Введение
Одним из эпицентров сосредоточения множества транспортно-дорожных проблем являются мегаполисы. Если учесть, что 63 % населения Земного шара гравитируется, так или иначе, в мегаполисные центры, то современную цивилизацию можно с полным правом назвать городской.
Мегаполисные центры уже сегодня переживают моменты эволюционного обновления с позиции удобства проживания, с учетом изменения контуров архитектуры города* появления новых, городов-спутников, реконструкции старого жилого фонда с высвобождением, таким образом, пространства для трассировки оптимальных уличных и дорожных развязок разного типа, эстакад, специальных транспортных зон, мостов, связывающих мегаполисные жилые и общественные центры с окраинами мегаполиса.
В связи с этим очень важно предельно точно дать оценку и перспективу будущему распределению транспорта, в том числе значимости для индивидуума качественно новых видов транспортно-дорожных комплексов или иных нововведений в сложившейся черте города и в приращиваемой части градостроения, чтобы в будущем не проводить реконструкцию, а эволюционно совершенствовать организацию и развитие техники и технологии транспортного процесса для обслуживания промышленности и населения.
Ускоренный рост больших городов, высочайшие темпы урбанизации, увеличение подвижности населения и объемов пассажирских перевозок предъявляют все возрастающие требования к совершенствованию городского пассажирского транспорта в мегаполисах.
В связи с этим возникла необходимость расширения транспортных и маршрутных сетей, увеличение выпуска подвижного состава и интенсивности движения на маршрутах, что привело к существенному усложнению процессов организации, планирования, управления и координации пассажирскими и сопутствующими малопартионными
грузовыми перевозками в мегаполисах. Даже в этих положительных тенденциях, существующие традиционно сложившиеся транспортные системы не в состоянии выполнить свою важнейшую социально-экономическую функцию - сокращение затрат времени доставки людей и малогаборитных скоропортящихся грузов, а также обеспечение безопасности и комфортного передвижения населения, которые удовлетворяются различными видами пассажирского транспорта: автомобильными; железнодорожными; водными; воздушными; городскими электроспециальными видами транспорта.
Все это, несмотря на колоссальные капитальные затраты в развитии всей традиционной транспортной инфраструктуры в мегаполисном городе не дает существенного изменения эффективности управления наземным транспортом и качественного использования метро; транспортные средства частного назначения.
Так из общего колличества подвижного населения оперативно перемещаемых индивидуальных персон с сопутствующим им грузом в мегаполисе 27 % - пользуются высокоскоростными индивидуальными средствами различных типов и назначения, 43 % - метрополитеном, остальные другими видами транспорта.
Известно, что 95 % двигающихся и летающих объектов на Земле используют не возобновляемые виды энергии. Это неэффетивно, и расточительно. Выброс вредных веществ в атмосферу в процессе их накопления, кроме прямых и косвенных экологических нарушений, приводит к нарушению психической и иммунной системы человека, к глобальным климатическим изменениям связанным с созданием искусственного парникового эффекта, появлению в крупных городах смога и мутагенных болезней, увеличению фоновой радиации. Движение автотранспорта сопровождается недопустимо высоким уровнем шума, вибрацией, образованием многочасовых пробок, что резко снижает скорость движения автомобилей в большом городе.
Современный легковой автомобиль реализует техническую скорость до 350 км/час и выше, а его реальная скорость в часы пик на улицах Москвы, Нью-Йорка, Лондона, Парижа, Токио, Гонконга и других крупнейших городах не превышает скорости среднего пешехода 2 ч- 4 км/час. Чрезмерно мала (8 ч- 12 км/час) скорость сообщения наземного городского массового пассажирского транспорта (ГМПТ), что создает крупные наземные транспортные и экологические проблемы в мегаполисах.
Нет необходимости убеждать- кога бы- то^ ни было в том, что персональный и общественный транспорт большой вместимости, подземное метро в очень скором времени в своем развитии достигнут предела технического совершенства, как с точки зрения оптимальности конструкции, так и технологичности автомобиля, совместимости различных конструкций, применяемых материалов. Так же будут достигнуты предельные границы энергоемкости применяемых видов биологического топлива для двигателя внутреннего сгорания.
Несомненно, такой объем перевозки людей и сопутствующих грузов для комфортного следования к местам назначения, требует особых подходов в организации и подборе оптимальных средств перемещения, отказа от существующих традиционных транспортных средств и применения различных видов возобновляемых экологически чистых видов энергии.
Формирование качественно новой транспортной системы способствует выработке новой формы управления транспортными комплексами в мегаполисах, базирующейся на применении новейших технологий: гибридной транспортной техники с использованием солнечной энергии; электровентиляторных двигателей; вакуумно-воздушных каналов; гравитационных и переменных полей; электромобильных устройств и др.
