Градостроительство

«УМНОЕ ГРАДОСТРОИТЕЛЬСТВО»: СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ ТЕРРИТОРИЙ

УДК: 711
DOI: 10.47055/1990-4126-2022-3(79)-6

Аннотация

Введение

Инновационный технологический прогресс, модернизация и цифровизация городских и региональных ресурсов и их систем является основой успешного социального и экономического развития, конкурентоспособности и сотрудничества городов-лидеров и регионов. Градостроительство как одна из ведущих сфер планирования и управления городским и региональным пространством должна перейти на модель «умных» технологий, что закреплено нормативно в законодательстве многих развитых и развивающихся стран. Решение этих задач является одним из приоритетов работы Европейской экономической комиссии Организации Объединенных Наций (UNECE), OrganizationforInternationalEconomicRelations (OiER), Международной организации по стандартизации (ISO) и других международных содружеств и организаций. Реализация международных программ и проектов устойчивого развития «умных» городов и сообществ, «умных» регионов, в том числе проекта «Объедененные «умные» города», подчинено необходимости совершенствования основ теории градостроительства [1]. Эти изменения должны ориентироваться на задачи «умного» планирования и управления развитием территорий с учетом имплентации мировых приоритетов [2], а также требований по формированию комфортной, безопасной и благоустроенной среды для жителей этих городов и регионов [3].

Эволюция теории градостроительства уже несколько десятилетий неразрывно связана с развитием теории систем [4, 5]. Сегодня она опирается на закономерности и принципы целеполагания, планирования и реализации устойчивого развития территориально-пространственных сложных систем [6]. Такие сложные системы характеризуются стохастичностью, в связи с чем все большее значение приобретают исследования и концепты в области прогнозирования их вероятностного развития [7, 8]. В этом контексте информатизация и цифровизация напрямую влияют не только на практику, но и на совершенствование методологических основ современной градостроительной деятельности.

Приобретенный за последнее десятилетие мировой опыт внедрения и использования технологий «умного» планирования и управления развитием территорий позволяет провести анализ его апробации с учетом успешности [9], а также определить перспективы развития теории градостроительства. Такая теория должна базироваться на усовершенствованном терминологическом аппарате, структуре новых принципом и методов, должна использовать инновационные концепции, методики и модели.

Методика проведенного исследования базируется на использовании закономерностей и принципов теории градостроительства и теории систем к формированию «умного градостроительства» в системе планирования и управления развитием территорий, привлекаются некоторые принципы системного, цивилизационного, стратегического подходов, а также методы сравнительного анализа.

Степень изученности проблемы

К настоящему времени накоплено много успешных практик цифровицации городского и регионального пространства, прогрессивных технологий в градостроительстве, а также смежных видах деятельности. Эти практики ориентированы на безопасность, комфортность, экологичность и здоровье населения, идентичность и разнообразие, современность и актуальность среды жизнедеятельности, эффективность управления при активном участии жителей, бизнеса и научного сообщества [10].

В результате проведенного исследования установлено, что внедрение указанных практик направлено на достижение международных показателей «умных» устойчивых городов и регионов, выступающих критериями целеполагания и оценки качества их реализации. Структура таких показателей представлена Европейской экономической комиссией Организации Объединенных Наций и Международным союзом электросвязи (UNECE – ITU, 2015) [11]. К шкале оценки «умных» технологий и практик, а также IQ городов и регионов относятся их сертификация по международным стандартам ISO 37120:2014 и 37151:2015 (международный реестр WCCD), признание статуса «SmartCity» включением в перечень Международного клуба устойчивых и умных городов (ISSCC), рейтинги Forbes, PwC, JuniperResearch, EasyPark, IESE и др. [12]. Критерием оценки часто устанавливаются «умные» технологии в градостроительной сфере, как например в IESECitiesinMotionIndex, 2019 [13]. Согласно мировым рейтингам, лидерами «умного» развития являются Сингапур (1 место присвоено JuniperResearch), Лондон (Великобритания, 1 место согласно версии IESE), Нью-Йорк (США, 1 место по версии PwC), Барселона (Каталония, Испания, 1 место – Forbes), Копенгаген (Дания, 1 место – EasyPark). В числе «умных» городов также отмечены Осло (Норвегия), Бостон (США), Цюрих (Швейцария), Стокгольм (Швеция), Шанхай (Китай), Амстердам (Нидерланды), Ницца (Франция), Париж (Франция), Рейкьявик (Исландия), Мельбурн (Австралия), Женева (Швейцария), Сан-Франциско (США), Токио (Япония), Вена (Австрия), Берлин (Германия), другие города.

