Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Современное состояние вопроса по применению морских паромных переправ в смешанных железнодорожно-водных перевозках 8
1.1.Характеристика паромных переправ в зарубежных странах и странах СНГ 8
1.2. Классификация морских паромных переправ 12
1.3.Комплекс железнодорожных устройств по обслуживанию же-лезнодорожно-морских переправ и факторы, определяющие
его состав и потребную мощность 13
1.4.Характеристика эксплуатационной работы и путевого разви тия железнодорожных предпаромных станций 17
1.5. Современное состояние научных исследований по усовершенствованию комплекса железнодорожных устройств паромных
переправ и моделированию его работы 20
1.6.Перспективы развития железнодорожно-паромных перевозок в России 30
1.7. Обоснование необходимости дальнейших исследований. Область дальнейших исследований 34
ГЛАВА 2. Обоснование параметров времени на маневровые операции по формированию плетей вагонов на паром в зависимости от его типа 36
2.1.Техническая характеристика железнодорожных паромных судов эксплуатируемых в бассейнах Балтийского, Каспийского,
Черного морей и Татарского пролива 36
2.2. Методика определения параметров времени на маневровые операции на предпаромной станции 44
2.3.Описание алгоритма моделирования расстановок вагонов на палубах парома (каргоплана) 48
2.4. Анализ результатов моделирования каргоплана 55
2.5.Исследование кратности сортировки . 60
2,6.Выводы по второй главе 65
ГЛАВА 3. Имитационная модель работы системы паромного комплекса 66
3.1. Общие положения 66
3.2. Формализация процесса работы паромного комплекса 68
3.3. Характеристика исходных данных для моделирования 74
3.3.1. Входящие потоки 74
3.3.2. Расчетные значения времени выполнения некоторых операций по обработке экспортного вагонопотока 78
3.3.3. Расчетные значения времени выполнения технологических операций по обработке импортного вагонопотока 82
3.3.4. Расчетные значения времени на выполнения операций по таможенно-пограничному контролю в выставочном парке 84
3.3.5. Моделирование наступления неблагоприятных погодных условий 87
3.4. Математическая схема моделирования системы паромного комплекса. Описание моделирующего алгоритма в среде GPSS 89
3.5. Оптимизация интервала опережения 105
3.6. Выводы по третьей главе 113
ГЛАВА 4. Исследование экономической эффективности инвестиций в строительство паромного комплекса для организации международной паромной переправы 115
4.1.Общие положения 115
4.2. Описание исходных данных для расчета 116
4.3. Расчет показателей эффективности проекта 120
4.4. Выводы по четвертой главе , 130
Общие выводы 131
Библиографический список
- Классификация морских паромных переправ
- Методика определения параметров времени на маневровые операции на предпаромной станции
- Характеристика исходных данных для моделирования
- Расчет показателей эффективности проекта
Введение к работе
На современном этапе развития транспортной системы России все большее значение приобретает такой вид смешанных перевозок как железнодорожные паромные сообщения. Паромные перевозки обеспечивают экономичность и ускорение доставки грузов по сравнению с другими видами морского транспорта: значительно ускоряется обработка судов в портах (по пропускной способности 1 паромный причал эквивалентен 12 сухогрузным причалам), снижается себестоимость перевалки грузов и повышается их сохранность. Паромные перевозки являются особенно эффективными в случаях, когда сухопутный маршрут пролегает через территории третьих стран, за счет исключения транзитных платежей и задержек на пограничных станциях. Паромное сообщение применяют также в тех случаях, когда отсутствует тоннель или мост между материком и островом, и если маршрут движения парома значительно короче сухопутного.
В настоящее время в ряде стран Европы, а также в Японии наметилась тенденция к сокращению железнодорожных и увеличению автомобильных паромных перевозок. Это связано с небольшой территорией, занимаемой этими странами. В таких условиях более выгодной оказывается доставка грузов в любую точку страны автотранспортом. Иная ситуация складывается в России: дальние расстояния, развитая сеть железных дорог и удобное географическое положение способствует развитию инфраструктуры для перевозки транзитных грузов по территории нашей страны, в которую органично вписываются перевозки с использованием железнодорожных паромов.
