Эксплуатационная надежность станций - Пример выбора оптимального развития сортировочной станции

12.6. Пример выбора оптимального развития сортировочной станции
Рассмотрим выбор оптимального развития на основе определения критерия эффективности капитальных вложений по всем последовательностям мер по предложению Г. В. Козлова. По минимальному значению приведенных затрат выбирают оптимальный вариант увеличения пропускной и перерабатывающей способности станции. После этого определяют показатель фондоотдачи основных фондов, который характеризует степень их интенсивного использования.
Таблица 12.3
Прогнозируемая нагрузка на перспективный период
Годы

Разработанная теория этапного развития и повышения их эксплуатационной надежности станций позволяет оптимизировать не только перспективные пути наращивания их мощностей, но и планировать количество этапов и сроки проведения реконструктивных мероприятий.
Исходное состояние станции: сортировочная система с параллельно размещенными парками: сортировочным С и приемо-отправочным ПО для четного и нечетного направлений, количество путей в сортировочном парке — 21, в приемо-отправочном — 9 путей для четных и 5 путей для нечетных поездов; немеханизированная горка с двумя вытяжными путями; три вытяжных пути с полезной длиной на состав поезда (рис. 12.9); по два маневровых локомотива работают на горке и вытяжках. Прогнозируемая нагрузка на перспективный период (30 лет) приведена в табл. 12.3. Из таблицы видно, что максимальные среднесуточные размеры движения на конец перспективного периода составят 14 850 вагонов, в том числе 9450 вагонов с переработкой и 5400 вагонов без переработки. При таком темпе роста нагрузки мощность существующих устройств и путевого развития будет достаточна в течение первых двух лет. В последующие годы успешное освоение нагрузки станет возможно при развитии станции в соответствии с ростом размеров движения, и к концу периода станция должна перейти к схеме с мощными техническими обустройствами и путевым развитием.
Решение задачи начинают с разработки стратегий и схем этапного увеличения пропускной и перерабатывающей способности. В примере рассмотрена одна стратегия — развитие в четырехпарковую станцию. 

Рис. 12.10. Расчетный граф вариантов развития станции при четырех мерах

Особенность такой схемы — повышение перерабатывающей способности за счет применения параллельного роспуска и предварительной сортировки перерабатываемого вагонопотока.
Перейти к конечному состоянию станции можно в один или несколько этапов, число которых определяет количество мер развития. Мера развития в рамках одного этапа связана со значительным изменением схемы станции и обеспечивает существенный прирост ее пропускной и перерабатывающей способности. В данном примере приняты следующие меры развития (см. рис. 12.9):
строительство парка приема по направлению последовательной переработки вагонопотока;
строительство парка отправления;
реконструкция горки под параллельный роспуск; строительство дополнительного сортировочного комплекта.
При чередовании последовательности ввода этих мер и их сочетаний развитие станции может быть осуществлено по 74 вариантам. Однако из принятых в примере возможных вариантов не все рациональные. К ним относят реконструкцию горки для параллельного роспуска до строительства парка приема. Такой вариант не дает значительного увеличения перерабатывающей способности горки. Кроме того, к нерациональному варианту относят ввод четвертой меры (строительство дополнительного сортировочного комплекса) до первой и третьей мер (строительство парка приема и реконструкция горки под параллельный роспуск).
Таким образом, логическим анализом исключают нерациональные сочетания мер развития. Сокращенный (расчетный) граф вариантов при четырех мерах развития показан на рис. 12.10. В этом случае задачу сводят к сравнению только 20 вариантов этапного развития.
Следующий шаг решения задачи — оптимизация развития по каждой ветви графа, расчет приведенных затрат и выбор оптимального варианта. Рассмотрим порядок расчетов по первой ветви графа — четырехэтапному развитию при последовательности ввода мер 1—2—3—4.
На рис. 12.9 показаны схемы постепенного изменения состояния станции. На первом этапе станцию переустраивают по комбинированной схеме: парк приема расположен последовательно, а парк отправления — параллельно сортировочному. На втором и третьем — станция с последовательным расположением парков, причем во втором случае на горке возможен параллельный роспуск. 

