автореферат диссертации по транспорту, 05.22.06, диссертация на тему:Выбор оптимального положения трассы легкого рельсового транспорта в городской среде

На правах рукописи

ТИТОВ Константин Михайлович

ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОГО ПОЛОЖЕНИЯ ТРАССЫ ЛЕГКОГО РЕЛЬСОВОГО ТРАНСПОРТА В ГОРОДСКОЙ СРЕДЕ

Специальность 05.22.06 - Железнодорожный путь, изыскание и проектирование железных дорог

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 9 млр 2012

Иркутск - 2012

005012839

005012839

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Иркутский государственный университет путей сообщения» (ФГБОУ ВПО ИрГУПС).

Научный руководитель: доктор технических наук, доцент,

Подеербный Вячеслав Анатольевич,

Официальные оппоненты: Шварцфельд Вячеслав Семенович, доктор технических

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное образователь-

Защита состоится 12 апреля 2012 года в 10 часов 00 мин. на заседании диссертационного совета ДМ 218.003.06 при ФГБОУ ВПО «Дальневосточный государственный университет путей сообщения» по адресу: 680021, Хабаровск, ул. Серышева, д. 47, ауд. 204.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Дальневосточный государственный университет путей сообщения».

Автореферат разослан 11 марта 2012 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью, просим направлять в адрес диссертационного совета.

наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Дальневосточный государственный университет путей сообщения», заведующий кафедрой «Изыскания и проектирование железных дорог», г. Хабаровск

Благоразумов Игорь Викторович, кандидат технических наук, доцент, «Забайкальский институт железнодорожного транспорта» - филиал ФГБОУ ВПО ИрГУПС в г. Чите, заведующий кафедрой «Строительство железных дорог».

ное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный университет путей сообщения», г. Москва.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, доцент

Кулинич Ю.М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИИ

Актуальность темы исследования обусловлена отсутствием общепринятых методик трассирования и сравнения вариантов трасс скоростного городского пассажирского электрического рельсового транспорта, имеющего преимущественно наземное расположение, в городской среде между заданными опорными пунктами. В диссертации рассматриваемый вид транспорта именуется как легкий рельсовый транспорт (JIPT), в литературе также применяется термин скоростной трамвай, в англоязычной литературе - Light Rail Transport.

На данный момент ЛРТ в городской среде проектируется на основе множества факторов, которые могут иметь сложную форму представления. Поэтому на предпро-ектной стадии особую важность для проектировщика имеет возможность представления основных критериев в виде специализированных карт, позволяющих произвести быстрое и точное камеральное трассирование ЛРТ с учетом многих критериев.

На сегодняшний день проектирование новых линий ЛРТ значительно облегчается применением систем автоматизации проектных работ. При существующем развитии геоинформационных систем (ГИС) становится возможным оперативное создание специализированных карт по отдельным критериям с дополнительным их визуальным ранжированием. Применение ГИС позволяет не только быстро обнаружить коридоры выгодных положений трассы ЛРТ в перенасыщенной различными объектами городской ситуации, но и получить достаточно точные исходные данные для сравнения запроектированных вариантов. Использование ГИС ускоряет поиск конкурентоспособных вариантов трассы ЛРТ, но дальнейшее их сравнение является непростой задачей из-за участия в оценке и сравнении вариантов нескольких групп лиц, принимающих решение (ЛПР). В этом случае требуется применение специальной процедуры принятия решений, позволяющей отклонить такие варианты трассы ЛРТ, при дальнейшей проектной проработке которых вероятно возникновение ситуации противостояния интересов различных групп ЛПР, имеющих структуры предпочтений с различным целеполаганием.

Помимо всего вышесказанного на предпроектной стадии создания ЛРТ недостаточно подробно рассматриваются критерии экологии и эстетического восприятия транспорта в городе. При этом если критерий эстетического восприятия можно оценить только по качественной шкале с использованием экспертных оценок, то критерий экологии может быть представлен и в количественном виде, вследствие наличия определенных санитарных норм, из которых наиболее ощутимыми для ЛРТ являются нормы шумового загрязнения.

Целью настоящей работы является разработка методики выбора оптимального положения трассы ЛРТ, проектируемой между заданными опорными пунктами в городской среде, с учетом ситуации принятия решения группой ЛПР.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решены следующие задачи:

- проведено исследование критериев проектирования ЛРТ в городской среде и их обобщение в универсальные комплексные критерии;

- предложена методика выбора оптимального положения трассы ЛРТ, проектируемой между заданными опорными пунктами в городской среде, с учетом ситуации принятия решения группой ЛПР;

- предложены методы учета шумового загрязнения от ЛРТ при сравнении вариантов трассы;

- предложена технология укладки вариантов трассы ЛРТ между опорными пунктами в городской среде с применением возможностей современных программных средств.

Объектом исследования является трасса ЛРТ.

Предметами исследования являются камеральное трассирование ЛРТ между заданными опорными пунктами в городской среде и процедура принятия решения группой ЛПР при выборе варианта трассы ЛРТ.

Методы исследования: в работе использованы методы теории принятия решений, геоинформационных технологий, моделирования шумового загрязнения, а также использованы программные комплексы «Эколог-Шум» (ОАО фирма «Интеграл»), «Карта 2005» (ЗАО «КБ «Панорама»), «Топоматик Robur - Железные дороги» (ООО «НПФ «ТОПОМАТИК»), «Дубль-ГИС-Иркутск» (ООО «Дубль-ГИС»).

Научная новизна исследования заключается:

- в разработке методики выбора оптимального положения трассы ЛРТ, проектируемой между заданными опорными пунктами в городской среде, с учетом ситуации принятия решения группой ЛПР;

- в разработке методов учета критериев, применяемых при укладке трассы ЛРТ, с помощью специализированных карт, позволяющих наглядно отобразить коридоры трассирования с выделением уровней предпочтительности.

