Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Информационная технология анализа жизненного цикла и оценки экологической безопасности строительных объектов

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Стремберг, Лариса Михайловна

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ТЕОРИИ И ПРАКТИКИ ОЦЕНКИ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ОБЪЕКТОВ СТРОИТЕЛЬСТВА.

1.1. Воздействие строительных объектов на окружающую среду и необходимость его оценки.

1.1.1. Воздействие строительных объектов на окружающую среду.

1.1.2. Природоохранное строительство в Российской Федерации.

1.1.3. Необходимость объективной оценки воздействия строительных объектов на окружающую среду.

1.2. Методы оценки экологической безопасности объектов строительства.

1.2.1. Анализ научных исследований в области оценки экологической безопасности объектов строительства.

1.2.2. Опыт применения оценки воздействия на окружающую среду в России и за рубежом.

1.2.3. Опыт применения методологии анализа жизненного цикла (АЖЦ) в зарубежных странах.

1.2.4. Обзор информационных технологий оценки экологической безопасности строительных объектов, основанных на методологии АЖЦ.

1.3. Постановка задачи и методология исследования.

1.3.1. Постановка задачи исследования.

1.3.2. Методология исследования.

Выводы к главе 1.

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ АНАЛИЗА ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА И ОЦЕНКИ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

ОБЪЕКТОВ СТРОИТЕЛЬСТВА.

2.1. Принципы интегральной оценки экологической безопасности объектов строительства.

2.1.1. Классификация эффектов воздействия на окружающую среду при оценке экологической безопасности объектов строительства.

2.1.2. Общая методология анализа жизненного цикла.

2.1.3. Оценка воздействий в методологии АЖЦ.

2.1.4. Принципы интегральной критериально- экспертной оценки экологической безопасности жизненного цикла объекта строительства.

2.2. Определение результатов воздействий на окружающую среду.

2.2.1. Моделирование зависимости «воздействие- последствие».

2.2.2. Корреляция «вред- эффект» для множественных эффектов.

2.2.3. Выбор субъективного коэффициента взвешивания вреда.

2.3. Методика оценки экологической безопасности жизненного цикла объекта строительства.

2.3.1. Критерии оценки экологической безопасности.

2.3.2. Калькуляция потенциальных воздействий.

2.3.3. Нормализация воздействий.;.

2.3.4. Взвешивание нормализованы* воздействий.

Выводы к главе 2.

ГЛАВА 3. ИНФОРМАЦИОННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ОЦЕНКИ

ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ОБЪЕКТОВ СТРОИТЕЛЬСТВА.

3.1. Системотехническое обеспечение оценки экологической безопасности.

3.1.1. Особенности системотехнического обеспечения оценки экологической безопасности.

3.1.2. Предпосылки программного обеспечения информационной технологии.

3.2. Особенности разработки информационной технологии оценки экологической безопасности.

3.2.1. Проектирование структуры базы данных информационной технологии.

3.2.2. Алгоритм нахождения интегральной оценки экологической безопасности

3.2.3. Учет условий неопределенности данных.

3.2.4. Алгоритм расчета локальных выбросов в атмосферу.

3.3. Реализация информационной технологии оценки экологической безопасности.

Выводы к главе 3.

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ОЦЕНКИ

ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ОБЪЕКТОВ СТРОИТЕЛЬСТВА.

4.1. Общая характеристика информационного обеспечения.

4.1.1. Структура базы данных.

4.1.2. Определение удельных значений воздействий.

4.2. Оценка потенциальных воздействий на окружающую среду.

4.2.1. Парниковый эффект.

4.2.2. Разрушение озонового экрана.

4.2.3. Образование фотохимических окислителей.

4.2.4. Кислотные осадки.

4.2.5. Переудобрение.

4.3. Оценка токсичности выбросов.

4.3.1. Оценка токсичности для экосистем.

4.3.2. Токсичность для человека.

4.4. Оценка потенциального потребления первичных ресурсов.

4.5. Оценка потенциального воздействия на производственную среду.

Выводы к главе 4.

ГЛАВА 5. ПРИМЕНЕНИЕ ИНФОРМАЦИОННОЙ ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ АНАЛИЗА ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА И ОЦЕНКИ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ

БЕЗОПАСНОСТИ ОЧИСТНОГО СООРУЖЕНИЯ.

5.1. Исходные характеристики объекта.

5.1.1. Назначение объекта.

5.1.2. Технические характеристики сооружения.

5.1.3. Технологические схемы объекта.

5.2. Анализ жизненного цикла объекта.

