Юрий Михайлович Низовцев
Конструкции и методики, исключающие формирование пробок и заторов в условиях города
12. Известно, что уже в течение более 10 лет борьбы с пробками в Москве и в большинстве других крупных городов безрезультатно потрачены астрономические суммы, поскольку заторы и пробки только растут вместе с ростом числа автомобилей. Тем не менее, эти бесполезные траты предполагается осуществлять и далее. Использование же усовершенствованной нами методики регулирования транспортных потоков ramp metering на магистралях без светофоров по сравнению со строительством или расширением дорог обойдется сравнительно недорого: для регулирования процесса въезда автомобилей на магистраль потребуются, как правило, уже установленные на въездах светофоры, радары, табло, контроллеры, программу которых следует только перенастроить. Но это только в том случае, если не требуется установка переездов через магистраль.
13. Только одно использование усовершенствованной нами методики регулирования транспортных потоков ramp metering на магистралях со светофорами увеличивает пропускную способность ныне действующих магистралей примерно в 1,5 раза, что по одному этому показателю эквивалентно соответствующему росту сети транспортных магистралей, а это – для крупных городов не один миллиард долларов. К этому можно добавить уменьшение потерь времени в пути, топлива, напрасно расходующегося в заторах, уменьшение поступающего в воздух выхлопного газа и т.д.
14. Если у городской администрации не имеется возможности перевести магистраль в бессветофорную (без регулируемых перекрестков), то можно применить другую методику организации безостановочного движения на магистралях со светофорами (см. в предыдущей главе), суть которой сводится к установлению на магистрали непрерывного движения автомобилей колоннами, в разрывы между которыми попадает промежуток времени, необходимый для проезда пересекающих магистраль автомобилей и для перехода пешеходов через перекресток. В этом случае, как и в первом, крайние правые полосы в каждую сторону движения по магистрали переводятся в буферные, то есть используются только для въезда на магистраль, съезда с нее, а также для объезда случившихся аварий или при ремонте. На каждом въезде (перекрестке) на магистраль устанавливаются светофоры, управляемые через контроллер пересчетными датчиками (в настоящее время эту функцию, как правило, выполняют видеокамеры) по программе, которая запрещает автомобилям въезд на магистраль до момента снижения числа автомобилей в колонне до установленного уровня, например, до уровня в 20% от максимально возможного числа автомобилей в колонне при средней скорости транспортного потока, например, 70 км/час. В результате, транспортный поток в виде отдельных автомобильных колонн на оставшихся полосах движения превращается в скоростной, непрерывный и с пропускной способностью для каждой полосы движения до 1500 автомобилей в час, несмотря на наличие на магистрали перекрестков. При этом, во избежание торможения потока, левый поворот на магистрали запрещается.
Поясним указанное. Предложенный способ регулирования автомобильного движения на магистрали состоит в том, что реализуется пересечение транспортным потоком перекрестка сходу колоннами с соответствующими разрывами между ними. Этим и обеспечивается максимальная пропускная способность для магистралей со светофорами. Для этого отсеканием на перекрестках формируют поток транспортных средств с разрывами, состоящий из колонн, которые сходу, друг за другом, соблюдая установленный интервал, определяемый временем запрещающего сигнала светофора, пересекают каждый перекресток на магистрали на разрешающий сигнал светофора. Въезжающие на магистраль по буферной полосе автомобили, присоединяются к ближайшей колонне после разгона по буферной полосе.
Обязательной мерой для безостановочного движения сформировавшихся колонн является своего рода «фазирование» потока транспортных средств, то есть решение задачи подвода головных автомобилей каждой отдельной колонны к перекрестку к моменту появления разрешающего сигнала светофора. Это обеспечивается путем информирования водителя автомобиля тем или иным способом о времени, остающемся до появления разрешающего сигнала светофора. Водители головных автомобилей и водители, следующие за первыми, видя время, остающееся до появления разрешающего сигнала, так или иначе манипулируют скоростью движения автомобиля и тем самым обеспечивают подход к перекрестку головных автомобилей колонны к моменту появления разрешающего сигнала светофора без значительных перепадов в скорости колонн.
