Материалы VIII международной (одиннадцатой екатеринбургской) научно-практической конференции 14-15 июня 2002 года

А.А.Белятынский, В.П.Старововойда

Обоснование обходов городов (обзор)

Потребность в устройстве обходных автомобильных дорог воз-никла в результате увеличения интенсивности движения на дорогах и, особенно, на подходах к городам. Решение этой задачи можно разделить условно на три периода:

Первый период - осознание возникновения новой проблемы и за-ложение научных и методологических принципов и положений проекти-рования /1930-1950 гг./.

Второй период - разработка методов обоснования и проектирова-ния обходов населенных пунктов /1950-1980 гг./.

Третий период - совершенствование методов выбора обоснования трасс обходов и их габаритных размеров /1980 г. - настоящее время/.

Первая задача и рекомендации по ее решению были сформулированы А.К.Бирулей [1]:

Эти принципы, по сути, сохранились и в современной нормативной литературе.

Дальнейший рост интенсивности движения, особенно транзитного по отношению к населенным пунктам, вызвал необходимость решения второй и третьей задач, т.к. несовершенство научно-методологической базы проектирования обходных дорог приводило к неэффективному использованию капитальных вложений. Такие ошибки были допущены при трассировании кольцевой дороги вокруг г. Берлина, при определении параметров кольцевой дороги вокруг г. Москвы, к нарушению экологического равновесия при проектировании обхода г. Кирхберг /Швейцария/.

Вопрос о необходимости разработки методических приемов и технико-экономических показателей для определения целесообразности пропуска транзитных потоков по обходу или через город впервые был поставлен А.В.Сигаевым в 50-е годы [2]. В 60-е годы Д.А.Вулис [3] предлагает в качестве показателей нормативные коэффициенты экономической эффективности и срок окупаемости капитальных вложений. Предложена дифференциальная шкала этих показателей для дорог различных категорий.

В дальнейшем М.Ф.Смирнов [4] использовал в качестве критерия для обоснования устройства обходов больших транспортных узлов сум-марные приведенные затраты. Аналогичное предложение для определения целесообразности устройства обходных дорог или реконструкции улицы в населенном пункте сделал В.С.Адасинский [5].

Последующий период обоснования обходных дорог характеризуется устойчивой тенденцией к более полному учету факторов, входящих в величину суммарных приведенных затрат. О.А.Дивочкин [6,7] предложил и разработал рекомендации по учету ДТП при обосновании обходов городов. Этот же фактор использует в своей модели для определения отдаленности обхода от застроенной части города Н.П.Тихомирова [8].

Усиление отрицательного воздействия автомобильного транспорта на окружающую среду привело к необходимости учета потерь, наносимых природе. Первые рекомендации в этом направлении были сделаны А.А.Белятынским [9], О.А.Дивочкиным [6], В.Н.Кузнецовым [10] и др. В работе [9] критериальная функция для определения целесообразности устройства обхода населенного пункта при реконструкции автомобильной дороги имеет вид:

(1)

где П1 и П2 - транспортные затраты, суммированные с эксплуатационны-ми затратами в случае выноса дороги из населенного пункта и при рекон-струкции дороги в нем; К1 и К2 - первоначальные капиталовложения по рассматриваемым вари-антам. Обход целесообразен, если Е ? Ен (Ен - нормативный коэффициент экономической эффективности); при Е<Ен - дорога должна реконструи-роваться. Авторы работы [11] предлагают такой критерий:

где - текущие автотранспортные затраты за сравниваемый период соответственно при проезде через населенный пункт и по обход-ной дороге; - текущие затраты, связанные с пребыванием пассажиров в пути при проезде через населенный пункут и по обходной дороге; - текущие затраты, связанные с ДТП по рассматриваемым вариантам; - капиталовложения в строительство обходной дороги. Устройство обхода эффективно, если .

В работе М.Г.Лабезникова [12] для более точной оценки рента-бельности обходных дорог наряду с экономической эффективностью предложено использовать показатель снижения себестоимости продук-ции (Рср), которое получается в результате строительства обхода населенного пункта

(3)

где Э - общая экономия от устройства обходной дороги; С - себестоимость производства всей продукции данного промыш-ленного района.

