Введение
Понятие отходы включает в себя все типы веществ (твердые, жидкие или газообразные), образующихся в результате деятельности человечества в процессе производства и потребления продукции. Отходы, как правило, в большинстве случаев несут в себе потенциал прямого или косвенного нанесения вреда здоровью человека или природной среде. Отходы обычно подразделяют на следующие виды: минеральные, промышленные, строительные, сельскохозяйственные, бытовые и медицинские. Различные виды отходов по-разному влияют на окружающую природную среду. Это может быть чисто «визуальное загрязнение ландшафта», а может приводить и к серьезным заболеваниям, даже мутациям за счет биологического или экологического воздействия на живые организмы, включая организм человека. К тому же, кроме экологического вреда, причиняемого данными потоками отходов, их образование влечет за собой ещё и значительные экономические потери. Поэтому минимизация экологических и экономических последствий потребления природных ресурсов с постоянно увеличивающимся из года в год производством отходов является одной из наиболее важных задач современного мира. Стратегическое управление, основанное на разработанных эффективных моделях управления отходами, имеющих целью предотвращение их образования или сокращения объёмов отходов у источника является наиболее выгодным подходом, обеспечивающим самый экономичный и экологически устойчивый вектор развития [1].
Отходы строительства и сноса зданий в мире и в России
Одним из основных источников отходов является строительство [2, 3].
В качестве доказательства можно привести данные исследования ЕВРОСТАТА по статистике отходов в Европейском Союзе. В 2016 году общее количество отходов, образующихся в ЕС-28 по всем видам экономической деятельности и функционирования домохозяйств, составили 2,538 млн. тонн. На долю строительства приходится более 36% от общего объема произведенных отходов, т.е. около 1 млрд. тонн [4]. (Рисунок 1).
Рис. 1. Образование отходов по видам экономической деятельности и домохозяйствам, ЕС-28, 2016. Источник данных: Евростат (env_wasgen).
Надо отметить, что доля отходов от строительных и демонтажных работ в общем объеме образования отходов значительно различаются по странам внутри ЕС (Таблица. 1).
Таблица 1.
Доля отходов от строительных и демонтажных работ в общем объеме образования отходов в ряде стра–членах ЕС в 2018 году
|
Страна |
Болгария |
Литва |
Бельгия |
Италия |
Дания |
Великобритания |
Нидерланды |
|
Доля отходов |
0,1% |
8,8% |
33,5% |
35,3% |
56% |
62% |
70% |
При этом также сильно различается уровень переработки и утилизации отходов строительства и сноса внутри ЕС, этот уровень составляет от менее чем 10% до более чем 90%.
Согласно информационным бюллетеням Агентства по охране окружающей среды США «Продвижение рационального использования материалов: факты и цифры» за 2018 год и «Лучшие практики обращения с твердыми отходами: руководство для лиц, принимающих решения в развивающихся странах» [5, 6, 7]:
- В 2018 году в Соединенных Штатах было образовано 600 миллионов тонн строительного мусора, что более чем в два раза превышает количество твердых бытовых отходов.
- На снос приходится более 90 процентов от общего объема образования мусора, в то время как на строительство приходится менее 10 процентов.
- Чуть более 455 миллионов тонн строительного мусора было направлено на вторичную переработку и последующее использование, и чуть менее 145 миллионов тонн было отправлено на свалки.
В Российской Федерации, учитывая структуру промышленного производства страны, статистика образования отходов производства и потребления значительно отличается от ЕС и США. По данным Министерства природных ресурсов и экологии Российской Федерации, приведенным в Государственном докладе «О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2021 году» [8] около 87% от общего количества отходов, составляют отходы от добывающей промышленности (Таблица 2).
Таблица 2.