Коррекцию скорости автомобилей на перегонах в зависимости от показаний информационных табло можно также производить автоматически путем считывания видеодатчиками в автомобиле информации с табло или светофора, ее обработки и передачи соответствующего сигнала на датчик-регулятор скорости, который производит необходимое изменение скорости автомобиля в соответствии с передаваемой информацией о времени до изменения знака светофора в рамках установленного интервала скоростей, видеодатчики также принимают информацию о наличии пешеходов на автомагистрали и учитывают расстояние безопасности до соседних автомобилей с передачей соответствующих команд на систему управления автомобилем (см., напр., патент РФ № 2317592).
При использовании средств «фазирования» транспортного потока все светофоры магистрали имеют одинаковый цикл работы, или одинаковую продолжительность разрешающего сигнала, что обеспечивает неизменное количество автомобилей в колонне и одинаковый проход колонны через все перекрестки, то есть при появлении запрещающего сигнала в колонне не будут скапливаться дополнительные автомобили. Кроме того, это обеспечит синхронизацию движения встречных потоков автомобилей на магистрали.
Длительность разрешающего сигнала соответствует скорости движения транспортного потока между перекрестками при преодолении средней протяженности перегона.
Светофоры соседних перекрестков магистрали работают в противофазе.
В процессе движения по магистрали часть автомобилей покидает магистраль, что уменьшает количество автомобилей в колонне. Поэтому для поддержания высокой эффективности использования магистрали и высокой эффективности использования транспортных средств необходимо регулировать количество автомобилей в колонне.
Для регулирования числа автомобилей в колонне можно использовать датчики подсчета автомобилей наиболее подходящего для конкретного случая типа, например, видеокамеры, применение которых позволяет не повреждать дорожное покрытие, и для использования которых уже разработано много сравнительно недорогих программ. Можно также использовать различные датчики движения, например, индукционные датчики и т.д. С их помощью, фиксируется число автомобилей, движущихся в колонне. Далее обработанная информация передается на управляющее устройство, которое дает команду на включение разрешающего сигнала въездного светофора с бокового направления только при уменьшении числа автомобилей в колонне на 20%, например, со 100 автомобилей до 80 и переключает сигнал въездного светофора на запрещающий, когда число автомобилей в колонне восстановится (до 100) за счет въехавших автомобилей. Совокупность этого оборудования составляет на каждом перекрестке своего рода автомат управления движением.
Практически, число автомобилей в колонне определяется параметрами магистрали и длительностью разрешающего сигнала светофора.
Следует отметить, что остановка тех или иных автомобилей не опасна, так как эти автомобили отсекаются от одной колонны и присоединяются к другой. А неодинаковая протяженность перегонов между перекрестками и возможная неодинаковость запрещающих движение сигналов компенсируются изменением скорости движения колонны между перекрестками.
Информировать водителей о времени переключения светофора можно различными способами. Например, перед появлением разрешающего сигнала включать желтый сигнал или большими цифрами на фоне красного сигнала сообщать об остающемся времени до появления разрешающего (зеленого) сигнала светофора. Также можно использовать табло большого размера.
Глава 5
Краткий анализ и сравнение решений, обеспечивающих безостановочное движения автомобилей на городских магистралях.
Все обозначенные выше способа установления безостановочного движения на магистралях, являются принципиально новым подходом к организации безостановочного движения по причине того, что все известные методы борьбы с пробками оказались неэффективными. И это неудивительно, так как еще несколько лет назад было доказано, что даже теоретически данная проблема не решаема.
Парадоксально, но чем больше строилось дорог, развязок, чем больше использовалось интеллектуальных систем и прочих автоматизированных систем, тем больше становились пробки. Наглядно это видно на примере Москвы, Нью-Йорка и других мегаполисов. Поэтому в ряде городов (Лондон, Стокгольм) были вынуждены ввести ограничения на проезд автомобилей.
Таким образом, можно сказать, что если магистрали Вашего города действительно перегружены, особенно в часы пик, то никакие меры по реконструкции и прочие традиционные способы решения транспортных проблем не смогут разгрузить магистрали.
Поэтому мы не теряем надежды, что наш основной принцип: отказаться от бесполезной борьбы с пробками в условиях перегрузки магистралей, а просто не допускать режимов, при которых они возникают, будет восприниматься более адекватно.
