6. Основные направления развития науки строительной отрасли

6.1. Направления научных исследований

Становление технических наук, в том числе и строительной, связано с широким движением в XIX веке - приданием инженерному знанию формы, аналогичной науке. Среди результатов этой тенденции было формирование профессиональных обществ, подобных тем, которые существовали в науке, появление исследовательских журналов, создание исследовательских лабораторий и приспособление математической теории и экспериментальных методов науки к нуждам инженерии. Инженеры ХХ века заимствовали не просто результаты научных исследований, но также методы и социальные институты научного сообщества. С помощью этих средств они смогли сами генерировать специфические, необходимые для их профессионального сообщества знания.

И сегодня изучение истории инженерной, технической и научной деятельности позволит раскрыть связь между техникой и наукой и показать как под влиянием практических потребностей формируются научные положения и как затем наука создает необходимые условия для интенсивного развития техники и технологии.

Строительная наука родилась, а в последующем непрерывно обогащается на основе общетеоретических исследований, проводимых учеными в области таких фундаментальных наук, как физика, химия, математика, естествознание. Не менее важным источником для развития строительной науки является многовековой опыт человечества в области возведения зданий и сооружений различного назначения. Для того чтобы проследить зарождение строительной науки необходимо рассмотреть основные этапы совершенствования строительной техники, которое происходило на всех стадиях возникновения и развития человеческого общества. Термин «техника» происходит от греческого слова техне – искусство или мастерство, слово технос означает – владеющий искусством. Вначале это было индивидуальным искусством в области приемов, методов, рецептов, передаваемых от поколения к поколению, порой даже в пределах одного рода, семьи.

Развитие производственных сил дало мощный толчок строительству. Появляются новые типы сооружений, которые не могли быть созданы на существовавших до этого принципах архитектуры и уровне развития строительной техники. Возникает реальная потребность в развитии теоретических и прикладных научных исследований в строительстве. Развитие металлургии, машиностроения, химии, железнодорожного транспорта и т. д. потребовало интенсификации строительного производства, но и одновременно создало необходимую материальную базу, обеспечивающую строительство новыми эффективными материалами. Цемент, металл, кирпич, стекло, механически обработанная древесина позволили существенно сократить сроки строительства, уменьшить его трудоемкость и материалоемкость.

Если говорить о строитель­ной науке в современном ее значении и понимании, то она родилась в конце XVIII—начале XIX в., когда она прямо и строго из общих научных оснований стала или выводить совершенно новые практические приемы, или объяснять и улучшать найденные опытом способы действия. Так, например, строительство мостов, куполов и других сложных пространственных систем вступило в новую фазу развития благодаря внедрению теории расчета и научного исследования свойств конструкции и исходного материала.

На первый план среди требований, предъявляемых к зданиям и сооружениям, выдвинулось требование их экономичности в сочетании с повышенной прочностью и долговечностью. Учитывая также значительные объемы и темпы строительства, связанные с развитием производства, новые задачи не могли быть решены на основе только одного опыта. Возникает потребность в научной проработке многих вопросов, без которой они были бы практически неразрешимы. Наука стала связана с практикой строительства, а практика строительства в дальнейшем совершенствовании без науки уже не могла обходиться.

Таким образом, техника стала научной - но не в том смысле, что безропотно теперь выполняет все предписания естественных наук, а в том, что вырабатывает специальные - технические - науки. Формируется множество самых различных научно-технических дисциплин и соответствующих им сфер инженерной практики. К середине ХХ века технические науки, в том числе и строительная наука, образовали особый класс научных дисциплин, отличающихся от естественных наук как по объекту, так и по внутренней структуре, но также обладающих дисциплинарной организацией.

Строительная наука сегодня – это технических наука, включающая в себя множество дисциплин: строительную механику, сопротивление материалов, архитектуру, технологию строительного производства, инженерные сети. В строительной науке сформировались много слоев поисковых, фактически фундаментальных исследований, т.е. технической теории, а также прикладных исследований направленных на совершенствование производства.

