راه آهن و حمل ونقل
سیر تحولی راه آهن
تاریخچه:
– هدف هر جامعه سازمان یافته حمل ونقل ایمن و سریع انسان و کالا است. – تحولات اساسی در توسعه ی حمل و نقل : اختراع چرخ ، راه آهن و هواپیما – راه آهن به شکل امروزی : اوایل قرن 19 در معادن انگلیس
حرکت گاری ها و واگن ها بر روی ریل های فلزی در معادن آلسس در نقاشی مربوط به قرن 16 میلادی در شهر باسل سوئیس
حرکت گاری ها بر روی شیارهای ایجاد شده روی سنگفرش ها در زمان رمی ها
شیارهای عمیق موجود در زمین های صخره ای برای انتقال تخته سنگ های مرمر توسط یونانی های باستان
حرکت هدایت شده ی کالسکه ها بر روی راه های لجن زار با قرار دادن ناودانیهای چوبی در یونان باستان
پیشتازان راه آهن امروزی:
عصر طلایی راه آهن:
عوامل تاثیرگذار بر توسعه ی راه آهن:
انقلاب صنعتی
کشف قوه ی بخار
بهره برداری وسیع از معادن زغال سنگ و سنگ آهن
– اولین خطوط راه آهن در کشورهای اروپایی : سالهای 1830
– حداکثر تراکم در شبکه های راه آهن : اوایل قرن 20
– عامل رشد سریع راه اهن : سرعت زیاد
– عملکردهای موتور های بخار در مراحل ازمایشی:
سال 1835- سرعت 100 کیلومتر در ساعت – انگلیس
سال 1890- سرعت 144 کیلومتر در ساعت – فرانسه
سال 1930- سرعت 213 کیلومتر در ساعت – آلمان
– حداکثر سرعت در عمل: 1 2 تا 2 3 سرعت آزمایشی
توسعه ی بیشتر راه آهن تابع عوامل زیر است:
به کارگیری توان کشش برقی در اوایل قرن 20
ارسال علائم و کنترل از راه دور به صورت مرکزی قبل از جنگ جهانی دوم
راه اهن و سایر سیستم های حمل و نقل رقیب:
– رقابت حمل و نقل ریلی با هواپیماها و اتومبیل های شخصی
– تحت تاثیر فشار ناشی از رقابت ، راه اهن باید راه توسعه و نوگرایی موارد زیر را انتخاب می نمود:
کاهش هزینه های حمل و نقل
سازماندهی بهتر
بهبود خدمات ارائه شده
افزایش سرعت
نتایج رقابت:
راه آهن های سریع السیر (سرعت های 300-250 کیلومتر در ساعت)
حمل و نقل ترکیبی
جابه جایی حجم زیاد مسافر و کالا (خدمات ترددی)
جابه جایی حجم زیاد بار (بارهای فله ای)
قطارهای هوارو
قطارهای مغناطیسی
تحول در سازمان راه آهن ها:
– اواخر قرن 19 و اوایل قرن 20 : تشکیلات شرکت های راه آهن به صورت فعالیت های کوچک تجاری خصوصی .
– عوامل موثر در ملی کردن راه آهن ها توسط دولت ها در سال های 1935 تا 1960:
اهمیت استراتژیک راه آهن از نظر اقتصادی و امنیتی
کسری های اقتصادی
– نتایج دولتی شدن بسیاری از راه اهن ها (سال های 1960 تا 1980):
توسعه ی سازمان یافته حمل و نقل ریلی در مقیاس ملی
عدم تمایل و بی تفاوتی نسبت به نوگرایی
افزایش زیان های اقتصادی
– توسعه ی بازارحمل ونقل در اواخر سال های 1980منجر به موارد زیر در سازمان های راه آهن شد:
کاهش هزینه
استفاده از فناوری جدید
به کارگیری بهتربرتری های خود
نوگرایی به منظور داشتن توان رقابت در بازار حمل ونقل
خصوصی سازی راه آهن های ملی برخی کشورها نظیر ژاپن،انگلیس وسوئد
خصوصیات حمل ونقل ریلی
مشخصه اصلی : قابلیت به هم پیوستن چندین واحد حمل ونقلی به صورت یک قطار
قابلیت حمل تعداد زیاد مسافر
داشتن یک درجه آزادی :
– حمل ونقل درب به درب ناممکن
– به کارگیری سیستم های کنترل اتوماتیک، کامپیوتر والکترونیک در مقیاس زیاد
امکان حمل بار بیشتر نسبت به وسایل نقلیه ی جاده ای به دلیل کاهش مقاومت حرکتی
کاهش میزان مصرف انرژی برای ترافیک مساوی
– نصف حمل و نقل جاده ای
– 1 5 تا 1 7 هواپیما
آلودگی های کمتر محیطی
– قطار برقی بدون آلودگی
– قطارهای دیزلی برای ترافیک مساوی 15 برابر کمتر از اتومبیل آلودگی ایجاد میکنند.