Иначе говоря, все традиционные организационные и технические меры, как показала практика по организации движения в крупных городах за границей, эффективны только до начала процесса перегрузки автомагистралей (имеются в виду магистрали без светофоров типа ТТК или МКАД в Москве), при котором возможности магистралей по поддержанию режима свободного потока (пропускная способность одной полосы движения составляет порядка 2000 автомобилей в час), исчерпываются. И это можно объяснить стремлением на магистрали такого числа автомобилей, которого они вместить не могут, что быстро ведет к уплотнению транспортного потока, снижению скорости движения до 10-15 км/час, а затем возникновению заторов, пробок, аварийных ситуаций. Поэтому мы предложили методику сохранения режима свободного потока на действующих магистралях без перекрестков, не допуская существенного уплотнения транспортных потоков, усовершенствовав американскую методику локального контролируемого въезда на магистраль ramp metering.
Что касается магистралей со светофорами (регулируемыми перекрестками, или со старт-стоповым режимом движения), которые большей частью используются в городах всего мира, то возможность полосы движения подобных магистралей составляет в среднем 500 автомобилей в час, а максимальная пропускная способность полосы движения составляет не более 800 автомобилей в час.
Такую магистраль можно превратить в магистраль без перекрестков, перебросив через нее эстакады. При этом пропускную способность полосы движения может быть увеличена до 2000 автомобилей в час. В ряде случаев это целесообразно, но недешево и требует времени, как и установка над такой магистралью продольно эстакад с повышенной пропускной способностью, например в два уровня. Однако в ряде случаев, особенно, если подобная магистраль имеет не менее шести полос движения, можно сравнительно недорого преобразовать ее в магистраль с безостановочным движением автомобилей в виде колонн с разрывами между ними, повысив пропускную способность ее полосы движения до 1000-15000 автомобилей в час без всякого дополнительного строительства. Это внешне напоминает «зеленую волну», но, по сути, существенно отличается из-за использования нескольких необычных, но эффективных подходов, позволяющих все время удерживать скоростное, безостановочное движение синхронно в обоих направлениях, и тем самым, обеспечивать переход пешеходов и проезд автомобилей поперек магистрали в разрывы между колоннами.
Обе методики характерны еще и тем, что практически удается сохранить скоростное, безостановочное движение даже при авариях на магистрали или при ремонте части ее полос движения.
1.Магистраль-эстакада с паркингом.
Двухэтажная закрытая магистраль-эстакада (с верхним парковочным уровнем и установками по нейтрализации выхлопного газа) на стальном каркасе и со стальными пролетами, покрытыми тонким слоем сталефибробетона [1,2,4], предназначается для легковых автомобилей (90% всех автомобилей).
Этажи эстакады связаны между собой и наземным уровнем внешними и/или внутренними межэтажными переездами. По краям каждого этажа расположены буферные полосы. Число въездов и съездов согласовано между собой, на въездах установлено оборудование для осуществления в случае необходимости контролируемого въезда автомобилей.
Восемь полос движения на обоих этажах обеспечивают в сумме пропускную способность порядка 16 тыс. автомобилей в час. Безостановочность движения обеспечивается буферными полосами и межэтажными переездами. Максимальный интервал скоростей, в котором пропускная способность сохраняется практически на одном уровне составляет 30-100 км/час. Вытяжки с разрядниками, регулярно установленные на всех уровнях замкнутого пространства эстакады, обеспечивают нейтрализацию выхлопа и делают магистраль экологически безопасной (чистой).
На одном км верхнего уровня эстакады могут парковаться от 600 до 1000 легковых автомобилей, которые могут въезжать на парковочный уровень как с любого этажа эстакады, так и с наземного уровня.
Удельная стоимость полосы движения составляет $0,9-1,0 млн., а затраты на установку одного километра эстакады составляют $7 – 7,85млн. Стоимость квадратного метра пролетов всех трех уровней, включая парковочный (54000м²), составляет $145, а стоимость 1 м² полос движения (восемь полос шириной 3 метра каждая, всего 24000м²) – $330. При этом в данную стоимость входят стоимость всех материалов и затраты на изготовление типовых блоков, их доставка, заработная плата с учетом налогов, стоимость подготовительных работ, стоимость аренды машин и механизмов для сборки, стоимость вытяжек с нейтрализаторами выхлопа и т.д. Сравнительно низкие затраты на строительство эстакады-магистрали в основном определяются ее быстрой установкой с монтажом на болтах типовых металлических блоков и секций.
Кроме того, из сравнения массы аналогичных конструкций из бетона и на основе металлопроката видно, что эстакады на стальном каркасе в несколько раз легче, несмотря на то, что не менее 50% их массы приходится на сталефибробетонное дорожное покрытие. Вместе с тем, стоимость их конструкций примерно одинаковая, если принять стоимость металлоизделий по $ 1000 за тонну.