Личный вклад автора. Все основные исследования, включая постановку цели и задач работы, создание методики выбора оптимального положения трассы ЛРТ и внедрение методики в проектную деятельность выполнены автором лично. Участие автора подтверждается значительным числом публикаций по теме, а также апробацией результатов диссертационного исследования на научных конференциях.

Достоверность научных результатов подтверждается использованием известных методов принятия решений для выбора оптимального варианта трассы, методов геоинформационных технологий для создания и обработки специализированных карт, метода моделирования шумового загрязнения для разработки шумозащит-ных мероприятий, применением лицензионного сертифицированного программного обеспечения, а также апробацией предложенной методики на реальном примере проектирования трассы ЛРТ в Восточно-Сибирском институте проектирования транспортных систем (ВСИПТС ИрГУПС).

Практическая ценность диссертации состоит:

- в разработке методики выбора оптимального положения трассы ЛРТ, проектируемой между заданными опорными пунктами в городской среде;

- в автоматизации расчетов размеров, типов и стоимости шумозащитных мероприятий при проектировании ЛРТ в городской среде;

- в разработке технологии укладки вариантов трассы ЛРТ между опорными пунктами в городской среде с применением возможностей современных программных средств.

На защиту выносятся:

- методика выбора оптимального положения трассы ЛРТ, проектируемой между заданными опорными пунктами в городской среде, с учетом ситуации принятия решения группой ЛПР;

- методы учета критериев в процессе камерального трассирования ЛРТ, с помощью специализированных карт, позволяющих наглядно отобразить коридоры трассирования с выделением уровней предпочтительности.

Апробация и внедрение результатов работы

Материалы работы докладывались и обсуждались на: VI международной научно-практической конференции «Экология и безопасность жизнедеятельности», Пенза, 2006 г.; студенческой конференции «УнИКС-2006», Иркутск, 2006 г.; четырех научно-практических конференциях «Проблемы и перспективы изысканий, проектирования, строительства и эксплуатации российских железных дорог», Иркутск, 2007—2010гг.; межвузовской научно-технической конференции «Транспортная инфраструктура Сибирского региона», Иркутск, 2009 г.; трех международных научно-практических конференциях «Problems and Prospects of Survey, Design, Construction and Maintenance of Northeast Asia Transport Systems», Иркутск, 2009-2011 гг.; заседаниях кафедры «ИППЖДиУН» ИрГУПС в 2007-2011 гг.; технических совещаниях проектного института ВСИПТС ИрГУПС в 2008-2011 гг.

Предложенная автором методика и программа позволили принять оптимальные решения в проекте, выполненном ВСИПТС ИрГУПС по титулу «Комплексная экс-

пертная оценка целесообразности устройства грузопассажирского железнодорожного сообщения г. Иркутск - аэропорт «Иркутск-Новый», договор субподряда с ОАО «Ир-кутскгражданпроект» № ВСИПТС-09-01, 2009 год.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 15 научных работ, из них 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, а также получено 1 свидетельство о государственной регистрации разработанных программ ЭВМ.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 132 страницах. Состоит из введения, 5 глав, заключения, библиографического списка использованной литературы из 120 источников. Содержит 31 рисунок, 28 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, сформулированы цели, задачи и методика исследований, показана научная новизна и практическое значение работы. Обоснован выбор принятой к разработке темы диссертации, указаны главные принципы и инструменты исследований, а также используемая информационная база.

В первой главе проведен анализ основных критериев, применяемых при камеральном трассировании JIPT в городской среде на предпроектной стадии.

В результате проведенного анализа выявлена необходимость учета при камеральном трассировании JIPT критерия шумового загрязнения (наряду с другими критериями). Проанализированы источники и способы снижения шума на рельсовом транспорте. При анализе выделены эффективные шумозащитные мероприятия, применяемые как в источнике шума, так и на пути его распространения.

В проведенном исследовании теоретическую основу составили работы:

- в области проектирования городского скоростного электрического рельсового транспорта: З.В. Азаренковой, Вукана Р. Вучика, A.C. Морозова, Д.С. Самойлова, М.С. Фишельсона, В.В. Хиценко, В.А. Юдина, Lee Roy Padget;

- в области проектирования защиты от шума на рельсовом транспорте: Н.И. Иванова, A.C. Никифорова, Н.В. Оболенского, Г.Л. Осипова, Д.Ю. Шелковникова, G. Heimerl, Т. Rümpel, К. Knothe, P.M. Nelson, J. Peen, P. Pos;

- в области принятия решений в многокритериальных задачах проектирования железных дорог: Г.Л. Аккермана, В.А. Анисимова, Вл. А. Анисимова, И.В. Благора-зумова, В.А. Бучкина, Ю.А. Быкова, A.B. Гавриленкова, С.М. Гончарука, И.И. Кантора, К.А. Кирпичникова, В.А. Копыленко, И.П. Корженевича, В.А. Подвербного, Е.С. Свинцова, A.B. Соколова, И.В. Турбина, B.C. Шварцфельда.

Во второй главе предложена принципиальная схема предпроектной стадии проектирования ЛРТ (рис. 1). Предложено выполнять трассирование и дальнейшее сравнение вариантов трассы ЛРТ по шести универсальным комплексным критериям, имеющим сокращенные ассоциативные названия: Ю - «Технические характеристики», 112 — «Площади», Ю - «Стоимость», Я4 - «Пассажиропоток», Л5 - «Нарушение существующего движения», Кб - «Экология и эстетическое восприятие». При назначении перечисленных критериев были учтены факторы, имеющие наиболее важное значение как непосредственно при трассировании между заданными опорными пунктами, так и при сравнении вариантов трассы ЛРТ несколькими группами ЛПР.