Рис. 12.11. Периоды работы сортировочной станции по срокам ввода мер

Таблица 12.4
Внутриэтапная оптимизация технологии и путевого развития станции на перспективный период развития

Последнее состояние — это четырехпарковая станция по схеме проф. К. А. Бернгарда с дополнительным сортировочным комплектом.
На рис. 12.11 в виде линий на оси времени показаны возможные периоды работы станции на каждом этапе. Каждая линия характеризует два периода: ввод меры (принимаем лаг строительства, равный 2 годам) и освоение нагрузки. Составляют такую схему исходя из того, что строительство нового устройства проходит в последние два года действия предыдущей меры, а освоение нагрузки заканчивается с окончанием строительных работ последующей меры. Например, на первом этапе парк приема строят в первые 2 года, после чего в новом состоянии станция может находиться до 7— 11 лет в зависимости от того, когда произойдет переход к следующей схеме (минимальный период действия меры должен быть не менее 5 лет). Число вариантов 5. На втором этапе начало реконструкции может быть в период с 5-го по 9-й годы, т.е. к окончанию срока одного из вариантов первого этапа и т. д. На четвертом этапе действие меры ограничивается последним годом перспективного периода. Следующий элемент оптимизации развития —разработка технологии и расчет соответствующего ей путевого развития. Эту задачу решают для каждой схемы станции на каждом этапе.
На ЭВМ ЕС-1022 по программе, разработанной на кафедре «Управление эксплуатационной работой» БелИЦЖТа, выполнены расчеты по внутриэтапной оптимизации технологии работы сортировочной станции на весь период перспективного развития. Как видно из табл. 12.4, на первом этапе развития для достижения оптимальной технологии необходимо с начала этапа иметь однопутную механизированную горку с двумя путями надвига, два локомотива на горке и три на вытяжных путях, к 5-му году должна быть реконструирована в двухпутную, автоматизированную и с 6-го года необходимо ввести третий горочный маневровый локомотив. На втором этапе изменение состояния горки не предусматривают, на вытяжных путях с 13-го года необходимо дополнительно эксплуатировать четвертый маневровый локомотив. На третьем этапе горка имеет четыре пути надвига и три пути роспуска, с 15-го года на горке эксплуатируют четыре локомотива. На последнем этапе предварительную горку реконструируют в двухпутную автоматизированную с пятью локомотивами на горке с начала этапа и шестью — с 25-го года эксплуатации. На вытяжных путях с 28-го года эксплуатации необходимо ввести пятый локомотив.
После расчетов по внутриэтапной оптимизации обосновывают сроки ввода мер и выбирают число этапов и стратегию развития станции. Рассмотрим пример расчета сроков ввода мер по первой ветви графа (рис. 12.10), т. е. по одному из вариантов этапного развития (1—2—3—4) в рамках одной стратегии развития.
На первом этапе по варианту 5 (см. рис. 12.11) укладывают 8 приемо-отправочных путей с общей длиной 8,85 км. При стоимости укладки 1 км пути 250 тыс. руб. (с учетом земляных работ, искусственных сооружений и др.) капитальные затраты составят 2212 тыс. руб. Кроме того, укладка 26 стрелочных переводов при стоимости одного комплекта 10,8 тыс. руб. (с учетом включения перевода в ЭЦ) требует затрат 280 тыс. руб. Укладка двух сортировочных путей с общей длиной 2,5 км при стоимости укладки 1 км пути 90 тыс. руб. обойдется в 225 тыс. руб., а четырех стрелочных переводов в сортировочном парке — в 43 тыс. руб.
Кроме того, в варианте необходимы капитальные вложения: на механизацию сортировочной горки — 1000 тыс. руб., строительство второго пути роспуска и ввод средств автоматизации на горке — 2000 тыс. руб.
Выполнять эти работы целесообразно в два периода: строительство парка приема и механизация сортировочной горки, реконструкция горки и укладка дополнительных путей в сортировочном парке.
Тогда при первом сроке ввода будут суммарные затраты К = 2212 + 280 + 1000 = 3492 тыс. руб., при втором сроке — К = 2000 + 226 + 43 = 2268 тыс. руб.
При переходе ко второму этапу на 6—7-м годах и действии меры до 16-го года (вариант 6, рис. 12.11) необходимо уложить 5 путей в парке приема и построить транзитные и отправочные парки на 17 путей. Емкость сортировочного парка возрастает за счет уже существующих путей в приемо-отправочных парках. Общий объем работы составит 24,5 км пути и 64 стрелочных перевода, а стоимость К = 24,5 · 250 + 64 · 10,8 = 6816 тыс. руб.
На третьем этапе усиления путевого развития станции из-за длительного периода действия увеличивать число путей в парках следует в несколько сроков. Это обеспечит сокращение приведенных затрат за счет отдаления капитальных вложений. При развитии по варианту 21 были определены два внутриэтапных срока ввода путевого развития. По первому сроку в отправочном и транзитном парках дополнительно укладывают 4 пути (4,4 км) и 9 стрелочных переводов, реконструируют горку на три пути роспуска и четыре пути надвига, увеличивают число сортировочных путей за счет освободившихся приемо-отправочных путей. По второму сроку дополнительно укладывают 11 приемо-отправочных путей (12,1 км) и 26 стрелочных переводов, два сортировочных пути (2,4 км) и 4 стрелочных перевода. Капитальные затраты на первом сроке 4,4 · 250 + 10,8 · 9 + 2500 = 3697 тыс. руб., на втором — 12,1 · 250 + 26 · 10,8 + 2,4 · 250 + 4 · 10,8 = 3949 тыс. руб.
Расчеты капитальных затрат по остальным вариантам (периодам существования станции на этапе) приведены в табл. 12.5. Например, по варианту 40 капитальные затраты будут введены в два срока: 13—14-й годы — 3709 тыс. руб. и 19—20-й годы — 3089 тыс. руб.
Эксплуатационные расходы по вариантам на каждом году эксплуатации  приведены в табл. 12.6. Для каждого варианта были определены эксплуатационные расходы, состоящие из двух частей: расходов на содержание вводимых устройств и расходов, зависящих от величины простоев и числа маневровых локомотивов. 

