Устойчивость (инженерия и строительство) - Resilience (engineering and construction)

Уцелел дом в Гилкристе, штат Техас, спроектированный для защиты от наводнений Ураган Айк в 2008.

В области проектирования и строительства, устойчивость способность поглощать или избегать повреждений без полного отказа и является целью проектирования, технического обслуживания и восстановления для здания и инфраструктура, а также сообщества.^[1][2][3] Более полное определение заключается в том, что это способность реагировать, поглощать и адаптироваться, а также восстанавливаться в случае разрушительного события.^[4] Ожидается, что устойчивая структура / система / сообщество будет способна противостоять экстремальному событию с минимальными повреждениями и функциональными нарушениями во время события; после события он должен иметь возможность быстро восстановить свои функциональные возможности, аналогичные или даже лучше, чем уровень до события.

Концепция устойчивости зародилась в инженерии, а затем постепенно применялась в других областях. Это связано с уязвимостью. Оба термина относятся к возмущению события, что означает, что система / инфраструктура / сообщество могут быть более уязвимыми или менее устойчивыми к одному событию, чем к другому. Однако они не совпадают. Одно очевидное отличие состоит в том, что уязвимость фокусируется на оценке уязвимости системы на этапе, предшествующем событию; устойчивость подчеркивает динамические характеристики на этапах до, во время и после события.^[5]

Устойчивость - это многогранное свойство, охватывающее четыре измерения: техническое, организационное, социальное и экономическое.^[6] Следовательно, использование одного показателя не может быть репрезентативным для описания и количественной оценки устойчивости. В инженерии устойчивость характеризуется четырьмя Р: надежность, избыточность, находчивость и быстрота. В текущих исследованиях разработаны различные способы количественной оценки устойчивости по множеству аспектов, таких как функциональные и социально-экономические аспекты.^[5]

Уравнения

Первый влиятельный количественный показатель устойчивости, основанный на кривой восстановления функциональности, был предложен Бруно и др.,^[6] где устойчивость количественно определяется как потеря устойчивости следующим образом.

${\displaystyle R_{L}=\int _{t_{0}}^{t_{f}}[100\%-Q(t)]dt}$

куда ${\displaystyle Q(t)}$ функциональность на время ${\displaystyle t}$; ${\displaystyle t_{0}}$ время наступления события; ${\displaystyle t_{f}}$ время, когда функциональность полностью восстанавливается.

Потеря устойчивости - это показатель только положительного значения. Его преимущество заключается в том, что он легко распространяется на различные структуры, инфраструктуры и сообщества. Это определение предполагает, что функциональные возможности на 100% выполняются до события и в конечном итоге будут восстановлены до полной функциональности на 100%. На практике это может быть не так. Система может частично функционировать во время урагана и не может быть полностью восстановлена ​​из-за неэкономичного соотношения затрат и выгод.

Индекс устойчивости - это нормализованный показатель от 0 до 1, вычисляемый по кривой восстановления функциональности.^[7]

${\displaystyle R={\frac {\int _{t_{0}}^{t_{h}}Q(t)dt}{t_{h}-t_{0}}}}$

куда ${\displaystyle Q(t)}$ функциональность на время ${\displaystyle t}$; ${\displaystyle t_{0}}$ время наступления события; ${\displaystyle t_{h}}$ интересующий временной горизонт.

История

Томас Тредголд была введена концепция устойчивости в 1818 году в Англии.^[8] Этот термин использовался для описания свойства прочности древесины, поскольку балки изгибались и деформировались для выдерживания большой нагрузки. Тредголд обнаружил, что древесина прочная и не горит, несмотря на то, что она была посажена в плохих почвенных условиях и в открытом климате.^[9] Затем в 1856 году Маллетт уточнил устойчивость в зависимости от способности конкретных материалов противостоять определенным возмущениям. Эти определения могут использоваться в инженерной устойчивости из-за применения одного материала, который имеет стабильный режим равновесия, а не сложной адаптивной устойчивости более крупных систем.^[8][10]

