автореферат диссертации по строительству, 05.23.11, диссертация на тему:Обоснование стратегии ремонта нежестких дорожных одежд

ТОМ 1 стр.

Введение

1. Состояние вопроса. Цель и задачи исследования.

1.1. Транспортно-эксплуатационное состояние автомобильных дорог Республики Казахстан. Общая постановка вопроса.

1.2 Существующие методические положения по мониторингу и стратегии ремонта автомобильных дорог.

1.2.1 Мониторинг и стратегия ремонта и содержания дорог.

Анализ существующих систем.

1.2.2 Анализ существующих методических положений по диагностике автомобильных дорог и формированию банка данных

1.2.3 Анализ методических положений по нормативному обеспечению мониторинга и стратегии ремонта дорог.

1.2.4 Анализ методических положений по обоснованию оптимальной стратегии ремонтных работ с организацией движения транспорта и планированием ремонтов с учетом прогнозирования состояния дорог.

1.2.5 Реализация планов ремонтных работ и организация контроля качества.

1.3 Выводы. Цель и задачи исследований.

2. Теоретические основы мониторинга и стратегии ремонта дорожных одежд.

2.1 Формирование целевого функционала и структуры мониторинга и стратегии ремонта дорожных одежд.

2.2 Структура параметров подсистемы диагностики автомобильных дорог (ДАД).

2.3 Структура параметров подсистемы нормативного обеспечения (НО).

2.4 Структура параметров подсистемы стратегии ремонта и содержания дорог и организации движения транспорта (СРСД и ОД).

2.5 Структура параметров подсистемы реализации плана и обеспечения качества дорожно-ремонтных работ

РПиОК ДРР)

2.6 Основные результаты теоретической проработки системы

3. Моделирование системы MCP ДО.

3.1 Общая постановка и последовательность решения задачи

3.2 Модель прогнозирования состояния дорожных одежд.

3.3 Модель планирования работ по текущему ремонту и содержанию дорог.

3.4 Модель планирования ДРР при ограниченных ресурсах.

3.5 Вопрос стадийного повышения ТЭСАД при планировании

3.6 Модель обоснования ограничения и организации движения на дорогах.

3.7 Модель определения ущерба от проезда по дорогам транспорта со сверхдопустимой интенсивностью движения.

3.8 Модель обоснования требований к ровности дорожных покрытий и сроков проведения ремонтов в подсистеме нормативного обеспечения.

3.9 Основные результаты моделирования системы.

4. Экспериментальные исследования по установлению количественных связей системы.

4.1 Обоснование структуры и методики экспериментальных исследований

4.2 Исследование влияния температуры дорожного покрытия на прогиб дорожной одежды.

4.3 Исследование изменения во времени интенсивности и состава движения транспорта.

4.4 Исследование изменения во времени прочности дорожных одежд.

4.5 Исследование изменения во времени ровности дорожных покрытий.

4.6 Проверка выдвинутой гипотезы о возможности использования упрощенного критерия при решении задачи планирования ДРР.

4.7 Основные результаты экспериментальных исследований

5. Исследование приборного обеспечения подсистем ДАД и

РПиОКДРР.

5.1 Обоснование необходимости совершенствования средств измерений.

5.2 Совершенствование средств измерений для контроля ровности дорожных покрытий

5.2.1 Общие положения.

5.2.2 Совершенствование конструкции толчкомера.

5.2.3 Исследование влияния нагрузки в кузове автомобиля на показание толчкомера.

5.2.4 Исследование влияния скорости движения автомобиля на показание толчкомера.

5.2.5 Связь показаний толчкомера с Международным индексом ровности.

5.2.6 Совершенствование методов контроля ровности с использованием трехметровой рейки.

5.3 Совершенствование средств измерений для оценки прочности дорожных одежд.

5.4 Совершенствование средств измерений для оценки сцепных качеств дорожных покрытий.

5.5 Разработка прибора для оценки твердости дорожного покрытия и выбора фракции щебня для поверхностных 281 обработок

5.5.1 Разработка конструкции прибора.

5.5.2 Учет температуры покрытия для сопоставимости результатов измерений твердости.

5.5.3 Обоснование методики выбора оптимальной фракции щебня для устройства поверхностных обработок в зависимости от твердости дорожных покрытий.

5.6 Основные результаты совершенствования средств измерений в подсистемах ДАД и РП и OK ДРР.

Исследование направлено на создание методологии мониторинга и стратегии сохранности и ремонта дорожных одежд, позволяющей обосновать и реализовать наиболее эффективные пути достижения конечных результатов по их содержанию и ремонту.

На основе разработанных структурных моделей системы выполнено математическое моделирование решения частных задач, основанное на их вероятностной постановке и характеризуемое взаимосвязью входных и выходных параметров. Техническое состояние дорожных одежд оценивается по основным транспортно-эксплуатационным показателям с выходом на экономические критерии оптимальности - суммарные дисконтированные затраты.

Разработанные оптимизационные модели построены на принципе расчленения поставленных задач на составные части с решением каждой частной задачи и последующим согласованием с общими выходными параметрами и критериями оптимальности. Упорядоченная последовательность решения частных задач и согласований представляет собой модель операционной цепи.

