Russian Federation
Russian Federation
Russian Federation
Moscow State University of Civil Engineering (kafedra tehnologiy i organizacii stroitel'nogo proizvodstva, starshiy prepodavatel')
Russian Federation
VAK Russia 2.1.14
UDC 72.025.4
The paper analyzes the problem of improving the methods of optimizing design solutions during emergency measures at cultural heritage sites (CHS). The dualistic nature of the task is emphasized: on the one hand, common emergency conditions (local loss of load-bearing capacity, deformations, moisture, and bioporations) allow the use of proven standard technological schemes; on the other hand, the architectural, historical, cultural, and structural uniqueness of each CHS necessitates the individualization of design approaches and restrictions on permissible interventions. A comprehensive methodology for multi-criteria optimization is proposed, based on the principles of system analysis and focused on coordinating conflicting goals. The criteria include the cost of restoration, the timeframe, safety and reliability indicators, the degree of physical intervention in the original substance, and the reversibility and compatibility of restoration effects.
cultural heritage sites, emergency response work, optimization, design solutions, multi-criteria analysis, risk management, mathematical modeling, preservation of authenticity
Введение
Противоаварийные работы представляют собой неотъемлемый и исключительно ответственный этап в комплексе мероприятий по сохранению объектов культурного наследия, находящихся в критическом, предаварийном или аварийном состоянии. Специфика противоаварийной деятельности определяется её двойственной, амбивалентной природой, отражающей сложный баланс между типологизацией аварийных ситуаций и необходимостью индивидуализации проектных и технологических решений с учётом уникальности каждого исторического объекта. С одной стороны, опыт многочисленных реставрационных и ремонтных работ, специфические наработки в области строительной патологии, позволили выделить ограниченный спектр типовых аварийных проявлений на исторических сооружениях. К ним относятся такие случаи, как прогрессирующая деструкция несущей и ограждающей кладки, ослабление или частичная потеря несущей способности фундаментов, аварии кровельного настила, разрушение или деформация деревянных и металлических конструкций, интенсивное увлажнение или поражение биологическими агентами [1,2]. Для устранения указанных ситуаций выработан значительный арсенал инженерно-технических решений и технологий, базирующихся на установке временных или постоянных поддерживающих конструкций (подпорок, растяжек, стяжек), локальном или общем усилении оснований, устройстве временных водонепроницаемых укрытий, инъектировании трещин или пустот специализированными растворами. Стандартизация этих решений позволяет существенно оптимизировать процесс принятия проектных решений, сократить сроки реагирования проектных и строительных организаций, добиться экономической эффективности выполняемых мероприятий за счёт использования проверенных методик и серийных конструктивных элементов [3,4].
С другой стороны, фундаментальный принцип сохранения объектов культурного наследия заключается в признании их уникальности — как в материальном, так и в нематериальном аспектах. Каждый объект характеризуется неповторимым сочетанием историко-архитектурных, стилистических, конструктивных и материальных особенностей, связанных с временной стратификацией, спецификой использованных технологий и материалов, степенью аутентичности сохранившихся элементов, состоянием искажения первоначальных инженерных схем и накопления повреждений в результате естественного старения, внешних факторов и предшествующих вмешательств [5,6]. Прямое механическое тиражирование даже самых отработанных инженерных решений без проведения всестороннего анализа и комплексных научных исследований может повлечь за собой утрату исторических материалов, искажение историко-культурной ценности либо усугубление уже существующих деструктивных процессов из-за несоответствия технологий характеристикам оригинальных материалов и конструкций.
Таким образом, в практике противоаварийных работ на объектах культурного наследия проявляется острое методологическое противоречие: настоятельная необходимость быстрого реагирования и применения апробированных инженерных схем вступает в противоречие с научным императивом максимального сохранения аутентичности, индивидуального подхода и деликатного вмешательства. Структурирование данного процесса требует разработки гибкого и научно верифицированного методологического аппарата, который бы позволил обеспечивать баланс между скоростью и стандартами реагирования, с одной стороны, и детализацией предварительных исследований, научной обоснованностью и бережностью вмешательства — с другой [7,8].
