Каким будет арктическое строительство будущего?

Почему освоение Арктики сопоставимо с полетом на Марс?

В Арктике стоят те же панельные многоэтажки, что и в европейской части страны, но такие дома предназначены для умеренных широт и не выдерживают суровых климатических нагрузок. Какие задачи должно решать арктическое строительство? Что делать, чтобы жители не мерзли, а дома не разрушались?

Климатические изменения, которые сегодня затронули весь мир, в средней полосе не так заметны, как в арктическом регионе. Гольфстрим, теплый морской поток, поменял характер своего течения, и тепло, которое он переносит, теперь в большей мере согревает северо-восточное побережье России. В 1980-х годах температура на глубине 10 метров и ниже была -5,5 °C, а сегодня она повысилась до -1,5 °C. В таких условиях засоленный грунт тает и становится пластичным. Однако не только природа влияет на изменение экосистемы Арктики, но и деятельность человека: канализационные стоки дополнительно приводят к таянию почв.

Под землей образуются не только ручьи, но и целые реки. Зданиям не на что опираться. Например, в Норильске дома медленно разрушаются, и в них становится небезопасно жить. Город, в котором проживает более 150 тысяч человек, расположен на Таймырском полуострове. Сегодня в нем построено более 1200 многоэтажных зданий, из них 120 уже снесли, а еще 400 находятся в критическом состоянии. Климатические изменения и антропогенное влияние человека привели к этим событиям.

До середины XX века основными зданиями в Арктике были деревянные бараки. Для строительства использовали обыкновенные срубы из лиственницы и сосны. В таких домах страдало множество людей: дополнительной теплоизоляции в них не было, а средняя температура в Арктике зимой составляет около -30 °C.

Строительство многоэтажных зданий велось по мере того, как осваивались территории арктической зоны. Бум в развитии городов — Дудинки, Норильска, Якутска и многих других — приходится на 1980-е годы. В этот период шло строительство типовых зданий, характерных и для других регионов нашей страны. Но, как оказалось, типовые застройки, как в Москве или Екатеринбурге, неэффективны в суровых арктических условиях. Однако создание индивидуального проекта подразумевает разработку индивидуальных норм, а это отнимает много времени и денег, и этим некому было заниматься.

Одной из главных проблем в арктическом строительстве является фундамент. Сегодня срок эксплуатации здания составляет 50–80 лет, но, прежде чем его строить, мы должны понять, что произойдет с грунтом через полвека. Когда создавали нормативную правовую базу, регулирующую строительную деятельность, никто не задумывался о том, что может произойти в будущем. Почти вся почва в Арктике — замерзшие ил и болота, которые принято называть многолетним мерзлым грунтом. В строительстве мы опираемся на стандарты, которые разрабатывались в 1980-х годах. По ним температура в мерзлоте на глубине 10 метров составляет -5–6 °C, но сейчас это порядка -1,5 °C. В эту мерзлоту строители встраивают основание — сваи, на которых выстраивается фундамент будущего здания.

Сваи делают из железобетона — одного из основных материалов, наиболее распространенного в арктическом строительстве. Из-за того, что температура почв стала несколько выше, материал не может выдержать нагрузку. В Арктике очень высокий уровень обводненности почв: вода попадает в микротрещины материала, застывает и расширяет поры. Этот процесс повторяется и приводит к разрушению бетона. Еще одна проблема — сильные метели. Воздушные массы с частицами льда ударяются об элементы конструкции здания и выбивают частицы строительного материала. В некоторых зданиях Норильска ограждающие панели на момент постройки были толщиной в 30 сантиметров, а сегодня они истончились до 8 сантиметров. Люди завешивают стены коврами, чтобы хоть немного сохранить тепло в квартире. Хорошо известные строительные материалы не прошли проверку временем в этом регионе.

Пожары также являются серьезным риском. Буквально за считаные минуты на дорогах наметает огромные сугробы, через которые специальная техника не может проехать к возгоранию и ликвидировать его. По этой причине в Талнахе в конце прошлого века погибло 17 человек.

В Восточной Арктике есть еще одна проблема — высокая сейсмичность, которая может достигать девяти баллов, поэтому здания из железобетона не подходят для таких территорий. Конструкции из современных деревянных материалов более эффективны: они воспринимают деформационные динамические воздействия и с точки зрения безопасности будут выигрывать в таких условиях.

Потенциал древесины как строительного материала хорошо не использован. Сегодня 70% затрат на строительство здания в Арктике идут на логистику: доставка материала, обеспечение строителей и так далее, а транспортировать дерево в 5 раз легче, чем другие строительные материалы. У нас есть большие запасы по производству. Например, Приангарье — огромный регион с уникальной ангарской сосной. Есть технологические возможности, поэтому проще переходить на индустриальное деревянное строительство, в первую очередь инженерную древесину.

Для людей необходимо создавать комфортные условия проживания, которые включают в себя не только тепло, но и звукоизоляцию и социальное обеспечение. Ученые из Института биофизики СО РАН участвуют в разработке концепций экологического и закрытого жилья на Марсе, но такие здания можно будет строить и в Арктике. Они предложили использовать отходы жизнедеятельности человека, для того чтобы создавать оранжереи. А чтобы решить проблему теплопотери, они предлагают строить здания, акцентируя внимание на аэродинамических свойствах. Благодаря снижению турбулизации ветра тепло будет оставаться в здании. Постройки с аэродинамической формой менее подвержены ветровым и снеговым воздействиям: только за счет изменения формы можно на 60% снизить теплопотери.

В Швеции предложили использовать купол для малоэтажного индивидуального строительства. Напоминает известный роман Стивена Кинга, только в нашем случае под куполом будет не целый микрорайон, а единичное сооружение. Сегодня мы разрабатываем такое здание на примере Норильского региона, принимая во внимание современные возможности остекления.

Здание-поселение — это еще один из основных идейных трендов. В одном здании будет вся инфраструктура: на одном этаже — детские сады и школы, а на другом — кафе и кинотеатры. Такой комплекс будет рассчитан примерно на 1000–2000 человек. Возникает ряд трудных вопросов: как будет организован сбор мусора, куда отводить стоки, откуда этот комплекс будет брать энергию, как будет организована безопасность. Такая задача требует комплексного решения, но уже сейчас поступают предложения от муниципальных образований. Это значит, что строительство зданий-поселений лишь вопрос времени.

-------------------------------------------------------------------

Хотите оперативно узнавать о выходе других полезных материалов на сайте "ГИС-Профи"?
Подписывайтесь на нашу страницу в Facebook.
Ставьте отметку "Нравится", и актуальная информация о важнейших событиях в энергетике России и мира появится в Вашей личной новостной ленте в социальной сети.