Организационно-технологическое обеспечение реконструкции городской застройки на основе мониторинга состояния геологической среды

Одной из основных градостроительных проблем крупных муниципальных образований является реконструкция городской застройки. Это обусловлено тем, что эксплуатационные свойства жилых зданий и их физический износ достигли того предела, после которого возникают аварии, а также сложностью геолого-гидрогеологической обстановкой, которая оказывает влияние на принятие конструктивных решений при проектировании реконструкции объекта.

Значимость проблемы заключается также в том, что во многих муниципальных образованиях Российской Федерации не существует перспективных планов развития территорий. Это приводит к тому, что реконструкция городской застройки и отвод земли под новое строительство происходят без учета картирования территорий, подверженных риску возникновения чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера.

Положение, которое наблюдается сегодня, во многом возникло в переходный период 90-х гг., когда реконструкция и новое строительство проводились без учета изменений, проходящих в геологии и гидрогеологии города. Сегодня наблюдается тенденция улучшения ситуации в градостроительном планировании, так как принятый в 2005 г. «Градостроительный кодекс Российской Федерации» строго регламентировал развитие территорий муниципального образования с учетом генерального планирования и зонирования территорий, подверженных риску возникновения чрезвычайных ситуаций. Гиперконцентрация людей, зданий и сооружений, разнообразная инфраструктура создают территориально сосредоточенное воздействие на техносфуру города, вызывая в ней необратимые изменения. Возникающие на территории муниципального образования опасные геолого-гидрологические процессы приводят к деформации зданий и сооружений, ускоренному разрушению подземных коммуникаций, ухудшению социальной обстановки. Территориям наносится огромный материальный ущерб, увеличивается риск возникновения чрезвычайных ситуаций, возрастает социально-психологическая напряженность населения.

Данные обстоятельства лежат в основе требований к социальной, градостроительной и инвестиционной эффективности территориального планирования и, следовательно, предопределяют необходимость научно обоснованного градостроительного планирования, реконструкции и нового строительства на территории города с введением информационной системы организационно-технологического обеспечения реконструкции. Для формирования научных знаний о системе развития территорий в общем комплексе проблемы реконструкции и нового строительства требуются обобщение и систематизация научного и проектного опыта, данных административного управления, современной организации территорий с учетом данных мониторинга состояния геологической среды, проведение экспериментального проектирования, разработка методики градостроительного планирования, направленной на прогнозирование развития муниципального образования с учетом геологического риска.

Актуальность темы

Современная наука является важным фактором при планировании и организационно-технологическом обеспечении рациональной реконструкции городской застройки и отвода земель под реконструкцию.

Недооценка фактора наличия на территории опасных геологических процессов и явлений как на прединвестиционной стадии (этап выбора инвестором участка реконструкции), так и на стадии организационно-технологического проектирования может вызвать огромные затраты, выходящие за сметную стоимость строительства объекта недвижимости на этапе производства работ или эксплуатации объекта.

Мониторинг и анализ геологической среды позволяют прогнозировать наступление опасных геологических процессов, моделировать изменение геологической среды во времени, разрабатывать мероприятия по снижению геологических рисков при проведении реконструкции городской застройки, осуществлять инженерную защиту территорий для обеспечения безопасного функционирования объектов реконструкции и инженерной инфраструктуры, принимать эффективные управленческие решения при разработке и реализации инвестиционных проектов.

Теоретической основой работы явились труды отечественных и зарубежных ученых в области системного анализа, теории и практики поточной организации строительства, организационно-технологической надежности строительного производства, имитационного моделирования, теории развития рыночных отношений: Р. Акоффа, И. Ансоффа, А. В. Афанасьева, В. А. Афанасьева, К. А. Багриновского, М. С. Будникова, Н. П. Бусленко, А. В. Гинзбурга, Дж.К. Грейсона,.