Рисунок 1 - Схема предпроектной стадии проектирования ЛРТ (серым цветом выделена область диссертационного исследования)

Основными элементами, определяющими техническую возможность укладки трассы в различных ограничениях, являются план и продольный профиль трассы ЛРТ, поэтому первым из шести критериев исследован критерий Ш - «Технические характеристики», который предложено оценивать по расчетным или основным допускаемым скоростям движения. При укладке трассы ЛРТ по данному критерию поддержание заданного скоростного режима предложено обеспечивать путем оптимального расположения криволинейных участков в плане и непревышения максимальной крутизны уклона в профиле. При этом учитываются: длина прямой вставки между

кривыми, минимальный радиус круговой кривой, минимальная длина переходных кривых и максимальный уклон продольного профиля в зависимости от вида подвижного состава.

Для сравнения вариантов трасс предложена специальная методика принятия решения, основанная на двухэтапной процедуре оценки вариантов трассы JIPT с качественным сравнением при помощи разделения ЛПР на две основные группы: техническую и потребительскую (рис. 2).

Предлагаемая методика учитывает идеи ученых, занимавшихся задачей принятия решений в условиях неопределенности: О.И. Ларичева, A.B. Гавриленкова, С.М. Горнчарука, C.B. Микони, A.C. Малина, В.И. Мухина, B.C. Шварцфельда и других.

Качественная оценка по критериям каждого ¡-го варианта

TT

Э/<1 ! ■ ! 9,(2

Ri Г I Кг | Кз

R4 ! I Rs |Г R6

..................г.................. ......._...........т.........................

Техническая^ * Потребительская I группа [ '; j_группа_I

i 1 1 i . 1 .....d............ .............................т .....................

т т т ¡Техническая (Потребительская

группа

TLT

ст bit2f

Ü

группа____

гЧ "РН

1 611 i "'бг I

Количественное сравнение по критериям

всех вариантов

Ri

Ri

Ri

R4

Rs И Re I:

Оптимальный вариант

Рисунок 2 - Схема оценки / вариантов трассы ЛРТ и выбора оптимального варианта положения трассы ЛРТ, где Я; - критерии, а,у и гюлкритерии

На первом этапе предложено выполнять качественное сравнение при помощи анкетирования с последующей обработкой анкет, а на втором этапе - количественную оценку модернизированным методом идеальной точки. В оценке по «техническим» группам критериев участвуют проектировщики и строители, а в сравнении по «потребительским» группам опрашиваются будущие пассажиры и жители района проектирования.

I. Качественная оценка. Применение анкетирования:

1. Подбор экспертных групп (строители и проектировщики, будущие пассажиры и жители района проектирования).

2. Анкетирование экспертных групп по подкритериям.

3. Обработка результатов анкет с дальнейшим усреднением результатов и составлением общей матрицы значений средней степени удовлетворенности у'-м критерием в /'-м варианте.

II. Количественная оценка. Применение модернизированного метода идеальной точки:

1. Определение нормализованных значений критериев.

2. Назначение весовых коэффициентов основным ЛПР (городской администрацией).

3. Обработка по модернизированному методу идеальной точки с применением уточняющих коэффициентов, получаемых на этапе качественной оценки.

Обработка результатов анкет на первом этапе выполняется путем построения матриц результатов для каждой из г групп по отдельно взятому у'-му критерию (таблица 2).

Таблица 2 - Матрицы результатов анкетирования а-группы ЛПР для у-го критерия

Вариант Подкритерииу'-го критерия

1 г А

1 ац! 01]2 ацл

2 Яда а2)А

аух

п Ял/2 а„]Л

Затем для каждого у-го критерия, определяется ку - средняя степень удовлетворенности /-м вариантом по всем г группам ЛПР (табл. 3) по формуле

' А В

ХЧ* XX*

А,

в,

при (=1...п; 7=1...т ,

(1)

где гу - количество групп ЛПР по у'-му критерию;

Ь-,..., т-группой ЛПР соответственно, принимающих решение по у'-му критерию;

Ар Ву,... - количество подкритериев в а-, 6-,..., т-группе ЛПР соответственно, принимающих решение по у'-му критерию.

Таблица 3 - Расчет средней степени удовлетворенности ку 1-м вариантом трассы ЛРТ поу-му критерию совокупностью групп ЛПР

№ варианта № критерия 1к,

1 2 т

1 кп кп кш

2 к2! к77 к2т

к4

п к„1 к„2 кпт

При использовании предлагаемой процедуры усреднения становится возможным учесть особенности оценки вариантов трассы по различным подкритериям различными группами ЛПР (экспертов), что, по мнению автора, является важным при качественном сравнении вариантов трассы ЛРТ.

Уточняющие коэффициенты Су предлагается рассчитывать по формуле

Су=1-к0. (2)

Расчет значения глобального критерия р, по методу идеальной точки предлагается выполнять с применением уточняющих коэффициентов по формуле

Р^ уС.у{гф% 1=1,...и, у = 1, ...т, (3)

где Су - весовые коэффициенты частных критериев эффективности, учитывающие вес каждого критерия, при условиях = 1 и 0 < с, <1 (в соответствии с классическим методом идеальной точки);

Су - уточняющие весовые коэффициенты, при условии 0 < С0 <1 (в соответствии с предлагаемым модернизированным методом идеальной точки);

гу - нормализованные значения критериев, определяемые по классическому методу идеальной точки.

Предлагаемая методика принятия решений позволит учитывать мнения различных групп ЛПР в принятии итогового решения при сравнении вариантов трасс ЛРТ, и в конечном итоге, повысит обоснованность и качество принимаемых решений.