Большой опыт в части определения целесообразности устройства обходов накоплен в Германии [13]. Необходимость строительства обхода нормируется интенсивностью движения на магистральной дороге в насе-ленном пункте: при интенсивности движения от 4000 до 9000 авт/сут, сооружение обхода решается на основе технико-экономических сообра-жений; при интенсивности более 9000 авт/сут - обход обязателен.

Целесообразность строительства обходов населенных пунктов определяется не только состоянием условий движения и окружающей среды в населенном пункте, но и тем, какое воздействие окажет обход на указанные факторы. Большое значение имеет удаленность обхода от на-селенного пункта. Чрезмерное удаление обхода от города обесценивает его значение в транспортной системе города, а слишком близкое - уменьшает его значение как скоростной объездной дороги из-за значи-тельной загрузки местным движением.

Первые исследования по установлению оптимального удаления обходной дороги от населенного пункта появились в 50-е годы и были выполнены применительно к крупным и крупнейшим транспортным узлам. Р.А.Данциг [14] предложил определять рациональное удаление обхода от города исходя из условия

(4)

где T - время, затрачиваемое автомобильным транспортом на все обслу-живание им в районе города категории перевозок; S - транспортно-эксплуатационные затраты по всем категориям автомо-бильных перевозок, осуществляемых в районе города; A - объем транспортной работы, выполняемый автомобилями в районе города; n- количество категорий перевозок.

Дальнейшее развитие методики определения рационального уда-ления обхода от города было выполнено в 60-е годы В.П.Старовойдой [15], который предложил определять радиус обхода из условия

где D - дорожные затраты, приведенные к исходному году, связанные со строительством и эксплуатацией вводных магистралей и кольцевых до-рог; T - транспортная составляющая себестоимости перевозок грузов при движении автомобилей соответственно через город и по обходной /кольцевой/ дороге; Q - объем грузов, подлежащих перевозке за расчетный срок; F - коэффициент ускорения перевозок; r - радиус центральной части города; a - угол между смежными радиальными вводами.

В последние годы, по сути, шло совершенствование методики и принципов Р.А.Данцига и В.П.Старовойды.

Так, И.М.Сливак и А.В.Черепухин [16] разработали зависимости для определения оптимальной зоны расположения обходной дороги.

Зависимости позволяют учитывать экономическую эффективность раз-личных видов перевозок и характер их распределения на обходной дороге. Н.П.Тихомирова [17] предложила определять величину удаления обхода от города (?R) из условия

(6)

где Е - экономическая эффективность строительства обходной дороги.

Существенным отличием полученной зависимости является то, что в работе сделана попытка нормирования удаленности обходной доро-ги для различных типов городов и категории обходов.

А.В.Голубятников [18] основным критерием рационального уда-ления кольцевой дороги принимает время, затрачиваемое на достижение требуемого пункта города

T(R)->min (7)

В целом при оригинальном методе решения поставленной задачи, эта работа с практической точки зрения является более узкой и не ком-плексной по сравнению с ранее выполненными исследованиями.

.С.Фишельсон [19] предложил определять радиус обходной доро-ги из условия

(8)

где То - время пребывания автомобиля в пути при движении по обход-ной дороге; Т 2 - то же, при движении через город. Однако этот подход не позволяет учитывать экономическую и экологи-ческую эффективность обходной дороги.

Целесообразность строительства обходных дорог зависит также от принятых в проекте параметров дороги, которые согласуются с выбран-ной категорией. Для определения интенсивности движения на улично-дорожной сети Я.И.Середяк [20] предлагает такую модель

(9)

где а1….а6 - коэффициенты; Н- численность жителей; Г- величина грузопотоков; П - величина пассажиропотоков; А - количество автомобилей, зарегистрированных в городе.

Для определения интенсивности движения на подходах к большим автодорожным узлам Л.М.Середяк [21] предложила зависимость

(10)

где b 1 …. b6 - коэффициенты. Остальные обозначения те же, что и в формуле (9).

