CC BY
34
Направление создания и развития информационного обеспечения системы предполагает выделение в ней элементарных информационных структур, формирование хромосом из наборов таких структур и, наконец, отбор таких вариантов информационного обеспечения, которые наилучшим образом удовлетворяют предъявляемым пользователем требованиям.
Направление создания и развития распределенной конфигурации аппаратных средств подразумевает, что каждый их элемент описывается отдельным геном, а каждый вариант конфигурации — хромосомой особи. Функция приспособленности должна выражать один глобальный критерий — максимальное удовлетворение потребностей пользователей информационной системы.
В соответствии с третьим направлением программное обеспечение информационной системы должно строиться на основе базового набора объектов—так называемого терминального набора, и базового набора операций над элементами терминального набора—т.е. функционального набора. Для каждой программы создается геном на основе элементов терминального и функционального множеств, над которым в дальнейшем многократно выполняется операция кроссинговера с целью найти варианты программы с более высоким значением функции приспособленности.
Направление классификации решаемых информационной системой задач должно обеспечивать решение важной проблемы — формализацию функции приспособленности на основе противоречивых требований, выдвигаемых пользователем. Данная проблема изначально плохо формализуема. Следовательно, эволюционное создание функции при-
УДК 681.32:519.713
ДОРОГИ С РЕЗЕРВУАРНОЙ СТРУКТУРОЙ
ЕВДОКИМОВ А.А., САМОЙЛЕНКО Н.И.__________
Рассматривается новый подход к водоотведению дождевых стоков, основанный на сооружении автомобильных дорог с резервуарной структурой. Приводятся основные преимущества и недостатки дорог, связанные с их сооружением и эксплуатацией. Дается экономическая оценка технологии строительства дорог с резервуарной структурой.
В настоящее время появились новые подходы к решению проблем, связанных с отведением дождевых стоков [1,2]. Один из таких подходов сводится к проектированию дорог и площадей с резервуарной структурой [3] .
В дождевом водоотведении дорожные покрытия с резервуарной структурой предназначены для снижения максимального объёма стекаемого потока за счёт временного хранения дождевых вод в полотне этих покрытий. Их можно рассматривать как подземные водохранилища. Как следствие, это позволяет уменьшить объем водного потока.
138
способленности является наиболее рациональным путем ее решения.
Следует отметить, что при использовании методов эволюционного программирования в разработке и развитии информационных систем целесообразно применять многоуровневый, иерархический подход. При таком подходе выполняется моделирование эволюции каждой системы нижнего уровня. Результаты такого моделирования образуют гены систем следующего уровня, и процесс эволюции повторяется уже на более высоком витке.
Предложенный подход обеспечивает возможность автоматизации проектирования и сопровождения распределенных информационных систем. Однако его эффективность во многом зависит от полноты начального множества возможных вариантов конфигурации информационного, аппаратного и программного обеспечения создаваемой системы.
Литература: 1. Redko V.G. Applied Evolutionary Modeling.htpp://pespmc 1.vub.ac.be/cgi-bin/ APPEVMOD.htm, 1999. 2. Redko V.G. Genetic Algorithms.htpp://pespmc 1.vub.ac.be/cgi-bin/ GENETALG.htm, 1999. 3. FogelL.J, OwensA.J. & Walsh M.J. Artificial Intelligence through Simulated Evolution, New York: Wiley. 1966. 4. Holland J.H. Adaptation in Natural and Artificial systems, Ann Arbor, MI: The University of Michigan Press. 2nd edn. (1992) Boston, MA: MIT Press. 1975.
Поступила в редколлегию 22.09.2000
Рецензент: д-р техн. наук, проф. Левыкин В.М.
Чалый Сергей Федорович, канд. техн. наук, доцент кафедры искусственного интеллекта ХТУРЭ. Научные интересы: эволюционное моделирование. Адрес: Украина, 61166, Харьков, пр.Ленина,14, тел. 40-93-35.
Дороги с резервуарной структурой могут также уменьшать объемы воды, проходящие транзитом в сетях, за счет просачивания в грунтовое основание дороги. Поверхности дренажных покрытий должны быть аналогичны натуральным проницаемым грунтам, которые находятся под покрытием, позволяя таким образом приближаться к естественному водообороту.
Их гидравлическое действие обеспечивается за счет:
а) мгновенной пропитки полотна дороги при проникновении в него дождевой воды. Это проникновение может быть распределенным (проницаемые покрытия, как дренажные асфальтобетоны или пористые мостовые) или локализованным (непроницаемые покрытия с зарешеченными отверстиями или со сливными воронками, соединенными с дренажом, обеспечивающие распределение воды в материале покрытия);
б) временного накапливания воды. Накопление происходит внутри полотна дороги в пустотах материала покрытия;
в) медленного отвода воды. Отвод накопленной воды может быть распределенным (прямое проникновение в грунтовое основание дороги), локализо-
РИ, 2000, № 4
ванным (возврат накопленной воды в сеть водоотведения, сточный колодец и даже реку с помощью дренажа) или комбинированным.