Что касается стоимости различных металлоизделий, то их удельное распределение и соответственно стоимость таковы: 80% черного металлопроката – это стальные плиты пролетных участков (лист толщиной 10 мм 24-27 тыс. руб. за тонну, швеллер – от 25500 руб. до 29000 руб. за тонну), 15% – продольные и поперечные двутавровые балки (28800 руб. за тонну), 2% – опоры-колонны в виде труб (41000 руб. за тонну). Эти данные по цене взяты на конкретных московских предприятиях, продающих металлоизделия указанных видов. Примерно такие же цены на данную продукцию и на других аналогичных предприятиях. Так что превышения стоимости новой конструкции по материалу не обнаруживается, а цены на стальную основу эстакады в среднем составляют несколько менее $1000 за тонну, а остальное – это тот же бетон и прочее. При этом блоки и секции конструкции на открытых участках защищаются антикоррозионным покрытием, а между поверхностью пролетных участков из металла и сталефибробетонным дорожным покрытием прокладывается гидроизоляция.
Удельные показатели этого типа эстакады-магистрали таковы: масса стали – 4100 т., масса цемента – 7100 т.
На рисунке выше показана эстакада с внешними въездами, съездами, переездами с этажа на этаж, а на рисунке (глава 2) показана конфигурация полос для перемещения автомобилей последовательно с этажа на этаж эстакады (внутренние переезды).
2. Упрощенный вариант двухуровневой магистрали-эстакады (без парковочного этажа и очистных установок).
Этот вариант эстакады-магистрали также имеет восемь полос движения на обеих этажах [1,2,4], но не имеет парковочных площадок и очистных установок. Поэтому удельные затраты на нее составляют примерно $5 млн. Стоимость 1 км полосы движения составляет порядка $0,6 млн. Стоимость квадратного метра пролетов двух этажей (36000м²) составляет около $140. Сравнительно низкие затраты на строительство эстакады-магистрали в основном определяются ее быстрой установкой с монтажом на болтах типовых металлических блоков и секций.
Чтобы устранить непонимание того, каким конкретным образом достигается столь низкие затраты, отметим следующее.
Прежде всего, необходимо иметь налаженное производство типовых секций и блоков эстакады, которые своевременно доставляются на подготовленную площадку для их сборки в основном болтовым соединениями с минимумом сварочных работ подготовленной бригадой специалистов при наличии соответствующего оборудования и механизмов. Эта процедура по заранее отработанной схеме занимает небольшой период времени, зависящий от протяженности участка, степени подготовленности сборочных площадок, наличия сборочных узлов, организации их подвоза, ресурсов рабочей силы, оборудования и т.д.
В Китае, например, тридцатиэтажный небоскреб в начале 2013 году собрали за две недели.
Установка свайного каркаса из стальных труб так же не занимает много времени при условии того, что трубы вбиваются в заранее определенные точки в соответствии с данными грунтовой разведки и схемами проложенных городских коммуникаций. Движение автомобилей при этих операциях по наземным магистралям не прерывается. Известные и давно отработанные процедуры нанесения антикоррозийного покрытия, гидроизоляции, сталефибробетона и т.п. так же длятся недолго при соответствующей подготовке специалистов и материала, как и монтаж боковых стенок и крыши из негорючего пластика. Оснащение эстакады оборудованием и приборами, такими как въездные светофоры с радарами и контроллерами, источники света, видеорегистраторы, линии связи, табло, датчики для мониторинга, противопожарное и эвакуационное оборудование, следящие центры, возможные вертолетные площадки, различные сопутствующие навески в виде кабелей и трубопроводов так же не может быть долгим, если такое оборудование подготовлено и доставлено на площадку вовремя. То есть процедура должна быть отработана до деталей, подготовительные работы завершены, арендованные машины и механизмы готовы к работе, специалисты тоже готовы, типовые блоки изготовлены и подвозятся с нужной периодичностью к уже смонтированному каркасу. Все это сравнительно несложно, если заранее отработано на экспериментальном образце. После этого эстакады-магистрали по уже отлаженной технологии и при промышленном изготовлении типовых блоков быстро устанавливаются в определенных местах города и пригорода для «искоренения» пробок.
Что касается проблемы нахождения дополнительных площадей для въездных и съездных пандусов на новую эстакаду при условии плотной городской застройки, то эта проблема уже давно нашла свое разрешение в других городах (напр., Токио с его наиболее плотной застройкой).
