Основы стратегии инженерных изысканий в XXI веке в свете современных вызовов и перспектив развития строительной отрасли

АКТУАЛЬНОСТЬ РАЗРАБОТКИ И РЕАЛИЗАЦИИ СТРАТЕГИИ ИНЖЕНЕРНЫХ ИЗЫСКАНИЙ В XXI ВЕКЕ

Первые десятилетия XXI века ознаменовались бурным развитием строительной отрасли в нашей стране. В свете современных вызовов и намечаемых перспектив её развития в ближайшие десятилетия предстоит:

- осуществить прогрессирующий рост объемов строительства во всех регионах РФ, в том числе в регионах с существенно различающимися природными условиями, включая сложные климатические, геологические и геодинамические условия, в том числе в зонах многолетней мерзлоты;

- обеспечить расширение территорий мегаполисов и крупных городов, реализовать начинающуюся программу формирования агломераций из средних и малых городов;

- многократно развить строительство линейных сооружений, в том числе нефтяных и газовых трубопроводов, ЛЭП, автомобильных дорог со строительством объектов инфраструктуры вдоль их трасс;

- существенно увеличить темпы ведения строительных работ, сократить сроки ввода строительных объектов в эксплуатацию, в том числе особо опасных и технически сложных, а также подземных сооружений и объектов со значительным заглублением (до 100 м. и более);

- реализовать прорывные строительные технологии, в том числе на основе технологий информационного моделирования (ТИМ или BIM-технологии);

- значительно повысить требования к надежности, экономичности и качеству строительных объектов, с обеспечением безопасного и устойчивого развития застроенных территорий;

- активизировать строительные работы для восстановления и охраны памятников истории и культуры, музеефикации природных и археологических объектов;

- провести поисковые исследования и подготовку к производству строительных работ на Луне и, в перспективе, на Марсе.

Возрастание объемов строительства, уровня сложности строительных объектов и темпов из возведения, повышение требований к надежности, качеству, экологической безопасности, экономической эффективности строительных объектов, в том числе ускорению цикла проектно-изыскательских и строительно-монтажных работ для ускорения ввода объектов в эксплуатацию – всё это предъявляет повышенные требования к уровню изыскательского обоснования и обеспечения строительства. Необходимо учитывать дополнительные сложности этих работ в условиях глобального изменения климата, развития наводнений, подтоплений, оползней, селей и других геодинамических процессов, проседания территории крупных городов и мегаполисов, главным образом из-за чрезмерно высоких объемов откачки подземных вод, техногенного загрязнения всех компонентов природной среды.

Выявленное в последние годы отечественными и зарубежными учеными прогрессирующее развитие опасных природных и природно-техногенных процессов обуславливают необходимость их учета при производстве инженерных изысканиях и обосновании своевременных мероприятий инженерной защиты строительных объектов и застроенных территорий, причем как в штатных условиях их функционирования, так и в чрезвычайных ситуациях.

Указанные выше перспективы развития строительной отрасли в предстоящие десятилетия в отмеченных сложных природных и природно-техногенных условиях требуют адекватного развития инженерных изысканий.

Принципиальное значение имеет выработка стратегии инженерных изысканий на период до 2050 г. с выделением приоритетных и перспективных задач в этом направлении, а также разработка соответствующей «дорожной карты» до окончания XXI века.

ОСНОВЫ СТРАТЕГИИ ИНЖЕНЕРНЫХ ИЗЫСКАНИЙ И ИХ ОБЕСПЕЧЕНИЯ

Содержание и стратегические направления инженерных изысканий

Концепция современной стратегии инженерных изысканий заключается в изучении компонент природной среды строительных объектов, рассматриваемых в качестве неотъемлемых элементов создаваемых при строительстве природно-технических систем (ПТС). В том числе приоритетно значимой подсистемы «геологическая среда – строительный объект, территория его размещения и влияния».

Основные принципы стратегии инженерных изысканий:

- изыскательское обеспечение всех этапов жизненного цикла строительных объектов – опережающие изыскания на этапах, предшествующих проектированию (обоснование инвестиций в строительство, выбор пункта и площадки размещения объектов, разработка генерального плана); и сопровождающие изыскания на всех последующих этапах вплоть до ликвидации строительного объекта);

- обеспечение кратко-, средне-, долгосрочного и длительного прогнозирования изменения компонент природной среды под влиянием техногенных нагрузок и воздействий, вызванных строительством;

- системный подход к комплексному обеспечению инженерных изысканий (научно-техническому, кадровому, материально-техническому, финансовому, нормативному и экспертному) с целью разработки и внедрения прорывных технологий производства изыскательских работ.

