В.Э. Абракитов. На пути к научным открытиям. Монография.
1.6. Использование системного подхода для решения проблемы борьбы с шумом
1.6.2. Существует множество подходов [1, 2] к оценке экологического качества городской среды или ее составных компонентов, а также к характеристике экологических условий в городах. Они в целом основаны на методическом подходе, опирающемся на взаимосвязи между источниками антропогенного воздействия, чаще всего принимаемыми как негативные по оказываемым последствиям, и реакцией на них компонентов городской среды, включая такие производные, как состояние здоровья населения. Различия отдельных методов состоят:
- в выборе показателей, характеризующих виды и интенсивности воздействия;
- в выборе показателей, характеризующих реакцию и изменения компонентов городской среды;
- в математическом аппарате, используемом для расчета интегральных показателей качества городской среды или отдельных компонентов, бальных или числовых характеристик качества, уровня воздействия.
Выполняемые в рамках этой методологии оценки могут быть эффективно использованы в области принятия социальных и экономических решений, регулирующих именно текущую хозяйственную деятельность в городе. С их помощью можно также спланировать этапность и технологические решения намечаемого строительства. Однако они не позволяют ввести экологический фактор в территориальное планирование в городах. На их основе невозможно оценить и рекомендовать конфигурацию структуры городского пространства, как в планировочном, так и в функциональном аспектах, т. к. для построения интегральной городской структуры необходимо работать с первичной природной структурой и создаваемой городом социально-хозяйственной структурой. Подходы, о которых говорилось выше, позволяют лишь оценить последствия функционирования уже сформированной в результате строительства городской структуры, и работают только как инструменты в рамках принятия конкретных хозяйственных и социальных решений в области управления функционированием уже созданных градостроительных структур.
Проблема акустической безопасности, на наш взгляд, лежит в недоучёте или игнорировании объёктивных закономерностей борьбы с шумом в виде сложной динамической развивающейся системы со своей методологией исследования [3], набором правил, принципов и аксиом. Попробуем устранить этот досадный пробел.
1.6.3. Что же такое «Системный анализ»? Необходимым - (и недостаточно проработанным в работах других авторов), - на наш взгляд, является применение системного анализа как методологического подхода в решении задач экологической безопасности населения по фактору шума.
СА [4] в узком смысле — совокупность методологических средств, используемых для подготовки и обоснования решений по сложным проблемам различного, в т.ч. научного, технического характера; в широком смысле - синоним системного подхода, изучающего проблемы организации и функционирования сложных объектов [5].
Привлечение методов СА для решения указанных проблем необходимо потому, что в процессе принятия решений приходится осуществлять выбор в условиях неопределённости, которая обусловлена наличием факторов, не поддающихся строгой количественной оценке. Процедуры и методы СА направлены именно на выдвижение альтернативных вариантов решения проблемы, выявление масштабов неопределённости по каждому из вариантов и сопоставление вариантов по тем или иным критериям эффективности.
Основой СА является общая теория систем и системный подход [5], из которых СА заимствует лишь самые общие исходные представления и предпосылки. Его методологический статус весьма необычен: с одной стороны, СА располагает детализированными методами и процедурами, почерпнутыми из современной науки и созданными специально для него, что ставит его в ряд с другими прикладными направлениями современной методологии, с другой — в развитии СА отсутствует тенденция к оформлению его в строгую и законченную теорию. В СА тесно переплетены элементы науки и практики. Поэтому далеко не всегда обоснование решений с помощью СА связано с использованием строгих формализованных методов и процедур; допускаются и суждения, основанные на личном опыте и интуиции, необходимо лишь, чтобы это обстоятельство было ясно осознано. Важнейшие принципы СА сводятся к следующему: процесс принятия решений должен начинаться с выявления и чёткого формулирования конечных целей; необходимо рассматривать всю проблему как целое, как единую систему и выявлять все последствия и взаимосвязи каждого частного решения; необходимы выявление и анализ возможных альтернативных путей достижения цели; цели отдельных подразделений не должны вступать в конфликт с целями всей программы.
Центральной процедурой в СА является построение обобщённой модели (или моделей), отображающей все факторы и взаимосвязи реальной ситуации, которые могут проявиться в процессе осуществления решения. Полученная модель исследуется с целью выяснения близости результата применения того или иного из альтернативных вариантов действий к желаемому, сравнительных затрат ресурсов по каждому из вариантов, степени чувствительности модели к различным нежелательным внешним воздействиям. СА опирается на ряд прикладных математических дисциплин и методов, широко используемых в современной деятельности управления: операций исследование, метод экспертных оценок, метод критического пути, очередей теорию и т. п. Техническая основа СА — современные компьютеры и информационные системы.
