| |
|
|
|
| |
| №2, 2006: Экологические проблемы урбанизированных территорий |
<< Содержание номера
<< Архив
[RUS] / [ENG]Экологические проблемы урбанизированных территорий
В.И. Теличенко, В.В. Гутенев, М.Ю. Слесарев. Подходы к интерпретации систем управления экологической безопасностью в строительстве
В статье рассмотрены подходы, которые рекомендуется применять инженеру-экологу при разработке, формировании и реализации систем управления экологической безопасностью в строительстве. Авторы не ставят задачу раскрытия методики принятия решений, а рассуждают о необходимости использования достижений исследовательской мысли в различных отраслях знаний, граничащих с таким наукоемким направлением, как экологическая безопасность
Исследования в области теории оптимального управления начали понемногу терять свою привлекательность. Проблематика, конечно, не исчерпана - любая теория может развиваться неограниченно, но интерес к ней в технико-экономической области постепенно сходит на нет. Однако, к теории оптимального экологического управления с начала девяностых годов наметился определенный подъем. Разрабатываются диалоговые (человеко-машинные) системы экологической оптимизации. В результате их использования многие задачи, как, например, минимизация загрязнений, при заданной производительности, становятся вполне рутинными. В основе диалоговых систем лежит интуиция инженера-эколога, хорошо знающего свое конкретное дело. Имея в своем распоряжении пакет программ, реализующих набор возможных математических методов решения оптимизационных задач экологической безопасности, исследователь садится перед монитором вычислительной машины, на дисплей которого выводится информация не только в числовой, но и в графической форме. Используя тот или иной алгоритм, инженер видит результат очередного шага вычислительного процесса и корректирует свои действия. Такой подход позволяет за считанные минуты решать сложные задачи экологического проектирования.
Один из величайших мыслителей XX века Нильс Бор говорил о том, что никакое, по настоящему, сложное явление нельзя описать с помощью одного языка. Необходима множественность ракурсов рассмотрения одного и того же явления. Для того, чтобы человек имел нужное понимание ему необходим некий «голографический» портрет явления. А его могут дать только различные интерпретации, которые рассматриваются в данной статье.
Кризисный подход
Строительство вступило в полосу "бифуркаций", порожденную интерференцией многих циклических био-гео-техно-социо-культурных процессов на неустойчивой границе перенаселения мегаполисов, границе экстенсивного развития техногенной цивилизации, и, вместе с тем, набирают темпы процессы самоорганизации нового информационного общества, ноосферные механизмы которого похоже могут стать гарантами сценария выхода из планетарного кризиса.
Строительство страдает от неспособности участниками процессов жизненного цикла зданий и сооружений охватить комплексность проблем, понять связи и взаимодействия между вещами различной природы, находящимися для нашего сегментированного сознания в разных областях и разных плоскостях восприятия. Это также объясняет действия многих крупных строительных организаций и властных структур, напоминающие "слепой полет" при выборе объектов инвестирования и методов и средств реализации инновационных строительных проектов.
Такое положение в строительной отрасли показывает, что сегодня судьбы всех новых проектов не могут определяться ни мудрейшими правительствами, ни международными организациями, ни учеными до тех пор, пока их действия не будут осознано поддержаны широкими слоями населения и пока не будет создана новая самоорганизующаяся среда на новом уровне семиотики и метаязыка.
Научный метод, рожденный инженерно-техническим естествознанием, последние сто лет доминирует в духовном мире участников прогресса строительного производства: - архитекторов, - дизайнеров, - конструкторов, - проектировщиков, - технологов, - прорабов, - эксплуатационников, и всех других, имеющих отношение к зданиям и сооружениям, формируя даже гуманитарные дисциплины о строительстве. Научному методу мы обязаны триумфом техногенной строительной цивилизации, приведшей не только к быстрому развитию экономической и социальной сфер общества, но и вызвавшей глобальный экологический кризис, отчуждение человека от природы, все большую дегуманизацию общества.