В современных условиях ключевым становится создание систем принятия решений, основанных на междисциплинарном подходе, интеграции инструментальных и лабораторных методов обследования с анализом историко-архивных, конструктивных и технологических данных, эксплуатации специально разработанных алгоритмов управления рисками и последствиями вмешательства. Такой подход должен быть направлен на формализацию процедур принятия решений, разработку критериев диагностики и оценки эффективности предложенных мер, обоснование границ применимости типовых инженерных решений и определение пределов необходимой индивидуализации. Внедрение подобных методологических основ позволит не только повысить научную состоятельность и воспроизводимость противоаварийных мероприятий, но и обеспечит соблюдение этических и правовых норм в сфере охраны культурного наследия.
Цель исследования
Главной целью исследования является разработка и обоснование методологии оптимизации проектных решений при проведении противоаварийных работ на объектах культурного наследия, обеспечивающей баланс между эффективностью, безопасностью, сохранением аутентичности и индивидуальными особенностями каждого памятника.
Задачи исследования
1. Провести анализ типовых аварийных ситуаций и основных методов противоаварийных мероприятий на объектах культурного наследия.
2. Выявить факторы уникальности, влияющие на проектные решения при противоаварийных работах на различных объектах.
3. Разработать систему критериев оценки проектных альтернатив, включающую экономические, технические, историко-культурные и организационные параметры.
4. Предложить математическую модель для многокритериального выбора оптимального варианта проектных решений.
5. Провести апробацию предложенной методологии на примерах аварийных ситуаций, показать ее применимость и преимущества.
6. Разработать рекомендации по формированию проектных решений для противоаварийных работ с учётом индивидуальных характеристик объектов культурного наследия.
Материалы и методы
Для эффективного решения обозначенной задачи целесообразно использовать интегрированный подход, основанный на принципах системного анализа и многокритериальной оптимизации, что позволяет учитывать разнообразие факторов, влияющих на процессы сохранения, восстановления и эксплуатации объектов культурного наследия. Предлагаемый методологический каркас включает в себя ряд последовательных этапов, каждый из которых имеет собственную функциональную нагрузку и обеспечивает комплексность принимаемых управленческих решений. Рассмотрим все этапы на реальном примере, на проведении противоаварийных работ на объекте культурного значения регионального значения «Здание школы» в с.Усть-Уза, Шемышейского района, Пензенской области (рис.1-3).
I этап. Комплексная диагностика и сбор исходных данных
На первом этапе реализуется многоуровневая процедура обследования объекта. Она предполагает применение современных неразрушающих методов контроля (ультразвуковая диагностика, термография, лазерное сканирование и др.), позволяющих выявлять скрытые дефекты, проведение тщательных историко-архивных, библиографических и натурных исследований для реконструкции технологического и архитектурного контекста объекта. Существенным элементом данного этапа выступает создание цифровой информационной модели (Heritage Building Information Modeling — HBIM), которая интегрирует геометрические характеристики, сведения о конструкциях и используемых материалах, данные о физико-механических свойствах, каталог дефектов и повреждений, сопутствующую документацию и историческую информацию [9,10]. Формирование HBIM обеспечивает возможность долговременного мониторинга состояния памятника, служит основой для последующего инженерного моделирования.
II этап. Генерация альтернативных проектных решений
Второй этап заключается в разработке и формализации комплекса альтернативных проектных решений по стабилизации и реставрации объекта. Разработка вариантов производится с учетом современных и традиционных технологий, ограничений, наложенных режимом охраны памятника. Для одной и той же аварийной ситуации (например, отклонение вертикали стены) могут быть выдвинуты различные технические подходы: установка традиционных деревянных подкосов, монтаж инновационных металлических систем временного крепления, применение композитных армирующих материалов, частичная разборка и последующая переборка повреждённого фрагмента с воссозданием исторического облика.
III этап. Формирование системы критериев оптимизации
Процесс выбора оптимального решения базируется не только на оценке финансовых издержек, но и на всестороннем анализе мультикритериальной системы показателей. Формируемая система критериев включает:
– экономический критерий: совокупная стоимость реализации альтернативного решения, охватывающая закупку и транспортировку материалов, оплату труда и затраты на обслуживание.