Анализ мировых «смарт-практик» показывает, что успешные модели цифровицации в сфере территориального и пространственного развития городов и регионов ориентированы на внедрение технологий «цифрового близнеца», геоинформационной платформы и создания «киберфизической системы». При этом наиболее прогрессивными цифровыми моделями управления развитием городов сегодня выступают модели городов: Сингапура (VirtualSingapore), Амаравати (Индия), Бостона (США), Ньюкасла (Великобритания), Хельсинки (Финляндия, Хельсинки 3D+), Роттердама (Нидерланды), Ренна (Франция, 3DExperienceCity), Антверпена (Бельгия), Стокгольма (Швеция, OpenCitiesPlanner), Джайпура (Индия) и ряда других городов.

Теме использования цифровых моделей планирования и управления территориально-пространственными ресурсами и системами посвящено большое количество научно-исследовательских работ. Однако вопрос внедрения таких моделей остается открытым и недостаточно изученным. Его отличительной особенностью является индивидуальная уникальность каждой территории как градостроительной системы [14].

Непосредственно концепция цифровой модели города или региона связана с моделированием вероятностного развития территориально-пространственной структуры и ее элементов и апробированием влияния этих изменений на градостроительную систему в кратчайшие сроки без дополнительных рисков, связанных с проведением экспериментов на реальном объекте. При этом цифровая модель может быть направлена, во-первых, на анализ и систематизацию полученных Больших данных, во-вторых, на ситуационное моделирование поведения системы при изменении данных ее подсистем или элементов, в-третьих, на цифровое «умное» моделирование перспективного развития градостроительной системы, ее подсистем и элементов [15].

В связи с уникальностью каждой градостроительной системы и индивидуальностью особенностей управления их развитием на сегодняшний день отсутствует единое понимание терминов «цифровой близнец» города или региона [16–18], геоинформационная (градо-информационная) платформа [19-21], «киберфизическая система» градостроительного пространства [22–24].

Вариант теоретической модели «умного градостроительства»

В рамках проведенного исследования предлагаются следующие агрегированные определения этих терминов с учетом обобщения существующей информации и специфики градостроительной деятельности:

– «цифровой близнец» – это интерактивная цифровая модель градостроительного объекта, внедренная в систему планирования и управления его развитием на базе комплексной аналитической градоинформационной компьютерной платформы;
– «градоинформационная платформа» – AI-платформа управления базами Больших пространственных данных с функциями автоматизированной информационно-аналитической поддержки осуществления полномочий в области имущественной и градостроительной (в том числе социальной и экологической) деятельности;
– «киберфизическая градостроительная система» – это комплексная распределительная система взаимосвязей вычислительных и физических элементов (ресурсов) урбанизированного объекта, которая постоянно получает данные из окружающей среды (посредством InternetofThings, IoT) и использует их для дальнейшей оптимизации процессов градостроительного планирования и управления развитием города или региона.

Теория градостроительства рассматривается как учение о научных и проектно-творческих основах планировки, застройки и архитектуры городов [25]. Раздел теории и практики градостроительства, посвященный вопросам развития методологических положений «киберфизической градостроительной системы», градоинформационной платформы, «цифрового близнеца» города и региона, их взаимосвязей, следует рассматривать как «умное градостроительство».

Авторами предлагается концепция «умного градостроительства». Она включает приоритетные целевые установки, принципы «умного» планирования и управления устойчивым развитием территорий, теоретическую модель градоинформационной платформы.

