Совершенствование системы управления пассажирскими перевозками на полигонах со скоростным и высокоскоростным движением поездов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Калинин Кирилл Антонович

• Калинин Кирилл Антонович
• кандидат наук
• 2022

Оглавление диссертации кандидат наук Калинин Кирилл Антонович

ВВЕДЕНИЕ

1 АНАЛИЗ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО И ПРАКТИЧЕСКОГО ОПЫТА ОРГАНИЗАЦИИ СКОРОСТНЫХ И ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ ПАССАЖИРСКИХ ПЕРЕВОЗОК ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫМ ТРАНСПОРТОМ

1.1 Предпосылки к увеличению скоростей движения пассажирских поездов и созданию специализированной пассажирской инфраструктуры

1.2 Определение качественных параметров формируемого высокоскоростного пассажирского сообщения

1.3 Анализ научных работ отечественных и зарубежных авторов в области организации скоростных и высокоскоростных железнодорожных пассажирских перевозок

Выводы по главе

2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЦЕЛЕВЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ РАБОТЫ ПОЛИГОНОВ СО СКОРОСТНЫМ И ВЫСОКОСКОРОСТНЫМ ПАССАЖИРСКИМ ДВИЖЕНИЕМ

2.1 Разработка требований к скоростному и высокоскоростному пассажирскому движению

2.2 Формирование пассажиропотоков в зонах тяготения к остановочным пунктам высокоскоростных магистралей

2.3 Разработка методики определения потенциального спроса на пассажирские перевозки при организации скоростного и высокоскоростного железнодорожного сообщения

2.4 Разработка принципов построения маршрутной сети высокоскоростных и скоростных железнодорожных линий

2.5 Построение технологической маршрутной сети высокоскоростных и скоростных железнодорожных линий

2.6 Разработка метода гексагонального анализа пассажирских транспортных коридоров

Выводы по главе

3 ТЕХНОЛОГИЯ РАБОТЫ ПОЛИГОНОВ С ИНТЕГРИРОВАННЫМ СКОРОСТНЫМ И ВЫСОКОСКОРОСТНЫМ ДВИЖЕНИЕМ

3.1 Технологические мероприятия по повышению эффективности использования ВСЖМ

3.2 Разработка технических требований к организации движения поездов по фидерным участкам

3.3 Организация движения на сверхдальних корреспонденциях скоростного и высокоскоростного движения

3.4 Организация пропуска «ночных» пассажирских поездов на ВСЖМ

Выводы по главе

4 ОРГАНИЗАЦИЯ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ НА ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ МАГИСТРАЛЯХ РАЗЛИЧНЫХ КОНФИГУРАЦИЙ

4.1 Разработка модели составления технологической трассировки линии ВСЖМ

4.2 Разработка модели составления плана остановок и порядка пропуска составов пассажирских поездов на ВСЖМ

4.3 Корректировка последовательности расположения ниток поездов в графике движения

4.4 Разработка технологии эксплуатации линии ВСЖМ Москва-Адлер

Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

ПРИЛОЖЕНИЕ В

ПРИЛОЖЕНИЕ Г

ПРИЛОЖЕНИЕ Д

ПРИЛОЖЕНИЕ Е

ПРИЛОЖЕНИЕ Ж

ПРИЛОЖЕНИЕ И

ПРИЛОЖЕНИЕ К

ПРИЛОЖЕНИЕ Л

ВВЕДЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование системы управления пассажирскими перевозками на полигонах со скоростным и высокоскоростным движением поездов»

Актуальность темы исследования

Снижение величины пассажиропотока в классическом, не скоростном сообщении - проблема пассажирских перевозок железнодорожным транспортом. Пассажирские перевозки железнодорожным транспортом в дальнем сообщении становятся все менее конкурентоспособны по сравнению с авиационным и автомобильным транспортом. Строительство новых автомагистралей, развитие среднемагистральных и ближнемагистральных авиасообщений приводит к тому, что часть пассажиров, которые при прочих обстоятельствах предпочли бы железнодорожный транспорт используют альтернативные виды сообщения. Совершить технологический прорыв в организации пассажирских перевозок железнодорожным транспортом можно только при создании выделенных и специализированных высокоскоростных железнодорожных магистралей (ВСЖМ), скорость движения подвижного состава по которым на определенных участках будет превышать 250 км/ч, а общая маршрутная скорость сообщения будет более 140 км/ч. Линии ВСЖМ являются наиболее эффективными для классических железнодорожных перевозок с системой колесо-рельс.

Востребованность сооружения специализированных ВСЖМ подтверждается мировым опытом сооружения и эксплуатации таких линий. С момента запуска в коммерческую эксплуатацию первой линии высокоскоростного сообщения в Японии, связавшую города Токио-Осака в 1964 году был накоплен огромный опыт эксплуатации высокоскоростных железнодорожных систем.

В России проекты ВСЖМ начали разрабатываться параллельно с мировым развитием высокоскоростного железнодорожного сообщения, однако экономическая обстановка в стране не позволяла их реализовать до настоящего времени. Перспективными для организации высокоскоростного сообщения были выбраны направления, связывающие столичный регион с крупнейшими агломерациями на севере, востоке и юге России. Проекты

развития ВСЖМ «Москва-Казань» и «Москва-Адлер» сейчас признаны недостаточно привлекательными и не являются приоритетными. Это говорит о недостаточной проработке вопросов организации движения высокоскоростных поездов и определения эффектов от организации высокоскоростных перевозок на этих направлениях.