Для прогнозирования интенсивности движения можно использо-вать средний объем грузов, приходящийся на одного человека [22]. Адаптированная авторами гравитационная модель для этих целей имеет вид

(11)

где Н - численность населения; Г, П- соответственно грузовая и пассажирская составляющие транспортно-экономического потенциала региона; L - расстояние между корреспондирующими пунктами; a- коэффициент (a=f(L))

Учитывая, что существующая практика проектирования обходных дорог не учитывает специфические особенности движения на них /совместное движение транзитных и местных потоков/ А.Т.Лановым [23] разработана новая модель

(12)

где П- производительность участка обходной кольцевой дороги протяженностью с въездом А и объездом Б;

- средняя скорость движения потока на участке ;

- заданный уровень скорости движения потока (надежность работы);

- интенсивность движения;

- интенсивность движения совместного транспортного потока, соответствующая оптимальной плотности исходя из условий беспрепят-ственной смены полосы движения;

- дорожно-транспортные затраты;

- заданное значение дорожно-транспортных затрат;

w, z - обозначение рассматриваемых участков обходной дороги.

Анализ исследований в области проектирования трасс обходных дорог показывает, что несмотря на достаточную полноту решения задач, существенным недостатком является отсутствие системного подхода их решения, что снижает надежность получаемых результатов. Системный подход позволяет выявить многообразие взаимосвязей изучаемого объек-та и окружающей среды, раскрыть его целостность и выбрать эффектив-ную стратегию решения поставленной задачи. Для исследования вопро-сов, связанных с проектированием обходов А.Н.Домбровский [24] пред-ложил использовать систему "дорожные условия - транспортный поток - среда".

Интегральным показателем эффективности и качества функцио-нирования системы являются ее выходные параметры, основной из кото-рых - режим движения потока местных и транзитных автомобилей. Режим движения, в свою очередь, определяет значение социально-экономических и экологических выходных параметров /уровень аварий-ности, степень загрязнения окружающей среды и его вредного воздейст-вия на человека, себестоимость перевозок и т.п./. Должны быть выполне-ны следующие условия, которые можно записать в виде системы

(13)

где - соответственно суммарные приведенные затраты на под-держание системы в работоспособном состоянии при условии сохране-ния -го состояния на перспективу и при условии реализации перехода в состояние; - капитальные вложения, необходимые для перехода системы из -го состояния в ; - нормативный коэффициент экономической эффективности; - соответственно уровень аварийности в -м состоянии и его предельно допустимое значение; - соответственно концентрация -го вредного вещества и ее предельно допустимое значение; m - количество вредных компонентов в отработавших газах автомобилей; - соответственно эквивалентный уровень шума в расчетной точке и его предельно допустимое значение; - соответственно интенсивность движения в -м состоянии на магистральной дороге и ее пропускная способность.

В зависимости от конкретных условий система (13) может быть уточнена путем введения в нее дополнительных ограничений, имеющих социальный, экономический и технический характер.

Предложенная критериальная функция целесообразности строи-тельства обходных автомобильных дорог позволяет решать поставлен-ную задачу для любых типов населенных пунктов при различной значи-мости оцениваемых экономических, социальных и экологических факто-ров в случае лимитированных и нелимитированных капиталовложений.

Литература

1. Бируля А.К. Проектирование автомобильных дорог, ч.2, 3-е изд., пере-раб. и доп. - М.: Автотрансиздат, 1954. - 352 с.

2. Сигаев А.В. Проложение автомобильных дорог в зоне населенных пунктов. - Автомоб. дороги, 1956, № 7, с. 24-25.

3. Вулис Д.А. Обходные и кольцевые дороги. - Автомоб. дороги, 1965, № 2, с. 25-26.

4. Смирнов М.Ф. Технико-экономическое обоснование развития сети автомобильных дорог транспортных узлов. Материалы совещания по вопросам проектирования и строительства автомобильных дорог на подходах к городам. - К.: 1963.- С. 64-76.