– временной критерий: ориентировочные сроки выполнения ремонтно-реставрационных мероприятий с учетом логистических и технологических ограничений.
– критерий надежности и безопасности: оценка остаточного риска повторного повреждения или обрушения конструкции после реализации мероприятия, базирующаяся на инженерных расчетах и статистическом анализе.
– критерий сохранения аутентичности: степень сохранности подлинной исторической субстанции объекта, минимизация вмешательства в оригинальные материалы и конструкции.
– критерий обратимости: степень возможности последующего демонтажа временных конструкций и возврата объекта к изначальному состоянию, исключающая необратимые изменения архитектурной и конструктивной сути памятника.
Отбор критериев осуществлялся на основе анализа нормативных документов в сфере охраны культурного наследия (Федеральный закон № 73-ФЗ, Венецианская хартия 1964 г., документы ИКОМОС), а также обобщения отечественной и зарубежной практики реставрационно-охранной деятельности. Критерии отбирались по принципу полноты охвата ключевых аспектов принятия решений (экономического, временного, технического, историко-культурного) и операциональности — возможности количественного измерения или экспертной балльной оценки. Весовые коэффициенты критериев устанавливаются экспертным методом (метод попарных сравнений или прямого ранжирования) с привлечением специалистов в области реставрации, строительной инженерии и охраны наследия.
IV этап. Математическое моделирование и сравнительный анализ альтернатив
На заключительном этапе применяется методология многокритериального анализа. Каждому вариантовому решению присваиваются количественные оценки по каждому критерию. Система оценок подвергается нормализации для обеспечения сопоставимости исходных данных. Значимость каждого из критериев определяется экспертным путем — с привлечением широкого круга специалистов, включая реставраторов, инженеров-строителей, архитекторов, искусствоведов и представителей органов охраны памятников — в форме установления весовых коэффициентов, отражающих приоритетность соответствующих аспектов для конкретного объекта. На основании рассчитывается интегральный (сводный) показатель эффективности для каждой альтернативы. Окончательный выбор оптимального проектного решения осуществляется путем сопоставления интегральных показателей и идентификации варианта, обеспечивающего наилучший баланс между технической реализуемостью, экономической целесообразностью, обеспечением сохранности и аутентичности исторического объекта [11,12].
Таким образом, предложенный подход создает научно обоснованную и практически применимую модель принятия решений в области консервации и реставрации памятников архитектуры, обеспечивающую интеграцию новейших достижений инженерной науки и актуальных требований международных стандартов по сохранению культурного наследия.
Рассмотрим конкретный пример
Рассмотрим задачу выбора оптимального проектного решения для временного усиления аварийного кирпичного свода. Пусть существуют два альтернативных варианта (x):
— установка системы стальных подкружал.
— монтаж облегченной системы из клееного деревянного бруса.
Комплексная оценка альтернативных решений по выбору временной несущей системы. Для обоснованного выбора оптимального проектного решения при обеспечении временной устойчивости конструкций исторического объекта был проведён сравнительный анализ двух альтернативных вариантов: установка системы стальных подкрышек (вариант ) и монтаж облегчённой системы из клееного деревянного бруса (вариант ). Оценка осуществлялась по комплексу критериев: экономическая эффективность, сроки выполнения работ, надёжность и безопасность, степень сохранения аутентичности, обратимость вмешательства. Каждый из критериев был нормирован, а затем агрегирован в интегральный показатель качества с учётом их весовой значимости.
Нормализация критериев. Все частные показатели приведены к единой безразмерной шкале от 0 до 1, где 1 соответствует наилучшему значению по конкретному критерию, а 0 — наихудшему. Такой подход обеспечивает сопоставимость разнородных характеристик каждой альтернативы.
Экономический критерий (стоимость):
- : 200 000 руб.
- : 150 000 руб.
