Вопросы возможности строительства подземных объектов определяются многими факторами. Во-первых, это целесообразность строительства. И прежде всего экономическая целесообразность. Анализ работ ведущих ученых нашей страны и зарубежного опыта показывает, что подземное пространство является важней­шим государственным ресурсом из-за его эффективности, обус­ловленной:

•прогрессирующим убыванием свободных площадей на по­верхности Земли, пригодных для использования в народнохозяйственных целях;

•необходимостью обеспечения безопасности производств и ус­тройством подземных хранилищ с длительным периодом эксплу­атации, создания подземных АЭС;

•нарастающим ущербом, наносимым окружающей среде на­земными сооружениями и промышленностью;

•отсутствием альтернативы комплексному освоению подзем­ного пространства мегаполисов;

•возможностью освоения подземного пространства с учетом различных свойств недр и массивов горных пород.

Академик РАН Н.Н. Мельников, отмечает, что имеется мето­дологический пробел в оценке (в денежной форме) ущерба, нано­симого окружающей среде наземными сооружениями и производ­ствами, а соответственно нет и методики оценки стоимости ком­пенсирующих природоохранных мероприятий, отсутствует до сих пор и методика оценки экономической эффективности освоения подземного пространства.

Качество подземных сооружений и экономическая эффектив­ность освоения подземного пространства в значительной мере обусловлены технологией проходки подземных горных выработок и архитектурно-планировочными решениями подземных объек­тов. Современные подземные сооружения являются большими сложными системами интеллектуального уровня со встроенными инвариантными техническими и архитектурными решениями, от­вечающими современным требованиям и критериям «польза, проч­ность и красота».

Вставка. Некоторые архитектурные подходы к дизайну подземных сооружений (излагается по Д.Кармоди и Стерлингу)

В отличие от наземных структур, при работе над дизай­ном подземных сооружений следует учитывать негативную пси­хологическую реакцию на них населения. Вместе с тем, под­земное строительство дает уникальную возможность создать такие внешние формы, которые трудно, если не невозможно, получить при традиционных решениях. Например, хотя наземному зданию можно придать приятные и отвечающие природному окружению формы, оно всегда присутствует в ландшафте и ясно от него отличается. В то же время, распола­гая полностью или частично здания под землей, можно до­биться почти полной его интеграции с естественной средой. Это не только создает ощущение единства искусственных и естественных форм, но дает возможность разместить строя­щийся объект без разрушения масштабов, открытого про­странства или характера территории. Подземные строения могут иметь большой выбор форм, в которых широко варьи­руются внешний вид и степень зрительного восприятия.

Следует отметить, что дизайн заглубленных зданий име­ет специфические проблемы, связанные с конкретной привяз­кой к месту строительства. Так, в сельской местности обыч­ным является строительство заглубленных зданий, обвало­ванных землей и покрытых природным растительным мате­риалом. Подобный дизайн, однако, совершенно не пригоден для городских условий, где подземное расположение объек­тов имеет большие преимущества, но их дизайн должен соот­ветствовать масштабу, материалам и формам соседних зданий и существующим условиям открытых пространств.

Другой озабоченностью, относящейся к внешнему виду подземного здания, является необходимость ясного понима­ния публикой его размеров, расположения и входов. Боль­шинство традиционных строений имеет вполне различные грани, ощущаемые массы и ясные входы, так, что они могут быть легко воспринимаемы, как объекты, и описаны, как специфические места. Подземное строение может не проявить этих визуальных признаков, особенно, если оно расположено под землей полностью.

В застроенном районе, где заглубленное строение распо­лагается под участком, окруженном существующими здания­ми, оно легко распознается и описывается, поскольку эти зда­ния ясно показывают ее расположение.

На открытом участке с менее ясными границами про­странство над и вокруг подземной структуры должно быть организовано так, чтобы четко показывать входы в нее. Для этого используются изменения наклона земной поверхности, тротуары, деревья, кустарник, насыпи, подпорные стены и другие планировочные элементы. В отличие от наземных строений, которые зрительно воспринимаются благодаря мо­нументальности форм, внешними признаками, привлекаю­щими внимание к подземному зданию, становятся его входы, обваловка, прилегающий или покрывающий ландшафт.