Табл. 1. Приоритетные и перспективные стратегические направления инженерных изысканий (ИИ) на период до 2040-2050 г.

Примечание к п.2 в таблице:

– крупных территорий: при расширении мегаполисов и крупных городов, создании запланированных 24-х агломераций городов с населением 1-2 млн жителей (Калуга-Тула-Рязань, Ярославль-Кострома-Иваново, Воронеж-Липецк-Тамбов, Курск-Белгород-Старый Оскол, Ижевск-Нефтекамск-Набережные Челны, Уфа-Стерлитомак-Магнитогорск и другие), а также крупных энергетических и промышленных объектов в списке первых кандидатов также находятся Калининград, Ярославль, Воронеж, Нижний Новгород, Волгоград, Уфа, Екатеринбург, Тюмень, Новосибирск, Красноярск. Агломерации должны вырастать вокруг всех городов с населением от 5ОО тыс. человек. Вне связи с административными границами;

- линейных строительных объектов (автомобильных и железных дорог, ЛЭП, нефте- и газопроводов).

НАПРАВЛЕНИЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ИНЖЕНЕРНЫХ ИЗЫСКАНИЙ

Кардинальное (прорывное) развитие инженерных изысканий требует системного подхода к их комплексному обеспечению – научно-техническому, кадровому, материально-техническому, финансовому, нормативному и экспертному.

Рис. 1. Направления обеспечения инженерных изысканий

Научно-техническое обеспечение

Прежде всего, необходимо дальнейшее развитие методологии инженерных изысканий, – их стратегии (концепции и принципов) и тактики (методов, методик, технических средств, технологии организации и производства изыскательских работ).

Отметим в этой связи, необходимость рассматривать методологию изучения геологической среды и проведения инженерно-геологических изысканий одним из приоритетных видов инженерных изысканий и научных направлений инженерной геологии. Подчеркнем, что методология инженерных изысканий, имеет исключительное значение не только для выработки научно обоснованной стратегии их проведения, но во многом и для определения тактики их производства.

Приоритетной задачей следует считать разработку новых, прорывных технологий инженерных изысканий. Известный лозунг «Кадры решают всё» в современный период должен измениться на «Кадры и технологии решают всё».

Заметим также, что в свое время появление новых методов исследований геологической среды знаменовало внедрение прорывных технологий инженерно-геологических изысканий. Это появления методов динамического и статического зондирования в 50-60 годы, пенетрационно-каротажных методов в 70-80-е годы, микроструктурных исследований образцов дисперсных грунтов на растровом электронном микроскопе.

Необходима разработка новых принципов научно-технического, в том числе экспертно-консультационного, сопровождения инженерных изысканий. Это необходимо, прежде всего, при изысканиях, выполняемых для особо опасных, технически сложных и уникальных строительных объектов, а также строительных объектов, возводимых и реконструируемых в сложных природных и природно-техногенных условиях.

Дальнейшего развития требуют методы математического и физического моделирования, а также методы инженерных аналогий (в частности метод инженерно-геологических аналогий) при постановке изыскательских исследованиях, в том числе для составления и использования динамичных моделей геологической среды и режима подземных вод.

В числе приоритетных задач разработка новых методик кратко-, средне- и долгосрочных прогнозов развития природных и природно-техногенных процессов с целью повышения надежности и точности их составления и обоснования систем инженерной защиты застраиваемых территорий.

Особое значение в современных условиях приобретает развитие междисциплинарных взаимодействий, направленных на решение актуальных и перспективных задач инженерных изысканий. Требуется активное совместное участие РААСН, РАЕН и РАН в решении этих задач, в том числе при выполнении комплексных целевых программ Правительства РФ.

Ещё одной из важнейших задач следует признать организацию Координационного управления инженерными изысканиями. Надо создать региональные Центры координации инженерных изысканий для строительства с экспертно-консультационными отделами при участии ведущих ученых и практиков в этой области.

В строительной практике необходимо реализовать всю технологическую цепочку ведения инженерных изысканий, начиная от их планирования и заканчивая включением изыскательских материалов в Проект и Рабочую Документацию с использованием изыскательских рекомендаций. Подчеркнем, что качественная изыскательская документация необходима не только для проектирования очередного строительного объекта, но и для использования в виде фондовых материалов для проектирования последующих объектов на застроенных и прилегающих территориях.