Динамика образования отходов производства и потребления в РФ по основным видам экономической деятельности в 2016-2021 гг., млн. т
|
Вид деятельности |
2016 |
2017 |
2018 |
2019 |
2020 |
2021 |
|
Добыча полезных ископаемых |
4 724 |
5 786 |
6 850 |
7 257 |
6 367 |
7 691 |
|
Обрабатывающие производства |
549 |
275 |
244 |
296 |
240 |
346 |
|
Сельское, лесное хозяйство, охота, рыболовство и рыбоводство |
49 |
41 |
43 |
48 |
45 |
51 |
|
Строительство |
21 |
28 |
36 |
42 |
32 |
57 |
|
Обеспечение электрической энергией, газом и паром |
21 |
21 |
20 |
20 |
17 |
19 |
|
Водоснабжение; водоотведение, организация сбора и утилизации отходов, деятельность по ликвидации загрязнений |
7 |
10 |
11 |
11 |
8 |
12 |
|
Прочие виды экономической деятельности |
70 |
88 |
62 |
77 |
245 |
274 |
|
Всего |
5 441 |
6 249 |
7 266 |
7 751 |
6 956 |
8 449 |
Данные цифры коррелируют с «географией» образования отходов по федеральным округам (Рисунок 2).
Рис. 2. Образование отходов по федеральным округам, %.
Если исключить из общих данных доминирующую позицию – «Добыча полезных ископаемых», то показатели образования отходов в РФ будут выглядеть следующим образом (Рисунок 3).
Рис. 3. Образование отходов в РФ по типам, %.
Отмечу, надо иметь в виду, что в абсолютном выражении в 2021 году в РФ объем образовавшихся отходов в строительной отрасли превышает объем вывезенных твердых коммунальных отходов (57 млн. тонн и 47,4 млн. тонн, соответственно) [9]. Поэтому решение проблемы строительных отходов стоит по значимости в одном ряду с отходами ТКО.
Целью работы является — проведение анализа образования отходов строительства и сноса зданий в мире и в России, разработка методики управления процессом строительства в целях минимизации образования отходов строительства и сноса зданий с помощью применения информационных технологий.
Объект исследования — отходы строительства и сноса зданий. Предмет исследования – управление процессом образования отходов строительства и сноса зданий с помощью применения технологии информационного моделирования.
Материалы и методы
В нашей стране порядок обращения с отходами в стране регламентируется рядом нормативно-правовых актов: Федеральными законами: № 7-ФЗ от 10.01.2002г. «Об охране окружающей среды»; № 89-ФЗ от 24.06.1998г. «Об отходах производства и потребления»; № 96-ФЗ от 04.05.1999г. «Об охране атмосферного воздуха»; № 52-ФЗ от 30.03.1999г. «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения», Санитарными нормами и правилами, а также рядом Постановлений Правительства РФ.
Отмечу, что в указанных выше документах, хотя и изложены правила, даны требования к подрядчикам, оказывающим услуги, определены методы и технологии переработки строительных отходов, но, тем не менее, отдельной концепции по работе со строительными отходами до сих пор нет.
Всем известно, что строительные отходы по своим источникам образования укрупненно подразделяют на следующие категории:
- бой кирпича и бетона;
- металлические конструкции и арматура;
- деревянные балки, перекрытия, рамы, двери и дверные проемы;
- куски штукатурки;
- тара от лакокрасочных материалов;
- остатки обоев;
- стекла;
- демонтированное напольное покрытие;
- старые провода;
- пластик и прочие отходы.
По своему размеру строительные отходы со стройки делятся на 3 класса:
- крупногабаритный, который образуется во время первого этапа работ при демонтаже строений: бетонные блоки, арматура, бой кирпича;
- среднегабаритный, как правило, это остатки использованных материалов и упаковки;
- мелкогабаритный, это мусор, образовавшийся в результате проведения в помещениях отделочных работ.
Как уже отмечалось выше, количество отходов, образующихся при строительстве и сносе (СиС), огромно. Естественно, что основные отходы образуются при сносе зданий. Так, например, при сносе стандартной панельной пятиэтажки образуется около 8,5 тыс. тонн отходов. Примерный состав данных отходов представлен в Таблице 3.
Таблица 3.