В третьей главе предлагается методы учета шумового загрязнения от ЛРТ на предпроектной стадии с выполнением следующих пунктов процедуры:

1) автоматизированное построение специализированных карг шума и анализ по ним каждого варианта трассы ЛРТ для определения сложности устройства различной шумозащиты с дальнейшей корректировкой вариантов трассы;

2) расчет средневзвешенного превышения шума каждого откорректированного варианта трассы ЛРТ для их количественного сравнения по

критерию R6 - «Экология и эстетическое восприятие»;

3) расчет стоимости шумозащитных мероприятий для дальнейшего учета в критерии R3 - «Стоимость» на предпроектной стадии.

Для выполнения первого пункта предложено выполнять построение карт шума с вводом лишь одного линейного источника шума - линии JIPT. Последующий анализ таких карт выполняется по условию

ALAmax < ALMun , (4)

где ALAmax - наибольшее снижение шума на участке, дБА;

А1Лдо„ - снижение уровня шума, требующее сложного дорогостоящего конструктивного решения, дБА.

При нарушении этого условия предлагается предусматривать подземный проезд или смещение трассы в сторону от защищаемых объектов с возможным использованием зданий и форм рельефа, способных преградить распространение шума.

Для выполнения второго пункта предлагается метод, использующий средневзвешенное значение превышения шума, дБА, отнесенное к протяженности самого длинного из вариантов трассы J1PT

t^-AJ-i,

^А.ср.взв = ' (5)

тр. max

где ¿iLAj - превышение нормативного шума на /-м участке, дБА;

Lp.mox ~ протяженность самого длинного из вариантов трассы JIPT, м; // - длина /'-го участка, м.

Последующее сравнение вариантов по средневзвешенному превышению шума от ЛРТ выполняется путем выделения трассы с наименьшим нарушением предельно-допустимых норм по шуму около защищаемых объектов.

Для выполнения третьего пункта - предварительной оценки шумозащитных сооружений, экранирующих шум на пути его распространения, предложен метод расчета их стоимости, который был получен путем модернизации методики расчета эффективной высоты экрана, описанной в СНиП П-12-77 «Защита от шума» и основанной на классическом методе расчета дифракции за экраном. В предлагаемом модифицированном методе, помимо расчета размеров и типа шумозащитных экранирующих сооружений вычисляется их стоимость.

Суть метода состоит в попикетном выборе на карте шума объектов с определением расстояния по нормали 1„ от объектов до трассы ЛЯГ (рис. За); выбираются объекты с наибольшим требуемым снижением уровня шума ALa с дальнейшим

расчетом соответствующего типа, размера и стоимости шумозащитного экранирующего сооружения на каждом из пикетов.

Для определения вышеуказанных параметров шумозащиты применяется схема, представленная на рисунке 36, и формулы с (6) по (10), в соответствии с которыми предварительно вычисляется полная высота прямого экрана Иэ (в указанных формулах все размеры в м). В формулах: А - расстояние от источника шума до экрана, В и С - вспомогательные коэффициенты.

Рисунок 3-Расчетная схема предлагаемого метода для расчета высоты экрана: а) плановая схема получения исходных данных на карте шума; б) схема для расчета минимальной высоты экрана, обозначения: 1 - рельсовый транспорт, 2- шумозащит-ный экран, 3 -защищаемый от шума объект; размеры, м: Л/ - разность отметок уровня головки рельса и низа экрана, Нгр - высотная отметка на уровне головки рельса, Л3 - полная высота прямого экрана, А - расстояние от источника шума (рабочей грани головки рельса) до экрана, Н„ - высотная отметка защищаемого объекта на уровне земли, /г„ - высота защищаемого объекта

I = /н — 0,76 - для однопутной линии, (6)

/ = /и + —— 0,76 - для двухпутной линии, (7)

где М- расстояние между осями путей.

В = 8,)оп + (8)

где 5до„ - допускаемая разность длин путей прохождения звукового луча для требуемого снижения уровня шума.

Ґ-І-І-А + ІЇ-В1 2-И

, И2 ■ С - ■ С1 ■ В2 + И2 ■ А2 ■ В2 - А2 ■ Б4 ,

*3=-^-+К (ю)

. ТЪассаЛРТ

После расчета полной высоты прямого экрана производится ее сравнение с допустимым значением, при превышении которого вместо экрана принимается галерея из прозрачных акустических панелей.

Дальнейший расчет стоимости экранирующих сооружений производится в зависимости от типа шумозащиты, размеров экранирующего сооружения, стоимости одного квадратного метра материала, из которого изготовлено сооружение, и стоимости установки одного погонного метра сооружения.

Общая стоимость шумозащитных сооружений для критерия R3 - «Стоимость», руб., определяется по формуле

Кщм = S ^PCK1-J ' < ' + К-Цустл.*)!)+ К-зм!. ] + ^доп , (И)

где I[ac4j - длина /-го расчетного участка (в данной работе предлагается использовать попикетный расчет, кроме отдельных мест с наибольшей стоимостью погонного метра шумозащитных мероприятий), м;

Kam i - стоимость запаса длины шумозащитного мероприятия для обеспечения достаточного расстояния по гашению шума в воздухе, руб;

K-j (mM), - стоимость квадратного метра шумозащитного экрана в зависимости от его типа (из прайсов соответствующих компаний), руб. / кв. м;

К:1(уст„М), - стоимость установки одного погонного метра шумозащитного экрана в зависимости от его высоты и типа (из прайсов соответствующих компаний), руб. / пог. м;

Кдоп - стоимость дополнительных шумозащитных мероприятий (установка пластиковых окон, систем вентиляции и т.д.), руб.

Для автоматизации расчета по предложенной методике была создана и зарегистрирована в общероссийском реестре программа «Расчет стоимости шумозащитных мероприятий для рельсового транспорта».