Целью «умного градостроительства» выступает обеспечение технологического прогресса в градостроительной сфере с учетом: повышения эффективности градостроительного планирования и управления развитием территории, прозрачности управленческих решений; внедрения инновационных технологий реализации комфортной, безопасной и благоустроенной среды жизнедеятельности населения; повышения удовлетворенности жителей архитектурно-художественным качеством городской и сельской среды; внедрения новых механизмов формирования уникального и узнаваемого облика города и региона, его привлекательности; оптимизации расходов на строительство и содержание объектов градостроительной и архитектурной деятельности, оперативного выявления и предупреждения нарушений в градостроительной сфере.

В соответствии с указанной целью основными задачами «умного градостроительства» определяются: повышение эффективности и прозрачности принятия управленческих решений по обеспечению жизнедеятельности и развития градостроительного объекта, его инфраструктур, использования пространственных ресурсов; синхронизация работы различных служб; получение достоверной и целостной информации о развитии градостроительной системы; эффективный учет объектов градостроительной деятельности и оптимизация градостроительных изменений; систематизация исходной информации для градостроительного и архитектурного моделирования; проектирование освоения территорий на основе интеллектуального анализа Больших пространственных данных; улучшение качества разработки документов градостроительного зонирования и градостроительных регламентов; сокращение сроков и упрощение порядка процедур в сфере строительства; 3D и 2D-моделирование и визуализация с учетом существующей архитектурно-планировочной среды; виртуализация планируемых предложений по ревитализации, реорганизации и реновации существующих планировочных элементов; выявление и прогнозирование возникновения ЧС техногенного и природного характера в области градостроительства; прогнозирование влияния иных факторов на социальное и экологическое состояние жителей и уровень их удовлетворенности качеством городской среды; внедрение и продвижение BIM-технологий в строительстве; снижение сроков и затрат на капитальное строительство за счет цифровицации процессов жизненного цикла объектов; внедрение элементов информационных систем контроля за строительством объектов, в том числе видео- и фотоконтроля, а также эффективных механизмов проверки исполнения застройщиком своих обязательств; организация процесса контролируемого доступа к реестровым данным и обеспечение защиты информации от несанкционированного доступа; обеспечение оперативного предоставления общедоступной информации максимально широкому кругу пользователей в соответствии с законодательством.

Принципами «умного» планирования и управления устойчивым развитием территорий в данном исследовании рассматриваются: «умное градостроительство» для всех жителей; «умные» градостроительные технологии для решения городских и сельских задач; сопричастность, участие жителей в «умном» градостроительном планировании и управлении; «умное» градостроительное развитие городов и регионов совместно с бизнесом и научным сообществом на партнерских взаимовыгодных условиях; цифровые технологии для создания полноценных благоприятных и комфортных условий проживания людей; информирование и визуализация градостроительной политики, направленной на развитие территорий; «умное градостроительство» для оптимизации и гармонизации среды жизнедеятельности людей; искусственный интеллект для решения градостроительных задач; принципы регламентации и принципы контролируемости.

Предлагаемая теоретическая модель градоинформационной платформы включает структуры методов автоматизации, особенностей ее внедрения, а также характеристики назначения слоев «цифрового близнеца» градостроительного объекта.

Согласно назначению, объектом автоматизации градоинформационной платформы должны выступать следующие процессы: автоматизированный сбор и систематизация (ведение реестров) имущественных, градостроительных и иных пространственных данных; автоматизированный интеллектуальный анализ и картографирование состояния среды жизнедеятельности с учетом имущественных, градостроительных и иных пространственных данных; автоматизированное моделирование развития городской и сельской среды с учетом анализа и агрегации пространственных данных; межведомственный обмен пространственными данными; предоставление пространственных данных (метаданных) и материалов, а также сведений, подлежащих предоставлению в рамках оказания услуг населению.

Вариант структуры градоинформационной платформы

Внедрение градоинформационной платформы может осуществляться общими подсистемами и слоями «цифрового близнеца» территории (см. рисунок). В рамках данного исследования структура слоев включает: имущественный фонд города или региона; градостроительный кадастр и инвестиционная карта; социальная, транспортная и инженерная инфраструктура; инфраструктура благоустройства и озеленения; историко-культурного и природного наследия; туризма и рекреации; объекты некапитального строительства, малых архитектурных форм, рекламы и вывесок; объекты строительства и реконструкции; слои доступной среды проживания; модели образной идентичности; стратегического градостроительного развития; мастер-план развития градостроительного объекта; градостроительные модели выявления и прогнозирования возникновения чрезвычайных ситуаций; BIM-технологии в строительстве.

Пример модели градоинформационной платформы

Приведенные далее характеристики назначения слоев сформулированы с учетом анализа опыта внедрения и использования «умных» технологий в сфере градостроительства, представленного на публичных интернет-ресурсах.

1. Слой «Имущественный фонд» включает адресный и имущественный реестр, техническую информацию об объектах недвижимости; финансовую индексацию имущественного комплекса; площадку моделирования развития структуры имущественного фонда территории.

2. Слой «Градостроительный кадастр и инвестиционная карта» включает реестр перспективных к освоению земельных участков (включая информацию об обеспеченности, в том числе плановой, этих участков инженерной и транспортной инфраструктурой), градостроительный регламент, предложения по градостроительному развитию; площадку моделирования развития инвестиционной структуры территории.

3. Слой «Социальная инфраструктура» охватывает реестр объектов социальной инфраструктуры, включающий картограммы и данные по обеспеченности жителей этими объектами, их загруженности и доступности; площадку моделирования развития каркаса социальной инфраструктуры.

4. Слой «Транспортная инфраструктура» содержит реестр объектов транспортной инфраструктуры, включающий картограммы транспортных потоков, технические и расчетные показатели; площадку моделирования развития транспортного каркаса.

5. Слой «Инженерная инфраструктура» – реестр соответствующих объектов, включающий картограммы и данные по их обеспеченности, загруженности и доступности; данные инвестиционных программам и планов энергоресурсных и энергоснабжающих организаций; площадку моделирования развития каркаса инженерной инфраструктуры.

6. Слой «Инфраструктура благоустройства и озеленения» – реестр таких объектов, площадку моделирования развития зеленого каркаса градостроительной системы с учетом структуры взаимосвязей.

7. Слой «Инфраструктура историко-культурного и природного наследия» – реестр объектов, их охранные и защитные зоны, в том числе объединенных охранных зон объектов культурного наследия, зон регулирования застройки и хозяйственной деятельности, зон охраняемого природного ландшафта, а также иных охранных зон (например, исторически ценных градоформирующих объектов, достопримечательных мест); площадку моделирования комплексной ревитализации исторической среды.

8. Слой «Инфраструктура туризма и рекреации» – реестр объектов имиджевой составляющей города или региона, конгрессно-делового, культурно-развлекательного, событийного, промышленного туризма, объектов рекреации; площадку моделирования территориального развития туристско-рекреационного комплекса.

9. Слой «Инфраструктура объектов некапитального строительства, малых архитектурных форм, рекламы и вывесок» – реестры общегородских объектов этой категории; площадку моделирования схем их размещения.

10. Слой «Доступная среда» – реестр зон и объектов, доступных для маломобильных групп населения; площадку моделирования развития структуры таких зон и объектов.

11. Слой «Объекты строительства и реконструкции» – реестр строящихся и реконструируемых объектов с учетом их технических и архитектурно-художественных характеристик; 3D-визуализацию объектов в окружающей застройке (на базе 3D-карты); площадку информационных систем контроля за строительством объектов (в том числе видео- и фотоконтроля); 3D-виртуализацию рассматриваемых или планируемых к строительству объектов.

12. Слой «Модель образной идентичности» города или региона – реестр уникальных архитектурно-художественных и пространственных элементов и объектов историко-культурного и материального наследия, системы открытых пространств и общественных мест, зон и территорий с повышенными архитектурно-художественными требованиями; 3D-визуализация панорам и перспектив; площадка моделирования формирования уникального и узнаваемого облика города или региона.

13. Слой «Модель стратегического градостроительного развития» – реестр объектов стратегического назначения и объектов жизнеобеспечения, зон партнерских взаимоотношений, социальных и экономических пространственных кластеров; площадка моделирования такого развития.

14. Слой «Мастерплан развития» города или региона – площадка 3D и 2D-моделей развития территории по каждому из перечисленных слоев, ориентированных на население (непрофессионального человека); аналитическая площадка нереализованных градостроительных проектов.

15. Слой «Выявление и прогнозирование возникновения чрезвычайных ситуаций» – площадка технических показателей и картограммы экологического состояния урбанизированной и природной среды; площадка прогнозирования возникновения чрезвычайных ситуаций техногенного и природного характера в области градостроительства; реестр и картограмма ранее произошедших чрезвычайных ситуаций.

16. Слой «BIM-технологии в строительстве» – площадка внедрения и продвижение BIM-технологий в строительстве.

Заключение

Исследованием установлено, что накопленный опыт внедрения и использования «умных» технологий в сфере пространственного планирования и управления развитием территорий требует пересмотра положений общей теории и практики градостроительства и формирования нового раздела – «умное градостроительство». Он должен включать систему прогрессивного терминологического аппарата, актуальных концепций, теоретических моделей, принципов, методик и методов. Этот раздел градостроительства обязан быть основан на новейших инновационных принципах целеполагания, прогнозирования и реализации устойчивого развития территорий на базе информационно-коммуникационных технологий.

«Умное градостроительство» должно быть направлено на изучение вопросов развития методологических и методических положений «киберфизической градостроительной системы», градоинформационной платформы, «цифрового близнеца» города и региона, а также их взаимосвязей. Эти инновационные направления наиболее перспективны в теории и практике градостроительства и смежных областях знаний.

Представленная в данной работе концепция «умного градостроительства», включающая приоритетные целевые установки, принципы «умного» планирования и управления устойчивым развитием территорий, теоретическую модель градоинформационной платформы, может быть использована в реальном процессе градостроительной и управленческой деятельности устойчивого развития городов и регионов.

Библиография

1. Batty, M. Big data, smart cities and city planning / M. Batty // Dialogues in Human Geography. – 2013. – Vol. 3. – P. 274-279. DOI: https://doi.org/10.1177/2043820613513390

2. Преобразование нашего мира: Повестка дня в области устойчивого развития на период до 2030 года: резолюция ООН: принятая Генеральной Ассамблеей 25 сентября 2015 года. – A/RES/70/1

3. Anthopoulos, L.G., Vakali, A. Urban Planning and Smart Cities: Interrelations and Reciprocities / L.G. Anthopoulos and A. Vakali // FIA. – 2012. – Vol. 7281. – P. 178–189

4. Яргина, З.Н. Основы теории градостроительства / З.Н. Яргина, Я.В. Косицкий, В.В. Владимиров, А.Э. Гутнов, Е.М. Микулина, В.А. Сосновский. – М.: Стройиздат, 1986. – С. 12-23

5. Перцик, Е.Н. Районная планировка: территориальное планирование / Е.Н. Перцик. – М.: Гардарики, 2006. – С. 62-91

6. Спиридонов, В.Ю. Эволюция концепций архитектурно-планировочного развития систем расселения: автореф. дис. ... канд. архитектуры / В.Ю. Спиридонов. – Екатеринбург: УрГАХА, 2012. – С. 14-20

7. Мазаев, Г.В. Прогнозирование вероятностного развития градостроительных систем / Г.В. Мазаев. – Екатеринбург: Архитектон, 2005. – 112 с.

8. Моисеев, Ю.М. Пороги неопределенности в системе градостроительного планирования: дис. ... канд. архитектуры / Ю.М. Моисеев. – М.: МАРХИ, 2017. – С. 5-43

9. Технологии для умных городов: доклад фонда «Центр стратегических разработок «Северо-Запад» / Рук. пр. М.С. Липецкая. – СПб. – 110 с.

10. Видясова, Л.А. Концептуализация понятия «умный город»: социотехнический подход / Л.А. Видясова // International Journal of Open Information Technologies. – 2017. – № 11. – С. 52-57

11. Показатели «умных» устойчивых городов: ЕЭК ООН. – МСЭ: ECE/HBP/2015/4. – С. 1-14

12. Спиридонов, В.Ю. Проблемы формирования градостроительства в Челябинске как механизма реализации приоритетного национального проекта "умный город" / В.Ю. Спиридонов // Архитектура, градостроительство и дизайн: AUD. – 2019. – № 22. – С. 3–11

13. Cities in Motion Index: IESE. – Navarra: Business School University of Navarra, 2019. –100 p.

14. Колясников, В.А., Спиридонов, В.Ю. Современная теория и практика градостроительства: пространственное развитие расселения / В.А. Колясников, В.Ю. Спиридонов. – Екатеринбург: Архитектон, 2016. – С. 161-170

15. Спиридонов, В.Ю. "Цифровой двойник" города как механизм планирования и управления развития Челябинска / В.Ю. Спиридонов // Архитектура, градостроительство и дизайн: AUD. – 2019. – № 22. – С. 21–28

16. Glaessgen, E., Stargel, D. The digital twin paradigm for future NASA and US Air Force vehicles / E. Glaessgen, D. Stargel / Paper for the 53rd Structures, Structural Dynamics, and Materials Conference: Special Session on the Digital Twin. DOI:10.2514/6.2012-1818

17. Tao, F., Suia, F., Liub, A., Qia, Q., Zhanga, M., Songa, B., Guoa, Z., Luc, S.C.-Y., Need, A.Y.C. Digital twin-driven product design framework / F. Tao, F. Suia, A. Liub, Q. Qia, M. Zhanga, B. Songa, Z. Guoa, S.C.-Y. Luc, A.Y.C. Need // International Journal of Production Research. – 2019. – Vol. 57. – P. 3935–3953. DOI: https://doi.org/10.1080/00207543.2018.1443229

18. Кокорев, Д.С., Юрин, А.А. Цифровые двойники: понятие, типы и преимущества для бизнеса / Д.С. Кокорев, А.А. Юрин // Colloquium-journal: Technical science. – 2019. – № 10. – С. 31-35

19. Guney, C. Rethinking GIS Towards The Vision Of Smart Cities Through CityGML / C. Guney // The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences. – 2016. – Vol. XLII-2/W1. – P. 121–129. DOI: doi:10.5194/isprs-archives-XLII-2-W1-121-2016

20. Kocalar, A.C. Life Cycle Data Analysis for Smart Cities and Support with Geographic Information System: GIS / A.C. Kocalar // International Journal of Humanities & Social Science Studies: IJHSSS. – 2018. – Vol. V. – P. 72-91. DOI: 10.5194/isprs-annals-IV-4-W4-285-2017

21. Barcelona City Council Digital Plan: The Open Digitisation Programme from Barcelona City. – Barcelona: Council’s Office for Technology and Digital Innovation, 2017. – 38 p.

22. Jabbar1, M.A., Samreen, S., Aluvalu, R., Reddy, K.K. Cyber Physical Systems for Smart Cities Development / M.A. Jabbar1, S. Samreen, R. Aluvalu, K.K. Reddy // International Journal of Engineering and Technology. – 2018. – Vol. 7. – P. 36-38. DOI: 10.14419/ijet.v7i4.6.20229

23. Cassandras, C.G. Smart Cities as Cyber-Physical Social Systems / C.G. Cassandras // Engineering. Published by Elsevier LTD on behalf of Chinese Academy of Engineering and Higher Education Press Limited Company. – 2016. – Vol. 2. – P. 156–158. DOI: https://doi.org/10.1016/J.ENG.2016.02.012

24. Цветков, В.Я. Кибер физические системы / В.Я. Цветков // Technical sciences. International journal of applied and fundamental research. – 2017. – Vol. 6. – P. 64-65

25. Смоляр, И.М. Терминологический словарь по градостроительству / И.М. Смоляр. – М.: РО-ХОС, 2004. – С. 31

Ссылка для цитирования статьи

Спиридонов, В.Ю. «УМНОЕ ГРАДОСТРОИТЕЛЬСТВО»: СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ ТЕРРИТОРИЙ [Электронный ресурс] /В.Ю. Спиридонов //Архитектон: известия вузов. – 2022. – №3(79). – URL: http://archvuz.ru/2022_3/6/  – doi: 10.47055/1990-4126-2022-3(79)-6

Лицензия Creative Commons
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons "Attrubution-ShareALike" ("Атрибуция - на тех же условиях"). 4.0 Всемирная