CC BY
75
УДК 630 *0.383 Ю.М. Ельдештейн, О.В. Болотов, Р.А. Черных
ЗАВИСИМОСТЬ ЗАТРАТ НА СТРОИТЕЛЬСТВО ЛЕСОВОЗНЫХ ДОРОГ ОТ ОБЪЕМОВ ВЫВОЗКИ
В статье приводится критический анализ современных методов проектирования схем сети лесных дорог. Исследована зависимость затрат на строительство лесовозных дорог от объемов вывозки, даны рекомендации обоснованного выбора типа (категории) лесных дорог.
Для определения приоритетных направлений развития лесного хозяйства и лесной промышленности разработана «Концепция развития лесного комплекса Красноярского края на период до 2015 года». В этом документе отмечено, что для достижения основных целей необходимо строительство и реконструкция ведомственных лесовозных дорог технологического назначения в расчете 30-35 км дороги на 1 млн м3 заготовленной древесины. Согласно нормативам Гипролестранса, на 1 млн м3 вывозки надо строить не менее 45 км дорог круглогодового действия, в том числе более 10 км магистралей и 35 км веток, а также не менее 160 км усов.
Не вызывает сомнения, что одним из важнейших условий достижения высокой эффективности работы автомобильного транспорта является наличие благоустроенных дорог круглогодового действия на всей территории арендных участков лесозаготовительных предприятий. Установлено, что на асфальтовом шоссе скорость движения в 1,5-1,7 раза выше, чем по грунтовым дорогам, а расход топлива на 100 км пробега меньше на 30-40% [1]. Также известно, что большая часть сети лесных дорог (80-90 %) представлена дорогами II и III категорий (ветками и усами) с незначительными объемами перевозки древесины (5-7 тыс. м3 в год). Основной объем транспортной работы (70-80 %) производится по дорогам I категории (магистралям), протяженность которых составляет не более 10-20 % от общей длины всей сети лесовозных дорог [2].
Здесь использована классификация лесовозно-лесохозяйственных дорог (ЛЛД) [2]. I категория - магистрали, II - ветки, III - ЛЛД без выраженного грузооборота (усы, противопожарные дороги и т. п.).
Специфика рационального проектирования, строительства и эффективной эксплуатации лесных дорог предполагает необходимость объективного обоснования определения типа и категории всех участков сети дорог.
Классический подход проектирования схемы сети лесных дорог развивался в 80-х годах прошлого столетия в работах Б.А. Ильина, В.И. Алябьева, Б.И. Кувалдина и др. Он состоит из нескольких этапов:
1) выбирается принципиальная схема размещения лесовозных дорог;
2) определяется местоположение в массиве магистральных путей;
3) размечаются зоны тяготения к участкам технологических путей, имеющих различную дорожную конструкцию;
4) в пределах размещенных зон тяготения намечаются трассы будущих веток и их соединений в единую систему путей данного лесного массива.
Все вышеуказанные этапы основываются на слабоформализованных положениях и рекомендациях, а тип и категория дороги определяются только объемом вывозки и/или интенсивностью движения, сроком эксплуатации дороги, что достаточно субъективно и условно. Кроме того, при определении местоположения магистралей и веток предполагается, что весь арендуемый участок состоит из примерно равных по площади и запасу отдельных участков лесного фонда всех возрастных градаций (или только спелых и перестойных древостоев). Поэтому год разработки каждой лесосеки зависит лишь от ее географической удаленности от центрального пункта доставки круглых лесоматериалов.
С развитием электронно-вычислительной техники исследования в этой области стали ориентироваться на автоматизированное проектирование. Методы автоматизированного проектирования лесных дорог нашли отражение в работах В.Я. Ларионова, В.В. Горбачевского (1976), Р.И. Абдряшитова (1976), В.И. Алябьева (1977), Г.А. Борисова (1978), В.Б. Богорада (1989), Э.О. Салминена (1990), В.Т. Сурикова (1990), Е.Г. Гладкова (1994), Р.Н. Ковалева (1997), О.В Болотова, Ю.М. Ельдештейна (1997, 2002, 2003) и других авторов.
Одна из первых попыток оптимизации схем транспортного освоения лесных массивов описана в работах Р.И. Абдряшитова, Л.С. Матвеенко (1976) и Р.И. Абдряшитова, П.И. Аксенова (1982). Разработанный под их руководством пакет прикладных программ по трассированию веток лесовозных дорог методом центра масс определяет принципиальное направление ветки лесовозной дороги. Основным критерием при решении данной задачи является минимум приведенных затрат на освоение тяготеющего к дороге лесного массива. Кроме основного, авторами предусмотрены еще четыре критерия оптимизации: минимум затрат на строительство и содержание дороги; минимум эксплуатационных затрат на вывозку древесины; минимальная протяженность трассы; минимальное время хода автопоезда. Задача решается в несколько этапов. На первом этапе проводится поиск оптимального направления движения транспортных средств из одного пункта в другой с учетом отметок местности, препятствий для движения транспорта (озеро, болото, гора и т.д.), стоимости строительства и содержания дорог каждого возможного направления, затрат на вывозку древесины. Эту стадию решения задачи предлагается решать с помощью специальной программы, созданной на базе алгоритма Форда-Фалкерсона, основанной на теории графов. Следующий этап решения задачи состоит в объединении полученных направлений с единичных площадей в обобщающую схему направления грузопотоков, которая составит основу транспортной сети в лесном массиве. На последующих этапах в рассмотренное решение вносятся уточнения с учетом других влияющих факторов и конкретизируются отдельные параметры дорог и транспортных средств.