5.2.1. Определение границ рассмотрения жизненного цикла сооружения.

5.2.2. Процедура инвентаризационного анализа жизненного цикла очистного сооружения.

5.2.3. Оценка экологической безопасности жизненного цикла КОС.

5.3. Интерпретация результатов анализа жизненного цикла КОС.

5.4.Внедрение результатов исследования в учебный процесс и производство.

Введение Диссертация по географии, на тему "Информационная технология анализа жизненного цикла и оценки экологической безопасности строительных объектов"

Одной из наиболее острых международных проблем является проблема улучшения окружающей человека природной среды. Научно-технический прогресс привел не только к появлению новых эффективных технологий, но и к увеличению техногенного давления на природу, а также к расходованию до опасной черты невозобновляемых природных ресурсов. Так, ежегодные выбросы пыли и химических соединений в воздух измеряются сотнями миллионов тонн, а изъятие минеральных ресурсов планеты - десятками миллиардов тонн. Особенно интенсивно загрязняются городские и пригородные территории, промышленные зоны.

Строительные объекты являются одними из самых мощных антропогенных факторов воздействия на окружающую природную среду. В частности, к строительным объектам относятся практически все стационарные источники выбросов. Для снижения негативного воздействия объектов строительства на окружающую среду необходима переориентация строительства и смежных отраслей промышленности на обеспечение устойчивого развили: экономики при одновременном снижении техногенной нагрузки на природу.

Одним из способов улучшения экологической ситуации является принятие экологически безопасных решений на ранних стадиях проектирования строительных объектов. Для этого необходима разработка научных методов принятия проектных решений в строительстве с учетом обоснования экологической безопасности объектов.

Одной из главных сложностей в осуществлении экспертных оценок, служащих инструментом исследования многокритериальных и трудно формализуемых воздействий от объекта строительства, является несколько субъективный, качественный характер этих оценок и трудности с количественной интерпретацией оцениваемых экологических параметров объекта. Задача получения групповой количественной экспертной оценки с учетом коэффициентов относительной важности оцениваемых показателей воздействия планируемой деятельности на окружающую среду в настоящее время решается методами критериально-экспертного взвешивания, составляющих основу информационного обеспечения методологии анализа жизненного цикла (АЖЦ), широко используемой в практике экологического проектирования в странах Западной Европы и Америки.

Теоретические основы данного подхода утверждены в международных стандартах серии ISO 14040-14049 «Методология анализа жизненного цикла» [80-84]. АЖЦ является системным подходом для определения экологической безопасности объекта строительства на этапе ТЭО и инструментом для проведения начальной стадии оценки воздействия на окружающую среду (ОВОС) - так называемого «Заявления о намерениях». Подход основан на предположении, что все этапы существования объекта (включая добычу природного сырья, изготовление конструкций, транспортирование, строительство, эксплуатацию, обслуживание, ликвидацию и переработку отходов) производят воздействия на окружающую среду и должны быть подробно проанализированы. Анализ, который исключает любой из этих этапов, является неполным и ограниченным, потому что игнорирует полный диапазон воздействия различных производственных процессов на разных этапах жизненного цикла. Преимущество АЖЦ по сравнению с другими методами предпроектной оценки экологических последствий, например, нормативным подходом, заключается во всестороннем и мнокритериальном исследовании воздействий на окружающую среду.

Как выявлено из обзора литературных источников и реальных проектов ОВОС, для различных объектов строительства нормативным расчетам в настоящий момент может быть подвергнуто ограниченное число воздействий, большая же их часть ни допустимых «порогов», ни критериев оценки в рамках нормативного подхода не имеет (нет даже адекватных средств выявления этих воздействий).

Зачастую объект строительства считается экологически безопасным, потому что он создается не из природного, а из переработанного сырья. Это, однако, не означает, что он не расходует природное сырье и не производит эмиссии в окружающую среду на протяжении всего своего жизненного цикла. Поэтому определение экологической устойчивости или безопасности объекта строительства при использовании нормативного подхода могут ввести в заблуждение, так как они игнорируют возможность синергетического или кумулятивного воздействия отдельных эмиссий. Например, процесс производства строительных материалов из отходов может иметь высокую энергоемкость, которая ведет к истощению природных ресурсов, глобальному потеплению, и кислотным осадкам на протяжении таких этапов жизненного цикла, как добыча природного сырья, производства и транспортирование. АЖЦ расширяет рассматриваемые границы окружающей среды, учитывая воздействия на различных этапах жизненного цикла и в различных сферах окружающей среды. Преимущество подхода АЖЦ заключается в реализации комбинированного анализа для достижения сокращения комплексного воздействия на окружающую среду.

