Moscow, Russian Federation
Russian Federation
The large scale of demolition of buildings under the renovation program in Moscow is associated with the generation of a significant volume of construction waste that requires recycling. The strategic initiative "Circular Economy" developed by the Government of the Russian Federation provides for increasing the share of recycled resources by 2030. In the construction industry, it is expected to use up to 40% of raw materials from recycled materials. However, this condition determines the need to create a unified sustainable system for the management of construction waste, interconnected with the demolition of buildings and structures, which justifies the relevance of studying the processes of preparing construction waste for secondary use. Therefore, the purpose of the study is to develop recommendations for organizing processes for collecting and processing construction waste at the demolition site, taking into account urban density and compliance with safety requirements. An analytical review of legal requirements, as well as scientific research in the field of dismantling work, was carried out, organizational and technological solutions to ensure safety during the dismantling of buildings using the “smart demolition” technology were studied and systematized. The paper shows the results of a study of dismantling using the “smart demolition” technology of a 21-story frame hotel building in Moscow. The study is based on field observation methods with filming and photographic recording of work and subsequent description of the nomenclature of construction waste based on systems analysis methods. The relationship between the method of dismantling the building and the proportion of sorted waste suitable for recycling has been established. Schemes for organizing waste storage and processing points have been developed, taking into account urban density and compliance with safety requirements. The proposals can be recommended for use when creating a unified construction production system, including both dismantling work and construction waste management work.
dismantling, demolition, waste disposal, renovation, safety
Введение
Значимой проблемой современных городов и мегаполисов является устаревание городской застройки [1-3]. Оно проявляется не только в виде увеличения количества аварийного жилья, но и в виде несоответствия жилых домов, построенных еще в первый период индустриального домостроения, современным нормативным требованиям, а также насущным потребностям общества [4-6]. Поэтому для формирования благоприятной городской среды в 2017 году в Москве стартовала масштабная государственная программа реновации жилья, которая сопровождается сносом ветхих и аварийных домов. Так, по официальным данным Комплекса градостроительной политики и строительства г. Москвы в течение ближайших 15 лет предусмотрена ликвидация более 5 тысяч жилых домов.
Анализ данных по фактическому сносу более чем 200 домов показывает, что можно выделить две фундаментальные проблемы, сопровождающие этот процесс [7-9]. Первой проблемой является большой объем образующихся при сносе строительных отходов, которые необходимо эффективно утилизировать. В частности по данным Росприроднадзора ежегодно образуются десятки миллионов тонн строительных отходов в результате сноса зданий и сооружений различного функционального назначения, и только пятая часть из них подвергается рециклингу. В основном на переработку и повторное использование поступает металл, стекло, бетон, грунт. Другие виды отходов зачастую просто вывозятся на полигоны для захоронения. Второй проблемой является осложнение производства демонтажных работ высокой плотностью существующей застройки (рис. 1).
Рис. 1. Фрагмент схемы реновации на примере
микрорайона 115 района Кузьминки г. Москвы (по данным [10])
На решение первой проблемы направлена разработанная Минстроем России, в рамках стратегической инициативы Правительства РФ «Экономика замкнутого цикла», отраслевая программа «Применение вторичных ресурсов, вторичного сырья из отходов в сфере строительства и жилищно-коммунального хозяйства на 2022-2030 годы». Одной из задач данной программы является вовлечение в хозяйственный оборот не менее 40% отходов строительного производства к 2030 году. Однако практика показывает, что на текущий момент при традиционных технологиях сноса к повторному применению пригодно не более 30% строительных отходов [11-14]. Поэтому гипотеза исследования заключатся в том, что повышение доли вторично используемых строительных отходов возможно, в том числе, на основе совершенствования существующих организационно-технологических решений по сносу зданий, сопровождающихся одновременной обязательной сортировкой и первичной обработкой строительных отходов еще в процессе демонтажа зданий.