Наконец, внешний вид подземного здания определяют некоторые элементы, видимые на поверхности земли, кото­рые могут доминировать над ансамблем прилегающих зда­ний, например, грузовые въезды, вентиляционные сооруже­ния для свежего и исходящего воздуха, дымоходы, пожарные входы. Однако, эти элементы имеют обычно незначительные размеры по сравнению с традиционными зданиями и поэтому могут быть незаметно для восприятия интегрированы в ком­плекс традиционных зданий или окружающий ландшафт.

Дизайн заглубленного здания в значительной степени определяется топографией выбранного участка строительст­ва. Так, на плоском участке существенно варьируются высота и уклон обваловки, число оконных и дверных проемов, воз­действующих на внешний вид здания. На него влияют также растительность, подпорные стены, строительные материалы, другие элементы ландшафта, придающие зданию вид части окружающей среды. С другой стороны, обваловка, форми­руемая геометрически и сочетаемая с бетоном и кирпичом, показывает, что здание является продуктом человеческой дея­тельности.

При расположении заглубленного здания в склоне холма возникают возможности дизайна, недостижимые при строи­тельстве на плоском участке. Так, одна сторона здания может быть открыта, тогда как противоположная - полностью рас­положена под землей. В этом случае с открытой стороны рас­полагается вход в здание.

Описанный подход к дизайну подземных и заглубленных зданий относится к тем из них, которые строятся открытым способом. Если подземный объект строится подземным способом, основные черты такого подхода могут быть применены к тем частям этого объекта, которые имеют выход на земную поверхность, например к стволам различного назначения.

Дизайном заглубленных зданий должны приниматься решения по снижению психологического воздействия под­земного пространства. Вероятно, наиболее важным критерием этого является освещенность подземных или безоконных за­глубленных структур. Человеческое тело воспринимает опре­деленный спектр света, включающий части, лежащие за пре­делами видимости. Так, известно, что ультрафиолетовый свет определяет солнечный загар, борется с бактериями и влияет на усвоение витамина В, необходимого для предотвращения болезней. У животных уровень освещенности и его спек­тральный состав важны для репродуктивных функций, пове­дения и физического состояния. Освещение влияет на ней­ронные и метаболические функции. Поэтому за исключением складских и других операций, где присутствие людей второ­степенно, естественное освещение желательно в каждом под­земном объекте. Степень необходимости и уровень освещенности его различных помещений зависит от их специфическо­го назначения. В строении, состоящем, главным образом, из малых постоянно занятых помещений, таких, как частные офисы или госпитальные палаты, необходимостью в естест­венном освещении может определяться общая форма здания. В помещениях, функции которых не требуют наличия окон, например, классных комнатах, аудиториях, выставочных за­лах естественным освещением обеспечиваются только кори­доры и вестибюли. Другим решение являются так называемые «суррогат­ные» окна с использованием линз и зеркал или видеоизобра­жений. Даже, когда подземное пространство совершенно изолировано от поверхности, через узкую шахту или по видеока­белям может передаваться обзор окрестностей с информацией о состоянии окружающей среды - погодных условиях, изме­нениях освещенности и деятельности на поверхности земли).

Другим психологическим фактором негативного отно­шения к подземному расположению зданий с ограниченными возможностями для устройства оконных проемов часто явля­ется отсутствие (полное или частичное) естественной венти­ляции. Компенсация этого фактора достигается адекватной искусственной вентиляцией, предотвращающей загрязнение внутреннего воздуха и удаляющей избыток тепла* из помеще­ний, занятых людьми. Загрязнения часто вызываются радо­ном - радиоактивным газом, выделяемым грунтовыми и по­родными структурами, а также строительными материалами -бетоном и камнем. Считается, что воздухообмен равный 0,5 подземного объема за 1 час удерживает содержание радона на допустимом уровне.

Подземные сооружения нового поколения пре­дусматривают использование свойств массива пород и меры по укреплению горных пород, повышению устойчивости подземных горных выработок и предотвращению просадок поверхности зем­ли и возможных негативных последствий. Эти подземные соору­жения оснащены новыми системами вентиляции, безопасности и эвакуации людей при пожарах и могут использоваться для укры­тия в чрезвычайных обстоятельствах, предусматривают использо­вание четкой организации строительных работ, продуманное рас­положение стройплощадок, выполнение работ по разработанным графикам и эффективные схемы инвестирования строительства, Строительство современных подземных сооружений невозможно без привлечения опытных подрядчиков — специализированных строительных и машиностроительных фирм, владеющих высоки­ми технологиями, а также архитектурных мастерских мирового класса.