Рис. 2. Технологическая цепочка в производстве инженерных изысканий (ИИ)

Подчеркнем, что прогрессивные технологии требуют профессионализма в каждом «звене» технологической цепочки, в том числе на этапе выполнения камеральных и аналитических работ.

В этой связи уместно отметить, например, недоиспользование в широкой изыскательской практике возможностей высокоэффективного метода испытаний грунтов статическим зондированием, в том числе для выделения инженерно-геологических элементов (ИГЭ) и расчетных грунтовых слоев (РГС) при производстве инженерно-геологических изысканий.

В технических отчетах (ТО) о выполненных инженерных изысканиях наряду с объемной общей частью изыскательских материалов, часто состоящей из ряда томов и огромного количества приложений, должен в обязательном порядке составляться специальный раздел (дайджест ТО) с кратким изложением полученных данных, их аналитическим обобщением и четкими, обоснованными изыскательскими рекомендациями для строителей. Это рекомендации к проектированию строительного объекта или выполнению других работ на рассматриваемом этапе жизненного цикла строительного объекта, для которого производились изыскания. Именно с этой частью изыскательских материалов и должен в дальнейшем работать проектировщик, обращаясь к сводному отчету только в необходимых случаях в процессе совместных работ с изыскателями.

Кадровое обеспечение

Следует уже сейчас планировать более высокий уровень подготовки изыскателей в специализированных высших учебных заведениях соответствующего профиля (геодезического, геологического, гидрометеорологического и экологического). Вместе с тем крайне необходимо повысить уровень подготовки инженеров-строителей в области наук о природной среде, организации и производстве инженерных изысканий, а также в приобретении необходимых знаний, умений и навыков взаимодействия строителей, прежде всего проектировщиков, с изыскателями.

В этой связи необходимо учитывать, что фундаментальной базой всех видов инженерных изысканий являются соответствующие естественные науки (табл.1). Поэтому при подготовке инженеров-строителей в строительных вузах необходимо не только преподавание им основ инженерных изысканий (для получения компетенций в вопросах составления технических заданий на проведение инженерных изысканий, понимания изыскательской документации и восприятия изыскательских рекомендаций), но и обучение основам отраслей естественных наук, являющихся фундаментальной научной базой инженерных изысканий.

Табл. 2. Виды инженерных изысканий и отрасли естественных наук, являющиеся их научной базой

Особенно это касается преподавания в строительных вузах инженерной геологии, ибо ни одно здание и сооружение не проектируется без инженерно-геологического обоснования. Важнейшее значение в этой связи приобретают: прохождение учащимися строительных вузов геологической практики, обучение их азам взаимодействия проектировщиков с изыскателями в периоды производственных практик, включение в ряд курсовых и дипломных проектов раздела «Инженерно-геологические условия строительства».

Соответственно требует развития система повышения квалификации и сертификации специалистов строительной отрасли.

Материально-техническое обеспечение

Приходится констатировать, что в настоящее время практически все виды инженерных изысканий проводятся с использованием приборов и оборудования, разработанного, а во многом и изготовленного ещё в прошлом веке. Единичные новые разработки касаются отдельных методов работ и не получили широкого распространения. К сожалению, не применяются некоторые прогрессивные ранее созданные методы и оборудование, в том числе разработанные ВСЕГИНГЕО установки для ведения пенетрационно-каротажных исследований грунтов при инженерно-геологических изысканиях. Между тем, они с успехом продолжают использоваться в других странах, например, в Белоруссии и, после некоторой модернизации, в Венгрии (установка «Пеникар» - при изысканиях для второй очереди АЭС «Пакш-2»).

В практике инженерных изысканий для строительства следует использовать уже имеющиеся новые разработки последних лет, в частности применение инновационных оптоволоконных технологий для геофизических исследований скважин и специальное оборудование для отбора керна из скважин глубиной до 500 м.

Очевидно, что специалисты в области инженерных изысканий должны в содружестве со специалистами ряда отраслей на основе междисциплинарных связей запланировать и разработать новое поколение технических средств, предназначенных для производства изыскательских работ на высокоэффективном технологическом уровне. Это касается, в частности, внедрения нано-технологий в практику инженерно-геологических изысканий и исследований. О направлениях их возможного применения рассказывалось в докладе И.В. Дудлера и Е.А. Вознесенского на международной конференции «Новые идеи в науках о Земле», проходившей в РГГРУ несколько лет назад.

С этой же целью следует возродить в стране специальные организации, в том числе конструкторские бюро, занимающиеся разработкой приборов и оборудования, необходимых для производства инженерных изысканий, а также заводов по изготовлению изыскательского оборудования. Крайне важно предусмотреть выделение специальных грантов для решения этих задач на базе НИОКР.

