ГИС помогает обеспечить соответствие Масдар-Сити целям нулевого баланса выбросов углерода и безотходного хозяйствования

По материалам Esri

GIS Helps Masdar City Meets Its Ambitious Goals

С помощью ArcGIS анализируются все аспекты проектирования и строительства в аравийской пустыне инновационного Масдар-Сити, основная концепция которого заключается в обеспечении максимально высокого уровня жизни при условии минимального воздействия на окружающую среду. На протяжении всего жизненного цикла этого «зеленого» города управление активами, их поддержка и отслеживание будут вестись в ГИС на основе многопользовательской базы геоданных.

В современном мире с его ширящимся «зеленым» движением и стремлением к экологическому равновесию с природной средой многие все с большим вниманием и сочувствием относятся к вопросам снижения антропогенного влияния, будь то один человек, семья либо предприятие. Теперь представьте себе целый город, специально созданный для удовлетворения амбициозных целей нулевого уровня отходов, углеродной нейтральности (англ. carbon neutrality) в отношении выбросов углекислого газа и парникового эффекта и, в конечном счете, для устойчивой комфортной жизни.

Это представление в полной мере относится к Масдар-Сити, который проектируется и строится недалеко от Абу-Даби, Объединенные Арабские Эмираты (ОАЭ). В основу этого многомиллиардного долгосрочного проекта положена идея Масдар – активно поддерживаемой государством комплексной инициативы развития, коммерциализации, развертывания возобновляемых и альтернативных энергетических технологий и решений. Масдар, что означает «источник, ключ» на арабском языке, интегрирует полный технологический жизненный цикл: от исследования до коммерческого внедрения и сопровождения. Основная стратегическая концепция компании Масдар заключается в стремлении к внедрению многоцелевых решений на основе возобновляемых источников энергии и обеспечению того, чтобы в городе с примерно 50-тысячным населением и многочисленными туристами было приятно жить, работать и отдыхать.

Масдар-Сити – это яркий пример того, как ГИС могут использоваться для создания нашего будущего. Этот мерцающий огнями оазис площадью 6 кв.км, расположенный менее чем в 20км к юго-востоку от центра г. Абу-Даби недалеко от Международного аэропорта, становится местом, рассчитанным на реализацию принципов устойчивого образа жизни. Чтобы достичь своей углеродной нейтральности, Масдар-Сити будет использовать только возобновляемые источники энергии. Фотогальваническая электростанция, солнечные батареи и зеркала которой размещены за чертой города, будет вырабатывать большую часть потребляемой электроэнергии, в то время как охлаждение города будет обеспечиваться посредством концентрированной солнечной энергии. Будет использоваться и энергия ветра. Нулевой уровень отходов Масдар-Сити будет достигаться совместным применением технологий их переработки и повторного использования, а также прорывными технологиями получения энергии из отходов. Озеленение территории в пределах города и выращивание зерновых за его пределами будет осуществляться за счет орошения бытовыми сточными водами без туалетного смыва (так называемые gray water) и очищенными сточными водами, поступающими с городской станции водоочистки.

Благодаря этим и другим инновационным решениям, жители Масдар-Сити будут расходовать гораздо меньше энергии. Предполагается, что пиковая нагрузка в Масдар-Сити будет составлять лишь 200 мегаватт вместо 800 мегаватт, которые в настоящее время обычны для городов аналогичного размера и климатической зоны. А потребление опресненной воды снизится с традиционных 20 000 кубических метров в сутки до 8000. И в Масдар-Сити отпадет необходимость в отведении миллионов квадратных метров территории под места захоронения отходов.

Первыми жителями Масдар-Сити станут студенты и профессорско-преподавательский состав Масдарского института науки и технологии (Masdar Institute of Science and Technology). Он является университетом последипломного образования в области альтернативной энергетики и технологий окружающей среды, действующим в тесном сотрудничестве с Массачусетским технологическим институтом, и будет обеспечивать подготовку высококвалифицированных специалистов для удовлетворения растущего спроса в сфере чистых технологий и секторов устойчивой энергетики (не наносящей ущерба окружающей среде).