Сеть линий ВСЖМ в любой стране, имеющей эту сеть, имеет уникальные особенности эксплуатации, поэтому эксплуатация ВСЖМ в России тоже будет иметь уникальное технологическое решение, позволяющее достичь наибольшего эффекта. Повышение экономической привлекательности проектов высокоскоростного сообщения, вовлечение большего числа агломераций, предусматривает обеспечение новым видом сообщения большего числа потенциальных пассажиров.

Степень разработанности темы

Общая теоретическая научная база знаний о функционировании систем дальних пассажирских перевозок заложена такими учёными как Ф.П. Кочнев, В.А. Персианов, Н.В. Правдин, В.Г. Шубко, Ю.О.Пазойский. Существенный вклад в исследование истории, техники и технологии высокоскоростного сообщения внес И.П. Киселев. Среди отечественных учёных, внёсших свой вклад в такие вопросы как разработка схемных решений для высокоскоростных железнодорожных линий, определение конфигурации и параметров пассажирских технических станций, определение качества пассажирского сообщения, прогнозирование пассажирских перевозок на железнодорожном транспорте, автоматизации построения технологических графиков работы пассажирских линий, разработки энергоэффективных режимов движения, определение конфигураций вокзальных комплексов, экономической эффективности эксплуатации линий ВСЖМ необходимо отметить Б.М. Лапидуса, Д.А. Мачерета, А.С. Мишарина, Л.А. Баранова, В.Г. Сидоренко, С.П. Вакуленко, Е.В. Копылову, Е.Б. Куликову, А.А. Сидракова, М.Ю. Савельева, О.Н. Мадяр, Н.Ю. Евреенову, А.Д. Калидову. Среди зарубежных авторов, рассматривающих вопросы эксплуатации разветвленной

сети ВСЖМ со своими уникальными технологическими задачами стоит отметить труды Y. Wang, L. Liu, K. Wang, Z. Yang, J. Cheng, H. Li, J. Chen, S. He, X. Song.

Объект исследования - организация пассажирских перевозок в транспортных коридорах при реализации высокоскоростного железнодорожного сообщения.

Предмет исследования - технико-экономическая эффективность организации высокоскоростного движения пассажирских поездов в транспортном коридоре «Центр-Юг» и обоснование потребного развития новой, специализированной пассажирской инфраструктуры.

Цель работы - повышение конкурентоспособности железнодорожного транспорта в межрегиональном сообщении с помощью разработки новых научно обоснованных технологических решений по организации и развитию высокоскоростных железнодорожных пассажирских перевозок.

Для достижения данной цели необходимо решить следующие задачи:

- обобщить научный опыт, накопленный отечественными и зарубежными учёными, исследовавшими вопросы высокоскоростных пассажирских перевозок на железнодорожном транспорте;

- разработать требования к эксплуатационным показателям линий ВСЖМ различной протяженности;

- разработать метод прогнозирования пассажиропотоков, при выбранных критериях качества формируемого транспортного сообщения;

- разработать способы планирования маршрутной сети ВСЖМ в зависимости от условий местности и особенностей расположения населенных пунктов в пределах транспортного коридора;

- разработать технологические мероприятия для повышения экономической эффективности использования линий ВСЖМ в России;

- разработать методику планирования маршрутной сети ВСЖМ и определения экономических эффектов от организации высокоскоростного сообщения;

- разработать методику назначения промежуточных остановок на поездах дальних сообщений, разработать алгоритм корректировки последовательности ниток в графике движения поездов, для решения технологической задачи пропуска высокоскоростных поездов на сверхдальних корреспонденциях.

Научная новизна исследования:

- разработана система требований к эксплуатационным параметрам транспортных коммуникаций, отличающаяся от существующих обеспечением необходимого уровня качества перевозок на всех корреспонденциях в скоростном и высокоскоростном сообщении;

- разработан новый метод прогнозирования пассажиропотоков на ВСЖМ, отличающийся от существующих учетом уровня обеспечиваемого качества сообщения на вновь создаваемой инфраструктуре, позволяющий определять густоты пассажиропотоков для новых видов сервиса, обладающего заданными эксплуатационными характеристиками, не имеющего аналогов в створе рассматриваемого транспортного коридора;

- сформулированы принципы построения маршрутной сети скоростного и высокоскоростного сообщения, отличающиеся от существующих переходом к концепции разветвленной сети ВСЖМ с примыканием фидерных участков, позволяющие увеличить число городов и населения, вовлекаемого в сферу скоростных и высокоскоростных перевозок без потери качества сообщения;

- впервые разработаны мероприятия по повышению эффективности эксплуатации специализированных пассажирских железнодорожных линий, позволяющие повысить качество сообщения на сверхдальних корреспонденциях, увеличивая зону эффективного применения высокоскоростных железнодорожных пассажирских перевозок;

- разработана новая экономико-математическая модель сооружения специализированной инфраструктуры, отличающая от существующих учетом финансовых потоков как для формируемого сообщения, так и для прочих видов железнодорожного сообщения в створе рассматриваемого коридора, позволяющая определять структуру сети скоростного и высокоскоростного сообщения и оценить перспективные финансовые потоки проектов организации высокоскоростных железнодорожных пассажирских перевозок;

- впервые предложена и обоснована технология назначения остановок высокоскоростных поездов, отличающая от существующих системным подходом при назначении остановок различным ниткам в графике движения поездов, позволяющее обеспечить беспересадочное сообщение всех промежуточных пунктов и повысить маршрутную скорость проследования поезда;

- предложен новый алгоритм корректировки положения ниток в графике движения поездов, позволяющий минимизировать негативный эффект от возникающего коэффициента съема одних высокоскоростных пассажирских поездов другими высокоскоростными пассажирскими поездами.

