12 - 2001

Оценка проектных решений автомобильных дорог

Геннадий Величко, Владимир Филиппов

Эффективность проектных решений автомобильных дорог в значительной степени зависит от сравнения вариантов по технико-экономическим, социальным, экологическим, эстетическим, энергетическим и другим критериям, которые формируются из довольно большого количества показателей, характеризующих процесс функционирования дороги. Основная проблема проектирования на любой стадии (от предпроектных стадий «Проект развития дороги» и «Обоснование инвестиций» до стадий «Инженерный проект» и даже «Рабочие чертежи») заключается в разработке множества вариантов и обоснованного выбора оптимального.

Проблема обоснования оптимального варианта затруднена противоречивостью критериев. Так, с увеличением технического уровня дороги практически всегда растет нагрузка на окружающую среду, снижение аварийности на дорогах требует повышенных строительных и эксплуатационных затрат, а повышение обеспечиваемой дорогой скорости требует более высоких затрат на ее содержание и ремонты и т.п. Найти оптимальный вариант в системе «Окружающая среда — Транспортные потоки — Дорога» при сложных условиях ее функционирования можно лишь на основе гармоничного сочетания противоречивых критериев. Успешное решение этой трудно формализуемой задачи обеспечивается возможностями систем автоматизированного проектирования и современными программными продуктами, позволяющими генерировать достаточное количество вариантов и характеризовать каждый вариант комплексом показателей по разнообразным критериям.

Число вариантов проектных решений в CREDO, например, при трассировании дороги достигает нескольких десятков, а при оптимизации проектирования продольного профиля их будет около ста, хотя большинство из них скрыто от проектировщика. Поскольку задачу поиска оптимального варианта сложно формализовать, а многочисленные критерии не могут быть сведены к одному и число показателей очень велико, то существенно возрастает роль отображения процессов, происходящих на дороге и в придорожном пространстве, отображения транспортно-эксплуатационных характеристик дороги.

При оценке качества проекта одним из главных является критерий безопасности движения, который в отечественных проектах принято рассчитывать по методике профессора В.Ф.Бабкова — по коэффициентам аварийности и безопасности. Основные трудности методики оценки по коэффициентам аварийности связаны с необходимостью скрупулезного учета множества параметров элементов дорог и характеристик движения, а методики оценки по коэффициентам безопасности — с необходимостью детально моделировать движение автомобилей расчетного транспортного потока. В CREDO эти трудности преодолены, а программное обеспечение подсистемы оценки проектного решения позволяет автоматически вводить все параметры каждого варианта дороги. Условия эксплуатации дороги и параметры ее обустройства и организации движения вводятся в диалоговом режиме непосредственно перед запуском программы оценки.

Результаты расчета коэффициентов аварийности по всем промежуточным проектным решениям выводятся программой для оперативного анализа на экран дисплея, а для документирования создаются файлы DXF (рис. 1).

Расчет коэффициентов безопасности, как известно, основан на графике скорости легковых автомобилей. В CREDO движение типовых групп расчетного транспортного потока моделируется посредством решения уравнений движения отдельных автомобилей и учитывает процессы взаимодействия водителей в неоднородном и неравномерном потоке. Результатом такого анализа являются эпюры скорости (рис. 2).

Безопасность движения с выделением участков дороги, имеющих различные уровни аварийности, прогнозируется на основе совместного использования коэффициентов аварийности, коэффициентов безопасности и известных нормируемых уровней степени опасности по каждому из коэффициентов (рис. 3).

Одним из главных проектных нормативов, обеспечивающих безопасность движения, является видимость дороги (точнее, предмета на дороге) и встречного автомобиля. Величина видимости при движении постоянно меняется вследствие кривизны в плане и профиле. Расчеты видимости и расчетные схемы довольно просты, но их программная реализация достаточно громоздка.

Результатом расчетов должна быть таблица видимости в прямом и обратном направлениях. Шаг расчета может быть попикетный, то есть 100 м, а при малых радиусах в плане и профиле необходим гораздо меньший шаг, например 20 м (табл. 1).

Наглядные представления о характеристике видимости дают графики с анализом того, каким элементом трассы (вертикальным или горизонтальным) ограничивается видимость на данном пикете дороги (рис. 4).

Одним из конструктивных мероприятий по обеспечению нормативной видимости для удовлетворения требований безопасного движения является срезка боковых препятствий. Линия срезки в плане, как правило, криволинейна. В CREDO параметры линии срезки приводятся в таблицах 2. В табл. 2 показана срезка боковых препятствий (откосов выемок и пр.) для обеспечения видимости 450 м.

Количество показателей, позволяющих принять обоснованное решение только по критерию безопасности движения, показывает, насколько многофакторной является задача отображения характеристик дороги даже по единственному критерию. Такие же сложные задачи возможно решать в CREDO и при оценке вариантов проектных решений по другим критериям.

В настоящее время особую роль в оценке качества проекта дороги играет экологический критерий, основанный на анализе загрязнения воздуха, почвы, водоемов, анализе транспортного шума и других воздействий на окружающую среду со стороны дорожных сооружений и собственно транспортного процесса. CREDO дает возможность смоделировать основные процессы такого воздействия и выбрать форму отображения результатов моделирования, наиболее подходящую для той или иной стадии проектирования. Дисплейная многокрасочная форма отображения очень эффективна при оперативном анализе вариантов защиты (рис. 5).

В других случаях нужна более полная информация. Так, о загрязнении придорожного пространства вредными веществами отработавших газов автомобилей наиболее полную информацию дают поля концентраций этих веществ, построенные на плане дороги. В этом случае применяются методы построения цифровых моделей рельефа, только по вертикали отображается не высота точки, а величина концентрации. Изолиниями показываются уровни концентрации, и этого достаточно, чтобы с любой заданной детальностью определять, например, зоны превышения ПДК или санитарной нормы по шуму и т.п.

Для анализа эффективности тех или иных защитных мероприятий, направленных на снижение вредного воздействия на окружающую среду, рекомендуется использовать поперечные разрезы полей концентраций (рис. 6).

В CREDO можно получить также достаточно полные характеристики проектных решений как по формализуемым критериям (время движения, расход топлива при перевозках, транспортный шум, выброс вредных веществ, загрязнение придорожных водоемов), так и по неформализуемым — эстетическим (рис. 7).

В заключение следует обратить внимание на сложность и несовершенство методик оценки проектных решений, на ощутимые погрешности в исходных данных, а также на то обстоятельство, что зависимости технико-экономических, экологических и прочих показателей от параметров элементов дороги получаются довольно плоскими, со слабо выраженными минимумами и максимумами. Все это приводит к появлению большого числа вариантов, достаточно близких по своим характеристикам. Одна из основных задач проектировщика состоит в генерировании такого множества вариантов, которое позволило бы выбрать из этого количества конкурентоспособные варианты, а потом из них отобрать окончательное проектное решение, наиболее гармонично удовлетворяющее противоречивым критериям при сравнении вариантов. Решение столь сложных творческих задач, трудно поддающихся формализации и в значительной мере зависящих от опыта проектировщика, уже невозможно представить себе без современных программных продуктов, которые позволяют объективно моделировать сложные процессы функционирования дороги, достоверно оценить ее важнейшие транспортно-эксплуатационные характеристики и достаточно точно прогнозировать последствия проектных решений для экономики и для общества в целом.

«САПР и графика» 12'2001