Следует различать:
1. Пористые дороги с дренажным покрытием и непроницаемым полотном. Такие дороги не оказывают существенного влияния на функционирование гидравлики (нет накапливания, нет ограничения объема потока). Их преимущества заключаются главным образом в повышении дорожной безопасности, удобстве вождения и уменьшении шума.
2. Дороги с резервуарной структурой, которые могут иметь или не иметь дренажное покрытие, но всегда имеют пористое полотно, позволяющее накапливать и хранить воду. Именно эти дороги считаются истинным достижением в дождевом водоотведении [3].
Кроме гидравлических и механических функций, которые должна обеспечить дорога с резервуарной структурой, использование дренажных асфальтобетонов позволяет улучшить звуковое пространство, безопасность и комфорт.
Тем не менее, различные опасения, касающиеся дорог с резервуарной структурой, могут тормозить их использование. Так, многочисленные аргументы, такие как заморозки, стоимость, закупорка, были приведены для того, чтобы задержать реализацию этого решения.
История развития. Остановимся кратко на истории дорог с резервуарной структурой. Традиционно инженеры старались делать дороги более непроницаемыми для того, чтобы избежать:
а) быстрого разрушения полотна дороги, вызванного давлением воды в трещинах и других пустотах;
б) ослабления механических свойств грунтового основания, обусловленного насыщением водой и циклами замерзания-размерзания в зимний период.
В первые послевоенные годы экспериментальные дороги с пористой структурой не оправдали возлагаемые на них надежды. Проведенные эксперименты не смогли опровергнуть бытовавшее мнение инженеров-дорожников о необходимости строительства влагонепроницаемых дорожных покрытий. Неудача экспериментов, главным образом, была обусловлена низким качеством асфальтов того времени, неверным выбором материала асфальтозаполнителя, неоднородностью структуры покрытия и его физических свойств.
В последние десятилетия многие страны стали вновь проявлять интерес к дорогам с резервуарной структурой. Так, во Франции уже в конце семидесятых годов была поставлена под сомнение цел есо -образность использования традиционных дорог с непроницаемыми асфальтобетонами. Новое направление в технологии строительства дорог с резервуарной структурой настойчиво привлекало внимание специалистов по двум важным причинам.
Во-первых, пористые дорожные покрытия обеспечивают безопасность и комфорт езды во время дождя, а также заметно снижают уровень дорожного шума.
Во-вторых, быстрый рост городов в послевоенные годы сопровождался увеличением площадей с влагонепроницаемыми покрытиями, что приводило к увеличению объёмов отводимых дождевых вод, превышающих пропускную способность сетей водоотведения и вызывающих высокий риск затопления и загрязнения окружающей среды.
Первые попытки использования дренажных асфальтобетонов относятся к началу 60-х годов. Начиная с 1977 года, эта технология стала предметом самого пристального внимания инженеров-проектировщиков дорожных покрытий. После экспериментального подтверждения многочисленных преимуществ пористых асфальтобетонов перед традиционными непроницаемыми покрытиями в истории строительства дорог начался новый этап. С 1987 года строительная технология дорог с резервуарной структурой стала основной в дорожной индустрии.
Повышение пропускной способности систем водоотведения путём увеличения диаметра труб канализационных сетей оказалось труднореализуемым по техническим причинам. При этом реконструкция канализационных сетей требовала значительных финансовых вложений.
В 1978 г. во Франции была принята новая правительственная программа в целях поиска новых решений, способных уменьшить риск нежелательного экологического воздействия систем водоотведения на окружающую среду и не требующих значительных материальных затрат.
Дороги с резервуарной структурой, благодаря легкости их интеграции в городские системы, явились самым приемлемым решением.
Впервые такие дороги были сооружены при устройстве автомобильной стоянки для региональной лаборатории института Мостов и Дорог в городе Бордо. Однако новая технология долгое время оставалась невостребованной, пока Городское Сообщество Бордо в 1985 году не стало проводить решительную политику в отношении развития альтернативных методов водоотведения.
Сегодня множество городов, таких как Олнай, Байонна, Боже, Беглез, Бордо, Шемиле, Лилль, Лион, Монтрель, Париж, Пуатьер, Резе, Сан-Жан-де- Люц, Вернель-сюр-Сан и, возможно, другие используют эту технологию — технологию строительства дорог с резервуарной структурой [2].