Причины негативных эффектов глубоки, и одна из них в том, что сегодня нужно признать существование двух культур, обладающих разными языками, критериями и ценностями. Первая - культура инженерно-техническая с доминантой научного метода, включающей науки о природе строительных материалов, конструкций, строительную технику и технологии, и т.п. Вторая - культура гуманитарная, включающая искусство строительного творчества, архитектуру, живопись строительства, ландшафтный дизайн, науки об обществе и внутреннем мире человека. И сейчас, к сожалению, эти две культуры не столько дополняют друг друга сколько противостоят, все еще разделяя строителей на "прорабов, инженеров, технарей-физиков" и "архитекторов, дизайнеров, экспертов-экологов и др. гуманитариев-лириков", не желающих понимать проблем оппонента. Дело даже не столько в том, что существуют врожденные склонности людей (лево- или право- полушарники), что отличны предмет и метод познания, сколько в исторических корнях эволюции культур их постепенного отчуждения. Наука пострадала от вторжения вульгарной философии, а искусство - от утилитарно-рассудочного техницизма и позитивизма, причем после Хиросимы и особенно Чернобыля в среде гуманитариев возник устойчивый антинаучный синдром.
Таким образом, в управлении экологической безопасностью строительства, мы приходим к необходимости формирования новых информационных моделей, с учетом знаний современной науки, целостного видения мира. Синтез гуманитарных и естественных наук - это путь к эффективному управлению экологической безопасностью.
Редукционистско-детерминистический подход
Редукционистский подход с его основным акцентом на деталях сопряжен с необходимостью обработки информации о подсистемах, их структуре, функционирования и взаимодействии в объемах зачастую непосильных для наблюдателя, даже вооруженного сверхсовременной вычислительной техникой. Сжатие информации до разумных пределов осуществляется различными способами. Один из них - статистический заключается в отказе от излишней детализации описания и в переходе от индивидуальных характеристик отдельных частей к усредненным тем или иным способом характеристикам системы. Вместо отдельных составляющих системы рассматривают множества (ансамбли) составляющих, вместо действия, производимого индивидуальной подсистемой, - коллективные эффекты, производимые ансамблем подсистем.
Синергетика подходит к решению проблемы сжатия информации с другой стороны. Вместо большого числа факторов, от которых зависит состояние системы (так называемых компонент вектора состояния) синергетика рассматривает немногочисленные параметры порядка, от которых зависят компоненты вектора состояния системы и которые, в свою очередь, влияют на параметры порядка.
Элементы любой системы, в свою очередь, всегда обладают некоторой самостоятельностью поведения. При любой формулировке научной проблемы всегда присутствуют определенные допущения, которые отодвигают за скобки рассмотрения какие-то несущественные параметры отдельных элементов. Однако этот микроуровень самостоятельности элементов системы существует всегда. Поскольку движения элементов на этом уровне обычно не составляют интереса для исследователя, их принято называть “флуктуациями”. В нашей обыденной жизни мы также концентрируемся на значительных, информативных событиях, не обращая внимания на малые, незаметные и незначительные процессы.
Подход экологической реконструкции
Момент, когда исходная система теряет структурную устойчивость и качественно перерождается, определяется системными законами, оперирующими такими системными величинами, как энергия, энтропия. Это системное свойство целесообразно использовать в проектах экологической реконструкции территории.
Под «проектом экологической реконструкции» понимается комплекс разработок производственных и других мероприятий (процессов), осуществляемых в течение определенного периода времени многими исполнителями разной специализации, действия которых требуют интеграции и координации в направлении эффективного достижения конечного экологического результата с учетом определенной цели реконструкции объекта. Причем, как любая материально-производственная система, проект имеет в своем составе управляющую подсистему (субъект управления и управляемую - объект управления) [ ].