В четвертой главе описывается предлагаемая технология укладки (корректировки) трассы JIPT с применением ГИС и определения на предпроектной стадии исходных данных по четырем критериям, используемым в количественном сравнении вариантов положения трассы JIPT:

а) R2 - «Площади» - применяется укладка по специализированной карте, позволяющей сократить количество пересекаемых значимых объектов (занятых земель, зданий, сооружений) с учетом их габаритов;

б) R3 - «Стоимость» - применяется укладка по специализированной карте, указывающей места удорожания строительства из-за значительной крутизны рельефа;

в) Я4 - «Пассажиропоток» - применяется укладка по специализированной карте, облегчающей в трассировании смещение трассы к наиболее заселенным (посещаемым) областям и размещение дополнительных остановочных пунктов;

г) 115 - «Нарушения существующего движения» - применяется укладка по специализированной карте, позволяющей трассировать через наименьшее число существующих магистралей с минимальным риском нарушения устоявшихся направлений потоков транспорта.

Суть применяемых способов укладки трассы ЛРТ состоит в создании специализированных карт, имеющих цветовое представление различных ограничений (зон тяготения), которые позволяют выделить коридоры трассирования, обеспечивающие выгодное положение линии ЛРТ в городской среде.

Карту критерия Я2 - «Площади» предложено строить на основе норм безопасных габаритов, образующих области на карте, пересечение трассой которых приводит к требованию дальнейшего выкупа (занятия) земель, получения разрешения на изменение соответствующих объектов или территорий. При этом нанесенные ограничения дополнительно ранжируются с учетом предназначения и ценности зданий или территорий.

Для построения таких ранжированных ограничений в ГИС используются буферные зоны различной расцветки (рис. 4).

Из-за высокой плотности городской застройки и требований пожарных норм, действующих в России, дополнительно пересмотрены существующие в СНиП 2.05.09-90 «Трамвайные и троллейбусные линии» габариты приближения к зданиям.

В результате, предложено в трудных условиях, устраивать ось ближайшего к зданию пути ЛРТ на расстоянии не менее 17,1 м от жилых и общественных зданий высотой до 10 этажей включительно, 19,1 м от жилых и общественных зданий высотой более 10 этажей и 8,5 м от нежилых зданий (при условии возможности устройства необходимой шумо- и вибро- защиты зданий).

Укладка трассы ЛРТ на специализированной карте (см. рис. 4) выполняется по условию уменьшения количества пересекаемых отдельных зданий или территорий с учетом допускаемого габарита в плане при соответствующей критичности, отображаемой в цвете - от красного до зеленого). Дальнейшее сравнение по критерию Я2 -«Площади» производится сложением площадей различного назначения по установленным заранее категориям.

/

Рисунок 4 - Создание буферных зон около зданий в ПК «Карта 2005», для выявления коридора трассы ЛРТ, где пересекаемые площади или территории будут минимальны по размеру и наименее критичны по значению (заштрихованные области различного цвета - это ранжированный габарит в плане приближения к зданиям трассы ЛРТ)

Особую сложность укладки трассы ЛРТ по критерию ЯЗ - «Стоимость» в городской среде представляет учет стоимости в зависимости от способов обеспечения допускаемых уклонов в продольном профиле трассы ЛРТ, вследствие трудно анализируемого техногенного рельефа городской территории.

Для нахождения коридора наименее сложного строительства по условию проектирования трассы ЛРТ в продольном профиле предложено использовать специализированные карты на основе оцифрованного в ГИС рельефа, на которых выделяются области, где для обеспечения руководящего уклона трассы потребуются дополнительные затраты на строительство эстакад, тоннелей, массивных подпорных стенок.

Предлагается выполнять построение специализированных карт в ГИС «Карта 2005» с помощью, так называемых «поверхностей уклонов» (рис. 5).

Рисунок 5 - Создание поверхностей уклонов в программном комплексе «Карта 2005» (изображен !р = 60 %о для масштаба карты 1 : 100 000)

В общем виде определение строительной стоимости, руб., каждого варианта трассы ЛРТ предложено выполнять по формуле, в которой применяются укрупненные стоимостные показатели

п

Кобщ ~ X (К\КМ.1 " КИССО + Котв+Киш+КПл+Клии, (12)

1=1

где К1км, - стоимость 1 км линии ЛРТ в зависимости конструкции пути (на земляном полотне, в уровне проезжей части, на эстакаде, в тоннеле), руб; - длина однотипного участка трассы, км;

Киссо - стоимость искусственных сооружений (путепроводов, пешеходных мостов, подземных переходов или проездов, эстакад и т.д.), руб;

Котв- стоимость отвода дорог, руб;

К,ш, - стоимость шумозащитных мероприятий, руб;

К„л - стоимость занимаемых площадей различного назначения, руб;

Лот»- стоимость устройств, пропорциональных длине линии, руб.

Критерий И4 - «Пассажиропоток» при выборе оптимального положения трассы ЛРТ позволяет учесть возможное привлечение пассажиров за счет устройства дополнительных остановочных пунктов между заданными опорными пунктами трассы ЛРТ. Дальнейшее сравнение вариантов трассы ЛРТ по данному критерию производится на основе расчета общего количества потенциальных пассажиров, определяемых в радиусе пешеходной доступности от остановок ЛРТ, размещаемых на заданных опорных пунктах и в дополнительных остановочных пунктах между ними.

Для выявления выгодных мест расположения остановок между опорными пунктами при камеральной укладке трассы ЛРТ, предлагается строить специализированные карты с ранжированными зонами тяготения вокруг объектов с достаточным числом потенциальных пассажиров. Подобные зоны после построения позволяют приблизить трассу ЛРТ в плане к наиболее заселенным (посещаемым) областям. Точность корректировки при этом контролируется величиной радиуса этих зон, а сами зоны ранжируются в цвете в зависимости от заселенности (посещаемости) объекта (групп объектов). Пример построения таких зон тяготения показан на рисунке 6.

