◄ کدام خط آهن در اولویت توسعه است؟

(کاربرد اصل اشباع[1])

هدف از احداث و توسعه خطوط آهن پاسخ به تقاضای حمل باراست. اگر قرار نیست باری حمل شود چه نیازی به راه و راه آهن است؟ وزارت راه متولی حمل و نقل است نه متولی ساخت و ساز.

یک خط آهن (تک خطه) با مسیر مشخص بین مبداء و مقصد معلوم و بار محوری مشخص و سیستم علائم مشخص و کشش دیزلی با توان و سرعت مشخص را در نظر بگیرید که مقدار مشخصی بار بر روی آن حمل می شود.

مراد از توسعه خط می تواند موارد زیر باشد:

• دو خطه کردن
• برقی کردن
• افزایش کشش/ سرعت قطارها
• ارتقای سیستم علائم
• افزایش بار محوری
• تغییر واریان
• ترکیبی از موارد بالا

بدیهی ست که توسعه خط به هدف افزایش ظرفیت آن انجام می شود. اگر بخواهیم دقیق تر باشیم به جای «توسعه خط»  باید از «توسعه سیستم حمل و نقل» شامل سه عصر زیر صحبت کنیم:

• سیر و حرکت
• ناوگان
• زیر بنا  

 توسعه، محصول عملکرد هماهنگ و هدفمند این سه عنصر است.

بودجه محدود است و نامزدهای توسعه در گوشه و کنار شبکه ریلی کشور منتظر تصمیم وزارت خانه متبوع برای اولویت بندی هستند. یک پاسخ به این انتظار آن است که ببینیم باد از کدام طرف می وزد و کدام لابی قدرتش بیشتر است یا اینکه نظر مقام مافوق به کدام گزینه نزدیکتر است تا دستور توسعه سیستم حمل و نقل را به نفع آن گزینه امضا کنیم. این می شود ناکارشناسی.

پاسخ کارشناسی اما این است که ببینیم کدام مسیر چقدر با اشباع ظرفیت فاصله کمتری دارد و اولویت توسعه (سرمایه گذاری) را به آن بدهیم. پاسخی که البته از پاسخ اول پیچیده تر است و درگرو آن است که نه تنها از حجم و مبادی و مقاصد بارها اطلاع داشته باشیم بلکه برآوردی از آینده هم داشته باشیم. توسعه خطی که با 80 درصد ظرفیت کار می کند بر خطی که با نصف ظرفیت کار می کند، اولیت دارد. آن هم به شرط اشباع ظرفیت در آینده قابل پیش بینی.

ظرفیت خط، حداکثر باری است که می توان روی آن حمل کرد. وقتی تقاضای حمل با ظرفیت خط برابر شود ظرفیت خط اشباع شده است. بدیهی است که درآمد هر سیستم حمل و نقل در حالت اشباع، بیشینه است[2].

بهره وری حکم می کند قبل از سرمایه گذاری برای توسعه، به دنبال بیشینه سازی[3] ظرفیت فعلی باشیم.

W= حمل بار در واحد زمان (تن در روز) را می توان طبق رابطه زیر بیان کرد:

W=P*N                       (1)

N= تعداد قطار در واحد زمان (روز)

P= تناژ خالص هر قطار (تن)

سیکل حمل بار به روش ریلی شامل بازه های زمانی زیر است:

tL = زمان بارگیری

tb = زمان سیر در یک بلاک

tU= زمان تخلیه بار

tP= زمان آماده سازی قطار برای تکرار سیکل حمل بار  

زمان کل سیر یک قطار (T) در یک سیکل حمل بار عبارتست از[4] :

T= tP+tL+(n*(tb+tg)) +tU                        (2)

n = تعداد بلاک ها بین مبدا و مقصد

tg= توقف های پیش بینی نشده در بلاک و ایستگاه   

با توجه به محدودیت ایمنی در سیر قطارها که در یک زمان دو قطار نمی توانند در یک بلاک حضور داشته باشد، هر چه زمان سیر قطار در بلاک کوتاه تر باشد بلاک سریع تر آزاد شده و می توان قطار بعدی را اعزام کرد. لذا فاصله اعزام دو قطار، ( بزرگتر یا) مساوی است با زمان سیر قطارها در بلاک. اگر هدف بیشینه کردن حمل بار باشد باید حالت تساوی را در نظر بگیریم.

قطار اول را فرض کنید که در پایان سیکل قبلی حمل، در مدت tP آماده سرویس دهی مجدد می شود و به مدت tL منتظر بارگیری می ماند و فاصله بین مبدا بارگیری و مقصد را در مدت n*(tb+tg) طی می کند و پس از تخلیه بار(به مدت tU )، ماموریتش به پایان می رسد و به ابتدای سیکل بر می گردد برای آماده سازی و تکرار عملیات.

