17.4. Гражданская авиация

Оценка экономического эффекта авиационных прогнозов вы­полняется по формуле

Э = р[7Г(Д;_н-Д;)-3_П1Д], (17.13)

где р = 0,3; К — число обслуженных воздушных судов данного типа за выбранный для оценки период времени; R*_m — средние потери потребителя с учетом получаемой выгоды при использовании инер­ционных прогнозов; 7?_ь* — средние потери потребителя с учетом вы­годы при использовании оперативных методических прогнозов; N — общее число прогнозов; З_пп — стоимость единицы прогности­ческой информации.

Средние потери с учетом уточнения байесовского подхода опре­деляются следующим образом:

К = ki(s„ -s₁₂(l-2e))+re₂₁s₂₁ +ni₂s₁₂] (17.14)

«01 + «12

ин . „_я [(«П> ИII 12 ' ин $21 + («i₂) ИН

s₁₂], (17.15)

«01 +«12

где п_п и (/ijj )_11Н —число правильных (оправданных) задержек рей­сов соответственно при методических и инерционных прогнозах; «21 и (И2,)_пн —число ошибочных (неоправданных) задержек рейсов соответственно при методических и инерционных прогнозах; п₁₂ и

(«ГгХш — число возвратов самолетов при использовании соответст­венно методических и инерционных прогнозов.

В приведенных формулах (17.14) и (17.15) величина s_u есть про­стой самолета, отражающий потерю дохода. В то же время это вынужденная мера, позволившая предотвратить возврат s₁₂. Такая мера защиты является кардинальной (е = 0). Поэтому первая со­ставляющая в формулах (17.14) и (17.15) может оказаться отрица­тельной, что указывает на выгоду реализации оправданных задер­жек.

Иначе величина "n(s_n-s₁₂)< 0 есть отрицательные потери или

выгода простоя, задержки рейса.

Если бы потребитель (ГА) использовал инерционные прогнозы, то число оправданных и неоправданных задержек и число возвра­тов самолетов определялось бы достаточно просто:

д.» — ■

( * \ — п* «11 V«llJ_HH — «11 >

«11

. * . * n₂i

(«21/ин — «21 >

«21

/ * \ * «12

' «12/ии — «12 •

В тех случаях, когда по прогнозу ожидается благоприятная по­года по маршруту полета (77) и она действительно наблюдалась (Ф), рейсы выполняются по расписанию с известной единичной вы­

годой, равной а₂₂. Средняя выгода по всему числу таких рейсов п"₂₂, отнесенная на один прогноз, будет равна

G_M=— а₂₂п₂₂, (17.19) ^П22

1 ин

<?„„=— «22«2*2—• (17-20) п₂₂ п₂₂

Отсюда разность вида R,"_m -R* можно записать иначе:

Щ_я -R>(R_m-G„J-(R„-GJ = i [(s_n -s₁₂)x

«01 + «12

^Х(^га11 -(1UL) + S₂1 ((«2*1 )„» -«2*i) ⁺ Sl2(«2)„„ -«1*₂)] + 1

+ [ЪгСЪг-ЫиЛ (17.21)

^П22

Первая квадратная скобка в (17.21) характеризует уменьшение

потерь ДR*, а вторая — приращение выгоды AG. Сумма их есть сбереженные материальные средства за счет использования авиа­ционных прогнозов.

В итоге формулу (17.13) можно записать так:

Э = р[Я(ДД*+ДС)-З_ппДГ]. (17.22)

Наряду с этим рассчитывается экономическая эффективность Р. Образование ряда авиакомпаний потребует дополнительной прогно­стической информации по новым авиатрассам.⁴¹

ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ПОЛЕЗНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

КЛИМАТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ В РАЗЛИЧНЫХ ОТРАСЛЯХ НАРОДНОГО ХОЗЯЙСТВА

18.1. Климатическая информация в теории и практике строительства

В практике современного строительства большое, а нередко и определяющее значение придается учету климатической информа­ции. Уже на стадии проектирования выбираются такие климатиче­ские показатели, которые отвечают особенностям строительного объекта и обслуживающих его инженерных систем, несут инфор­мацию об его потенциальной надежности и вместе с тем раскрыва­ют ожидаемые затраты. Так, определяя величину метеорологиче­ских нагрузок (ветровых, снеговых, тепловых и др.) на различные сооружения или части объекта, проектировщик решает задачу комплексной оптимизации затрат — не допустить чрезмерного обеспечения прочности и опасного предела экономии.