- Нормированные значения:
- = 150,000 / 200,000 = 0,75
- = 150,000 / 150,000 = 1,00
Временной критерий (сроки выполнения):
- : 10 дней
- : 5 дней
- Нормированные значения:
- = 5 / 10 = 0,5
- = 5 / 5 = 1,0
Критерий надёжности (обратная вероятность аварии):
- : 1% риска обрушения
- : 5% риска обрушения
- Нормированные значения (чем ниже вероятность, тем лучше, инвертированная шкала):
- = 1 / 1 = 1,00
- = 1 / 5 = 0,20
Критерий сохранения аутентичности (процент изменений в историческом материале):
- : 50%
- : 20%
- Нормированные значения (меньше изменений — лучше):
- = 20 / 50 = 0,4
- = 20 / 20 = 1,0
Критерий обратимости:
- Для обоих вариантов вмешательство обратимо, значение = 1,0.
Взвешивание критериев. Каждому критерию присвоен вес (важность), отражающий его значимость с учётом специфики охраны и реставрации исторических объектов:
- w₁ — экономичность: 0,25
- w₂ — сроки: 0,15
- w₃ — надёжность и безопасность: 0,30
- w₄ — сохранение аутентичности: 0,20
- w₅ — обратимость: 0,10
Интерпретация интегрального показателя Q осуществляется по следующей шкале (табл. 1).
Таблица 1
Интерпретация интегрального показателя Q
|
Значение Q |
Качественная оценка |
|
0,85–1,00 |
Отличное решение |
|
0,70–0,84 |
Хорошее решение |
|
0,50–0,69 |
Удовлетворительное решение |
|
Ниже 0,50 |
Неприемлемое решение |
Данная шкала разработана с учётом того, что при равномерном распределении нормированных оценок среднее значение Q составляет 0,5. Значения выше 0,70 свидетельствуют о том, что альтернатива в целом близка к оптимуму по большинству критериев.
Интегральная оценка вариантов
Для каждого варианта рассчитывается интегральный показатель (Q), отражающий его обобщённое качество:
Вариант x1 (стальные подкрышки):
Q₁ = 0,25·0,75 + 0,15·0,5 + 0,30·1,0 + 0,20·0,4 + 0,10·1,0= 0,1875 + 0,075 + 0,3 + 0,08 + 0,1= 0,7425 (1)
Вариант x2 (клеёный деревянный брус):
Q₂ = 0,25·1,0 + 0,15·1,0 + 0,30·0,20 + 0,20·1,0 + 0,10·1,0= 0,25 + 0,15 + 0,06 + 0,20 + 0,10= 0,71 (2)
Рис. 1. Общий вид объекта культурного наследия регионального значения «Здание школы» (Пензенская область, Шемышейский район; фото автора)
Рис. 2. Разрушение кровли объекта культурного наследия регионального значения «Здание школы» (Пензенская область, Шемышейский район; фото автора)
Рис. 3. Разрушение кровли объекта культурного наследия регионального значения «Здание школы» (Пензенская область, Шемышейский район; фото автора)
Обсуждение
Сравнение интегральных показателей продемонстрировало, что вариант x1 (система стальных подкрышек) обладает наибольшим суммарным качеством (Q₁ = 0,7425), несмотря на то, что по отдельным критериям — стоимости и скорости монтажа — уступает варианту x2. Данное преимущество обусловлено существенно более высокой надёжностью и приемлемым уровнем сохранения аутентичности [13].
Следует особо отметить, что надёжность и безопасность признаны наиболее значимыми (w₃=0,30), поскольку они критичны для предотвращения дальнейших разрушений уникального архитектурного наследия. Наряду с этим, сохраняется допустимый уровень вмешательства в исторический материал, возможность полного демонтажа временной системы без ущерба — что соответствует международным принципам реставрации.
Проведённая комплексная нормированная оценка позволяет рекомендовать к реализации вариант установки системы стальных подкрышек как наиболее сбалансированный по совокупности ключевых показателей: он обеспечивает максимальные показатели безопасности и удовлетворяет профессиональным требованиям в области сохранения и обратимости вмешательства. Такой подход к выбору технических решений минимизирует риск ошибок, декларирует прозрачность инженерных решений и позволяет обосновать предложения даже в междисциплинарной и межведомственной среде.