قطار دوم تا وقتی که قطار اول بلاک اول را خالی نکند نمی تواند اعزام شود. لذا شروع سیکل عملیات قطار دوم باید با تاخیر tb نسبت به قطار اول آغاز شود، نه بیشتر. به عبارت دیگر: وقتی قطار اول در بلاک دوم است قطار دوم در بلاک اول است. وقتی قطار اول در بلاک اول است قطار دوم در حال بارگیری ست. وقتی قطار اول در حال بارگیری است قطار دوم در حال آماده سازی است.همپوشانی هر بیشتر در عملیات قطارها، باعث حمل بار بیشتر در واحد زمان می شود. 

قطار سوم تا وقتی که قطار دوم بلاک اول را خالی نکند نمی تواند اعزام شود. لذا شروع سیکل عملیات قطار سوم باید با تاخیر tb نسبت به قطار دوم و با تاخیر 2*tb نسبت به قطار اول آغاز شود، نه بیشتر. به عبارت دیگر: وقتی قطار اول در بلاک سوم است قطار دوم در بلاک دوم و قطار سوم در بلاک اول است. وقتی قطار اول در بلاک دوم است قطار دوم بلاک اول و قطار سوم در حال بارگیری است. وقتی قطار اول در بلاک اول است قطار دوم در حال بارگیری و قطار سوم در حال آماده سازی است.همپوشانی هر بیشتر در عملیات قطارها، باعث حمل بار بیشتر در واحد زمان می شود.

ضرورت همپوشانی، اهمیت نقش مدیریت سیر و حرکت را در افزایش ظرفیت فعلی نشان می دهد.

همین روال در مورد قطارهای بعدی تکرار می شود و هر قطار با تاخیرtb  نسبت به قطار قبلی اعزام میشود. زمان tb، تابعی است از سرعت متوسط قطار.

با افزایش تعداد بلاک ها بین مبدا و مقصدِ معلوم، طول بلاک ها کوتاه شده، از زمان  tb کاسته می شود. افزایش تعداد بلاک ها الزاما به معنای افزایش تعداد ایستگاه ها نیست [5].

افزایش تعداد بلاک ها الزاما به معنی توقف قطار در همه ایستگاه ها هم نیست. توقف در ایستگاه های بین راه را باید به هدف کمینه کردن[6] زمان سیر، حتی الامکان حذف کرد.

با ساده سازی های فوق، تعداد قطارهایی که می توان در روز اعزام کرد برابر خواهد بود با [7] :

N= (  h -(tP+tL+tU)   ) / (tb+tg)                        (3)

از آنجا که دیمانسیون سمت راست این معادله زمان است و کسر، بدون بعد است، می توان هر واحدی را برای  زمان انتخاب کرد. مثلا ساعت.

h = تعداد ساعات کاری در روز

مثل عددی: فرض کنید یک بار معدنی بین ایستگاه مبدا در معدن و ایستگاه مقصد در مجتمع فولاد به فاصله 200 کیلومتر و با سرعت متوسط 50 کیلومتر بر ساعت توسط مجموعه ای از قطارهای مشابه در یک مسیر تک خطه بصورت پیوسته حمل می شود. در این صورت زمان خالص سیر هر قطار 4 ساعت به دست می آید. اگر 15 دقیقه برای توقف های پیش بینی نشده ( tg ) منظور شود و قطار در مرحله آماده سازی، بارگیری و تخلیه هر کدام دو ساعت منتظر بماند ( جمعا 6 ساعت) و فرایند حمل در 24 ساعت روز جریان داشته باشد ، صورت کسر 18 ساعت و مخرج کسر 4.25 ساعت و N (تعداد قطارهای قابل اعزام در روز)، معادل  4.23 رام بدست می آید[8].

با ترکیب روابط ( 1 ) و ( 3 ) تناژ حمل بار در واحد زمان بصورت رابطه زیر بیان می شود:

W = {  (h -(tP+tL+tU)   )/ (tb+tg)   } * P                        ( 4)

در این مثال، اگر قطار مفروض از یک لکوموتیو 3000 اسب به وزن 120 تن و 20 واگن ( 25 تنی) با ظرفیت بارگیری 65 تن تشکیل شده باشد ، تناژ خالص هر قطار 1300 تن و تناژ ناخالص 1920 تن و با توجه به اعزام 4.23 رام قطار در روز، تناژ خالص روزانه 5500 و تناژ کل 6120 بدست می آید.

( 5)            تناژ کل( ناخالص) = تناژ خالص + وزن لکوموتیو ( ها ) + وزن خالی واگن ها

بیشینه مقدارW ،ظرفیت سیستم حمل و نقل ریلی مفروض ( شامل سیر و حرکت، ناوگان و زیر بنا) را به دست می دهد (= حداکثر بار قابل حمل). همانطور که در بالا گفته شد، در حالتی که تقاضای حمل بار با ظرفیت خط برابر شود، سیستم به حالت اشباع رسیده است.

