4 ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Повышение эффективности функционирования автомобильных дорог в России неразрывно связано с совершенствованием их зимнего содержания, от качества которого, в конечном счете, зависит скорость и безопасность движения автомобилей в течение 90 - 150, а в некоторых районах страны и более 200 дней в году.
Качество зимнего содержания автомобильных дорог определяется не только своевременностью проведения снегоуборочных и противогололедных работ, но и эффективностью использования материальных, трудовых и денежных ресурсов, направляемых на их вьшолнение, что требует оптимального планирования выполнения этих работ в зависимости от конкретных климатических условий функционирования дорожных сооружений и организационно-технического уровня предприятий, занимающихся их содержанием.
Выполненные расчеты показывают, что оптимизация работ по зимнему содержанию автомобильных дорог за счет обоснования экономически целесообразных сроков их проведения, выбора эффективных технологий и средств механизации, рационализации схем размещения баз противогололедных материалов позволяют в 1,3 - 1,5 раза повысить производительность труда при выполнении указанных работ и на 30-50% снизить их себестоимость. Одновременно существенно снижаются (на 15-20%) и суммарные затраты на организацию транспортного процесса и зимнее содержание автомобильных дорог.
Между тем на практике такое оптимальное планирование снегоуборочных и противогололедных работ на внегородских автомобильных дорогах осуществляется крайне редко, что обусловлено следующими причинами:
недостаточной разработкой методов оптимального планирования этих работ на внегородских автомобильных дорогах;
отсутствием необходимого информационного и программного обеспечения задач оптимизации работ по зимнему содержанию внегородских автомобильных дорог.
В наибольшей степени указанные недостатки проявляются при разработке мероприятий по борьбе с зимней скользкостью дорожных сооружений, что и определило актуальность выбранной темы исследования, посвященной оптимальному планированию работ по ликвидации зимней скользкости автомобильных дорог.
Теоретической основой для проведения такого исследования являются труды Бронштейна Л.А., Гарманова Е.Н., Дингеса Э.В., Зейгера Е.М., Золотаря И.А., Лившица В.Н, Петрова Ю.Н, в которых содержатся фундаментальные разработки по оценке эффективности плановых и проектных решений в дорожном хозяйстве [19, 20, 26-29, 32, 35, 51-54, 60, 69, 70, 72, 82, 88, 89], а также работы Бялобжевского Г.В., Гусева Л.М., Васильева А.П., Райгородской B.C. и других ученых, посвященные исследованию различных вопросов зимнего содержания автомобильных дорог [1-4, 7-11, 17, 22, 33, 34, 36, 40-44, 56, 57, 61, 62, 67, 71, 73-75, 79, 84, 85, 91, 92].
Вместе с тем, в этих работах не нашли достаточного отражения вопросы, связанные с особенностями планирования работ по ликвидации зимней скользкости внегородских автомобильных дорог, обоснованию эффективности применения различных средств механизации, определению мощности и местоположения баз противогололедных материалов, что предопределило постановку следующих цели и задач данного исследования.
Цель диссертационной работы - разработка методов оптимального планирования мероприятий по ликвидации зимней скользкости автомобильных дорог.
Для достижения указанной цели в работе поставлены и решены следующие задачи:
проанализирована существующая система планирования ликвидации
зимней скользскости внегородских автомобильных дорог;
установлены зависимости потерь на транспорте и во внетранспортных отраслях народного хозяйства от вида и срока ликвидации зимней скользкости автомобильных дорог;
б
определены основные принципы и критерии оптимального планирования работ по ликвидации зимней скользкости;
предложены экономико-математические модели планирования оптимального состава парка машин-распределителей противогололедных материалов;
разработаны экономико-математические модели планирования мощности и местоположения баз противогололедных материалов;
установлены регрессионные зависимости затрат на строительство и обслуживание баз противогололедных материалов от их производственной мощности;
Объектом исследования являются дорожные предприятия, выполняющие работы по зимнему содержанию внегородских автомобильных дорог, а предметом исследования - существующая система планирования работ по ликвидации зимней скользкости на этих дорогах.
Методика исследования. Теоретической и методологической основой диссертационного исследования явились труды отечественных и зарубежных ученых по проблемам оптимального планирования и проектирования работ, эффективного использования ресурсов, экономико-математического моделирования, повышения эффективности содержания автомобильных дорог.
