Обоснование рациональности этапности развития железнодорожных станций

Проблематика транспортных систем

2. Организация движения грузовых поездов по графиковым расписаниям является сложной комплексной задачей: с одной стороны, нужно, наконец, разработать и осуществить комплекс мер по созданию нормативных графиков, которые возможно реализовать не только на бумаге; с другой - суметь организовать все причастные к обеспечению движения поездов структуры для выполнения реального нормативного графика движения.

Библиографический список

1. К твёрдым ниткам / В. Гапанович // Гудок. -2011. - № 113 (24833), 4 июля. -С. 1, 4.

2. Об обеспечении выполнения графика дви-

жения грузовых поездов : протокол заседания НТС ОАО РЖД 10 от 26.11.2010 г. - М. : ОАО

РЖД, 2010.

3. О создании информационных технологий организации движения грузовых поездов по графиковым расписаниям / А. Г. Котенко, Г. М. Гро -шев // Интеллектуальные системы на транспорте : материалы Первой Международной научнопрактической конференции «Интеллекттранс-2011». - СПб. : Петербургский гос. ун-т путей сообщения, 2011. - С. 183-191.

4. Инструкция по составлению графика движения поездов на сети железных дорог РФ. ЦД/215 : утв. М-вом путей сообщения Рос. Федерации 15.12.93. - М., 1994.

5. Инструкция по учёту выполнения графика движения пассажирских, пригородных и грузовых поездов. ЦЧУ/919 : утв. М-вом путей сообщения Рос. Федерации 30.09.02. - М., 2002.

6. Интеллектуальная система поддержки принятия решений для дежурных по станциям как дополнительный фактор обеспечения безопасности движения / Г. М. Грошев, И. В. Кашицкий // Труды Всероссийской научнопрактической конференции «Транспорт-2011» (май 2011 г.) : в 3 ч. Ч. 1. Естественные и технические науки. - Ростов н/Д. : Ростовский гос. ун-т путей сообщения, 2011. - С. 231-233.

7. Цикл безопасности / О. Копысов // Гудок. - 2011. - № 196 (24916), 27 окт. - С. 5.

8. Типовые требования к регистрации, отображению, прогнозированию, учёту и анализу движения поездов в автоматизированных системах диспетчерского контроля и управления (ДК, ДЦ) на диспетчерских участках и в железнодорожных узлах : руководящий документ / Г. М. Грошев, А. С. Башилов, В. В. Ипатов : утв. М-вом путей сообщения Рос. Федерации 25.06.99. - М. : МПС РФ, 1999. - 78 с.

УДК 656.21

Ю. И. Ефименко, В. Л. Белозёров, М. В. Четчуев

Петербургский государственный университет путей сообщения

ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНОСТИ ЭТАПНОСТИ РАЗВИТИЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ СТАНЦИЙ

Рассмотрены вопросы теории и практики, связанные с этапностью развития железнодорожных станций в условиях рыночной экономики.

железнодорожная станция, техническое состояние, этапность изменения технического состояния.

ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС

2012/2

12

Проблематика транспортных систем

Введение

На всех этапах развития железнодорожного транспорта наблюдаются дефицит капитальных вложений и недостаточная мощность строительных подразделений, осуществляющих работы по усилению транспортной инфраструктуры, важнейшими элементами которой являются железнодорожные станции и узлы. Основным методом эффективного использования материальных и трудовых ресурсов в этих условиях является реализация проектных решений по очередям, что позволяет вводить в эксплуатацию отдельные комплексы и устройства последовательно, обеспечивая поэтапное усиление пропускной и перерабатывающей способности.

1 Основные понятия и определения

В практике проектирования в настоящее время используются понятия «очерёдность развития» и «этапность производства строительных работ», в то время как в экономической литературе, в том числе в официальных методиках и рекомендациях, приняты понятия «одноэтапные и многоэтапные капитальные вложения», относящиеся к затратам, которым соответствуют одна или несколько очередей. Для приведения в соответствие указанных понятий, на наш взгляд, назрела необходимость ввести в официальном порядке термины «этапность развития» и «очерёдность производства строительных работ», что восстановит историческую преемственность, поскольку в первых технических условиях проектирования станций

[1], [2] использовалось понятие «этап развития». С учётом изложенного, в дальнейшем вместо термина «очерёдность» будет использоваться термин «этапность развития», что и наблюдается во всех последних научных исследованиях по этому вопросу.

