Автор: доктор техн. наук, Большеротов А.Л.
При использовании данных материалов в любых целях, ссылка на автора обязательна.
Эмерджентность показателей экологической безопасности урбанизированных территорий при повышении концентрации объектов строительства
Наиболее сильно воздействие техногенных факторов проявляется в крупных населённых пунктах, где различные техногенные системы концентрируется в местах проживания людей на компактной территории. Техногенное воздействие на окружающую среду начинается со строительства объекта, а затем продолжается построенным объектом недвижимости, который и является источником техногенных факторов.
В связи с этим, проводя оценку экологической безопасности строительства, следует любой строительный объект оценивать не только с позиции безопасности периода непосредственного возведения объекта, но и с позиции экологической безопасности построенного объекта недвижимости за время всего жизненного цикла объекта, вплоть до его ликвидации.
Примеров недооценки экологических последствий от эксплуатации того или иного «экологически безопасного объекта» в период строительства, но не безопасного в период эксплуатации, можно привести сколько угодно много. Негативные экологические последствия от таких объектов связаны не только с загрязнением окружающей среды или негативным воздействием на природу, воздействием на биоценоз биотопа, но и с опосредованным негативным воздействием объекта строительства на окружающую среду.
Для оценки опосредованного воздействия строительного объекта на окружающую среду впервые вводится понятие - степень концентрация строительства (недвижимости) на ограниченной территории.
Под степенью концентрации понимаем не только большую совокупность разнородных объектов на ограниченной территории, примером которой может служить любой населённый пункт, промышленная зона, но и величину (размер) строительного объекта (например, крупного завода или жилого района).
Предварительно, в общем виде этот тезис можно сформулировать следующим образом: степень концентрации строительства на ограниченной территории пропорциональна величине техногенного воздействия на окружающую среду, которая складывается из прямого и опосредованного воздействия.
Под прямым воздействием понимаем традиционное техногенное загрязнение каждым объектом строительства (недвижимости) или его составной части (для крупных объектов) окружающей среды различными факторами.
Под опосредованным воздействием понимаем создание условий каждым объектом строительства (недвижимости) или его составной частью (для крупных объектов) для появления нового общего для всей территории строительства (размещения объектов недвижимости) техногенного фактора, отсутствующего у каждого, отдельно взятого объекта, исходя из принципа эмерджентности. Таким важным фактором и является степень концентрации строительства.
Степень концентрации строительства – это эмерджентный, опосредованный техногенный фактор, пропорциональный величине общего техногенного воздействия на окружающую среду территории застройки.
Совокупное действие большого числа объектов строительства и порождаемых ими различных случайных техногенных факторов приводит к суммарному результату, независящему и отличному от этих факторов. В этом смысле степень концентрации строительства и величина суммарного техногенного воздействия полностью подчиняется Закону больших чисел.
При точно известных условиях, среднее арифметическое
x̅ = ( x1 + x2 + … + xn ) / n (1)
большого числа n случайных величин факторов Xk с вероятностью, сколь угодно близкой к единице, сколь угодно мало отличается от своего математического ожидания a = E( ̅x ).
Для независимых случайных величин, имеющих одинаковые распределения вероятностей и конечное математическое ожидание α, при любых ε > 0, вероятность неравенства │x - α│< ε стремится к единице при n → ∞. Случайность отклонения x = x1 + x2 + … + xn = n x̅ от её математического ожидания n a растёт, как корень из n .
Применительно к экологической проблеме, характеризуемой законом больших чисел рассмотрим усиление техногенной нагрузки, связанной с увеличением концентрации строительных объектов или недвижимости.
Появление каждого нового строительного объекта на единице площади σ в единицу времени t добавляет техногенную нагрузку на данную территорию (экосистему) равную fk. Техногенная нагрузка fk от нового объекта строительства ожидаема с определённой долей вероятности. Математическое ожидание α техногенной нагрузки (воздействия) будет выражаться формулой
α = E(fk ). (2)
Фактически же величина техногенного воздействия нового объекта строительства может быть различной, в том числе и нулевой, если концентрация объектов строительства на территории σ мала и объект экологически безопасен.