Практическая значимость работы

- разработанная система требований к качественным характеристикам формируемого сообщения позволит повысить конкурентоспособность линий ВСЖМ и привлечь на железнодорожный транспорт дополнительный пассажиропоток;

- разработанный метод прогнозирования пассажиропотоков, внедренный в производственную деятельность АО «Федеральная пассажирская компания», позволит проводить исследование транспортных коридоров на предмет востребованности внедряемого сервиса с заданными качественными характеристиками;

- сформированные принципы построения маршрутной сети разветвленной структуры ВСЖМ, использованные АО «Мосгипротранс», позволят пересмотреть существующие проекты организации

высокоскоростного сообщения с целью повышения их коммерческой эффективности;

- разработанные технологические мероприятия, направленные на повышение эффективности эксплуатации линий ВСЖМ, принятые к внедрению в дирекции скоростного сообщения ОАО «РЖД», позволят создать маршрутную сеть, охватывающую большее число населенных пунктов, чем в существующих проектах, повысить маршрутную скорость следования пассажирских поездов, организовать проследование ночных поездов по высокоскоростной магистрали;

- разработанная экономико-математическая модель позволит определить структуру сети и финансовые потоки проектов организации высокоскоростного сообщения;

- разработанная технология назначения остановок высокоскоростных поездов позволит обеспечить необходимую маршрутную скорость проследования на корреспонденциях различной протяженности с соблюдением установленных требований к качеству сообщения;

- разработанный алгоритм корректировки положения ниток в графике движения поездов позволит минимизировать время простоя или замедления подвижного состава, возникающее из-за образования коэффициента съема высокоскоростных поездов на специализированной инфраструктуре.

Методология и методы исследования основаны на анализе зарубежной и отечественной теории и практики в области организации высокоскоростных железнодорожных перевозок. Для достижения целей и задач исследования применялись: системный анализ и синтез сложных транспортных систем, статистическое наблюдение, сводка и группировка материалов статистического наблюдения, выборка, корреляционный и регрессивный анализ, моделирование работы транспортных систем, экономико-математические расчёты, целочисленное линейное программирование, комбинаторный анализ.

Положения, выносимые на защиту:

- требования к эксплуатационным параметрам при организации движения электропоездов высокоскоростного сообщения на корреспонденциях различной протяженности;

- методика определения потенциального спроса на пассажирские перевозки при организации скоростного и высокоскоростного железнодорожного сообщения;

- принципы составления технологической трассировки линий ВСЖМ в рамках рассматриваемого транспортного коридора; метод гексагонального анализа пассажирских транспортных коммуникаций;

- технология движения электропоездов по фидерным участкам; Технология эксплуатации линии ВСЖМ в ночной период суток;

- методика составления технологической трассировки линии ВСЖМ;

- методика составления плана промежуточных остановок и взаимного расположения ниток в графике движения поездов.

Степень достоверности и апробация результатов результаты исследования использованы в научно исследовательской работе, выполненной для АО «Мосгипротранс» «Укрупненная оценка стоимости реализации новых мероприятий и актуализация стоимости реализации ранее утвержденных мероприятий по развитию железнодорожной инфраструктуры Московского железнодорожного узла», а также для ГАУ «Институт Генплана Москвы» «Определение показателей целевого состояния пригородно-городских и высокоскоростных перевозок пассажиров в Московском железнодорожном узле». Результаты, полученные в диссертационном исследовании использованы дирекцией организации скоростного сообщения ОАО «РЖД», АО «ФПК» и АО «Мосгипротранс» при разработке проектов высокоскоростного сообщения.

Основные положения работы были доложены на:

- II Международной научно-практической конференции «Устойчивое развитие территорий» МГСУ, Москва 2019 г.;

- Международной научно-практической конференции «В.Н. Образцов -основоположник транспортной науки» РУТ (МИИТ), Москва 2021 г.;

- Международной научно-практической конференции «Инновационные технологии на железнодорожном транспорте» РУТ (МИИТ), Москва 2021 г.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы (264 библиографических наименования) и 10 приложений.

В первой главе рассмотрена теория и практика организации высокоскоростного пассажирского сообщения в мире и в России. Выделены качественные оценки пассажирского сообщения, позволяющие определить востребованность новых видов сервиса, позволяющие разработать требования к перспективному высокоскоростному сообщению.

Во второй главе сформированы требования к эксплуатационным характеристикам высокоскоростного сообщения в России. Определены принципы построения технологической трассировки линии ВСЖМ, введена классификация различных участков. Разработан метод гексагонального анализа пассажирских транспортных коммуникаций, позволяющий определить основные характеристики образуемых транспортных связей.

В третьей главе разработаны и описаны технологические мероприятия для повышения экономической эффективности линии ВСЖМ. Определены особенности пропуска высокоскоростного подвижного состава на сверхдальних корреспонденциях, решена задача об определении допустимого числа остановок подвижного состава на промежуточных остановках.

В четвертой главе разработана экономико-математическая модель эффективности сооружения линии ВСЖМ различной конфигурации. Определены принципы построения графика движения поездов на ВСЖМ большой протяженности. Разработана модель составления плана остановок ниток пассажирских поездов в пути следования. Выполнена апробация разработанных методов и технологических подходов к организации движения на ВСЖМ на примере транспортного коридора «Центр-Юг».