В современных условиях огромное значение приобретает сис­тема критериев и показателей оценки эффективности инвестици­онных проектов. Анализ публикаций отечественных и зарубеж­ных ученых, результатов экспертизы инвестиционных проектов и бизнес-планов показывает, что достигнуть приемлемых технико-экономических и финансовых показателей в инвестиционных про­ектах можно только путем наилучшего сочетания подсистем и па­раметров проекта подземного объекта. Так, например, при строи­тельстве подземных сооружений рассматриваются различные ва­рианты размещения его по глубине и конфигурации, способов проходки подземных горных выработок, организации строитель­ства, конструкции крепей подземных горных выработок и укреп­ления вмещающих массивов горных пород с целью повышения их устойчивости для предотвращения просадки поверхности земли, применения горнотранспортного оборудования и строительной техники, технических, архитектурных, конструктивных и объем­но-планировочных решений.

При строительстве горнодобывающих предприятий рассмат­риваются варианты мощности предприятия и номенклатуры продукции, основных технологических решений и календарного плана отработки запасов месторождений с учетом первоочеред­ной выемки наиболее богатых руд или наиболее продуктивных пластов, обеспечения предприятия ресурсами, основных строи­тельных решений. Следует также помнить, что при разработке инвестиционных проектов и их экспертизе производится оценка воздействия любого подземного объекта на окружающую среду и соответствия принятых решений техническим условиям и требо­ваниям согласовывающих организаций и инвесторов.

Известны различные критерии оценки целесообразности ос­воения подземного пространства. Используя эти критерии, мы облегчаем принятие решения об экономической эффективности освоения подземного пространства. Однако для более объектив­ной и всесторонней оценки экономической эффективности осво­ения подземного пространства и выявления новых подходов к этой проблеме нужно расширить спектр критериев. Таким критерием, например, является необходимость освоения подземного простран­ства, которая диктуется в основном дефицитом территорий, от­сутствием стратегических запасов энергоносителей и питьевой воды (под землей), экологической перегрузкой окружающей среды раз­личными отходами и др.

Поскольку, свойства подземных сооружений являются осуще­ствленной функцией их способности обеспечить бесперебойную работу подземного объекта в определенных условиях с учетом пре­дотвращения вредных последствий, то становится понятным, что в качестве критерия целесообразности освоения подземного пространства, выдвигается длительная устойчивость подземных со­оружений, их надежность как укрытия от оружия массового пора­жения в особый период и в чрезвычайных ситуациях, как храни­лище радиоактивных и токсичных отходов, складов стратегичес­ких запасов энергоносителей, продовольствия и питьевой воды и т.д.

Экономические факторы естественно также должны рассмат­риваться в качестве критерия оценки целесообразности освоения подземного пространства. Опыт освоения подземного простран­ства свидетельствует об успешном использовании энергии и теп­ла; об уменьшении потерь при хранении энергоносителей и про­довольствия; о повышении защищенности населения от эпиде­мий при подземном хранении воды и в чрезвычайных ситуациях; о снижении затрат при освоении подземного пространства горо­дов и повторном использовании отработанных подземных горных выработок. Обоснования инвестиций, разработанные в соответствии с эталоном, служат основанием для принятия решений о хозяйственной необходимости, технической возможности, коммерческой, эко­номической и социальной целесообразности строительства, полу­чения акта выбора земельного участка для размещения объекта и выполнения проектно-изыскательских работ. Обоснования инве­стиций подлежат государственной экспертизе в установленном порядке.

Современные методы оценки экономической эффективности освоения подземного пространства изложены в «Методических ре­комендациях по оценке эффективности инвестиционных проек­тов предприятий угольной промышленности». В них приведены:

•система критериев и показателей оценки эффективности инвестиционных проектов;

•оценка сравнительной экономической эффективности инвестиционных проектов;

•коммерческая эффективность проекта;

•бюджетная эффективность проекта;

•эффективность реализации инвестиционного проекта;

•особенности оценки эффективности проекта;

•особенности оценки эффективности проектов с иностранными участниками;

•оценка социальных и экологических последствий реализации проекта;

•расчет инвестиционных рисков.

В результате общей оценки экономической эффективности инвестиционного проекта и анализа, его устойчивости определя­ются основные технико-экономические и финансовые показате­ли, среди которых объем инвестиций, необходимых для реализа­ции проекта, продолжительность строительства, балансовая при­быль, чистая прибыль, срок окупаемости инвестиций, дисконти­рованный срок окупаемости, внутренняя норма доходности (нор­ма прибыли), дисконтированный чистый доход за расчетный пе­риод, рентабельность инвестиций (индекс доходности), источни­ки финансирования проекта (собственные средства, заемные сред­ства, бюджетные ассигнования) и сроки возврата кредита.