При решении второй проблемы необходимо учитывать особенности территорий сносимой застройки. Они влияют не только на специфику способов защиты сохраняемых элементов благоустройства и озеленения, но и определяют потребность в организации безопасной среды для проживающих в зоне сноса жителей и безопасных условий труда для работников демонтажных организаций. Анализ научных исследований свидетельствует [15-17], что если рассматривать ликвидацию здания как комплексный технологический процесс, включающий этап обработки строительных отходов непосредственно на площадке сноса, то можно констатировать, что он сопровождается такими негативными факторами, как запыленность, шум и вибрация, для устранения или минимизации которых необходимы дополнительные специальные защитные мероприятия.
В конечном итоге рассматриваемые проблемы изменили подход к выбору эффективной и безопасной технологии ликвидации зданий. Не так давно появилось новое понятие – «умный снос» как современный стандарт программы реновации [18]. Одним из базовых принципов технологии «умного сноса» является как раз комплексный подход к решению задачи хранения и обработки строительных отходов для возможности их повторного использования при обязательности обеспечения максимальной безопасности в ходе ликвидации здания, как для жителей и работников, так и для объектов городской застройки, элементов благоустройства и инженерной инфраструктуры. Технология «умного сноса» включает следующие организационно-технологические решения, направленные на обеспечение безопасности в условиях плотной городской застройки:
- установку шумозащитной стенки-сетки при производстве работ;
- устройство коробов и ограждений, защищающих от повреждений зеленые насаждения и коммуникации;
- раздельный сбор строительных отходов на этапе поэлементной разборки ненесущих элементов и инженерных систем здания;
- временное хранение строительных отходов с учетом их классов опасности в отдельных бункерах-накопителях;
- применение гидравлических пушек для снижения пыли, образующейся на этапе разрушения несущего каркаса здания;
- применение при демонтаже несущего каркаса здания оборудования без ударного и вибрационного воздействия для минимизации вероятности незапланированного обрушения;
- применение средств малой механизации на всех этапах демонтажных работ для повышения скорости сноса здания, а также для предварительного дробления отходов;
- оперативный вывоз образующихся отходов на специализированные предприятия по переработке мусора, с которыми заключается договор.
Вместе с тем, данная технология только получила свое развитие. В ходе ее практической апробации проявляется ряд проблем. В частности, часть отходов – стекло, металл, пластик, дерево, фаянс, кирпич сортируется по видам еще на площадке сноса (рис. 2а) и перемещается на спецполигоны для последующей переработки и вторичного использования [19-21]. При этом львиная доля отходов, в частности бетонный бой, часто не проходит какой-либо предварительной подготовки и вывозится с площадки сноса (рис. 2б). Затем на спецполигонах бетонный бой может быть направлен как на захоронение, так и на частичную или реже полную переработку. Выбор одного из этих вариантов утилизации отходов бетонного боя, образующегося при сносе несущих конструкций, осуществляется на основании расчетов рентабельности его вторичного использования [22-24], которая зависит, в том числе, от выбора наиболее эффективного способа его предварительной обработки и дробления, а также затрат на перевозку.
а) 
б) 
Рис. 2. Пример подготовки строительных отходов для вывоза на специализированные объекты размещения
по данным Комплекса градостроительной политики и строительства города Москвы:
а) сортировка по видам строительных материалов на площадке сноса в контейнерах;
б) первичное измельчение бетонного боя на площадке сноса на куски габаритных размеров для дальнейшей транспортировки
В соответствии с ГОСТ Р 70052-2022 допускается способ дробления как на площадке сноса на мобильных установках, так и на удаленных дробильно-сортировочных пунктах. Дефицит последних, а также потребность в развитии сопутствующей инфраструктуры при их строительстве, необходимость выстраивания логистических цепочек транспортировки строительных отходов обосновывает актуальность исследования целесообразности применения мобильных дробильных установок на месте образования строительных отходов.
Поэтому целью исследования является разработка рекомендаций по организации процессов сбора, сортировки и обработки строительных отходов на площадке сноса с учетом плотности городской застройки и соблюдения требований безопасности. В задачи исследования входит:
- изучение особенностей организации и выполнения демонтажных работ по технологии «умный снос», включая работы по сбору, обработке, складированию строительных отходов;
- системный анализ данных об образующихся при сносе здания отходах, на основании которых принимается решение об особенностях организации работ по их подготовки к вторичному применению.