1 АНАЛИЗ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО И ПРАКТИЧЕСКОГО ОПЫТА ОРГАНИЗАЦИИ СКОРОСТНЫХ И ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ ПАССАЖИРСКИХ ПЕРЕВОЗОК ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫМ ТРАНСПОРТОМ

1.1 Предпосылки к увеличению скоростей движения пассажирских поездов и созданию специализированной пассажирской инфраструктуры

Системное и рациональное развитие железных дорог - важнейшее условие для удержания позиций на рынке перевозок и перспективного увеличения доходов железнодорожного транспорта. Для осуществления технологического перехода на новый конкурентоспособный уровень и решения проблемы ограниченной пропускной способности на основных железнодорожных магистралях со смешанным движением предполагается сооружение новых линий железных дорог, специализированных для обращения высокоскоростного подвижного состава (ВСПС) [8,65,66,68,79,106]. В России по состоянию на 2021 год разрабатываются проекты организации высокоскоростного сообщения на участках Москва -Санкт-Петербург (ВСЖМ-1), Москва - Казань (ВСЖМ-2) и Москва - Адлер (ВСЖМ-3) [33,46,122,166,198,212]. Проекты развития высокоскоростного сообщения прорабатывались в 70-е годы в СССР, где для строительства ВСЖМ первоочередным и наиболее целесообразным признавалось направление «Москва-Юг» в сочетании с направлением «Москва-Ленинград» [225].

Высокоскоростные железнодорожные магистрали (ВСЖМ) являются в настоящее время вершиной технического развития транспортной системы, основанной на взаимодействии колеса и рельса - то есть железнодорожного транспорта в классическом его понимании. К ним относят железные дороги, на которых поезда достигают скоростей 250 км/ч и более в коммерческой

эксплуатации. В России и в мире разрабатывается [134,197,201,228] и реализуется большое число проектов по организации скоростного сообщения на модернизируемых и вновь сооружаемых железнодорожных магистралях. Рельсовый железнодорожный транспорт показал наличие большого потенциала к модернизации и усовершенствованию, и оказался более эффективным чем десятки экспериментальных транспортных систем, таких как навесные и подвесные поезда с различными типами движителей. В разных странах опробованы сотни инженерных решений, направленных на увеличение скоростей движения поездов, в результате чего сформировалась чёткая парадигма развития высокоскоростного движения как отдельного направления развития научно-технического прогресса на железнодорожном транспорте.

Большой объём потребных инвестиций в новые транспортные коммуникации заставляет с большой осторожностью подходить к принятию стратегических (в т.ч. политических) решений о судьбе масштабных инвестиционных проектов, таких как строительство новых автомагистралей и железных дорог. На примере организации перевозок в створе коридора «Север-Юг» на территории центральной части России можно видеть, что повышение спроса на грузовые и пассажирские перевозки в сообщении между регионами и транспортными узлами в центральной и южной части России удовлетворяются реализацией не связанных друг с другом, в некотором роде конкурирующих (за федеральное финансирование и за клиентов) проектов. Развитие инфраструктуры, такой как строительство новой аэропортовой и аэродромной инфраструктуры (г. Геленджик, Краснодар, Ростов-на-Дону, Саратов, Сочи, Анапа, Симферополь), повышение пропускной способности федеральных автомобильных магистралей (М-4 «Дон», Р-217 «Кавказ» и А-289 «Краснодар - Керчь) и развитие железнодорожных линий (инвестпроекты развития подходов к портам Северного Кавказа, развития транспортного коридора «Север - Юг» и строительство специализированной высокоскоростной магистрали «Центр - Юг»). В этих условиях крайне

актуальным становится поиск оптимального целевого состояния транспортной сети, при котором железнодорожный транспорт сможет освоить максимальные объёмы перевозок, а вложения в инфраструктуру будут иметь максимальную фондоотдачу.

Одним из возможных вариантов ответа на стоящие перед железнодорожным транспортом вызовы может быть специализация существующих железнодорожных магистралей по видам преимущественных перевозок [26,116,134,137], например, на грузовые и на пассажирские. Однако реализация подобных инициатив связана с необходимостью реконструкции целых железнодорожных полигонов, а сфера применения специализации при этом имеет свои границы [27,43,47,153,211].

На примере рассматриваемого в диссертационном исследовании транспортного коридора «Центр-Юг» определим перспективы повышения скоростей пассажирского сообщения и подходов к организации высокоскоростных перевозок, а также эффектов для грузового сообщения при специализации существующей железнодорожной инфраструктуры или введения в эксплуатацию новой.

В настоящее время на железнодорожной линии Москва - Рязань -Мичуринск - Воронеж - Лиски - Россошь - Лихая - Ростов испытывается дефицит пропускной способности (особенно на участках Воскресенск -Рыбное, Лихая - Ростов). Данный коридор продолжает выполнять функции обеспечения важнейших экономических связей, в том числе пропуск грузопотоков минеральных удобрений, угля, металла, зерна, углеводородного сырья в экспортных сообщениях через порты Новороссийск, Тамань, Туапсе и др., а также в сообщениях с центральной, северной и северо-западной частями России (вкл. порты Балтийского моря), и, вместе с тем, осуществляет пропуск до 60 пар пассажирских поездов в сутки. Нитки в графике движения поездов (ГДП) грузовым поездам предоставляются по остаточному принципу и их размеры достигают величины 40-45 пар в сутки в летний период. Значительное количество грузовых поездов уже сейчас вынужденно направляется

кружными маршрутами, что увеличивает сроки доставки и издержки перевозчика и грузовладельцев.

Железные дороги в коридоре «Центр - Юг» работают в условиях крайне высокой грузонапряжённости нетто (более 40 млн тонн-км/км в год) и высокой пассажиронапряжённости (около 20 млн пасс/год в сечении). При сопоставимых значениях показателей в странах Европы реализуются проекты сооружения новых линий железных дорог. Опыт таких стран как Великобритания, Франция, Китай и Япония показывает, что при аналогичной постановке задачи, даже при достаточно разветвлённой сети железных дорог, и при наличии параллельных ходов, железнодорожные администрации идут по пути предложения качественно новой услуги в виде высокоскоростных или скоростных магистралей.