После распада СССР крупные паромные комплексы в Клайпеде и Ильичевске отошли Литве и Украине, Баку и Красноводск (Туркменбаши) — Азербайджану и Туркмении, а переправа Крым-Кавказ перестала функционировать.
В рамках федеральной целевой программы «Модернизация транспортной системы России» в ближайшее время планируется организация
железнодорожной паромной переправы Усть-Луга - Балтийск - порты Германии, которая должна решить проблему преодоления анклавиости Калининградской области, а также обеспечить удобную транспортировку грузов в Европу и обратно. В 2004 году восстановлен паромный комплекс в порту Кавказ и открыты сообщения с Украиной — Крым-Кавказ и с Грузией -Поти-Кавказ. В 2003 году закончилось строительство паромного комплекса в Махачкале и открылась паромная переправа Махачкала-Туркменбаши.
Особая роль отводится железнодорожным паромным перевозкам в развивающейся системе международных транспортных коридоров (МТК). С учетом заинтересованности ряда зарубежных государств и стран СНГ в установлении с Россией паромного железнодорожного сообщения для транспортировки экспортно-импортных и транзитных грузов в рамках МТК «Север-Юг» и «Запад-Восток» имеются предпосылки организации международных сообщений с Германией, Турцией, Болгарией, Румынией, Ираном. По прогнозам Минтранса доля паромных перевозок к 2010 году составит 12-15 % от общего объема перевозок во всех видах плавания.
Успешную деятельность железнодорожной паромной переправы предопределяет стабильный грузопоток, в составе которого наибольшую долю составляют паромоориентиро ванные грузы, и обеспечение должного уровня взаимовыгодного взаимодействия обеих сторон транспортного процесса.
Строительство паромных комплексов является дорогостоящим мероприятием, поэтому в каждом конкретном случае должно проводиться тщательное технико-экономическое обоснование. И большое значение при этом имеет не только рациональный выбор технического оснащения паромных комплексов, но и совершенствование их работы. Существующие методики расчета мощности железнодорожных устройств по обслуживанию паромных переправ не в полной мере учитывают колебания объемов перевозок грузов, специфику подборки вагонов назначением на паром, технологию загрузки различных типов паромов. Кроме того, в настоящее время имеет большое значение проблема выбора такой стратегии функционирования
7 железнодорожного и морского транспорта, которая обеспечивала бы с одной стороны сокращение времени нахождения вагонов на предпаромнои станции, а с другой максимальную загрузку паромов, что обеспечит снижение затрат на перевозку вагонов.
Таким образом, целью данной работы является: разработка методики обоснования технических и технологических параметров железнодорожных морских паромных переправ. К основным техническим параметрам при этом относятся: число путей в парках предпаромнои станции и вытяжных путей, количество маневровых локомотивов, причалов, паромов. Основными технологическими параметрами являются интервал опережения, время формирования плетей вагонов, общее время нахождения вагонов на станции.
Классификация морских паромных переправ
Вид перевозок определяет возможность объединения выставочного парка с другими парками (сортировочным, отправочным). В каждом конкретном случае возникает необходимость в определении роли, места расположения и потребного путевого развития выставочного парка. При международных перевозках выставочный парк должен быть расположен обособленно от других и огражден, т.к. здесь производятся таможенный и пограничный досмотры вагонов, прибывших из другой страны или отправляющихся в нее. При организации только каботажных перевозок такого требования к размещению выставочного парка нет.
Если на пароме и на станции одна ширина колеи (перевозка грузов осуществляется в российских вагонах), весь комплекс железнодорожных устройств, обслуживающих паромную переправу, представляет собой трехпарко-вуго систему (парк приема, сортировочный парк, выставочный парк). Перегрузка грузов из вагонов одной колеи в вагоны другой колеи производится на территории зарубежной страны с сооружением там перегрузочных устройств. Такой вариант технологии реализуется на двух международных паромных комплексах в Клайпеде (Литва) и Ильичевске (Украина). В диссертации рассматривается именно этот случай.
