Aktuální úloha železniční dopravní technologie v procesu projektové přípravy staveb

1. DOPRAVNÍ TECHNOLOGIE
1.1. Současná úloha a zaměření
Dopravní technologie patřila a stále patří k neoddělitelné součásti předprojektové a projektové přípravy staveb infrastruktury železniční dopravní cesty. Především v úvodní fázi při zpracovaní studijních dokumentací, projektů novostaveb, modernizaci či rekonstrukci stanovuje železniční dopravní technolog nevyhnutný rozsah rozhodujících prvků a zařízení železničních tratí a stanic určujících jejich kapacitu a výkonnost.

Pokles provozních výkonů v osobní a nákladní železniční přepravě od konce 90. let, jako i požadavky na začlenění vybrané železniční sítě v rámci dohod AGC, AGTC do evropských železničních magistrál nutí manažéra a správu infrastruktury hledat optimální kapacitu provozních zařízení na očekávané výkony.

Kapacita a výkonnost železničních tratí a stanic je určená především:

• stanovením počtu traťových kolejí v mezistaničních úsecích,
• stanovením počtu a délek dopravních kolejí železničních stanic,
• návrhem počtu a délek nástupištních hran,
• průběhem traťových a stanovených rychlostí a jejich omezení u příslušných kategorií vlaků,
• technologickými časy obsazení, časy potřebnými k opravám a údržbě těchto zařízení, jako i stanovením potřebných mezer a záloh k vyrovnání nepravidelnosti železničního provozu,
• kategorií traťových, staničních a přejezdových zabezpečovacích zařízení.

Na základě stanovení výše uvedených provozně-technologických parametrů pokračuje projektová příprava návrhem technického řešení rozhodujících stavebních objektů a provozních souborů, jako kolejového řešení, zabezpečovacího zařízení, trakčních a silnoproudých zařízení, umělých staveb a ostatních zařízení. V její závěrečné fázi spolupracuje profese dopravní technologie při návrhu organizace dopravy po dobu výstavby – návrhem stavebních postupů a jeho posouzení z pohledu vyhodnocení základních ukazatelů výlukové propustní výkonnosti.

Mnohé z projektů železniční infrastruktury se ucházejí o podporu při spolufinancovaní ze zdrojů Evropské unie, především z nástrojů Operačního programu dopravy (OPD) příslušného programovacího období. Zpracovaní analýzy nákladů a výnosů (CBA) v rámci Studie realizovatelnosti (Feasibility study) – fáze předprojektové přípravy, ekonomické správy a ekonomických hodnocení v rámci investičních záměrů a dokumentace pro územní rozhodnutí – fáze projektové přípravy, to všechno náleží profesi železniční dopravní technologie.

1.2. Podpora ostatních profesních odborů
Projektová dokumentace je dílem práce týmu projektantů. Pro názornost a komplexní pohled na práci dopravního technologa je zajímavé uvést, pro které profesní skupiny a jaký druh vstupních údajů poskytuje profese dopravní technologie:

• Kolejové řešení – železniční svršek a spodek, nástupiště:
  • stanovení výkonů a provozního zatížení traťových úseků (hrtkm) – pro stanovení příslušné kategorie a zařazení železničního svršku,
  • graf průběhu traťové rychlosti – návrh parametrů oblouků, 
  • počty a užitečné délky kolejí, rychlosti v hlavních a přejezdových kolejí, počty a délky nástupištních hran (dispoziční schéma stanice) – návrhu konfigurace řešení železničních záhlaví, kolejí a nástupišť,
  • dynamické posouzení spádoviště seřaďovacích stanic – pro směrové a výškové řešení návrhu rozpouštěcího záhlaví spádoviště, poloha kolejových brzd.
• Zabezpečovací zařízení – staniční, traťové, přejezdová, dálkové ovládání zabezpečovacího zařízení (DOZZ):
  • číslovaní kolejí a výhybek – ke zpracování dispozičních schémat a závěrových tabulek,
  • rychlostí staničních záhlaví – stupeň zabezpečení výhybek,
  • druh a počty návěstidel, počet prostorových oddílů – druh traťového zabezpečovacího zařízení, stanovení polohy automatických hradel,
  • nejvyšší traťová rychlost – určení brzdných vzdáleností,
  • normativ délky vlaků – stanovení technologických časů železničních přejezdů,
  • počty dopravních zaměstnanců – návrh dispozičního řešení dopravních kanceláří, dispečerských pracovišť.
• Trakční a silnoproudé zařízení – trakční vedení, dálkové ovládání trakčních odpojovačů (DOO), Elektrický ohřev výměn (EOV):
  • rozsah vlakové dopravy, kategorie a dopravní hmotnosti vlaků – zpracování energetické studie, určení výkonnosti trakčních napájecích stanic (TNS) a trakčních měníren (TM),
  • rozsah elektrifikace dopravních kolejí, určení elektrických sekcí,
  • elektrické následné mezidobí,
  • dynamika jízd vlaků výběhem – návrh délek a návěstní neutrálních polí,
  • stanovení rozsahu EOV.
• Pozemní stavby
  • lokalitní program – návrh dispozičního řešení provozních objektů.

