مدلسازي توالي زماني اجراي پروژه ها در مساله طراحي شبكه ريلي

دكتري

توسعه شبكه حمل‌ونقل و تسهيل جابجايي بار و مسافر مي‌تواند منجر به گسترش روابط و تبادلات اقتصادي، اجتماعي و فرهنگي در سراسر كشور، توسعه گردشگري، اقتصادي شدن توليد، كاهش هزينه و افزايش بهره¬وري و اقتصادي شدن صادرات و واردات كالا گردد. براي نيل به اين مقصود مي‌بايست مناسب‌ترين، ارزانترين و كارآمدترين روش حمل و نقل را حسب مورد بكارگرفت. از بين شيوه هاي حمل و نقل، راه‌آهن يكي از روشهاي مناسب با توجه به ميزان مصرف سوخت، آلودگي زيست‌محيطي، امنيت و ايمني سير است. توسعه زيرساختهاي حمل و نقل ريلي در قريب به اتفاق كشورها توسط دولت انجام مي پذيرد. برنامه ريزي براي اين امر بدليل هزينه بالاي ساخت خطوط راه آهن و زمانبر بودن آن يكي از مسايل مهم دولت ها است. از آنجا كه دولتها اين امر را با صرف منابع ملي انجام مي دهند، بنابراين انتخاب پروژه هايي كه بيشترين تاثير را بر منافع ملي مي گذارند، از اهميت خاصي برخوردار است. يكي از ويژگيهاي پروژه هاي ريلي و بطور كلي پروژه هاي حمل و نق ل، تاثيرات متقابل آن ها بر يكديگر است. بنابراين پروژه هاي توسعه زيرساختهاي ريلي را نمي توان بتنهايي بررسي نمود. براي انتخاب بهترين پروژه ها لازم است تاثيرات احداث يا عدم احداث پروژه هاي مختلف بر يكديگر و بر كل شبكه تحليل شود. در تاريخچه تحقيقات حوزه حمل و نقل مدلهاي رياضي "طراحي شبكه" براي اين هدف ساخته شده است. تاكنون استفاده بسيار زيادي از اين نوع مدلها براي توسعه شبكه حمل و نقل شهرها و شبكه حمل و نقل جاده اي شده است. اما بررسي صورت گرفته بر روي ادبيات موضوع نشان مي دهد مطالعات محدودي در خصوص طراحي شبكه ريلي انجام شده است. اين تحقيق باهدف تكميل اين شكاف تحقيقاتي، مدل مناسبي براي اين مسأله تدوين نموده و با توسعه آن، قدمي در مسير توسعه دانش اين بخش بر داشته است. اين مدل با دو رويكرد ملي (از نگاه دولت) و نگاه بنگاهي (شركت بهره بردار) براي ساخت و توسعه شبكه حمل و نقل ريلي تدوين شده است. در رويكرد ملي مسأله براي كمينه نمودن مجموع هزينه هاي استفاده كنندگان، گردانندگان و هزينه هاي خارجي مدلسازي مي شود. در رويكرد بنگاهي مسأله براي بيشينه نمودن درآمد شركت بهره بردار از شبكه پياده سازي مي گردد. وروديهاي اصلي مدل عبارت است از ماتريس تقاضاي حمل و نقل ريلي، هزينه هاي مستقيم و غير مستقيم حمل و نقل ريلي و جاده اي، ظرفيت بلاكهاي خطوط موجود و جديد شبكه، هزينه پروژه هاي توسعه شبكه شامل بر خطوط جديد و افزايش ظرفيت خطوط موجود و همچنين ميزان بودجه در دسترس براي اجراي پروژه ها. در ابتدا يك مدل پايه طراحي شبكه ريلي تدوين شده و سپس توسعه هاي چندگانه اي بر روي آن انجام پذيرفته است. اين توسعه ها براي افزايش قابليت مدل براي حل مسأله واقعي و نيز براي پاسخگويي به حالات مختلف مسأله صورت گرفته است. توسعه اصلي مدل عبارت است از "چند دوره اي" نمودن مدل به معني تفكيك افق برنامه ريزي به چند افق مياني به هم پيوسته (مانند تفكيك افق 5 ساله به 5 افق يكساله). در اين حالت وروديهاي مدل به تفكيك هر دوره مشخص مي شود و برنامه زمانبندي ساخت و تخصيص اعتبار پروژه هاي منتخب در طول دوره برنامه ريزي استخراج مي شود. براي پياده سازي مدل ها، بجاي استفاده از شبكه هاي فرضي كه در بسياري از تحقيقات و مقالات علمي استفاده مي شود، به شبكه واقعي ايران پرداخته شده است. مشخصات اين شبكه بطور كامل گردآوري شده و همه بلاكهاي آن مدلسازي شده است. ماتريس تقاضاي حمل و نقل ريلي براي افق 1400 درنظر گرفته شده و هزينه هاي مستقيم و غير مستقيم آن با استفاده از مطالعات پيشين استخراج شده است. فهرست پروژه هاي توسعه شبكه، اعم از خطوط جديد و افزايش ظرفيت خطوط موجود، به همراه مقادير بودجه قابل تخصيص به خطوط ريلي از مصوبات مربوطه بدست آمده است. ظرفيت بلاكهاي شبكه با استقاده از دستورالعمل 405 سازمان بين المللي راه آهن ها محاسبه شده و كليه وروديهاي مدلها با استفاده از آمار و ارقام واقعي بخش حمل و نقل ريلي كشور بر مبناي سال پايه 1395 محاسبه شده است. مدل¬هاي پيشنهادي با استفاده از زبان برنامه نويسي جاوا و نرم افزار قدرتمند بهينه سازي سيپلكس پياده-سازي شده و براي سناريوهاي مختلف تقاضا اجرا گرديده است. تحليل حساسيت بر روي پارامترهاي كليدي مدل مانند بودجه انجام شده و اولويت بندي و زمانبندي اجراي پروژه ها بدست آمده است. در خصوص نتايج مي توان اشاره نمود كه نتايج حل مسأله با استفاده از مدلهاي پيشنهادي داراي دقت كامل بوده و با ارزيابي خبرگان منطبق بوده است. مقايسه نتايج اين تحقيق با روشهاي سنتي اولويت بندي پروژه ها كه درخصوص شبكه ايران استقاده شده كاملاً مشهود است. به اين ترتيب كه بيشترين زمان حل مساله چند دوره اي در شبكه ريلي ايران كمتر از 90 دقيقه بوده است در حالي كه اين زمان براي مدل پايه كمتر از 10 دقيقه است كه توانايي و اثربخشي مدل را نشان مي¬دهد. نتايج حاكي از آن است كه در مدل طراحي شبكه ريلي پايه با انتخاب حدود 35 درصد پروژه هاي كانديد و مصرف بيش از 75 درصد بودجه مي تواند قابليت حمل بار شبكه را بيش از 30 درصد در تناژ و بيش از 50 درصد در تن – كيلومتر افزايش دهد. زمان حل مدل ها براي اين مسأله كه در سطح برنامه ريزي استراتژيك مطرح است بسيار مناسب بوده است. در مجموع اثربخشي و كارآمدي مدل هاي پيشنهادي به اثبات رسيده و اهداف تحقيق برآورده شده است.

194289

دانشگاه علم و صنعت ايران

دكتر سيدمسعود نصر آزاداني

مهندسي بهره‌برداري راه ‌آهن

دكتر جبارعلي ذاكري سردرودي