Использование инженерных технологий в градостроительстве известно ещё с Древнего Мира, например, осушение долины реки Нил, с помощью винтовых приспособлений, изобретённых Архимедом. В наши дни жизнь любого населённого пункта немыслима без инженерных систем.
Их отсутствие или поломка сразу переносит население в средние века. От уровня развития инженерных систем зависит уровень комфорта и благополучия города[1]. Это то, что непосредственно влияет на жизнь людей каждый день, от чего зависит напрямую здоровье. Зачастую отсутствие или присутствие некоторых элементов инженерных систем влияет на стоимость объектов.

В данной статье развитие инженерных технологий рассматривается в аспекте их будущего влияния на рисунок проектного полотна[2]. Поэтому рассмотрим только некоторые составляющие внешней системы инженерной инфраструктуры населённых пунктов, а именно:
- система электроснабжения
- теплоснабжение
- газоснабжение
- водоснабжение
- системы отопления
- телекоммуникационные системы.

В электроснабжении все тенденции можно разделить на два потока: альтернативные источники и электросбережение [3]. Альтернативные источники энергии способствуют «расползанию» системы расселения. В советский и постсоветский период жизнь распространялась за электрическими проводами. Теперь, альтернативные источники позволяют не быть привязанным к общей системе электроснабжения. Как у всякой новой технологии много несовершенств, например, в накоплении энергии солнечных батарей, но они уже используются. На сайте institutparisregion.fr уже существует карта с крышами , на которых стоят солнечные батареи. В мастер плане это может проявиться в виде новой карты, где эта информация совмещается с картой электрификации.

Энергосберегающие градостроительные решения включают:
Установление маратория на расширение границ городов в течение 20-30 лет, с целью более рационального использования городских магистральных теплопроводов и других энергосистем;
Включение в генпланы, программы и бизнес-планы застройки жилых кварталов мероприятий по ликвидации сквозных ветрообразующих пространств;
Организацию замкнутых дворовых и внутриквартальных территорий;
Использование естественной теплоты Земли и развитие подземной урбанизации с целью экономии энергоресурсов. В целях энергосбережения необходимо также правильное размещение и взаиморасположение зданий и жилых комплексов, использование защитных свойств рельефа и т.д.

Тенденции в теплоснабжении тоже можно разделить на два больших направления: оптимизация и экономия тепла, извлечение тепла с помощью альтернативных источников.
При использовании теплонасосных технологий (ТНТ) независимо от типа ТН и типа привода компрессора на единицу затраченного исходного топлива потребитель получает в 1,2-2,5 раза больше тепла, чем при прямом сжигании топлива. Столь высокая эффективность достигается тем, что ТН «вовлекает в дело» низкопотенциальное тепло естественного происхождения (тепло грунта, грунтовых вод, природных водоемов, солнечную энергию) и техногенных источников (промышленные отходы, очистные сооружения, вентиляция и т.д.) с температурой от +3 до +40 ОC, т.е. такое тепло, которое не может быть напрямую использовано для теплоснабжения.
Большим преимуществом схем теплоснабжения, создаваемых на базе теплонасосных установок (ТНУ) с электрическим приводом, является их высокая экологическая эффективность. Производство тепла с помощью ТНУ характеризуется весьма значительным энергосберегающим эффектом (20-70% в зависимости от типа ТНУ и замещаемого теплоисточника). Кроме того, оно позволяет приблизить тепловые мощности к местам потребления, т.е. минимизировать протяженность тепловых сетей.

Некоторые исследователи утверждают, что будущее за математическим моделированием графиков работы теплосетей и систем отопления зданий на основе прогнозов погоды. Существует, например, облачная программная технология, разработанная финской компанией Leanheat. По сути это программное обеспечение позволяет в автоматическом режиме оптимизировать работу сети теплоснабжения.

Достойных энергетических конкурентов у газа на данный момент нет. Единственный его недостаток – это конечность ресурса для будущих поколений. Актуальные тенденции: цифровизация газового хозяйства, усовершенствование оборудования, оптимизация расхода. Сейчас внедряется система контроля в газораспределительных пунктах устанавливаются специальные датчики. Сигналы с них поступают на котроллеры, расположенные на объектах. Данные о состоянии оборудования передаются в диспетчерский пункт. Здесь они обрабатываются и архивируются. Их динамика постоянно отслеживается. Эти данные поступают в геоинформационную систему. И отображаются на электронной карте. Суть системы в том, что ситуация на объектах газовых сетей — постоянно под контролем.

Все большее внимание в настоящее время уделяется поиску методов сбора, сбережения и очистки воды. Одни из самых перспективных методов подготовки питьевой воды - мембранные методы: ультрафильтрация и нанофильтрация.