Актуальность работы. При ограниченном финансировании и постоянном недоремонте дорог в соответствии с планируемыми межремонтными сроками службы, основной задачей дорожников Казахстана стала задача сохранности созданной за несколько десятков лет сети автомобильных дорог. Эта задача приобрела особую актуальность и значимость в настоящее время, характеризуемое экономическими трудностями становления рыночных отношений: как предотвратить разрушения сложившейся сети автомобильных дорог и привести ее в соответствие требованиям транспорта. Причем очевидно, что решение второй части задачи является долговременной. Поэтому необходим системный, комплексный подход к ее решению с элементами мониторинга и оптимального управления состоянием дорог, в том числе, выработки стратегии выполнения ремонтных работ при ограниченных ресурсах, организации ограничения движения транспорта в отдельных случаях наибольшего ослабления дорожной одежды, оценки остаточной работоспособности одежд с оптимизацией назначения ремонтных работ и т.д.

В настоящее-время разработаны различные оптимизационные модели по решению отдельных задач управления состоянием дорог. Достаточно полно отработана экономическая сторона решения вопроса. Однако эти задачи решаются без принципов комплексности и системности, и лишь только по мере возникновения отдельных вопросов. Известные модели МАДИ , Краснодарав-тодора и др., а также зарубежные, типа RoSy PMS или НДМ, не решают полный перечень необходимых задач в общей системе мониторинга и управления состоянием дорог и нуждаются в адаптации к определенным климатическим условиям.

Вышеизложенные обстоятельства обосновывают актуальность настоящей диссертационной работы, направление которой согласуется с современными задачами, стоящими перед дорожной отраслью Казахстана, в частности, с Постановлением Кабинета Министров Республики Казахстан № 557 от 26.04.95г. «О мерах по развитию и совершенствованию международных автомобильных перевозок в республике Казахстан», с Планом развития транспортного комплекса регионов Организации экономического сотрудничества (совещание Министров транспорта ОЭС, Алматы, 1993г.), с Комплексно-целевой программой по доведению параметров и обустройства международных маршрутов Республики Казахстан до требуемых условий (Алматы, 1999г.), с ратифицированными соглашениями с Азиатским, Исламским и Всемирным Банками Развития и Планами организационного укрепеления дорожного сектора и реабилитации дорог Казахстана (Алматы, 1996г., Астана, 1998г.).

Началом создания системы мониторинга и стратегии ремонта дорог является 1992 год, когда по распоряжению Минтрансстроя PK был создан Республиканский центр управления качеством дорог и сделаны первые шаги по формированию информационного банка данных о состоянии сети дорог республики . За этот период по ежегодно утвержденным программам были выполнены значительные по объему работы в направлении диагностики дорог республиканского значения ( 17,5 тыс.км.), создания нормативной базы, обеспечения качества ремонтных работ и др.

Целью работы является разработка научной основы и практических рекомендаций по мониторингу и стратегии сохранности и ремонта нежестких дорожных одежд с учетом региональных условий их эксплуатации.

Научная новизна. Научная новизна работы состоит в следующем. Выявлены физические закономерности и разработаны новые математические модели прогнозирования эксплуатационного состояния дорожных одежд, па основе чего создана методология мониторинга и стратегии их сохранности и ремонта с построением замкнутой модели операционной цепи и математическим описанием решения комплекса вариационных задач, объединенных в систему с учетом их вероятностной постановки. Разработанная система позволяет планировать дорожно - ремонтные работы при ограниченных ресурсах с учетом изменения эксплуатационного состояния дорожных одежд под воздействием не только транспорта и климата, но и в результате реализации ремонтных мероприятий по моделям выравнивающих и упрочняющих эффектов, что в совокупности обеспечивает возможность с высокой степенью достоверности прогнозировать количественное и качественное состояние сети дорог на каждый расчетный период при различных вариантах финансирования.

Научная новизна по отдельным вопросам: разработаны модели прогнозирования ровности, прочности дорожных одежд и скорости движения автомобилей с рассмотрением этих закономерностей на трех этапах службы одежды и построением их на основе свойств дисперсии, согласно которым снижение математического ожидания анализируемого параметра сопровождается уменьшением стандарта отклонения; упрощенная модель выбора приоритетных участков дорог для ремонта в развитие модели Васильева А.П. и Апестина В.К. Отличие составляет учет фактора времени и изменения интенсивности движения за период дисконтирования затрат. Математическое обоснование модели и вычислительный эксперимент позволили установить устойчивую связь с коэффициентом экономической эффективности - критерием оптимальности принимаемых решений; новая модель обоснования области рационального использования дорожных покрытий по интенсивности движения транспорта, разработанная на основе сформулированной вариационной задачи, решение которой выполнено с помощью уравнений Эйлера; модель определения ущерба от проезда по дорогам транспорта со сверхдопустимой интенсивностью движения, которая в отличие от существующих исходит из рассмотрения различных вариантов потери прочности дорожной одежды на III этапе службы с детализацией элементов дисконтирования затрат во времени; модель обоснования требований к ровности дорожных покрытий и сроков проведения ремонтов, которая разработана в развитие методических положений Е.И. Попова и расчетных схем Ю.М. Ситникова и O.A. Дивочкина. Она отличается поиском оптимального сочетания требований к ровности и сроков выполнения ремонтов покрытия с учетом выравнивающих эффектов от различных видов ремонтных работ и новых элементов прогноза ровности по годам службы покрытия. Обоснованы новые нормы ровности дорожных покрытий, в том числе по международной шкале 1Ш; получены новые закономерности влияния нагрузки в кузове и скорости движения автомобиля на показания установленного в нем толчкомера. Установленные уравнения отличаются от ранее полученных Поповым Е.И. более широким диапазоном изученности работы рессор автомобиля и более точным описанием изучаемого процесса. Установлены уравнения перехода к международному индексу ровности 1Ш;

- установлены новые модели влияния температуры дорожного покрытия на его твердость и прогиб дорожной одежды. Установлена модель процесса втапливания щебня в материал покрытия при различной твердости и интенсивности движения транспорта, что позволило обосновать методику выбора оптимальной фракции щебня для устройства поверхностных обработок.

