Теория городских пассажирских перевозок - Проектирование и расчет элементов систем ГМПТ

Проектирование систем ГМПТ связано не только с проектированием ТС, выбором видов ГПТ и расчетом количества подвижного состава, требующегося для обслуживания заданных пассажироперевозок, но и с проектированием всех других элементов транспортной системы: путевых сооружений, депо и гаражей для хранения и технического обслуживания подвижного состава, заправочных станций автотранспорта, тяговых подстанций городского электрического транспорта и др., причем результаты этого проектирования оказывают прямое влияние на проектирование транспортной сети и выбор видов ГПТ.
Исходными данными для проектирования и расчета всех элементов транспортных систем ГМПТ служат: запроектированная ТС и маршрутная система, картограммы пассажиропотоков, результаты выбора видов ГПТ и расчета требующегося количества подвижного состава, а главной идеей выбора технических и организационных решений — обеспечение максимальной приведенной эксплуатационной экономичности каждого из элементов системы ГМПТ в отдельности и всей ее в целом. Общими принципами решения этой задачи являются: максимальное использование типовых решений, конструкций индустриального производства, прогрессивной технологии, экономико-математических методов организации производства, автоматических и автоматизированных систем управления и т. п.
Одним из наиболее дорогостоящих элементов систем ГМПТ являются путевые сооружения и устройства. Выбор их предопределяется выбором видов ГМПТ: путевые сооружения автобуса и троллейбуса —  обычное усовершенствованное асфальтобетонное или цементобетонное дорожное покрытие, рассчитанное на тяжелые виды городского транспорта; рельсовые виды ГМПТ (трамвай и метрополитен) имеют специальные путевые сооружения и устройства. Проектирование и расчет путевых сооружений и устройств регламентируется соответствующими нормами СНиП и ГОСТов. Их прочностные характеристики выбираются в соответствии с нагрузкой колеса и частотой движения, а конструкции — в расчете на преимущественно индустриальные методы изготовления и монтажа. Современными типами дорожных покрытий магистральных городских дорог являются монолитные и сборные из цементобетонных плит заводского изготовления с асфальтовым или цементным покрытием. Стоимость их сооружения и эксплуатации составляет порядка 90 тыс. руб. на 1 км полосы движения шириной 3,5—3,75 м. Распределение ее между автотранспортом и МПТ — автобусами или троллейбусами — определяется нагрузкой на ось и частотой движения (осей в час). Обычно на автобус и троллейбус относят порядка 12% стоимости дороги — около 10 тыс. руб на 1 км длины полосы движения. Стоимость сооружения 1 км двойного рельсового пути трамвая составляет около 100 тыс. руб, стоимость прокладки 1 км линии метрополитена (включая сооружения системы электроснабжения) — около 10—18 млн. руб.
Для организации хранения подвижного состава ГМПТ могут использоваться специальные эксплуатационные гаражи и депо, для организации технического обслуживания и ремонта — службы линейного ремонта и скорой технической помощи, депо и гаражи, станции техническою обслуживания, авторемонтные (АРМ), вагоноремонтные (ВРМ) и троллейбусоремонтные (ТРМ) мастерские, авторемонтные (АРЗ), вагоноремонтные (ВРЗ) и троллейбусоремонтные (ТРЗ) заводы. Современная тенденция состоит в специализации этих хозяйств по видам выполняемой работы и централизации. Линейный ремонт подвижного состава организуют депо на конечных станциях прикрепленных к ним маршрутов силами линейных слесарей, которые устраняют мелкие неисправности подвижного состава по заявкам водителей. Скорая техническая помощь организуется обычно в виде отдельной аварийно-восстановительной службы при управлениях пассажирского транспорта (УПТ), трамвайно-троллейбусных управлениях (ГТУ) или автобусных управлениях (АУ) для ликвидации различного рода неисправностей, связанных с потерей способности поездов к передвижению (сходы вагонов с рельсов, заклинивание тяговых редукторов, обрывы карданных передач и др.). Для выполнения восстановительных работ этого характера и эвакуации подвижного состава в депо аварийно-восстановительная служба обеспечивается соответственно оборудованными транспортными средствами. Депо и гаражи предназначают для хранения, технического обслуживания и организации выпуска подвижного состава на линию. Здесь же выполняют плановые и внеплановые сравнительно малотрудоемкие ремонты подвижного состава. В крупных и крупнейших городах, имеющих несколько депо для однотипного подвижного состава, целесообразна специализация их по видам технического обслуживания и ремонта, требующих специального оборудования.