В годы плановой экономики в СССР необходимость развития станций была обусловлена непрерывным ростом объёмов перевозочной работы. С начала 1990-х гг. при обосновании рационального технического

состояния станций в условиях рыночной экономики возникла новая проблема - необходимость обоснования решений как в периоды роста объёмов перевозок, так и при их спаде. Поэтому вместо понятия «этапность развития» признано целесообразным использовать более общее понятие - «этапность изменения технического состояния станции», подразумевающее как наращивание мощности станционных устройств при росте размеров движения, так и её снижение (разборку или консервацию части путей, отдельных парков, а в некоторых случаях - одной из систем сортировочной станций) в периоды устойчивого спада размеров движения.

Таким образом, одним из аргументов обоснования рациональности этапности развития (изменения технического состояния) станций в условиях рыночной экономики стал учёт периодических подъёмов и спадов размеров их работы. При этом более важным следует признать другой аргумент - своевременное увеличение пропускной (перерабатывающей) способности при росте объёмов работы, поскольку её дефицит будет вызывать сбои в работе станций и прилегающих участков, в то время как избыток пропускной способности, возникающий из-за спада объёмов работы, такой опасности не содержит, а только вызывает нерациональные затраты на содержание избытка мощности устройств.

Необходимо отметить, что в последнее время решаются в основном оптимизационные задачи, варианты решений которых, называемые «оптимальными», строго говоря, таковыми не являются, поскольку определяют лучший из ограниченного числа намеченных вариантов. Такой вариант точнее именовать не оптимальным, а наиболее рациональным.

2 Выбор критерия эффективности

Основное преимущество многоэтапного развития объекта по сравнению с достижением той же мощности устройств за один этап заключается в возможности отсрочки

2012/2

Proceedings of Petersburg Transport University

Проблематика транспортных систем

13

части капитальных вложений. Влияние этого фактора учитывается с помощью коэф -фициента дисконтирования затрат, позволяющего приводить затраты любого года t к началу расчётного периода:

1

at =----------

t (1 + E у

где Е - норма дисконта.

Однако многоэтапное развитие объекта по сравнению с одноэтапным имеет и существенные недостатки, заключающиеся:

- в необходимости повторной организации строительства;

- появлении так называемых бросовых работ и затрат;

- удорожании строительства из-за выполнения части работ рядом с действующими путями или на самих путях после прекращения движения;

- удорожании работ из-за выполнения их с применением неоптимальных средств механизации или вручную;

- увеличении общей продолжительности строительства из-за ожидания «окон» для производства работ, что адекватно удорожанию строительства;

- создании помех в эксплуатационной работе станции из-за временного закрытия на период производства строительных работ отдельных путей, элементов горловин, а в некоторых случаях - целых парков и даже всей станции (при организации скоростного строительства), что влечёт за собой большие потери, связанные с задержками поездов, увеличением простоя вагонов на станции, направлением части поездов кружностью и др.

Уменьшение числа (укрупнение) этапов приводит к смягчению влияния указанных недостатков.

Этапному развитию станций всегда способствовал и тот факт, что их наличная пропускная (перерабатывающая) способность может быть увеличена только дискретно (скачкообразно) за счёт реализации тех или иных мероприятий, в то время как требуемая пропускная способность, определяемая объёмами перевозочной работы, изменяется непрерывно.

В соответствии с методическими рекомендациями по оценке инвестиционных проектов на железнодорожном транспорте

[3], в качестве критерия эффективности при обосновании рациональности этапности развития станций принимают минимум приведённых строительно-эксплуатационных затрат за расчётный период:

Э = £ К t at +

t=0 t=0

где Kt и Ct - соответственно капиталовложения и эксплуатационные расходы (текущие затраты) t-го года эксплуатации; T- горизонт расчёта; у - доля налоговых отчислений от прибыли, которая при расчёте народнохозяйственной эффективности принимается равной нулю.

3 Основные положения обоснования рациональности этапности на базе динамического программирования

Для выбора рациональной этапности изменения технического состояния железнодорожных станций целесообразно использовать метод динамического программирования [4].