Материалы и методы
Для проведения исследования был рассмотрен процесс демонтажа по технологии «умного сноса» 21-этажного каркасного здания гостиницы в г. Москве. Предметом исследования являются особенности организации процессов сбора и обработки строительных отходов на площадке сноса в рамках технологии «умного сноса». Исследование основано на методах натурного наблюдения со съемкой и фотофиксацией работ и последующим описанием видов строительных отходов на основе методов системного анализа.
На первой стадии исследования были проанализированы этапы производства демонтажных работ. В частности, на подготовительном этапе осуществлялось ограждение рабочих зон, отключение инженерных систем от внешних коммуникаций, вырезание технологических отверстий для поэтажного сбора и перемещения отходов. Непосредственные работы по сносу состояли из двух последовательных этапов. На первом этапе выполнялась поэлементная разборка инженерных систем и элементов отделки с применением средств малой механизации. Так, например, стяжку и керамзит разрыхляли с помощью пневматических отбойных молотков, перфораторов, затем загружали лопатами или мини-бульдозерами в тачки и спускали в лифтовые шахты. На данном этапе осуществлялся раздельный сбор строительных отходов в контейнеры, установленные в специально отведенных на площадке сноса местах (рис. 3).
а) 
б) 
в) 
г) 
Рис. 3. Фотофиксация раздельного сбора отходов на первом этапе
производства работ по технологии «умный снос»:
а) обрезки древесины; б) утеплитель; в) кирпич; г) стекло
На втором этапе выполнялся механизированный снос железобетонного каркаса сверху вниз с применением спецтехники. С 21 по 17 этаж при демонтаже применялись два башенных крана и малогабаритная техника (рис. 4а), с 16 по 3 этаж демонтаж выполнялся при помощи экскаваторов-разрушителей с навесным оборудованием типа «гидроножницы». Поскольку 1 и 2 этажи были выполнены из монолитного железобетона, то при их сносе применялось навесное оборудование типа «гидравлический молот», отбойные молотки, мини-экскаваторы (рис. 3б). Внутренние несущие стены 21-го этажа была выполнены из кирпича, поэтому их демонтаж производился также методом обрушения с применением аналогичного оборудования.
а) 
б) 
Рис. 4. Фотофиксация демонтажа несущего каркаса здания: а) сборных конструкций башенным краном;
б) монолитных конструкций экскаватором с гидравлическим молотом
На второй стадии исследования были проанализированы способы сбора, обработки и складирования строительных отходов. Так, в процессе демонтажа сборные конструкции 3–21-го этажей поэтажно разделялись на отдельные элементы и складировались в специально отведенных местах на площадке сноса (рис. 5а). Монолитные конструкции 1–2-го этажей и кирпичные конструкции 21-го этажа обрушались, и затем производилось дробление железобетонных фрагментов с разделением на арматуру и бетонный бой (рис. 5б).
а) 
б) 
Рис. 5. Фотофиксация складирования отходов на втором этапе производства работ
по технологии «умный снос»: а) сборные конструкции; б) металлоконструкции и арматура
Строительный мусор в процессе демонтажа всего здания периодически вывозился на лицензированные полигоны автосамосвалами.
На третьей стадии исследования была выполнена систематизация полученных в ходе съемки данных о характеристиках образующихся отходов. На основе методов системного анализа составлена номенклатура образующихся отходов.
На четвертой стадии исследования изучены факторы, обосновывающие возможности применения мобильных дробильных установок и разработаны схемы организации процессов их сбора и обработки на площадке сноса с учетом плотности городской застройки.
Результаты
Обработка результатов натурного наблюдения за этапами сноса здания позволила составить номенклатуру образующихся строительных отходов. Для рассматриваемого примера она систематизирована с учетом типа и материала несущих конструкций, а также метода демонтажа (табл. 1).