Говоря о структуре проекта реконструкции, следует акцентировать внимание на его экологическом характере. Естественны вопросы: какова экологическая структура региона, что входит в ее состав на самом первом общем уровне детализации? Во-первых, это природно-климатические системные условия с одной стороны и хозяйственные объекты и их инфраструктура с другой. Во-вторых, социальная среда - население и соответствующая инфраструктура. Окружающая среда (земля, вода, недра, воздух, флора, фауна). Их взаимосвязь можно представить следующим образом (рис. 1)
В вертикальном столбце представлены три вида среды, в рамках которых функционируют реконструируемые объекты, в горизонтальных строках - первый, самый общий уровень детализации каждой из сред. Матрица отражает взаимодействие элементов каждой среды. Таким образом, решая задачи реконструкции, необходимо обеспечить управление не только локальным строительным объектом, но и обеспечить органичное взаимодействие любого из локально реконструируемых объектов с другими объектами региона.
Хозяйственные
объекты Промышленные объекты
Объекты с/х производства
Энергетические объекты
Объекты производственной
инфраструктуры
Социальная
среда Жильё
Объекты образования, культуры, здравоохранения
Социум (население)
Заповедные зоны
Окружающая
среда Земельные угодья
Водные бассейны
Воздушные бассейны
Недра
Флора
Фауна
Рис. 1. Матрица идентификации взаимодействий локальных решений по проектам экологической реконструкции
Возможны два основных варианта экологической реконструкции строительных объектов. В первом варианте реконструкции главная функция объекта не претерпевает изменений и, соответственно задача реконструкции максимально уменьшить или стабилизировать уровень воздействия на окружающую среду. Во втором – в силу вынужденной необходимости, отсутствия необходимого объема ресурсов, изменении в экономической или социальной функции и других причин – реконструкция объекта при сохранении главной функции в прежних характеристиках невозможна, или нецелесообразна и, соответственно задача реконструкции максимально увеличить положительный экологический эффект для окружающей среды.
Информационно-кибернетический подход
Информатика, как и теория устойчивости, возникла как наука прикладная. Фундаментальное значение информации и сейчас еще является предметом дискуссий. Ясно, однако, что возникновение информации возможно только в неустойчивых процессах. Иными словами, неустойчивость является необходимым условием развития.
При накоплении знаний возникли "чистые кластеры" узких специалистов-профессионалов. Они владеют "своей" информацией и не склонны отказываться от нее, даже если она вступает в противоречие с информацией другого кластера.
Задачу описания процессов управления экологической безопасностью строительства может решать не только синергетика. Важную роль в понимании многих существенных особенностей процессов самоорганизации и образования структур может играть, например, кибернетический подход, противопоставляемый иногда как абстрагирующийся «от конкретных материальных форм» и поэтому противопоставляемый синергетическому подходу, учитывающего физические основы спонтанного формирования структур. В этой связи небезынтересно отметить, что создатели кибернетики и современной теории автоматов могут по праву считаться творцами или предтечами синергетики. Так, Винер и Розенблют рассмотрели задачу о радиально-несимметричном распределении концентрации в сфере [2]
В русле тех же идей - изучения реакционно-диффузионных систем - мыслил найти решение проблемы самоорганизации и Дж. фон Нейман Он предполагал построить непрерывную модель самовоспроизведения, основанную на нелинейных дифференциальных уравнениях в частных производных, описывающих диффузионные процессы в жидкости. В этой связи интересно отметить, что фон Нейман получил не только математическое образование, но и подготовку инженера-химика[3].
Строительную отрасль и продукты ее деятельности также можно представлять и анализировать на моделях самовоспроизведения, основанных на нелинейных дифференциальных уравнениях в частных производных, описывающих процессы возведения зданий и сооружения из стройматериалов на территории с учетом контролируемых воздействий строительного объекта на окружающую среду. В первом приближении на достаточно коротком временном интервале решение может давать достоверный результат. Учитывая доскональную проработанность теории автоматического регулирования, кибернетический подход представляется очень соблазнительным для использования в качестве научного подхода к описанию процессов управления экологической безопасностью строительства.
Аксиоматический подход
Сложность поведения даже простых моделей управления экологической безопасностью строительства навела на мысль обратиться к аксиоматическому методу с тем, чтобы, следуя Гильберту, отделить существенные особенности модели от несущественных, случайных и тем самым облегчить построение моделей, воспроизводящих нужный режим поведения системы обеспечения экологически безопасного строительства.