امنیت حمل و نقل
– احتمال مرگ ومیر در اثر تصادف در حمل و نقل جاده ای 8 برابر ریلی
– احتمال زخمی شدن 200 برابر ریلی
کمتر بودن حریم اشغال شده ی زمین
– جاده 3 برابر راه آهن
تحول در ترافیک راه آهن
مشارکت بخش های خصوصی و عمومی حمل و نقل در تشکیلات سیستم حمل و نقل:
عوامل موثر در افزایش تعداد سفرها :
افزایش جمعیت
افزایش شاخص مالکیت خودرو
کاهش تدریجی اهمیت مرزها
عوامل موثر بر شاخص مالکیت اتومبیل شخصی:
تولید سرانه ی ملی
میزان توسعه ی سایر سیستم های حمل و نقلی
موقعیت جغرافیایی
بررسی فرمول های تجربی:
TPR:حمل و نقل خصوصی
TPU:حمل و نقل عمومی
PCO:شاخص مالکیت اتومبیل شخصی
توجه : TPR تابع صعودی از PCO
TPU تابع نزولی از PCO
برتری های حمل و نقل خصوصی نسبت به عمومی:
حمل و نقل درب به درب
راحتی
سرعت
انعطاف پذیری
کم هزینه تر
بهبود وجهه (به دلیل کوشش های ممتد بازاریابی)
سهم راه آهن در بازار حمل و نقل:
– کشورهای غرب اروپا در سال 1992: 7.2 درصد مسافر
17 درصد بار
– کشورهای شرق اروپا:80-60 درصد(اواسط سالهای 1980)
50 درصد (بین سالهای 1990 تا 1995)
– عوامل موثر در سهم راه آهن از بازار حمل و نقل ملی:
میزان ارضای نیازهای بازار و جامعه توسط راه آهن
میزان و شکل مداخله ی دولتی
تحول ترافیک مسافری راه آهن
افزایش کلی ترافیک:
اتومبیل شخصی 100درصد
اتوبوس50 درصد
راه آهن 40 درصد
تحول ترافیک بار راه آهن
شبکه ها و فعالیت حمل و نقلی راه اهن در کشورهای اروپایی:
خصوصیات شبکه های راه آهن:
طول خط کلی
طول خط برقی شده
ترافیک مسافر
ترافیک بار
بهره وری: بیانگر بازده ی حمل و نقل به ازای یک نفر شاغل
ترافیک تقریبا ثابت: کشورهای اتحادیه ی اروپا و EFTA
ترافیک رو به کاهش: کشورهای سابقا سوسیالیست اروپای مرکزی
پیش بینی های سیر تحولی بازار حمل و نقل:
– تحول فعالیت حمل ونقل باید با مدل های مناسب که شامل پارامترهای زیر باشد پیش بینی گردد:
GNP یا نرخ رشد تولید ناخالص ملی
جمعیت
تحرک
با توجه به شکل 1-14 راه آهن 0.3 درصد کاهش سالیانه را داراست.
ماهیت دوگانه ی راه آهن: تجارت و فناوری
نقاط ضعف موروثی راه آهن از گذشته:
– معلولیت های جدی راه آهن در نتیجه ی چند دهه حمایت دولتی:
عدم انعطاف سازمانی
تجمع یا خلا کارمند
هزینه زیاد
عدم تامین نیازهای کنونی
پرداخت تمام هزینه های نگهداری توسط شرکت راه آهن
زیرساخت قدیمی
اجبار در بهره برداری به علت دولتی بودن
کسری مداوم بودجه
برتری های نسبی راه آهن:
یکپارچگی فصلی
کرایه پایین
راحتی
آلودگی کمتر
کاهش ترافیک جاده ای
انرژی کمتر
بهم پیوستگی واگن ها
امنیت بالاتر
اشغال زمین کمتر
توسعه ی برنامه های بلند مدت و معیارهای تجدید ساختار راه آهن ها:
نتایج خصوصی سازی:
انعطاف مدیریتی
جایابی کارکنان بر اساس نیازهای ناشی از وظایف حمل و نقل
سعی در کاهش هزینه
نگهداری و نوسازی بهتر
تفکیک هزینه های نگهداری زیرساختار از سایر هزینه ها
نوسازی زیرساختار با سرمایه گذاری کلان
تعریف روشن تعهدات
گرفتن یارانه به علت سعی در پاکیزگی هوا
کاهش کسری بودجه
قطارهای سریع السیر
استفاده از سرعت های زیاد در راه آهن:
– قطار های سریع السیر (سرعت بیش از 200 کیلومتر در ساعت)
– شروع استفاده از سرعت های بالا توسط دو شبکه ی راه آهن زیر:
شینکانسن ژاپن-بین توکیو و اوزاکا-سرعت 210 کیلومتر در ساعت
TGV فرانسه-بین پاریس و لیون
سرعت 260 کیلومتر در ساعت -سال 1981
سرعت 270 کیلومتر در ساعت –سال 1983
سرعت 300 کیلومتر در ساعت –سال 1989
سایر خطوط سریع السیر:
خطوط آلمان غربی: 1980
ایتالیا ( رم – فلورانس )
اسپانیا ( مادرید – سویل )
فرانسه ( TGV – آتلانتیک و پاریس – بردو )
پاریس – لندن
رویکردهای قطارهای سریع السیر:
وجود تنها قطارهای مسافری روی خطوط سریع السیر، بار محوری کم،حد مجاز پایین برای خرابی های خط،شیب های زیاد(راه اهن پاریس – لیون)
استفاده از هر دو نوع قطارهای مسافر وباری،هزینه های نگهداری بیشتر،مقادیر شیب طولی کمتر
اثر سرعت های زیاد در کاهش زمان سفر :
سرعت های زیاد و افزایش ترافیک
نتایج سرعت های زیاد در راه آهن:
افزایش ترافیک به صورت تقاضای تغییر یافته یا تقاضای تولید شده
جلوگیری از رکود در حمل و نقل ریلی
کاهش زمان سفر
شبکه ی ریلی سریع السیر اروپا:
ویژگی ها(احداث تا سال 2010):
احداث خطوط جدید با سرعت های طراحی بیش از 250 کیلومتر در ساعت
بازسازی خطوط موجود برای سرعت های تا 200 کیلومتر در ساعت
خصوصیات فنی خطوط راه آهن سریع السیر:
سرعت طراحی
شعاع انحنای مینیمم
حداکثر شیب طولی
سیستم کشش برقی
منبع تغذیه
پروژه ی تونل مانش
مشخصات پروژه:
بین انگلیس و فرانسه
توافق در 1986 توسط بخش خصوصی
بهره برداری 55 ساله از تونل
طول 50 کیلومتر شامل دو تونل در دو جهت به قطر 7.6 متر
تونل سوم به قطر 4.8 متر برای تعمیرات و حوادث
اتصال تونل های اصلی در فواصل 375 متری به تونل کمکی
تراز ریل در 25-40 متر زیر دریا
هزینه ها: 50 % ساخت تونل
10% وسایل نقلیه ریلی
40% برای خط ، ارسال علائم ، برقی نمودن و . . .
زمان های سفر و تقاضای پیش بینی شده:
خدمات ارائه شده در تونل:
قطارهای سریع السیر یورواستار با سرعت 160 کیلومتر برساعت و ظرفیت 7و4 مسافر(584 نفر در قسمت درجه 2 و 210 نفر در قسمت درجه 1)
قطار سنتی ، شبانه و باری با سرعت 100 تا 120 کیلومتر بر ساعت
قطار مسافری ترددی شاتل: حمل اتوبوس ، کامیون و مسافر با سرعت 140کیلومتر بر ساعت
قطار ترددی باری برای حمل بار تا 44 تن
پیش بینی ترافیک تونل مانش در سال 1990:
سال 2003: 44.6 میلیون مسافر ، 27.8 میلیون تن کالا
سال 2013: 53.9 میلیون مسافر، 38 میلیون تن کالا
قطار هوارو و قطار مغناطیسی
قطار هوارو:
ویژگی های قطار هوارو:
حرکت هدایت شده ی وسیله ی نقلیه(مانند قطارهای معمولی)
عدم تماس وسیله نقلیه در حال حرکت با سازه ای که حمل و نقل بر روی ان انجام می شود
زیرسازه بتنی T شکل وارونه
تامین نیروی محرک بدون چرخ و با بالشتک هوای فشرده بین وسیله نقلیه و زیر سازه
سرعت 422 کیلومتر بر ساعت در سال 1969 ، فرانسه
معایب قطارهای هوارو:
هزینه بالا
مصرف انرژی زیاد (به دلیل توربین های هوا)
ظرفیت حمل پایین(64 تا 96 مسافر در مدل اولیه، 160 مسافر در قطارهای دو واگنی)
احتمال آتش سوزی و پیامدهایش
ایجاد سر و صدا
عدم زیبایی
عدم سازگاری با راه آهن سنتی
قطارهای مغناطیسی:
ویژگی قطار مغناطیسی:
زیرسازه دال بتنی T شکل وارونه یا U
نیروی محرک توسط مغناطیس ها و سیم پیچ ها جهت شناوری ، حرکت و هدایت
نیاز به فوق هادی مغناطیسی