Значимость работы для теории и практики. Результаты исследований развивают существующие теоретические положения по прогнозированию состояния дорожных одежд и планированию дорожно-ремонтных работ. Они расширяют представления о закономерностях влияния отдельных параметров на показатели транспортно-эксплуатационного состояния дорог, о технико-экономическом моделировании вариационных задач поиска оптимальных решений. Использование разработанной системы-мониторинг и стратегия ремонта дорожных одежд на практике позволяет снизить общие народнохозяйственные затраты на эксплуатацию дорог и на автомобильные перевозки за счет реализации наиболее эффективных способов управления эксплуатационным состоянием дорог и рационального использования денежных средств. Созданные приборы для мониторинга автомобильных дорог отмечены одной золотой, пятью серебряными медалями и тремя дипломами I и II степени ВДНХ СССР. По результатам разработки получено 2 авторских свидетельства на изобретения.

Объектом исследований являются дорожные одежды нежесткого типа на заданной сети автодорог и стратегия их сохранности и ремонта.

Методы исследований - теоретические и экспериментальные, включающие методы математического моделирования, теории вероятности и математической статистики.

Достоверность теоретических решений и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются результатами обширных экспериментальных исследований на дорогах Казахстана и значительным практическим внедрением в дорожной отрасли. Для моделирования изучаемых процессов использована репрезентативная статистическая выборка экспериментальных данных. В исследованиях использованы современные методы планирования эксперимента и математической статистики. Обработка материалов выполнена на ЭВМ с проверкой адекватности по общепринятым критериям.

Реализация работы. Разработанная методология мониторинга и стратегии ремонта дорожных одежд (MCP ДО) является жизнеспособной системой, которая целенаправленно создавалась начиная с 1992 года и поэтапно внедрялась в дорожную отрасль Казахстана. Каждый элемент разработанной системы отработан на практике и реализован в 16 объединенных программных комплексах, в 12 действующих нормативных документах и 11 учебных пособиях. С использованием системы ежегодно обследуется 17,5 тыс. км дорог республиканского значения с постоянным обновлением банка данных, который реализуется в решении задач дорожной отрасли, в частности, при планировании ассигнований на содержание и ремонтные работы по сети дорог Казахстана с выбором приоритетных участков дорог при ограниченных ресурсах. Результаты исследований использованы Всемирным банком для калибровки модели H ДМ применительно к дорогам Казахстана, которая объединена с системой MCP ДО, при разработке проектов реабилитации дорог Казахстана иностранными фирмами Luis Berger (USA), JICA (Japan), Scott Willson Kirkpatrik (England), SAPROF (Japan). В 1999 г. система MCP ДО была представлена на практическом семинаре по линии TACIS для сравнения ее с Европейской системой RoSv PMS, по результатам которого обе системы признаны равноценными, а результаты их реализации использованы фирмами Parkman (England) и Carl В го (Denmark) для подготовки доклада о состоянии и реабилитации дороги "Кзыл -Орда -Алматы -Хоргос".

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных конференциях СибАДИ (г.Омск, 19801987 г.), МАДИ (г.Москва, 1985, 1990, 1999 г.г.), на Всесоюзных и Международных конференциях (г.Владимир, г.Суздаль, 1984-1997 г.), на VII Всесоюзном научно-техническом совещании (г.Москва, 1981 г.), на Всесоюзной научно-технической конференции (г.Волгоград, 1989 г.), на Всесоюзной научнотехнической конференции (г.Ташкент, 1985 г.), на Международной конференции (г.Ташкент, 1996 г.), на научно-методических и научно-технических конференциях (г.Алматы, 1993, 1998 г.г.), на семинаре, организованном Всемирным Банком реконструкции дорог (г.Алматы, 1995 г.), на семинарах, организованных по линии ТАС18 (г.Алматы, 1996, 1997,1999 г.г.), на VII совещании «клуба директоров» дорог Центральной и Восточной Европы, стран СНГ и Франции (г.Алматы, 1997 г.), на ученых советах и совещаниях Каздорнии, конференциях Академии транспорта и коммуникаций (г.Алматы, 1985-1999 г.г.).Отдельные результаты работ представлялись на международных выставках РК «Атакент» (г.Алматы, 1995, 1996 г.г.).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 60 печатных работ, в том числе 12 действующих в настоящее время нормативных документов, 11 учебных пособий, 2 авторских свидетельства на изобретения. Материалы диссертации отражены в 50 научно-технических отчетах, выполненных под руководством и при участии автора. На защиту выносятся: теоретические основы формирования и методология мониторинга и стратегии ремонта дорожных одежд (МСР ДО); теоретические основы и результаты математического моделирования решения задач системы МСР ДО, в том числе: математические модели прогнозирования прочности и ровности дорожных одежд и покрытий, скорости движения транспорта; модель влияния температуры покрытия на прогиб одежды; модель планирования ремонтных работ при ограниченных ресурсах; модель определения ущерба от проезда по дорогам транспорта со сверхдопустимой интенсивностью движения; модель обоснования требований к ровности дорожных покрытий и сроков проведения ремонтов; модель обоснования граничных значений области рационального использования дорожных покрытий; упрощенная модель выбора приоритетных участков дорог для ремонта; закономерности влияния нагрузки в кузове и скорости движения автомобиля на показания установленного в нем толчкомера; нормы ровности дорожных покрытий, в том числе по международному индексу ровности.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