При использовании этого метода проектируемая станция рассматривается как физическая система S, состояние которой

S. характеризуется набором параметров, являющихся показателями её технического состояния и технологического обеспечения. Система взаимодействует с потоком транспортных единиц N(к), состоящим из нескольких категорий поездов (пассажирских, грузовых транзитных, перерабатываемых и др.).

Система S. является управляемой, т. е. имеется возможность влиять на ее параметры, придавая им новые значения. Изменение или сохранение технического состояния станции в момент t называется переходом или управлением U}.(t), в результате которого станция переходит из одного состояния в другое (j Ф i) или остаётся без изменений j = i).

ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС

2012/2

14

Проблематика транспортных систем

Каждому состоянию станции S. и году эксплуатации t, определяющему поток поездов Nt (k), соответствует набор показателей её работы (пробеги и простои подвижного состава, затраты маневровых средств, содержание инфраструктуры и др.), денежное выражение совокупности которых составляет годовые эксплуатационные расходы Ct , являющиеся частью критерия эффективности. Переход станции из одного состояния S. в другое S. (j Ф i) сопряжен с необходимостью капитальных вложений K , составляющих вторую часть критерия эффективности.

Под оптимизацией этапности изменения технического состояния на основе метода динамического программирования понимается поиск такого набора управляющих действий Uj(t) (i = 1, 2, ..., n; j = 1, 2, ..., n; t = 1, 2,..., T), который обеспечил бы за расчётный период Т минимум критерия эффективности, определяемого согласно (2).

Для решения задачи обоснования рациональности этапности развития вначале необходимо наметить варианты технического состояния станции S1, S2, ..., Sn, нумеруемые так, чтобы наличная пропускная (перерабатывающая) способность в каждом последующем варианте была больше, чем в предыдущем (NHj > N ).

Известно, что в основе метода динамического программирования лежит разбиение вычислительного процесса на отдельные шаги [4], что позволяет заменить совместную оптимизацию параметров на всём протяжении расчётного периода T последовательной оптимизацией на каждом шаге. В пределах каждого шага вычислений определяется набор условно-оптимальных переходов, а после определения условно оптимальных переходов на последнем шаге наилучший вариант изменения технического состояния системы в течение всего периода Т находится путём прохождения в обратном направлении по найденным условно-оптимальным переходам.

Пошаговый расчёт критерия эффективности и определения условно оптимальных переходов осуществляется на основе рекуррентного соотношения

Э7 = min^ + АЭ,j (Uj));

i = 1, 2, ...,n),

где Э™т - минимальное значение суммарных строительно-эксплуатационных расходов в год t для достижения к тому же году состояния S; Эопт - то же, в год t - 1 для состояния

S.; ДЭ (U) - приращение критерия эффективности в год t при переходе из состояния S в состояние S;

ij

АЭГ j

Для наглядности процесс пошагового определения условно оптимальных переходов можно представить в виде графа переходов, в узлах которого проставляются значения критерия эффективности, а на соединяющих узлы дугах - значения приращения этого критерия на соответствующих шагах.

Год, в который ввод очередного этапа t* при растущих объёмах работы целесообразен, определяется в соответствии с рис. 1 из неравенства

К 2 — j at* + Ct*,2 at* + Ct*+1, j at*+1 <

j , ,j

< Ct*,2at* + Кi——jat*+1 + Ct*+1,2at*+1,

которое, после сокращения подобных членов, приобретает вид

К2—j

При постоянной норме дисконта получим

Кi—jE < Ct*+1,2 Ct*+1, j.

Срок выгодности снижения мощности станционных устройств за счёт исключения из эксплуатации их части при устойчивом спаде объёмов работы определяется в соответствии с расчётной схемой, представленной на рис. 2, из неравенства

К j—i at* + Ct *, j at* + Ct*+1,i at*+1 <

< Ct*,jat* + К j—iat*+1 + Ct*+1,jat*+1.