D=Wmax                   (6)

Wmax= ظرفیت خط (حداکثر بار قابل حمل در واحد زمان)

D = تقاضای حمل[9]

از رابطه ( 4) روشن است که برای بیشینه کردن W ، پارامترهای h وP  باید بیشینه باشند و کمیت های tP ،tL، tU ، tb و tg باید به حداقل ممکن کاهش پیدا کنند.

Wmax=Pmax * Nmax                   ( 7)

Nmax= بیشترین تعداد قطار ممکن در واحد زمان ( روز )

Pmax= حداکثر تناژ خالص هر قطار (تن)

برخی از اقدامات کوتاه مدت برای نیل به بیشینگی تعداد قطارها ( N  ) :

تناژ خالص قطار ( P) [12] بستگی دارد به :

• تعداد واگن ها
• ظرفیت بارگیری واگن ها
• وزن مرده واگن ها[13]

 و توسط پارامترهای زیر محدود می شود:

• بار محوری[14] 
• محدودیت کشش قلاب 
• شیب و فراز مسیر 
• طول موثر خطوط ایستگاه ( دگاژ)  
• قدرت لکوموتیو
• گاباری  

برای بیشینه کردن مقدارP ، باید تعداد واگن ها ( با توجه به محدودیت طول ایستگاه) و ظرفیت بارگیری واگن ها ( با توجه به محدودیت بار محوری وشیب و فراز مسیر و گاباری)  و کشش لکوموتیوها ( در صورت نیاز[15]) را افزایش داد.  

می دانیم که توسعه سیستم حمل و نقل  برای هر یک از اقدامات بالا مستلزم منابع مالی و همین طور زمان برای اجرا هستند. نمی توان دست روی دست گذاشت تا ظرفیت به اشباع برسد.  

توسعه سیستم حمل و نقل  به هدف افزایش ظرفیت آن انجام می شود. اگر قرار نیست تقاضای حمل بار در آینده افزایش یابد نیازی به افزایش ظرفیت نیست و نیازی به توسعه هم نیست. اما اگر برآوردها، از افزایش تقاضای حمل بار در آینده حکایت می کند باید قبل از رسیدن به وضعیت اشباع فرایند توسعه را شروع کرد ( منحنی بالا):

• اگر اجرای پروژه دو خطه کردن p سال زمان لازم دارد باید p سال قبل از رسیدن به مقطع زمانی پیش بینی شده برای اشباع ، عملیات فنی و اجرایی آغاز شود.
• اگر اجرای پروژه برقی کردن q سال زمان لازم دارد باید q سال قبل از رسیدن به مقطع زمانی پیش بینی شده برای اشباع ، عملیات فنی و اجرایی آغاز شود.
• اگر اجرای پروژه افزایش بار محوری r سال زمان لازم دارد باید r سال قبل از رسیدن به مقطع زمانی پیش بینی شده برای اشباع ، عملیات فنی و اجرایی آغاز شود.
• . . . .  

اگر نتوانیم تقاضای حمل بار در آینده را پیش بینی کنیم، توسعه سیستم حمل و نقل معنی ندارد.

جمع بندی و نتیجه گیری:

هدف از احداث و توسعه خطوط آهن پاسخ به تقاضای حمل بار است. اگر قرار نیست باری حمل شود چه نیازی به راه و راه آهن؟ وزارت راه متولی حمل و نقل است نه متولی ساخت و ساز.

اولویت بندی توسعه خطوط بستگی به این دارد که کدام مسیر چقدر با اشباع ظرفیت فاصله کمتری دارد؟ پاسخی این سوال در گرو آن ست که نه تنها از حجم و مبادی و مقاصد بارها اطلاع داشته باشیم بلکه برآوردی از آینده هم داشته باشیم.

توسعه سیستم حمل و نقل (شامل سیر و حرکت ، ناوگان و زیر بنا) به هدف افزایش ظرفیت آن انجام می شود.اگر یک سیستم حمل و نقل امروز زیر ظرفیت کار می کند و افزایش تقاضا برای آینده پیش بینی نمی شود توسعه موضوعیت ندارد. اما در صورتی که افزایش تقاضا در آینده پیش بینی می شود باید قبل از اشباع ظرفیت دست به کار توسعه شد.

اگر نتوانیم تقاضای حمل بار در آینده را پیش بینی کنیم، توسعه سیستم حمل و نقل معنی ندارد. مگر اینکه بخواهیم فقط یک پروژه انجام داده باشیم و تنها به دنبال جلب رضایت مقام مافوق باشیم.

پاورقی ها 

* کارشناس حمل و نقل