Рисунок 6 - Создание буферных зон в ПК «Карта 2005» на расстоянии до 100 м вокруг объектов, имеющих достаточный пассажиропоток (черными кружками показаны возможные места остановок ЛРТ)

Графическое представление критерия Я5 - «Нарушения существующего движения», предлагается в виде сети неоднородных полос существующих в районе проектирования магистралей различного транспорта. При этом неоднородностью ограничений на плане является как ширина этих полос, так и различная интенсивность движения на участках существующих транспортных магистралей. Такой подход разделяет магистрали на особо напряженные, напряженные и слабо напряженные. Их построение в ГИС выполняется путем создания различных по критичности буферных зон от осей существующих дорог.

Дальнейшее трассирование на карте выполняется по условию уменьшения числа соприкосновений с магистралями в порядке их ранга критичности и способов развязки с ЛРТ (рис. 7).

Условные обозначения |

■ *..... Л

Рисунок 7 - Создание буферных зон ширины проезжей части от осей магистралей в ПК «Карта 2005» и определение вида развязок с магистралями

Таким образом, предложенные методы учета критериев, применяемых при укладке трассы ЛРТ, с помощью специализированных карт, позволяющих на пред-проектной стадии наглядно отобразить коридоры трассирования с выделением уровней предпочтительности, имеют следующие преимущества:

- ускорение нахождения выгодного местоположения ЛРТ между опорными пунктами, благодаря представлению критериев в границах всего района проектирования;

- более точное определение местоположения трассы ЛРТ за счет ранжирования ограничений или зон тяготения;

- обеспечение оперативной оценки вариантов трассы ЛРТ, благодаря возможности быстрого считывания ЛПР необходимых исходных данных.

Указанные преимущества эффективны при последовательном использовании специализированных карт, которое можно обеспечить путем поочередного их наложения на варианты трассы ЛРТ.

В пятой главе рассмотрено применение предложенной методики в задаче выбора головного участка трассы JIPT, проходящего через район жилой застройки города Иркутска, по направлению «Аэропорт Иркутск - Аэропорт Новый (Поздняково)».

В рассмотренной задаче JIPT проектировался для решения целевой задачи по перевозке пассажиров между аэропортами, но для головного участка в городской среде было предложено рассмотреть варианты трассы JIPT с дополнительным привлечением пассажиров для возможного увеличения доходов при эксплуатации линии.

При проектировании не строились специализированные карты поверхности уклонов, так как район проектирования находится на относительно ровной местности.

Проектирование данного объекта выполнялос в следующем порядке:

1) создание векторной карты района проектирования с заданием параметров каждого объекта;

2) обработка габаритов приближения к зданиям в программном комплексе «Карта 2005» и построение соответствующей специализированной карты;

3) обработка данных по интенсивности движения на дорожной сети города в программном комплексе «Карта 2005» и построение соответствующей специализированной карты;

4) обработка данных по расположению потенциальных пассажиров в районе проектирования ЛРТ и построение соответствующей специализированной карты в программном комплексе «Карта 2005»;

5) поочередное импортирование вышеперечисленных специализированных карт в программный комплекс «Топоматик Robur - Железные дороги» и укладка в выявленных коридорах вариантов трассы JIPT;

6) проектирование развязок с существующими магистралями и выбор для них ранга нарушения существующего движения;

7) расчет карт шума, запроектированных вариантов трассы ЛРТ в программе «Эколог-Шум», расчет средних превышений шума на каждом варианте трассы и вычисление стоимости шумозащитных мероприятий;

8) экспорт вариантов трассы ЛРТ из программного комплекса «Топоматик Robur - Железные дороги» в программный комплекс «Карта 2005» и считывание исходных данных по построенным специализированным картам;

9) количественное сравнение вариантов трассы ЛРТ по методу идеальной точки (в данном проекте качественная оценка не выполнялась).

После выполнения первых пяти пунктов были запроектированы 4 варианта трассы ЛРТ (рис. 8). Затем они были скорректированы на основе поочередно подгружаемых в программный комплекс «Топоматик Robur - Железные дороги» специали-

зированных карт ранжированных габаритов магистралей (рис. 9) и зон тяготения к наиболее населенным или посещаемым объектам (рис. 10).

1 аирчант ІІІШ1ІІІІІІІ

\ L • 0 ¡*. : . . шшш ШФ

JLll' ¡ , WeSpüffinfS ' 3 вариві 4 ' 1 tm *¡ X . .¡А Л ¡v ^ ¿ > / ; ■. ^

/

L¿к—

Рисунок 8 - Специализированная карта ранжированных габаритов по 4 вариантам трассы ЛРТ

Технические характеристики вариантов указаны в таблице 4. При этом основная допускаемая скорость движения выдержана для всех вариантов на уровне 60 км/ч в связи с использованием кривых радиусом 200 м, устройством в этих кривых возвышения наружного рельса и переходных кривых, обеспечивающих непогашенное ускорение не более +0,8 м/с2.

Рисунок 9 - Корректировка положения трассы ЛРТ в сети существующих автодорог г. Иркутска, окрашенных в зависимости от интенсивности движения

Рисунок 10 - Карта района проектирования ЛРТ с зонами тяготения вокруг объектов, ранжированных по числу потенциальных пассажиров

Таблица 4 - Технические характеристики вариантов трассы ЛРТ

№ Длина Минимальный Протяженность Пересечения ав- Основная

вари- линии, радиус кривых/ прямых, томагистралей, допускаемая

анта км кривых, м км шт. скорость, км/ч

1 1,84 200 0,35/1,49 2 60

2 1,76 200 0,60/1,16 1 60

3 1,67 200 0,59/1,08 1 60

4 1,72 200 0,54/1,18 1 60

Далее по всем четырем вариантам трассы ЛРТ был выполнен расчет карт шумового загрязнения, по которым выявлено допустимое превышение шума у защищаемых объектов (рис. 11). Корректировка положения вариантов трассы по специализированным картам не потребовалась, были выполнены расчеты по критерию 116.