A.А. Гусакова, А. А. Русакова, Л. Б. Зеленцова, В. В. Костюченко, В. И. Соболева, Р. Б. Тяна, В. П. Хибухина, Т. Н. Цая, Р. И. Фокова, Ю. А. Куликова, Н. И. Ильина, а также исследования, проводимые в высших учебных заведениях, занимающихся вопросами системной и поточной организации строительного производства.

В работе учтены проведенные ранее исследования в области организации реконструкции и капитального ремонта Е. М. Блеха, Э. Я. Бубеса, В. Р. Михалко, С. Ф. Прохаркина, А. Г. Ройтмана, В. К. Соколова, Н. Г. Смоленской, К. А. Шрейбера, М. С. Шумилова, Н. П. Шепелева, В. Ф. Касьянова, Д. С. Самойлова.

Большой вклад в осознание проблемы влияния инженерно-геологических условий на процесс реконструкции внесли: В. И. Осипов, Ю. Н. Мурзенко, З.Г. Тер-Мартиросян, Б. И. Далматов, П. И. Баженов, В. М. Улицкий, А. Г. Шашкин,.

B.И.Макаров, И. Н. Башилов, Л. Н. Солодилов, Ю. О. Зелегофер, И. С. Пашковский, В. М. Кутепов, И. В. Галицкая, Б. М. Дегтярев, В. П. Ананьев, Я. Д. Гильман, Н. В. Воляник, К. А. Меркулова, Р. Р, Микашинович, В. В. Логутин, В. И. Рево, Р. Катценбах, А. Вейдле, X. Рамм, Г. Гудехус, X. Квик, М. Нуссобумери др.

Исследованием проблем организации и ведения системы геотехнического сопровождения реконструкции городской застройки занималась научная школа Санкт-Петербургского университета путей сообщения под руководством д-ра техн. наук проф. В. М. Улицкого. Учеными доказана актуальность и разработана методология решения проблем реконструкции городов, проведена оценка взаимодействия зданий и оснований, разработаны методы их расчета. За рубежом вопросами геотехнических основ моделирования совместной работы здания и основания занимались в технологическом университете г. Дармштадт, Германия (проф. Р. Катценбах), институте механики грунтов и геотехнического строительства Технического университета, г. Вена, Австрия (проф. Х. Брандль), инженерном институте, UNAM, г. Мехико, Мексика (проф.Э.Овандо-Шелли) и др.

Вопросами изучения природно-техногенных геологических процессов, возникающих под воздействием мегаполиса и оказывающих большое влияние на градостроительные условия и экологическое состояние города занимаются ученые Московского государственного института геоэкологии РАН под руководством В. И. Осипова, О. П. Медведева. Ими издано монографическое описание геологии Москвы, где рассмотрена проблема воздействия города на геологическую среду, дается оценка геологического и геохимического риска территории Москвы, освещаются вопросы управления геологическими процессами безопасности города. Исследования ведутся по измерениям, проводимым в скважинах наблюдательной сети и учитываются в автоматизированной базе данных, реализованной в системе MONITORING. С 1997 г. имеющиеся средства ведения и обработки данных по территории Москвы и Московской области являются уникальными для России.

В Ростове-на-Дону наибольший интерес представляют данные по инженерно-геологическим условиям города канд. геолог. — минерал, наук ведущего специалиста «РостовДонТисиз» К. А. Меркуловой. Ею собран, проанализирован и систематизирован обширный материал по инженерно-геологическим, гидрогеологическим условиям в городе, построены карты скорости подъема уровня грунтовых вод с 1970 г. по настоящее время.

В современных условиях ускоренного технического прогресса, перехода к высотному строительству предъявляются повышенные требования к качеству проектной документации на всех стадиях жизненного цикла объекта, точности и достоверности прогнозов. Это обусловливает необходимость системного обеспечения процесса реконструкции городской застройки информацией об опасных геологических процессах территорий, подлежащих реконструкции, на основе данных мониторинга состояния геологической среды, информационных технологий получения, обработки и хранения данных.