Дадим краткую характеристику строительства и приведем не­которые климатические показатели, используемые в строительстве.

Современная строительная индустрия охватывает широкий спектр строительных объектов. Постоянно возводятся и реконст­руируются жилые здания, строятся промышленные, производст­венные и сельскохозяйственные объекты, морские порты, аэропор­ты; ведется дорожное строительство, а также в области добычи и транспортировки полезных ископаемых.

Современная строительная индустрия широко использует теорети­ческие основы возведения зданий, высотных сооружений и многих других объектов. Методы расчета строительных объектов включают знания математики, механики и науки о сопротивлении материалов, что в целом содержится в строительной механике. Это наука о принципах и методах расчета сооружений на прочность, жесткость, устойчивость и колебания. Физические процессы и явления, связан­ные со строительством и эксплуатацией зданий, рассматриваются методами инженерных расчетов, которые являются предметом строительной физики. Ее самостоятельным разделом является строительная климатология. Это область научных знаний, где изу­чается совместное влияние температуры воздуха, ветра, осадков и других метеорологических величин и явлений погоды на весь ком­плекс строительных объектов в различных климатических зонах

.В процессе разработки строительных проектов и непосредствен­но строительных работ решается ряд задач, в которых обязатель­ным условием является учет климатической информации.

К числу таких задач относятся: объемы строительных работ, выбор ограждающих конструкций, прочность и устойчивость зда­ний и сооружений (их воздухопроницаемость и теплоустойчивость), долговечность строительных объектов и материалов. Все они реша­ются с привлечением климатической информации в целом и норма­тивных характеристик в частности.

Можно выделить два вида климатических показателей, которые используются при решении тех или иных задач в строительстве. Первый содержит такие статистические характеристики распреде­ления метеорологических величин, как среднее х, среднее квадра- тическое (основное отклонение) 5, коэффициент асимметрии I, эксцесс у, теоретическое распределение метеорологической величины f.

Наиболее важной климатической составляющей является тем­пература воздуха.

Ко второму виду климатических показателей относятся ком­плексные показатели, такие как эффективная температура t₀, рас­четная температура t_p, суровость погоды по Бодману, Арнольди, Осокину. Ряд других показателей приведен в приложении 7.

Климатические показатели первого и второго вида сведены в климатические нормативы, которые представляют собой допус­тимые значения показателя для выполнения определенных про­ектных и технических расчетов строительных операций. Климати­ческие нормативы, используемые в расчетах, называются клима­тическими параметрами. Наряду с техническими они включены в СНиП.

Строительство как научно-индустриальный процесс предусмат­ривает поэтапное решение строительных задач с учетом климатиче­ских нормативов, а в более широком прикладном значении — кли­матической информации. Она в обязательном порядке учитывается при разработке строительных и отделочных материалов, которые выбираются еще до возведения зданий, сооружений. К ним отно­сятся панельные конструкции, бетон, заполнители на основе пла­стмасс, теплоизоляционные материалы, облицовочные плиты и многое другое.

Климатическая информация используется при решении задач эксплуатации строительных и дорожных машин (экскаваторов, по­грузчиков, путевых машин для укладки рельсов, буровых машин, подъемно-транспортных, кранов и др.), что отражено в норматив­ных правилах их эксплуатации.

В строительном проектировании используется свыше 600 пока­зателей. Около 140 из них содержатся в издаваемых Гидромет- службой справочниках и 40 — в строительных нормативах.

Рассмотрим некоторые климатические показатели, используе­мые в строительстве.

1. Глубина промерзания грунта

h = cJZ\t\ + 2, (18.1)

где С — коэффициент, зависящий от вида почвы, — абсолют­ное значение суммы отрицательных температур.

