнова А.Э., Алексашиной В.В., Азарова В.Н., Потапова А.Д., Белоусова В.Н., Лежавы И.Г., Бочарова Ю.П., Филина В.А., Вильнера М.Я., Каримова А.М., Сдобнова Ю.А., Смоляра И.М., Тетиора А.Н, Лакутцовой Н.П., Городкова А.В., Истомина Б.С., Чистяковой С.Б., Яргиной З.Н. и др.

Оценка влияния производственных объектов на экологию городской среды, выполненная в работе, позволила дать оценку количественных показателей уровня загрязнения городских территорий в сопоставлении с предельной возможностью биосферы к самовосстановлению. Показано, что градостроительные, архитектурно-строительные, планировочные и другие мероприятия, роль которых в ослаблении негативного влияния промышленных предприятия на окружающую среду велика, используются недостаточно, имеющиеся публикации по этому направлению не всегда носят системный характер и посвящены чаще всего решению отдельных локальных вопросов экологической защиты от выбросов в том или ином направлении производственной деятельности человека. Недостаточно изученными сегодня остаются вопросы в сфере обеспечения экологической безопасности и охраны окружающей среды в условиях развития рыночных отношений на федеральном и региональном уровнях.

На основании проведенного анализа современной практики размещения и реконструкции производственных предприятий в системе городской застройки установлено, что существующие способы экологической защиты уже не отвечают современным вызовам, исходящим от техносферы. Ситуация еще более усугубляется растянувшимся переходным периодом к рыночной экономике и связанным с этим несовершенством применения нормативно-правовой базы к защите окружающей среды, где поддержание выбросов загрязняющих веществ на уровне ПДК нивелируется увеличением количества источников загрязнения, их концентрированием на ограниченной территории и синергетическим эффектом воздействия поллютантов на здоровье человека. При разработке современной нормативной базы и особенно при управлении городскими экосистемами не достаточно применяется достоверность и полнота информации, профессиональные знания и т.д. Размещение функциональных зон в черте города часто лежит в плоскости частных экономических, а не общественных интересов.

Сделан вывод о необходимости устранения основных экологических противоречий между городом, промышленным производством и Биосферой путем законодательного закрепления составляющих гуманитарных балансов биотехносферы функционирования региональной промышленности, а также разработки основных критериев оценки показателей инновационного развития промышленной индустрии и состояния биотехносферы, основанной на знаниях, безопасности и взаимодействии структур власти и всеми слоями населения.

На основе проведенного обзора и анализа научных публикаций по рассматриваемой проблеме сформулированы цель и задачи диссертационных исследований.

Вторая глава диссертации посвящена вопросам создания основ экологической безопасности производственных объектов в структуре городской застройки с позиции биосферосовместимости.

Основой для формулировки исходных гипотез послужила новая концепция РААСН биосферосовместимых городов и поселений, развивающих человека. На ее базе в работе предложены и сформулированы следующие исходные гипотезы экологической реконструкции производственных объектов, находящихся в структуре городской застройки:

– принципы и иерархические механизмы действия при экологической реконструкции мегасистем (страны, региона, города) могут быть обобщены на реконструкцию некоторых условно обособленных территорий района, микрорайона, квартала, небольшого поселения. При этом при расчете функций города и конкретных мест удовлетворения потребностей человека считаются справедливыми принципы функционирования открытых динамических систем с учетом влияния соседних прилегающих территорий городской инфраструктуры на рассматриваемый микрорайон, квартал или другую исследуемую территорию. Из этого следует, что сформулированный академиком В.А. Ильичевым принцип составления и расчета тройственных балансов биотехносферы мегасистем должен быть справедлив для расчета гуманитарных балансов ограниченных городских территорий и соответственно территорий промышленных зон в структуре города;

– расчет и корреляционные прогнозные оценки изменения параметров гуманитарного баланса ограниченной территории города (поселения) строятся по многоуровневой итерационной схеме в предположении открытости динамической системы «человек-город-среда». При этом граничные условия для оценки гуманитарного баланса принимаются по результатам расчета баланса соседних территорий с учетом синергетического эффекта (рис 1). В качестве первого приближения для расчета могут быть использованы данные оценок экологической опасности рассчитываемые традиционными методами (ПДК, ПДВ, ПДУ и др.);