Инициативы Общества инженеров-строителей по созданию устойчивой городской инфраструктуры

Строительство на завтра: проект Общества инженеров-строителей по устойчивой городской инфраструктуре

От повышения уровня моря, проходящего по прибрежным автомагистралям, до старения водопроводов, разрывающихся под воздействием экстремальных погодных условий, города мира столкнутся с конвергенцией угроз. К 2050 году почти 70% мирового населения будет жить в городских районах, но большая часть инфраструктуры, которая их поддерживает, была разработана для климата, которого больше нет. Мосты, туннели, электрические сети и дренажные системы, построенные десятилетия назад, редко были разработаны, чтобы противостоять сегодняшней интенсивности штормов, тепловых волн или наводнений. Общество инженеров-строителей (SCE) - уважаемый глобальный профессиональный орган - ответило набором инициатив, которые переосмысливают, как города планируют, строят и поддерживают свои критические системы. Эти усилия направлены не только на укрепление существующих активов, но и на внедрение адаптивности, избыточности и более разумного дизайна в саму ткань городской жизни.

В этой статье рассматривается комплексный подход SCE к устойчивой городской инфраструктуре, от исследований и образования до участия сообщества и пропаганды политики. Мы рассмотрим, как работа Общества формирует новое поколение практики гражданского строительства и почему устойчивость больше не является вариантом - это мандат для любого города, который надеется процветать перед лицом неопределенности.

Что на самом деле означает устойчивая городская инфраструктура

Устойчивая городская инфраструктура выходит далеко за рамки простого подхода «создай ее сильнее». Она относится к способности основных физических систем — транспорта, водоснабжения, энергетики, связи, управления отходами и зданий — предвидеть, поглощать, адаптироваться и быстро восстанавливаться после разрушительных событий. Эти события могут быть острыми (землетрясения, ураганы, террористические атаки) или хроническими (повышение температуры, повышение уровня моря, коррозия, рост населения). По-настоящему устойчивая система не просто переживает шок; она учится у нее и становится сильнее.

Основные принципы проектирования, лежащие в основе устойчивой инфраструктуры, включают:

• Расточительство — Наличие резервных систем или альтернативных путей, так что если один компонент выходит из строя, другой может взять на себя управление. Например, город с несколькими водоочистными сооружениями может поддерживать снабжение, даже если один из них отключен от сети.
• Гибкость (FLT:0) Гибкость (FLT:1) — способность перепрофилировать или адаптировать инфраструктуру для изменяющихся условий. Система дренажа ливневых вод, предназначенная для обработки сегодняшних осадков, должна быть модернизирована для обработки будущих экстремальных явлений.
• Рыбкость — Строительные компоненты, способные выдерживать напряжение без катастрофического отказа. Это включает в себя более прочные материалы и устойчивые конструкции.
• Быстрое восстановление — Планирование быстрого восстановления услуг. Предварительно размещенные ремонтные бригады, модульные запасные части и четкие командные протоколы сокращают время простоя после катастрофы.
• Безопасный сбой — Когда сбой действительно происходит, он должен быть постепенным и предсказуемым, а не внезапным и опасным для жизни. Эта концепция, распространенная в конструкции моста, в настоящее время применяется к другим городским системам.

Эти принципы не являются теоретическими. Они внедряются в стандарты, кодексы и методы реализации проектов по всему миру, и SCE была движущей силой в этом сдвиге.

Основные инициативы SCE по устойчивости

Усилия Общества организованы вокруг трех столпов, которые касаются полного жизненного цикла инфраструктуры: исследования и разработки, профессиональное образование и участие сообщества / политики. Каждый столп укрепляет другие, создавая добродетельный цикл инноваций, обучения и действий.

