مقاله چالش ها و راهکارهای پیش روی مهندسان سازه برای طراحی پایدار

بخشی از مقاله

چکیده

معنی لغوی توسعه پایدار زنده نگهداشتن، ادامه مستمر و آنچه که میتواند در آینده تداوم داشته باشد است. مفهوم توسعه پایدار یک تغییر مهم در فهم رابطه انسان و طبیعت و انسانها با یکدیگر میباشد. این مسأله با دیدگاه دو قرن گذشته انسان ×که بر پایه جدایی موضوعات محیطی اجتماعی و اقتصادی شکل گرفته بود در تضاد است. امروزه با افزایش روزافزون جمعیت در دنیا به ویژه درکشورهای در حال توسعه، نیاز مبرم به برآورده ساختن نیازهای اولیه در صنعت ساخت و ساز و از طرفی دفع مواد زائد موجود برای کاهش میزان آلایندههای محیط زیستی وجود دارد.

محدودیت منابع طبیعی و آلوده شدن محیط زیست از جمله مهمترین مسائل پیش روی مهندسین عمران میباشد. در میان چالشهای مهمی که مهندسین سازه در قرن 21 با آنها روبه رو هستند باید چالشهای زیست محیطی جهانی را به عنوان یک اولویت در نظر گرفت. در یک سیاره با منابع طبیعی محدود و با روند رو به رشد در ساخت و ساز، مهندسین باید پایدارسازی اقتصادی و اجتماعی در طراحی سازهها را در نظر بگیرند و برای رسیدن به یک محیط زیست پایدار، در هر مرحله از این فرآیند نقش داشته باشند. این مقاله به بررسی این موضوع پرداخته و راهکارهای توسعه پایدار را مطرح میکند.

-1 مقدمه

امروزه مهندسین در طراحیهای خود باید به استفاده هرچه بیشتر از انرژیهای تجدیدپذیر مانند انرژی خورشیدی و بادی و همچنین روشهای بازیافت و استفاده مجدد از مواد مصرفی که از جمله راهکارهای حفظ منابع طبیعی و توسعه پایدار است توجه داشته باشند. برای پرداختن به اهمیت زیاد پایدارسازی برای مهندسین سازه، این مقاله به سه بخش تقسیم شده است که در ادامه به شرح هریک پرداخته می‏شود.

-1-1   اثرات زیست محیطی جهانی: 

طبق آمار برخی برخی کشورهای پیشرفته، صنعت ساختمان حدود 40 درصد از منابع طبیعی استخراجی، 17 درصد از برق و 12 درصد از آب آشامیدنی را مورد استفاده قرار می دهد و حدود 45 الی 65 درصد زبالهها را تولید میکند. نزدیک به 50 درصد هزینههای مربوط به انرژی در کشورهای توسعه یافته در بخش ساخت و ساز و فرآیندهای پس از ساخت صرف می شود. صنعت ساخت از لحاظ تولید گازهای گلخانه ای در رتبه نخست قرار دارد. گرایش به مصرف بتن و فولاد در طراحی سازه- ها، در سراسر جهان روند رو به رشد اثرات زیست محیطی را نشان میدهد. همچنین انتشار گازهای گلخانهای ناشی از مصالح سازهای به یک نگرانی جهانی تبدیل شده که همهی مهندسین سازه باید آن را در نظر بگیرند.

-2-1  راهحلهای موجود: 

اقدامات زیادی وجود دارد که هر مهندس سازه میتواند برای کاهش اثرات زیست محیطی در طراحی سازه ها انجام دهد. علاوه بر این، مهندسانی که از ضرورت مسائل زیست محیطی در ساخت و ساز آگاه میباشند روبه رشد است. در این بخش چندین گزینه که امروزه در دسترس می باشد برای مهندسین علاقهمند به کاهش اثرات زیست محیطی ارائه شدهاست.

-3-1  چالشهای آینده: 

اگرچه برای کاهش اثرات زیست محیطی ساخت و ساز، راهحلهای کوتاه مدتی وجود دارد، چالشهای مهم و قابل توجهی در بلند مدت هستند که به طور حرفهای باید به آنها پرداخته شود. در مواجه با این چالشها، مهندسین میتوانند یک نقش مدیریتی در موضوعات با اهمیت جهانی ایفا کنند. به طور خلاصه، در این مقاله چالشهای پایدارسازی جهانی در مواجه با حرفهی مهندسی سازه و پاسخهای احتمالی پیشنهادی بررسی میگردد. نتیجه نشان میدهد که مهندسی سازه اثرات زیست محیطی جهانی بزرگی دارد و این حرفه باید تلاش جدی تری داشته باشد تا راهحلهایی برای جامعه ارائه دهد. پایدار سازی هرچه بیشتر محیط زیست هم در جهت منافع کاری و هم در جهت منافع نسلهای آینده میباشد.