Начиная с 70-х годов, данная технология начала широко использоваться и в других странах, в частности в США, Японии и Швеции. Основная цель введения новой технологии — снизить нагрузку на городские системы водоотведения в период ливневых дождей и наводнений.
РИ, 2000, № 4
139
В США многие штаты издали законы, заново определяющие задачи и способы водоотведения и предписывающие сбор и временное хранение воды как можно выше по течению потока. В некоторых случаях собранная вода откачивалась насосами и использовалась для различных нужд, например, для ирригации. В США дороги с резервуарной структурой были использованы при строительстве автомобильных стоянок, городских автострад, улиц и площадей.
В Японии были приняты программы по разработке технологий строительства дорог с резервуарной структурой, обеспечивающих как распределённую, так и сосредоточенную эксфильтрацию временно собранных дождевых стоков в полотне дороги. Эти технологии были использованы на незанятых тер -риториях, подверженных наводнениям, а также в густонаселенных кварталах городов (Токио, Осака, Нагойя), спортивных университетских площадках, школьных дворах.
В Швеции также было одобрено использование дорог с резервуарной структурой, тем более что оно позволяло решить две другие важные проблемы: уплотнение глинистых и илистых грунтов; снижение влияния заморозков в северной Швеции на надёжность функционирования ливневой канализации, расположенной на незначительной глубине, т.е. близко к земной поверхности.
Преимущества и недостатки дорожных покрытий с резервуарной структурой. Сравнительный анализ дорог с традиционной и резервуарной структурой позволяет выявить основные преимущества и недостатки последних.
Преимущества:
1. Ограничение потока воды и уменьшение риска наводнения (снижение нагрузки на сети водоотведения, которые должны располагаться ниже или на уровне дорог).
2. Экономическая целесообразность в связи со снижением риска наводнения (для зон в низовьях рек и для таких же случаев при повышенной степени увлажненности**).
3. Нет необходимости в дополнительном отчуждении земли.
4. Фильтрация загрязняющих веществ.
5. Обеспечение большого пространства**.
6. Уменьшение шума (при скорости движения машин свыше 50 км/ч)*.
7. Улучшение сцепления колеса с дорогой**.
8. Уменьшение риска аквапланирования колеса машины и разбрызгивания воды*.
9. Улучшение видимости дорожной разметки*.
10 .Уменьшение риска гололеда*.
11 .Удобство вождения во время дождя*.
12.Удобство для пользователей во время дождя* (нет луж, нет разбрызгивания воды при проезде транспортных средств).
13 .Устранение луж*.
14.Мягкость дорожных покрытий* (комфорт при ходьбе: субъективный критерий, но уже учитываемый архитекторами).
Недостатки:
1. Закупорка*.
2. Необходимость регулярного технического обслуживания*.
3. Зависимость от состояния почвы.
4. Чувствительность к заморозкам.
5. Риск загрязнения больших пространств**.
6. При интенсивном дорожном движении имеет место процесс закупорки**.
7. Не может быть использована в зонах кругового движения*.
8. Нет опыта применения в режимах интенсивного уличного движения.
9. Резко выраженная закупорка полотна в зонах маневрирования и зонах кругового движения автомобильного транспорта*.
Сноски:
* характеристика только для дренажных асфальтобетонов;
** характеристика только для местности.
Себестоимость дорог с резервуарной структурой.
Одной из основных характеристик дороги является её себестоимость. Безусловно, представляет большой интерес сравнительная оценка стоимости дороги с резервуарной структурой и традиционной дороги с непроницаемым покрытием.
Чтобы дать действительную оценку новой технологии сооружения дорог, необходимо учесть много новых факторов, характерных для окружающей среды и влияющих на стоимость дороги, которые ранее при экономическом расчёте не принимались во внимание. К этим факторам следует отнести:
— характеристики грунтов;
— природу дождевых стоков;
— принцип движения дождевых стоков;
— влияние на дорожный транспорт;
— связь с канализационными сетями;
— акустические особенности;
— риск затопления и многие другие.
Чтобы получить сравнительную экономическую оценку новой технологии строительства автомобильных дорог, составим перечень достоинств и недостатков дорог с резервуарной структурой.
140
РИ, 2000, № 4
Достоинства. Можно выделить очевидные достоинства, характерные для процесса строительства дорог с резервуарной структурой, и косвенные достоинства, проявляющиеся в процессе эксплуатации дорог.