В настоящее время существует граница понимания того, что великая наземная и подземная транспортные системы в процессе их развития и ускоренного перенасыщения частными и общественными транспортными средствами в мегаполисах создали огромные общечеловеческие проблемы,
касающиеся не только живых организмов, но и обуславливает негативные явления в области экологии и приводит к истощению биологической энергии, а так же влияет на изменение общего вида архитектуры города.
В связи с этим: к самым сложным, объемным и трудоемким по своей организации относятся эффективность технологии пассажирских перевозок; взаимодействие различных видов транспорта с альтернативными видами транспортных систем надземного типа (трубопровод, монорельс, PRT и др.), которые непосредственно связаны с обслуживанием населения города и спросом на скоропортящиеся малогаборитные грузовые перевозки в часы пик, связанные с производственной и социальной инфраструктурой мегаполиса.
В поисках ответов на проблему транспорта в больших городах, автор часто обращался к зарубежному мировому опыту. На основании анализа проблемы пришел к выводу, что знать и учитывать этот опыт необходимо, но копировать нельзя, так как различные объективные и субъективные причины и исходные позиции в зарубежных странах резко отличаются от российских. Тем более, что опыт зарубежья в некоторых вопросах, в частности по развитию надземного трубопроводного вида транспорта не приемлем. Относительно развития надземного трубопроводного транспорта ответ можно найти в историческом опыте собственной страны. Трубопроводный транспорт для перемещения грузов впервые в мировой практике был применен в СССР в 1935 году.
Теоретическое наследие ученых России в области трубопроводного транспорта бесценно. Оно давно стало достоянием мировой науки, но было невостребованным и долгое время оставалось неизвестным на своей родине.
Конечно, нет смысла искать в работах наших предшественников конкретные рецепты для решения всех сегодняшних задач в трубопроводной пассажирской транспортной теории, так как мы живем в другую эпоху, условия и техника кардинально изменились.
В диссертации предпринята попытка впервые изложить: проблемы и
10
перспективы развития надземного универсального трубопроводно-пассажирского скоростного транспорта; в виде проекта реализовать для мегаполисов эту идею; выполнить теоретические исследования в области проектирования трубопроводного транспорта для организации качественных перевозок пассажиров и малогабаритных грузов от двери до двери. Поскольку теория управления транспортом многомерная задача, она включает в себя вопросы: управления на хозяйственном и ведомственном уровнях; экономического анализа хозяйственной деятельности^ отдельными видами транспорта и всей системы в целом; координирования и развития городского транспорта с жилищным и коммунальным строительством на научной основе и представляет собой один из главных элементов нормального функционирования городов мегаполисного типа.
Транспортная наука тесно связана с политикой. Реализация тех или иных технологий и экономических транспортных доктрин, концепций, даже отдельных разработок и предложений не в полной мере подвластна ученым. Развитие определяется заинтересованной организацией, инвестициями, деятельностью людей, их пониманием и воспитанием, а в конечном счете их интересами.
В диссертационной работе впервые разрабатывается новая транспортная концепция, решающая не только проблемы создания надземного универсального трубопроводного пассажирского транспортного комплекса, как объекта управления, имеющего определенные границы, но и подходы в конструировании модулей трубопроводов, гибридных транспортных капсул, а также обоснование использования различных видов возобновляемых энергий. Надземная трубопроводная пассажирская система представляет собой совокупность технологически, экологически и экономически взаимосвязанных производств, подчиненных разным владельцам, которые сосредоточенны в мегаполисе и используют их ресурсы и единую городскую инфраструктуру.
Эти системы создаются и функционируют в различных природно-
II
климатических условиях и зависящих не только от окружающей среды, но и от: контура города; температуры воздуха; площади застройки; численности и подвижности населения города мегаполисного типа.
В этой ситуации решение проблемы транспортного обслуживания мегаполиса разделяется на два основных комплекса: проектирование новых видов городских транспортных артерий; координации движения городского транспорта со сложившейся структурой.
Первая часть решается в общем комплексе задач градостроительного проектирования, вторая - транспортными отделами муниципалитета и пассажиро-транспортными предприятиями.
Разрабатываемое научное направление, обосновывающее общий методологический подход к постановке и решению задач оптимизации взаимодействия надземного трубопроводного транспорта с градостроительством и наземным транспортом должно обеспечивать целенаправленный выбор наилучших его организационно-технических решений. Этот вид транспорта, имеет возможность рационального использования возобновляемых источников энергии (воздух, электричество, солнечная энергия и др.); перспективные условия эксплуатации в надземной форме и в связи с этим получило название организационно-технического проектирования надземного универсального трубопроводного пассажирского скоростного транспорта.