Главными вопросами проектирования депо и гаражей являются вопросы выбора их вместимости и расположения на ТС, определяемые производственным процессом, эксплуатационными и экономическими соображениями. С ростом вместимости депо и гаражей уменьшаются капитальные затраты и эксплуатационные расходы в расчете на одно машино- или вагоно-место, но усложняется организация выпуска, хранения и технического обслуживания, а также увеличиваются бесполезные, так называемые нулевые, пробеги подвижного состава. Благодаря этому зависимость суммарных расходов, связанных с организацией хранения, технического обслуживания и выпуска подвижного состава от вместимости депо и гаражей имеет точку минимума.
Основными характеристиками, определяющими экономическую вместимость депо и гаражей, являются общее количество подвижного состава в транспортном хозяйстве и плотность движения. По современным представлениям для хозяйств с инвентарем свыше 1000 единиц подвижного состава средняя вместимость депо и гаражей должна состав пять порядка 200—250 мест, при инвентаре до 1000 единиц — 100—200 мест, причем по критерию минимума нулевых пробегов в районах с более плотным движением должны располагаться более мощные депо и гаражи, а в районах с менее плотным движением — депо и гаражи меньшей вместимости. В Лондоне, например, в радиусе 8 км от центра города средняя вместимость автобусных гаражей составляет 200 мест, в зоне 8—16 км от центра — 100 мест и в зоне более 16 км от центра — 50 мест. Однако в практике градостроительства на эти общие закономерности накладываются и другие, в частности стремление высвобождения городских центров от вспомогательной застройки и размещения предприятий ГМПТ на периферии.
Расположение депо и гаражей на транспортной сети выбирают по градостроительным соображениям, критерию минимума нулевых пробегов и удобства обслуживания маршрутов так, чтобы каждый маршрут мог обслуживаться поездами одного депо. Площадь трамвайных депо составляет порядка 250—300 м² на один вагон, троллейбусных — 200 м² на один троллейбус, автобусных — 100—150 м² на один автобус. Стоимость строительства депо и гаражей составляет в среднем для трамвайных вагонов 6,5—7,5 тыс. руб/место, для троллейбусов 6—7 тыс. руб/ место и для автобусов 4,5—6,5 тыс. руб/место.
Ремонтные мастерские и заводы предназначают для выполнения крупных плановых и случайных ремонтов подвижного состава и изготовления запасных частей и агрегатов для депо и гаражей. Ремонтные мастерские могут быть отдельными или совмещенными с одним из эксплуатационных депо, которое в этом случае называют эксплуатационно-ремонтным. Ремонтные заводы всегда представляют собой самостоятельные хозрасчетные единицы, специализированные на ремонт подвижного состава одного или всех видов ГМПТ — трамвая, троллейбуса и автобуса. Современная тенденция состоит в создании зональных ремонтных баз ГМПТ, обслуживающих транспортные хозяйства ряда городов одной или нескольких смежных областей. Расширение зоны обслуживания позволяет создавать ремонтные заводы оптимальной мощности, максимально индустриализировать ремонты, повысить коэффициент использования оборудования ремонтного завода, снизить себестоимость и повысить качество ремонтов подвижного состава.
Хранение легковых автомобилей организуют в закрытых и открытых гаражах-гостиницах разного типа: одноэтажных и многоэтажных с въездными и выездными рампами или подъемниками, наземные, подземные и полуподземные. Современная тенденция состоит в проектировании многоярусных гаражей, обеспечивающих достаточно высокий коэффициент полезного использования городских территорий, так как в связи с непрерывным ростом автомобилизации проблема паркования превратилась в одну из главных градостроительных проблем крупных городов. Однако при этом приходится учитывать и соображения доступности связи гаражей с жилыми районами. При определении вместимости гаражей-гостиниц для легковых автомобилей рекомендуют принимать радиус обслуживания гаража порядка 0,5 км, чему соответствует примерно 150 га селитебной территории с населенностью около 15 тыс. человек. При уровне автомобилизации в 100 автомобилей на 1000 жителей в районе тяготения гаража будет находиться 1500 автомашин. Площадь одноэтажных гаражей рассчитывают из нормы 70—80 м² на один легковой автомобиль и 80—120 м² на один грузовой автомобиль. В многоэтажных она сокращается пропорционально этажности.