Таблица 1
Характеристики образующихся при демонтаже здания гостиницы строительных отходов
|
Метод демонтажа |
Материал несущих стен (демонтируемый этаж) |
Номенклатура образующихся строительных отходов |
||
|
Комбинированный: механизированный, ручной (с 17 по 21 этаж) |
Кирпич (21 этаж) |
Лом кирпичной кладки |
Лом изделий из стекла, керамики, гипсокартона, отходы теплоизоляционных материалов, линолеума, рубероида, лом, керамзит |
Строительный мусор, металлический лом |
|
Железобетон монолитный (20 этаж) |
Целые железобетонные панели, лом, куски |
|||
|
Панели железобетонные (19-17 этаж) |
||||
|
Механизированный (с 16 по 1 этаж) |
Панели железобетонные (16-3 этаж) |
Целые железобетонные панели, лом, куски |
||
|
Железобетон монолитный (2-1 этаж) |
Отходы бетона в кусковой форме, лом железобетонных изделий, отходы железобетона в кусковой форме, лом асфальтовых и асфальтобетонных покрытий, лом бортовых камней, брусчатки, булыжных камней, прочие отходы изделий из природного камня |
|||
Результаты натурного наблюдения показывают, что на первом этапе демонтажа по технологии «умный снос» осуществлялся раздельный сбор строительных отходов и их временное хранение в зависимости от классов опасности по Федеральному классификационному каталогу отходов (ФККО) в отдельных бункерах-накопителях. Затем отходы оперативно вывозились на специализированные полигоны, где предусматривалась их вторичная переработка для дальнейшего использования при благоустройстве города, а также в дорожном и гражданском строительстве.
Однако на втором этапе образовывались, в том числе, и несортированные строительные отходы. Причем их доля при механизировано-ручном способе демонтажа оказалась существенно меньшей, чем при механизированном сносе и составила примерно 25%. Эти отходы перемещались через технологические и лифтовые проемы на нижележащие этажи. Остальные отходы сортировались, складировались в контейнеры и башенными кранами опускались вниз. При этом часть целых железобетонных конструкций (плит перекрытий) нашла свое применение непосредственно на площадке сноса в качестве основания для складов и временных дорог. Таким образом, даже при комбинации механизированного поэлементного сноса с ручным методом разборки конструкций, несортированные отходы составляют значительную долю. Состав отходов от сноса рассматриваемого здания, структурированный по объему, представлен на рис. 6.
Рис. 6. Структура строительных отходов от сноса 21-этажной гостиницы в г. Москве
Следовательно, можно сделать предположение, что организация работ по обработке и дроблению отходов демонтажа несущих конструкций на требуемые фракции непосредственно на площадке сноса является перспективной для решения основной задачи отраслевой программы Минстроя РФ по вовлечению во вторичное использование наибольшего количества строительных отходов. Они могут быть применены в качестве готовых смесей для укрепления насыпей, склонов и грунтов при благоустройстве города, при строительстве и ремонте дорожных покрытий, городских площадок разного назначения, тротуаров, при устройстве подушки для фундаментов и засыпке котлованов при новом строительстве, например, по программе реновации.
Обсуждение
В качестве примера предложено к рассмотрению два варианта организации площадки складирования и обработки отходов сноса несущего каркаса здания. На ней могут быть размещены мобильные комплексы по обработке и дроблению отходов, позволяющие исключить этап их вывоза на стационарные пункты переработки. Данные варианты отличаются площадью территории, отведенной под площадку сноса, а также удаленностью потенциального потребителя строительных отходов. Таким потребителем может выступать организация с выделенной под новое строительство стройплощадкой, например, по программе реновации. В первом варианте представлена схема организации складирования и переработки отходов непосредственно на площадке сноса, граничащей со стройплощадкой объекта нового строительства, когда демонтируемое и новое здание близко расположены (рис. 7). Во втором варианте представлена схема организации аналогичных процессов, но с необходимостью перевозки строительных отходов на стройплощадку объекта нового строительства при его удаленности от демонтируемого объекта (рис. 8).
Второй вариант предлагается не только для случая удаленности объектов, но и для стесненной площадки сноса. Переработка бетонного боя на стройплощадке нового строительного объекта целесообразна по ряду причин:
- возможность подготовки требуемых фракций под индивидуальные нужды конкретного строительного объекта и конкретной строительной площадки;
- уменьшение затрат на перевозку отходов за счет исключения этапа перевозки на пункты хранения.