В работе использованы плановые и отчетные материалы о выполнении работ по ликвидации зимней скользкости на автомобильных дорогах, входящих в состав Федерального управления «Центральная Россия» Министерства транспорта РФ, официальные нормативные и справочные материалы.
Решение поставленных в диссертации задач основывалось на методах экономического анализа, корреляционно-регрессионном анализе и экономико-математическом моделировании. Обработка значительной части информации, а также реализации моделей проводилась на ПЭВМ в системе Microsoft Excel.
Научная новизна работы состоит в разработке методов оптимального планирования работ по ликвидации зимней скользкости автомобильных дорог.
Автором предложены:
установленные зависимости потерь на транспорте и во внетранспорт-ных отраслях народного хозяйства от вида и срока ликвидации зимней скользкости автомобильных дорог;
методы оптимального планирования состава машин-распределителей противогололедных материалов в дорожных организациях;
экономико-математические модели планирования мощности и местоположения баз противогололедных материалов;
регрессионные зависимости затрат на строительство и обслуживание баз противогололедных материалов от их производственной мощности.
Практическая ценность. Предложенные в диссертации методы планирования работ по ликвидации зимней скользкости рекомендуются для внедрения в дорожных предприятиях, занимающихся зимним содержанием автомобильных дорог.
Разработанные регрессионные зависимости затрат на строительство баз противогололедных материалов могут быть использованы для совершенствования организационной и производственной их структуры.
Предложенные экономико-математические модели планирования мощности и местоположения баз противогололедных материалов могут быть использованы при разработке проектов зимнего содержания новых автомобильных дорог.
Практическая ценность диссертации заключается в возможности создания на ее основе методической базы оптимального планирования работ по ликвидации зимней скользкости автомобильных дорог.
Реализация работы. Научные и практические результаты исследований были использованы Федеральным управлением «Центральная Россия» при разработке программы зимнего содержания автомобильных дорог (в подготовке которой личное участие принимал и автор данной диссертационной работы), а также Российской ассоциацией подрядных организаций в дорожном хозяйстве «АСПОР» при подготовке методических рекомендаций по совер-
шенствованию планирования работ по ликвидации зимней скользкости автомобильных дорог.
Отдельные положения и рекомендации диссертации приняты к использованию в учебном процессе на кафедре экономики дорожного хозяйства МАДИ.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации были доложены и одобрены на технико-экономическом совете Росавтодора и на 63-й научно-методической и научно-исследовательской конференции МАДИ.
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 3-х статьях, общим объемом 1,8 п.л..
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 3 глав, заключения и содержит 136 страниц компьютерного текста, 39 таблиц, 25 рисунков, библиографию в 97 наименований, 3 приложения.
Краткое содержание работы.
Во введении обоснована актуальность темы, изложены цель и задачи исследования, сформулирована его научная новизна и практическая ценность полученных результатов.
В первой главе дан анализ существующей системы планирования ликвидации зимней скользкости автомобильных дорог и сформулирована постановка задачи исследования.
Во второй главе рассмотрены принципы и методы оптимального планирования работ по ликвидации зимней скользкости автомобильных дорог, разработаны экономико-математические модели выбора оптимального состава машин по ликвидации зимней скользкости автомобильных дорог и оптимизации мощности и местоположения баз противогололедных материалов.
В третьей главе изложены основные вопросы информационно- программного обеспечения задач оптимизации мощности и размещения баз противогололедных материалов: определение среднего радиуса перевозки материалов; установление зависимостей затрат на строительство и эксплуатацию
9
баз от их производственной мощности: составление компьютерной программы расчетов, а также рассмотрены конкретные примеры их решения.
Заключение содержит основные выводы и результаты диссертационного исследования.
На защиту выносятся:
методы оптимального планирования состава машин-распределителей противогололедных материалов в дорожных организациях;
экономико-математические модели планирования мощности и местоположения баз противогололедных материалов;
регрессионные зависимости удельных затрат на строительство и обслуживание баз противогололедных материалов от их производственной мощности.
10
Глава 1. Анализ существующей системы планирования зимнего содержания автомобильных дорог
1.1. Роль зимнего содержания автомобильных дорог в повышении эффективности функционирования автомобильного транспорта
Высокие темпы автомобилизации страны и постоянно увеличивающаяся скорость движения автотранспортных потоков предъявляют все возрастающие требования к зимнему содержанию автомобильных дорог, доля которого в общих затратах на их текущую эксплуатацию в зависимости от климатических условий составляет от 50 до 70% [15, 16]. Это обусловлено тем, что наиболее неблагоприятные условия движения автомобилей возникают в зимнее время, когда на дорожном покрытии образуется слой снежно-ледяных отложений.