Технические науки к началу ХХ столетия составили сложную иерархическую систему знаний - от весьма систематических наук до собрания правил в инженерных руководствах. Некоторые из них строились непосредственно на естествознании (например, сопротивление материалов и гидравлика) и часто рассматривались в качестве особой отрасли физики, другие (как кинематика механизмов) развивались из непосредственной инженерной практики. И в одном, и в другом случае инженеры заимствовали как теоретические и экспериментальные методы науки, так и многие ценности и институты, связанными с их использованием в практике. Эти две тенденции прослеживаются и на всей истории строительной науки.

К началу ХХ столетия строительная наука, выросшая из практики, приняла качество подлинной науки, признаками которой являются систематическая организация знаний, опора на эксперимент и построение математизированных теорий.

Осуществляемые в России социально-экономические преобразования требуют коренного улучшения обстановки в инвестиционной сфере, принципиальных изменений в функционировании строительного комплекса, его объективно решающей роли в воспроизводстве общественного продукта, определяющего влияния на структуру, темпы и пропор­ции народного хозяйства.

Указанная роль наделяет строительство интегрирующими, системо-образующими функциями в хозяйственном комплексе страны, делает необходимым учет его и многосторонних связей с другими циклами инвестиционного процесса, со смежными отраслями промышленности и социально-экономической сферой, прежде всего, с жилищно-коммунальным хозяйством, в котором осуще­ствляется эксплуатация созданных строительством объектов, превращение их в среду обитания человека.

В последнее время на федеральном уровне активизирована государственная научно-техническая политика. Принят ряд законодательно-правовых документов, определивших роль науки в реформировании общества и научной сферы, в том числе Федеральный закон «О науке и государственной научно-технической политике», указы Президента Российской Федерации «О стратегии перехода Российской Федерации к устойчивому развитию», «О доктрине развития российской науки», «Приоритетные направления развития науки и техники» и «Критические технологии федерального уровня», утвержденные Правительством Российской Федерации.

Государственная научно-техническая политика, направленная на решение неотложных социально-экономических задач, а в перспективе на структурную перестройку экономики России на базе новейших технологий, реализуется на уровне субъектов Российской Федерации и в отраслях экономики.

В строительном комплексе содержанием такой политики является внедрение научно-технических достижений, результаты которых будут способствовать улучшению жилищных условий, созданию благоприятной в экологическом отношении среды жизнедеятельности человека, обеспечат проведение реконструкции и технологического перевооружения материально-технической базы народно-хозяйственного комплекса.

Эта политика направлена на достижение таких целей:

• создание высококачественной, безопасной и экологически чистой среды обитания человека, охраны окружающей природной среды, разработки методов, технических средств и материалов для оздоровления среды проживания за счет использования экологически чистых материалов, огне- и коррозионнозащитных покрытий;

• создание и внедрение новых биотехнологий производства строительных материалов со значительной экономией энергии, ресурсов и трудозатрат, эффективных ресурсосберегающих технологий производства вяжущих, растворов, бетонов и других материалов с широким использованием техногенных отходов промышленности и сельскохозяйственного производства;

• внедрение результатов научных исследований по тепловой изоляции ограждающих конструкций на основе теплоизоляционных композиций, создание модифицированных цементных систем, получение высокопрочных бетонов, суперлегких модифицированных поробетонов с удельной прочностью, превышающей известные мировые аналоги, а также технологических принципов получения композитных материалов и конструкций нового поколения, в том числе армированных высокопрочной металлической и неметаллической арматурой, а также гидроизоляционных материалов с повышенным сроком службы в покрытиях;

• замена централизованного теплоснабжения на автономные системы, создание энергосберегающих светотехнических систем с отключением или включением световых приборов по заданной программе; применение приборов гидравлического регулирования отопительных систем, установок измерительного и регулирующего оборудования в системах отопления; дальнейшее повышение эффективности использования энергии в жилых зданиях путем внедрения низкопотенциальных и возобновляемых природных источников энергии (ветра, солнца, воды);