Выполненные теоретические и экспериментальные исследования позволяют сделать следующие основные выводы:

1. Разработана и обоснована структура мониторинга и стратегии ремонта дорожных одежд (МСР ДО) с использованием целевого, программного принципа и принципов комплексности и системности. Система состоит из четырех подсистем:

- диагностики автодорог (ДАД);

- нормативного обеспечения (НО);

- стратегии ремонта и содержания дорог и организации движения транспорта (СРСД и ОД);

- реализации плана и обеспечения качества дорожно-ремонтных работ (РП и ОК ДРР).

Сформулированы главная цель системы и основные цели подсистем с определением 13 задач для функционирования системы. Для формирования системы использован специальный механизм на основе общих функций управления системами, который позволил обосновать структуру каждой подсистемы и структурные модели решения задач.

2. На основе структурных моделей реализации задач выполнено моделирование системы, основанное на вероятностной постановке вариационных задач и характеризуемое взаимосвязью входных и выходных параметров. Разработанные модели построены на принципе расчленения поставленных задач на составные части с решением каждой частной задачи и последующим согласованием с общими выходными параметрами. Упорядоченная последовательность решения частных задач и согласований представляет собой модель операционной цепи. В результате разработаны:

- модель прогнозирования прочности дорожной одежды;

- модель прогнозирования ровности дорожных покрытий;

- модель прогнозирования скорости движения автомобилей;

- модель планирования ДРР при ограниченных ресурсах;

- модель обоснования ограничения и организации движения на дорогах;

- модель определения ущерба от проезда по дорогам транспорта со сверхдопустимой интенсивностью движения;

- модель обоснования требований к ровности дорожных покрытий и сроков проведения ремонтов;

- модель обоснования граничных значений области экономичного использования дорожных покрытий в сочетании с шириной проезжей части по интенсивности движения транспорта.

Разработанные модели связаны между собой решаемыми задачами в общей системе МСР ДО. Каждая из них имеет операционную цепь последовательно выполняемых действий, состоящих из рассмотрения набора входных технических параметров с выходом на экономические критерии, определяющие стратегию управления системой. Модели учитывают все виды дорожных и транспортных затрат с учетом их дисконтирования и изменения технических параметров во времени. Отличительные особенности моделей представлены в р.3.9.

3. На основе экспериментальных исследований и полевых работ создан информационный банк данных для республиканской сети автомобильных дорог (17,5 тыс.км) в подсистеме диагностики дорог.

Изучено влияние температуры дорожного покрытия на прогиб дорожной одежды, на основе чего установлена математическая модель, позволяющая приводить результаты измерений к расчетной температуре.

Исследованы и решены задачи прогнозирования транспортно-эксплуатационного состояния дорог во времени. В частности установлены закономерности и математические модели:

- изменения интенсивности и состава движения транспорта в годовом периоде;

- уравнения для определения суточной интенсивности движения по данным кратковременного учета;

- изменения прочности дорожных одежд в годовом периоде;

- изменения ровности покрытий в годовом периоде;

- определены параметры моделей прогнозирования ровности и прочности дорожных одежд.

В результате вычислительного эксперимента подтверждена рабочая гипотеза о возможности использования упрощенного критерия для планирования ремонтов. Получена упрощенная формула, позволяющая с достаточной степенью точности осуществлять выбор приоритетных участков дорог для ремонта.

4. Исследование приборного обеспечения в подсистеме ДАД и РП и ОКДРР позволили усовершенствовать отдельные средства измерений по контролю основных параметров - прочности, ровности, сцепных свойств и твердости дорожных покрытий, плотности грунта и крутизны откосов.

4.1. Созданы принципиально новые приборы по оценке ровности дорожных покрытий - толчкомер ТЭД-2М и ИВП-1. Последний имеет уровень изобретения и не уступает зарубежным аналогам. С их использованием были выполнены исследования по влиянию нагрузки в кузове и скорости движения автомобиля на показания установленного в нем толчкомера. Получены математические модели, описывающие эти процессы, использование которых позволяет производить измерения ровности при любой скорости движения и нагрузке в кузове автомобиля-лаборатории. Установлена корреляционная связь с международным индексом ровности.

4.2. Усовершенствованы и созданы новые приборы по оценке ровности дорожных оснований и покрытий в период строительства и ремонта дорог -складные рейки РК-2У, электронные передвижные рейки «Просвет РК-1» (двух модификаций), электронные передвижные рейки «Спектр» и «Спектр-2». В основу положен принцип измерения просветов под трехметровой рейкой.

Электронные рейки «Спектр» и «Спектр-2» являются принципиально новыми приборами, в которых реализован запатентованный способ контроля ровности по спектральной плотности распределения просветов и продольных уклонов.