Для оценки влияния на условия движения автомобильного транспорта различных снежно-ледяных отложений рассмотрим их классификацию на следующие виды: стекловидный, зернистый лед, твердый и рыхлый снег.
Стекловидный лед внешне представляет собой тонкую стекловидную (прозрачную) пленку, которая покрывает проезжую часть автомобильных дорог, образуя гладкую скользкую поверхность. Этот вид отложений создает наиболее опасные условия для движения автомобилей, так как коэффициент сцепления пневматических шин со стекловидным льдом находится в пределах от 0,06 до 0,12, то есть в 5-10 раз ниже, чем коэффициент их сцепления с дорожным покрытием при проезде по сухой и без каких-либо снежно-ледяных отложений автомобильной дороге. При образовании на дорогах стекловидного льда, который одновременно может покрывать большие их площади, количество дорожно-транспортных происшествий существенно возрастает.
В течение зимы стекловидный лед образуется довольно часто и может покрывать одновременно участки дорог большой протяженности.
Характерными метеорологическими признаками, обусловливающими образование стекловидного льда, который в народе принято называть «гололедицей», являются:
11
выпадение дождя или мороси при отрицательных температурах или наступление оттепели, при которой происходит замерзание капель влаги при соприкосновении с охлажденным покрытием;
замерзание воды, образовавшейся в результате таяния снега или после выпадения дождя, при переходе температуры воздуха через 0° С от положительного значения к отрицательному.
Из сказанного выше следует водное происхождение стекловидного льда; он является продуктом атмосферных процессов, а не образуется в результате физико-механических воздействий на снежный покров дороги. Как показывают результаты многолетних наблюдений, наиболее часто образования данного вида зимней скользкости на автомобильных дорогах происходит в интервале температур от +2 до -6° С.
Зернистый лед в отличие от стекловидного не является прозрачным, а имеет матово-белый цвет. По внешнему виду он представляет собой отложения на дорожном покрытии в виде довольно толстой корки, имеющей толщину до 15 мм. Скользкость зернистого льда несколько меньше, чем стекловидного поскольку ниже плотность, и коркообразный его слой имеет, как правило, шероховатую поверхность. Коэффициент сцепления пневматических шин с таким льдом имеет значение от 0,08 до 0,15.
Указанный вид скользкости появляется на дорожном покрытии при температуре воздуха от +3 до -8°С чаще всего в туманную погоду, когда имеет место осаждение влаги на поверхность дороги в виде мелких капель. Образованию и нарастанию корки льда способствует плотный туман, а также небольшой мороз при сильном ветре.
Твердый снег как вид зимней скользкости дорожных покрытий образуется в результате уплотнения свежевыпавшего снега, которое происходит в результате движения автотранспортных средств под воздействием динамических нагрузок и сил трения колес автомобилей о снежный покров при торможении. Твердый снег при высокой интенсивности движения часто имеет обледенелую поверхность, характеризующуюся снежной или снежно-ледяной коркой, которую среди дорожников принято называть «снежным накатом».
12
По данным многочисленных замеров коэффициента сцепления колеса автомобиля с дорогой при наличии слоя уплотненного снега его величина находится в интервале от 0,2 до 0,25, что значительно ниже допустимого предела. Поэтому безопасность движения автомобилей по твердому снегу без проведения противогололедных мероприятий не обеспечивается.
Характерная особенность твердого снега - это его колейность, которая при частых снегопадах может быть очень значительной - высота колеи до 15 см. Твердый снег образуется при любом интенсивном снегопаде (если не имеет место его своевременная уборка с проезжей части дорог) и является наиболее характерным видом снежно-ледяных отложений с низким коэффициентом сцепления на автомобильных дорогах в Центральных и Северных регионах Европейской части России, а также на Урале, в Сибири и на Дальнем востоке.
Рыхлый снег обычно состоит из ледяных частиц различной формы, которые появляются на автомобильных дорогах при снегопадах и метелях, а также при низовом ветровом переносе ранее выпавшего снега с примыкающих к этим дорогам территорий.
В зависимости от степени влажности рыхлого снега он может быть сухим и мокрым.
