Экономическое обоснование использования подземного пространства

Используются и такие положительные характеристики подземных сооружений, как повышенная виброустойчивость и акустическая изоляция по сравнению с наземными сооружениями. Преимуществом подземного решения ряда производств и цехов является способность полов нести повышенные нагрузки от тяжелого технологического оборудования.

Суммарный экономический эффект подсчитывается по каждому виду объектов с учетом экономии территории, сохранения сложившейся застройки, а также с учетом условий эксплуатации подземных сооружений: экономии   транспортных   расходов,   транспортного времени, роста торговой прибыли и др.[8]

факторам, удорожающим использование подземного пространства, относятся: геологические и инженерно-геологические условия, усложнение инженерно-конструктивных решений подземных сооружений, стесненность при производстве работ в сложившихся массивах застройки. Подземное строительство вызывает дополнительные объемы земляных работ, усиление несущих и ограждающих конструкций, усложнение работ по гидроизоляции объектов, усложнение устройств санитарно-технического оборудования. В то же время подземное строительство позволяет сократить затраты на фундаменты, кровлю, отказаться от ряда конструктивных элементов наземных зданий, таких, как наружные оконные блоки, внутренние водостоки, отделка фасадов и др. С учетом этих факторов можно считать, что в обычных геологических и гидрогеологических условиях удорожание сметной стоимости объектов в подземном исполнении в 1,5—1,6 раза по сравнению с наземным. Экономическую эффективность подземного строительства характеризует срок окупаемости дополнительных капитальных вложений по сравнению с наземным строительством.

В мировой практике подземного строительства последних лет завоевывает все новые рубежи нетрадиционный подход в организации строительства крупномасштабных проектов средствами частного финансирования на коммерческой основе.  Примером успешного строительства и эксплуатации крупного подземного сооружения, финансируемого по данной схеме, является 50-ти километровый железнодожный тоннель под проливом Ла-Манш, соединяющий Англию с континентальной Европой и ежегодно приносящий компании «Евротоннель» прибыль около 500 млн. дол. США. Для строительства данного тоннеля были привлечены капиталы 220 частных банков из 26 стран мира и 550-ти тысяч акционеров (физических и юридически лиц), что позволило сконцентрировать к началу строительства в банке компании средства(12 млрд. дол. США) для полного обеспечения строительства тоннеля.

В перспективе строительство 100 км тоннеля под Беринговым проливом, соединяющим Россию с Аляской (США), 54 км тоннеля под Гибралтарским проливом, соединяющим Европу с Африкой, сооружение тоннеля под Татарским проливом (10 км) для соединения материковой России с о. Сахалин, который должен быть соединен 43-х километровым тоннелем с Японией, т.е. создание в ближайшие 30 лет единой системы железных дорог. В последние годы на новых объектах подземного строительства активно проводилось опробование новых более прогрессивных организационных схем, включающих передачу функций надзора за производством комплексных контрактов на весь объем изыскательных работ.[2]

Использование подземного пространства для размещения различных объектов народного хозяйства должно базироваться на тщательно обоснованной экономической оценке. Наиболее объективным критерием такой оценки является сравнительная экономическая эффективность подземного предприятия и его наземного аналога. Наблюдаемая за последнее время тенденция к росту числа подземных предприятий (складов, хранилищ), объясняется наряду с другими причинами и их высокой экономической эффективностью. Это подтверждается тем, что значительное число объектов за рубежом строится и эксплуатируется частными фирмами. [3]

Подземное строительство получило широкое развитие при сооружении различных объектов специального назначения: емкостей для хранения жидких углеводородных газов и продуктов переработки нефти, подземных складов, гаражей, холодильников, убежищ, промышленных предприятий. Это объясняется рядом преимуществ подземных сооружений перед надземными. 

Одним из наиболее экономичных решений является подземное размещение складов и холодильников. Так, при подземном расположении стоимость строительства складских зданий в 4 раза ниже, затраты при эксплуатации — в 10,6 раза меньше, чем при наземном размещении. Стоимость строительства холодильников при подземном размещении в 3,3, а эксплуатационные расходы — в 11,6 раза ниже, чем при наземном расположении. Эти данные получены при сопоставлении подобных крупных холодильников, построенных в Канзас-Сити и Сан-Паулу (США). При оценке затрат энергии оба холодильника были отключены, что вызвало повышение температуры в наземном холодильнике на 0,6 °С в час, а в подземном — на 0,6 °С в день. Гораздо лучшая теплоизоляция и теплоемкость среды позволяют не только экономить электроэнергию, но и подключать подземные холодильники к электросети, минуя пик потребления электроэнергии, и снижать мощность подземных холодильных установок.