2. APLIKACE NOVÝCH PROGRAMOVÝCH NÁSTROJŮ
2.1. Simulační přístup k analýze průběhu železničního provozu
Výpočty jízdních časů, grafy průběhu rychlostí, výpočet ukazovatelů výkonnosti zařízení, návrhy grafikonů vlakové dopravy, analýza stavebních postupů, návrh technologických postupů – to jsou téma pro práci dopravního technologa, kde doposud využíval především analytické metody založené na empirických vztazích.

Nové požadavky kladené objednávateli v rámci zadávacích podmínek staveb, jako i celkový rozsah potřebných analýz železničního provozu, nutí projektanta využívat komplexní simulační nástroje založené na výpočtech, simulacích, zobrazení průběhu a výstupů, staničních analýz.

Od roku 2012 přichází společnost PRODEX na český a slovenský železniční projekční trh s oficiálním produktem OPENTRACK (www.opentrack.ch, www.opentrack.cz) [1], který vznikl na půdě švýcarské univerzity ETH Zürich. OpenTrack je používán železničními podniky, správci infrastruktury, dodavateli železnic, konzultanty a univerzitami v nejrůznějších zemích.

Simulační program OpenTrack je plně akceptovaný program jak v evropském, tak i mimoevropském železničním odvětví. V porovnání s doposud využívanými nástroji a programovými aplikacemi umožňuje řešit následující úlohy:

• sledovat a analyzovat průběh železničního provozu už ve fázi projektové přípravy, resp. před uvedením do provozu nové provozní koncepce (taktové dopravy, aktivace resp. rušení dopravní, výlukové činnosti),
• vymezit optimální rozsah prvků železniční infrastruktury – kolejí, nástupišť, výhybkových jednotek a i. a to sledováním jejich procentuálního využití,
• vykreslit a analyzovat návrhový grafikon vlakové dopravy,
• spravovat průběh statického a dynamického průběhu rychlosti,
• sestavit plán obsazení dopravních kolejí, nástupištních hrán,
• analýzu různých zabezpečovacích systémů,
• vyhodnotit příčiny vzniku poruch a nepravidelnosti vlakové dopravy a navrhnout potřebné opatřeni na jejich odstranění,
• posoudit příčiny a vznik druhotných zpoždění a jejich dopad na celkovou stabilitu návrhového grafikonu vlakové dopravy,
• porovnaní celkové spotřeby elektrické energie u příslušných kategorií vlaků,
• poskytnutí výstupních statistických údajů pro jejich další zpracování,
• analýzu stability návrhového grafikonu vlakové dopravy – dopad prvotního zpoždění a jeho vliv na druhotné zpoždění vlaků,
• způsob organizace vlakové dopravy po dobu výlukové činnosti, jako podklad ke zpracování „Výlukového rozkazu“ – segment výlukového grafikonu vlakové dopravy, určení a analýza rozsahu zpoždění, identifikace úzkých míst a dopravních omezení, zabezpečení vlakových přejezdů neutrálním polem, analýza ostatních ukazovatelů výlukové přípustné výkonnosti.