Данный аналитический инструментарий может быть эффективно использован и для решения аналогичных задач проектирования и реставрации на других объектах культурного наследия.
С учетом интегральных показателей качества целесообразно отдать предпочтение варианту x1 — установке системы стальных подкрышек, поскольку данный вариант демонстрирует более высокий совокупный рейтинг. Несмотря на то что его экономическая эффективность уступает альтернативным решениям, интегральная оценка качества указывает на его превосходство по ряду других значимых критериев.
Такой комплексный подход к оценке проектных решений позволяет выйти за рамки одностороннего анализа, учитывающего исключительно экономическую составляющую. Применение интегральных показателей способствует более объективному выбору оптимального варианта, адаптированного к специфическим условиям, установленным критериям и задачам конкретного объекта. В результате становится возможным формирование обоснованных рекомендаций и обеспечение достижения сбалансированного соотношения между экономической целесообразностью, технической эффективностью, надежностью и другими важнейшими параметрами проекта.
Оба варианта попадают в диапазон «хорошее решение» (Q > 0,70), однако вариант x1 демонстрирует более высокое качество по совокупности критериев, прежде всего за счёт существенного превосходства по надёжности.
Заключение
1 Сбалансированное принятие решений. Использование нормированных критериев позволило оценить альтернативы комплексно: для варианта с установкой стальных подкрышек интегральный показатель качества составил 0,7425, а для варианта с клеёным деревянным брусом — 0,71. Такой подход исключает односторонность выбора, например, только по стоимости (где x2=1,00 против x1=0,75), и обеспечивает более объективное и взвешенное решение, учитывающее совокупность факторов.
2. Подчеркивание приоритетов. Наибольший вес в итоговой оценке (w₃ = 0,30) был присвоен критерию надёжности и безопасности, что соответствует базовой задаче противоаварийных мероприятий — предотвращению риска разрушения памятника (в частности, снижение вероятности аварии с 5% для x2 до 1% для x1). Это определило выбор варианта x1, несмотря на небольшое отставание по экономичности и срокам проведения работ.
3. Индивидуализация и стандартизация решений. При типизации подходов к аварийным ситуациям учитывались уникальные характеристики объекта: выявлено, что степень изменений в историческом материале по критерию «аутентичность» составила 50% для x1 и 20% для x2; данный критерий имел вес w₄ = 0,20. Такой анализ показал необходимость индивидуального подхода, исключающего механическое копирование технических решений.
4. Доказательная обоснованность и прозрачность. Проведённый многокритериальный сравнительный анализ с численным обоснованием повысил прозрачность принятия решений и доверие со стороны всех участников процесса реставрации. Итоговые расчёты интегральных показателей (Q₁ = 0,7425; Q₂ = 0,71) минимизируют влияние субъективных факторов при выборе оптимальной альтернативы.
5. Адаптивность и универсальность методологии. Пример выбора временной несущей системы свода подтвердил практическую применимость разработанного инструментария: были обработаны количественные данные по 5 критериям, задействованы индивидуальные веса и применена итоговая формула агрегирования, что обеспечивает масштабируемость и корректность применения методики для различных типов объектов и проектных задач.
6. Вклад в развитие практики и стандартов. Внедрение формализованных методов оптимизации проектных решений, с опорой на количественно выраженные критерии, способствует не только эффективному и безопасному проведению реставрационных мероприятий, но и развитию общей методической базы в сфере охраны культурного наследия, что повышает уровень стандартизации и прозрачности проектных процессов.
В целом, методология многокритериального анализа, оперирующая числовыми оценками эффективности и прозрачными критериями ранжирования, позволила обосновать выбор варианта x1 (Q₁ = 0,7425), как наиболее сбалансированного для временного усиления кирпичного свода с учётом не только стоимости и сроков, но и надежности, аутентичности и обратимости вмешательства. Такой подход обеспечивает объективность, воспроизводимость и технологическую преемственность в современной практике сохранения объектов культурного наследия.