Российский опыт доказывает адекватность подобного подхода. В пример можно привести промежуточное решение организации скоростного движения поездами «Сапсан» в сообщении Санкт-Петербург - Москва на существующей железнодорожной линии. Поезда «Сапсан» имеют время в пути почти в 2 раза больше, чем обеспечила бы специализированная ВСЖМ, при этом их парность ограничена пропускной способностью магистрали, по которой обращаются пригородные электропоезда, пассажирские, скорые пассажирские и местные грузовые поезда. Инвестиции в реконструкцию одного только главного хода Санкт-Петербург - Бологое - Москва в ценах 2010 года составили 75 млрд руб., что по тем временам составляло около 25 % проектной стоимости новой ВСЖМ.

С точки зрения транспортного рынка, «Сапсаны» наглядно показали востребованность скоростных перевозок между столицами [7,167,168,198]. Ожидаемо, спрос оказался настолько высок, что в настоящее время имеется острый дефицит провозной способности в скоростном сообщении. Запуск «Сапсанов» индуцировал спрос на поездки, но сами «Сапсаны» этот спрос уже удовлетворить не могут по объективным причинам отсутствия резервов увеличения провозной способности (размеры движения достигли планки в 14

пар поездов сутки). При этом в коридоре между Москвой и Санкт-Петербургом ежесуточно в 2019 году курсировало до 80 пар авиарейсов (около 16 тыс. пасс. в сутки в одну сторону - вдвое больше, чем перевозят поезда «Сапсан»). В итоге этот нереализованный спрос был освоен преимущественно воздушным транспортом и простимулировал авиационную подвижность. Так, доля авиации в связи с этим продолжает оставаться крайне высокой - на уровне 30-40% от суммарного пассажиропотока.

Для возможности пропуска скоростных пассажирских поездов был изменен маршрут следования грузовых поездов. Сквозные грузовые поезда были направлены по кружному маршруту с увеличением тарифного расстояния на 500 км, что снизило конкурентоспособность железнодорожного транспорта, увеличило сроки доставки грузов и издержки грузовладельцев [38], что в свою очередь привело к резкому повышению привлекательности грузовых автомобильных перевозок в данном коридоре и появлению серьёзных заторов на автомагистрали М-10 (Москва-Санкт Петербург). Дополнительные расходы от кружности грузовых поездов оценивались в 10 млрд руб. / год (в ценах 2010 г.).

Значительно ухудшились параметры пригородного движения на участках Крюково - Тверь - Бологое и Санкт-Петербург - Малая Вишера. Из-за большой разницы времён хода между скоростными пассажирскими и пригородными электропоездами интервалы между попутными пригородными электропоездами вынужденно увеличились, появились обгоны, то есть существенно увеличилось время в пути следования.

На южном направлении в коридоре «Центр - Юг» наблюдается схожая ситуация. Проведённые за последние 15 лет мероприятия по ускорению отдельных пассажирских поездов на южном направлении (№ 103/104 Москва - Адлер и т п) являются адресными, и они не решили комплексной задачи развития этого транспортного коридора, а только усугубили проблему дефицита его провозной способности, так как ускоренные пассажирские поезда обладают повышенным «съёмом» по отношению к грузовым поездам.

Более того, ввод дополнительных сезонных пассажирских поездов неизбежно приводит к тому, что время хода этих поездов от Москвы до курортов, из-за необходимости встраивания в плотный график движения поездов (ГДП), увеличивается до неприемлемых для пассажиров 1,5-2 суток, что приводит к аналогичному с Санкт-Петербургом эффекту кратного увеличения перевозок воздушным транспортом в сообщении до Сочи, Анапы, Геленджика, Краснодара и Ростова-на-Дону.

Анализируя результаты опроса пассажиров, проведенные в программе развития высокоскоростного и скоростного сообщения, можно сделать вывод, что для эффективной конкуренции с авиатранспортом, железнодорожный транспорт на дальних (более 800км) и средних (400-800км) корреспонденциях должен предоставлять пассажиру сравнимую скорость сообщения. Достичь этого можно только благодаря качественным изменениям в уровне предоставляемого сервиса за счет организации высокоскоростного железнодорожного сообщения на рассматриваемом участке.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Калинин Кирилл Антонович, 2022 год

использования ВСЖМ

Для повышения эффективности использования специализированных линий ВСЖМ необходимо применение особых технологических подходов в организации перевозок. Высокоскоростные перевозки существенно отличаются от прочих сегментов железнодорожных пассажирских перевозок (пригородного и дальнего) не только в технической части, но в технологической части организации движения поездов и планирования перевозочного процесса. Процесс организации движения поездов по ВСЖМ имеет признаки, присущие как классическому пригородному сообщению, так и признаки, присущие дальнему пассажирскому сообщению. Выраженность признаков пригородного или дальнего сообщения зависит от общей протяженности линии ВСЖМ. Выявленные признаки пригородного и дальнего сообщения, а также отличительные особенности высокоскоростного сообщения по различным параметрам, таким как общее время в пути, размеры движения, и параметры, учитываемые при построении технологических графиков работы линии, приведены в таблице 3.1, где зеленым цветом отмечены параметры на корреспонденциях определенной длины, где преобладают признаки пригородного сообщения, красным - параметры схожие с организацией движения поездов дальнего следования, фиолетовым -параметры требующие выработки специализированных для высокоскоростной линии решений.