• новые приемы и средства повышения архитектурно-художественных качеств и выразительности зданий и сооружений; комплексная реконструкция исторической застройки и общественной среды городов и поселений; сохранение, восстановление и использование памятников архитектуры, реконструкция сложившейся застройки и модернизация существующего жилищного фонда; архитектурно-строительные системы нового поколения;

• научные исследования и внедрение их результатов по проблемам новых ресурсо-энергосберегающих технологий, производства экологически чистых строительных материалов, изделий и конструкций, повышения их качества, дизайна, конкурентоспособности на мировом рынке.

В последние годы возрастает роль системы научно-технического обеспечения эффективной деятельности строительного комплекса, существенно меняются цели, задачи, направления и концептуальные подходы к разработке и использованию научно-технической продукции. Потенциал строительной науки достаточен в целом для обеспечения назревших проблем архитектуры, градостроительства, строительства, реконструкции и эффективного использования построенных зданий и сооружений на протяжении их жизненного цикла.

Анализ материалов, представленных членами Российской академии архитектуры и строительных наук (РААСН), ведущими институтами, учеными и специалистами, показывает, что наиболее перспективными направлениями в ХХI веке будут.

В области фундаментальных и теоретических исследований:

• дальнейшая разработка теоретических основ и нормативных требований создания безопасной среды обитания и жизнедеятельности человека; комплексной реконструкции жилой и промышленной застройки, зданий, сооружений и объектов социальной, инженерной и транспортной инфраструктуры;

• формирование современных принципов архитектурного проектиро­вания зданий, сооружений и их комплексов с учетом исторического национального наследия, региональных, природно-климатических, социальных, демографических и других особенностей и отражением средствами архитектуры уровня социального, культурного, технического и экономического развития общества;

• развитие теории надежности строительных конструкций, зданий и сооружений, методов и прогнозных оценок устойчивости строительных конструкций в условиях изменений в пространстве и во времени нагрузок, воздействий и свойств материалов;

• разработка научных основ и методологии оценки показателей безопасности, методов, средств и технологии защиты городов и поселений, уникальных сооружений от опасных природных, техногенных и антропогенных воздействий;

• экспериментально-теоретические исследования по органо-импульсной биотехнологии в материаловедении и разработка общей теории технологии получения высокоэффективных и стойких кремниево и базальтосодержащих полимерных, композиционных материалов для создания нетрадиционных и специальных конструктивных систем;

• методы сохранения и регенерации архитектурно-градостроительного наследия, реставрация памятников архитектуры и ценных исторически сложившихся средовых систем;

• научно-методические рекомендации по сохранению и эффективному использованию архитектурно-градостроительного наследия, обеспечение практической реконструкции городов и других поселений.

В области безопасности объектов строительства предстоит продолжить работы по:

• разработке методов оценки надежности строительных систем, основанных на нормировании природных и техногенных рисков, моделировании живучести многосвязевых строительных систем с учетом изменчивости воздействия во времени внешних факторов (нагрузок) и прочностных свойств материалов;

• расчету конструкций зданий и сооружений нового поколения с учетом физической нелинейности и трещинообразования;

• созданию концептуальных основ динамики сооружений, сейсмостойкому строительству для последующего создания нормативных документов по расчету, проектированию и строительству зданий и сооружений нового поколения;

• разработке технологий мониторинга экологического состояния территорий и остаточного ресурса зданий и сооружений, созданию систем мониторинга для городов и населенных пунктов, расположенных в опасных природно-техногенных условиях.

В области новых технологий предстоит продолжить разработки научных основ управления свойствами материалов, изделий и конструкций, включая создание модифицированных цементных систем, получение высокопрочных бетонов, суперлегких модифицированных поробетонов с удельной прочностью, превышающей известные аналоги, а также разработать технологические принципы получения композитных материалов и конструкций нового поколения, в том числе армированных высокопрочной металлической и неметаллической арматурой.