На основании показателя h выполнено районирование промер­зания грунта на ЕТР, что позволяет более экономно выполнить „ну­левой" этап строительных работ.

Расчетная глубина сезонного промерзания грунта у фундамен­тов определяется по формуле

Л_ф = /п,Л, (18.2)

где m_t — коэффициент, учитывающий влияние теплового режима здания на глубину промерзания грунта у фундамента и более точно определяемый для однородных физико-географических условий.

При проектировании и строительстве трубопроводов необходимо знать максимальную глубину промерзания почвы. Особое внимание уделяется северным регионам, где большую часть года почва по­крыта снегом.

Наблюдения за температурой почвы на разных глубинах позво­ляют установить:

1. средние характеристики температурного режима на разных глубинах;

2. вероятностные значения средней месячной температуры поч­вы на глубинах;

3. среднюю глубину проникновения температуры, равной 0 °С, в почву и др.

1. При расчете ограждающих конструкций учитывается вели­чина теплопотерь (в ккал) в единицу времени через единицу площади ограждения

6 = А{*.-0. (18-3)

где t_Bnt_H — соответственно температура воздуха внутри помещения и снаружи, X — коэффициент теплопроводности.

При оценках теплового режима зданий и затрат тепла на ото­пление используется расчетная температура наружного воздуха t_p. Это средняя температура холодных пятидневок из 16 % зим. Вели­чину t_p определяют из восьми наиболее холодных зим (согласно К. Ф. Фокину).

Климатический показатель t_p можно рассчитать по формуле В. М. Чаплина

«_р = 0,4*_сх + 0,6t_aM, (18.4)

где t_cx — температура воздуха в данном пункте за самый холодный период, £_ам — абсолютный минимум температуры воздуха.

Учет температурного режима и теплофизических свойств огра­ждающих конструкций позволяет получить оценку оптимального расхода тепла на отопление с учетом потерь на вентиляцию.

3. Ветровая нагрузка — давление ветра, или скоростной напор, определяется на основании закона кинетической энергии

_q=±_mv² (18.5)

2 2g

где р — плотность воздуха, кг/м³; g — ускорение свободного паде­ния (9,8 м/с²); и — скорость ветра, м/с.

Принимая р = 1,225 кг/м³ при t = 15 °С и давлении 760 мм рт. ст., получим

2

? = —. (18.6) 16

Как видим, расчет скоростного напора достаточно чувствителен к ошибкам определения скорости ветра.

Статическая ветровая нагрузка Q (кг/м³), нормальная к поверх­ности сооружения или к его элементу, определяется по формуле

Q = C_xq, (18.7)

где С_х — аэродинамический коэффициент (коэффициент лобового сопротивления).

По данному показателю устанавливается предельная ветровая нагрузка заданной вероятности на данное сооружение. Расчетная скорость ветра v определяется как максимальная за весь период наблюдений или средняя из годовых максимумов. Однако установ­лено, что более целесообразно использовать вероятностные показа­тели ветрового режима. Соответствующая методика была разрабо­тана JI. С. Гандиным. Ее содержание приведено в монографии М. В. Завариной „Строительная климатология".

Изменение ветровой нагрузки существенно сказывается на стоимости сооружаемых конструкций. Так, при увеличении ветро­вой нагрузки на 10 % стоимость высотных сооружений увеличива­ется на сумму от 4 до 9 тыс. руб. (1980-е годы).

4. Гололедные и гололедно-ветровые нагрузки. При проекти­ровании воздушных линий связи и электропередачи (JIC, ЛЭП) важно правильно оценить гололедную и гололедно-ветровую на­грузку. Учет их завышенных значений ведет к удорожанию линий, а в случае недооценки возможны аварии — обрыв проводов, полом­ка опор и мачт, что может принести еще большие потери.

Гололедная нагрузка определяется через вес гололеда Р (г/м) по формуле

Р = пЬ_в(Ъ_а + d)yl, (18.8)

где Ь_п — толщина стенки гололеда, мм; d — диаметр провода, мм; у — плотность отложения, принимается равной 0,9 г/см³; I =100 см. Обледенение провода подвергается ветровой нагрузке

Q = C_xqDl, (18.9)

где С_х — аэродинамический коэффициент, принимаемый равным 1,2; q — скоростной напор ветра, кг/м²; D — диаметр обледенев­шего провода; I — длина провода, равная 1 м.