Применяемая в существующей системе проектирования в Российской Федерации методология ОВОС основана на недостаточно развитых экспертных оценках ввиду отсутствия соответствующей инструктивно-методической базы. Если нормативный подход, применяемый в настоящее время в составе процедуры ОВОС, основан на прогностических расчетах ограниченного круга показателей и увязке результатов с установленными допустимыми уровнями, то экспертная оценка исходит из взвешенного сравнения последствий принимаемых решений. Реализация такого подхода требует соответствующей информационной поддержки, основанной на компьютерных технологиях.

Поэтому разработка методологических основ анализа жизненного цикла и оценки экологической безопасности объектов строительства и создания на их основе информационной технологии представляет собой актуальную научно-практическую задачу и соответствует научно-технологическим приоритетам развития строительного комплекса.

В рамках настоящей диссертационной работы предлагаются теоретические основы и способ практической реализации инструмента для анализа жизненного цикла и оценки экологической безопасности объекта строительства на этапе ТЭО. В дополнение к традиционным методам проведения ОВОС данная информационная технология позволит значительно расширить рассматриваемые рамки техногенного воздействия объектов строительства и получить количественную критериально-экспертную оценку воздействий на окружающую среду по всем этапам жизненного цикла объекта путем использования баз данных по строительным материалам и технологиям, а также ввода необходимой дополнительной проектной информации.

Подобный подход позволяет выявлять наиболее экологически опасные компоненты жизненного цикла объекта строительства на ранних этапах проектирования с тем, чтобы учесть возможную опасность для достижения общей экологической устойчивости.

Анализ отечественных и зарубежных источников по теме диссертации позволяет утверждать, что хотя до настоящего времени и существовали попытки разработки теоретических основ методологии критериально-экспертной оценки экологической безопасности отдельных строительных материалов, они не определяли своей целью создание специализированной информационной технологии оценки экологической безопасности зданий для всего жизненного цикла с использованием баз данных по экологической безопасности применяемых в РФ строительных технологий, процессов и материалов.

Поэтому целью диссертационной работы является разработка методологических основ и создание информационной технологии анализа жизненного цикла и оценки экологической безопасности объектов строительства.

Для достижения поставленной цели в диссертации решаются следующие задачи:

- анализ современных методов и программных средств для оценки экологической безопасности объектов строительства как в России, так и за рубежом;

- разработка методов многокритериальной оценки экологической безопасности объектов строительства на основе использования анализа жизненного цикла объекта и российских норм природоохранного законодательства и проектирования; анализ особенностей интерактивного проектирования экологической безопасности объектов строительства на этапе ТЭО;

- разработка алгоритма и структуры баз данных информационной технологии АЖЦ и оценки экологической безопасности;

- разработка методики формирования баз данных информационной технологии АЖЦ и оценки экологической безопасности объектов строительства;

- апробация информационной технологии анализа жизненного цикла и оценки экологической безопасности объектов строительства на примере канализационного очистного сооружения.

Объектом исследования является компьютерная технология оценки экологической безопасности объектов строительства.

Предметом исследования является модель многокритериальной оценки экологической безопасности объектов строительства, основанная на методологии АЖЦ и международных стандартах ISO 14040 - 14049.

В основу методологии исследования положены: концепция устойчивого развития, системотехнический подход, анализ жизненного цикла, методология управления проектами, международные нормы и стандарты, процедуры ОВОС, а также положения теории принятия решений, системотехники строительства, теории строительных процессов, строительной экологии, теории системного моделирования, теории информационных систем, теории безопасности строительных систем.

Научная новизна работы заключается в разработке: методологических основ многокритериальной оценки экологической безопасности объектов строительства на основе использования анализа жизненного цикла объекта; методики формирования информационной технологии, использующей анализ жизненного цикла для оценки экологической безопасности объектов строительства; методических рекомендаций по прикладному использованию информационной технологии АЖЦ для оценки экологической безопасности объектов строительства. в

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ТЕОРИИ И ПРАКТИКИ ОЦЕНКИ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ОБЪЕКТОВ СТРОИТЕЛЬСТВА

Заключение Диссертация по теме "Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов", Стремберг, Лариса Михайловна

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

1. Критериально-экспертная оценка экологической безопасности объектов строительства, основанная на системном представлении полного жизненного цикла объекта по методологии АЖЦ, дает вероятностные оценки потенциального воздействия на окружающую среду и позволяет выявить на проектном или предпроектном этапе наиболее экологически опасные компоненты жизненного цикла объекта, что дает возможность для более точной оценки экологической безопасности в составе процедур ОВОС.

