В табл. 2: К_н – коэффициент площадной нарушенности ландшафтов:

, (1)

где S_ПТС+С – площадь природно-технической системы с вновь вводимой площадью застройки, м²;

S_П – площадь естественного ландшафта с естественным стабильным гомеостазом, м².

Таблица 2

Система и критерии оценки состояния ПТС

Модель оценки геоэкологической безопасности СС на этапе проектирования представлена на рис. 3. Структурный и параметрический синтез и оптимизация подсистем СС, оценка промежуточных решений относительно конечной цели – минимизации негативного воздействия на ОС в жизненном цикле СС – позволит повысить геоэкологическую безопасность создаваемой ПТС.

Рис. 3. Модель оценки геоэкологической безопасности на этапе проектирования СС

Рассмотрим подсистему, моделирующую отношения на этапе эксплуатации, где устойчивость СС и ее геоэкологическая безопасность определяются, прежде всего, оптимальными инженерными решениями при реализации строительного проекта (рис. 4).

Рис. 4. Модель оценки геоэкологической безопасности на этапе эксплуатации СиТС

Анализ этой модели показывает, что геоэкологическая безопасность ПТС зависит от показателей состояния СиТС, уровня инженерной защиты, компенсационных возможностей природной среды, показателей состояния природной среды. Отсюда можно сделать вывод о том, что возможны два способа управления геоэкологической безопасностью ПТС: геоинформационный (на основе анализа показателей состояния объектов природной среды и их компенсационных возможностей) и технический (на основе анализа экологических показателей СиТС и уровня инженерной защиты). Технический способ управления по предложению ряда авторов (В.А. Грачев, В.В. Гутенев, В.М. Котляков, А.Л. Ревзон и др.) предполагает регулирование режима функционирования системы в зависимости от характера и степени динамической природной составляющей, несущей способности оснований сооружений и состояния (надежности) технической составляющей.

Автор предлагает повысить эффективность технического способа управления геоэкологической безопасностью ПТС за счет анализа, оценки и управления технико-экологическими показателями ТС с целью минимизации негативного воздействия на ОС в жизненном цикле. Общая структура управления геоэкологической безопасностью ПТС в строительстве представлена на рис. 5.

Повышение геоэкологической безопасности ТС при их разработке связано с совершенствованием системы проектирования ТС за счет расширения круга задач, решаемых на разных стадиях проектирования. Принципы проектирования с учетом экологических аспектов, задачи комплексного проектирования и действия, связанные с интегрированием экологических аспектов, представлены в работе.

Рис. 5. Модель управления геоэкологической безопасностью ПТС в строительстве

При системном исследовании, анализе и оценке проектируемых ТС и условий их функционирования определяются импликативные взаимосвязи между показателями назначения (прежде всего функциональными, структурными и конструктивными) и показателями входа и выхода на основных уровнях продукционной системы – производства, эксплуатации и переработки.

Под продукционной системой понимаем совокупность материально или энергетически связанных единичных процессов, которые выполняют одну или более конкретных функций; под структурированной системой – совокупность технических элементов (подсистем), имеющих общее параметрическое множество.

Для определения экологических показателей проектируемых систем исследованы возможные экологические последствия функционирования их в полном жизненном цикле, т.е. исследованы материальные и энергетические потоки на входе и выходе продукционной системы.

Используя подходы, раскрытые в работах В.Ф. Кутенева, В.А. Звонова, А.В. Козлова, представляем общую экологическую характеристику и безопасность проектируемых ТС как совокупность негативных воздействий на входе и выходе в продукционную систему:

, (1)

где j, i – соответствующие индексы номенклатурной принадлежности объекта природы (j =1…m) и технических показателей объекта (i=1…n);

– негативное воздействие на входе в продукционную систему или стадию ЖЦ объекта Х, характеризуемого техническими показателями А_i;

– негативное воздействие на выходе из продукционной системы или стадии жизненного цикла.

Далее в общем случае рассматривается геоэкологическая безопасность ТС с учетом декомпозиции по жизненному циклу и функциональной декомпозиции.

На стадии производства материалов геоэкологическая безопасность ТС на входе в продукционную систему зависит от потребления абиотических ресурсов и энергии:

, (2)

где – масса k-го конструкционного материала, используемого в конструкции ТС, кг;

– удельный расход сырья на получение 1 кг k-го конструкционного материала, кг/кг конструкционного материала;

– удельный расход энергии на получение 1 кг k-го конструкционного материала, МДж/кг конструкционного материала.

Выходной поток негативного воздействия зависит от экологических показателей, связанных с производством материалов:

, (3)

где – удельная масса, характеризующая образующиеся отходы (выбросы, сбросы, твердые отходы) при производстве 1 кг k-го конструкционного материала, кг/кг конструкционного материала;

– энергетическое негативное воздействие при производстве k-го конструкционного материала, МДж.

Анализ полученных регрессионных зависимостей показывает, что снижение негативного воздействия на этой стадии зависит от снижения потребления массы каждого k-го конструкционного материала, входящего в конструкцию, что широко применяется в настоящее время и выражается, в том числе, и в снижении общей массы конструкции ТС. Также при проектировании следует на этапе структурного синтеза стремиться к выбору материалов с лучшими экологическими показателями при производстве, а при параметрической оптимизации следует учитывать, что общее негативное воздействие на ОС зависит от оптимального соотношения различных конструкционных материалов (их массы). Это может быть промежуточным критерием оценки геоэкологической безопасности альтернативных вариантов проектируемых ТС.

На стадии производства ТС негативное воздействие определяется в основном в зависимости от

, (4)

где – уровень техногенного воздействия технологического комплекса;

– уровень инженерной защиты окружающей среды:

, (5)

где – вклад в снижение негативного воздействия от применения методов, средств и аппаратов очистки вентиляционных выбросов, сточных вод, рециклинга отходов производства ТС.

, (6)

где – установленные для предприятия предельно допустимые выбросы в атмосферу, нормы образования отходов и нормативы сточных вод.

В общем случае снижение негативного воздействия от деятельности промышленных предприятий достигается внедрением «более чистых технологий» и компенсационными возможностями инженерной защиты ОС путем реализации природоохранных защитных мероприятий.

На стадии эксплуатации ТС целесообразно рассматривать два варианта функционирования ТС как самостоятельных объектов и как элементов систем более высокого иерархического уровня, в т.ч. и СС.

В первом случае на стадии эксплуатации рассмотрим негативное воздействие от объекта Х (электротехническая система), характеризуемого показателями А_i , связанное, прежде всего с переносом энергии, которое напрямую зависит от функциональных показателей ТС. На входе это зависимость

, (7)

где – энергия, потребляемая ТС, МДж.

Эффективность использования Е_вх зависит от основных показателей проектируемых систем (коэффициента полезного действия η, коэффициента мощности cos φ, удельной массы на единицу полезной мощности и др.). Но при эксплуатации неизбежны потери энергии, которые выражаются на выходе как

, (8)