Таблица 12.5
Капитальные затраты по срокам ввода, тыс. руб.________________________

Окончание табл. 12.5

Например, при развитии станции по варианту 5 (см. рис. 12.11) на 7-м году эксплуатационные расходы на содержание введенных устройств составят:
расходная ставка на содержание 1 км приемо-отправочного пути 3,24 тыс. руб./год, станционного — 2,34 тыс. руб./год — 8,85 X 3,24 + 2,5 · 2,34 = 34,5 тыс. руб.;
расходная ставка на содержание 1 стрелочного перевода 1,34 тыс. руб./год —30 · 1,34 = 40,2 тыс. руб./год;
содержание сортировочной горки — 214 тыс. руб./год.
Эксплуатационные расходы, связанные с содержанием маневровых локомотивов, будут равны: при пяти локомотивах — 5 X X 120-365 = 219 тыс. руб./год; при шести локомотивах — 6 · 120 · 365 = 262 тыс. руб./год.
Средний простой вагона на станции рассчитан методом моделирования на ЭВМ ЕС-1022 и составил 3,34 ч. При стоимости 1 вагоно-ч простоя 0,4 руб. расходы составят 3,34  · 7520 · 0,4 · 365 = = 3667 тыс. руб./год.
Тогда общие эксплуатационные расходы на седьмом году эксплуатации составят 34,5 + 40,2 + 214 + 262 + 3667 = 4218 тыс. руб./год.
Аналогично были рассчитаны эксплуатационные расходы по остальным годам эксплуатации. Таким образом, по варианту 5 эксплуатационные расходы равны: 3570 тыс. руб./год (3-й год), 3711 тыс. руб./год (4-й год), 3903 тыс. руб./год (5-й год), 4057 тыс. руб./год (6-й год), 4218 тыс. руб./год (7-й год).
Эксплуатационные затраты