Под воздействием ветра обледеневший провод закручивается. В этом случае диаметр D принимается равным средней геометриче­ской величине из а и с

D = -Jac,

где а и с — измеренные соответственно большой и малый диаметры отложения.

Результирующая нагрузка на провод определяется по формуле R = J(P + p)*+Q², (18.10)

где р — вес провода, г.

4. Количество переносимого снега. При известной продолжи­тельности метели х через единицу пути переносится масса снега

т = си³х, (18.11)

где с — коэффициент пропорциональности, равный 0,00046; и — скорость ветра, м/с.

Если ветер дует под углом а к данному объекту, то объем пере­носимого снега (в м³/ пог.м) составляет величину

т. = cv\ sin а. (18.12)

Количество переносимого снега может определяться на площади сельскохозяйственных угодий в целях оценки снегозадержания; на участках открытых дорог в сельской местности и на подъездах к стройплощадкам, где возможно скопление снега и образование суг­робов; на городских дорогах в целях оценки объема снегоуборочных работ и в ряде других случаев.

6. Снеговая нагрузка как вес снежного покрова на единицу площади определяется в практике строительства различных зданий и сооружений. Запас воды в снежном покрове определяет его вес (кг/ м²). Нормативная величина снеговой нагрузки Р_н находится по формуле

Р„ = сР₀, (18.13)

где с — коэффициент, зависящий от технических особенностей конструкции покрытия; Р₀ — вес снега на единицу горизонтальной поверхности.

Величина Р₀ — это нормативная характеристика, определяемая как среднее из годовых максимумов или как вероятностная вели­чина заданной обеспеченности. Норматив Р₀ (согласно СНиП) уста­навливается по формуле

Ро = Р#, (18.14)

где р — плотность снежного покрова, г/см³; Н — высота снежного покрова (среднее из ежегодных максимальных высот) на защищен­ном участке.

В строительной практике принимается расчетная нормативная нагрузка, равная

Р_р=1,4Р₀. (18.15)

Нормативная нагрузка, как следует из формулы (18.14), увели­чивается на 40 %. Дополнительно учитывается снос снега с покры­тия при снегопаде и сильном ветре.

Правильный учет снеговой нагрузки на чердачные крыши, на покрытия и на другие верхние ограждающие конструкции позволя­ет избежать чрезмерных финансовых расходов и не допустить раз­рушения конструкций.

Величины Л, 9, Q, R, Р_р и другие, известные в практике строи­тельства, являются расчетными показателями, обеспечивающими резерв снижения издержек строительства.

7. В хозяйственной практике многие виды работ осуществляют­ся на открытом воздухе. В холодную часть года при морозной и вет­реной погоде продолжительность работ сокращается или вовсе при­останавливается. Это в основном относится к строительным наруж­ным работам — укладочным, монтажным и т. п. Для оценки суро­вости погоды, характерной в данной климатической зоне, исполь­зуются индекс суровости погоды, индекс жесткости погоды и др.

Индекс суровости погоды по Бодману определяется по формуле

B = (l-0,04t)(l + 0,272u), (18.16)

где t — температура воздуха, v — скорость ветра.

Для характеристики суровости погоды используется следующая шкала (баллы):

1. В < 1 — зима несуровая;

2. 1 < В < 2 — зима мало суровая;

3. 2 < В < 3 — умеренно суровая;

4. 3 < В < 4 — суровая;

5. 4 < В < 5 — очень суровая;

6. 5 < В < 6 — жестко суровая;

7. В > 6 — крайне суровая.

Климатическая оценка характеристик суровости должна ис­пользоваться при разработке нормативов регламента работ на от­крытом воздухе и социальной защиты работающих, которые на­правлены на создание нормальных условий работы и введение до­полнительной оплаты труда, отвечающей суровости погоды.