Строительство подземных емкостей для хранения жидких газов и продуктов переработки нефти оправданно значительным повышением технико-экономических показателей этого вида сооружений в сравнении с наземными стальными резервуарами: резкое снижение стоимости и расхода стали, благоприятные условия хранения (нет испарения), постоянное давление, отсутствие коррозии, опасности пожаров и др.

При создании подземных складов достигается весь компактное их расположение (многоэтажное расположение помещений), при этом снижается стоимость сооружения, упрощается технический надзор, охрана и уменьшаются текущие расходы по эксплуатации.

В последние годы  зарубежными специалистами предпринимаются попытки дать приближенную оценку эффективности приспособления отработанных горных выработок под производственные и складские объекты.  По данным американских специалистов, стоимость выемки камеры высотой 6,1 м составляет 27 долл./м2, а дополнительные затраты на ее переоборудование( кондиционирование воздуха, дополнительное крепление, освещение, водоснабжение и пр.) 96 долл./ м2. Таким образом суммарные затраты достигают 123 долл./ м2. Стоимость же аналогичного наземного помещения по имеющимся данным составляет  322 долл./ м2. Таким образом использование подземного пространства составляет примерно треть, а точнее 38,4 % расходов на строительство наземных объектов. [2]

За рубежом (Швеция) высказывают соображения, что строительство подземных заводов более целесообразно и экономично, в сравнении с заводами на поверхности, ввиду сокращения эксплуатационных расходов по ремонту крыш, окраске, остеклению и затрат на охрану и обеспечение пожарной безопасности.  При этом создается лучшая маскировка предприятия и защита от заражения отправляющими веществами и радиации, что можно легко достигнуть созданием повышенного давления воздуха в подземных цехах и предотвращением проникновения неочищенного воздуха извне.

Капитальные затраты по сооружению подземных камер для размещения в них промышленных предприятий все же выше на 15-30%, чем аналогичные затраты на строительство подобных предприятий на земной поверхности. Но если принять в расчет текущие затраты, то разница в стоимости между строительством подземных и наземных сооружений становится незначительной[4].

Стоимость в целом подземных предприятий выше в сравнении с наземными примерно на 30%. Подземные склады дороже наземных на 70%.

При использовании ранее сооруженных горных выработок стоимость строительства подземных предприятий, размещаемых в них, примерно такая же, как и наземных (исключение – предприятия химической промышленности).

На стоимость подземных предприятий также оказывает влияние величина площади предприятия – с увеличением площади стоимость 1м2 снижается.

Технико-экономические расчеты, выполненные в последние годы, показали, что при размещении в отработанных горных выработках предприятий точного приборостроения капитальные затраты и эксплуатационные расходы находятся на уровне аналогичных наземных предприятий. При этом стоимость общестроительных работ снижается в 1,5-2 раза. Особенно высокая эффективность отмечается на подземном заводе в г.Канзас-Сити, производящем точные приборы и инструменты. Это объясняется резким снижением брака и повышением качества продукции вследствие отсутствия вибрации в подземных цехах.

Высокая экономическая эффективность отмечается и на подземных гидроэлектростанциях. Их капитальные затраты равны (Швеция) или ниже, чем при строительстве наземных открытых ГЭС, а эксплуатационные расходы ниже[5].

К  достоинствам подземных сооружений можно отнести и значительное сокращение потребности в дефицитных строительных материалах (конструктивный и ячеистый бетон, цемент, железобетон, металл и др.)

Отдельные примеры строительства производственных зданий показывают, что подземное пространство выгодно для размещения технологий, чувствительных к вибрациям, шуму. Так, в США под землей были размещены основные производственные мощности прецизионного приборостроительного завода (Канзас-Сити). При этом исчезла необходимость изоляции чувствительных машин от вибрации и устройства тяжелых фундаментов для ряда машин (так как вокруг здания — бесконечно большая масса грунта, обеспечивающая состояние инерции покоя); возросла долговечность машин; снизились затраты на поддержание постоянных температуры и влажности; отпала необходимость в уходе за фасадными поверхностями; сократились вероятность пожаров и затраты на пожарную охрану; исчезли отрицательные влияния погодных явлений; до 63 % снизились расходы на отопление и до 90 % — на охлаждение, причем кондиционеры стало возможным включать не в часы пик расходования электроэнергии. В итоге эксплуатационные расходы снизились с 50…70 тыс. долларов в год (при наземном размещении завода) до 3,2 тыс. в год (под землей), страхование на 1000 долларов основных средств снизилось почти в 30 раз .