4.3. Создан новый прогибомер Казахстанский ПК-2, который в отличие от известных МАДИ-ЦНИЛ и КП-204 работает по другому принципу, позволяющему при небольших габаритах и весе исключить вероятность попадания опоры прогибомера в зону чаши прогиба.

4.4. Выполнены исследования по созданию новой конструкции портативного прибора для оценки сцепных качеств дорожных покрытий, достоинством которого является отсутствие необходимости в специальной тяге, незначительные габариты и малый вес, возможность измерения коэффициента сцепления в двух режимах - частичного проскальзывания и полной блокировки измерительного колеса, использование электронного блока-регистратора измеряемых параметров, оснащенного запоминающим устройством пути, скорости перемещения и коэффициента сцепления, выдача текущих значений измеряемых параметров и путем запроса из памяти на световом табло.

4.5. Разработан прибор по оценке твердости дорожного покрытия ТК-1, позволяющий по глубине погружения конуса заданной формы в материал покрытия осуществлять выбор фракции щебня для устройства поверхностных обработок. С использованием твердомера ТК-1 выполнены исследования по влиянию температуры покрытия на показание твердости, что позволило получить математическую модель изучаемого процесса, применение которой делает возможным сопоставить результаты измерений при различных температурных условиях. Кроме того, выполнено исследование процесса втапливания щебня в материал покрытия при различной его твердости и интенсивности движения транспорта, что позволило установить математическую модель этого процесса и обосновать методику выбора оптимальной фракции щебня для устройства поверхностных обработок.

4.6. Разработан универсальный прибор по определению плотности грунтов и крутизны заложения откосов.

Таким образом, усовершенствованы и разработаны вновь 10 приборов (толчкомеры ТЭД-2М, ИВП-1, рейки РК-2У, Просвет РК-1, Спектр, Спектр-2, прогибомер ПК-2, прибор по определению коэффициента сцепления ПКСК, твердомер ТК-1, уклономер-плотномер УПК-2), которые позволяют контролировать основные параметры автомобильных дорог в подсистемах ДАД и РП и ОКДРР. На все приборы разработана конструкторская документация и инструкции по эксплуатации. Большинство приборов прошло государственную метрологическую аттестацию. Выпущенные партии приборов разошлись по всей территории бывшего СССР, а также в Монголию и Болгарию. С их использованием ежегодно выполняют обследования республиканской сети дорог Казахстана с постоянным обновлением банка данных в подсистеме ДАД.

5. Выполненные теоретические и экспериментальные исследования позволили разработать практические рекомендации по реализации системы MCP

ДО.

Отличительной особенностью системы является объединение и полная взаимосвязь функциональных действий и решаемых задач по четырем подсистемам, направленных на достижение главной цели. Для достижения основных целей по подсистемам разработаны рекомендации по решению поставленных задач.

Наиболее детально даны рекомендации по решению задачи обоснования требований к ровности дорожных покрытий, обоснования периодичности и межремонтных сроков проведения ремонтов дорожных одежд и покрытий (подсистема НО), планирования дорожно-ремонтных работ при ограниченных ресурсах, прогнозирования состояния дорожных одежд, обоснования ограничения движения на дорогах, определения ущерба от превышения допустимой интенсивности движения транспорта (подсистемы СРСД и ОД).

По результатам решения отдельных задач установлены:

- требования к ровности дорожных покрытий с привязкой к международному индексу ровности;

- оптимальная периодичность проведения ремонтных работ по восстановлению ровности покрытий;

- усредненные нормы межремонтных сроков службы дорожных одежд и покрытий.

Разработанные рекомендации сопровождаются примерами и реализованы в программных комплексах. Общее функционирование системы с информационными связями между задачами четырех подсистем представлено структурно в виде замкнутой функциональной цепи.

6. Разработанная система MCP ДО является жизнеспособной системой, которая по мере ее создания начиная с 1992 года поэтапно внедрялась в дорожную отрасль Казахстана. Каждый элемент системы отработан на практике и реализован в нормативных документах и учебных пособиях, составляющих подсистему НО [68, 365, 272, 242, 363, 320, 37, 148, 244, 344, 31, 34, 352, 102, 217, 237, 245, 250, 323, 321, 322, 32, 210, 418, 189, 188, 236 и др.].

В настоящее время программные комплексы по решению задач системы получили распространение в областных дорожных управлениях Казахстана. Центральным местом работы системы является Каздорнии (Республиканский центр управления качеством автомобильных дорог), Каздорпроект и Инжини-рингавтодор.

Экономический эффект от реализации системы складывается по отдельным задачам системы, которые в своем большинстве носят технико-экономический характер. Внедрение системы позволяет целенаправленно управлять состоянием сети дорог республики при ограниченных ресурсах и решать задачи их сохранности посредством реализации наиболее эффективных путей достижения высоких конечных результатов содержания и ремонта дорог.

Как и любая другая система, система MCP ДО нуждается в постоянном совершенствовании с учетом появления новых задач в дорожной отрасли. Поэтому в дальнейшем планируется создание новых, отработка и совершенствование существующих программных комплексов, постановка и решение новых задач системы, особенно в направлении планирования ремонтов искусственных сооружений при ограниченных ресурсах, обоснования нормативов затрат на ремонтные работы, обновление методических положений с учетом новых моделей НДМ-IV, Rosy PMS, BMS, ROMAPS и др.

6. ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РЕАЛИЗАЦИИ

СИСТЕМЫ MCP ДО

6.1. Общие положения

Разработанная система MCP ДО включает в себя 4 подсистемы, каждая из которых предусматривает решение поставленных в ней задач. В результате выполненных теоретических и экспериментальных исследований обоснованы связи между задачами в подсистемах и между подсистемами в целом для достижения основных и главной цели системы. Вместе с тем, для практической реализации системы необходимо рассмотреть решение задач по подсистемам, что стало возможным после полной теоретической и экспериментальной проработки.

Ниже представлены разработанные краткие рекомендации по реализации подсистем с решением специфических задач для обеспечения функционирования системы в целом в дорожной отрасли Казахстана. В порядке рассмотрения и разработки системы, представленной в настоящей диссертационной работе, рекомендации приводятся в следующей последовательности: реализация подсистемы ДАД; реализация подсистемы НО; реализация подсистемы СРСД и ОД; реализация системы РП и OK ДРР; общее функционирование системы КСУ ТЭСАД.

6.2. Реализация подсистемы ДАД

В соответствии с основной целью подсистемы ДАД (см.р.2.1. и 2.2), для ее достижения предусмотрено решение трех задач (см.рис.2.3) с учетом последовательности их рассмотрения в соответствии со структурными схемами (рис. 2.4,2.5 и 2.6).

Для решения задачи 1.1 по обследованию и инвентаризации сети дорог в Казахстане созданы специальные подразделения, оснащенные передвижными дорожными лабораториями, которые оборудованы необходимыми приборами и измерительными средствами, в том числе представленными в разделе 5. Методическая основа решения задачи регламентируется разработанными инструктивными документами [68, 272, ] 12, 242, 244, 217, 237], на основе которых составлены алгоритмы и программное обеспечение (см.рис.2.7), позволяющие решать задачу 1.2 по формированию банка данных о транспортноэксплуатационном состоянии дорог (рис.2.5) и задачу 1.3 по обоснованию и назначению ремонтных мероприятий.

Составленные алгоритмы на основе указанных инструктивных документов реализованы в программных комплексах (рис.2.5). Результаты реализации подсистемы ДАД представлены в отраслевом информационном банке данных Инжинирингавтодора и Каздорнии (г. Алматы).

6.3. Реализация подсистемы НО

В соответствии с основной целью подсистемы НО (см.рис.2.1 и 2.3), которая взаимодействует с подсистемой ДАД, для ее достижения предусмотрено решение двух задач согласно структурным схемам (рис.2.8, 2.9, 2.10).

Задача 2.1 предусматривает возможность обоснования расчетной прочности (например, при стадийном усилении дорожных одежд), обоснования требований к ровности и межремонтных сроков службы.

Решение задачи по обоснованию расчетной прочности и межремонтных сроков службы дорожных одежд детально рассмотрено автором в работе [170].

Для решения задачи по обоснованию требований к ровности дорожных покрытий и сроков проведения ремонтов разработана экономико-математическая модель (р.3.8) согласно структурной схеме (рис.2.10). Ниже рассмотрено решение задач по обоснованию требований к ровности дорожных покрытий, межремонтных сроков службы дорожных одежд и покрытий.

6.3.1. Обоснование требований к ровности дороэюных покрытий

Данный вопрос представляет собой вариационную задачу с реализацией экономико-математической модели (ЭММ), общий вид которой выражен функционалом (3.96) с набором основных формул (3.97), (3.17), (3.98), (3.6).

Для решения задачи необходимо, прежде всего, сформировать исходные данные по единовременным и текущим затратам на ремонтные работы, видам ремонтных работ согласно разработанной ЭММ (см.р.3.8). Кроме того, процесс оптимизации связан с заданием вариационных рядов допустимой ровности покрытий с определенным шагом дискретизации.

В прил.11 представлены исходные данные, использованные в оптимизационных расчетах согласно ЭММ (прил.11, табл.11.1). Срок суммирования затрат принят равным 18 лет для капитальных типов дорожных одежд и 12 лет для облегченных типов, что соответствует Инструкциям [215, 236].

При подготовке исходных данных произвольно назначалась интенсивность движения от 1000 до 10000 авт/сут для капитальных типов покрытий (9 вариантов - этапов) и от 200 до 5000 авт/сут для облегченных покрытий (7 этапов). В расчетах было принято, что интенсивность будет возрастать по годам службы дорожной одежды с коэффициентом роста 1,04-1,06. Для каждого этапа расчетов назначались 5-7 вариантов допустимой ровности дорожного покрытия по толчкомеру, при достижении которого следует назначить ремонт с целью восстановления ровности.

Затем выполнялись расчеты изменения ровности дорожных покрытий по формуле (3.98) с учетом обновления ее параметров по разделу 4.5. При расчете изменения ровности дорожного покрытия следует учитывать изменение прочности дорожных одежд согласно разделу 4.4. Кроме того, в год достижения показания ровности величины заданного варианта Sao„, назначается ремонт покрытия с выравнивающим эффектом по уравнению (3.99).