Рис. 7. Схема организации пунктов складирования и обработки отходов
на площадке сноса, смежной со строительной площадкой нового здания
Рис. 8. Схема организации пунктов складирования и обработки отходов
на строительной площадке нового здания
При высоком спросе на строительные отходы возможны договорные отношения между строительной и демонтажной организациями на аренду мобильного дробильного оборудования или аренду территории под обработку отходов на площадке нового строительства. В случае недостаточного спроса отходы могут быть вывезены на стационарный пункт переработки.
Заключение и выводы
В статье изучены и проанализированы особенности организации работ по технологии «умный снос», применяемой при реновации жилищного фонда г. Москвы. Выполненный анализ требований законодательства, а также научных исследований в области демонтажных работ, в области обращения с отходами производства, показал наличие существенной проблемы образования большого объема строительных отходов, требующих эффективной утилизации.
По результатам натурных наблюдений за процессом сноса 21-этажного здания гостиницы была составлена номенклатура строительных отходов. Новизна исследования заключается в установленной взаимосвязи между объемами сортированных отходов, пригодных к вторичному применению, и способом выполнения демонтажа зданий. Дано предложение о необходимости включения в организационно-технологический цикл демонтажных работ этапа подготовки отходов от демонтажа несущего каркаса здания непосредственно на площадке сноса, который включает сортировку, разборку, очистку и дробление бетонного боя на необходимые фракции. Перспективность предложения обоснована увеличением доли вовлекаемых в хозяйственный оборот отходов и снижением вследствие этого экологической нагрузки; повышением экономичности строительного производства за счет снижения затрат на их перевозку; подготовкой вторичных стройматериалов с необходимыми для конкретного строительного объекта характеристиками.
Практическое значение исследования заключается в разработанных вариантах схем организации пунктов складирования и обработки отходов с учетом плотности городской застройки и соблюдения требований безопасности. Направления дальнейших исследований предполагают изучение возможностей модернизации сферы демонтажных работ, которая заключается в увязывании их в единый цикл строительного производства, начиная от проектирования, в ходе которого необходимо разрабатывать также и проект сноса здания, заканчивая цифровым учетом оборота строительных отходов и деятельностью по извлечению полезных фракций из них.
1. Pavlova G.G. Depreciation of the housing stock as one of the main problems of the housing sector of the city of Chelyabinsk // Society, economy, management. - 2022. - V. 7, No. 2. - Pp. 19-23. DOI:https://doi.org/10.47475/2618-9852-2022-17203
2. Stashevskaya N.A., Baroeva M.G., Minina A.P. Analysis of the current state of the housing stock of the city of Moscow // System technologies. - 2018. - No. 1 (26). - Pp. 130-135.
3. Kivilev V.V. Renovation of housing space: recovering of performance properties of residence buildings // Vestnik of Tomsk State University of Architecture and Building. - 2018. - V. 20, No. 3. - Pp. 120-132. DOI:https://doi.org/10.31675/1607-1859-2018-20-3-120-132
4. Ovsiannikova T.Yu. Housing stock renovation policy : regional aspect // Real estate: economics, management - 2020. - No. 2. - Pp. 6-11. DOI:https://doi.org/10.22227/2073-8412.2020.2.6-11
5. Dement'eva M.E., Pedyash E.V. Review of the principles of design solutions justification for the reconstruction of residential development // Scientific review.- 2017. - No. 15. - Pp. 24-27.
6. Sabyna E.N., Sabyna M.N. Renovation as a form of improvement of urban space // Interactive science. - 2018. - No. 11 (33). - Pp. 54-56. DOI:https://doi.org/10.21661/r-473692
7. Kostyshak M.M., Kovalenko Y.A. Reasons of carrying out dismantle of buildings and its influence on city building // Economy and business. - 2018. - No. 3 (92). - Pp. 501-505.
