Экономическая эффективность строительства подземных сооружений

В последние десятилетия наблюдается значительный рост подземного строительства различного назначения и его многофункционального использования. Этому способствовало снижение стоимости подземного строительства. Если раньше стоимость подземных работ была в несколько раз выше чем наземных, то сегодня, в силу совершенствования техники и технологии подземных работ, стоимость их во многих случаях незначительно дороже наземных, особенно в зонах застройки.

Эффективность комплексного подземного строительства складывается из социально-экономических, инженерно-экономических и градостроительных компонентов.

При выявлении эффективности объекты, размещаемые в подземном пространстве, можно подразделить на три группы:

• 1. Эффективность размещения под землей транспортных коммуникаций и сооружений определяется на основе: экономии городских территорий за счет площадей для сооружения как самих объектов, так и защитных зон при них; увеличения оборачиваемости транспортных средств; сокращения длительности поездок; доставки грузов; сокращения количества остановок, экономии энергетических ресурсов; максимальной сохранности существующей наземной застройки; улучшения санитарно-гигиенического состояния наземной среды.
• 2. Эффективность размещения под землей зрелищных сооружений, предприятий торговли и общественного питания, а также ряда объектов коммунально-бытового обслуживания определяется на основе: экономии территории, а также сохранения наземной застройки при размещении в сложившихся частях города; экономии времени населения за счет приближения объектов обслуживания к потребителю, по пути его передвижения (попутное обслуживание); повышения размеров товарооборота и прибыли предприятий торговли, общественного питания и культурно-зрелищных предприятий за счет удобного расположения их в зонах интенсивного скопления пешеходов и пассажиров — потенциальных посетителей перечисленных объектов обслуживания.
• 3. Эффективность размещения под землей объектов складского хозяйства, промышленных зданий и сооружений, коммунальных объектов, отдельных транспортных сооружений, объектов инженерного оборудования определяется на основе: экономии городских территорий; сокращения протяженности инженерных коммуникаций за счет размещения сооружений и объектов в центре нагрузок; улучшения санитарно-гигиенического состояния городской среды, экономических преимуществ, обусловленных компактным планировочным решением.

Таким образом, на основе комплексного использования подземного пространства города эффективность рассматривается в различных сферах:

социально-экономической — экономия времени населением, снижение транспортной усталости, улучшение санитарно-гигиенических условий проживания населения, безопасность пешеходов;

градостроительной — правильный выбор функционального и строительного зонирования территорий, решение транспортных проблем, увеличение площади озелененных и водных пространств;

инженерно-экономической — ускорение оборачиваемости транспортных средств, повышение скорости движения всех видов транспорта, экономия горючего, снижение затрат на развитие инженерного оборудования, повышение рентабельности предприятий обслуживания, концентрация строительства, сокращение его сроков и обеспечение комплексности застройки, экономия эксплуатационных расходов, сокращение размеров отчуждения сельскохозяйственных земель.

Помимо названных результатов, целесообразность подземного исполнения ряда сооружений обусловливается специфическими требованиями эксплуатации самих объектов. При проектировании объектов в подземном пространстве учитываются следующие факторы: надежная защита от воздействия климатических условий, относительная стабильность температуры и влажность воздуха, начиная с глубины 5−8 м. Это благоприятствует размещению под землей складов продовольствия, винохранилищ, кладовых кинои фотодокументов, ломбардов, а также производств, требующих термоконстантных условий внутренней среды (радиоэлектроника, точное машиностроение и др.).

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 железнодорожный 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./м ², а дополнительные затраты на ее переоборудование (кондиционирование воздуха, дополнительное крепление, освещение, водоснабжение и пр.) 96 долл./ м ². Таким образом суммарные затраты достигают 123 долл./ м ². Стоимость же аналогичного наземного помещения по имеющимся данным составляет 322 долл./ м ². 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 1 м ² 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.).