-2 اثرات زیست محیطی جهانی: 

منابع طبیعی موجود در جهان محدود میباشد و جمعیت انسانی رشد روز افزون داشته و همچنین سرانه مصرف منابع افزایش مییابد. این موضوع به طور نامحدود نمیتواند ادامه داشته باشد. در سال 1974، یک مطالعه مهم توسط یک گروه تحقیقاتی چند رشتهای در دانشگاه MIT، طرحهای مختلف جهانی را با توجه به طیف گستردهی از فرضیات اقتصادی، اجتماعی و تکنولوژیک که ممکن است رخ دهد، را بررسی کرده است.[2] تقریبا تمامی طرحهای احتمالی از بین رفتن منابع طبیعی و به دنبال آن واژگونی حیات بشری و کاهش کیفیت زندگی را در آینده پیش بینی میکند.

به تازگی در یک به روز رسانی 30 ساله نتایج کلیدی حاصل از این تحقیق به تایید رسیده است و چالشهای سخت در پیش روی جامعه جهانی به وضوح قابل مشاهده است .[3] افزایش سطح گازهای گلخانهای، افزایش جهانی دمای هوا، افزایش سطح آب دریا و کاهش چشمگیر منابع، همه در اثر افزایش نرخ مصرف در سی سال اخیر میباشد. نیاز روز افزون برای رسیدگی به این چالشها در یک دهه گذشته قابل قبولتر شده است و مهندسین عمران در این بازی نقش مهمی دارند. در سال 1987 توسعهی پایدار بصورت "نیازهای کنونی بدون به مخاطره انداختن توانایی نسل آینده برای نیازهای خود" تعریف شده است. مفهوم پایداری یک استاندارد اخلاقی و یک هدف برای دولت و صنعت تبدیل شدهاست.

[4] اگر چه مهندسین عمران در دهه های اخیر مدیریت جهانی را در مورد این موضوع نپدیرفتهاند، اما روشن است که مهندسی عمران نقش اساسی در دستیابی به توسعه پایدار در آینده دارد.[5] بیش از دویست سال گذشته تعریف مهندسی عمران از "هدایت منابع موجود در طبیعت برای استفاده و آسودگی بشر" [6] به یک تعریف جدید که"مهندسین عمران نگهبانان محیط زیست طبیعی هستند" رسیده است.

[7] این تغییر نشان میدهد که تغییرات اساسی در روابط بین مهندسی عمران و طبیعت ایجاد شدهاست. در واقع بشر و طبیعت دو نهاد جدا از هم نیستند. انتشار گازهای گلخانهای ناشی از مصالح سازهای به عنوان یک نگرانی جهانی اولیه است که باید مهندسین سازه آن را در نظر داشته باشند. روند مصرف فولاد و بتن در سراسر جهان در طراحی سازهها، روند رو به رشد اثرات زیست محیطی را نشان میدهد که در شکل 1 نشان داده شده است.

تولید سیمان پرتلند در کمتر از سی سال گذشته، دو برابر شده است و پیش بینی میشود این رشد نمایی به همین صورت در قرن بعد هم ادامه داشته باشد ب8ب. علاوه بر این، هر تن سیمان منجر به تولید یک تن گاز دی اکسید کربن میشود که در نتیجه صنعت تولیدسیمان به تنهایی حدوداً %7 گازهای گلخانهای را تولید میکند. دولتها در سراسر جهان به دنبال کاهش تولید گازهای گلخانهای و در تلاش برای کاهش گرم شدن زمین میباشند. به عنوان مثال، انگلستان متعهد گردیده تا انتشار گاز گلخانهای را تا سال 2050 به میزان %60 کاهش دهد . صنعت ساخت و ساز در تولید درصد زیادی از گازهای گلخانهای مسئول میباشد. بنابراین برای کاهش جهانی انتشار کربن نیاز به تاکید قوی بر پیشرفت و بهبود پایداری در مهندسی عمران می باشد.

-3 راهحلهای موجود: 

روش های زیادی در طراحی سازه ها وجود دارد که هر مهندس سازه میتواند برای کاهش اثرات زیست محیطی انجام دهد. علاوه بر این، مهندسینی که از ضرورت مسائل زیست محیطی در ساخت و ساز آگاه میباشند روبه رشد است. در ده سال گذشته، تقاضای عموم مردم برای سیستم رتبه بندی LEED، که توسط انجمن ساختمان سازی سبز ایالت متحده آمریکا توسعه یافته، ایجاد شده است روندی افزایشی را از خود نشان داده است. این بخش گزینههای متعددی را برای مهندسین علاقمند به کاهش اثرات زیست محیطی، که امروزه در دسترس میباشند، ارائه میکند.

-1-3  بهبود عملکرد چرخه زندگی:

در حال حاضر اکثر ساخت و سازها با حداقل هزینهی اولیه نسبت به هزینههای کل زندگی طراحی میگردند. به عنوان مثال، در مورد پلها، هزینههای تعمیر و نگهداری و تخریب ،اغلب موارد از هزینهی ساخت و ساز اولیه بالاتر میباشد، با این حال مهندسان به ندرت هزینههای تمامی عمر سازه را هم در نظر می گیرند. افزایشی کوچک در هزینهی اولیه میتواند به طور چشمگیری کاهش هزینههای عملکردی سازه را در مدت عمر مفید سازه با کاهش تعمیرات و خرابیها داشته باشد و استفاده مجدد در انتهای عمر آن نیز فراهم گردد.