Важный аспект проблемы современного городского водоснабжения – состояние водопроводных сетей, вызывающее дополнительное загрязнение воды и утечки. В мировой практике начинает широко использоваться доочистка воды[4]. Применяются мембранные системы и в домашнем «водоснабжении».

Неразумное использование источников пресной воды может привести к развитию систем генерации воды. Известны способы регенерации воды из воздуха, добыча воды из айсбергов, технологии сбора дождевой воды, и почти фантастические «ловцы облаков».
Самый большой прорыв в области цифровых технологий. Системы Умного дома становятся доступными. От умного дома происходит переход к умному городу.

В целом, «Умный город» можно определить, как интеграцию технологий в окружающую среду, результатом которой является увеличение уровня эффективности процессов во всех областях жизнедеятельности, в целях обеспечения устойчивого развития, безопасности, здоровья населения, а также качества жизни. За основу, позволяющую решать указанные задачи, берется Internet of Things (Интернет вещей, IoT). Установка датчиков, сенсоров и прочих устройств, их взаимосвязь, позволяет аккумулировать большие данные в целях анализа, выявления потребностей жителей, проблемных мест в инфраструктуре города, а также дает возможность системам реагировать на возникающие происшествия в автономном режиме, либо же на основе собранной информации сообщать о случившемся в специализированные службы для ликвидации инцидента и его последствий. Кроме того, сами устройства позволяют реализовывать специфические проекты (например, онлайн выборы), что отражается на повышении уровня жизни.
В рассматриваемый концепт входит множество подсистем в зависимости от целей, которые ставятся в качестве результата интеграции технологий. К таким подсистемам можно отнести в различных вариациях «Умное правительство», «Умная энергетика», «Умная экономика», «Умный транспорт», «Умное образование», «Умные дома» и т.п. Но не один город не может стать по-настоящему «умным» без обеспечения безопасности его населения, в связи с чем в отдельную подсистему и выделяется «Safe city» («Безопасный город»), а в некоторых случаях рассматривается как отдельный концепт, связанный с «Smart city». Система «Безопасного города» может включать в себя решения, касающиеся здравоохранения, регулирования движения транспорта и пешеходов, поиска, наблюдения, идентификации и обнаружения, «кризис-менеджмента», промышленности и энергетики и т.д. К этому числу можно отнести и безопасность в сфере газоснабжения и газопотребления.

В свою очередь, безопасность в «Умном городе» должны обеспечивать специализированные, основанные на IoT-технологиях, устройства, такие как камеры наружного наблюдения с установленной системой распознавания лиц, «умные» светофоры и системы координации трафика, позволяющие реагировать на изменения в городском дорожном движении, а также корректировать скоростной режим в реальном времени. Помимо указанных, могут использоваться устройства, отслеживающие состояние городских систем жизнеобеспечения, промышленных, опасных производственных объектов, а также обычных зданий и помещений.

IoT – это платформа для появления цифровой схемы инженерных сетей, которая в свою очередь станет частью цифрового генерального плана, работающего в режиме реального времени.
В настоящий момент взаимодействие инженерных систем выглядит линейно: водоснабжение переходит в водоотведение и канализацию, потребление продуктов – в отходы, энергетическая сфера часто является источником отходов. И динамика этих взаимодействий, скорее отрицательная. Необходимы глобальные изменения, которые будут направлены на взаимодействие всех инженерных систем, превращая городские системы в одну единую.

С развитием технологий происходит изменение рисунка городской ткани. Первый шаг – «расползание» проектного полотна, образуются «чёрные дыры», они начинают влиять на благополучную территорию. Таким образом территория на 40% используется не эффективно.
Предугадать, каким будет мир через десятилетия очень сложно, но можно осознать, каким мы хоти его видеть, и сделать для этого соответствующие шаги. Эти шаги должны касаться взаимодействия, общего метаболизма всех инженерных систем, их оптимизации, внедрения новых технологий[5].

Все системы будут заложены в один цифровой генеральный план, который может корректироваться в режиме реального времени. Конечно это отразиться и на инертных законодательных процедурах, но подарит больше времени каждому отдельному человеку на жизнь.

Источники:
1. Глазычев В.Л. Урбанистика. 2-е изд., стереотипное. Москва: Издательство «Европа», 2017. 225 с.
2. Лаппо, Г. М. Урбанизация и формирование систем расселения. Москва: Прогресс, 1978. 254 с.
3. Табунщиков Ю. А., Бродач М. М. Математическое моделирование и оптимизация тепловой эффективности зданий. Москва: Авок-Пресс, 2002. 194 с.
4. Lynch, K. The Image of the City / K. Lynch. – Cambridge (USA) : The MIT Press, 1966. 103 с.
5. Stevens, S. Developing Expertise. Architecture and Real Estate in Metropolitan America / S. Stevens. – New Haven ; London : Yale University Press, 2016. 288 с.