Методологические средства, применяемые при решении проблем с помощью СА, определяются в зависимости от того, преследуется ли единственная цель или некоторая совокупность целей, принимает ли решение одно лицо или несколько и т. д. Когда имеется одна достаточно четко выраженная цель, степень достижения которой можно оценить на основе одного критерия, используются методы математического программирования. Если степень достижения цели должна оцениваться на основе нескольких критериев, применяют аппарат теории полезности, с помощью которого проводится упорядочение критериев и определение важности каждого из них. Несмотря на то, что диапазон применяемых в СА методов моделирования и решения проблем непрерывно расширяется, СА по своему характеру не тождествен научному исследованию: он не связан с задачами получения научного знания в собственном смысле, но представляет собой лишь применение методов науки к решению практических проблем управления и преследует цель рационализации процесса принятия решений, не исключая из этого процесса неизбежных в нём субъективных моментов.
1.6.4. Применение СА к проблеме борьбы с шумом. Необходимость в борьбе с шумом - это комплекс разнообразных вопросов, проблем - которые, в свою очередь, можно разделить в процессе анализа на сотни вытекающих из них подвопросов и подсистем. Всё это позволяет относить её к сложным системам - составному объекту, части которого можно рассматривать как отдельные структуры, объединённые в соответствии с определёнными принципами в единое целое и связанные между собой заданными соотношениями [6, 7]
Говоря о проблеме борьбы с шумом, следует выделить следующие глобальные части такой сложной системы:
1. Окружающая среда (с источниками шума в ней);
2. Среда распространения шума (как вложенный компонент, элемент окружающей среды);
3. Защищаемый объект (как вложенный компонент, элемент окружающей среды и элемент среды распространения шума).
Рис 1.1. Проблема акустической безопасности в её образной интерпретации. Обозначения 1-3 – см. выше.
При анализе или в описании процесса действия части сложной системы можно разделять на самостоятельные подсистемы.
Так, "1. Окружающая среда" разбивается на такие части:
1.1. Территории, не подверженные воздействию шума (например, загородная зона и т.п. - зона полного акустического комфорта)
1.2. Территории, не подверженные негативному воздействию шума (шум есть, но его уровни не превышают допустимых значений, зона относительного акустического комфорта)
1.3. Территории, подверженные негативному воздействию шума (зона акустического дискомфорта).
Свойства сложной системы в целом определяются не только особенностями составляющих её элементов, но и характером взаимодействия между ними [8]. Так, человек активно взаимодействует с окружающей средой, преобразуя её преимущественно по техногенному типу развития. Строительство промышленных предприятий, прокладка транспортных путей, конструирование новых машин, механизмов, инструментов и оборудования приводит к шумоизлучению указанных устройств, созданных во имя собственного техногенного блага Человеком. Реактивность обратных связей материального мира сказывается в том, что шумовое загрязнение начинает отравлять Человеку жизнь. И Человек начинает бороться с шумом: (в то же время продолжая усиленно генерировать его). Искоренение источников шума в данном контексте не представляется возможным. Человечество должно жить, отправляя собственные техногенные потребности - (т.е. продолжая усиленно эксплуатировать ИШ, ежесекундно, ежечасно, ежедневно создавая новые и новые: так требует прогресс техники). Таким образом, имеем противоположную полярность тенденций: необходимость создания и эксплуатации всё более мощных и мощных ИШ; с другой стороны - необходимость бесшумного существования Человека? Как всегда, истина лежит где-то посередине: задача борьбы с шумом сводится к нахождению оптимального компромисса: необходимо обеспечить одновременно существование и мощнейших ИШ, и акустическую безопасность неизбежно подвергающегося их воздействию Человека. Следовательно, главная задача борьбы с шумом заключается в нахождении некоего баланса между наличием и функционированием ИШ, и их воздействием на Человека. Задача облегчается тем, что критерии такой оптимизации прекрасно известны: ими являются нормативные уровни шума, установленные на основе медицинских исследований. Известны и средства решения такой задачи - разнообразнейшие шумозащитные мероприятия, преследующие цель снижения шума до нормативных уровней.