Состав отходов стандартной панельной пятиэтажки
|
Состав отходов |
Вес отходов, тонн |
Доля данной категории отходов в общем составе, % |
|
Лом железобетона |
5 900 |
69,90% |
|
Лом бетона |
2 300 |
27,50% |
|
Черные металлы |
53,4 |
0,63% |
|
Дерево |
38,2 |
0,45% |
|
Асфальт |
24,3 |
0,29% |
|
Стекло |
21,4 |
0,25% |
|
Керамзит |
19,2 |
0,23% |
|
Линолеум |
7,4 |
0,09% |
|
Рубероид |
6,5 |
0,08% |
Большинство этих отходов относятся к пятому (8,4 тыс. тонн, 99,1%) и четвертому (76,5 тонны, 0,9%) классам опасности. В связи с тем, что на сегодняшний день затраты подрядчика на «аккуратный» снос, при котором идет поэтапный демонтаж строительных конструкций, не могут быть включены в сводный сметный расчет, снос происходит с применением «грубой силы», при которой все отходы сваливаются в одну кучу. Практика показывает, что в этом случае к повторному применению пригодно не более 30% отходов, когда как при продуманном сносе можно использовать более 80%, хотя в этом случае сам процесс более затратный. Очевидно, что, если подрядчику за это не платят и не накладывают никаких штрафных санкций, он пойдет по пути наименьшего сопротивления, и не будет прикладывать дополнительных усилий для поэлементного демонтажа и сноса разбираемого здания.
Отходы в ходе строительства новых объектов в основном образуются из-за неправильных расчётов, ошибок проектирования, непродуманных закупок и нерационального планирования, неэффективной обработки материалов, образующихся остатков сырья и неожиданных изменений в конструкции здания [10]. Если проанализировать основные причины образования отходов на строительных площадках [11, 12], то укрупненно их можно свести к следующим группам (Рисунок 4).
Рис. 4. Основные причины образования отходов на строительных площадках (составлено автором)
Для эффективного управления процессом строительства зданий, в том числе в целях минимизации образования отходов СиС, во всем мире получило широкое распространение применения информационного моделирования зданий (BIM – Building information modeling).
BIM это сочетание инновационных инструментов и инклюзивного процесса реализации проекта, используемого для улучшения проектных закупок и направленного на развитие сотрудничества между экспертами в строительной отрасли [13, 14, 15]. Фактически BIM можно рассматривать как концепцию управления проектами, которая позволяет участникам моделировать все аспекты строительного проекта в цифровой среде и обмениваться данными на основе единой модели.
Основная задача BIM состоит в создании цифрового двойника здания, который даёт полное представление об объекте задолго до начала строительства [16, 17, 18]. Таким образом, команды разработчиков могут предотвращать ошибки, обнаруживать нестыковки, конфликты и устранять большинство негативных последствий проектирования. Одним из основных принципов функционирования BIM является то, что данные по объекту собираются, накапливаются и хранятся на всех этапах его жизненного цикла, от этапа проектирования до сноса здания [19]. Обычно, когда изображают передачу информации при представлении этапов жизненного цикла здания, делают это с помощью односторонних стрелок. На мой взгляд, это не совсем правильно, т.к. результаты, получаемые при реализации большинства этапов, позволяют корректировать общую модель здания (рисунки 5, 6).
|
Рис. 5. Этапы жизненного цикла здания |
Рис. 6. Потребители информации BIM-модели объекта |
Собранная информация об объекте может в любой момент быть востребована достаточно широким кругом ее потребителей (рисунок 6). При этом часть пользователей являются «пассивными потребителями», т.е. используют BIM как обыкновенную карту, пусть и высокоточную (ремонтники, правоохранители и т.д.), а большая часть является «активными пользователями», которые не просто получают информацию по объекту, а занимаются ее обработкой, а после полученного результата работ, загружают его в систему (архитекторы, проектировщики, дизайнеры, строители) [20, 21]. Есть еще группа, которая, получив информацию об объекте, помимо загрузки своих данных, может, на основании своего опыта и профессиональных знаний, предоставить рекомендации по внесению изменений в проект (строители, производители стройматериалов и оборудования и т.д.).