Программы исследований и разработок: раздвигая границы материалов и дизайна

SCE вкладывает значительные средства в исследования, которые выходят за рамки постепенных улучшений. Его финансируемые программы нацелены на прорывы в:

• Передовые строительные материалы — самозаживляющийся бетон, который восстанавливает трещины благодаря бактериальному действию, армированные волокнами полимеры, которые выдерживают сталь, и коррозионностойкие сплавы для прибрежных сред. Эти материалы снижают затраты на техническое обслуживание и продлевают срок службы активов даже в суровых условиях.
• Умный мониторинг инфраструктуры — Сетевые датчики, встроенные в мосты, плотины и трубопроводы, которые предоставляют данные в режиме реального времени о напряжении, температуре, вибрации и коррозии. Это позволяет раннее предупреждение о потенциальных сбоях и направляет целенаправленный ремонт.
• Природные решения — зеленые крыши, проницаемые тротуары, построенные водно-болотные угодья и восстановленные мангровые заросли, которые поглощают ливневую воду, уменьшают городские тепловые острова и улучшают качество воздуха, дополняя обычную серую инфраструктуру.
• Моделирование и моделирование устойчивости — Передовые вычислительные инструменты, которые позволяют инженерам моделировать, как взаимосвязанная система — скажем, городские энергетические, транспортные и водные сети — будет вести себя при различных сценариях бедствий.

SCE сотрудничает с ведущими университетами, национальными лабораториями и частными технологическими фирмами для ускорения перевода исследований на практике. Например, его программа грантов на устойчивые инновации финансирует пилотные проекты в прибрежных городах, тестирующих устойчивые к наводнениям строительные шкурки и повышенные транспортные коридоры. Результаты этих проектов свободно распространяются через техническую библиотеку SCE, что позволяет инженерам во всем мире принимать проверенные решения.

Обучение и образование: создание устойчивой рабочей силы

Знания являются основой устойчивого дизайна, и SCE сделал профессиональное развитие стратегическим приоритетом. Его образовательные предложения охватывают:

• Сертификационные программы — Сертифицированный инженер по устойчивости (CRE), разработанный с участием экспертов по управлению стихийными бедствиями, охватывает оценку рисков, адаптивный дизайн, планирование резервирования и анализ после события. Для получения CRE кандидаты должны пройти строгий экзамен и продемонстрировать полевой опыт в проектах устойчивости.
• Мастерские и короткие курсы — Интенсивные практические занятия, охватывающие конкретные темы, такие как сейсмическая модернизация существующих зданий, генеральное планирование ливневых вод для изменения климата и интеграция устойчивости в оценки воздействия на окружающую среду.
• Интеграция учебных программ в университетах - SCE сотрудничает с отделами гражданского строительства для встраивания мышления устойчивости в учебные программы для студентов и выпускников. Модельные учебные программы, тематические исследования и серии гостевых лекций помогают профессорам преподавать такие концепции, как «безопасный против безопасного отказа» и «функциональное восстановление» наряду с традиционным структурным дизайном.
• Развитие лидерства — Инженеры все чаще обращаются к городским советам и инвесторам с призывом представить примеры устойчивости бизнеса. SCE предлагает обучение коммуникации и адвокации, которое позволяет специалистам сформулировать долгосрочные экономические и социальные выгоды устойчивых инвестиций.

• Счетчики устойчивости и оценки — Индекс устойчивости городского хозяйства (URI) — это инструмент, который города могут использовать для сравнения своей инфраструктуры по таким категориям, как вода, энергия, мобильность и связь. URI генерирует панель инструментов, которая выявляет уязвимости и расставляет приоритеты действий. Такие города, как Роттердам, Крайстчерч и Майами, использовали URI для информирования своих стратегий устойчивости.
• Общественные кампании по повышению осведомленности — Простые сообщения, такие как «FloodSmart: Знай свой риск, подготовь свой дом» и «Устойчивое питание: резервные решения для вашего района» распространяются через социальные сети, общественные мероприятия и сотрудничество с местными СМИ.
• Консультативная и техническая помощь в области политики — Эксперты SCE работают в муниципальных и национальных комитетах, которые пишут строительные кодексы, правила зонирования и генеральные планы инфраструктуры. Они выступают за политику, такую как требование новых разработок для включения зеленой инфраструктуры, мандат на сейсмические модернизации в зонах высокого риска и финансирование проектов по смягчению последствий стихийных бедствий, а не полагаясь на помощь после стихийных бедствий.

Одним из заметных политических успехов была роль SCE в оказании помощи городу Новый Орлеан принять более строгие стандарты дизайна леви после урагана Катрина, включающие сверхстойкие геометрии и избыточные насосные станции. Аналогичным образом, Общество работало с штатом Калифорния, чтобы обновить коды проектирования транспорта, чтобы учесть повышение уровня моря в проектах прибрежных шоссе.

