Управління станом покриття автомобільних доріг
Управління станом автомобільних доріг здійснюється шляхом оптимального планування і виконання робіт по ремонту і утриманню автомобільних доріг.
Управління станом автомобільних доріг здійснюється шляхом оптимального планування і виконання робіт по ремонту і утриманню автомобільних доріг.
Першим етапом в розробці методів управління станом автомобільних доріг було обгрунтування диференційованих термінів служби дорожнього одягу і покриттів з врахуванням інтенсивності руху, вантажонапруженості і кліматичних умов експлуатації автомобільних доріг [I]. Такі системи, що зіграли свого часу позитивну роль, практично не враховували фактичний транспортно-експлуатаційний стан конкретних ділянок автомобільних доріг. При цьому ймовірність неточного призначення експлуатаційних заходів на окремих ділянках доріг була дуже висока. Тому в останні 20-25 років в багатьох розвинених країнах розроблені системи управління станом покриттів (Pavement Management System - PMS), які базуються на моделях деградації стану покриттів.
Всі відомі PMS, у тому числі і система, розроблена фахівцями Світового банку HDM-IV, базуються на моделях деградації стану дорожніх покриттів, які не враховують, та і не могли врахувати, особливостей умов експлуатації автомобільних доріг в Україні [2, 3]. В зв'язку з цим абсолютно природним є розробка українськими фахівцями Системи управління станом покриттів (СУСП). Протягом короткого часу такі системи були паралельно створені в НТУ і ХНДДУ [4, 5].
СУСП, розроблена в НТУ, одержала визнання не тільки в УКРАВТОДОРІ, але і фахівців Світового банку - розробників системи HDM-IV. Однак для функціонування СУСП, розробленої в НТУ, обов'язковою умовою є формування банку даних інструментальних вимірювань основних показників транспортно- експлуатаційного стану дорожнього одягу (міцності, рівності і коефіцієнта зчеплення). Точність прогнозування стану покриттів і планування ремонтів прямо пов'язані з трудомістким процесом проведення інструментальних вимірювань і формування банку даних. Тому навіть для 16 тис. км доріг державного значення ця робота виявилася надзвичайно трудомісткою, а банк даних недостатньо надійним. Ще проблематичнішим залишається застосування даної СУСП для планування ремонтів мережі доріг місцевого значення.
У основі СУСП, розробленій в ХНАДУ, і що пройшла перевірку в Харківській і Луганській областях, лежить принцип
оцінки стану покриття за десятибальною шкалою індексів стану. Такий підхід був уперше використаний в PMS штату Нью-Йорк [6] і, як це часто буває з простими системами, виявився надійним і практичним. Принаймні, для управління станом мережі доріг місцевого значення він представляється допустимим.
Розглянемо основні принципи функціонування системи хтя мережі доріг місцевого значення.
Дано n ділянок автомобільних доріг, створюючих мережу доріг області, загальною протяжністю L (км):
L=ål (1)
де L - довжина l -го ділянки автомобільної дороги, км.
Кожна ділянка характеризується інтенсивністю руху транспортних засобів N (авт/сутки), складом транспортних потоків р. і коефіцієнтом щорічного приросту інтенсивності руху q.
Транспортно-експлуатаційний стан покриття на /-м ділянці запропонований оцінювати показником / - індексом стану (1</<10)
У першому наближенні можна прийняти:
V =aJV (2)
де V - середня швидкість автомобілів на /-том ділянці, км/ч;
a - емпіричний коефіцієнт;
J - індекс стану і-го ділянки;
V - середня швидкість автомобілів на ділянці з іншим станом при L = 10 км/ч.
Друга умова в постановці задачі.
Даний обсяг фінансових ресурсів Q (млн. грн)
Q=Qтрс+Qср+Qкр+Qрем+Qстр (3)
де Qтрс, Qср, Qкр, Qрем, Qстр - річні затрати відповідно на поточний ремонт і утримання, середній ремонт (під середнім ремонтом мається на увазі капітальний полегшений ремонт), капітальний ремонт (під капітальним ремонтом мається на увазі капітальний вдосконалений ремонт), реконструкцію і будівництво на обласній мережі доріг місцевого значення.
Приймаємо, що витрати на реконструкцію Qрем і будівництво Qcтp нових доріг визначають тільки директивним
(логічним) методом. інакше, модель суттєво ускладниться, але головне не відповідатиме реальному положенню в системі управління дорожнім господарством.
Витрати на утримання і поточний ремонт автомобільних доріг є функцією від її стану, тобто
Qтр=f(J) (4)
однак при певних обмеженнях:
Qmin < Qтр < Qmax (5)
Значення Qmin і Qmax встановлені нами на основі виконаних раніше робіт.
Критерій ефективності розподілу фінансових ресурсів на дорожні роботи:
Э= Р – З →max (6)
де Р - вартісна оцінка результатів функціонування сітки доріг, млн. грн. ;
З - вартісна оцінка витрат при функціонуванні мережі доріг, включаючи витрати на перевезення вантажів і пасажирів і витрати на дорожні роботи, млн. грн.
При оптимізації розподілу фінансових ресурсів виходимо з наступних основних принципів:
- Транспортно-експлуатаційний стан мережі (ТЕС) доріг є функцією від обсягу фінансування дорожнього господарства:
ТЭС=f(Q) (7)
- Область має потребу в перевезеннях вантажів і пасажирів, яка для деякого певного моменту часу і стану економіки є постійною величиною:
П= соnst (8)
Необхідність в перевезеннях вантажів і пасажирів існуватиме в будь-якому разі. Але при незадовільному транспортно-експлуатаційному стані автомобільних доріг економічні витрати на перевезення вантажів і пасажирів будуть більше, ніж при доброму стані. Оскільки ТЕС автомобільних доріг є функцією об'єму фінансування дорожнього господарства (7). то і величина економічного ефекту залежить від фінансування дорожнього господарства.
Із залежності (6) для нашого випадку, при П = const:
Popt=Pi (9)
де Popt і Pi. - вартісна оцінка результатів функціонування дорожньо-транспортної системи відповідно при оптимальному і випадковому розподілі фінансових ресурсів.
Тоді
DЭ=Эopt-Эi=(Рopt-Зopt)-(Рi-Зi)=Зi-Зopt (10)
Отже, визначивши витрати на перевезення вантажів і пасажирів при випадковому і оптимальному розподілі фінансових ресурсів, можна з достатньо високою точністю оцінити економічний ефект від їх оптимального розподілу.
У структурі економічних витрат на перевезення і пасажирів можна виділити наступні складові витрати на перевезення вантажів і пасажирів; втрати, зв’язок; з перебуванням пасажирів в дорозі; економічні потреби дорожньо-транспортних подій; збиток навколишньому середовищу; капітальні вкладення в автомобільний транспорт необхідні для забезпечення об'єму перевезень при відповідному рівні фінансування дорожнього господарства капітальні вкладення в роботи по капітальному ремонту і реконструкції автомобільних доріг. У кінцевому всі похідні дані є функцією від стану доріг, фінансування дорожнього господарства і оптимального розподілу фінансових ресурсів. Для цих розрахунків використаний блок програм, розробленої авторами розрахунку економічних втрат через недостатнє фінансування дорожнього господарства[7].