Возможен и другой вариант, когда на пароме и на станции разная ширина колеи (перевозка грузов осуществляется в вагонах зарубежной страны). В этом случае перегрузка из вагонов в вагоны, и строительство перегрузочных устройств должно осуществляться на территории России. Схема станции обслуживающей паромную переправу будет представлять собой две сортировочные системы с разной колеей и перефузочным пунктом. Международных паромных комплексов, которые реализовали бы такую технологию в России и странах СНГ в настоящее время нет.
Число палуб на пароме, наличие лифтов-подъемников, конструкция подъемно-переходного моста (ППМ) (одно- или двухъярусный) влияют соответственно на конфигурацию выставочного парка, конструкцию его горловин. В последнем случае горловина выставочного парка значительно усложняется. Возможны следующие варианты сочетаний типов паромов и ППМ: однопалубный паром сопрягается с одноярусным ППМ; двухпалубный паром сопрягается с двухъярусным ППМ — в этом случае накат вагонов осуществляется сначала на нижнюю палубы, затем на верхнюю; двух-, трехпалубный паром сопрягается с одноярусным ППМ - при этом загрузка вагонов на судно осуществляется при помощи лифтов-подъемников, которые могут быть размещены на берегу или непосредственно на судне.
Кроме того, возможен случай, когда паромом перевозятся не только вагоны, но и автомобили. Палубы на судне могут иметь жесткую и нежесткую специализацию. В случае жесткой специализации палуб вагоны и автомобили размещаются строго на тех палубах, которые для этого предназначены. ППМ в этом случае проектируется также с жестко специализированными ярусами. Как правило, однопалубные паромы используются как для перевозки вагонов, так и для автомобилей.
В мировой практике наблюдается тенденция увеличения вместимости паромов. Как отмечалось выше, на железнодорожной переправе Ильичевек-Варна используются трехпалубные паромы вместимостью 108 вагонов, а на переправе Клайпеда-Мукран - двухпалубные, вместимостью 103 вагона. В проекте паромной переправы Усть-Луга - Балтийск - порты Германии также предусматривается двухпалубный паром вместимостью 103 вагона, а для создания паромного сообщения между Россией (сооружение паромного комплекса планируется в км от города Лагань на границе Калмыкии и Дагестана), Ираном (город Амира бад) и Туркменистаном КБ «Вымпел» разработан проект трехпалубного судна вместимостью 138 вагонов.
Величина суточного вагонопотока влияет на выбор количества паромных причалов (один или два) на первом расчетном сроке, а также этапность развития выставочного парка и перегрузочного пункта. Недостаточное число причалов приводит, как правило, к увеличению простоев паромов и вагонов в ожидании погрузки-выгрузки, ухудшает их оборот и приводит к росту эксплуатационных расходов. При увеличении количества причалов в порту продолжительность стоянки паромов в ожидании подачи их к местам накатки и выкатки вагонов сокращаются, но в то же время значительно увеличиваются капитальные затраты на строительство и эксплуатационные расходы на содержание причалов.
Существующие схемы комплексов железнодорожных устройств по обслуживанию паромных переправ из-за влияния различных местных условий, к которым относятся рельеф местности, объем перевозок, исторически сложившаяся технология работы порта, имеют свои особенности. Наиболее крупные комплексы железнодорожных устройств проектируются для обслуживания многопалубных паромных судов.
Станция Ильичевск-ГТаромная состоит из предпаромного и выставочного парков (рис. 1.1), расположенных на расстоянии 7 км друг от друга [16]. Пред-паромный парк состоит из двух парков: приемоотправочного и сортировочно-отправочного. Первый включает три пути для приема-отправления передаточных поездов полезной длиной 882-963 м и ходовой путь длиной 882 м. Предпа-ромный парк соединен с районным парком рыбного порта и со станцией Одесса-Западная.
Методика определения параметров времени на маневровые операции на предпаромной станции
Наиболее трудоемкой и длительной технологической операцией, выполняемой на предпаромной станции, является формирование плетей вагонов. Особенно актуально данное утверждение для многопалубных паромов.
Количество формируемых плетей зависит от типа парома и от принятой технологии накатки и выкатки вагонов на паром и с парома. Для многопалубных судов обычно формируют четыре плети.