5. Адасинский В.С. Технико-экономический подход к обоснованию необходимости строительства обходов населенных пунктов. - Труды МАДИ, 1979, вып. 179, с. 12-16.

6. Дивочкин О.А. Обоснование обходов городов / Автомоб. дороги, 1986, № 12. - С. 22-23.

7. Дивочкин О.А. Учет потерь от ДТП при обосновании обходов городов / Сб. науч. трудов МАДИ. - М.: 1984. - С. 4-8.

8. Тихомирова Н.П. Методология обоснования проложения обходных ав-томобильных дорог вблизи крупных городов. - Автореф. дис… канд.техн.наук. М.: МАДИ, 1977. - 17 с.

9. Белятынский А.А. Теоретические основы проектирования трассы при реконструкции автомобильных дорог. Дис…докт.техн.наук.-К.: КАДИ, 1987. - 440 с.

10. Кузнецов В.Н. Обеспечение безопасности движения на участках авто-мобильных дорог в пределах населенных пунктов сельского типа. - Дис…канд.техн.наук. М.: МАДИ 1987. - 225 с.

11. Справочник сельского дорожника / В.И.Заворицкий, В.П.Старовойда, В.А.Анфимов и др. - К.: Урожай, 1991. - 368 с.

12. Лабезников М.Г. Эффективность капиталовложений в строительство обходных дорог / Автомоб. дороги, 1975, №6. - С. 7 - 8.

13. Ackers W. Zusammenarbeit von Stadteban, Verkehrsplanung und Okologie / Strasse und Verkehr, 1988-74, № 2.- S. 55 - 64.

14. Данциг Р.А. Некоторые вопросы проектирования кольцевых автомо-бильных дорог в районе крупных городов / Тр. МАДИ, вып. 15, Дориздат, 1953. - С. 94 - 107.

15. Старовойда В.П. Исследование трасс и определение габаритных разме-ров автомобильных магистралей на подходах к городам. - Дис… канд.техн.наук, К.: КАДИ, 1968. - 290 с.

16. Сливак И.М., Черепухин А.В. К расчету радиуса обходных автомо-бильных дорог вокруг крупных городов / Автомоб. дороги и дор. стр-во, вып. 22. - К.: Будiвельник, 1978. - С. 24 - 30.

17. Тихомирова Н.П. Методология обоснования проложения обходных ав-томобильных дорог вблизи крупных городов. - Автореф. дис… канд.техн.наук, М.: МАДИ, 1977. - 17 с.

18. Голубятников А.В. Фактор времени в транспортном обслуживании крупнейших городов радиально-кольцевой планировочной структуры. - Автореф. дис…канд.техн.наук. - М.: МИСИ, 1975. - 16 с.

19. Фишельсон М.С. Методы сопряжения автомобильных дорог с улично-дорожной сетью города/ Повышен. кач-ва и долговечн. автомобильных дорог на северо-западе РСФСР. - Межвуз. тем. сбор. трудов. -Л.: ЛИСИ, 1988. - С. 45-49.

20. Середяк Я.И. Исследование перспективной интенсивности движения транспортных средств на улично-дорожной сети большого города/ Автомоб. дороги и дор. стр-во, вып. 45. - К.: Будiвельник, 1989. - С. 9 - 14.

21. Середяк Л.М. Прогнозирование интенсивности движения автомобиль-ного транспорта на подходах к большим автодорожным узлам. - Автореф. дис…канд.техн.наук. - Харьков: ХАДИ, 1980. - 22 с.

22. Байбулатов Х.А., Рябиков Н.А. Прогнозирование интенсивности дви-жения автотранспортных средств/ Автомоб. дороги, 1992, № 4. - С. 20-21.

23. Лановой А.Т. Усовершенствование условий движения на обходных кольцевых /полукольцевых/ автомобильных дорогах. - Дис…канд.техн.наук, К.: КАДИ, 1992. - 253 с.

24. Домбровский А.И. Разработка методики определения целесообразности строительства обходных автомобильных дорог. - Дис…канд.техн.наук, К.: КА-ДИ, - 1993. - 211 с.


© S.Waksman, 2002