Сохранение историко-культурного наследия во многом сопряжено с правильным диагностированием состояния объекта и оценкой геологического риска. Поскольку памятники архитектуры являются объектами опасности, для понимания процесса ее формирования следует оперировать категориальным аппаратом теории надежности, основным понятием которой является пространственно-временная устойчивость. Понятие устойчивости как оценочного критерия состояния природно-технической системы в инженерной геологии появилось в конце 70-х начале 80-х годов. Г.К. Бондарик, рассматривая свойства литосистем, определяет устойчивость как постоянство состояния системы (квазиравновесный режим) или постоянство последовательности смены состояний (квазипериодический режим) [1]. Методологические аспекты устойчивости природно-технических систем разработаны Г.А. Голодсковской, Е.С. Дзекцером, Г.Л. Коффом [2], Р.М. Лобацкой [3], и Г.Р. Хоситашвили [5]. Наиболее корректным представляется определение Р.М. Лобацкой, полагающей, что под устойчивостью следует понимать способность системы адаптироваться к динамическим и статическим нагрузкам в течение всего периода существования зданий и сооружений, изменяющих ювенильный характер геологической среды [3].

Поддержание устойчивости памятников архитектуры является одной из важнейших задач их охраны. Инженерно-технические аспекты консервации и реставрации историко-культурных объектов в настоящее время занимают ведущее положение в различных программах реконструкции и реновации зданий и сооружений. При этом под устойчивостью памятника архитектуры Е.М. Пашкин [4] понимает способность его основных несущих конструкций оказывать сопротивление усилиям, стремящимся вывести его из состояния статического равновесия, возникающим вследствие неравномерной осадки грунтов основания, деформации фундаментов и наземных конструкций. Вполне правомерное рассмотрение объекта реставрации как элемента специфической природно-технической системы (ПТС), включающей взаимосвязанные конструктивные элементы и компоненты окружающей (преимущественно геологической) среды, на наш взгляд, в целом позволяет выявить взаимодействие тех функциональных элементов, которые определяют устойчивость системы.

Памятники архитектуры – исторически развивающиеся открытые динамические системы, более сложные по сравнению с прочими природно-техническими системами. Фактически, они выступают особым состоянием динамики, своеобразным срезом одной из стадий эволюции. Сама же историческая ПТС эволюционирует по принципу перехода от одной относительно устойчивой формы к другой, но с новой уровневой организацией элементов. С течением времени формируются новые уровни организации, причем возникновение каждого нового уровня оказывает воздействие на ранее сформировавшиеся, меняя при этом связи и композицию их элементов. Динамизм подобных систем проявляется прежде всего в том, что все элементы и их взаимодействия подвержены непрерывному и быстрому изменению в исторических процессах функционирования человеческого общества. В настоящее время мы располагаем рядом уникальных памятников архитектуры (Софийский собор в Новгороде, Рождественский собор в Суздале), которые имеют более чем тысячелетний период функционирования. Совершенно ясно, что и оценка устойчивости таких систем требует принципиально новых стратегий.

В настоящее время можно утверждать, что поскольку создание архитектурного памятника связано с процессом активного приспособления к среде, устойчивость исторической ПТС создается преимущественно адаптивными функциями. Следует отметить, что без идеи адаптации понятие устойчивости в общем виде и самоорганизации системы «памятник архитектуры – геологическая среда» лишаются своего смысла. Поэтому сохранение памятника архитектуры оказывается возможным в том случае, когда он оптимально адаптирован к геологической среде. Адаптация осуществляется естественным регулированием энергии, которая в свою очередь контролируется действием внешних факторов окружающей среды, стремящихся разрушить, созданную систему. Чем меньше энергии необходимо расходовать на поддержание устойчивости, при действии определенных внешних возмущений, тем выше и адаптация самой системы. Пройдя значительный временной отрезок и сохранив при этом определенный уровень адаптации, исторические природно-технические системы в полной мере могут быть отнесены к самоорганизующимся (синергетическим) системам. Одной из присущих им особенностей является способность образовывать пространственно-временные структуры, основанные на кооперативных эффектах [6]. В этом случае устойчивость системы во многом обеспечивается за счет самоорганизации в определенные структуры. В синергетике такие устойчивые состояния, на которые «выходит» система и в рамках которых функционирует некоторое время, называются аттракторами [6]. Действительно, исторические природно-технические системы, эволюционирующие в результате смены положительных и отрицательных обратных связей, формируют наиболее устойчивые структуры-аттракторы эволюции. Различные техно-природные и природные процессы предопределили современный облик системы «памятник архитектуры – геологическая среда». Доля участия каждого из этих процессов неодинакова, но каждый из них повлиял на существующий вид памятника архитектуры. Все процессы, независимо от времени их проявления и долевого участия, способствовали созданию пространственных структур-аттракторов. Идея изучения аттракторов как структур, обеспечивающих устойчивость системы, была высказана одним из основоположников теории аттракторов Д. Рюэлем в середине 70-х годов ХХ в.