До появления снежного наката сухой рыхлый снег некоторое время находится в рассыпчатом состоянии, при котором коэффициент сцепления шины с неуплотненным снежным покровом на поверхности дороги равен 0,4 -0,5, что свидетельствует о повышенной ее скользкости.
Мокрый снег образуется в результате таяния рыхлого снега при положительной температуре или радиационного таяния (усиливающегося с увеличением его загрязненности), а также при выпадении разного рода дождевых осадков.
Мокрый снег под колесами автомобилей быстро превращается в своего рода кашеобразную снежную массу, которая существенно снижает коэффициент сцепления шины колеса автомобиля с покрытием автомобильной дороги. Замеры показывают [7], что при скорости движения автомобиля 30 км/ч
13
коэффициент сцепления шины с мокрой снежной массой составляет 0,27 -0,30 (по замеру тормозного пути).
Приведенные выше данные по коэффициенту сцепления шин автомобилей с поверхностью автомобильных дорог позволяют по формуле (1.1) [22] рассчитать максимально допустимую скорость автомобилей VM при разных видах скользкости.
(1.1)
где g- ускорение силы тяжести, м/сек (9,8);
LM - предельно допустимая длина тормозного пути, м (принята 7,2 м);
?- коэффициент сцепного веса (принят равным 1);
ф - коэффициент сцепления колес автомобилей с поверхностью автомобильной дороги.
Полученные в результате расчетов допустимые скорости составляют:
при наличии стекловидного льда - от 10,5 до 16,8 км/ч;
при наличии зернистого льда - от 12,1 до 16,8 км/ч;
при наличии твердого снега - от 19,1 до 21,4 км/ч;
при наличии рыхлого снега:
с мокрой снежной массой - от 22,2 до 23,4 км/ч; с сухой снежной массой - от 27,0 до 30,2 км/ч.
Сопоставление полученных данных со средней технической скоростью движения автомобилей (табл.1) [22] свидетельствует о том, что ее величина для высоких категорий автомобильных дорог (I-III) в зависимости от типа дорожного покрытия и вида подвижного состава в 3 - 10 раз ниже при наличии на дорожном покрытии стекловидного или зернистого льда, в 2 — 8 раз ниже -при наличии на нем твердого снега ив 1,5-5 раз ниже при наличии на покрытии рыхлого снега.
14
Таблица 1
Средняя техническая скорость автомобилей в условиях равнинного рельефа, км/ч
Категория дороги Тип дорожного покрытия Тип автомобилей
грузовые автобусы легковые
I Капитальное 65 70 100
II Капитальное 55 60 80
III Облегченное усовер-шенствов анное 45 50 60
IV Твердое переходное 30 35 40
V Твердое переходное 25 25 35
Таким образом, можно констатировать, что появление любого вида зимней скользкости приводит к резкому уменьшению скорости движения автомобилей, что влечет за собой значительное снижение их производительности и существенное увеличение себестоимости перевозок и, как следствие, большие социально-экономические потери.
Для оценки величины этих потерь рассмотрим масштабы распространения зимней скользкости автомобильных дорог по стране в целом. В табл. 2 и Приложении 1 приведены средние данные по многолетним наблюдениям о продолжительности периода зимней скользкости и числа дней ее образования по регионам (субъектам федерации) федеральных округов, которые свидетельствуют о следующем:
1) зимняя скользкость автомобильных дорог имеет место во всех регионах (субъектах федерации) России [45];
2) наибольшая продолжительность периода зимней скользкости наблюдается в Дальневосточном федеральном округе (Якутия) - 211 дней, а число случаев ее образования на автомобильных дорогах в Северо-Западном
15
Таблица 2
Продолжительность периода зимней скользкости и число дней ее образования по регионам федеральных округов^
№ п/п Наименование федерального округа Количество регионов Продолжительность периода зимней скользкости, дни Число дней образования зимней скользкости, дни
среднее max min среднее max min
1 Центральный 18 147 159 129 78 95 64
2 Северо-Западный 11 154 187 96 88 112 56
3 Южный 13 96 129 43 36 59 14
4 Приволжский 15 159 170 149 82 101 60
5 Уральский 6 170 172 168 67 73 64
6 Сибирский 16 179 184 168 69 105 25
7 Дальневосточный 10 167 211 138 61 113 33
федеральном округе (Ненецкий автономный округ) - 112 дней;
3) наименьшая продолжительность периода зимней скользкости наблюдался в Южном федеральном округе (Республика Дагестан) - 43 дня, там же имеет место и наименьшее число случаев ее образования на автомобильных дорогах - 14 дней;
При известной средней продолжительности возникновения зимней скользкости величина потерь на транспорте и в нетранспортных отраслях народного хозяйства от ее образования сравнительно просто может быть подсчитана по формулам работы [78] в зависимости от снижения скорости движения автомобилей. Эти формулы в несколько модифицированном виде (применительно к особенностям поставленной задачи) приведены в табл. 3.