Такого рода автоматизированная транспортная артерия обеспечит полную автономию передвижения гибридной транспортной капсулы, перенос с одного маршрута на другой и в ней отсутствует водитель. Управление движением капсулы будет производится при помощи персональных компьютеров и адресных микрочипов (операторами).
Оценивая различные варианты транспортных систем необходимо принять во внимание ряд главенствующих факторов и, взвесив их в различных масштабах, определить уровень их эффективности, полезности, соответствие дизайна архитектуре города, удобство для посадки и высадки
12
пассажиров, малое расстояние подхода к встроенному в здание терминалу, экономичность с точки зрения условий их функционирования в будущем для мегаполиса.
Предлагаемая транспортная система на трубопроводной основе, не имеющая аналогов в мире, решит ту часть городских проблем, которые связаны с грузо-пассажирскими перевозками в часы пик в круглосуточном режиме в таких городах как Москва, Санкт-Петербург и др.
С такими сложными проблемами мы вступили в 21 век. Это требует новых идей и альтернативных решений. В связи с этим, если альтернативные транспортные концепции, как надземная трубопроводная пассажирская транспортная артерия с использованием возобновляемых видов экологически чистой энергии, с гибридными транспортными средствами будут внедряться в мегаполисах, то человечество сделает скачок в транспортной технологии, охране окружающей среды, обеспечит комфортность проживания людей.
Актуальность исследований. В настоящее время развитие проблемы нового вида транспортных систем необходимо увязывать со всей совокупностью политических, социальных, экономических и градостроительных факторов; разнообразием форм собственности; неравномерного развития инфраструктур отдельных районов мегаполиса, инфляционными процессами и состоянием экологии, а так же учесть неэффективность использования экономических методов в работе наземного вида транспорта.
До настоящего времени исследования обозначенных проблем рассматривалось только на отраслевом уровне транспорта наземного и подземного, а комплексно, с учетом концепции развития альтернативных транспортных систем эстакадного типа, используя чистые возобновляемые источники энергии, рыночные отношения ни в теоретическом, ни в прикладном плане еще не ставились.
Исходя из этого, актуальность работы заключается в нахождении оптимальной транспортной концепции для мегаполиса.
13
Цель и задачи исследования. Целью исследований является разработка новой транспортной концепции, основ теории и практических методов организационно-технического проектирования надземной универсальной трубопроводной пассажирской транспортной артерии с использованием возобновляемых экологически чистых видов энергии для мегаполиса.
Для достижения названной цели программа исследования потребовала решения следующих основных задач:
•провести системный анализ влияния развития архитектурно-градостроительной и эксплуатационной инфраструктуры мегаполиса на организацию перевозок пассажиров и координацию альтернативного транспорта с общегородским пассажирским массовым транспортом;
•провести технико-экономический анализ развития надземной универсальной трубопроводной транспортной системы, исследование и обоснование признаков и факторов, влияющих на эффективность выбора нового вида транспорта;
•разработать научно обоснованную концепцию разделения наземной транспортной системы, оценить и дать прогноз факторов проектируемого нового типа эстакадной транспортной коммуникации в мегаполисе;
•разработать методологию и методы определения числовых характеристик надземного универсального трубопроводного транспорта, создать систему экономико-математических моделей оптимизации провозных и пропускных способностей трассы, адекватно отражающих особенности применения новых видов гибридных транспортных капсул (ТК), кинематику движения внутри трубопровода, позволяющую количественно и качественно оценить эффективность его использования;
•провести выбор и прокладку оптимальной схемы трубопроводных трасс для мегаполиса;
•разработать и выбрать методы определения вида возобновляемой экологически чистой энергии, применяемой при перемещении гибридных
14
транспортных капсул;
•провести проектирование организационно-технических решений по конструированию гибридных транспортных капсул и модулей трубопроводов с применением экологически чистых материалов отечественного производства;
•провести проектирование организационно-технических решений надземного универсального трубопроводного транспорта в мегаполисах с использованием программ 3-Д студия, автокад;
•провести технико-экономическую оценку эффективного функционирования надземного трубопроводного транспорта как транспорта ближайшего будущего;
•разработать концепцию транспортного обслуживания пассажиров в часы пик в координации со всеми видами- общественного транспорта в мегаполисах.
Предмет исследования. В диссертационной работе реализована совокупность методических, экономических, организационно-технических, технологичес-ких решений. Они связанны с формированием механизма проектирования конструирования, строительства и функционирования нового вида транспортной артерии эстакадного типа в фадостроительстве.
Объектом исследования является функционирование в мегаполисах надземного универсального трубопроводного транспортного комплекса с использованием возобновляемых экологически чистых видов энергии с гибридными транспортными капсулами.