1. Goikalov A. N., Makarova T. V., Semenikhina A. Yu. Development of a Method for Assessing the Quality of the Architectural and Historical Environment // Caspian Engineering and Construction Bulletin. 2022. N. 1 (39). pp. 73-79 DOI: https://doi.org/10.52684/2312-3702-2022-39-1-73-79; EDN: https://elibrary.ru/VKOFSX
2. Makarevich E. A., Selyutina L. F. An Object of Architectural History and Cultural Heritage: the Chapel of St. Nicholas the Wonderworker in Meloyguba (Republic of Karelia) // Regional Architecture and Construction. 2022. No. 2 (51). pp. 175-183. DOI: https://doi.org/10.54734/20722958_2022_2_175; EDN: https://elibrary.ru/WYMZWO
3. Garkin I. N., Sabitov L. S., Radionov T. V., Nagaeva Z. S. Application of Forecasting Methods in Assessing the Technical Condition of Cultural Heritage Sites // Stroitel Donbassa. 2025. N. 2 (31). pp. 4-10. DOI: https://doi.org/10.71536/sd.2025.2c31.1; EDN: https://elibrary.ru/BUCJIH
4. Garkin I.N., Sabitov L.S., Radionov T.V., Nagaeva Z.S. Assessment of the condition of cultural heritage sites: Bayes method // Stroitel Donbassa. 2025. N. 2 (31). Pp. 11-15. DOI: https://doi.org/10.71536/sd.2025.2c31.2; EDN: https://elibrary.ru/LGDOPW
5. Selyutina L.F., Ratkova E.I., Korneev A.A. Analysis of the condition and possibilities of preserving the cultural heritage site in Povenets // Regional architecture and construction. 2023. No. 1 (54). Pp. 186-195 DOI: https://doi.org/10.54734/20722958_2023_1_186; EDN: https://elibrary.ru/ZLUKZA
6. Garkin I.N., Galishnikova V.V. Methodology for determining the degree of destruction of cultural heritage sites: systemic and structural analysis // Regional architecture and construction. 2025. No. 2 (63). P. 193-199 DOI: https://doi.org/10.54734/20722958_2025_2_193; EDN: https://elibrary.ru/COEWWQ
7. Sivakumar N., Muthukumar S., Sivakumar V., Gowtham D., Muthuraj V. Experimental studies on High Strength Concrete by Using Recycled Coarse aggregate // Research Inventy: International Journal of Engineering and Science. 2014. Vol. 4. No. 1. P. 27 – 36.
8. Lapshina E.G. Concept of urban architectural space: dynamic component // Regional architecture and construction. 2022. No. 4 (53). P. 170-176 DOI: https://doi.org/10.54734/20722958_2022_4_170; EDN: https://elibrary.ru/BEQLFW
9. Garkin I.N. Historical and architectural value of cultural heritage sites: assessment methods, factorial and historical-genetic analysis // Regional architecture and construction. 2025. N. 1 (62). P. 192-199. DOI: https://doi.org/10.54734/20722958_2025_1_192; EDN: https://elibrary.ru/GKDKSD
10. Lapshina E.G. City Symbol: Continuity of Historical, Cultural, and Architectural Traditions // Regional Architecture and Construction. 2011. N. 1. P. 159-163. EDN: https://elibrary.ru/NDDCKN
11. Skachkov Yu.P., Danilov A.M., Gar'kina I.A. Modification of the PATTERN Method for Solving Architectural and Construction Problems // Regional Architecture and Construction. 2011. N. 1. P. 4-9 EDN: https://elibrary.ru/NDDCAX
12. Mityagin S.D., Spirin P.P., Gaevskaya Z.A. Urban Planning Tools for Sustainable Development // Academia. Architecture and Construction. 2024. N. 1. P. 113-121 DOI: https://doi.org/10.22337/2077-9038-2024-1-113-121; EDN: https://elibrary.ru/AZABPR
13. Gaevskaya Z.A., Strelets K.I., Falaleeva E.V. Application of bioadaptive façade systems for high-rise buildings in St. Petersburg // Innovations and Investments. 2023. No. 5. pp. 361-364 EDN: https://elibrary.ru/MNCFAB
