CC BY
68
СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ - ТРАНСПОРТУ
УДК 625.1.5
Л. А. Андреева, Е. С. Свинцов, Е. А. Тарасевич
ОБ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ОЦЕНКЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ БЕЗБАЛЛАСТНОГО ВЕРХНЕГО СТРОЕНИЯ ПУТИ
Дата поступления: 05.1 1.2017 Решение о публикации: 18.12.2017
Аннотация
Цель: Описать изменения параметров движения по железным дорогам в современных условиях, которые влекут за собой необходимость введения в эксплуатацию новых систем конструкции верхнего строения пути, адекватных этим изменениям. Методы: Для написания статьи применены методы сопоставления и сравнительного анализа. Результаты: Сопоставлены преимущества и недостатки безбалластного верхнего строения пути и традиционной конструкции пути на балласте. Проанализирована возможность более широкого применения безбалластного верхнего строения пути на современных железных дорогах. Практическая значимость: Внедрение безбалластного верхнего строения пути позволит решить практические задачи применения этого вида конструкции верхнего строения пути в транспортном строительстве.
Ключевые слова: Верхнее строение пути, высокоскоростное движение, БВСП, методы оценки экономической эффективности.
Ludmila A. Andreyeva, D. Sci. Eng., deputy director for academic affairs (Design and Scientific Research Institute of Industrial Transport (PTNIIP)), Yevgeniy S. Svintsov, D. Sci. Eng., professor, *Yelena A. Tarasevich, Cand. Sci. Eng., associate professor, [email protected] (Emperor Alexander I St. Petersburg State Transport University) ON ECONOMIC ASSESSMENT OF BALLASTLESS TRACK STRUCTURE EFFICIENCY
Summary
Objective: To describe the regulation of railroad traffic parameters in modern conditions, that lead to the necessity of putting into operation the new systems of track design, relevant for regulations in question. Methods: The method of matching, as well as the method of comparative analysis was applied in the study. Results: The advantages and disadvantages of ballastless track structure and conventional ballast track design were compared. The possibility of extensive application of ballastless track structure on modern railroads was analyzed. Practical importance: Ballastless
track structure implementation will make it possible to solve practical tasks of using the given type of track design in transport construction.
Keywords: Track structure, high-speed traffic, ballastless track structure (BVSP), economic efficiency assessment method.
Универсальная классическая конструкция железнодорожного пути, включающая в себя рельсы, шпалы и щебеночное основание, используется со времени строительства первых железных дорог, и до начала развития полигона высокоскоростного движения в мире считалась единственно возможной. Но с повышением скоростей движения составов традиционная классическая конструкция теряет свою конкурентоспособность, так как перестает соответствовать возросшим требованиям к качеству пути. Пределы работоспособности балластного верхнего строения пути четко проявляются при скоростях выше 200-250 км/ч [1].
Слабым звеном традиционной конструкции пути является балласт, поэтому для высокоскоростных участков дороги или участков, предназначенных для перевозки грузов и большегрузного транспорта, все чаще применяется альтернативная конструкция - путь без балласта с прямым опиранием рельсов на монолитное основание (безбалластная конструкция верхнего строения пути - БВСП).
Главная отличительная особенность таких конструкций - отсутствие балласта, который заменен сплошным железобетонным основанием и гидравлически связанным слоем [2]. Все многообразие БВСП, используемых в современной практике железнодорожного строительства, можно разделить на два класса [3]:
W / W Ч W W /
• с точечной (дискретной) рельсовой опорой (прямое точечное опира-ние на железобетонные шпалы, полушпалы; блоки, замоноличенные в бетонном основании);
• с непрерывной рельсовой опорой (полное опирание рельсовых нитей на монолитное основание - бетонная плитная опора).
В настоящее время БВСП используются в основном на искусственных сооружениях (мостах, путепроводах, эстакадах и тоннелях). Применение такой конструкции на земляном полотне возможно только в случае его полной стабилизации [4]. Тем не менее, Стратегия развития железнодорожного транспорта в РФ до 2030 г. предусматривает модернизацию и строительство 16-20 тыс. км железных дорог с применением инновационных ресурсосберегающих технологий, в том числе терраэффективных технологий [3] сооружения железных дорог, требующих боле гибкой трассировки. В связи с этим при условии ввода более высоких технических требований к строительству пути на земляном полотне безбалластный путь может быть предложен в качестве стандартной технологии для верхнего строения пути на магистралях с высо-
кими критериями стабильности геометрических параметров пути, прочности, диэлектричности и с высокими осевыми нагрузками.