Метод Р.И. Абдряшитова является наиболее приемлемым для решения такого класса задач по сравнению с предшествующими методами других авторов, но и он предназначен для планирования транспортного освоения участков леса только спелых и перестойных древостоев без учета таких важных таксационных показателей находящегося на участке леса, как запас, порода, возраст и т.д.
Аналогичный подход к рассматриваемой проблеме использовался при разработке методов оптимизации дорожной сети общего пользования (Стенбринк П., 1981, Бородянский Г.А., 1982, Ли Р.В., 1983, Хомяк Я.В., 1983, Кац А.В., 1986, Батурин А.П., 1991, Воскресенская Т.П., 1991, Беленький А.С., 1992).
Попытку математического подхода к оптимизации схемы транспортной сети ЛЗП предприняли в 70-х годах ученые КарНИИЛПа совместно с Карельским филиалом АН СССР. В результате была разработана компьютерная программа «Сеть». В данном методе принято допущение, что весь запас товарного леса (в расчет берутся только спелые и перестойные древостои) сосредоточен в центре каждого квартала. Рассматриваемая задача относится к задачам нелинейного программирования. Она решается в несколько итераций. На первой итерации принимаются максимальные значения затрат и задача решается как сетевая, транспортная. Затем по полученным на первой итерации объемам перевозок вычисляют новые значения суммарных затрат и вновь решают сетевую транспортную задачу. Для получения удовлетворительных результатов необходимо выполнить не менее четырех - пяти итераций. Для упрощения в предварительном порядке авторами принято допущение о постоянстве капитальных и эксплуатационных затрат на всех участках дорожной сети, то есть, что вся транспортная сеть состоит из путей одного типа с равной стоимостью их строительства, а суммарные расходы на 1 км пути пропорциональны количеству вывозимой древесины.
В монографии [3] приведена методика автоматизированного проектирования и оптимизации схемы сети лесовозных дорог участка лесного фонда, разработанная на основе графоаналитической модели, где вершины графа - центры укрупненных выделов участка лесного фонда, а ребра - дороги до них (укрупненный выдел - часть участка лесного фонда с древостоем одного класса возраста; далее по тексту - выдел). Эта методика позволяет устранить перечисленные выше недостатки. Однако и в ней принимается допущение, что дороги всей сети изначально проектируются одной категории. А на следующем этапе отдельные участки сети разделяются в соответствии с существующими в проектной практике рекомендациями на определенный тип и категорию сложности строительства. То есть также без достаточно объективного и четкого обоснования, как и во всех рассмотренных здесь методах.
Приведенный краткий обзор существующих в настоящее время методов проектирования схем сети лесных дорог позволяет сделать вывод об отсутствии в известных разработках объективных, достаточно обоснованных и универсальных рекомендаций для определения типа и категории отдельных участков сети лесных дорог. Правильное решение этого вопроса в значительной степени определяет оптимальность принимаемых проектных решений и их экономическую эффективность.
Для обоснования оптимальности проектируемой сети лесных дорог, как уже отмечалось, необходимо использовать себестоимость единицы продукции (круглых лесоматериалов), заготовленной на верхнем и вывезенной на нижний склад.
Чтобы определить себестоимость древесины на некотором произвольно взятом участке лесного фонда, необходимо учесть все затраты на заготовку и вывозку продукции. Большую часть этих затрат (более 50%) составляют транспортные затраты на вывозку продукции с верхнего до нижнего склада. Транспортные затраты напрямую связаны с объемом древесины на укрупненном выделе, а также с типом дороги, по которой заготовленная древесина будет вывозиться, и, следовательно, от затрат на ее строительство. Улучшение качества дорожного покрытия (типа и категории дороги) приводит к увеличению затрат на ее строительство, но одновременно уменьшает затраты на вывозку.
Таким образом, очевидна необходимость исследования зависимости затрат на строительство лесовозных дорог от объемов вывозки и разработки объективных рекомендаций для выбора типа дороги на каждом отдельном участке ее сети.
Для решения поставленной задачи был проведен расчетный эксперимент, в котором исследовались четыре типа дорог. Стоимость вывозки 1 м3 древесины на 1 км изменялась в пределах от 1 до 4 руб. (табл.). Объем вывозки с верхнего до нижнего склада варьировался в пределах от 0 до 850 тыс. м3. Данные таблицы взяты из монографии [3].
Зависимость затрат от типа дорог
Тип дороги Стоимость строительства 1 км дороги, тыс. руб. Стоимость вывозки 1 м3 на 1 км, руб.