Таблица 3.1 - Признаки сообщения в зависимости от общей протяженности

линии ВСЖМ

Протяженность корреспонденции, км

Параметр сообщения 0-250 250- 500- 750- 1000+

500 750 1000

Протяженность корреспонденции перевозок П Д Д Д Д

Время в пути П П П Д Д

Размеры движения поездов П П П Д Д

Наличие "засыльных" рейсов поездов П П Д Д Д

Режим остановок поездов П П ВСЖМ ВСЖМ ВСЖМ

Характер поездки П П ВСЖМ ВСЖМ ВСЖМ

Неравномерность в перевозках в течении суток П П ВСЖМ ВСЖМ ВСЖМ

Режим работы линии в ночной период П П П П ВСЖМ

Построение графика оборота подвижного состава П П П ВСЖМ ВСЖМ

Так на корреспонденциях общей протяженностью ¿общ < 500 км высокоскоростное сообщение наиболее похоже на перевозки в пригородных поездах на дальние зоны (так называемое дальнепригородное сообщение). В некоторых странах, таких как КНР и Япония, линия ВСЖМ используется в том числе для организации ежедневных массовых перевозок пассажиров в центр агломерации с периферии.

С увеличением дальности перевозки высокоскоростными поездами на расстояния ¿общ > 750 км прослеживается тенденция к уменьшению размеров движения поездов, изменению характера и цели поездки пассажиров, а также к возникновению дополнительных технологических и эксплуатационных задач, требующих иного подхода к пропуску поездов на сверхдальних корреспонденциях.

В зоне своей наибольшей эффективности 500 км < ¿общ < 750 км это высокоскоростное сообщение имеет смешанные признаки пригородного и дальнего сообщения, при этом режим эксплуатации линии выбирается исходя из её общей конфигурации.

При выстраивании операционного плана работы и составлении технологических графиков обращения поездов по линии ВСЖМ необходимо

учитывать опыт организации движения поездов существующих сообщений с разработкой новых технологических решений, направленных, в том числе, на повышение эффективности эксплуатации линии ВСЖМ, поэтому можно сформулировать несколько отдельных технологических подходов к формированию системы перевозок высокоскоростными поездами.

Формирование разветвленной сети маршрутов поездов, обеспечивающей нелинейную связь крупных агломераций в рамках рассматриваемого коридора.

Существующие проекты высокоскоростного сообщения в России предполагают сооружение выделенных линий для движения высокоскоростных поездов линейно соединяющих города на маршруте следования. Такой подход может быть эффективным для стран, в которых в силу географических особенностей крупнейшие города и экономические центры регионов расположены вдоль одного транспортного коридора с незначительными отклонениями от директивной корреспонденции линии ВСЖМ (пример - Япония и Италия). Географические условия расположения городов в центральной и южной части России детерминируют использование опыта организации высокоскоростного сообщения Франции и Германии, предполагающего использование разветвленной сети железных дорог, по которым обращаются высокоскоростные поезда.

Использование однопутных участков скоростных линий на участках с низкой ожидаемой интенсивностью движения.

В целях уменьшения капиталовложений в создание специализированной линии для обращения высокоскоростных поездов на участках с заведомо малыми размерами движения поездов |/| < 10 пар поездов в сутки сооружение однопутных линий может снизить капиталовложения в инфраструктуру на величину до 30% от стоимости капитальных затрат двупутного исполнения, однако это создает ряд несвойственных для двупутных ВСЖМ технологических задач по организации пропуска таких

поездов. Опыт эксплуатации специализированных однопутных линий для скоростного и высокоскоростного движения есть в Испании и Южной Корее.

Вопросы организации скоростного и высокоскоростного сообщения на однопутных линиях, требования к путевому развитию линий, а также экономическая эффективность применяемых решений рассмотрены в работах Калидовой А.Д. [86,87,88,94].

Организация движения поездов на сверхдальних корреспонденциях скоростного и высокоскоростного движения, порядок пропуска «дневных», и назначение «ночных» пассажирских поездов.

Опыт эксплуатации сверхдальних корреспонденций высокоскоростных магистралей в КНР [241,244,245,246,250,251,252,256,258,264] показывает, что при увеличении общей протяженности линии, возникают дополнительные эксплуатационные задачи, не свойственные для любой другой высокоскоростной железнодорожной системы. В частности, возникает необходимость выбора режима остановок на сверхдальних корреспонденциях, и вопрос об обеспечении устойчивой связи всех пассажирских станций на маршруте в различные периоды суток.

Инфраструктурная интеграция параллельных ходов и иных не скоростных линий железных дорог.

Опыт организации высокоскоростного движения во Франции показывает эффективность подхода, при котором на линии ВСЖМ обустраиваются съезды и развязки с существующими не скоростными железными дорогами. Это делается для включения в зону скоростного и высокоскоростного обслуживания максимально возможного количества городов и агломераций без привлечения дополнительных инвестиций в сооружение специализированных линий.

3.2 Разработка технических требований к организации движения поездов по

фидерным участкам

Одним из способов сокращения капиталовложений в развитие сети высокоскоростных железнодорожных перевозок является снижение требований к оснащенности [87,88,152,155,178,185,233,249] на ответвлениях от магистрального хода линии ВСЖМ - фидерных участках.

Работа фидерных участков ВСЖМ должна отвечать требованиям общего уровня качества обслуживания пассажиров, главным из которых, как отмечено в разделе 2.1, является маршрутная скорость пассажирского сообщения. На итоговое значение маршрутной скорости влияет расположение ответвления (фидерной линии) относительно основной магистрали, протяжённость магистрального плеча перевозки, протяжённость ответвления и установленные технические скорости движения поездов по магистральному и фидерному участкам. Основные технические параметры ВСЖМ, включая её трассу, выбираются целиком для всей проектируемой магистрали исходя из необходимости обеспечения перевозок по основным корреспонденциям. В то же время технические параметры фидерных участков подбираются отдельно для каждого участка.