Тематические исследования: устойчивость в действии

Программа Водной площади Роттердама

Нидерланды уже давно являются лидером в области управления водными ресурсами, но изменение климата требует еще более инновационных подходов. В Роттердаме SCE сотрудничала с местными инженерами и муниципалитетом для разработки «водяных площадей» - общественных площадей, которые удваиваются как ливневые водохранилища. Во время сильных дождей эти площади заполняются водой, ослабляя давление на систему дренажа города. Когда они сухие, они служат баскетбольными площадками, рынками и скейт-парками. SCE финансировал моделирование, которое доказало, что концепция может справиться со 100-летним штормовым событием, и с тех пор дизайн был воспроизведен в других подверженных наводнениям городах по всему миру.

Программа модернизации сейсмической устойчивости Сан-Франциско

После землетрясения в Лома-Приете в 1989 году, которое выявило слабые места в многоэтажных многоквартирных домах города, комитет по структурному проектированию SCE работал с городскими чиновниками для разработки обязательных стандартов модернизации. Общество также создало Сейсмический инструментарий устойчивости, который предоставляет смету расходов, шаблоны финансирования и списки подрядчиков для владельцев зданий. С момента запуска программы было модернизировано более 5000 зданий, что значительно сократило прогнозируемые потери жизни и экономические разрушения от крупного землетрясения. Инструментарий теперь используется в других сейсмически активных городах, включая Сиэтл и Стамбул.

Интегрированная система управления наводнениями в Мумбаи

Муссонные наводнения давно парализовали части Мумбаи. В 2019 году SCE запустила многолетний проект технической помощи, чтобы помочь муниципальной корпорации Бриханмумбаи разработать систему, которая сочетает в себе модернизированный дренаж с интеллектуальными датчиками, прогнозирование осадков и картирование наводнений в режиме реального времени. Проект также включает в себя структуру быстрого реагирования, которая координирует эвакуацию, управление движением и ремонт инфраструктуры. В то время как все еще в реализации, первоначальные результаты пилотных районов показывают 40%-е сокращение наводнений на уровне улиц во время проливных дождей.

Впереди вызовы и возможности

Несмотря на эти успехи, путь к универсальной устойчивости усеян препятствиями. Финансирование остается самым устойчивым барьером: устойчивые системы часто несут более высокие первоначальные затраты, даже если они обеспечивают огромную экономию в течение их жизненного цикла. SCE активно выступает за инновационные финансовые механизмы, такие как облигации устойчивости, зеленые облигации и государственно-частное партнерство, которые ценят долгосрочное снижение рисков.

Политическая воля — ещё одна проблема. Инвестиции в инфраструктуру имеют длительные периоды окупаемости, в то время как политические циклы короткие. Общество работает над созданием межпартийных коалиций, которые повышают устойчивость как беспартийный, приоритет поколений. Также оно разрабатывает экономические модели, которые наглядно демонстрируют отдачу от инвестиций — на каждый доллар, потраченный на смягчение последствий наводнений, например, экономия в избегаемых убытках может составлять от 6 до 10 долларов.

Справедливость вызывает растущую озабоченность. Исторически, неблагополучные сообщества несли на себе основную тяжесть инфраструктурных сбоев — вспомните о водном кризисе во Флинте, штат Мичиган, или о связанных с жарой смертях в районах с низким уровнем дохода без зеленых насаждений. SCE запустила инициативу Справедливой устойчивости , которая обеспечивает приоритетность своих проектов для недостаточно обслуживаемого населения, включает местные знания и избегает перемещения. Руководящие принципы теперь требуют показателей справедливости во всех финансируемых SCE исследовательских и демонстрационных проектах.

Достижения в области цифровых двойников — виртуальных копий физической инфраструктуры, которые могут имитировать сбои, — позволяют инженерам тестировать стратегии устойчивости, не нарушая повседневную работу. SCE сотрудничает с технологическими компаниями, чтобы сделать цифровые двойные инструменты доступными для городов среднего размера, которые не могут позволить себе индивидуальные решения. Аналогичным образом, растущий акцент на природную инфраструктуру открывает недорогие, многоцелевые варианты, которые также улавливают углерод и улучшают качество жизни.