В своей статье Устойчивость и устойчивость экологических систем (1973), К.С. Холлинг впервые исследовал тему устойчивости через ее применение в области экологии. Экологическая устойчивость была определена как «мера устойчивости систем и их способности поглощать изменения и нарушения и при этом поддерживать те же отношения между переменными состояния».^[11] Холлинг обнаружил, что такую ​​основу можно применить к другим формам устойчивости. Приложение к экосистемам позже использовалось для привлечения других способов человеческих, культурных и социальных приложений. Случайные события, описанные Холлингом, являются не только климатическими, но и нестабильность нейтральных систем может происходить из-за воздействия пожаров, изменений в лесном сообществе или процесса рыболовства. С другой стороны, устойчивость - это способность системы вернуться в состояние равновесия после временного нарушения. Следует изучать множественные государственные системы, а не объекты, поскольку мир представляет собой неоднородное пространство с различными биологическими, физическими и химическими характеристиками.^[12]

Смотрите также

• Городская устойчивость

Примечания и ссылки

1. «Мотивация бизнеса к созданию более устойчивой нации, по одному зданию за раз» (Пресс-релиз). Альбукерке, Нью-Мексико: Sandia Natiional Laboratories. 23 июля 2013 г.. Получено 2019-07-03.
2. Дженнингс, Барбара Дж .; Вугрин, Эрик Д .; Беласич, Дебора К. (2013). «Сертификация устойчивости коммерческих зданий: исследование мнений заинтересованных сторон». Системы и решения окружающей среды. 33 (2): 184–194. Дои:10.1007 / s10669-013-9440-у. S2CID  108560144.
3. Эррера, Мануэль; Авраам, Эдо; Стоянов, Иван (13.02.2016). «Теоретико-графическая основа для оценки устойчивости секторных водораспределительных сетей». Управление водными ресурсами. 30 (5): 1685–1699. Дои:10.1007 / s11269-016-1245-6. ISSN  0920-4741.
4. https://www.resilienceshift.org/work-with-us/faqs/
5. Сунь, Вэньцзюань; Боккини, Паоло; Дэвисон, Брайан (2018). «Метрики устойчивости и методы измерения транспортной инфраструктуры: современное состояние». Устойчивая и отказоустойчивая инфраструктура. 5 (3): 1–32. Дои:10.1080/23789689.2018.1448663. S2CID  134122217.
6. Бруно, Мишель; Чанг, Стефани Э .; Eguchi, Ronald T .; Ли, Джордж С .; О’Рурк, Томас Д .; Рейнхорн, Андрей М .; Шинозука, Масанобу; Тирни, Кэтлин; Уоллес, Уильям А. (ноябрь 2003 г.). «Структура для количественной оценки и повышения сейсмической устойчивости сообществ». Спектры землетрясений. 19 (4): 733–752. Дои:10.1193/1.1623497. ISSN  8755-2930. S2CID  1763825.
7. Reed, D.A .; Kapur, K.C .; Кристи, Р. Д. (июнь 2009 г.). «Методология оценки устойчивости сетевой инфраструктуры». Системный журнал IEEE. 3 (2): 174–180. Bibcode:2009ISysJ ... 3..174R. Дои:10.1109 / jsyst.2009.2017396. ISSN  1932-8184. S2CID  29876318.
8. Бахо, Дидье; Аллен, Крейг; Гарместани, Ахджонд; Фрид-Петерсен, Ханна; Ренес, София; Гундерсон, Лэнс; Ангелер, Дэвид (30.08.2017). «Количественная основа для оценки экологической устойчивости». Экология и общество. 22 (3): 1–17. Дои:10.5751 / ES-09427-220317. ISSN  1708-3087. ЧВК  5759782. PMID  29333174.
9. Тредголд, мистер Томас (1818-03-01). «XXXVII. О поперечной прочности и упругости древесины». Философский журнал. 51 (239): 214–216. Дои:10.1080/14786441808637536. ISSN  1941-5796.
10. Гонг, Цзянь; Вы, Fengqi (2018). «Устойчивое проектирование и работа технологических систем: нелинейная адаптивная модель робастной оптимизации и алгоритм для анализа и повышения устойчивости». Компьютеры и химическая инженерия. 116: 231–252. Дои:10.1016 / j.compchemeng.2017.11.002.
11. Хасслер, Юта; Колер, Никлаус (04.03.2014). «Устойчивость в искусственной среде». Строительные исследования и информация. 42 (2): 119–129. Дои:10.1080/09613218.2014.873593. ISSN  0961-3218. S2CID  110284804.
12. Холлинг, К.С. (сентябрь 1973 г.). «УСТОЙЧИВОСТЬ И УСТОЙЧИВОСТЬ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ» (PDF).