Определение общественных (народнохозяйственных) потерь от образования зимней скользкости на дорожных покрытиях осуществлялось в разрезе федеральных автомобильных дорог по I, II, III и IV техническим категориям. При этом в рассмотрение принимались только те виды потерь,
]) Таблица составлена на основе данных Приложения 3 Инструкции по борьбе с зимней скользкостью на автомобильных дорогах [37].
16
Таблица 3
Формулы для расчета годовых потерь на транспорте и во
внетранспортных отраслях народного хозяйства
от зимней скользкости автомобильных дорог
Наименование потерь и формулы расчета Условные обозначения
1 2
1. Потери от увеличения себестоимости перевозок где с о , ^nocTJ j Дск - количество дней в году образования зимней скользкости на дороге, Njt - среднегодовая суточная интенсивность движения автомобилей j-ro типа, авт/сут; L - протяженность автомобильной дороги, имеющей на проезжей части снежно-ледяные отложения, км; Sjc, SjH - средняя себестоимость 1 авт.-км пробега j-ro типа автомобиля соответственно при зимней скользкости и при ее отсутствии; m - количество рассматриваемых типов автомобилей; Snepj, - расчетное значение условно переменных затрат на 1 км пробега автомобиля j-ro типа; Sn0CTj - расчетное значение условно постоянных затрат на 1 ч пребывания автомобиля j-ro типа в наряде; dj- часовая заработная плата водителя j-ro типа автомобиля с начислениями; Vp средняя скорость движения j-ro типа автомобиля в заданных условиях, км/ч.
2. Потери от увеличения капитальных вложений в автомобильный транспорт ка,=дскь j=l Taj tVJc VJ«J Aj — удельные капитальные вложения в автомобильный транспорт на один автомобиль j-ro типа, включая предприятия автомобильного транспорта и подвижной состав; Taj - количество часов работы на линии одного автомобиля в течение года, ч; VjC, VjH - средняя техническая скорость движения автомобилей j-ro типа соответственно при зимней скользкости и при ее отсутствии, км/ч.
17
Продолжение табл.3
1
пас
3. Потери от увеличения пребывания в пути пассажиров
+NaBTBa
Q - средняя величина потерь народного хозяйства в расчете на 1 чел./ч пребывания в пути пассажиров; N\ NaBTt - среднегодовая суточная интенсивность движения соответственно легковых автомобилей и автобусов, авт./сут; Вл,
Я ВТ
В - среднее количество пассажиров в одном легковом автомобиле и автобусе; Vac V^- скорость движения легковых автомобилей и автобусов соответственно при зимней скользкости и при ее отсутствии, км/ч.
необходимые исходные данные для расчета которых сравнительно просто могут быть получены из существующей статистической отчетности. В состав этих потерь были включены потери: от увеличения себестоимости перевозок грузов и пассажиров, от увеличения капитальных вложений в автомобильный транспорт и от увеличения пребывания в пути пассажиров.
Хотя, как это уже указывалось выше, появление зимней скользкости и особенно стекловидного или зернистого льда на дорогах оказывает существенное влияние на снижение безопасности движения (по экспертным оценкам разных специалистов число дорожно-транспортных происшествий в период обледенения дорог возрастает от 2 до 4 раз), расчетным путем определить величину этого снижения и, следовательно, размер потерь от увеличения ДТП не представляется возможным.
Вместе с тем, на основе проведенного анализа разработанных рядом проектных организаций (Союздорпроектом, АО «Гипродорнии», ОАО «Ги-протрансмост» и другими) технико-экономических обоснований строительства автомобильных дорог и мостов можно считать, что доля этих потерь в их общей величине составляет примерно 10-15%.
Определение годовых потерь на транспорте и во внетранспортных отраслях народного хозяйства осуществлялось применительно к среднему со- |