При обосновании строительства нового фидерного участка или при обосновании организации движения высокоскоростного подвижного состава по существующей железнодорожной линии в режиме фидерного участка ВСЖМ, необходимо подобрать такой режим работы нового пассажирского маршрута, который обеспечит с одной стороны минимизацию капитальных и эксплуатационных затрат, а с другой стороны - максимизацию полезности, выраженную в сокращении времени в пути следования для пассажиров.

В качестве результирующего параметра следует принять потребную маршрутную скорость на фидерном участке, определяемую из выражения:

Т/Ч ^общ _ ¿м+Ьф /О 1 \

Км.Д0П - Гобщ _ ¿м + Ч , (3Л)

где КмДоп - допустимая маршрутная скорость сообщения в I поясе корреспонденций, км/ч; I - порядковый номер пояса корреспонденций, пояса устанавливаются с шагом 250 км, характеристики каждого пояса приведены в таблице 3.1; ¿общ - общая протяженность рассматриваемой целевой корреспонденции, км. Состоит из магистрального участка - ¿м, км и фидерного ¿ф км; Гобщ - общее время проследования высокоскоростного поезда по рассматриваемой корреспонденции, ч; Кф - расчетная минимальная маршрутная скорость движения на фидерном участке, км/ч.

Расчётная минимальная маршрутная скорость принимается на основании следующего алгоритма:

1) Осуществляется расчет Кф исходя из двух условий:

- расчетная маршрутная скорость на корреспонденции равна

, _ £м+£ф . (3 2)

Км.доп ¿м ¿ф ; (3.2)

^М „ф

- общее время движения высокоскоростного поезда по рассматриваемой корреспонденции не должно превышать предельно допустимого времени для данного I пояса Гобщ ^ ТДоп;

Применив систему ограничений получим:

т/' _ ^1м.доп*Ьф ,

Кф _ „I . (3.3)

* Ь +и-„д°п*1ф

' м

2) Если при полученной маршрутной скорости движения Кф по фидерному участку общее время превышает допустимое (Гобщ > ГДоп), тогда необходимо повышение скоростного режима до уровня Уф' исходя из следующих ограничений:

- общее время в пути принимается в соответствии с ограничением для данного пояса Гобщ = Г^;

- маршрутная скорость движения по фидерному участку не должна превышать скорость, установленную на магистральном участке на рассматриваемом поясе сообщения Кф' < ;

Применив систему ограничений получим:

3) Производится проверка на соответствие полученной скорости минимально допустимой скорости сообщения , если Кф < Кф"" или Кф' <

устанавливается как Кф = Уф7"". В дальнейших расчетах Кф"^ определяется как минимальное пороговое значение для линий со скорым движением в соответствии с приказом Федеральной службы по тарифам №156-т/1 (от 27.07.2010 г), равное 50 км/ч.

Схема взаимного расположения магистрального и фидерного участков с обозначением переменных приведена на рисунке 3.1. Красным цветом показан магистральный участок между пунктами ао и ап, а синим цветом показан фидерный участок до станции апф.

(3.4)

Кф"^, то минимальный скоростной режим для фидерного участка

<3/7

1-о5щ; Уд оп;

юп

Рисунок 3.1 - Схема взаимного расположения магистрального и фидерного участка с обозначением расчетных переменных

Блок схема описанного алгоритма определения минимальной маршрутной скорости на фидерном участке приведена на рисунке 3.2.

Рисунок 3.2 - Блок схема алгоритма определения маршрутной скорости

сообщения на фидерном участке

Исходные данные для расчета технологических параметров фидерного участка приняты на основании наиболее результативных линий ВСЖМ из мирового опыта, рассмотренных в пункте 2.1 и приведены в таблице 3.2.

Таблица 3.2 - Исходные данных для расчета параметров фидерных участков по I поясам корреспонденций.

№ п/п Длины корреспонденции, км К' "м.доп? км/ч КМ, км/ч т/min км/ч 7' ч доп

От До

1 0 250 140 160 50 2,5

2 250 500 145 170 50 4

3 500 750 150 180 50 5,5

4 750 1000 155 190 50 7

5 1000 160 200 50 10

Результаты расчета скоростей на фидерном участке и результаты расчёта времен хода на рассматриваемых корреспонденциях для ¿м £ [25; 2000] и ¿ф £ [25; 500] приведены на рисунках 3.3 и 3.4. На приведенных тепловых картах цветом показано изменение необходимого скоростного режима Кф на фидерном участке при заданном ¿м и ¿ф от наименьших

значений Кф ^ Кехн1 - зеленый, до максимальных значений Кф ^ КМ -красный. Данные карты позволяют наглядно показать изменение Кф в зависимости от соотношения длин магистрального и фидерного участков. Эксперименты показали, что изменение таких параметров как КМ, и 7Доп может существенно поменять тепловую карту и изменить сферы эффективного применения фидерных участков.