Для технического обслуживания легковых автомобилей организуют станции технического обслуживания либо как самостоятельные хозяйства, либо в составе крупных гаражей. Они выполняют уборку и мойку автомобилей, все виды их технического обслуживания и нетрудоемкий ремонт. Крупный ремонт легковых автомобилей производят в специализированных авторемонтных мастерских или на авторемонтных заводах. Станции технического обслуживания, рассчитанные на обслуживание городских автомобилей, располагают вблизи основных городских транспортных узлов, а рассчитанные на обслуживание автомобилей, въезжающих в город, — на периферии у въездных магистралей.
Автозаправочные станции организуют обычно при всех крупных гаражах, а также размещают равномерно по всей территории города. Количество требующихся автозаправочных станций определяется периодичностью заправки автомобилей разного класса и производительностью бензоколонок. Обычно принимают периодичность заправки грузовых автомобилей 1 —2 суток, легковых личных — 10 суток, легковых ведомственных — 3 суток, легковых такси — 1 сутки. Производительность одной бензоколонки составляет 150—200 заправок в день, причем нужно учитывать коэффициент неравномерности подхода автомобилей на заправку порядка 1,5.
Для электроснабжения ГЭТ используются тяговые подстанции и тяговые сеги, образующие систему централизованного электроснабжения. Первые получают электрическую энергию от распределительных станций городской системы внешнего электроснабжения и осуществляют ее преобразование по уровию напряжения и роду тока, а вторые — передачу ее к подвижному составу ГЭТ. Один из самых важных и принципиальных вопросов проектирования системы электроснабжения ГЭТ заключается в выборе величины напряжения для передачи электрической энергии, который определяет технико-экономические характеристики и уровень электробезопасности ГЭТ. Исторически сложилось, что для электроснабжения трамвая и троллейбуса в настоящее время используют электрическую энергию постоянного тока напряжением 600 В на шинах тяговых подстанций (среднее в контактной сети — 550 В), для электроснабжения метрополитена — электрическую энергию постоянного гока напряжением 825 В на шинах тяговых подстанций (среднее в контактной сети — 750 В). Однако назрела проблема повышения напряжения в системах электроснабжения ГЭТ примерно вдвое, что и следует осуществлять при проектировании новых систем ГМПТ. Вообще следует заметить, что возможности изменения технических решений действующих систем ГМПТ практически близки к нулю, тогда как новое проектирование предоставляет для этого все возможности, которые и следует использовать проектировщикам. Мало того, что при проектировании новых систем ГМПТ должны быть приняты прогрессивные технические решения всех их элементов, необходимо по возможности заложить в них достаточные возможности технической модернизации в будущем или необходимые резервы.
Современные тяговые подстанции проектируют автотелеуправляемыми с полупроводниковыми выпрямительными агрегатами на базе элементов индустриального изготовления — комплексных распределительных устройств переменного и постоянного тока (КРУ), стандартных выпрямительных агрегатов и т. д. В тяговую сеть входит контактная сеть, рельсовая сеть трамвая и кабельная сеть в виде питающих кабельных линий, соединяющих положительные шины тяговых подстанций с контактной сетью, и отсасывающих линий, соединяющих отрицательные шины тяговых подстанций с рельсовой сетью или минусовым контактным проводом.
Требующееся количество тяговых подстанций определяется протяженностью сети, ее конфигурацией, плотностью размещения в плане города, интенсивностью движения и принятой схемой электроснабжения. При предварительном проектировании необходимую мощность и количество тяговых подстанций определяют из расчета требующейся мощности на один вагон трамвая или троллейбус в движении, которая в среднем составляет для четырехосного моторного трамвайного вагона — 35 кВт, шестиосного — 47 кВт, восьмиосного — 62 кВт, поезда из двухосного моторного и прицепного вагонов — 48 кВт, троллейбуса средней вместимости — 40 кВт, большой — 47 кВт и особо большой — 60 кВт. В качестве типовой можно принимать тяговую подстанцию мощностью 1000 или 2000 кВт. Протяженность контактных lкс и кабельных lкб сетей определяют как функцию длины транспортных сетей Lo в однопутном исчислении:
(13.31)
где γ — коэффициент, учитывающий удлинение контактных сетей за счет оборотных петель и ответвлений на конечных станциях.
Затраты на сооружение тяговых подстанций трамвая составляют 3—3,8 тыс. руб. на один вагон в движении, троллейбуса — 4—5,5 тыс. руб. на один троллейбус в движении, на сооружение контактной и кабельной сети трамвая — 13 тыс. руб/км, троллейбуса — 18 тыс. руб/км.