Результаты расчетов изменения ровности покрытий и назначения ремонтов с учетом выравнивающих эффектов по этапам и вариантам представлены в прил.11 (табл.11.3 и 11.4) и в качестве примера на рис.6.1 и 6.2 для капитальных типов дорожных одежд. Как следует из представленных рисунков, чем жестче задание по допуску ровности, тем чаще должны проводиться ремонты. Например, на первом этапе расчетов (рис.6.1) при 8ДОП=160 см/км нет необходимости проведения работ в объеме среднего ремонта за весь период суммирования затрат, при Saon= 100 см/км потребуется 5 ремонтов за 18 лет, начиная с 9 года с тем, чтобы за этот период обеспечить ровность покрытия не выше 100 см/км. На 5 этапе расчетов для поддержания ровности не выше 100 см/км потребуется 9 ремонтов начиная с 5 года (рис.6.2). Вместе с тем, для обеспечения допуска 250 см/км достаточно выполнить один ремонт на 16 году службы дорожного покрытия.

Очевидно, что отмеченные крайности не рациональны в рассмотренных случаях. Оптимальный вариант частоты ремонтов лежит между этими экстремальными вариантами, который может быть определен при миниминизации функционала (3.96). Тоже можно сказать про другие этапы расчетов, включая облегченные типы покрытий (прил. 11, табл. 11.4).

Для минимизации функционала (3.96) по этапам расчетов были вычислены составляющие модели (прил.11). На рис.6.3, в качестве примера представлены кривые изменения всех видов дисконтированных затрат в зависимости от

104

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

Годы службы покрытия (суммирования затрат)

Рис.6.1. Изменение ровности капитального дорожного покрытия по первому этапу оптимизационных расчетов по вариантам задания допустимой ровности при исходных данных:средняя интенсивность 609 авт/сут; начальный модуль упругости 179 МПа; вид ремонта - поверхностная обработка.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

Г оды службы покрытия (суммирования затрат)

Рис. 6.2. Изменение ровности капитального дороэ/сного покрытия по пятому этапу оптимизационных расчетов по вариантам задания допустимой ровности при исходных данных:средняя интенсивность 3047 авт/сут; начальный модуль упругости 216 МПа; вид ремонта - поверхностная обработка.

00 О-ч г—I 3 к и а со ю >> л л н

-0 й & эт

Ж X

КЗ м

О рк н к о « о

1825

1805

1785

1765

1745

1725

1705 эта (19

Ш;

11|||1|1 у

I \ 1 / 1 / < Л. ( ¡¡§§§§¡§1

80

60

40

20

70

70 110 150 190 230 270 310 350 390 т.п. 1 1 |

1 1 * ' 1 ¡¡■¡И 1Й11®1

1 ' - \ 1 ШЛ ¡¡¡шш! 1 Ч: 2 /. =104 см км

Ш||||||1Р| рц

На.И)/'"-^. —*

110 150 190 230 270 310 Ровность покрытия, см/км

350 390 8доп

Рис. 6.3. Изменение дисконтированных затрат для девятого этапа расчетов (тип покрытия - капитальный): 1 - кривая транспортных расходов; 2 - затраты на средний ремонт; 3 - затраты на текущий ремонт и содержание; 4 - суммарные дисконтированные затраты;

5 - затрты на подготовку к капитальному ремонту. задаваемой допустимой ровности. Кривая 4 представляет собой суммарные дисконтированные затраты, минимум которой соответствует допуску 8ДОП=:=104 см/км. Аналогично определены оптимальные значения 8Д0П по каждому этапу расчетов (прил.11). На рис.6.4 представлены все кривые функционала (3.96) по этапам расчетов для капитальных типов покрытий.

Как следует из рис.6.4, кривые суммарных дисконтированных затрат имеют явный экстремум начиная с V этапа. Первые 4 этапа свидетельствуют о незначительной чувствительности критерия суммарных дисконтированных затрат при изменении допуска 8Д0П в сторону его увеличения. Кроме того, I этап вообще не имеет экстремума, что связано с незначительным изменением транспортных расходов по сравнению с затратами на средние ремонты при варьировании допуском 8д0П- Объясняется это незначительной интенсивностью движения транспорта (в среднем 609 авт/сут), которая не оказывает существенного влияния на характер изменения ровности покрытия во времени, а выполнение жестких требований к ровности покрытия не оправдывает средства на проведение частых ремонтов покрытия. В этом случае при интенсивности 609 авт/сут, рациональнее вообще не проводить ремонты покрытий капитальных типов, а норму ровности не ограничивать, т.е. 8ДОП>160 см/км (на практике при данной интенсивности движения капитальные типы покрытий не устраивают). Кроме того, из результатов расчетов, представленных на рис.6.4, следует, что на капитальных типах покрытий средние ремонты по поддержанию оптимальной ровности следует проводить только при интенсивности движения свыше 2500 авт/сут. При меньшей интенсивности движения рациональнее обходиться средствами текущего ремонта и содержания покрытия и не нормировать требования к ровности, однако она не должна быть хуже допуска по условиям безопасности и удобства движения транспорта.

По результатам оптимизационных расчетов можно сделать следующий важный вывод: на процесс оптимизации и на поиск оптимального решения влияют транспортные расходы и единовременные затраты, другие составляющие ЭММ (3.96) являются малочувствительными факторами, которыми при повторных расчетах можно пренебречь (это следует из рис.6.3 и прил. 11), что значительно упрощает разработанную модель (3.96).