С. Улам и другие авторы рассмотрели отображения плоскости на себя, производимые по определенным правилам (аксиомам). Наиболее эффектным оказалось отображение, предложенное Копуэем - его знаменитая игра «Жизнь» [4].
Играют на плоскости, разбитой на квадратные клетки одного и того же размера. Каждая клетка может находиться в одном из двух состояний: либо быть занятой (например, фишкой), либо пустой. Начальное состояние (начальная расстановка фишек) может быть выбрана произвольно. Последующие состояния клеток зависят от занятости соседних клеток на предыдущем ходу. Соседними считаются восемь клеток, непосредственно примыкающих к данной (имеющих с ней либо общую сторону - примыкание справа, слева, сверху и снизу, либо общую вершину - примыкание по диагонали). Игра состоит из дискретной последовательности ходов. На каждом ходу ко всем клеткам доски применяются следующие три правила (аксиомы).
I. Выживание. Клетка остается занятой на следующем ходу, если на предыдущем были заняты две, или три соседние с ней клетки.
2. Гибель. Клетка становится свободной на следующем ходу, если на предыдущем было занято более трех или менее двух соседних клеток (в первом случае клетка «погибает» из-за перенаселения, во втором - из- за чрезмерной изоляции).
3. Рождение. Свободная клетка становится занятой на следующем ходу, если на предыдущем были заняты три и только три соседние клетки.
Кажущаяся простота правил Конуэя обманчива: как и простые динамические системы, доска с расставленными на ней фишками может перейти в весьма сложные режимы, имитирующие процессы гибели (полное уничтожение всех расставленных в начальной позиции фишек), неограниченный рост, устойчивое стационарное состояние (система с определенной периодичностью в пространстве), периодические по времени осцилляции.
Технолого-циклический (потребностно-организационный) подход
В 90-е годы Ю.В. Яковцом развивается идея цивилизационной цикличности как основы долгосрочного прогнозирования [5]. При этом речь идет не только о долгосрочных, “кондратьевских”, но и о многовековых и тысячелетних циклах (исторических суперциклах). Фактически Ю.В. Яковец мировую цивилизацию отождествляет с социально-экономической формацией – “этап в истории человечества, характеризующийся определенным уровнем потребностей, способностей, знаний, навыков и интересов человека, технологическим и экономическим способом производства, строем политических и общественных отношений, уровнем развития духовного воспроизводства”. Источником самодвижения, смены цивилизаций служат изменения в потребностях людей. “Нарастание объема и усложнение структуры потребностей человека, семьи, общества служат импульсом для перемен на всех этажах пирамиды общества” [6]. Однако о содержании этих потребностей ничего не говорится, также как и об отличительных признаках постиндустриальной цивилизации.
К началу ХХI в. потребность в научном доказательстве временного горизонта долгосрочного прогнозирования предельно абстрактного уровня существенно возросла. Исходным пунктом такого обоснования служит признание полициклического характера динамики геоэкономики, движения “по спирали” ее свойств, обусловленных в целом жизненным циклом социобиологического интеллекта. Если началом геоэкономической истории считать появление неандертальца, то тогда длительность фазы зарождения антропогенного интеллекта совпадает по времени с продолжительностью неолитического периода и определяется в 190 тыс. лет. Вторая фаза – фаза его становления оказывается на 2 порядка меньше предшествующей и завершается примерно 1,7 тыс. лет назад. С середины 17 в. геоэкономика вступила в фазу позитивного развития, которая, скорее всего, завершится в ХХ1 веке.
Процессно-синергетический подход
За последние 15 лет в издательстве Шпрингер в серии "Синергетика" вышло около 70 томов под редакцией основателя серии, и самого термина, профессора Германа Хакена, посвященных теории и приложениям синергетики во всех областях человеческой практики. Исходя из принципов самоорганизации, создатель этого направления профессор Г. Хакен, директор Института теоретической физики и синергетики Университета Штутгарта, стремился включить в сферу интересов этой науки проблемы нелинейности, необратимости, фракталов, хаоса, сложных систем и пр.