Основной предпосылкой для перехода на БВСП является расстройство геометрических параметров балластного пути при повышении скорости движения и осевых нагрузок, но есть и другие веские причины к расширению полигона безбалластного пути [1, 4]:
• вылет частиц балласта, который влечет за собой нанесение повреждений объектам инфраструктуры и подвижному составу;
• наличие участков неравножесткости, характерных для балластного пути (в частности, в районе стрелочных переводов);
• необходимость укрепления балластной призмы для ее упрочения и борьбы с растительностью;
• высокий уровень стоимости работ, связанных с текущим содержанием балластного пути и необходимость его снижения.
Сравнительный анализ системы БВСП и традиционной системы балластного пути [2, 4-6] выявил, что каждая конструкционная система имеет как свои собственные неоспоримые преимущества, так и явные недостатки. Так, основное достоинство БВСП заключается в возможности долговременно сохранять стабильность геометрических параметров пути при низких затратах на текущее содержание (на 30-40 % ниже по сравнению с использованием традиционной балластной конструкции). Срок службы БВСП значительно превышает сроки службы балластных путей (50-60 лет; прогнозируемый срок службы по отдельным конструкциям БВСП - до 80 лет). Кроме того, к достоинствам БВСП могут быть отнесены такие его технико-эксплуатационные параметры:
• меньший вес и меньшая строительная высота;
• отсутствие выброса щебеночного балласта на ВСМ;
• лучший уровень виброзащиты;
• повышенная устойчивость бесстыкового пути;
• экологичность (в процессе всего жизненного цикла БВСП в атмосферу выбрасывается в 1,5 раза меньше С02).
С другой стороны, балластная конструкция верхнего строения пути имеет более низкий уровень капитальных затрат на строительство; характеризуется простотой выправки пути в профиле и в плане, высоким уровнем шумопоглощения. Конструкции БВСП, напротив, отличаются низкой ремонтопригодностью. В отличие от БВСП, применение которого невозможно в сейсмоопасных районах и на участках с низкой несущей способностью основания (на глинистых грунтах, болотах и т. д.), балластная конструкция универсальна. Но основным недостатком пути на балласте является, конечно же, накопление остаточной деформации в процессе эксплуатации, что ведет к потере надежности и возникновению дополнительных системных рисков. Существенными недостатками БВСП является то, что эта конструк-
ция обладает высокой жесткостью в вертикальной плоскости, добавляет значительную динамическую инерцию при проходе подвижным составом неровностей на пути, увеличивает частоту вибраций при движении поезда по сравнению с путем на балласте при прочих равных условиях [2, 4, 5].
Кроме того, не менее значительными недостатками безбалластного пути, затрудняющими его использование, являются:
• высокие требования к соблюдению технологии строительства и к выбору строительных материалов;
• высокие требования к устройству и технологии содержания переходных участков с балластной конструкции на безбалластную;
• повышенный уровень шума.
При выборе между классическими путевыми системами и БВСП проверяются такие важнейшие технические критерии, как высокая эксплуатационная готовность, соответствие уровней шума и вибрации установленным нормам, возможность коррекции по положению и высоте и т. д. Если все технические критерии соблюдены и равнозначны, решение в пользу одного из вариантов принимается на основе анализа параметра экономичности. Главный экономический довод против использования технологии БВСП -высокие первичные инвестиционные затраты, в 1,3-1,5 раза превышающие уровень первоначальных капиталовложений при устройстве пути классическим способом [7-10].
Если методика оценивания технико-эксплуатационных параметров БВСП в необходимой мере формализована и прозрачна, то полноценная методика экономической оценки безбалластной конструкции пути отсутствует [7], и необходимо ее сформировать.
Безбалластный путь существенно отличается от традиционной конструкции пути на балласте технологией и темпами укладки, периодичностью и видами ремонтных работ, необходимыми трудозатратами, применяемыми материалами и сроками службы элементов пути. Разнятся эксплуатационные скорости, виды движения по магистралям, релевантные риски, возникающие как на стадии строительства, так и во время эксплуатации. Учитывая это, можно утверждать, что для оценки эффективности БВСП нельзя применять стандартные методики экономической оценки, используемые для оценки классической конструкции пути. В связи с тем, что сроки службы БВСП почти в два раза превышают аналогичные сроки пути на балласте, для экономической оценки безбалластного пути должна применяться система динамических показателей эффективности, основанных на дисконтировании денежных потоков и учитывающих изменения стоимости денег во времени (чистый дисконтированный доход, внутреннюю норму доходности, дисконтированный срок окупаемости и др.). Наиболее целесообразно, а потому приоритетно применять показатель дисконтированного срока окупаемости инвестиций (Diskounted РауЬаск Period - DPP). Этот метод позволяет определить момент,
когда дисконтированные денежные потоки доходов сравняются с дисконтированными денежными потоками инвестиционных затрат. При расчете NPV и DPP следует учитывать, что основными составляющими расчетной функции, влияющими на величину исчисляемых показателей, являются [5-9]:
• интенсивность движения на заданном участке (грузонапряженность);
• заданный срок службы конструкции пути (ресурс);
• частота проведения ремонтов всех видов.