Художественное представление вида Масдар-Сити с воздуха, таким он будет после завершения строительства.

Переход от нефти к возобновляемым источникам энергии

Объединенные Арабские Эмираты – федерация семи эмиратов или федеративных государств, расположенных на юго-востоке Аравийского полуострова. Экономика Абу-Даби, столицы ОАЭ и одноименного эмирата, быстро растет, во многом благодаря огромным запасам сырой нефти, которые, по оценкам, составляют около 9% мировых.

Но, несмотря на свои обширные углеводородные ресурсы, Абу-Даби принял прогрессивный подход к своему долгосрочному экономическому росту. Эмират стремится к диверсификации своей экономики, ее переориентации от нефтедобычи с целью обеспечения долгосрочного развития и процветания страны. Будучи одним из мировых лидеров на энергетических рынках, Эмират считает, что он имеет все возможности инвестировать свои знания и финансовые ресурсы в будущее мировых рынков энергетики – на возобновляемые источники энергии.

Следуя этой стратегии, в апреле 2006 года правительство Абу-Даби и учредило инициативу Масдар. Через портфель проектов, который включает в себя монетизацию углерода, инвестиции в чистые технологии и проекты на основе возобновляемых источников энергоносителей, как в Абу-Даби, так и за рубежом, компания вносит свой вклад в глобальные усилия по смягчению неблагоприятных последствий изменения климата. Таким образом, Масдар играет ключевую роль в развитии сектора возобновляемых источников энергии Абу-Даби, постоянно внедряя инновации и проводя коммерциализацию экологически чистых энергетических технологий.

Достижения проекта Масдар со времени его запуска весьма значительны. Компания установила обширные партнерские отношения и запустила крупные программы по возобновляемым источникам энергии во всем мире. В качестве еще одного примера продвижения Абу-Даби в сфере альтернативной энергетики можно привести недавнее предложение ОАЭ о размещении штаб-квартиры Международной ассоциации возобновляемых источников энергии в Масдар-Сити, которое было принято в условиях сильной Европейской конкуренции.

Ведущим партнером для проектирования/строительства Масдар-Сити была выбрана компания CH2M HILL, базирующаяся в штате Колорадо и являющаяся лидером в сфере полного спектра услуг инжиниринга и консалтинга. Являясь давним бизнес-партнером Esri, CH2M HILL использовала ГИС-технологии во многих своих проектах и рассматривает платформу ArcGIS в качестве решения, необходимого для управления и анализа информации на протяжении всего жизненного цикла города.

Планирование эко-города

По словам Дерека Глидона (Derek Gliddon), ГИС-менеджера отдела строительства Масдар, технология геоинформационных систем (ГИС) – это незаменимое средство для управления пространственной информацией, жизненно необходимой для проектирования, строительства и эксплуатации такого города, как Масдар-Сити.

Для успешной реализации поставленных перед планировщиками и строителями города задач и связанных с ними вызовов специалисты компании CH2M HILL, прежде всего, внимательно изучили климатические и географические особенности местности: углы направления на Солнце, ветровую обстановку, ширину и направление проектируемых улиц, плотность и высоту застройки. Затем с помощью ArcGIS была смоделирована ориентация зданий по диагональной сетке, чтобы обеспечить максимально естественное распределение теней, защиту от солнечных лучей и сильных ветров из пустыни и, в то же время – хорошую продуваемость легкими ночными бризами. Чтобы понимать все переменные и эффективно взаимодействовать в ходе реализации проекта, компания использует корпоративную базу геоданных, в которой для всего проекта применена единая система координат. Была создана общая базовая карта для поддержки планирования, проектирования и строительства города, с предусмотренной возможностью ее дальнейшего ведения и развития.

«Строительство города, такого как этот, никогда раньше не велось. И в этом многоплановом процессе ГИС является совершенно необходимым инструментом», – говорит Шеннон МакЭлвани (Shannon McElvaney), консультант по информационным решениям в компании CH2M HILL.