По аналогии были проанализированы результаты оптимизационных расчетов для облегченных типов покрытий (прил.11). При низкой интенсивности движения до 800-1000 авт/сут суммарные дисконтированные затраты малочуви г оо о г—■«

X ей X <и 1=Г ю

Он о

1—1 л н

2 н

03 Он сЗ со О

3 ж х л » о р< к н

X о X о X п ю

А X а оз и

850

800

750

700

711 т

Т2.1

IV ЭТАП

350

170 1У5 177 1111 (ЭТАП

§§|

165 см/км '<.1.1 1Щ11

70 90 110 130 150 170 190 210 230 250 270 290 310 330 350 Ровность по толчкомеру (ПАЗ-651), см/км

Рис. 6.4. Изменение суммарных дисконтированных затрат по этапам расчетов в зависимости от задаваемых вариантов допустимой ровности капитальных ппипигтий

Т1 а .— lililí ¡¡till .:rb,: ,r .„г*. VI ЭТАП

1 108 см/км тъ 1II j r*fQ7í I ° " Í094 г

70 90 110 130 150 170 190 210 230 250 270 290 310 330 350

Ровность потолчкомеру (ПАЗ-651). см/км

JlrmfSmi^irpunc rrnr Л Л ствительны к варьированию величиной 8Д0П, хотя и имеют экстремум в области 200-240 см/км.

При интенсивности движения свыше 1000 авт/сут чувствительность функционала (3.96) возрастает, однако с превышением 3000 авт/сут он не имеет экстремальных значений. В этой области значений интенсивности движения, она очень существенно влияет на процесс деградации ровности во времени, а транспортные расходы настолько возрастают с увеличением 8Д0П, что затраты на ремонты, даже с резким возрастанием частоты их выполнения, становятся просто не сопоставимыми с ними по величине.

Отсюда следует следующий важный вывод: средние ремонты облегченных типов покрытий с целью восстановления ровности следует проводить начиная с интенсивности движения 1000 авт/сут, до этого предела можно (рациональнее) обходиться текущим ремонтом и содержанием покрытия и не нормировать требования к ровности, однако, она не должна быть хуже допуска исходя из безопасности и удобства движения транспорта.

Результаты оптимизационных расчетов были проанализированы путем сопоставления с ранее существующими нормативами (прил.11), а затем, после приведения их к базовому автомобилю УАЗ-452В, аппроксимированы следующими зависимостями:

- для капитальных покрытий:

8Доп=2006,58-К"0'39, N > 2500 авт/сут; (6.1)

- для облегченных покрытий:

8дОП-592,13->Г0'2, 1000 < N < 3000 авт/сут; (6.2)

Используя уравнения (6.1), (6.2), принятые ограничения и существующую дифференциацию оценок ровности, получены требования к ровности дорожных покрытий (табл.6.1). Учитывая, что для капитальных покрытий величина 8Д0П с увеличением интенсивности движения изменяется незначительно в интервале свыше 4500 авт/сут, было принято при N > 4500 авт/сут, 8Д()П=75 см/км.

1. Аблакулов А. Обоснование требуемой прочности нежестких дорожных одежд исходя из показателей их ровности в условиях жаркого климата. Автореф. дис. канд.техн.наук. М.: 1987, 17 с.

2. Абрамов В.В. Совершенствование планирования развития сети автомобильных дорог общего пользования. О.Н. Строительство и эксплуатация автомобильных дорог. Вып.№2, ЦБНТИ, 1982, с.52.

3. Абулханов Р.Г., Красиков O.A., Пастухова Т.В. Отчет о патентных исследованиях по теме «Разработка прибора по оценке прочности дорожных одежд». Казфилиал Союздорнии. Алма-Ата, 1990 г.

4. Автомобильные дороги Германии. Федеральное министерство транспорта Германии. Bundesministerium fur Verkehr (BMV), Bonn, 1995 г.

5. Автомобильные дороги. Проектирование и строительство. Под ред. В.Ф. Бабкова, В.К. Некрасова и Г. Шилиянова. М., Транспорт, 1983, 239 с.

6. Акт-отчет о проведении корреляционных испытаний приборов для оценки скользкости дорожных покрытий. (Порожняков B.C., Немчинов М.В., Лукашук Р.Ф.) M., 1972 г.

7. Алданиязов И.С., Красиков O.A. и др. Новый электронный толчкомер для оценки . ровности дорог. Ж. А.Д. №7, 1990 г.

8. Антонов Ю.Б. Определение и обеспечение оптимальной скорости движения транспортного потока с учетом региональных условий. Автореферат на соискательство ученой степени канд. технич. наук. Харьков, 1983, 18с.

9. Анфиногенов A.M. Исследование транспортно-эксплуатационных показателей асфальтобетонных покрытий магистральных улиц городов Нижнего Поволжья. Дис. на соиск. уч. степени канд. техн. наук. 1968.

10. Апестин В.К. и др. Фактические сроки службы нежестких дорожных одежд и покрытий на автомобильных дорогах Российской Федерации. Сб. Строительство и эксплуатация автомобильных дорог. Э.И. ЦБНТИ Минавтодора РСФСР. М., 1982, с. 1-20.

11. Апестин В.К. Расчет ограничения движения в процессе эксплуатации автомобильных дорог с нежесткими типами покрытий. Труды Гипродорнии, вып.10, 1975 г., с.132-137.

12. Апестин В.К., Шак A.M., Яковлев Ю.М. Испытание и оценка прочности нежестких дорожных одежд. М., "Транспорт", 1977, 103 с.

13. Асматулаев Б.А., Красиков O.A. Бизнес-план перспективного развития и структурного преобразования научно-технического инженерного центра Казакстан-Жолдары. Республика Казахстан. Научно-технический инженерный центр (Авто14