Целью работы является разработка эффективных организационно-технологических решений реконструкции городской застройки на основе инновационной технологий ведения мониторинга состояния геологической среды и его информационного обеспечения в рамках информационной системы, содержащей достоверную агрегированную информацию о геологической ситуации на территории, подлежащей реконструкции.

Основные задачи.

1. Исследование организационно-технологических подходов и способов сложной реконструкции зданий и сооружений в условиях городской застройки и требований к мониторингу состояния геологической среды территории реконструкции.

2. Выработка методов организационного обеспечения реконструкции городской застройки комплексной предпроектной документацией о состоянии геологической среды, возможном развитии неблагоприятных физико-геологических процессов и выборе соответствующего комплекса конструктивных, технологических решений и защитных мероприятий.

3. Разработка технологии ведения мониторинга состояния геологической среды с использованием многоцелевого типового комплекса геофизических методов для целей территориального планирования и реконструкции.

4. Проектирование системы информационно-аналитического обеспечения мониторинга состояния геологической среды территории муниципального образования на основе интеграции ГИС и СУБД.

5. Обоснование концепции создании и методики ведения информационной системы организационно-технологического обеспечения реконструкции.

6. Разработка алгоритма выбора эффективного организационно-технологического решения для участка реконструкции.

7. Разработка информационно-имитационной модели управления геологическим риском при реконструкции городской застройки.

Предмет исследований комплекс организационно-технологических и организационно-экономических мероприятий, обеспечивающих проведение реконструкции городской застройки в сложных инженерно-геологических условиях. Теоретическая база исследований. Экспериментально-теоретические исследования организации, технологии ведения и информационного обеспечения реконструкции городской застройки на основе системного анализа и прогноза изменения инженерно-геологической, гидрогеологической ситуации для принятия эффективных управленческих решений на предпроектной стадии.

Экспериментальная база исследований. Комплекс натурных, численных, картографических, расчетно-аналитических и статистических методов получения, обработки и хранение данных мониторинга состояния геологической среды.

Научная новизна работы.

1. Разработан метод организационно-технологического обеспечения т реконструкции городской застройки на основе данных мониторинга состояния геологической среды, включающий технологии ведения мониторинга с использованием многоцелевого типового комплекса геофизических методов, информационно-аналитического обеспечения системы мониторинга, анализа и обработки данных мониторинга с использованием ГИС и авторского программного продукта НАС «Геология», прогноза развития неблагоприятных физико-геологических процессов.

2. Разработана организационная структура в системе местного самоуправления, осуществляющая ведение и информационное обеспечение щ мониторинга состояния геологической среды для реконструкции городской застройки.

3. Разработана классификация геологического риска и классификации мероприятий по снижению его влияния при проведении реконструкции городской застройки.

4. Построена информационно-имитационная модель управления геологическим риском на основе прогноза наступления рискового события, при изменении гидрогеологической ситуации территории реконструкции.

Автор защищает:

1) систему организационного обеспечения ведения мониторинга состояния геологической среды для реконструкции городской застройки-.

2) технологию ведения мониторинга с использованием многоцелевых типовых рациональных комплексов геофизических методов;

3) технологию анализа и обработки данных, полученных в результате мониторинга состояния геологической среды на основе интеграции современных программных средств ГИС и СУБД и авторской программы ИАС «Геология»;

4) классификацию геологического риска и технологию электронного картирования зон геологического риска на территории города;

5) способ выбора эффективного организационно-технологического решения для участка реконструкции с учетом данных мониторинга состояния геологической среды;

6) информационно-имитационную модель управления геологическим риском при проведении реконструкции городской застройки.

Достоверность полученных результатов исследований обеспечена использованием действующих государственных стандартов, применением прикладного программного обеспечения и современной вычислительной техники при формировании базы данных и обработке информации по 1500 скважинам г. Ростова-на-Дону и близким сходством с предшествующими натурными, модельными исследованиями.