Аналогичную оценку сложности климатических условий пого­ды (в баллах) можно выполнить на основании индекса жесткости погоды по И. М. Осокину. Для этого используется формула

В₀ =(1-0,0060(1 + 0,2у)(1 + 0,006Я)^_оА_с, (18.17)

где Н — высота местности над уровнем моря, К_в — коэффициент, учитывающий влияние относительной влажности воздуха, А_с — коэффициент, учитывающий влияние суточной амплитуды темпе­ратуры воздуха.

Суровость погоды В₀ (преимущественно зимой) оценивается по шкале (в баллах), во многом совпадающей с выше приведенной шкалой:

1. В₀ < 1 — зима мягкая;

2. 1 < В₀ < 2 — зима мало суровая;

3. 2,1 < В₀ < 3 — умеренно суровая;

4. 3,1 < В₀ < 4 — суровая;

5. 4,1 < В₀ < 5 — очень суровая;

6. 5,1 < В₀ < 7 — жестко суровая;

7. В₀ > 7 — крайне суровая.

Приведенные показатели используются в строительной индуст­рии не только для оценки климатических условий проживания на­селения, но и для дополнительной оценки затрат при выборе огра­ждающих конструкций и систем теплоснабжения.

Некоторые погодо-климатические показатели (биометеорологи­ческие индексы) приведены в приложении 7.

Обширная область исследований, выполняемых в интересах строительства, приведена на рис. 18.1.

Рассмотрим теперь экономическую полезность использования климатической информации в строительстве.

Оценка экономического эффекта устанавливается на основании метода приведенных затрат.

Производственные затраты потребителя складываются из двух основных видов: единовременных затрат — капитальных вложе­ний — и текущих затрат — себестоимости продукции. С помощью нормативного коэффициента Е_и сумма указанных затрат приводит­ся к стандартной единице измерения — году. Такие затраты назы­ваются приведенными и определяются по формуле

П = С + Е_НК, (18.18)

где С — себестоимость единицы продукции — эксплуатационные затраты, руб/год; К — капитальные вложения в производственные фонды (единовременные затраты) или удельные — отнесенные к объему выпускаемой продукции; Е„ — нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений.

Проектирование, строительство и эксплуатация объектов про­изводства должны осуществляться таким образом, чтобы выполня­лось условие

С + Е„К ->min. (18.19)

Тем самым представляется возможным рассчитать несколько вариантов решения этой задачи и выбрать тот, который обеспечива­ет минимум приведенных затрат. В хозяйственной практике, как правило, используют два варианта: один отражает исходные, теку­щие, базовые условия, а другой — результат приведенных затрат, учитывающий дополнительные или новые производственные или информационные ресурсы.

Базовый вариант отражает прежний уровень организации про­изводства, средств труда, нормативов и информации. В результате уточнения климатических характеристик и нормативов, необходи­мых в проектировании, получают новые оценки капитальных вло­жений и уровня себестоимости продукции. Для снижения этих рас­ходных составляющих необходимо привлекать как известные, так и уточненные сведения о климатическом режиме, о нормативных характеристиках климата.

Экономический эффект определяется разностью приведенных затрат за вычетом тех затрат в системе Росгидромета, которые не­обходимы для получения данного вида климатической информа­ции:

Э = Шг-П₂)-З_пп], (18.20)

где З_пп — предпроизводственные затраты на получение новой кли­матической информации или на уточнение нормативных характе­ристик; р = р = 0,3.

Экономический эффект образуется в сфере потребления клима­тической информации, т. е. в отраслях народного хозяйства, где она используется в целях совершенствования технологии производ­ства. Для оценки выгоды, которую дает использование климатиче­ской информации, необходимо знать следующие экономические показатели потребителя:

1. объем работ при изысканиях, производстве наблюдений и их обработке;

2. объем строительства и восстановления народнохозяйствен­ных объектов;

3. объем перевозок различными видами транспорта;

4. количество вырабатываемой электроэнергии, промышленной и сельскохозяйственной продукции.

Они могут быть выражены как в стоимостном (денежном), так и в натуральном исчислении (ц/га, т/км и т. п.). Для этого использу­ются экономические нормативы.

Экономический эффект складывается из составляющих, в кото­рые входят: