Наука, как непосредственная производительная сила в транспортном строительстве

Наука, как отрасль человеческой деятельности, направленная на расширенное воспроизводство и применение Знаний, на деле стала непосредственной производительной силой, участвующей в выработке, принятии и реализации управляющих решений на основе научного прогнозирования и предвидения последствий того или иного вида  деятельности (или бездеятельности). 

Условность деления наук на фундаментальные (производство знаний) и прикладные (применение знаний) стала очевидной, поскольку фундаментальным может считаться лишь то, на чем базируется Практика.

Интересы Практики и возможности Науки  наиболее гармонично сочетаются в проблемно-ориентированных научных центрах (наукоградах, академгородках), в отраслевых НИИ и КБ и в крупных университетских комплексах, имеющих в своей структуре научно-исследовательские подразделения, как правило, венчурного типа. Масштабность и многоплановость комплексных научно-технических проблем обусловливала системный характер исследований и разработок, а нацеленность на решение конкретных практических задач предопределяла программно-целевой метод организации их выполнения, обеспечивающий неразрывность процесса созидания от идеи до конкретного ее материального воплощения. 

Организационные структуры отраслевых НИИ отличают рациональная структура научно-исследовательских и специализированных внедренческих подразделений, ориентированных на комплексное решение конкретных производственных задач и проблем, характерных для конкретной отрасли. При этом тесное взаимодействие отраслевых научно-исследовательских организаций с высшими учебными заведениями и наличие в структуре НИИ аспирантуры и докторантуры позволяла привлекать в науку не только выпускников вузов, но и творчески одаренных специалистов с производства и развивать перспективные научные направления. Сегодня многие руководители проектных и строительных предприятий, защитившие  кандидатские или докторские диссертации, по существу, стали участниками создания и быстрого внедрения новых идей и технических решений в производство. Можно сказать, что наука на деле стала непосредственной производительной силой.   

Указанное в полной мере относится к научно-исследовательскому институту транспортного строительства (ЦНИИС), который в 2010 году отмечает свое 75-летие.

За этот исторически заметный срок ученые института внесли существенный вклад в развитие и фундаментальных основ строительной науки в целом и специфических ее приложений к транспортному строительству.  

Специфика транспортного строительства заключается в том, что конечным товарным продуктом создаваемых функционально взаимосвязанных сооружений транспортных коммуникаций является транспортный процесс, то есть процесс сообращения в транспортном пространстве потоков вещества (грузов и пассажиров) и сопряженных с ними информационных и энергетических потоков.

 Транспортное пространство очерчено маршрутами транспортных средств, осуществляющих транспортный процесс. Создание инженерных сооружений транспортного пространства является предметом деятельности и первичным товарным продуктом транспортного строительства.

Решение научных проблем транспортного строительства базируется как на общих для строительного производства содержательных и методологических предпосылках, так и на специфических положениях, характерных только для отрасли “транспортное строительство”:

Существенными особенностями транспортных коммуникаций, объединенных посредством транспортных узлов, терминалов и портов в единую транспортную систему, является их сетевая структура, линейность и трансграничность. Транспортные коммуникации пересекают границы, континенты, проливы, реки, территории с опасными природными процессами и явлениями (сейсмика, вечная мерзлота, подтопление, болота, лавины, сели, оползни и т.д. Поэтому возможности выбора благоприятных мест для размещения транспортных сооружений по сравнению, скажем, с площадными объектами существенно ограничены.

Кроме того, сочетание циклических ударных и динамических нагрузок от тяжеловесных и скоростных поездов и других современных и перспективных транспортных средств, высокие требования к долговечности, безопасности, надежности, архитектурно-эстетическому облику мостов, вокзалов, транспортных развязок, станций метрополитенов и необходимость многоярусного освоения в процессе  строительства наземного, надземного и подземного (подводного) пространств обусловливают существенные особенности научно-методической, нормативно-технической и нормативно-правовой базы принятия решений при проектировании и строительстве транспортных сооружений.

Процесс создания транспортных природно-технических систем (ТПТС) включает изыскания, проектирование, строительство (или реконструкцию) всей системы функционально взаимосвязанных инженерных сооружений, включая базы строительства и объекты инфраструктуры. При этом одной из важнейших задач транспортной науки в области изысканий и проектирования является разработка логистически оптимальной топологии транспортного пространства на основе методов динамического программирования, позволяющих решать задачи поиска оптимальных маршрутов при изменяемой топологии транспортного пространства.

В сферу научно-технических проблем транспортного строительства входят вопросы обоснования и выбора транспортных схем по их строительной ресурсоемкости, разработки инвестиционного замысла и обоснования инвестиций, изысканий и проектирования железных, автомобильных, монорельсовых дорог, включая мостовые и тоннельные переходы, выбора безопасных трасс линейных и мест размещения площадных объектов (зданий, поселков, предприятий стройиндустрии), судоходных каналов, портовых и терминальных комплексов, проектирования и строительства раздельных пунктов, железнодорожных станций, транспортных узлов, мостов, тоннелей, метрополитенов, причальных сооружений, проектирования и строительства систем энергоснабжения, электрификации, СЦБ и связи железных дорог, объектов транспортной инфраструктуры, включая объекты путевого, вагонного и локомотивного хозяйства и вокзалы, сооружений инженерной защиты транспортных объектов от опасных природных процессов (лавин, подтоплений, снежных заносов, оползней и т.п.), проектирования и сооружения земляного полотна железных и автомобильных дорог и взлетно-посадочных полос аэродромов и вертодромов, а также вопросы организации, комплексной механизации и технологии строительного производства в условиях линейного строительства с регулярной передислокацией строительных подразделений и вахтовым методом организации строительства.

Соответственно, в структуре института нашли отражение основные направления деятельности бывшего Министерства путей сообщения и Министерства транспортного строительства, а также новые формы и направления развития транспортного строительства, как специфической подотрасли строительного комплекса страны [1].

       При ЦНИИСе действуют объединенный с МИИТом диссертационный совет ВАК по защите докторских и кандидатских диссертаций по базовым специальностям 05.23.11 “Проектирование и строительство дорог, метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей” и 05.23. 05. “Строительные материалы и изделия”.

Ввиду системного характера научных проблем строительного комплекса, область научной специализации ученых ЦНИИСа охватывает также ряд смежных специальностей (05.22.06 “Железнодорожный путь, изыскания и проектирование железных дорог”, 25.00.08 “Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение”, 25.00.03 “Геотехника и геодинамика”, 25.00.36 “Геоэкология”, 05.02.22 “Организация производства”, и др.).

          ЦНИИС на протяжении 75 лет был и остается головным научным учреждением, разрабатывающим новые методы и нормативную базу.

         Исследования всегда базировались на новейших достижениях математической физики, строительной механики, материаловедения, теплофизики, экономики, экологии, гидро- и  аэродинамики, на современных методах обследований, испытаний, диагностики и сертификации транспортных сооружений, строительных конструкций, изделий и материалов, системологии.

Системный подход к решению поставленных задач характерен для  научных школ ЦНИИСа, в частности, д.т.н., проф. В.С. Лукьянова, д.т.н., проф. В.В. Пассека, д.т.н., проф. Н.А. Перетрухина, д.т.н., проф. А.Р.Соловьянчика, д.т.н., проф. А.А. Цернанта в области инженерной теплофизики и ее инженерных приложений к прогнозированию и управлению процессами тепло-массопереноса в грунтовых и бетонных массивах транспортных сооружений и их оснований, сооружаемых в условиях сурового климата и вечной мерзлоты, д.т.н., проф. В.Л. Маковского, д.т.н., проф. Я.А. Дормана, д.т.н., проф. В.Е. Меркина и д.т.н. В.А. Гарбера в области комплексного освоения подземного пространства при строительстве транспортных тоннелей и метрополитенов, д.т.н., проф. Б.Е.Улицкого, д.т.н., проф. Н.Б.Лялина, д.т.н., проф. К.С. Силина, д.т.н., проф., К.П. Большакова, д.т.н. Луги в области теории и практики мостостроения, начиная от проблем оптимального проектирования мостовых переходов до проблем создания новых конструкций и технологий с применением новейших материалов и машин, д.т.н., проф. Г.С.Переселенкова и д.т.н., проф. В.П. Шурыгина в области проектирования железных дорог, как сложных кибернетических систем, характеризуемых заданными критериями качества и уровнем надёжности, д.г.н.. А.Л. Ревзона в области комплексного мониторинга ТПТС с применением  аэрокосмических методов многозонального дистанционного зондирования Земли, инж В.И. Платова,  д.т.н., проф. Д.И. Федорова, д.т.н., проф. Б.А. Бондаровича, д.т.н. В.В. Чанкина, к.т.н. И.А. Панина в области создания новых высокопроизводительных и экологически безопасных рабочих органов машин и оборудования для комплексной механизации технологических процессов в транспортном строительстве, д.т.н., проф. И.А. Недорезова в области создания научных основ, методов расчетов и машин для подводной разработки грунтов на больших глубинах, д.т.н., проф. О.Я.Берга, д.т.н., проф. Е.Н. Щербакова, к.т.н. Г.С. Рояка, к.т.н. В.С. Гладкова, к.т.н. Е.А. Антонова в области теории и технологии железобетона и новых строительных материалов, к.т.н. Г.Д. Хасхачиха, к.т.н. Б.П. Константинова, к.т.н. К.Д. Ладыченко, к.т.н. Л.Р. Мороза в области создания новых типов конструкций и технологий строительства глубоководных быстро возводимых морских и речных причальных сооружений, к.т.н. А.М. Жданова, д.т.н. В.М. Шахина в области гидравлики взвесенесущих потоков, волновой гидродинамики и инженерной защиты морских берегов, д.т.н. К.И. Хабибулина, д.т.н., проф. Г.С. Шестоперова в области сейсмостойкого строительства и сейсмозащиты транспортных зданий и сооружений, д.т.н. Б.Г. Муравина, д.ф-м.н. В.А. Робсмана, к.т.н. А.Н. Звягинцева в области неразрушающих волновых методов контроля и вибродинамической диагностики сооружений, конструкций и материалов, к.т.н. Л.А. Бурнштейна, к.т.н. А.М. Тарасова в области создания автоматизированных измерительных систем для испытаний и физического моделирования строительных материалов и конструкций, а  также многих других выдающихся ученых и специалистов института - основателей и продолжателей новых научных направлений и школ в области транспортного строительства, внесших значительный вклад в развитие методологии системного подхода к решению  практических задач [2].