Методические рекомендации по разработке бизнес-плана, обо­снования инвестиций в строительство предприятий и эталона из­лагают методы разработки бизнес-планов инвестиционного про­екта как программы вложения средств для реализации инноваци­онного проекта с целью последующего получения прибыли. Анализ эталона и изложенных в нем методических рекоменда­ций по оценке экономической эффективности инвестиционного проекта показывает, что результаты оценки основных параметров и показателей производятся на основе изучения условий строи тельства объектов, технических, технологических, строительных и архитектурных решений, а также организации строительства и анализа основных технико-экономических показателей и финан­сирования строительства, т.е. оценивается качество проектов под­земных сооружений и горнодобывающих предприятий через при­зму экономической эффективности инвестиций в строительство указанных объектов. Следовательно, совокупная оценка экономи­ческой эффективности определяется путем анализа многомерного вектора оценок технического и экономического уровня ТЭО ин­вестиций и бизнес-планов на строительство горнодобывающих предприятий и подземных сооружений как больших сложных си­стем, а также путем определения степени соответствия этих обо­снований и бизнес-планов основным достижениям науки и тех­ники, нормам проектирования, правилам безопасности, строитель­ным нормам и правилам. Такой подход к оценке экономической эффективности инвестиций не соответствует мировой практике, когда комплекс целей строительства и социальное значение но­вых подземных объектов выдвигаются на первый план. Экономи­ческая сторона обоснований инвестиций рассматривается в эта­лоне как главный критерий целесообразности создания (реконст­рукции) горнодобывающих предприятий и освоения подземного пространства.

В выводах об экономической эффективности строительства подземного объекта приводится следующая информация: хозяй­ственная и коммерческая целесообразность реализации проекта; техническая возможность его реализации; выгоды от реализации проекта (экономические и социальные); финансовая устойчивость проекта; прогрессивность используемых в проекте научно-техни­ческих решений, технологий, оборудования.

Одновременно с этим нужно иметь в виду, что по каждому подземному объекту необходимо проводить и выбор экономичес­ки эффективных схем инвестирования строительства.

Анализ экспертных заключений по инвестиционным проек­там горнодобывающих предприятий убедительно доказывает связь основных показателей и результатов этих проектов с их целями и техническими решениями. Это наблюдение весьма существенно, поскольку еще раз подчеркивает необходимость разработки вари­антов этих решений с целью выбора из них наилучшего. Оценка экономических показателей эффективности инвестиций в целом должна производиться по совокупности свойств проекта, т.е. с учетом его качества.

При строительстве метрополитена и его последующей эксплу­атации учитывается социальная стоимость, т.е. оцениваются расходы на все виды транспорта, в том числе индивидуальный; убыт­ки от наземного транспорта, обусловленные шумом, загрязнени­ем воздуха, потерями времени; доходы от экономии городской территории, которую можно использовать с большим эффектом, и от экономии времени на передвижение; убытки, связанные с гибелью людей в дорожно-транспортных происшествиях и т.д.

Таким образом, общая экономическая эффек­тивность включает в себя:

Эобщ = Эцт +Ээт + Ээр +Экв +Эвс + Эдп + Э в + Эу + Эн,

где Э_цт — эффект от повышения градостроительной ценности го­родской территории в районах, где проходит метрополитен, так как повышается стоимость земли и жилья (определяется конкрет­ным расчетом по городу);

Э_эт — эффект от экономии городской территории; метрополи­тен занимает в 100 раз меньше городской территории, чем автома­гистрали наземного транспорта (определяется конкретным расче­том по городу);

Э_эр — эффект от снижения эксплуатационных расходов по на­земному транспорту (в среднем составляет 18%);

Э_кв — эффект от снижения капиталовложений в наземный транспорт (в среднем составляет 7,5%);

Э_вс — эффект от сокращения вредных выбросов в воздушную среду (метрополитен экологически чистый вид транспорта) и сни­жения транспортного шума (в среднем составляет 5%);

Э_дп — эффект от снижения дорожно-транспортных происше­ствий (в среднем составляет 3,5%);

Э_в — эффект за счет экономии времени на передвижение (эк­сплуатационная скорость метрополитена 42 км/ч, наземного транс­порта до 15 км/ч) и повышения комфортабельности передвиже­ния (в среднем составляет 38%);

Э_у — эффект от снижения транспортной усталости в метропо­литене (в среднем составляет 28%);

Э_н — непосредственный доход действующего метрополитена (определяется расчетом по эксплуатационной деятельности).