Плети формируют из вагонов, имеющихся на станции, не менее чем за установленный период времени (интервал опережения) до подхода судна, на которое они будут погружены.
Для расформирования составов и формирования плетей используются пути сортировочного парка, общее число которых включает в себя: пути специализированные непосредственно для плетей вагонов и дополнительные пути п ", предназначенные для выполнения многократной сортировки.
В качестве сортировочного устройства принимается горка малой мощности. Это связано со значительным объемом повторной переработки вагонов. Кроме того, в диссертации рассматривается комплекс железнодорожных устройств по обслуживанию паромной переправы как отдельная станция не совмещенная с обычной портовой станцией, обслуживающая различные паромные линии, т.е. имеющая причалы для разных типов паромов. Грузопотоки на такой станции должны быть соизмеримы с грузопотоками проходящими через МТК. В исследовании [49] было установлено, что горка малой мощности дает эффект по сравнению с вытяжными путями при вагонопотоках более 100 вагонов в сутки.
Учитывая опыт работы существующих предпаромных станций, рассматривается следующая технология формирования плетей: I. расформирование составов имеющихся в парке приема на пути сортировочного парка специализированные для плетей; 2. подборка каждой плети на горке с использованием дополнительных сортировочных путей (окончание формирования плетей);
3. сборка вагонов в хвосте сортировочного парка с разных путей.
Затраты времени на вышеперечисленные операции носят вероятностный характер, поэтому для моделирования их используются два подхода: аналитический и статистический. При аналитическом подходе на основе анализа процесса устанавливаются основные факторы, влияющие на результат, зависимости между элементами процесса. Статистический подход позволяет ввести элементы случайности и на основе большого числа наблюдений за входными и результативными данными получить стохастические зависимости.
Рассмотрим аналитические зависимости, позволяющие определить приближенные значения рассматриваемых параметров времени. Общее время расформирования составов поездов и формирование плетей определяется по формуле: n =r,+Er4;+Er\ (2.1) 1-1 1-1 где Тр - время роспуска составов с горки на пути для плетей, мин.; Х 4" " вРемя окончания формирования плетей с целью размещения ва I=L гонов внутри плети в соответствии с каргопланом с учетом многократной сортировки, мин.; J]Г - время многократной сборки плети, мин. 1=1 Время, роспуска состава с горки в [47] предлагается определять по формуле: где 1е - длина условного вагона; т0 - число условных вагонов в составе; #0 - число отцепов; V - средняя расчетная скорость роспуска состава, зависящая от среднего количества вагонов в отцепе, км/ч. В нашем случае последний множитель формулы (2.2) можно не учитывать, т.к. он близок к единице в связи с большим количеством мелких отцепов. Формула для расчета выглядит: rp = 0 06,/"-mV (2.3) [ЮС
Число вагонов в отцепе и количество отцепов в составе определяется числом назначений. Под назначением обычно понимают какой-либо конкретный пункт, который является конечной точкой следования вагона. Это или грузовой фронт, или станция, или подъездной путь и т.д. В данном случае назначение вагона нельзя определить также однозначно. За назначение нельзя принять путь на пароме, т.к. один и тот же вагон может быть поставлен как на один, так и на другой путь.
Поэтому в нашем случае количество отцепов будет определяться при помощи специального алгоритма, реализованного на ЭВМ и описанного в пункте 2.3, который позволяет распределять вагоны по палубам парома в соответствии с требованиями допустимого перевеса и длиной палубных путей.
Ниже приведены формулы, по которым рассчитывается время окончания формирования плетей на горке и время на операцию сборки. В основу расчета легли зависимости указанных временных параметров от числа сортировочных путей, количества назначений и кратности сортировки, полученные для грузовой станции в работе [39].
Следует отметить, что в рассматриваемых формулах параметр «число назначений» целесообразно заменить на количество групп вагонов в плети (я,р), которые необходимо переставить, чтобы получить расстановку вагонов в соответствии с выбранным программой планом расстановки (каргопланом).
Характеристика исходных данных для моделирования
Грузовые потоки являются средством взаимодействия системы паромной переправы с внешней средой. Исследование входящих потоков необходимо для выбора такого способа моделирования их на ЭВМ, при котором имитация и фактический поток наиболее точно соответствуют друг другу.