Грунтовая дорога (без улучшения проезжей части) 10,6 4
Покрытие из щебеночных и гравийных материалов 700 2
Покрытие из грунтоцемента 1120 1,25
Покрытие из битумогранита 1300 1
Общие транспортные затраты, а в данном случае затраты на строительство дорог и вывозку древесины, можно представить в следующем виде:
Эобщ = Эд*. + Эв^в*Ц
где Эобщ - общие транспортные затраты, тыс. руб.;
Эд - затраты на строительство дороги, тыс. руб/ км;
Эв - стоимость вывозки, руб/ (м3*км);
Vв - объем сырья на выделе, тыс. м3;
1_ - длина дороги от верхнего до нижнего склада, км.
Результаты расчета зависимости общих транспортных затрат на вывозку Эобщ от объема вывозки V при различных типах дорог (см. табл.) представлены на рис. 1.
Отсюда следует, что с увеличением объема вывозимой продукции общие транспортные затраты Эобщ увеличиваются быстрее на дорогах с большими значениями стоимости вывозки Эв. При малом объеме вывозки (от 0 до 340 тыс. м3) выгоднее проектировать первый тип дороги. С увеличением объема вывозки лесоматериалов наступает момент, когда транспортные затраты становятся больше, чем для следующего типа дороги. Эту зависимость можно представить в виде графика, приведенного на рис. 2.
. 2000 >• О. о . - - - с*»--' _ — *
^ 1500 ■ »- і© о " і*"**' *** " * —
*****
эии
0 50 100 150 200 250 300 Тип 1 Т 550 400 450 500 550 \/,тыс. м’ ип2 — — ТитЗ 500 650 700 75 ТиП‘1 ) 800 350
Рис. 1. Зависимость затрат на вывозку продукции
Рис. 2. Зависимость транспортных затрат от объема вывозки с изменением типа дороги
По рисунку 2 можно определить целесообразность перехода с одного типа дороги на другой. При достижении объема вывозимой древесины выше определенного значения (350, 590 и 740 тыс. м3) переход на новый тип дороги позволяет уменьшить общие транспортные затраты за счет снижения затрат на вывозку.
Каждому прямолинейному участку графика соответствует свой уровень затрат на строительство 1 км дороги, т.е. соответствующий тип дороги.
С целью проверки устойчивости полученной зависимости рассмотрим еще один пример. Пусть длина дороги 1_ составляет 10 км, затраты на строительство 1 км прежние, а затраты на вывозку увеличим соответственно до 4, 3, 2,5 и 2 руб. на 1 км. Объем древесины варьируется в пределах от 0 до 850 тыс. м3. Результаты расчета представлены на рис. 3.
Из рисунка 3 видно, что общая закономерность ранее полученной зависимости сохраняется. Но переход от первого типа дороги произошел сразу на четвертый при достижении значения объема вывозки
650 тыс. м3. Это объясняется тем, что при новом соотношении затрат на вывозку и стоимости строительства дороги низкая стоимость строительства первого типа дороги имела большую степень влияния на транспортные затраты, чем выгода от снижения затрат на вывозку при втором и третьем типах дорог.
35000 30000 25000 ^ 20000 # 15000
о
10000 5000
о
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850
V, тыс. м3
Рис. 3. Зависимость транспортных затрат от объема вывозки
Отсюда следует, что смена типа дороги может происходить последовательно от 1 до 4 типа (рис. 2) или минуя один или несколько типов (рис. 3).
Использование в проектной практике установленной нами зависимости затрат на строительство лесовозной дороги от объемов перевозимой по этой дороге древесины позволяет достаточно обоснованно выбирать ее тип, а также оптимизировать затраты на строительство дорог с целью минимизации общих транспортных затрат лесозаготовительного процесса.
Таким образом, на основе проведенных исследований тип отдельных участков проектируемой сети лесовозных дорог можно достаточно объективно установить следующим образом. Имея исходную схему сети дорог, спроектированную, например, по методике, приведенной в работе [3], следует определить для каждого участка проектируемой сети дорог объем провозимой по нему древесины. Затем, зная параметры Эд и Эв, построить график зависимости транспортных затрат от объема вывозки с изменением типа дороги (аналогичный рисункам 1-3) и определить рациональный тип дороги на данном участке.
Литература
1. Бычков, В.П. Использование транспорта на лесных предприятиях / В.П. Бычков. - М.: Лесн. пром-сть, 1986. - 112 с.
2. Ковалев, Р.Н. Планирование транспортных систем лесных предприятий в условиях многоцелевого лесопользования / Р.Н. Ковалев, С.В. Гуров; Уральская гос. лесотехн. акад. - Екатеринбург, 1997. - 250 с.
3. Основы расчета и планирования устойчивого управления лесопользованием: моногр. / О.В. Болотов, Ю.М. Ельдештейн, А.С. Болотова [и др.]. - Красноярск: Изд-во СибГТУ, 2005. - 183 с.
--------♦-----------