8. Bidov T.H., Fatullaev R.S., Khubaev A.O., Shesterikova YA.V.1, Nikolenko D.M. Features ofthe development of a construction organization project for residential facilities as part of the renovation program // Construction production. - 2022. - No. 4. - Pp. 100-105. DOI:https://doi.org/10.54950/26585340_2022_4_100
9. Dement'eva M.E., Mazurin D.M. Features of technological solutions for demolition of buildings during urban renovation // Collection of reports of the First National Conference Current problems of the construction industry and education. - 2020. - Pp. 831-836. ISBN: 978-5-7264-2822-2
10. Improvement in renovation. Approaches and problems / commissioned by the Committee for Architecture and Urban Planning of the City of Moscow. - M.: Publishing house "A-Print", 2018. - 268 p. URL: https://img.artlebedev.ru/moscow/improvement-and-renovation/improvement-and-renovation.pdf
11. Smikalin N.S. Disposal and recycling of construction waste // Science and education today. - 2019. - No. 3 (38). - Pp. 15-16. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/utilizatsiya-i-pererabotka-stroitelnogo-musora
12. Shiryaeva Yu.V. Prospects for recycling construction waste // Scientific journal of young scientists. - 2022. - No. 2 (27). - Pp. 81-87. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/perspektivy-pererabotki-stroitelnyh-othodov
13. Oleynik P.P. Organization of system of control of construction waste // Industrial and civil engineering. - 2013. - No. 7. - Pp. 72-75.
14. Chernoivan V.N., Leonovich S.N., Chernoivan N.V. High performance technologies for liquidation of non-operational production facilities // Science and technique. - 2016.- V. 15, No. 2. - Pp. 95-106.
15. Kuzhin M.F., Alhamd A. Study of organizational and technological solutions for the demolition (dismantling) of buildings and structures // Construction production. - 2022. - No. 2. - Pp. 57-60. DOI:https://doi.org/10.54950/26585340_2022_2_57
16. Mazurin D.M., Dement'eva M.E. Dismantling a multi-storey building in the conditions of a built-up area: engineering and economic indicators // Vestnik MGSU. - 2021. - V. 16, No. 6. - Pp. 741-750. DOI:https://doi.org/10.22227/1997-0935.2021.6.741-750
17. Özkan, Soofia Tahira Elias. DEMOLITION OF DAMAGED BUILDINGS IN TURKEY // In Design for Deconstruction and Materials Reuse. CIB Publication: Rotterdam. The Netherlands. - 2012. - Vol. 272. - Pp. 128-138. URL: https://api.semanticscholar.org/CorpusID:231708020
18. Technology of "Smart demolition" of buildings: website of the Complex of Urban Planning Policy and Construction of the City of Moscow. - 2023. URL: https://stroi.mos.ru/infographics/tiekhnologhiia-umnogho-snosa-zdanii
19. Chulkov V.O., Nazirov B.E. Recycling of construction and demolition waste during renovation of territories and pavements of large cities // Waste and resources. - 2018. - V. 5, No. 4. P. 4. DOI:https://doi.org/10.15862/06NZOR418
20. Oleinik P.P., Brodsky V.I. Organization of work for dismantling buildings and structures // Natural and technical sciences. - 2015. - No. 11 (89). - Pp. 648-650.
21. Perevoznyuk, A. E. Development of a project for organizing the processing of construction waste at a construction site // Young scientist. - 2020. - No. 46 (336). - Pp. 53-57. - URL: https://moluch.ru/archive/336/75146/
22. Lunev G. G, Kosteckiy N.F. Methodological bases of complex use of building resources // internet journal science. - 2014. - No. 1 (20). - P. 71.
23. Sheikh A.A. Ecological and economic justification of the efficiency and expediency of waste processing within the boundaries of the construction site / Proceeding of the donbas national academy of civil engineering and architecture. - 2020. - No. 5 (145). - Pp. 42-47.
24. Tolstikhina E.D., Bryzhaty D.R., Schmidt M.I., Kudusov A.A., Kremenskaya E.A. Economic assessment of the use of industrial waste in the production of road construction materials // Economic Sciences. - 2020. - No. 190. - Pp. 96-101. DOI:https://doi.org/10.14451/1.190.96