توسعه ی فناوری در سال های 1970 در آلمان و ژاپن
سرعت آزمایشی تا 517 کیلومتر بر ساعت در سال 1979
ویژگی های خط مغناطیسی آلمان:
زیرسازه ترکیبی و مقطع با بربلندی درارتفاع 5 متری
سرعت طراحی: 400 کیلومتر بر ساعت
واگن ها: طول 54 متر – وزن 120 تن – ظرفیت 200 مسافر
حداقل شعاع انحنای قوس افقی 4000 متر
حداکثر شیب طولی 10 %
برنامه ریزی کشورها برای احداث خط مغناطیسی
آلمان برای مسیر برلین – هامبورگ به طول 283 کیلومتر در سال 2004
ژاپن خط آزمایشی 42.8 کیلومتری در سال 1990
سایر خدمات حمل و نقل با دورنمای خوب برای راه آهن
سایر خدمات حمل و نقلی راه آهن:
سرویس های راه آهن شهری
حمل و نقل ترکیبی
حمل و نقل بار فله ای
پشتیبانی حمل و نقل و ضرورت خدمات یکپارچه
سرویس های ریلی شهری
حمل و نقل ترکیبی
بررسی برتری های روش های مختلف حمل و نقل در هزینه به صورت تابعی از مسافت:
برتری کامیون (مسافت کوتاه)
برتری راه آهن (مسافت متوسط)
برتری کشتی (مسافت طولانی)
حمل و نقل ترکیبی: یک فرایند مرکب که شامل حداقل دو نوع حمل و نقل ( مانند کامیون- کشتی،قطار-کشتی ، کامیون-قطار) می باشد
عوامل موثر در رشد حمل و نقل ترکیبی:
اعمال محدودیت هایی در مورد تعداد کامیون های عبوری، برای کاهش تراکم ترافیکی در برخی کشورها نظیر سوئیس و اتریش
جستجو برای مسیر های حمل و نقل ایمن تر
روش های اصلی حمل و نقل ترکیبی :
کانتینری:
– مورد استفاده در حمل و نقل های جاده ای ، ریلی و دریایی
– کانتینر معمولی : طول 13.7 و عرض 2.6 متر
حمل «رو-رو» :
– کل کامیون یا کفی با بار، روی قطار یا کشتی گذاشته شده و فقط قسمتی از سفر در جاده انجام می گیرد .
– حداکثر ابعاد وسیله ی باری طبق مقررات اتحادیه ی اروپا : ارتفاع4 متر، عرض 2.5 متر و وزن 40 تن
حداقل مسافت لازم برای حمل و نقل ترکیبی:
طبق مقررات اروپا: 700 تا 900 کیلومتر
طبق مقررات امریکا 1500 کیلومتر
توسعه ی حمل و نقل مستلزم موارد زیر است:
شبکه ی مطلوب راه
شبکه ی مطلوب راه آهن
بارهای فله:
رقابت راه آهن در حمل بار فله به موارد زیر بستگی دارد:
تجهیزات محوطه ی مانور(جایی که قطار های باری جداسازی و دوباره جفت می گردند)
جاهایی که توقف های طولانی و غیر قابل توجیه رخ می دهد.
حمل و نقل ریلی یکپارچه و پشتیبانی:
تعریف پشتیبانی سیستم حمل و نقل بار:
کل فرایند فراهم نمودن اطلاعات لازم در مورد تامین کالای بخصوص در یک زمان و محل معین ، حمل سریع و قابل اطمینان ، انبار نمودن احتمالی و نهایتا تحویل آن به دریافت کننده را در برمیگیرد
– نیازهای واقعی فرآیند تولید:
جابه جایی تولیدات
نیاز به انبار نمودن
ضروری بودن خدمات پشتیبانی مدام قبل از تحویل کالا به مقصد نهایی
رساندن بهینه ی تولید و تقاضا
نقاط ضعف:
زمان بیکاری
عدم تعادل بین تقاضا و تعداد پشتیبان
کمبود تسهیلات ذخیره ای
عدم سرعت رد و بدل شدن اطلاعات
روش های برطرف کردن نقاط ضعف:
برنامه ریزی مناسب
ایجاد تسهیلات انبارداری
سازماندهی مجدد مدیریتی
موسسه های بین المللی راه آهن
موسسه های بین المللی راه آهن:
UIC یا اتحادیه ی بین المللی راه آهن
ECMT یا کنفرانس اروپایی وزرای حمل و نقل
جامعه ی شبکه های راه آهن
کمیته حمل و نقل راه آهن
موسسات تحقیقاتی ( ORE )