Практическая значимость полученных результатов:

1. Предложена классификация геологического риска и методика его зонирования с использованием ГИС-технологией.

2. Разработаны алгоритм и методика учета зонирования геологического риска при выборе участка реконструкции.

3. Предложена технология ведения мониторинга состояния геологической среды с использованием многоцелевого типового комплекса геофизических методов.

4. Разработано информационно-аналитическое обеспечение ведения и обработки данных мониторинга состояния геологической среды на основе интеграции ГИС и СУБД в ИАС «Геология».

5. Выполнено экономическое обоснование выбора оптимального конструктивного решения фундаментной части строящихся объектов с учетом факторов геологического риска.

6. Разработана информационно-имитационная модель управления геологическим риском при перспективном планировании реконструкции городской застройки.

7. Предложена организационная структура в системе органов местного самоуправления в целях ведения и информационного сопровождения реконструкции городской застройки с использованием данных мониторинга состояния геологической среды.

Апробация работы и внедрение результатов исследований.

Основные положения работы докладывались на Международной научно-практической конференции «Строительство-2002 — 2007» (г. Ростов-на-Дону, РГСУ, 2002;2007 гг.), на Международной научно-технической конференции, посвященной 100-летию ЮРГТУ (НПИ) «Строительный факультет — 100-летию университета» (г.Новочеркасск, ЮРГТУ (НПИ), 2006 г.), семинарах по проблемам организации и управления строительством в Ростовском государственном строительном университете.

Результаты исследований внедрены в Министерстве строительства архитектуры и жилищно-коммунального хозяйства Ростовской области, в департаменте жилищно-коммунального хозяйства и энергетики г. Ростова-на-Дону, в администрации Первомайского района г. Ростова-на-Дону, в учебный процесс в Ростовском государственном строительном университете при чтении специальных курсов по специальности «Промышленное и гражданское строительство» и «Экспертиза и управление недвижимостью», а также в дипломном проектировании.

Публикации.

Основное содержание диссертации отражено в 10 опубликованных работах, в том числе в издании, рекомендованном ВАК:

Гиря М.А., Шеина С. Г. Использование современных геоинформационных технологий для зонирования геологического риска городской среды// Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. — 2006. Проблемы строительства и архитектуры.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографии и приложений. Общий объем работы — 148 страниц машинописного текста, в том числе рисунков — 37, таблиц — 11, приложения — на 15 страницах, список литературы — из 132 наименований работ отечественных и зарубежных авторов.

Выводы по диссертации.

1. Анализ экспериментальных данных позволил определить подходы к способам реконструкции зданий и сооружений в условиях городской застройки с учетом мониторинга состояния геологической среды.

2. Предложены универсальные методы организационно-технологического обеспечения реконструкции городской застройки, позволяющие прогнозировать на предпроектной стадии неблагоприятные физико-геологические процессы и осуществить выбор соответствующего комплекса конструктивных, технологических решений и защитных мероприятий.

3. Разработана технология ведения мониторинга состояния геологической среды с использованием многоцелевого типового комплекса геофизических методов для целей территориального планирования и реконструкции.

4. Запроектирована система информационно-аналитического обеспечения мониторинга состояния геологической среды территории муниципального образования на основе интеграции ГИС и СУБД и реализован метод построения имитационной модели геологической среды города.

5. Предложены концепция создания и методика ведения информационной системы организационно-технологического обеспечения реконструкции.

6. Разработан алгоритм выбора эффективного организационно-технологического решения для участка реконструкции.

7. Выполнено экономическое обоснование выбора оптимального конструктивного решения фундаментной части строящихся объектов с учетом факторов геологических рисков.

• 8. Разработана информационно-имитационная модель управления геологическим риском при реконструкции городской застройки.