25 | 50 | 75 | 100 | 125 | 150 | 175 |

Фидерное плечо,

200 | 225 | 250 | 275 ~Т

км

I 325 |

350 | 375 | 400 | 425 | 450 | 475 | 500

300

375 400

1275 1300

1425 1450

1575 1600

1725 1750

1875 1900

124,4 112,0 101,8

93.3 86,2 80,0 74,7 70,0

62.4 58,7 55,4 52,4 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 66,7 100,0

131.8 124,4

117.9 112,0

106.7

101.8 97,4 91,3

87.3

83.6 80,2

77.0

74.1

71.4

69.0 66,6

64.4 60,0

58.1

56.3

54.5 52,9

51.4 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0

50.0

57.1

66.7 80,0 100,0 133,3

134,4 129,2 124,4 120,0 115,9 112,0 108,0 104,2 100,6 97,3

94.2

91.3 88,6 86,0

83.6 81,3 77,1 75,0

73.0

71.1

69.2 67,5 65,9

64.3 62,8

61.4

58.3 57,0

55.7

54.5

53.4 52,3 51,2 50,2 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0

54.5 60,0 66,7 75,0 85,7 100,0 120,0 150,0

135,8 131,8 128,0 124,4 121,1 118,8 115,3 112,0 109,0 106,0

103.2 100,6 98,1

95.7

93.5 90,0

87.8 85,7

83.7

81.8 80,0

78.3

76.6

75.0 73,5 70,5

69.1

67.7

66.4 65,1

63.8

62.7

61.5

60.4 59,3 57,1

56.1

55.2

54.2

53.3

52.5

51.6

50.8 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0

50.0 53,3

57.1 61,5

66.7 72,7 80,0

100,0

114.3 133,3 160,0

136.6 133,3

130.2

127.3

126.4

123.3 120,2

117.4

114.7 112,0

109.6 107,2 104,9

102.7 100,0 97,8

95.7

93.8

91.8

90.0 88,2

86.5

84.9 83,3 80,7

79.2

77.7

76.3 74,9

73.6

72.4

71.1 70,0

68.8

66.7

65.6

64.5 63,5 62,5

61.5

60.6

59.7

58.8

58.0

57.1 56,3 55,6

54.8 54,1 53,3 52,6

51.9

51.3 50,6 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 52,6

55.6

58.8 62,5

66.7

71.4

76.9 83,3 90,9 100,0 111,1 125,0 142,9 166,7

137,1 134,4 131,8

132.1

129.2

126.4

123.8 121,2 118,8

116.5

114.2 112,0 110,0 108,0

105.9

103.8

101.9 100,0

98.2

96.4 94,7

93.1

91.5

87,7

86.2 84,7

83.3 82,0

80.7

79.4 78,2 77,0 75,0

73.8 72,7

71.6 70,6 69,6 68,6

67.6

66.7

65.8

64.9

64.0

63.2

62.3

61.5 60,8 60,0 59,3 58,5 57,8

57.1 56,5 55,8

55.2

54.5

57.1 60,0

63.2 66,7

70.6 75,0 80,0

85.7

92.3 100,0 109,1 120,0

133.3 150,0

171.4

137,5 135,2 136,4

133.8

131.2 128,8

126.4 124,1

121.9 119,8 117,8 115,8

114.5 112,5

110.5

108.6 106,8 105,0

103.3 101,6 100,0

98.4

96.6 95,0

93.5

92.0

90.6

89.2 87,9 86,6 85,4

84.1

82.4

81.2 80,0 78,9 77,8

76.7

75.7 74,7 73,7

72.7

71.8

70.9

70.0

69.1

68.3

67.5 66,7 65,9

65.1

64.4

63.6 62,9

62.2

61.5 60,9

63.6

66.7 70,0

73.7

77.8

82.4

87.5 93,3 100,0 107,7 116,7 127,3 140,0 155,6 175,0

137.8

139.9

137.4 135,1

132.8

130.6

128.5 126,4

124.4

122.5

120.6 120,0 118,0 116,1 114,3 112,5 110,8 109,1 107,5

105.9 104,3 102,9 101,3

99.8 98,4

97.0

95.6

94.2

92.9

91.7

90.4

87,7

86.5

85.3 84,2

83.1 82,1 81,0 80,0 79,0

78.0

77.1

76.2

75.3

74.4

73.6

72.7 71,9

71.1

70.3

69.6

68.8 68,1

67.4

66.7

69.6

72.7

76.2 80,0 84,2

94,1 100,0

106.7 114,3 123,1 133,3 145,5 160,0

177.8

142,7 140,4 138,2 136,1

134.0

132.1

130.1

128.2 126,4 124,6

124.6

122.7 120,9 119,1

117.4 115,7

114.1

112.5 111,0 109,5 108,4 106,9

105.4 103,9

102.5

101.2

99.8 98,5 97,3

96.0

94.7

93.5 92,3

91.1

90.0

88.9

87.8 86,7 85,7 84,7

83.7

82.8 81,8

80.9 80,0

79.1

78.3

77.4

76.6 75,8 75,0

74.2

73.5

72.7 72,0 75,0

78.3

81.8 85,7 90,0 94,7 100,0 105,9

112.5 120,0

128.6

138.5 150,0

163.6 180,0

142,9 140,9 138,9 136,9

135.1

133.2

131.5

129.7 128,1

128.6

126.8

125.0

123.3 121,6 120,0

118.4 116,9

115.4 113,9 113,3 111,8 110,3 108,9

107.5

106.1

104.8

103.5 102,3 101,0 100,0

98.8

97.6

96.4 95,2 94,1 93,0 92,0

90.9 89,9 88,9 87,9

87.0 86,0

85.1

84.2

83.3

82.5

81.6 80,8 80,0

79.2

78.4

77.7 76,9 80,0

83.3 87,0 90,9 95,2 100,0 105,3 111,1

117.6 125,0 133,3

142.9 153,8

166.7

181.8

143.1

141.2

139.4 137,6 135,9

134.2

132.6 131,0

132.0

130.3 128,6 126,9 125,3

123.8 122,2

120.7 119,3

117.9

117.6

116.1

114.7 113,3 111,9 110,6 109,3 108,0

106.7

105.5

104.8 103,5

102.3 101,1 100,0 98,9 97,8 96,7 95,7 94,6 93,6