2. Обзор нормативной, научной и методической литературы показал недостаток методических материалов по применению критериально-экспертных оценок в составе процедуры ОВОС в Российской Федерации. Проведенные исследования позволяют утверждать, что в настоящее время не существует теоретического подхода к оценке экологической безопасности объектов строительства в составе процедуры ОВОС, подобного предложенному в рамках настоящей работы.

3. Анализ существующего программного обеспечения позволяет утверждать, что в настоящее время не существует информационных технологий, которые сочетали бы в себе высокий уровень математического аппарата моделирования экологической устойчивости объектов строительства на всех этапах жизненного цикла, современный пользовательский интерфейс, информационное обеспечение, формируемое на стадии проектирования, и развитые базы данных.

3. В работе предложены, разработаны и экспериментально проверены теоретический подход к созданию информационной технологии анализа жизненного цикла и оценки экологической безопасности объектов строительства на ранних стадиях проектирования и элементы его практической реализации.

4. Для достижения поставленной цели в диссертации решены следующие задачи: проведен анализ современных компьютерных инструментов системной оценки экологической безопасности; разработаны методы поуровневой критериально-экспертной оценки экологической безопасности объектов строительства; выполнен анализ особенностей интерактивного проектирования экологической безопасности жизненного цикла объектов строительства на этапе ТЭО; разработаны алгоритм и структура баз данных, а также проведена апробация информационной технологии анализа жизненного цикла и оценки экологической безопасности объектов строительства. ш

5. Использование разработанного метода, алгоритмов и структуры баз данных информационной технологии анализа жизненного цикла и оценки экологической безопасности позволило на этапе ТЭО проекта смоделировать полный жизненный цикл канализационного очистного сооружения и его воздействие на окружающую среду, а также получить количественную критериально-экспертную оценку экологической безопасности различных проектных альтернатив объекта.

6. Работа позволяет наметить направления дальнейшего использования ее результатов при разработке раздела ОВОС строительных проектов объектов различного назначения.

7. Теоретические результаты работы используются в учебном процессе для преподавания студентам специализации «Оценка экологической безопасности объектов строительства» в МГСУ.

8. Выполненная работа позволяет наметить направления дальнейших исследований в рамках рассматриваемой проблемной области:

- дальнейшее развитие информационной технологии анализа жизненного цикла и оценки экологической безопасности объектов строительства, включая наполнение баз данных по российским строительным материалам, конструкциям и технологиям; исследование возможностей комплексной оптимизации информационной технологии для объектов строительства различного назначения.

Библиография Диссертация по географии, кандидата технических наук, Стремберг, Лариса Михайловна, Москва

1. Берлянд М.Е., Генихович Е.Л. и др. Физические и методологические принципы установления предельно допустимых выбросов в атмосферу// Сб.научных тр. Главная геофизическая обсерватория.- JL, 1985. Вып.495.

2. Блинюков Б.Б., Пчелинцев О.С., Ронкин Г.С., Чумаков В.И. Проблема создания информационной системы для стратегического управления региональным развитием. М.: ВНИИСИ, 1982.

3. Вызова И.Л. Методическое пособие по расчету рассеяния примесей в пограничном слое атмосферы по метеорологическим данным. М.: Гидрометеоиздат, 1973.

4. Винокуров Ю.Е. Правовое обеспечение экологической безопасности// Экологическая безопасность: проблемы законодательного обеспечения: Сб. Международного независимого эколого-политологического университета.-М.1994.

5. Владимиров В.В., Алексашина В.В. Экологические проблемы антропогенного воздействия на городскую среду. Итоги науки и техники.// Охрана природы и воспроизводство природных ресурсов.- М.:ВИНИТИ. 1988.- Т.22.

6. Волков A.A. Компьютерное моделирование развития и результатов кризисных ситуаций в САПР объектов строительства. Диссертация на соискание уч.ст.к.т.н.-М.:МГСУ, 1999.

7. Вылегжанина Е.Е. Сохранение биосферы и международная ответственность.-М.:Компания "ТОО Протеже", 1993.

8. Географическое прогнозирование и охрана природы/Под редакцией Звонковой Т.В., Касимова Н.С.- М.:МГУ. 1990.

9. Голуб A.A., Струкова Е.Б. Экономика природопользования.-М.: Аспект Пресс, 1995.