Для паромной переправы входящими потоками являются подход вагонов и паромов.
Поступление паромов в основном носит детерминированный характер, так как подчиняется графику движения [55]. В настоящее время на паромных переправах используется график с фиксированными точками отправления паромов, а соответственно и их прибытия. В исследовании [35] было установлено, что наилучшие показатели работы паромного комплекса получаете;: ::рм р; номерном отправлении паромои.
Исследования, выполненные в [35, 33, 7] показали, что потоки на крупных железнодорожных станциях, как правило, не простейшие и не могут быть аппроксимированы распределением Пуассона. Внутригодовые колебания размеров работы станции Неравномерность поступления вагонов на паромную переправу существенно влияет на показатели ее работы — себестоимость перевозок, провозную способность, простой паромов и вагонов.
Моделирование производится для четырех уровней вагонопотоков 150, 200, 250, 300 вагонов в сутки. Неравномерность перевозок существенно зависит от величины вагонопотока. Поэтому было проведено исследование неравномерности подхода вагонов на портовую станцию Автово с фузопотоками по районам аналогичными тем, какие выбираются для моделирования (рис. 3.4). Коэффициент неравномерности был определен как отношение среднесуточного поступления в каждом месяце к среднесуточному за год. Выбор именно такой методики определения коэффициента неравномерности связан с удобством учета его в модели. Из рис. 3.4 видно, что большие вагонопотоки являются более устойчивыми, чем малые, что подтверждает выводы [80] -—150 ваг./сут. 200 ваг./сут. 250ваг./сут. 0,97; 1,03 -К— 300ваг./сут. 0,69 0,73 0,87 0,90 0,98 1,10 1,08 1,21 1,14 1,13 1,10 1,05 месяцьі Рис. 3.4. Коэффициент месячной неравномерности прибытия вагонов на портовую станцию Посуточные колебания размеров движения Посуточные колебания размеров движения исследовались проф. А.К. Уг рюмовым [80]. Он показал, что эти колебания в течение месяца описываются нормальным законом распределения: ДЛГ) = 1 т (3.1) В работе [2] установлена зависимость среднеквадратического отклонения а от среднесуточных размеров движения за месяц N : г = 0,3333- ,( .-1). (3.2) В исследовании [3] установлено, что коэффициент внутримесячной неравномерности грузового движения для однопутных линий при средних условиях эксплуатации составляет к=\ ,2. Среднесуточные размеры движения по каждому месяцу приведены в табл. 3.1. Таблица 3.1 Расчетные среднесуточные размеры движения
Месяцы Коэффициенты месячной неравномерности Среднесуточный экспортный ваго-нопоток но месяцам, вап/сут. Среднесуточный поездопоток, по-езд/сут.
Анализ статистических данных о поступлении передаточных поездов на портовые станции, выполненный в работах [83, 66, 84], показал, что интервалы поступления поездов с достаточной степенью точности могут быть описаны гамма-распределением с плотностью вероятности
В абсолютных значениях величина среднего интервала прибытия поездов на станцию зависит от количества поездов прибывающих па станцию в сутки. Как показано выше, имеется существенная неравномерность объемов работы предпаромной станции по месяцам, среднесуточное количество поездов по месяцам значительно отличается, а, следовательно, отличается и величина среднего интервала. Распределение длин поездов
В качестве данных для моделирования на основе статистической информации о прибывающих поездах на станцию Новый порт предлагается функция распределения, приведенная в табл. 3.2. Так как в модели длина передаточного поезда в условных вагонах будет варьироваться, то за аргумент функции принимаем отношение длины состава к средней длине состава.
Расчет показателей эффективности проекта
Организация морских паромных сообщений — дорогостоящее предприятие, поэтому в каждом случае создания новой паромной линии должно предшествовать тщательное технико-экономическое обоснование. В рамках такого обоснования предусматривается сравнение этого вида сообщений с конкурирующими вариантами судовыми, мостовыми и др. — пересечение водных преград.