Тематические слои в базе геоданных включают такую информацию, как транспортная инфраструктура, растительность, дренажные системы, различные структурные элементы, границы, биоразнообразие, здания и сооружения, инженерные коммуникации, а также рельеф местности, батиметрические данные, данные дистанционного зондирования и др. В слои электронной карты также включены сведения из табличных баз данных, GPS-координаты и геопривязанные фотографии. Вся информация, связанная со строительными работами, в том числе затраты, календарный график и данные слежения за содержанием углерода, объединена на основе единого критерия – местоположения, что облегчает и повышает эффективность ее использования и комплексного анализа.

Накапливаемая в базе данных информация доступна на корпоративном уровне. Развернутый ГИС-портал на основе ArcGIS for Server Enterprise обеспечивает доступ к картам, данным и аналитическим сервисам более чем 100 организациям, участвующим в проекте Масдар-Сити, и, таким образом, в значительной мере снимает проблемы работы с различными версиями данных, находящихся в обращении. Современный, на основе веб-браузера, инструмент визуализации и навигации по виртуальному городу использует данные мастер-плана из базы геоданных и может взаимодействовать с программным обеспечением диспетчеризации выполняемых работ. Этот инструмент используется для отображения хода реализации проекта во времени. Менеджеры по строительству могут перемещаться в любую точку виртуального города; «играть» с графиком работ по проекту; определять пространственно-временные отклонения от плана, выявлять проблемы доступности, искать решения вопросов логистики и материально-технического обеспечения. Для идущей быстрыми темпами застройки это очень важно. Необходимые в данный момент сведения могут быть быстро получены путем задания пространственных критериев и рассмотрены с помощью легко читаемых тематических карт. Использование ГИС для визуализации больших объемов данных облегчает информирование о ходе проекта и взаимодействие его участников.

ГИС помогает исполнителям проекта в моделировании строительной информации в течение всего времени реализации проекта.

Оптимальное размещение объектов

ПО ArcGIS предоставило мощные средства пространственного анализа и моделирования, необходимые для наиболее эффективного размещения объектов на территории города. Установки для опреснения и очистки бытовых и сточных вод, центры утилизации, «солнечная ферма», геотермальные скважины и посадки различных видов деревьев были оптимальным образом размещены на местности с помощью традиционных принципов планирования, смоделированных с помощью ArcGIS. В ГИС моделируются и выбираются лучшие решения по многим вопросам: Имеется ли достаточное физическое пространство? Насколько здания затеняют друг друга? Сколько оставить свободного места между инженерным объектом и жилыми зданиями?

Примером быстрого решения проблемы был случай, когда произошла нестыковка при планировании этапов работ по одному из зданий и смещение линий достигало 30 сантиметров. Причину ошибки удалось заранее выявить, обратившись к соответствующим данным и отобразив их на плане с помощью ГИС. Если бы такая проблема возникла уже на этапе строительства, для ее исправления потребовалось немало времени и усилий. ГИС чрезвычайно полезны для заблаговременного выявления и предотвращения подобных ситуаций.

От моделей к реальной жизни

ГИС обеспечила переход углеродно-нейтрального статуса города от концепции до реального дизайна. Компания CH2M HILL использовала ArcGIS даже для того, чтобы выбрать места складирования строительных материалов на этапе строительства. Альтернативные сценарии размещения стройматериалов могут быть смоделированы так, чтобы подрядчик мог сам выбрать наиболее приемлемый вариант, в том числе для сокращения связанных с транспортом выбросов углекислых газов.

С помощью ГИС стало возможным провести моделирование потребления воды и энергии за 10-летний период, вычерчивая ежемесячную потребность города в этих ресурсах, как географические гистограммы. Переменные отображаются в виде столбиков разной высоты, которые позволяют специалистам по планированию оперативно увидеть все детали. «Это упражнение сразу же выявило несколько логических проблем, что было бы трудно обнаружить при анализе данных в формате электронных таблиц», – говорит МакЭлвани.

Изменения, происходящие в ходе строительства, фиксировались для мониторинга влияния на углеродную нейтральность. В проекте Масдар-Сити есть команда, которая отслеживает использование и повторное использование всего топлива и материалов при строительстве. Она также несет ответственность за ведение журнала любых нарушений природоохранных норм. Члены команды обнаружили, что использование GPS-совместимой камеры для получения фотографий и их передача в ГИС для документирования точного местоположения нарушения позволяет им увидеть, что и где произошло, почему это случилось и какие тенденции намечаются. То есть, важно и возможно отмечать всё, что может повлиять на устойчивое управление, чтобы конечные результаты соответствовали изначальным концепциям и планам.