Опыт строительства производственных зданий в Швеции, Норвегии,  Франции  подтверждает возможность экономичного размещения под землей в суровых климатических условиях (при повышенном энергопотреблении на отопление) или при необходимости кондиционирования воздуха. Так, в Норвегии при строительстве крупного телефонного узла сравнивали варианты его подземного и наземного расположения. Так как стоимость 1 м2 подземного здания — 3100 крон, а наземного — 2400 крон, определяющими оказались экономия 55 % электроэнергии и отсутствие свободной площади для наземного здания в центре. Объект был построен под землей, причем к нему пристроены подземный плавательный бассейн и сооружение гражданской обороны общей площадью 40 тыс. м2. Во Франции под землей размещено несколько районных электростанций, узлов связи. Так, под парком Тюильри находится крупнейший узел дальней связи, для сооружения которого было разработано 150 тыс. м3 грунта и уложено 45 тыс. м3 железобетона. При этом, благодаря оригинальному методу подкрепления поверхностного слоя грунта были сохранены все зеленые насаждения парка.

Термическая стабильность грунта — определяющая характеристика при технико-экономической оценке заглубленных и наземных жилых зданий. Возведение таких зданий под землей сопряжено с дополнительными работами: разработка большего объема грунта; усиление элементов в связи с давлением грунта, создание изоляции и дренажа, озеленение поверхности с обратной засыпкой и планировкой. Поэтому очень важно снизить затраты на эксплуатацию, в основном — на отопление.

Общие затраты на строительство заглубленных жилых зданий выше, чем при их наземном размещении. Возможно, что совершенствование конструктивных решений и способов производства работ позволят в дальнейшем несколько снизить стоимость гидроизоляции, дренажа, конструкций стен и перекрытий подземных зданий.

Пока, если не учитывать стоимости земли, потенциальная экономия энергии в течение срока эксплуатации здания является определяющим фактором при выборе варианта его размещения. При сопоставлении стоимости строительства и эксплуатации жилого дома в течение 12 лет службы при заглубленном и наземном размещении выявлено, что начиная с седьмого года эксплуатации, вследствие экономии около 60 % энергии окупаются первоначальные повышенные расходы.

Вместе с тем при строительстве зданий в районах с высокой стоимостью земли (курортные регионы, города и другие) выбор варианта расположения может в первую очередь зависеть от стоимости земли и ряда работ при наземном размещении (снос существующих зданий и др.).

4. ПРИМЕРЫ ЭКОНОМИЧЕСКИ ОБОСНОВАННОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПОДЗЕМНОГО ПРОСТРАНСТВА ГОРОДОВ

Одной из проблем больших городов является нерациональное использование имеющихся земельных ресурсов. По оценкам специалистов площади городских территорий превышают требуемые в 2-2,5 раза, что влечет за собой ряд негативных последствий: дефицит земельных участков под жилое строительство; увеличение протяженности инженерных и транспортных сетей; отвлечение средств городского бюджета на инженерное оборудование и благоустройство территорий.

Другой проблемой интенсивно растущего и развивающегося мегаполиса является рост автомобилизации. Например, в Санкт-Петербурге в период с 1985 по 1996 гг. парк индивидуальных автомобилей увеличился с 200 тыс. до 600 тыс. единиц, при том, что количество парковочных мест увеличилось со 160 тыс. до 370 тыс. машино-мест, в основном за счет открытых автостоянок.

Отсутствие достаточного количества парковочных мест приводит к тому, что автовладельцы располагают свой транспорт на проезжей части, на тротуарах, во внутридворовом пространстве, зачастую прямо на газонах. Часть гаражных боксов размещается в санитарных зонах вблизи железнодорожных магистралей, что не украшает городской ландшафт. Открытые автостоянки все больше и больше занимают и без того дефицитное пространство.

Основной вариант решения – развитие «многоуровневого» использования городской среды с активным освоением подземного пространства. Этому способствует широкий диапазон номенклатуры возможного размещения объектов в подземном пространстве, а также большой и продолжительный опыт работы в данной области в нашей стране и за рубежом.

Формирование концепции подземной урбанистики осуществляется на основе моделирования вариантов развития генерального плана города, в котором решение подземного пространства рассматривается как составная часть градостроительного решения. Органическая взаимосвязь с «поверхностной» планировкой и застройкой, а также между различными типами подземных сооружений и сетей, является основным условием оптимального решения   задачи .

В СССР основным направлением в практике освоения подземного пространства являлось строительство объектов стратегического и военного назначения: бункеров, командных пунктов, складов и т. д. Ярким примером может служить подземный город-спутник под Севастополем, который практически полностью дублирует всю инфраструктуру наземного города и даже имеет свою железную дорогу и порт для подводных лодок. Отечественная практика гражданского использования подземного пространства в большинстве случаев связана с устройством инженерных коммуникаций и транспортных сооружений - туннелей, линий метрополитена, станции и пересадочных узлов, строительством убежищ, реже - подземных гаражей и автостоянок, пешеходных переходов различной сложности. Наиболее активно идет строительство в крупных городах, чаще в общегородских центрах и исторически сложившихся районах.