Субсидирование (дотации) эксплуатационных расходов дей­ствующим метрополитенам в России производят только местные бюджеты. В зарубежных странах (Бельгия, Нидерланды) эксплуа­тационные расходы полностью покрываются государством, а в Италии государство покрывает до 85% расходов.

Важно отметить, что без стабильной государственной поддер­жки, как показывает отечественная и зарубежная практика, раз­витие метрополитена невозможно.

Например, центр города и районы, прилегающие к Садовому кольцу, достаточно насыщены предприятиями торговли, притягивающими к себе большое количество единиц транспорта и людей. С этой точки зрения они не являются объектами первостепенной важности. А вот дальнейшее расширение транспортных сетей и строительство подземных автостоянок – очень насущная для мегаполиса проблема. Нет смысла говорить о важности прокладки коммуникационных тоннелей различного назначения, без них жизнь города просто невозможна.

Вторым основным фактором являются горно-геологические и геомеханические характеристики породного массива, которые допускают строительство не каждого вида подземного сооружения. В последнее время добавляют еще и геодинамическую характеристику массива. Строительство городских подземных сооружений необходимо вести с учетом того, что массив горных пород уже не природного, а природно-техногенного происхождения.

Далее, – характер сложившейся застройки предполагаемого места строительства, ее плотность, наличие ранее построенных подземных сооружений, и все это в увязке с функциональным назначением строящегося объекта и его конструктивными особенностями. Отсюда возникает совершенно новый вопрос в проектировании: где нельзя строить подземные сооружения? Возможно, будут выделены особые зоны в исторических районах города, где для гарантии их сохранения строительство подземных сооружений будет запрещено или резко ограничено. А для строительства их в исключительных случаях следует создать элитную научно-проектно-строительную организацию.

Для решения всех обозначенных проблем потребуется районирование городских территорий с выделением участков, допускающих строительство тех или иных по значимости подземных объектов.

Как строить?

Арсенал подземного строительства, как у нас, так и за рубежом насчитывает множество способов и технологий ведения горностроительных работ. За последнее время созданы уникальные образцы проходческой техники. Глобализация производства в сфере подземного строительства, понимаемая как интеграция, сближение взглядов и подходов, выработка общего понимания основных принципов решения проблем, обусловливает выход за рамки складывавшихся десятилетиями отраслевых и ведомственных интересов. Этот процесс сопровождается переходом от узко специализированных организаций к многопрофильным. Период, когда интересы строителей ограничивались либо строительством метро, либо коллекторных тоннелей, либо оснований и фундаментов, уходит в прошлое.

Сейчас строительные организации значительно расширили свой профиль и в состоянии строить подземные объекты различного функционального назначения. Подземные городские объекты становятся все более масштабными и разнообразными по своему функциональному назначению. Начав с подземных гаражей, затем построив ТРК на Манежной площади и успешно решая проблему Сити, мы осуществили строительство объекта мирового в техническом отношении уровня – Лефортовского тоннеля. Оценивая в целом уровень научной, технической и технологической оснащенности подземного строительства, можно смело говорить о том, что сегодня в городском подземном строительстве России сформировались научно-технические силы, которым по плечу реализация проектов любого уровня сложности.

Вместе с тем нужны новые подходы к выбору способов и технологий строительства, новая идеология проектирования, обеспечивающая, в частности, максимальное сокращение экономических, технических и организационных рисков. Каждый из перечисленных выше рисков общего характера являет собой интегрированное проявление рисков более частного характера. Например, нарушение сроков строительства тоннеля может быть вызвано сочетанием таких рисков, как несовершенство горнопроходческого оборудования, недостоверность данных геологических и геомеханических изысканий, недостаточно квалифицированное кадровое обеспечение, форс-мажорные обстоятельства и т.п. Поэтому одним из основных принципов, заложенных в исследования по совершенствованию методов проектирования и строительства объектов любого функционального назначения, должен стать принцип минимизации ущерба от последствий негативных проявлений указанных рисков. Актуальной проблемой прогресса в подземном городском строительстве является научное сопровождение.