Методология исследования. Методологической основой названного направления исследований является:
• использованы фундаментальные труды отечественных и зарубежных ученых, практиков в области трубопроводного транспорта; детерминированный и вероятностностный подходы к технико-экономическим расчетам; системный анализ, закономерностей движения ГПТ в взаимосвязи специфического трубопроводного транспорта с другими инфраструктурами
15
городского хозяйства и социально-экономическими проблемами мегаполиса; • основные положения теории городских пассажирских перевозок характеризующие применения в транспортных расчетах на ЭВМ, методов комбинаторики, теории массового обслуживания, кибернетики, системотехники, статистического анализа и различных видов программирования, обеспечивающих оптимальное управление процессами всего производства, его организации и достижения желаемого результата через эксперимент.
Исходной базой для исследования послужила транспортная революция в мегаполисе с ее технологическими и экономическими проблемами, пропорционально связанной с истощением потребляемой энергии. Поиск альтернативного решения транспортной проблемы, которая смогла бы обеспечить высокую технологическую и экономическую безопасность в часы пик при адресной доставке от двери до двери пассажиров и малопартионных грузов в мегаполисе.
Научная новизна диссертации заключается в создании основ теории новой транспортной концепции, совершенствовании теории городских пассажирских перевозок для проектирования надземной универсальной трубопроводной пассажирской транспортной артерии с использованием возобновляемых видов экологически чистой энергии.
Такая концепция предопределяет совместное развитие сети эстакадных транспортных артерий, архитектурно-градостроительных систем и взаимодействие с наземным и подземным транспортом в часы пик, с образованием оптимальных трасс и интермодальных перевозочных узлов работающих в круглосуточном режиме.
В рамках названного направления впервые разработаны и защищаются следующие положения:
• разработаны теоретические и методолгические основы развития городских пассажирских перевозок для организационно-технического пректирования нового вида надземной трубопроводно- пассажирской
16
транспортной артерии;
• выявлены закономерности развития архитектурно-градостроительных схем и эксплуатационной инфраструктуры мегаполиса для оптимизации расстояния перехода, пасадки и высадки пассажира от одного терминала к другому, и установленна зависимость между параметром плотности городской застройки и факторами, влияющими на критерий эффективности функционирования нового вида трубопроводной транспортной сети в мегаполисе;
• разработан комплекс экономико-математических моделей для прогнозирования параметров организации дорожного движения при разделении наземной транспортной коммуникации для организации перевозок пассажиров трубопроводно-эстакадным способом;
• разработана математическая модель кинематики движения транспортной капсулы и пропускной способности трубопровода для разного уровня управления и координации трубопроводно-пассажирского транспорта с другими видами наземного и подземного транспорта;
• построена оптимизационная модель числовых характеристик и система экономико-математических моделей для выбора и прокладки оптимальной схемы трубопроводной трассы в мегаполисе;
• предложена методология расчета для проектирования модулей трасс трубопроводных пассажирских пневмокапсульных систем с расчетами кривых переменного радиуса;
• разработана методика решения блока задач оптимизации структуры гибридной транспортной капсулы для трубопроводной перевозки;
• разработана нормативно-техническая документация и образцы технических заданий по проектированию трубопроводного транспорта;
• представлены рекомендации для проектирования конструкции и узлов разрабатываемого трубопроводно-пассажирского вида транспорта эстакадного типа.
17
Достоверность результатов научных исследований при разработке теоретических основ проектирования, концепции, теоретических положений и экспериментов, обеспечивалась математической строгостью и обоснованностью применения методов теории вероятности и статистики, теории массового обслуживания, теории самоорганизации на основе метода группового учёта аргументов, экономико-математические модели с расчётами кривых переменного радиуса и др., давшие сходимость теоретических и экспериментальных результатов при моделировании. А также подтверждена материалами проведённых экспериментов при обдуве трубопроводов различными турбулентными ветровыми потоками при различных колебаниях и нагрузках, с учётом СНИПов и данных многолетних наблюдений за эксплуатацией трубопроводов различного назначения.
Теоретическая и практическая значимость и ценность работы состоит в строгом научном обосновании, на базе создания основ теории проектирования надземной универсальной трубопроводной пассажирской транспортной артерии и методов обеспечения надежности функционирования системы. Многие выводы и рекомендации использованы и могут быть использованы в практической деятельности научно-исследовательских и проектных институтов при проектировании и реконструкции новых транспортных систем, предприятиями и организациями, занимающимися перевозками пассажиров и малогабаритных грузов. Эти же выводы, рекомендации, расчёты были использованы при проектировании узловых чертежей, нормативно-технических документов и технических заданий по проектированию трубопроводного транспорта для мегаполиса, вытекающих из результатов решения конкретных задач и их опытного внедрения.
Основными результатами работы, полученными лично автором являются:
• разработка поэтапного изменения проектно-градостроительных схем для сокращения расстояния подхода пассажиров для посадки-высадки и выбора маршрута движения, для автоматической переадресовки пассажиров с одного |