Рисунок 11 - Карты шумового загрязнения для каждого из четырех вариантов трассы ЛРТ (в расчете - подвижной состав КТМ-30)

Значения критериев по вариантам трассы ЛРТ приведены в таблице 5. Расчеты значений глобального критерия по методу идеальной точки приведены в таблице 6.

Таблица 5 - Значения критериев по вариантам трассы ЛРТ

Критерии Варианты трассы ЛРТ

1 2 3 4

И2 - «Площади» Общая площадь пересекаемых трассой ЛРТ зданий и территорий, м! Частные участки 1800 14960 9730 22380

Администр. здания 3180 800 133 133

Хозяйст. корпуса 2230 4080 10480 3790

КЗ - «Стоимость» Строительная стоимость, млн. руб. 341,65 353,52 349,95 364,97

Я4 - «Пассажиропоток» Количество дополнительных потенциальных пассажиров, чел./сутки 5664 6204 2844 1804

И5 - «Нарушение существующего движения» Сумма рангов существующих ограничиваемых магистралей, ранг 2 1 1 1

Кб -«Экология и эстетическое восприятие» Средневзвешенная разность уровня шума, дБА 6,8 7,3 6,0 4,2

Таблица б - Нормализованные значения г/ , весовые коэффициенты с; частных критериев эффективности и рассчитанные значения глобального критерия рі четырех сравниваемых вариантов трассы ЛРТ

Вариант трассы ЛРТ і Нормализованные значения частных ,)-тых критериев г} по 1-тому варианту направления проектируемой линии Значения гло-

R2- Площади КЗ-Стоимость R4 - Пассажиропоток К5- Наруше- Экология глобально-

Частные участки Админ. здания Хозяйст. корпуса ние существующего движения и эстетическое восприятие го критерия P¡

1 0 1 0 0 0,12 1 0,44 0,52

0,64 0,22 0,22 0,51 V 0 :: 0- 1 : 0,50

з 0,39 0 1 0,36 0,8 0 0,72 0,52

4 1 0 0,19 1 1 0 0 0,81

Весовые коэф-ты <7 0,3 0,3 0,2 0,1 ОД Хс/=1,00

0,15 0,1 0,05

В результате сравнения оптимальным оказался второй вариант трассы ЛРТ (Волочаевский) с минимальным значением глобального критерия р2 = 0,50, который и был рекомендован к дальнейшей разработке.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Проведено исследование частных критериев эффективности проектирования трассы J1PT в городской среде и предложено их обобщение в универсальные комплексные критерии: R1 - «Технические характеристики»; R2 - «Площади»; R3 -«Стоимость»; R4 - «Пассажиропоток»; R5 - «Нарушения существующего движения»; R6 - «Экология и эстетическое восприятие».

2. Предложена методика выбора оптимального положения трассы JIPT, проектируемой между заданными опорными пунктами в городской среде, с учетом ситуации принятия решения группой ЛПР на основе процедуры двухэтапного выбора оптимального варианта с качественной и количественной оценкой по предложенным критериям.

3. Предложены методы учета шумового загрязнения от ЛРТ при сравнении вариантов трассы в городской среде.

4. Выполнена автоматизация предварительного расчета типов, размеров и стоимости шумозащитных экранирующих сооружений.

5. Предложена технология укладки вариантов трассы ЛРТ между опорными пунктами в городской среде с применением специализированных карт ранжированных ограничений или зон тяготения (коридоров трассирования) на основе возможностей современных программных средств.

6. Предлагаемая методика выбора оптимального варианта трассы ЛРТ использована в задаче проектирования головного участка линии «Аэропорт Иркутск - Аэропорт Новый (Поздняково)» в стесненной застройке г. Иркутска. Разработка и сравнение четырех вариантов трассы ЛРТ показали достаточную эффективность (точность, оперативность, технологичность) применения методики на предпроектной стадии.

7. Предложенная в работе методика и программа могут стать основой для разработки методических рекомендаций по проектированию легкого рельсового транспорта в городах.

Основные положения диссертационного исследования опубликованы в следующих работах автора:

в изданиях, рекомендованных ВАКМинобрнауки России

1. Титов, K.M. Автоматизация расчета определения стоимости шумозащитных мероприятий на стадии вариантного проектирования легкого рельсового транспорта на основе

модернизированной методики СНиП Н-12-77 «Защита от шума» [Текст] / K.M. Титов, П.Н.

Холодов // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование : научный журнал.

- Иркутск: Изд-во ИрГУПС. - 2011. - № 4 (32). - С. 154-157.

2. Титов, К.М. Принятие решения при проектировании легкого рельсового транспорта в условиях городской застройки [Текст] / К.М. Титов // Вестник транспорта Поволжья : научно-технический журнал. - Самара: Изд-во СамГУПС. -2012. -№ 1. - С. 50-59.

3. Титов К.М. Применение геоинформационных технологий для трассирования легкого рельсового транспорта [Текст] / К.М. Титов // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование : научный журнал. - Иркутск: Изд-во ИрГУПС. -2012. - № 1 (33). - С. 177-182.