10. Горкина И.Д., Максименко Ю.Л. Методологические проблемы оценки воздействия на окружающую среду.// Методологические, инструктивно-методические и справочно-информационные материалы по проведению ОВОС/ ЦРСД Общество "Знание" России. М.: 1993.

11. Гофман К.Г. Экономический механизм природопользования в условиях перехода к рыночной экономике// Экономика и математические методы. Т.ХХУП.1991.Вып.2.

12. Григорьева С.О., Снопковская О.В. и др. Подготовка материалов по ОВОС для Северо-Западного региона. Методические рекомендации. СПб., 1996.

13. Директива Совета Европейского экономического сообщества по оценке воздействия некоторых государственных и частных проектов на окружающую среду (85/337/ЕЭС).-Люксембург, 1985.

14. Журавлев В.П. и др. Охрана окружающей среды в строительстве. М.- ABC, 1995.

15. Конвенция об оценке воздействия на окружающую среду в трансграничном контексте. ООН. Экономический и Социальный Совет.- Финляндия, 1991.

16. Львовская К.Б. Методические принципы эколого-экономического обоснования мероприятий по охране окружающей среды города// Изв. АН СССР: Сер. Экон. 1985. №6.

17. Максименко Ю.Л. О законодательных основах ОВОС в РФ// Экологическая безопасность: проблемы законодательного обеспечения. Сб.- М.: Изд-во МНЭПУ, 1994.

18. Максименко Ю.Л., Горкина И.Л. Оценка воздействия на окружающую среду. Пособие для практиков/ РЭФИА и др., М., 1996.

19. Максименко Ю.Л., Черданцев А.П. и др. Практика ОВОС: плюсы и минусы. Методологические, инструктивно-методические и справочно-информационные материалы по проведению ОВОС.- М.: ЦРСД Общество "Знание" России, 1993.

20. Ново-Люберецкая станция аэрации Ш блок V этап. Анализ и технико-экономическая оценка 4-х вариантов технологий очистки сточных вод и обработкиосадка. ТЭО. Пояснительная записка Б 14- 111/98- ПЗ. СХ.- М.: МосводоканалНИИпроект, 1998.

21. Мамин Р.Г. Урбанизация и охрана окружающей среды в Российской Федерации. -М.:РЭФИА. 1995.-Ч.2.

22. Маршал Л.Д. Оценка воздействия на окружающую среду как инструмент принятия решений. М.1989.

23. Моисеев H.H. Человек и ноосфера.-М.: Молодая гвардия. 1990.

24. Мунн P.E. Вторжение в природную среду. Оценка воздействия.-М.: Прогресс. 1983.

25. Мухина Л.И., Рунова Т.Г. Система показателей для изучения и оценки воздействия человека на природу. М. 1980.

26. Низ А. Экономика и окружающая среда. Пер. с англ. М.: Экономика, 1981.

27. Никеров Н.С., Сухих Р.Д. Экспертно-статистический метод оценки качества продукции. Уч.пос. -СПб, 1995.

28. Одум Ю.Основы экологии.-М. :Мир. 1975.

29. Оценка и регулирование качества окружающей природной среды. Учебное пособие для инженера-эколога/Под ред. А.Ф.Порядина и А.Д.Хованского. М.: Минприроды России, Изд.дом "Прибой", 1996.

30. Порфирьев Б.Н. Экологическая экспертиза и риск технологий// Итоги науки и техники. Сер. Охрана природы и воспроизводство природных ресурсов. Т.27. М.:ВИНИТИ, 1990.

31. Применение принципов оценки воздействия на окружающую среду к политике, планам и программам//Серия публикаций по окружающей среде. ООН.-Нью-Йорк, 1992.

32. Природоохранные нормы и правила проектирования; Справочник /Сост.: Ю.Л.Максименко, В.А.Глухарев.- М.: Стройиздат, 1990.

33. Прогнозное социальное проектирование: теория, метод, технология. Т.1, 2, 3. М.: ИСП АН СССР, 1989.

34. Программа действий по охране окружающей среды для Центральной и Восточной Европы. Русская версия. США, Мировой банк, 1995.

35. Прохоров Б.Б. Ме дико-демографическая ситуация в России и состояние окружающей среды// Экологический вестник.-1993, №2.

36. Расширение очистных сооружений г. Зеленограда до 200 тыс.м3/сут по технологии фирмы «Хёлтер» Германия (Адаптация). Проект, Т.2. Охрана окружающей среды41