2012/2

Proceedings of Petersburg Transport University

Проблематика транспортных систем

15

Рис. 1. Расчётная схема для определения срока целесообразности ввода очередного этапа при растущих объёмах работы

Рис. 2. Расчётная схема для определения срока целесообразности снижения мощности станционных устройств при спаде объёмов работы

После сокращения подобных членов неравенство при постоянной норме дисконта принимает вид

Кj— Ct*+1,j - Ct*+i,i.

Полученный из выражений (5) и (9) срок целесообразности увеличения или снижения мощности станционных устройств является единственным и всякое отклонение от него как в одну, так и в другую сторону приводит к увеличению приведённых затрат. Этот срок соответствует объёму работы N(k), при котором экономически це-

лесообразно менять техническое состояние станции.

В соответствии с неравенствами (5) - (9) наиболее рациональным вариантом технического состояния в любой год расчётного периода (в том числе и в его конце) при растущих объёмах работы будет вариант с наибольшим уровнем пропускной (перерабатывающей) способности, для которого условно оптимальным переходом является сохранение этого варианта. При устойчивом снижении объёмов работы таким будет вариант с наименьшим уровнем пропускной способности, при котором обеспечивается устойчивая работа станции.

ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС

2012/2

16

Проблематика транспортных систем

Эти выводы подтверждаются, если для оценки разных вариантов технического состояния в конце расчётного периода использовать предложенный В. Н. Лившицем [5] способ учёта различия между вариантами, заключающийся в вычитании из выражения (2) остаточной стоимости фондов Кот, приведённой к началу расчётного периода. В этом случае критерий эффективности примет вид

Э°7 = min

t=0 t=0

4 Вопросы обоснования рациональности этапности изменения технического состояния станции в современных условиях

На основании вышесказанного можно сделать вывод о том, что в случаях устойчивого роста или спада работы станции обоснование рациональности этапности изменения их технического состояния особых трудностей не вызывает. Трудности возникают в основном в переходные периоды от роста размеров работы к спаду и наоборот - от спада к росту. И здесь решающую роль играет продолжительность таких периодов.

В переходный период от роста размеров движения к спаду необходимо определить наиболее целесообразный максимальный уровень технического состояния, после которого может наступить необходимость его снижения. Что касается переходного периода от спада объёмов работы к их росту, то здесь задача заключается в том, чтобы определить тот уровень технического состояния, который выгодно сохранить, несмотря на продолжающееся снижение размеров движения, чтобы после начала их роста иметь запас времени до момента целесообразности наращивания мощности станционных устройств. Применительно к обоснованию рациональности путевого развития технических станций этот вопрос уже рассматривался [6], и предложенная методика может быть использована для обоснования под-

держания рационального технического состояния других устройств станций.

Наиболее сложную проблему в обосновании рациональности этапности представляет неопределённость исходной информации, обусловленная неточностью прогноза объёмов работы, цен на строительные работы и нормативов эксплуатационных расходов.

При растущих размерах движения из условия целесообразности ввода очередного этапа (5) известен объём работы N , при котором это условие соблюдается. При точно известных значениях капитальных вложений и эксплуатационных расходов в неравенстве (5) и интервальном прогнозе объёмов работы год, когда переход от i-го к j-му этапу развития целесообразен и будет находиться между t*. и t* (рис. 3) и этот интервал времени

будет являться зоной неопределённости переходов тн п. Аналогично образуется зона неопределённости переходов при точном прогнозе объёмов работы Nt = f (t) и разбросе стоимости строительства или эксплуатационных расходов, определяющем минимальные Nmin и максимальные Nmax значения

i^j i^ j

объёмов работы, при которых целесообразен ввод очередного этапа (рис. 4).

Рис. 3. Схема образования зоны неопределённости переходов при интервальном прогнозе объёмов работы

2012/2

Proceedings of Petersburg Transport University

Проблематика транспортных систем

17

Рис. 4. Схема образования зоны неопределенности переходов при точном прогнозе объёмов работы и колебаниях границ целесообразности перехода к очередному этапу

В реальных условиях, когда прогнозные объёмы работы находятся между кривыми Ntmax = f (t) и N™m = f (t), а границы объёмов работы, при которых эффективен ввод очередного этапа, - между N™j и N™j, зона неопределённости переходов увеличивается (рис. 5).

