Методы расчета транспортных систем

Лекция № 3

Методы расчета инфраструктуры в инвестиционных транспортных проектах

Экономическое взаимодействие производственных систем должно сопровождаться надежными и эффективными транспортными связями. Для этого транспортная инфраструктура должна быть хорошо развита. Чтобы достичь такого положения, нужны серьезные инвестиции. Оценка эффективности инвестиций предполагает корректный расчет параметров развиваемого объекта.

Сложные транспортные системы имеют сильную структурную и функциональную связность, трудноучитываемую в расчетах. За последние несколько десятилетий накопился определенный опыт применения различных методик и моделей, однако до сих пор экономические риски, связанные с их применением, учитываются весьма приближенно. Существующие научные школы придерживаются различных, а то и противоположных взглядов на выбор математического инструментария при технико-экономическом обосновании транспортных проектов и программ.

Анализ теоретических источников и, в особенности, существующей практики оценки инвестиционных проектов показывает, что значительно переоценивается надежность их технологической основы – прогноза потоков и расчета технических и технологических параметров и, тем самым, существенно занижается возможный разброс в показателях эффективности проектируемой транспортной системы.

Анализ фактической реализации такого рода проектов дает возможность заключить, что технологическая основа при существующей методологии значительно более зыбкая. Расчетные технические и технологические параметры чаще всего не соответствуют реальным условиям работы, и возможный разброс в оценке эффективности недопустимо велик.

Существует 4 основных подхода, которые использовались в той или иной мере для расчета пропускной способности станций и отдельных ее элементов, числа путей в парках и т.п.:

1. Аналитический детерминированный. Расчет по аналитическим формулам.

2. Аналитический вероятностный. Расчет по формулам теории массового обслуживания.

3. Графо-аналитический. Построение суточного плана-графика.

4. Имитационное моделирование. Подробное воспроизведение технологии в компьютерной модели и проведение экспериментов.

Все методы, кроме последнего, дают большие погрешности (табл. 1).

Современные станции и транспортные узлы являются сложными системами, которые нельзя рассчитывать по частям, ибо слишком сильно их взаимное нелинейное влияние.

Метод должен достаточно точно и полно отображать схему путевого развития, технологический процесс, влияние случайного разброса в продолжительности операций и диспетчерского управления.

Анализ расчетов проектируемых транспортных систем проектными организациями показывает, что ошибки могут быть весьма значительными (рис. 1). Утвержденная для ОАО РЖД «Инструкция по расчету наличной пропускной способности железных дорог» использует аналитический детерминированный подход и, следовательно, тоже сохраняет все погрешности метода. Опыт применения показывает, что возможности моделей строгой оптимизации и других аналитических моделей ограничены тем обстоятельством, что они могут опираться только на формализованные знания, то есть на параметры, между которыми известны строгие количественные зависимости. Но основную часть знаний о сложных транспортных системах составляют знания опытного характера, или частично-формализованные.

Таблица 1

Сравнение методов расчета транспортных систем 

Свойства/ метод	Учет внутренней структуры	Отображение управления	Учет взаимодействия случайных процессов	Возможность проведения экспериментов	Определение «узких мест»	Результат
Графический	+	–	°	–	+–	Занижение потребности
Аналитический детерминированный	–	°	°	–	°	Занижение потребности
Аналитический вероятностный	–	°	+	–	–	Завышение потребности
Имитационное моделирование	++	++	++	+	++	Точное соответствие

«+» - хорошо, «++» - очень хорошо, «+–» - недостаточно хорошо, «–» - плохо, «°» - нет.

Рис. 1. Ошибки при расчете транспортных систем различными методами

 Выбор модели определяется важностью параметров, которые нужно отобразить в данном объекте при решении данной задачи. Скажем, при огромной многовариантности желательно использовать оптимизационную модель. Однако здесь нужно учитывать весь набор параметров, например, важность управления (а, значит, должна отображаться динамика процессов) и выбор критерия.

 Если многовариантность не стоит на первом месте, а важно подробно отобразить структуру, технологию и случайные процессы, то наиболее адекватным методом является имитационное моделирование (графический ручной метод при современном развитии компьютерной техники вряд ли целесообразно использовать).

 Имитационное моделирование можно считать завершающим этапом в развитии методологии расчетов. На основе анализа особенностей проектируемых объектов транспортной сети делается вывод о целесообразности в ряде случаев использовать комбинированные методы расчета.

Мировой опыт доказывает, что корректно рассчитать объект со сложной структурой можно только с помощью подробной имитационной модели. И такой этап, как «имитационная экспертиза», должен быть в составе проектной документации. Для этого необходима развитая имитационная система с подпрограммой САПР.

 Однако построение модели с подробным отображением структуры и вариантной технологии – это трудоемкий процесс. Он требует высокой квалификации технолога и связано с возникновением ошибок при многих данных.

В этой связи интересен опыт применения имитационной системы ИСТРА (Имитационная система транспорта). Подсистема САПР значительно облегчает процесс построения модели. При задании начальных и конечных точек модель сама строит все возможные маршруты передвижения. Технологу остается только запретить ненужные. Имеется большой набор сервисных средств и механизмов контроля правильности исходной информации.

Система ИСТРА представляет собой систему моделирования, которая позволяет рассчитывать технические и технологические параметры систем железнодорожного и других видов транспорта. Подсистема автоматизированного проектирования ИСТРА - САПР позволяет удобно отображать схему путевого развития и технологию моделируемого объекта.

Модель выдает исчерпывающий набор результатов, что особенно важно при развитии или проектировании станции или узла.

Система ИСТРА используется в течение ряда лет для расчета сложных объектов и доказала свою высокую достоверность и эффективность.

 

Литература:

1. Козлов П.А., Козлова В.П. Расчет параметров проектируемых транспортных узлов // Железнодорожный транспорт. - 2008. - № 7. - С. 36-38.

2. Козлова В.П. Снижение экономических рисков в проектах развития транспортной инфраструктуры: Автореф. дисс. … д.экон.н. - М.: ВНИИАС МПС России, 2008. - 45 с.

3. Инструкция по расчету наличной пропускной способности железных дорог. МПС СССР; утв. 24.04.89 г. – М.: Транспорт, 1991. - 304 с.