Очевидными достоинствами любого типа дорог с резервуарной структурой являются:
— сокращение общей длины сетей водоотведения и даже их ликвидация вместе со вспомогательными сооружениями (колодцы, лотки). Воздерживаясь от устройства подземных отводов при наличии у дороги свойства эксфильтрации в грунт или избегая реконструкции существующих канализационных сетей небольшего диаметра в целях увеличения их пропускной способности, можно снизить общую стоимость устройства системы водоотведения;
— отсутствие затрат, связанных с выделением дополнительной территории для сооружения системы водоотведения дождевых вод, выпадающих на поверхность дороги. Хорошая адаптация к городской среде: нет специальных водоотводящих сооружений ни на поверхности, ни под землей.
Косвенными достоинствами любого типа дорог с резервуарной структурой являются:
— сокращение материальных убытков, вызванных наводнениями при переполнении отводных каналов. Трудно оценить стоимость таких убытков, поскольку они являются следствием катастрофической ситуации, которая никогда ранее не происходила и которую желательно не допустить в будущем;
— сокращение расходов на материально-техническое обустройство зон с резервуарными дорогами в силу отсутствия водоотводящей системы для осадков, выпадающих на поверхность дороги.
При использовании дренажных асфальтобетонов следует еще отметить:
— сокращение числа автомобильных аварий, убытки от которых также не поддаются точной оценке;
— улучшение комфорта для водителей и проживающих рядом с дорогой граждан;
— уменьшение числа антишумовых заграждений и устройств пассивной защиты (двойные витражи, аллеи с зелеными насаждениями).
Недостатки. К общим недостаткам дорог с резервуарной структурой следует отнести:
— необходимость специального технического обслуживания этих типов дорог при использовании дренажных дорожных покрытий;
— укладка герметичного слоя в случае, если дорога не должна допускать эксфильтрацию воды в грунт;
— установка поперечных перегородок при значительном уклоне;
— использование пористых материалов для слоя, где собирается и временно хранится вода, если ее объемы значительны.
РИ, 2000, № 4
Ряд недостатков дорог с резервуарной структурой может возникать из-за:
— специфики региона, которая может повлечь дополнительные издержки, обусловленные отдаленностью карьеров по добыче песка, используемого для дорожных покрытий;
— необходимости разработки ноу-хау, связанных с новыми технологиями и консерватизмом общественного мнения.
Надо отметить также важность локальных факторов (климат, несущая способность грунта, водопроницаемость, расстояние между карьером и районом укладки и др.), которые обуславливают различия в затратах в разных регионах и влияют на выбор технологии в зависимости от этих локальных параметров. Так, дорога, пропускающая поток воды в грунтовое основание, может иметь стоимость на 10-20% меньше, чем традиционная дорога с резервуарами для хранения воды.
Из-за больших расхождений в местных условиях сравнительная оценка для каждой конкретной дороги не может служить общей оценкой для всей технологии в целом. Необходимо накопить соответствующую статистическую информацию по себестоимости различных дорог, чтобы затем путём обобщения субъективныхданных дать общую объективную оценку альтернативной технологии.
Новые технологии строительства дорог с резервуарной структурой, несмотря на их очевидные преимущества, пока ещё не получили должного распространения. Но нет сомнения, что эти технологии будут постепенно вытеснять традиционные. Дороги с резервуарной структурой — это безопасное движение во время выпадения осадков, рациональное водоотведение с одновременной очисткой, акустические поглотители и комфортные места расположения дорожных служб (места парковки, площадки техосмотра и отдыха, пункты таможенного досмотра и ГАИ, бензоколонки и др.).
Литература: 1. Евдокимов А. АСамойленко Н.И. Альтернативные подходы в системах водоотведения // Радиоэлектроника и информатика. 2000. №1. С. IIS-121. 2. Azzout Y, BarraudS., CresF.N., Alfakin E. Techniques alternatives en assainissement pluvial. Techniique et Documentation - Lavoisier, 1994. 372 p. 3. Евдокимов А.Г., Кузнецов B.H., Самойленко Н.И., Коринько И.В. Рациональная эксплуатация и развитие систем водоснабжения и водоотведения. Т.3. Альтернативные подходы. Харьков: ХГАГХ, 2000. 264 с.
Поступила в редколлегию 10.09.2000
Рецензент: д-р техн. наук, проф. Кривуля Г. Ф.
Евдокимов Андрей Анатольевич, аспирант кафедры информатики Харьковского государственного автомобильно-дорожного университета. Научные интересы: рациональное управление трубопроводным транспортом. Адрес: Украина, 61166, Харьков, ул. Ленина, 5, кв. 30.
Самойленко Николай Иванович, д-р техн. наук, проф., заведующий кафедрой систем автоматизированного проектирования Харьковской государственной академии городского хозяйства. Научные интересы: компьютерные технологии, автоматизированное проектирование, математическое программирование. Адрес: Украина, 61003, Харьков, пр. Московский, 2/2, кв. 130.
141