свидетельства об официальной регистрации программ для ЭВМ

4. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2012610521. Расчет стоимости шумозащитных мероприятий для рельсового транспорта [Текст] / П.Н. Холодов, К.М. Титов ; правообладатель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Иркутский государственный университет путей сообщения». - № 2011618309 ; заявл. 07.11.2011 ; зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 10.02.2012.-1 с.

в других изданиях

5. Титов, К.М. Шумозащитные экраны на железной дороге [Текст] / К.М. Титов // Экология и безопасность жизнедеятельности : сб. статей VI Международной научно-практической конференции, Пенза, декабрь 2006 г. - Пенза: РИО ПГСХА, 2006. - С. 134136.

6. Титов, К.М., Анализ программных комплексов для составления карт шумового загрязнения при проектировании трассы скоростного рельсового транспорта Иркутской агломерации [Текст] / К.М. Титов, В.А. Подвербный // Проблемы и перспективы изысканий, проектирования, строительства и эксплуатации российских железных дорог : сб. науч. тр. всероссийской научно-практической конференции, Иркутск, 10-11 октября 2007 г. - Иркутск: ИрГУПС. - 2007. - Т. 2. - С. 161-166.

7. Титов, К.М., Системы активного гашения акустического шума [Текст] / К.М. Титов, В.А. Подвербный, В.В. Мотошкин // Проблемы и перспективы изысканий, проектирования, строительства и эксплуатации российских железных дорог : труды всероссийской научно-практической конференции с международным участием, Иркутск, 15-17 мая 2008 г. - Иркутск: ИрГУПС, 2009.- T. 1.-С. 237-241.

8. Титов К.М. Расчёты шумового загрязнения при проектировании скоростного рельсового транспорта Иркутской агломерации [Текст] / К.М. Титов, В.А.Подвербный, А.В. Терго-ев и др. // Проблемы и перспективы изысканий, проектирования, строительства и эксплуатации российских железных дорог : труды всероссийской научно-практической конференции с международным участием, Иркутск, 15-17 мая 2008 г. -Иркутск: ИрГУПС, 2009. - Т. 1. - С. 242-247.

9. Titov К. Subjective Estimation of Noise Level with the use of Retaliatory Response of Population [Text] / K. Titov // Problems and Prospects of Survey, Design, Construction and Exploiting of Northeast Asia Railways: Students and Post-graduate Students' Works, presented at the First International Scientific-Applied Conférence, Irkutsk, May 15, 2009 year. - Irkutsk: IrGUPS, 2009. - P. 78-80.

10. Титов К.М. Методика расчета изолиний затрат по защите городской застройки от шума, создаваемого скоростным рельсовым транспортом [Текст] / К.М. Титов // Проблемы и перспективы изысканий, проектирования, строительства и эксплуатации российских железных дорог : труды всероссийской научно-практической конференции с международным участием, Иркутск, 20-24 апреля 2009 г. - Иркутск: ИрГУПС, 2009. - Т. 2. - С. 37-42.

11. Титов К.М. Критерий шума в проектировании легкого рельсового транспорта [Текст] / К.М. Титов // Транспортная инфраструктура Сибирского региона : материалы

межвузовской научно-практической конференции, Иркутск, 12-15 октября 2009 г. - Иркутск: ИрГУПС, 2009. - Т. 1. - С. 420-423.

12. Титов К.М. Расположение пути легкого рельсового транспорта в «коридоре» стесненной городской застройки [Текст] / К.М. Титов // Проблемы и перспективы изысканий, проектирования, строительства и эксплуатации российских железных дорог : труды IV всероссийской научно-практической конференции с международным участием, Иркутск, 19-23 апреля 2010г. -Иркутск: ИрГУПС, 2010.-Т. 1.-С. 224-226.

13. Титов К.М. Проектирование скоростного рельсового транспорта к новому аэропорту Иркутской агломерации [Текст] / К.М. Титов, В.А.Подвербный, А.В. Тергоев и др. // Особенности проектирования и строительства железных дорог в условиях Дальнего Востока : межвуз. сб. науч. тр. - Хабаровск: ДВГУПС, 2009. - С. 127-140.

14. Titov К. Multicriterian estimation of real estate objects in view of noise pollution criterion [Text] / K. Titov, V. Podverbnyy, P. Kholodov // Problems and Prospects of Survey, Design, Construction and Exploiting of Northeast Asia Transport Systems: Students and post-graduate students' works, presented at the Second International Scientific-Applied Conference, Irkutsk, May 14,2010. - Irkutsk: IrGUPS.-2010.-P. 165-170.

15. Titov K. Conditions of a "corridor" constructing in the local tracing of the light railway in the constrained urban planning [Text] / K. Titov // Problems and prospects of survey, design, construction and maintenance of Northeast Asia transport systems: Proceedings of the 3rd International Student and Postgraduate Research and Practice Conference, Irkutsk, May 30, 2011. -Irkutsk: IrGUPS. - 2011. - P. 62-67.

16. Титов К.М. Многокритериальная оценка объектов недвижимости с учетом критерия шумового загрязнения [Текст] / К.М. Титов, В.А.Подвербный, П.Н. Холодов // Методы принятия проектных решений в строительстве : метод, пособие по выполнению лабораторных работ для студентов специальности «Экспертиза и управление недвижимостью» - Иркутск: ИрГУПС, 2010.-С. 39-52.

ТИТОВ Константин Михайлович

ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОГО ПОЛОЖЕНИЯ ТРАССЫ ЛЕГКОГО РЕЛЬСОВОГО ТРАНСПОРТА В ГОРОДСКОЙ СРЕДЕ

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 02.03.2012 г. Тираж 100 экз.

Формат бумаги 60x84/16 Объем 1,5 п.л. Заказ №1755

664074, г. Иркутск, ул. Чернышевского, д. 15, ФГБОУ ВПО ИрГУПС, Издательско-полиграфический центр