Инновационные транспортные средства

Масдар-Сити будет использовать прорывные технологии в разработке транспортных средств, которые революционизируют это направление. В городе будет запрещён обычный автомобильный транспорт, Все пассажирские перевозки в его пределах организуются и уже частично реализованы на практике посредством систем автоматического (беспилотного) транспорта PRT (Personal Rapid Transit), представленного управляемыми компьютером такси, работающими на солнечных батареях. 3000 транспортных средств PRT будут осуществлять 130000 поездок каждый день между 85 станциями. А грузовая скоростная система перевозок (Freight Rapid Transit) обеспечит до 5000 поездок в день по транспортировке товаров в городе. ArcGIS сыграла важную роль в визуализации всех маршрутов сети PRT и тестировании прогнозируемого времени ходьбы до станций и между ними. Планировщики перевозок также использовали ArcGIS, чтобы найти оптимальные места для гаражей и парковок, определить оптимальные автомобильные и железнодорожные маршруты между вынесенными за пределы города узловыми пунктами сопряжения PRT с авто- и железными дорогами и объектами в городе. Средствами маршрутизации ГИС были выявлены соответствующие земельные участки и проведена их оценка.

Помимо строительства

В обычных городах аналогичного размера вырабатывается около 1,1 млн. тонн СО₂ в год – 80% дают здания и выработка энергии, 13% – отходы и 7% дают транспортные средства. Масдар-Сити рассчитывает значительно снизить выбросы за счет нулевого уровня углеродов. ArcGIS и в дальнейшем будет использоваться в компьютеризированной системе поддержки управления, которая будет включать фиксацию расположения всех элементов инфраструктуры; газовые трубы; инфраструктуру интеллектуальной сети электропередачи; чистые, серые и черные (канализационные) водопроводные сети и транспортную сеть. В перспективе своего дальнейшего развития общегородская ГИС обеспечит более простое обслуживание всей инфраструктуры, а также отслеживание первичного и повторного использования природных ресурсов и общего углеродного баланса этого функционирующего городского рукотворного эколандшафта. ГИС будет использоваться во всех сферах управления городом, где она станет частью системы поддержания устойчивости и сервисов по обеспечению двухсторонней связи с обществом, информирования жителей об их личном вкладе в общее функционирование города.

В Масдар-Сити планируется возвести комплекс зданий, названный Швейцарской деревней (Swiss Village), в нем разместятся швейцарские компании, занимающиеся разработкой и внедрением чистых технологий. Планирование и моделирование этого комплекса ведется с использованием программного обеспечения CityEngine, включенного в ArcGIS несколько лет назад.

Заключение

Таким образом, этот проект предполагает возведение первого в мире города, обеспечиваемого солнечной энергией, другими возобновляемыми источниками энергии и имеющего устойчивую экологическую среду с минимальными выбросами углекислого газа в атмосферу, а также системой полной переработки отходов городской деятельности.

Масдар-Сити должен стать одним из главных первопроходцев, который будет не только применять передовые технологии, но и развивать и разрабатывать их, демонстрировать преимущества «зеленых» технологий и экспортировать их по всему миру. Ведь этот город – это не просто красивая концепция отдаленного будущего, в течение ряда лет она динамично реализуется на практике и постепенно становится реальностью. Уже сейчас он открыт для посещения и знакомства с очевидными достижениями, для обмена идеями и опытом и даже для выбора мест организованного заселения. У города уже есть свой официальный сайт, см. www.masdarcity.ae. А красочную познавательную информацию о нем можно найти в СМИ и Интернете.

В ходе планирования и строительства городской инфраструктуры, создания дизайна его частей и зданий широко используются методы геодизайна в комбинации с подходом, известным как Информационное моделирование здания (BIM – building information models). А технология ГИС является одним из основных инструментов поддержки проекта Масдар-Сити на всех стадиях его жизненного цикла.