Главный недостаток БВСП с экономической точки зрения - высокие первоначальные капиталовложения. С другой стороны, безбалластный путь характеризуется таким свойством, как малообслуживемость, предполагающим низкие затраты на текущее содержание. Исследования [7-11], где сравнивались инвестиционные затраты с затратами на обслуживание при горизонте расчета 50 и более лет, показали, что первоначальное превышение капитальных инвестиций на новое строительство при сооружении БВСП с течением времени амортизируется благодаря высокой эксплуатационной готовности, сформированной преимуществами трассирования, повышенным сроком службы, меньшими затратами на обслуживание и ремонт. Таким образом, основой для оценки сравнительной экономичности при выборе БВСП в качестве альтернативы традиционной конструкции пути является анализ стоимости жизненного цикла [8, 11], порядок которого для железнодорожного строительства определен соответствующим распоряжением ОАО «РЖД» [12]. В стоимость жизненного цикла входит проектирование, строительство, эксплуатация и утилизация всех элементов БВСП.
Кроме того, учитывая малую долю инвестиций на строительство безбалластного пути в общих затратах и возможности более гибкого трассирования в рамках концепции терраэффективных технологий проектирования, указанное превышение нивелируется, а часто и компенсируется со значительным избытком экономией на инженерных сооружениях (возможностями прокладки более прямолинейных трасс с меньшими радиусами и с лучшей адаптацией к рельефу, устройства более коротких тоннелей и мостов меньшей высоты при более низкой высоте конструкций и т. д.) Учитывая, что строительство инженерных сооружений - главный фактор затрат при дорожном строительстве, экономия может быть более чем значительной. В связи с этим необходимы дифференцированный анализ первоначальных инвестиций по статьям затрат, расчет индекса инновационности трассы с применением БВСП, а также учет в интегральном эффекте использования БВСП частных эффектов от малообслуживаемости и от терраэффективности.
Библиографический список
1. Требования к современным путевым системам в отношении обслуживания и экономичности // Евразия-вести. - 2010. - № 4. - С. 30-31.
2. Савин А. В. Опыт укладки и эксплуатации безбалластного пути LVT / А. В. Савин // Путь и путевое хозяйство. - 2013. - № 5. - С. 31-34.
3. Лапидус Б. М. Методология оценки и обеспечения эффективности инновационных транспортных систем / Б. М. Лапидус, Д. А. Мачерет // Экономика железных дорог. -2016. - № 7. - С. 16-25.
4. Замуховский А. В. Перспективы полигона безбалластного пути / А. В. Замухов-ский // Мир транспорта. - 2013. - № 3. - С. 168-172.
5. Савин А. В. Выбор конструкции пути для высокоскоростного движения / А. В. Савин // Транспорт РФ. - 2017. - № 1 (68). - С. 18-21.
6. Цыпин П. Е. Современные тенденции развития инфраструктуры железных дорог / П. Е. Цыпин, А. Д. Разуваев // Актуальные проблемы управления экономикой и финансами транспортных компаний : сб. науч. тр. - М., 2016. - С. 182-187.
7. Разуваев А. Д. Оценка экономической эффективности применения безбалластной конструкции верхнего строения пути при строительстве железных дорог : автореф. дис. ... канд. экон. наук. - М. : Гос. ун-т путей сообщения Имп. Николая II, 2017. - 24 с.
8. Разуваев А. Д. Анализ стоимости жизненного цикла безбалластной конструкции пути / А. Д. Разуваев, Я. Ю. Воробьева, О. С. Липатова // Актуальные проблемы управления экономикой и финансами транспортных компаний : сб. науч. тр. - М., 2016. -С. 222-226.
9. Разуваев А. Д. Оценка экономической эффективности строительства безбалластного пути на эстакадах / А. Д. Разуваев, П. Е. Цыпин // Экономика железных дорог. -2016. - № 2. - С. 81-85.
10. Железные дороги. Верхнее строение пути на безбалластном основании. (Р НОСТРОЙ 137), проект. 3-я ред. / ООО «СЗНИКЦ». - URL : http://nostroy.ru/nostroy_ агсЬ^е^й-оу/872785650-Я %20137^.
11. Понтиселли К. Стоимость жизненного цикла железнодорожного подвижного состава : от теории к практике / К. Понтиселли // Техника железных дорог. - 2009. -№ 4 (8). - С. 19-24.