Рис. 5. Схема образования зоны неопределённости переходов при интервальном прогнозе объёмов работы и границ целесообразности перехода к очередному этапу развития

Наиболее эффективным способом уменьшения зоны неопределённости переходов является регулярный мониторинг соответствия технического состояния станции объёмам выполняемой работы [7], который станет возможным только при внедрении системы автоматизированного проектирования железнодорожных станций САПР ЖС.

Заключение

Приведённые в статье материалы свидетельствуют о сложностях обоснования рациональности этапности развития железнодорожных станций в условиях рыночной экономики. Эти условия характеризуются чередованием периодических подъёмов и спадов объёмов перевозочной работы и значительным влиянием фактора неопределённости исходной информации. Для преодоления возникающих трудностей могут быть использованы предлагаемые решения.

Библиографический список

1. Технические условия проектирования станций для дорог нормальной колеи. - М. : Транспечать, 1926.- 39 с.

2. Технические условия проектирования станций для дорог нормальной колеи. - М. : Госжелдориздат, 1933. - 128 с.

3. Методические рекомендации по оценке инвестиционных проектов на железнодорожном транспорте. - М. : МПС РФ, 1998. -105 с.

4. Динамическое программирование / Р Белл-ман ; пер. с англ. - М. : Изд-во иностранной литературы, 1960. - 400 с.

5. Выбор оптимальных решений в техникоэкономических расчётах / В. Н. Лившиц. - М. : Экономика, 1971. - 255 с.

6. Оптимизация путевого развития технических станций в условиях рыночной экономики / Ю. И. Ефименко, Н. В. Тулякова // Совершенствование эксплуатационной работы железных дорог в современных условиях : межвуз. сб. науч. тр. -СПб., 1999. - С. 115-121.

ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС

2012/2

18

Проблематика транспортных систем

7. Проблемы повышения точности проектных решений при обосновании рациональной этапности развития железнодорожных станций / Ю. И. Ефименко, М. В. Четчуев ; ред.

Ю. И. Ефименко // Актуальные проблемы управления перевозочным процессом : сб. науч. тр. -Вып. 10. - СПб. : Петербургкий гос. ун-т путей сообщения, 2010. - С. 64-70.

УДК 625.1: 004.94

И. М. Кокурин, В. А. Кудрявцев

Петербургский государственный университет путей сообщения

ОЦЕНКА ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ЛИНИЙ НА ОСНОВЕ ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕВОЗОК

Аналитические и графоаналитические методы расчета не в состоянии учесть многочисленные факторы, влияющие на пропускную способность железнодорожных линий. К числу этих факторов относятся: количество и длительность «окон», предоставляемых для ремонтов инфраструктуры; различие массы и длины грузовых поездов, временные ограничения скоростей; изменения тяговых характеристик локомотивов в процессе эксплуатации и т. д. Преимуществами в этом отношении обладает метод имитационного моделирования процессов железнодорожных перевозок.

метод имитационного моделирования процессов железнодорожных перевозок, пропускная способность, грузовой поезд.

Введение

Целью данной статьи является анализ возможностей применения метода имитационного моделирования для оценки влияния на пропускную способность ранее не учитывавшихся факторов [1], [2], [3].

1 Метод имитационного

моделирования

Метод имитационного моделирования процессов перевозок позволяет моделировать продвижение не расчетных, а реальных последовательностей грузовых поездов, обращающихся по железнодорожным линиям, с учетом пропуска пассажирских поездов, количества и полезной длины станционных путей, неравномерности движения, возможностей привязки локомотивов и локомотивных бригад к поездам, ограничений системы энергоснабжения при электротяге, в услови-

ях наличия предупреждений об изменениях установленной скорости, предоставления «окон» для ремонта инфраструктуры и при их отсутствии.

Метод открывает возможности детального количественного анализа эффективности мероприятий по организации движения (параллельный график, организация движения грузовых поездов по расписанию, энергоэкономичные расписания, вариантные графики при ремонтных работах и т. д.).

2 Исходные данные

Подготовка исходных данных, используемых при моделировании, включает: редактирование геоинформационной сети железных дорог, подготовку данных об инфраструктуре, составление перспективного плана перевозок, расчет количества поездов и грузонапряженности, формирование поездопотоков.

2012/2

Proceedings of Petersburg Transport University