Сумма всех техногенных нагрузок fk от всех объектов строительства N и недвижимости на территории σ за данный промежуток времени t составляет
является также случайной величиной с математическим ожиданием равным
A = N α. (4)
Однако в силу закона больших чисел (который проявляется здесь с исключительной точностью благодаря тому, что число N велико) F в действительности оказывается почти независимым от случайных обстоятельств появление или не появления новых строительных объектов на данной территории, а именно почти точно равным своему математическому ожиданию A.
Условие независимости слагаемых при применении закона больших чисел выполняется с тем или иным приближением. Так как считать независимым воздействием на окружающую среду нового объекта строительства на данной территории, когда там уже имеется ряд ранее построенных объектов с определённой величиной техногенного воздействия, не будет полностью корректным.
Однако, согласно закону больших чисел, для зависимых слагаемых расположенных далеко друг от друга (с далёкими номерами) зависимость достаточно слаба. Мы также можем утверждать, что воздействие не связанных друг с другом объектов, тем более расположенных далеко друг от друга будет мала и это допущение позволяет описывать явления зависимые от степени концентрации недвижимости с помощью закона больших чисел.
Таким образом, опираясь на выводы, которые можно сделать с помощью закона больших чисел, можно утверждать:
Ø вероятность появления какого-то эмерджентного опосредованного воздействия концентрации строительства на ограниченной территории тем выше, чем выше степень концентрация строительства (недвижимости).
Эмерджентное опосредованное воздействие степени концентрации строительства имеет место не только в физической, технической части воздействия на окружающую среду, но и в социальной сфере, в сфере экономики, в сфере здоровья населения и других нематериальных сферах. Если какое-то явление имело место в каком-то месте в каком-то объёме, то в соответствии с законом больших чисел при увеличении концентрации строительства вероятность проявления этого явления как важного действующего фактора и степень его воздействия растёт.
Таким образом, экологическая ситуация в больших технических системах, к которым относится и крупное строительство и, особенно, высокая концентрация строительства на ограниченной территории развивается по принципу эмерджентности, при котором экосистема территории концентрированного строительства обладает качественно новыми свойствами, которые нельзя предсказать, исходя из свойств отдельных её компонентов, характерных для каждого строительного объекта.
Или иначе - свойства отдельных элементов экологической системы отличаются от свойства самой системы, в которую они входят.
Особенно ярко данные свойства проявляются при высокой концентрации строительства (объектов недвижимости – то есть объектов строительства в стадиях жизненного цикла по завершении строительства, например в стадии эксплуатации) на ограниченной территории.
Проиллюстрировать это положение можно примером из жилищного строительства. Представим, что необходимо обеспечить абсолютно одинаковым по качеству и объёму жильём определённое количество людей. Причём во всех случаях необходимо обеспечить в полном объёме всю социальную инфраструктуру поселений, создать абсолютно равные возможности. Единственным отличием должна стать степень концентрации объектов жилых поселений.
В первом варианте: жилые дома размещаются в загородной лесной зоне на значительном удалении друг от друга по типу фермерских хуторов.
Во втором варианте: дома размещаются в одном, традиционном по планировке, большом загородном посёлке.
В третьем варианте: жилая площадь концентрируется в виде жилого микрорайона из многоэтажных домов.
Рассмотрим некоторые плюсы и минусы таких вариантов размещения жилых объектов (оценка качества), а также спрогнозируем возможные экологические проблемы этих поселений.
При всей субъективности оценок и видов рассматриваемых показателей в табл. 1 и 2 очевидно, что, в зависимости от степени концентрации объектов жилого строительства (от фермерского варианта до городского), оценки одних и тех же показателей для разных вариантов явно разные. Причём, как было заранее оговорено, варианты поселений абсолютно идентичны по всем показателям: по качеству жилого фонда, по инфраструктуре, по количеству жителей и т.д., единственное отличие вариантов – это степень концентрации объектов.
Таблица 1
Положительные и отрицательные стороны вариантов концентрации жилого фонда
Таблица 2
Экологическая оценка вариантов поселений
Данный пример наглядно иллюстрирует принцип эмерджентности экологических характеристик при наличии фактора степени концентрации строительства (недвижимости) для данных вариантов решения жилых поселений. Показывает важность, необходимость учёта фактора степени концентрации строительства, так как в соответствии с законом больших чисел (при усилении концентрации строительства) вероятность эмерджентной непрогнозируемой величины негативных экологических свойств объекта (ов) строительства резко возрастает.