Однако проектирование, расчёт, применение шумозащитных средств из-за отсутствия методологии их применения в настоящее время осуществляется достаточно бессистемно и хаотично, что приводит к нарушению указанного баланса между наличием ИШ, как объективной неизбежностью, - и минимизацией их негативного воздействия на Человека. Несмотря на широкую известность, распространение, широчайшее применение шумозащитных мероприятий и средств зачастую их действие оказывается неэффективным во многих случаях.
Задачей данной статьи является структуризация общесистемных свойств проблемы борьбы с шумом как открытой сложной динамичной системы во взаимодействии с внешней средой.
1.6.4. Что же понимать под системой мероприятий по борьбе с шумом? Вообще система - это совокупность связанных между собой и в то же время различных между собой и независимых друг от друга частей или некоторое множество элементов, созданное для достижения заданной цели; в технике - совокупность взаимосвязанных технических объектов и процессов, объединённых единой целью и общим алгоритмом функционирования [8]. В работе [9] дается более интересное, более подходящее по стилю и по сути определение системы: "устойчивое образование, упорядоченное счётное множество элементов массово-волновой природы, участвующих в программных эволюционных процессах информационно-энергетического характера".
Таким образом, система мероприятий по борьбе с шумом должна включать в себя, по меньшей мере, следующие элементы:
1) окружающую среду;
2) среду распространения шума (с ИШ в ней);
- собственно шумозащитные средства (в среде распространения шума);
3) защищаемые объекты.
Основой исследования должна являться аксиома открытости: шум борьба с ним существуют в виде взаимодействия сложных открытых систем. "Сложная система - упорядоченное множество структурно взаимосвязанных и функционально взаимодействующих разнотипных подсистем, объединённых структурно в целостный объект функционально разнородными взаимосвязями с целью достижения целей при определённых условиях" [10].
Насчёт сложности системы десятков и сотен тысяч ИШ в условиях современного города, например, думаю, никто из читателей возражать не будет? Можно заметить только, что сложность - это не запутанность, а структурированность и взаимосвязь!
И целью исследований по борьбе с шумом является распутывание этой взаимосвязи (что возможно, например, осуществить средствами моделирования); и преднамеренное изменение структурированности и взаимосвязи в желаемом для Человека направлении (т.е. оптимизация шумового режима с помощью наиболее приемлемых для данного случая шумозащитных мероприятий).
Судя по всему, термин «структура» относится к основополагающим понятиям таким, как «число» или «заряд» описания которых не существует законченных дефиниций и которые определяются списком свойств. Это затрагивает интересный вопрос о сложившейся парадигме классификации структур. Структуру принято характеризовать пространственным расположением структурных элементов, определением их качественного состава, типом симметрии, распределением. Такой подход, по своей сути, также является модельным: исследователь по своему разумению или интуиции выделяет и затушевывает различные свойства элементов, делая атрибутивными одни из них и пренебрегая другими.
Чаще всего исследуемую систему считают сложной, если у неё можно отметить специфические отличительные черты: наличие большого числа элементов, многосвязный характер отношений между отдельными частями, разнообразие выполняемых функций, наличие организованного многоцелевого управления. Сложная система должна учитывать взаимодействие с окружающей средой и влияние факторов случайной природы. При анализе сложных систем используются подходы [11, 12].
Мероприятия по борьбе с шумом активно взаимодействуют с внешней средой, и благодаря наличию шума - существуют благодаря этому взаимодействию. Окружающая среда характеризуется огромным многообразием факторов, их взаимосвязанностью, сложностью, изменчивостью и неопределённостью.
1.6.6. Основными свойствами системы мероприятий по борьбе с шумом являются: системность, комплексность, целостность. Кроме этого, выявлено ещё ряд дополнительных свойств.
Системность достигается совместным рассмотрением элементов: городская среда - источники шума - шумозащитные мероприятия - защищаемый объект (комната жилого здания, рабочее место на производстве, и т.п.) - находящийся там человек.
Комплексность характеризуется последовательной организационно-правовой интеграцией вопросов борьбы с шумом на разных уровнях: от отдельного защищаемого человека до глобальной всемирной проблемы акустической безопасности всего человечества (см. п. 1.1).
Целостность - системное качество организованных материальных объектов, выражающее их унитарную природу, нерасчленённость и континуальность (непрерывное многообразие) и охватывающее всю топологическую совокупность элементов: от источника шума до подверженного воздействию звукового излучения человека.