Vstupní údaje potřebné pro průběh simulace:

• údaje hnacích dráhových vozidel (trakční charakteristiky), složení souprav,
• infrastruktura sítě – topologie železničních stanic a mezistaničních úseků (profil tratě, traťové rychlosti, zabezpečovací zařízení, železniční zastávky, a jiné.) – obr. 2,
• údaje o jízdním řádu – vlaky, časy odjezdy a umístění.

Na základě nadefinování vstupních údajů proběhne výkonová fáze simulace s animací, v rámci které je možné sledovat vývoj dopravní situace, průběh železniční dopravy, vznik konfliktů, zpoždění a jiných nepravidelností, které není jinak možné zjistit analytickým přístupem. Ty jsou následně promítnuté do výstupů.

Získané výstupy jsou prezentované v grafech a diagramech a představují:

• návrhový grafikon vlakové dopravy (obr. 3),
• s/V diagram – statický a dynamický průběh rychlosti (obr. 4),
• plán obsazení dopravních kolejí, nástupištních hran,
• vyhodnocení zpoždění – prvotních a sekundárních,
• percentuálně obsazení prvků infrastruktury,
• graf kumulované spotřeby energie,
• jiné statistické údaje zobrazené grafem příp. diagramem.

Přehled klíčových projektů, při kterých spol. PRODEX doposud aplikovala OpenTrack v rámci projektů železniční dopravení cesty SŽDC a ŽSR:

• SŽDC, Rekonstrukce trati Klatovy – Železná Ruda (PD, PS),
• SŽDC, Rekonstrukce trati Liberec – Tanvald (PS),
• SŽDC, Revitalizace trati Trutnov – Teplice nad Metují (PD),
• ŽSR, ŽST Vrútky – Varín, koľ. č. 1 a 2, KRŽZ km 317,457 – 328,730 (DSPRS),
• ŽSR, Elektrifikácia trate Haniska – Veľká Ida – Moldava nad Bodvou (DÚR, DSPRS).

Navzdory bohaté škále výstupů a analýz je potřebné brát do úvahy poměrně náročnou časovou fázi zadávání údajů topologie železniční sítě, jízdního řádu, problematiku železničních uzlů. Pozornost uživatelů programu OpenTrack prezentovaná na společných seminářích je tedy zaměřená na programovou podporu na bázi importu a exportu dat např. z produkce společnosti LIFT, Tierste [2]. Její základní struktura s vazbou na OpenTrack je na obr. 5.

3. ZÁVĚR
Dopravní technologie je jednou z nejdůležitějších častí projektové přípravy staveb železniční infrastruktury, její výsledky výrazně ovlivňují ne jen výsledný návrh z hlediska technického ale i z hlediska efektivnosti stavby. Zvyšující se nároky na vyšší efektivitu staveb a zároveň zkrácení projektové přípravy bez dopadů na kvalitu projektů nutí využívat moderní a ověřené nástroje ne jen projektanty, ale i například manažéry a správce železniční infrastruktury. Správa železniční dopravní cesty, státní organizace (SŽDC) vlastní OpenTrack od roku 2009.

Simulační nástroj OpenTrack je komplexním programem pro objektově orientované modelování železničního provozu. Výsledky slouží ne jen jako dopravně technologické podklady pro přípravu projektů, ale i pro další použití při návrhu celé železniční infrastruktury.

Simulace a analýzy železničního provozu jsou standardem předprojektové a projektové přípravy projektů železniční infrastruktury v mnohých státech EÚ, i mimo ní. Výsledkem je optimalizace tohoto moderního článku dopravy.

LITERATURA:
[1] D. Huerlimann: Short Description about OpenTrack, IT13Rail, January 17–19th 2013, Zürich
[2] G. Medeossi & G. Longo: Rail traffic Explorer & Simultationbooster, Lift Tierste, IT13Rail, January 17–19th 2013, Zürich

Actual role of the railway traffic technology in the process of railroad design preparation
Contribution is focused on the actual role and activities scope of the profession railway traffic technology within railroad design preparation and its relevance to support other professional activities. Contribution presents possibility of using available software tools accepted in European railway area.

Autor

• Ing. Lukáč Marek