Результаты и обсуждение
Большинство развитых стран активно внедряют BIM [6, 7]. Норвегия, Дания, Финляндия и Швеция были первыми, кто ввёл обязательное применение BIM-технологий в новом строительстве. Во Франции еще в 2014 году началась разработка проектов полумиллиона домов с использованием BIM. В ОАЭ применение BIM обязательно для всех проектов зданий, имеющих более 40 этажей. Внедрение BIM в Китае значительно увеличилось с 2016 года. Правительство Китая еще не утвердило обязательность BIM, но его использование положительно поощряется. В Австралии в 2016 году создана целевая группа по интеллектуальной инфраструктуре для успешной реализации BIM во всех государственных проектах стоимостью свыше 50 миллионов долларов. В Германии в 2015 году была создана целевая группа BIM - Digital Building Platform для разработки национальной стратегии BIM. В Индии строительная отрасль является одной из самых быстрорастущих в мире. Согласно исследованию RICS India, около 68% жилищных проектов использовали BIM.
Проведя анализ группировок причин возникновения строительных отходов и мирового опыта применения BIM-технологий для решения данных проблем, автором статьи выработаны рекомендации по реализации конкретных мероприятий по различным направлениям работы с отходами (рисунок 7).
Рис. 7. Рекомендации по реализации мероприятий управления строительными отходами с использованием BIM (составлено автором)
Внедрение данных блоков в структуру BIM позволит оптимизировать строительный процесс с точки зрения минимизации отходов, сократить издержки и улучшить экологическую ситуацию.
Ценность любой BIM-системы зависит от полноты и достоверности, интегрированных в нее данных, и возможности построения с ее помощью единого информационного пространства, охватывающего все этапы жизненного цикла здания.
Выводы
Растущая глобальная урбанизация привела к высокому уровню отходов. Строительный сектор является одним из наиболее загрязняющих промышленных секторов, что вызывает необходимость сокращения производства отходов и переход на экологически устойчивые процессы. Необходимо и на государственном и на корпоративном уровне прикладывать усилия, чтобы отходы больше не рассматривались как бремя, а воспринимались как ресурс и выгода для всех участников и заинтересованных сторон, участвующих во всем процессе строительства.
BIM помогает участникам проекта совершенствовать технологии на этапах реализации проекта от начала его планирования до окончания жизненного цикла здания и сноса, тем самым эффективно управляя и процессом образования строительных отходов. Если не считать снос здания, то наибольшее количество отходов естественно образуется на этапе строительства здания, чем до начала стройки и после ее завершения на этапе эксплуатации. Однако стратегия минимизации отходов должна быть в большей степени реализована на этапе проектирования, чтобы способствовать эффективному сокращению накопления отходов на этапе строительства. Поэтому разработка эффективных механизмов принятия решений на этапах проектирования, позволит значительно уменьшить влияние изменений в проекте на потери материалов. Необходимо внедрять в процесс проектирования разделы по работе с отходами, чтобы достичь оптимизации использования материалов, решения для восстановления и/или повторного использования, а при неизбежности образования отходов, предусмотреть эффективные методы их сбора, транспортировки и утилизации.
Кроме того, при проектировании надо не забывать, что «строящееся сегодня здание — это строительные отходы завтра» (при завершении жизненного цикла здания), в связи с чем разрабатываемый проект должен учитывать способы сноса строения и использования образующихся при этом отходов.
В качестве первоочередного действия необходимо разработать механизм, чтобы во всех крупных государственных строительных проектах могли принять участие только компании, применяющие BIM-технологии. Это должно привлечь участников рынка к внедрению подобных технологий, что обязательно приведет к расширению их применения, так как они значительно повышают конкурентоспособность. Подобная практика в странах ЕС привела к тому, что большинство участников государственных контрактов предлагают стратегию строительства, при которой не менее 80% отходов повторно используются, а не утилизируются. Ведь за счет взаимодействия всех сторон-участников проектной деятельности, начиная с первоначальных этапов реализации проектов в строительстве и заканчивая сносом здания, предлагаемый подход позволит комплексно и заблаговременно решать многие проблемы, в том числе связанные с сокращением строительных отходов.