Анализ поведения отдельных конструктивных элементов исторических ПТС позволил выявить определяющую роль в обеспечении их устойчивости сформированным структурам-аттракторам. Исследования древних распорных систем неоднократно сталкивались с феноменом сохранения устойчивости свода при изменении начальной пространственной структуры, в том числе, утратившего часть вертикальных опор, подпружных арок, воздушных связей и других элементов, безусловно, являющихся принципиальными в начальной теоретической рабочей схеме системы. Следовательно, подсистема «памятник» способна к частичному или полному изменению начальной рабочей схемы за счет самоконструирования структур-аттракторов. К последним, в полной мере можно отнести дублирующие схемы напряженного состояния. Установлено, что крестовый свод, имеющий сплошной опорный контур, при проявлении внешних воздействий, начинает работать по дублирующей схеме, передавая давление и распор на середины контура. Сомкнутый свод при обрушении лотка имеет модель напряжений, не создающую точечных концентраций давления и распора, и соответственно, менее чувствительную к «местным» воздействиям внешней среды.

Исследования напряженного состояния в основании (уплотненном короткими сваями) зданий [7], а также полей плотности и влажности памятников архитектуры (в условиях длительной нагрузки) показали, что зона уплотнения («активная зона») по своей форме близка к сферической. Образования под фундаментом зон Ренкина и треугольной пластической части уплотненного ядра не наблюдается, а перераспределение плотности грунта отвечает седлообразной форме эпюры. Действующие напряжения на границе активной зоны равны обобщенной структурной прочности грунта, а кинематика деформирования резко расходится с принимаемой обычно расчетной схемой Л. Прандля. Самоорганизация в сфере взаимодействия памятника архитектуры с геологической средой приводит к формированию диссипативной структуры. Для подавляющего большинства исторических зданий и сооружений XVI-XVII вв., преодолевших двухсотлетний средний срок сохранности древесины, структура напряженно-деформированного состояния близка к фрактальной, а формирующиеся полости- «стаканы» представляют собой особый тип аттрактора природно-технической системы.

Таким образом, затронутые выше вопросы, связанные с использованием аппарата синергетики и теории аттракторов при характеристике исторических ПТС, позволяют сделать вывод об его эффективности при решении задач прогноза состояния системы. Возможность использования синергетики при оценке устойчивости исторических ПТС направляет стратегию исследований в этой сфере на поиск и описание структур-аттракторов в той мере, в какой они могут быть полезными при решении технологических задач инженерной реставрации.

1. Бондарик Г.К. Общая теория инженерной (физической) геологии. М., Недра, 1981, 252 с.
2. Кофф Г.Л., Кожевина Л.С., Жигалин А.Д. Общие принципы оценки устойчивости городской экосистемы. Геоэкология, 1997, №4, С.54-63.
3. Лобацкая Р.М., Серова Г.Е. К оценке устойчивости геологической среды урбанизированных территорий в сейсмоактивных областях //Прикладная геоэкология, чрезвычайные ситуации, земельный кадастр и мониторинг. 1995, Вып.1, С.34-42.
4. Пашкин Е.М. Инженерно-геологическая диагностика деформаций памятника архитектуры. М., Высшая школа, 1998, 255 с.
5. Хоситашвили Г.Р. Значение понятия «устойчивости» в инженерной геологии. Геоэкология, 1996. №6, С.62-70.
6. Thom R. Stabilite structurelle et morphogenese. Intereditions, Paris, 1972, 382 p.
7. Shakhirev V., Magnan J.-P., Ejjaaouani H.. Etude experimentale du comportement du sol du foncage des pieux // Bull. Lab. Ponts&Chaussees, №206, 1996, P. 95-116