12. О методике определения стоимости жизненного цикла и лимитной цены подвижного состава, и сложных технических систем железнодорожного транспорта (Распоряжение ОАО «РЖД» от 27.12.2007 г. № 2459 р). - ийЪ : https://jd-doc.ru/2007/ dekabr-2007/12704-rasporyazhenie-oao-rzhd-ot-27-12-2007-n-2459r.
References
1. Service and efficiency requirements to modern track systems [Trebovaniya k sovre-mennym putevym systemam v otnoshenii obsluzhyvaniya i ekonomichnosty]. Eurasia-news [Evraziya-vesti], 2010, no. 4, pp. 30-31. (In Russian)
2. Savyn A. V. LVT ballastless track laying and operation experience [Opyt ukladky i ekspluatatsii bezballastnogo puty LVT]. Track and track facilities [Put' iputevoe khozyaystvo], 2013, no. 5, pp. 31-34. (In Russian)
3. Lapidus B. M. & Macheret D.A. Assessment methodology and performance assurance of innovative transport systems [Metodologiya otsenky i obespecheniya effektyvnosty innovat-
sionnykh transportnykh system]. Railroad economics [Ekonomika zheleznykh dorog], 2016, no. 7, pp. 16-25. (In Russian)
4. Zamukhovskiy A. V. Prospects of ballastless track polygon [Perspektyvy polygona bezballastnogo puty]. The world of transport [Mir transporta], 2013, no. 3, pp. 168-172. (In Russian)
5. Savyn A. V. The slelection of track design for high-speed running [Vybor konstruktsii puty dlya vysokoskorostnogo dvyzheniya]. Transp. Russian Federation [Transport RF], 2017, no. 1 (68), pp. 18-21 (In Russian)
6. Tsypyn P. Y. & Razuvayev A. D. Current trends of railroad infrastructure development [Sovremenniye tendentsii razvitiya infrastruktury zheleznykh dorog]. Topical management issues of transport companies' economy and finance. Collection of res. papers [Aktualniye problemy upravleniya ekonomikoy i fynansamy transportnykh kompaniy]. Moscow, 2016, pp. 182-187.
7. Razuvayev A. D. Economic efficiency assessment of ballastless track structure application in the process of building railroads [Otsenka ekonomicheskoy effectyvnosty prymeneniya bez-ballastnoy konstruktsii verkhnego stroyeniya puty pry stroitelstve zheleznykh dorog]: diss... Cand. econ. sci. Moscow, Moscow State Univ. Railway Eng. Publ., 2017, 24 p. (In Russian)
8. Razuvayev A. D., Vorobyeva Y. Y. & Lipatova O. S. Cost analysis of ballastless track design life cycle [Analyz stoimosty zhyznennogo tsykla bezballastnoy konstruktsii puty]. Topical management issues of transport companies' economy and finance [Aktualniye problemy upravleniya ekonomikoy i fynansamy transportnykh kompaniy]. Collection of res. papers. Moscow, 2016, pp. 222-226.
9. Razuvayev A. D. & Tsypyn P. Y. Economic efficiency assessment of elevated ballast-less track construction [Otsenka ekonomycheskoy effektyvnosty stroitelstva bezballastnogo puty na estakadakh]. Railroad economics [Ekonomika zheleznykh dorog], 2016, no. 2, pp. 81-85. (In Russian)
10. Railroads. Ballastless track structure [Zhelezniye dorogy. Verkhneye stroyeniye puty na bezballstnom osnovanii]. (R NOSTROY 137), project. 3d ed. OOO "SZNIKTs". - Available at: http://nostroy.ru/nostroy_archive/nostroy/872785650-R %20137.pdf. (In Russian)
11. Pontyselly K. Rolling stock life cycle cost: from theory to practice [Stoimost zhyznennogo tsykla zheleznodorozhnogo podvyzhnogo sostava: ot teorii k praktike]. Railroad engineering [Tekhnika zheleznykh dorog], 2009, no. 4 (8), pp. 19-24. (In Russian)
12. On the method of rolling stock life cycle cost and price limit assessment, as well as complex engineering systems of railroad transport [O metodyke opredeleniya stoimosty zhyznennogo tsykla i limitnoy tseny podvyzhnogo sostava, i slozhnykh tekhnicheskykh system zheleznodoro-zhnogo transporta]. (OAO "Russian Railways" order dated 27.12.2007) no. 2459 р. - Available at: https://jd-doc.ru/2007/dekabr-2007/12704-rasporyazhenie-oao-rzhd-ot-27-12-2007-n-2459r. (In Russian)
АНДРЕЕВА Людмила Александровна - доктор техн. наук, заместитель директора по научной работе (Проектный и научно-исследовательский институт промышленного транспорта, Промтрансниипроект), СВИНЦОВ Евгений Степанович - доктор техн. наук, профессор, *ТАРАСЕВИЧ Елена Александровна - канд. экон. наук, доцент, [email protected] (Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I).