При развитии станции по варианту 40 (рис. 12.11) годовые эксплуатационные расходы в тыс. руб. будут: 6057 (15-й год), 6178 (16-й год), 6314 (17-й год), 6444 (18-й год), 6578 (19-й год), 6711 (20-й год), 6843 (21-й год), 7020 (22-й год), 7150 (23-й год), 7294 (24-й год), 7417 (25-й год) и 7556 (26-й год).
Критерий экономической эффективности вариантов развития станции — минимум приведенных к одному году капитальных вложений и эксплуатационных расходов. На первом этапе при развитии станции по варианту 5 приведенные затраты ~ (1 + 0,926) + 3570 · 0,858 + 3711 · 0,797 + 2268 · 0,797 + + 3903 · 0,735 + 4057 · 0,681 + 4218 · 0,63 = 19 376 тыс. руб./год.
Расчеты приведенных затрат по остальным вариантам даны в табл. 12.7.
После определения приведенных затрат начинаем процесс оптимизации. Эту задачу решаем методом динамического программирования. На его основе оптимизацию проводим поэтапно от конца развития к началу.
Таблица 12.6
по годам, тыс. руб.

На первом этапе оптимизации находим оптимальный срок ввода последней меры. Для этого приведенные затраты каждого варианта (по срокам ввода меры) на четвертом этапе развития станции складываем с затратами возможного развития на третьем этапе. Суммарные величины приведены в табл. 12.7. Из всех значений для каждого года выбираем варианты с меньшими величинами суммарных приведенных затрат.
В примере 5 вариантов, на основе которых оптимальный срок ввода четвертой меры наступит на 25-м году.
На втором этапе необходимо оптимизировать срок ввода третьей меры. Эту операцию выполняем аналогично, как на предыдущем этапе, причем суммарные затраты складываем из затрат оптимальных вариантов третьего и четвертого этапов с вариантами второго этапа развития станции (см. табл. 12.7). Оптимальный срок ввода третьей меры будет в трех случаях: при переходе к четвертой схеме, на 12-м 14-м и 15-м годах.

Расчетная таблица сравнительной экономической эффективности

Таблица 12.7
развития станции по четырехэтапному развитию

Рис. 12.12. Графическая модель поэтапной оптимизации сроков ввода мор развития

На третьем этапе оптимизации получаем один вариант, имеющий минимальные суммарные затраты по второму, третьему и четвертому этапам развития (см. табл. 12.7). Оптимальные сроки ввода мер: вторая—11-й год, третья — 16-й год, четвертая — 25-й год.
На последнем этапе ввиду одного варианта развития станции в исходном состоянии оптимальный срок ввода первой меры будет на 2-м году освоения нагрузки. Графическая интерпретация поэтапной оптимизации сроков ввода мер развития приведена на рис. 12.12. Оптимальное развитие сортировочной станции в четырехпарковую: три этапа развития сортировочной горки (на 2-м году — ввод средств механизации, на 4-м — строительство второго пути роспуска и ввод средств автоматизации, на 16-м году — реконструкция для параллельного роспуска составов); к 25-му году ввод в эксплуатацию горки предварительной сортировки вагонов; увеличение числа работающих локомотивов на горке и вытяжках в три этапа — с двух до шести и с двух до пяти соответственно. Строительство парка приема закончится ко 2-му году, парков отправления и транзитных — к 11-му и парка предварительной сортировки — к 25-му году перспективного периода.