Данные элементы образуют единую систему в виде множества элементов, в котором реализуется отношение с заданными свойствами. Поэтому к борьбе с шумом применима обобщенная концепция, которая базируется на принципах целостности и иерархичности, утверждающих первичность системы как целого над её элементами и иерархическую организацию [11].
Главным системно образующим параметром системы, характеризующим отношения между отдельными составными частями, является негативное влияние шума на человека, уменьшение которого реализуется путём снижения его уровней до допустимых значений.
Другие, дополнительные свойства системы мероприятий по борьбе с шумом, выявленные в результате системного анализа, заключаются в следующем:
1. Поведение сложной системы малопредсказуемо. Распределение звуковой энергии, усугубленное множеством интерференционных и дифракционных явлений, достаточно сложно описать теоретически, и даже средствами имитационного моделирования. Причём управление как процесс организации целенаправленного воздействия на объект, призванное привести его в требуемое состояние, в сложных системах не всегда позволяет достичь поставленных целей: принцип контр-интуитивного поведения Форрестера - сложные системы реагируют на внешние воздействия совсем иначе, чем ожидает наша интуиция [13]
2. Изменение во времени. Несмотря на то, что система обладает целостностью - все её элементы и связи между ними подвержены изменениям, являясь динамической структурой.
3. Наличие внешней среды. Ни один объект не может быть изолирован от влияний со стороны других систем. Все они подвержены действиям экзогенных факторов: природы и социума. Исследуя ту или иную систему, необходимо определить её границы (например, пространственные), и выделить её из внешней среды. Окружающая среда характеризуется огромным многообразием факторов, их взаимосвязанностью и неопределённостью.
4. Сложный и во многом неопределённый характер взаимодействия с внешней средой. Система открытая, ей присущ обмен информацией, ресурсом, веществом.
5. Взаимозависимость подсистем: составные элементы комплекса связаны между собой не только отношениями, определяющими структуру, но и связаны функционально. Взаимозависимость подсистем выступает как необходимое условие структурной целостности и означает, что у них есть общие точки типа "вход-выход".
6. Принципиальная неустойчивость сложных систем и необходимость управления ими как способ обеспечения устойчивости. Структуры имеют распределённую конфигурацию, и в пространственно-временном отношении в разных местах локальная стабильность постоянно нарушается.
Таким образом, защита от шума, при рассмотрении её на основе системного подхода, обладает всеми свойствами сложных динамических систем, отличающихся структурированностью, взаимосвязью и взаимозависимостью отдельных элементов, а её поведение характеризуется открытостью, изменчивостью, стохастичностью, и (в определённой мере) неопределённостью.
1. Общая методика составления территориальных комплексных схем охраны окружающей среды городов. М.: ЦНИИ градостроительства. – 1986. – 114 с.
2. Лихачева Э.А., Тимофеева Д.А., Жидков М.П. и др. Город-экосистема. М.:ИГ РАН 1996.
3. Методология исследования сложных развивающехся систем / Под ред. А. В. Ахлибинского. - СПб.: ЛЭТИ, 2003. - 182 с.
4. http://www.cultinfo.ru/fulltext/1/001/008/102/641.htm. Юдин Б. Г. Системный анализ. (Публ. в Интернет).
5. http://www.cultinfo.ru/fulltext/1/001/008/102/642.htm Блауберг И. В., Юдин Э. Г. Системный подход. (Публ. в Интернет).
6. Бусленко Н.П., Калашников В.В., Коваленко И.Н. Лекции по теории сложных систем. - М.: Советское радио, 1973. - 440 с.
7. Ильичев А.В. Устойчивое развитие и безопасность сложных систем. - М.: Вычисл. центр РАН, 2001. - 189 с.
8. Хомяков Д.М., Хомяков П.М. Основы системного анализа. М.: Изд-во мех.-мат.ф-та. МГУ, 1996. - 107 с.
9. Гагин В.В. Лезвие жизни (системный анализ). - Одесса, 2001. - 332 с.
10. Буравльов Є. П., Гетьман В. В. Сучасний погляд на технологiчну безпеку // Стратегiчна панорама. - 2005. - № 1.
11. Елфимов Г. М., Красников В. С. Основы системного анализа. СПб.: Северо-Западная академия гос. службы, 1998. - 108 с.
12. Шеннон Р. Имитационное моделирование систем - искусство и наука: Пер. с англ. - М.: Мир, 1978. - 302 с.
13. Форрестер Дж. Мировая динамика: Пер. с англ. - М.: Наука, 1978. - 168 с.