Финансовое обеспечение

На наш взгляд, требует пересмотра действующая система финансирования инженерных изысканий. Их стоимость должна быть четко увязана с технико-экономической и социально-экономической эффективностью строительства в целом. Инженерные изыскания должны рассматриваться в едином комплексе проектно-изыскательских работ и, вместе с тем, оцениваться с позиций их значимости для всех этапов жизненного цикла строительных объектов. Необходимо серьёзное наращивание финансирования научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ (НИОКР).

Нормативное обеспечение

Разработанная в 90-х годах прошлого века ПНИИИСом Госстроя СССР система нормативного обеспечения инженерных изысканий показала свою эффективность, но, естественно, требует дальнейшего развития. Проведенная позднее так называемая их «актуализация» не дала желательного результата, вызвала многочисленные нарекания ученых и специалистов. В настоящее время назрела острая необходимость разработки нового поколения нормативных документов, ориентированных на творческий подход специалистов к производству инженерных изысканий, осуществление в необходимых случаях научно-технического сопровождения изысканий и включение в состав работ выполнение натурных исследований и опытно-производственных работ.

При разработке новых нормативных документов целесообразно учесть положительный опыт создания СП 151.13330.2012 Инженерные изыскания для размещения, проектирования и строительства АЭС.

Подчеркнем необходимость отражения в нормативных документах обязательного производства изыскательских работ в строительный период в контакте с группой авторского надзора проекта. Это касается, в частности, изыскательских работ для уточнения инженерно-геологических и гидрогеологических условий, обследования и документации строительных котлованов, корректировки проектов, а также осуществления изыскательского контроля мероприятий инженерной защиты строительного объекта и территории его размещения от опасных геологических процессов.

Отметим также необходимость регламентации в нормативных документах выполнения инженерно-геологической диагностики деформаций строительных объектов при их обследовании совместно со строителями для установления причинно-следственных связей произошедших нарушений и обоснования проектных решений для восстановления или реконструкции объекта, включая систему его инженерной защиты.

Целесообразно возродить разработки и издание региональных/территориальных нормативных документов (ТСН), позволяющих в полной мере учесть и отразить комплексные особенности региона, в том числе природные (прежде всего, геологические), характер техногенных нагрузок и воздействий, влияющих на их изменения, экономические, социальные условия, а также многолетний опыт ведения инженерных изысканий при строительном освоении региона.

Необходимо вернуться к созданию нормативного документа, регламентирующего проведение инженерных изысканий в чрезвычайных ситуациях и в зонах их проявления. Напомним, что проект такого нормативного документа разрабатывался ПНИИИС в конце 90-х годов прошлого века, но, к сожалению, не был издан.

Экспертное обеспечение

Наряду с действующей государственной экспертизой материалов инженерных изысканий следует развивать и так называемую «внегосударственную» экспертизу. Крайне важна также работа экспертно-консультационных организаций.

Уместно отметить высокую эффективность подобных организаций, в частности Городской экспертно-консультативной комиссии по основаниям, фундаментам и подземным сооружениям при Правительстве Москвы (ГЭКК ОФиПС при Правительстве Москвы), образованной в 1995 году.

Особое внимание следует обратить на необходимость существенного повышения уровня знаний и профессионализма сотрудников экспертизы материалов инженерных изысканий, отхода их от формализации экспертных требований, умение экспертов взаимодействовать с изыскателями и проектировщиками на этапах производства проектно-изыскательских работ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Современные вызовы и перспективы развития строительной отрасли России в XXI веке требуют адекватного развития инженерных изысканий, призванных обосновывать проектные решения и обеспечивать строительство надежной изыскательской информацией на всех этапах жизненного цикла строительных объектов.

В этой связи необходимо развитие стратегии и тактики инженерных изысканий на основе их комплексного обеспечения (научно-технического, кадрового, материально-технического, финансового, нормативного и экспертного).

Важнейшее значение приобретает разработка и внедрение новых, прорывных технологий инженерных изысканий.

Ответственная роль в решении этих задач принадлежит вузам в повышении профессиональной подготовки изыскателей и, одновременно, в повышении уровня подготовки строителей в области инженерных изысканий с расширением их кругозора в знании основ фундаментальных наук, являющихся научно-методической базой каждого вида инженерных изысканий.

Представленные в данной статье обобщения и рекомендации, а также подготовленные авторами предложения, будут способствовать решению приоритетных и перспективных задач в стратегии инженерных изысканий в строительной отрасли страны в XXI веке.