Сейчас идея интеграции наук становится актуальной, поскольку жизненно важные проблемы возникают на стыке естественных и социальных наук. Синергетика (наука о сложностях) изучает связи между элементами структуры, которые образуются в открытых системах.
Термин «синергетика» происходит от греческого «синергена» - содействие, сотрудничество. Предложенный Г. Хакеном, этот термин акцентирует внимание на согласованности взаимодействия частей при образовании структуры как единого целого.
«Синергетика» - наука, занимающаяся изучением процессов самоорганизации и возникновения, поддержания, устойчивости и распада структур самой различной природы, еще далека от завершения и единой общепринятой терминологии (в том числе и единого названия всей теории) пока не существует. Бурные темпы развития новой области, переживающей период «штурма и натиска», не оставляют времени на унификацию понятий и приведение в стройную систему всей суммы накопленных фактов. Кроме того, исследования в новой области ввиду ее специфики ведутся силами и средствами многих современных наук, каждая из которых обладает свойственными ей методами и сложившейся терминологией.
Синергетика находится целиком в русле традиционной диалектики, ее законов развития – перехода количественных изменений в качественные, отрицания отрицания и т.п.
Методологическое измерение в контексте синергетических приложений экологической безопасности так или иначе присутствует во всех рассмотренных подходах. Но это присутствие сильно маскируется используемым объектно-ориентированным языком, направляющим и подчиняющим себе логику дискурса пожалуй большинства современных текстов говорящих что-то по поводу синергетики. (Кстати говоря, здесь работает один из ключевых синергетических принципов – принцип подчинения параметрам порядка).
Выбор подходов к решению задач экологической безопасности проектов
Неопределенность в отношении структуры массива экологических данных явилась причиной отсутствия на сегодняшний день реалистичных математических моделей и методик для идентификации и оценки воздействий строительства на окружающую среду. Связано это с ярко выраженной разнородностью экологических аспектов при строительстве объектов и неоднозначностью восприятия человеком результатов этих воздействий. Вторая причина - наличие бифуркаций в окружающей среде, которые являются определяющим фактором свойства устойчивости развития объекта.
Л. Эйлер отмечал, что все, что бы мы ни наблюдали – стремиться к какому-нибудь экстремуму. Природа всегда выступает в новых и новых проявлениях и никогда одинаковой быть не может, поэтому, дойдя до экстремума, она сразу находит другой параметр, который может давать новый цикл развития. Поэтому каждый раз необходимо изучать по крайней мере важнейшие свойства системы, тем самым по сути отвергая недетерминированный подход (в части использования экспертных оценок) при описании свойств развивающейся системы.
Многие подходы, входящие в направление мягких вычислений, являются универсальными, однако они хорошо дополняют друг друга и используются в различных комбинациях для создания гибридных интеллектуальных систем. Поэтому при создании систем, работающих с неопределенностью, надо понимать, какая из составляющих частей мягких вычислений или какая их комбинация наилучшим образом подходят для решения задачи.
Реально эколог никогда не может ответить на вопросы о точной характеристике тех или иных объектов. Присутствуют субъективное мнение эколога, его опыт и интуиция, которые как раз и отражаются теорией нечетких множеств в виде так называемых оценок функций принадлежности нечетким понятиям, и далее формализуются в математическом аппарате обработки таких субъективных оценок.
<< Содержание номера
<< Архив
Дата последнего обновления: 18:58:40/24.02.24
|
|
 |
| |
|
| |
|
|
|
| |
|
|
|
| |
 |
ИАА "Информ-Экология" |
|
 |
| |
|
| |
|
|
| | |
| |
|
|
|
| |
|
Министерство природных ресурсов Российской Федерации |
|
|
| |
|
| |
|
|
| | |
| |
|
|
|
| |
|
Счётчик |
|
|
| |
|
| |
|
|
| | |
|