К середине девяностых годов системные подходы в работах ученых ЦНИИСа сформировались в экосистемный метод, как новое научное направление в системологии инженерно-строительной деятельности применительно к транспортному строительству [4]. В настоящее время экосистемный подход реализуется и получает дальнейшее развитие в новых документах системы технического регулирования, разрабатываемых ЦНИИСом.

Системные подходы к решению комплексных проблем транспортного строительства были реализованы в проектах БАМа, ж.-д. линий Ягельная-Ямбург, Обская-Бованенково, Кавказская Перевальная, а также в научном проекте высокоскоростной специализированной пассажирской магистрали Санкт-Петербург - Москва, разработанном учеными и специалистами  ЦНИИСа, Ленгипротранса, СибЦНИИСа, ВНИИЖТа, РАО «ВСМ».

Сущность экосистемного подхода заключается в разра­ботке и реализации оптимальных сценариев управления взаимодействием техносферных и природных компонентов создаваемых ТПТС, что осуществляется в режиме непрерывной или периодической коррекции траектории дости­жения качества объектов ТПТС, заданного из условий тех­нической (технологической), экологической, социальной и экономической безопасности. Для этого в системе управле­ния предусматривается научное сопровождение принятия решений по их созданию и функционированию на всех ста­диях жизненного цикла (инвестиционный замысел, проект, строительство, эксплуатация, реконструкция (восстановле­ние), утилизация). Разработка сценариев управления бази­руется на эффективных методах расчетов и проектирова­ния, новых конструкциях и технологиях, новых машинах для круглогодичного выполнения земляных работ, новых методах и средствах контроля и измерений, новых техноло­гиях управления водно-тепловым режимом и напряженно-деформированным состоянием грунтовых массивов, новых методах организации круглогодичного строительства же­лезных и автомобильных дорог в экстремальных природ­ных условиях, методах обеспечения экологической безопас­ности дорожного строительства на территориях с особым ре­жимом природопользования, созданных применительно к геотехническим подсистемам ТПТС (грунтовым массивам оснований сооружений, земляного полотна и прилегающих территорий), взаимодействующими с другими природными и техносферными компонентами ТПТС.

На базе экосистемного подхода учеными института (А.А. Цернант, В.Ф. Дмитриев) в творческом содружестве со строителями (А.К. Романов, В.Ф. Ерастов, В.А. Маслов, В.В. Усольцев, Я.И. Фрейдин и др.) и проектировщиками (С.Н. Махлис, Я.С. Крафт, Е.А. Бойцов, А.Я. Хралов, А. А. Паршков,  П.П. Мурованный и др.) решена одна из клю­чевых научно-технических проблем транспортного строи­тельства в Сибири - ликвидация сезонности земляных ра­бот гидромеханизированным и сухими способами в услови­ях сурового климата и вечной мерзлоты. Разработаны тех­нические решения по добыче и применению местных пес­чаных и глинистых, талых и мерзлых грунтов для возведе­ния дорожного земляного полотна в таежно-болотистых районах, обеспечения прочности и устойчивости насыпей на подземных льдах и термопросадочных грунтах, обеспе­чения безопасности движения транспортных средств при незавершенной стабилизации земляного полотна в процес­се временной и постоянной эксплуатации дорог на Крайнем Севере, обеспечения экологической безопасности строи­тельства в Сибири. В результате на транспортных новост­ройках Сибири доля земляных работ, выполняемых зимой, к середине 80-х годов увеличилась с 25-30 до 60-75%, что позволило строить дороги на севере Сибири круглогодично. Эта работа была отмечена Государственной Премией СССР. Экосистемный метод и его инженерные приложения к созданию и обеспечению безопасного функционирования ТПТС получили дальнейшее развитие в различных облас­тях инженерно-строительной деятельности.

На современном этапе развитие строительных наук опре­деляется задачами разработки и реализации оптимальных сценариев управления созданием, развитием и безопасным устойчивым функционированием объектов техносферы на всех уровнях иерархии их пространственной организации.

Далее