Целесообразность организации морских паромных сообщений в каждом конкретном случае определяется многими факторами. К числу основных предпосылок создания линий паромных сообщений относят: наличие или потенциальная возможность возникновения стабильного грузопотока; конкурентоспособность паромных сообщений по сравнению с другими способами и средствами преодоления водных преград; наличие надежных сухопутных железно- или автодорожных магистралей, связывающих порты с районами зарождения и потребления груза, наличие средств подвижного состава; высокая стоимость и трудоемкость перевалки грузов при перевозке их традиционными судами.
Учет всех этих факторов и местных условий должен производиться в каждом конкретном случае проектирования паромной переправы.
В последнее время в литературе появилось ряд публикаций [4, 5, 6 и др.], в которых автор утверждает, что железнодорожные паромные сообщения не выгодны ни инвесторам, ни грузоотправителям. Целью данной главы является исследование коммерческой эффективности инвестиций в строительство па ромного комплекса для организации международной паромной переправы. При этом предполагается, что большинство грузов перевозимых через паромную переправу являются паромоориентированными; расстояние между конечными пунктами паромной переправы таково, что строительство тоннеля или моста не возможно; маршрут перевозки по суше пролегает, через территории третьих стран и продвижение грузов связано со значительными задержками на пограничных станциях и транзитными платежами. Стоимость строительства предпаромной станции в соответствии с расчетом в ценах 1984 года составляет 27,637 млн. руб. (в текущих ценах 1658,2 млн. руб.) Стоимость строительства нового трехпалубного парома 50 млн.$ (1500 млн. руб.). Навигационный период составляет 365 дней в году.
Горизонт расчета выбирается по требованию инвестора - 15 лет, величина шага - 1 год. Эффективность проекта определяется реальными денежными потоками. Налог на добавленную стоимость (НДС) включается в капитальные затраты. За момент приведения принимается конец нулевого шага; через /и обозначается конец шага с номером т.
Макроэкономическое окружение: сведения о прогнозе темпов общей рублевой инфляции: в первые три года темп инфляции принимается равным 10 % в год, в четвертый и пятый год 8%, с шестого по пятнадцатый 6% [59].
Предполагается, что индексы цен на продукцию и услуги совпадают с индексом общей рублевой инфляции.
Налоговые ставки: НДС — 18%; налог на имущество — 2,2%; налог на прибыль - 24%. Денежный поток от инвестиционной деятельности Капитальные вложения на строительство предпаромной станции в соответствии со сметным расчетом в текущих ценах, включая НДС составят: 1956,7 млн. руб. В расчете капиталовложения принимаются одноэтапными, т.к. согласно исследованиям Ефимеико Ю.И. [25] путевое развитие и оснащение технических станций, к которым могут быть отнесены комплексы по обслуживанию паромных переправ, должны проектироваться на размеры работы 20-30-го года эксплуатации. Инвестиции указанной суммы включаются до сдачи объекта в эксплуатацию (шаг № 0).
Шаг № 2 — строительство причала — 100 млн. руб., создание систем безопасности мореплавания на подходах к паромному комплексу и дноуглубительные работы — 330 млн. руб. Указанные нормативы приняты в соответствии со сметным расчетом по проекту паромного комплекса в Балтийске. Шаг № 3 -приобретение парома, инвестиции составят 1500 млн. руб.
Денежных притоков от инвестиционной деятельности на период до 15 лет не предусмотрено. Денежный поток от операционной деятельности
Объем перевозок при условии захода в порт 2 судов в сутки составит 3,5 млн. т в год (примерно 78 тыс. вагонов). Расстояние между паромными пунктами составляет 150 миль. На линии работают 2 парома (один из паромов приобретает и обслуживает другая сторона). Рассмотрим расходы, связанные с эксплуатацией паромов. Расходные ставки принимались по отчетным данным Ильического порта. Стоимость одного судозахода в порт составляет І 05 тыс. руб. с учетом всех видов сборов (причальный, маячный, канальный, экологический, пожарная инспекция). Выполняются следующие виды ремонтов паромов: доковый (1 раз в год - 10 суток), включает в себя постановку в док, покраску, слив технических жидкостей - 14335 тыс. руб.; ремонт на класс судна (1 раз в четыре года - 45 суток), включает в себя полный ремонт двигательных установок - 14335 тыс. рублей.
