SOME ASPECTS OF REDUCING THE ENERGY INTENSITY OF THE CONSTRUCTION OF TRANSPORT INFRASTRUCTURE FACILITIES
Abstract and keywords
Abstract (English):
The article discusses some actual issues of reducing the energy intensity of the transport infrastructure construction. The relationship between road transport construction in Russia with the capabilities of the production sector of reinforced concrete products is shown. The ways of increasing the precast concrete factories efficiency by optimizing the technological processes of production are considered. The relevance of the information modeling technologies implementation in the construction of roads and the construction of transport infrastructure in the framework of the implementation of the concept of life cycle management of capital construction objects is noted.

Keywords:
transport infrastructure, road construction, concrete goods, efficiency, energy intensity, building information modeling
Text
Publication text (PDF): Read Download

В последнее время эффективное развитие транспортной инфраструктуры становится одной из приоритетных задач для многих стран мира. Для России, имеющей огромную территорию, особенно актуально строительство автомобильных и железных дорог, которые не только связывают отдаленные регионы с центральной областью, но и обеспечивают жизнедеятельность промышленных центров, крупных городов и во многом определяют качество жизни населения. Развитая дорожная сеть обеспечивает мобильность населения и доступ к материальным ресурсам, а также расширение производственных мощностей экономики за счет снижения транспортных расходов и времени, затрачиваемого на транспортировку [1]. Недостаточное развитие железнодорожной инфраструктуры на сегодняшний день это одна из основных проблем развития транспортной отрасли в России [2], [3]. Российские железные дороги (РЖД) - вторая по величине транспортная система мира. По общей протяженности оперативных маршрутов они уступают только США. По протяженности электрифицированных линий ОАО «РЖД» занимает первое место в мире. В этом отношении Россия вторая страна после США, где насчитывается 227,2 тыс. км железных дорог. Для сравнения: в Индии - 64 тыс. км, Китае - 66,2 тыс. км, Канаде - 58,3 тыс. км. Протяженность границ Российской Федерации составляет свыше 17 млн. кв. км, поэтому нашей стране выгодно использовать скоростное железнодорожное сообщение для создания современной и энергоэффективной транспортной системы. Однако, даже в настоящее время в некоторых регионах Дальнего Востока железных дорог все еще нет. Например, в таких городах, как Магадан, Петропавловск-Камчатский, Анадырь и Якутск железнодорожное сообщение практически не развито или попросту отсутствует. Однако стоит отметить, что существуют планы строительства железной дороги до Магадана к 2035 году, но текущие темпы строительства железных дорог в России не позволяют рассчитывать на их своевременную реализацию.

Что касается Российских автомобильных дорог федерального и общего значения, то объемы нового строительства и реконструкции дорог в ближайшее время будут увеличены. Общая протяжённость автомобильных дорог федерального значения в России на 1 января 2020 года составила 57 266,9 км. На рис.1 показана динамика роста протяженности автомобильных дорог России общего пользования федерального значения [4].  В 2020 году прирост протяженности автомобильных дорог общего пользования федерального значения составил 751 км, при этом планируется, что после 2020 г. темпы ввода новых дорог должны возрасти - до 750–1000 км за сезон. При этом по общей протяженности автомобильных дорог (1,4 млн км) Россия занимает лишь 5 место в мире, немногим уступая Бразилии (1,6 млн км) и значительно отставая от США (6,6 млн км), Индии (4,7 млн км) и Китая (4,1 млн км).

 

Рис. 1. Прирост протяженности автомобильных дорог общего пользования федерального значения (км), соответствующих нормативным требованиям к транспортно-эксплуатационным показателям (по данным ФЦП «Развитие транспортной системы России (2010–2020 годы), [4]).

 

При реализации транспортного строительства все активнее внедряются инновационные технологии, в том числе информационного моделирования (BIM от англ. Building Information Model или Modeling) и управления на этапах жизненного цикла инфраструктурного объекта [5]. Несмотря на имеющиеся проблемы, сегодня созданы предпосылки для успешной реализации стратегии развития автомобильных дорог РФ [6]. В результате в России протяжённость скоростных дорог к 2035 г. вырастет с 5 до 17 тыс. км. А время в пути, от границы Беларуси до границы Казахстана сократится с 27 до 18 часов, а от Екатеринбурга до побережья Чёрного моря — с 33 до 22 часов.

Темпы дорожного строительства тесно связаны с возможностями сектора производства сборного железобетона. Производство бетонных изделий для строительства дорог и мостов относится к направлению строительства инженерных сооружений. Это направление включает производство изделий для инженерных сооружений (специальный железобетон): пролеты мостов, опоры, сваи, водопропускные трубы, лотки, блоки и трубы для облицовки туннелей, плиты дорожной и аэродромной, тротуаров, шпалы, опоры ВЛ СВН и ЛЭП, элементы ограждающих труб, напорных и безнапорных и др. Значительная часть этих изделий изготавливается из предварительно напряженного железобетона стендовым или проточно-агрегатным способом.

 

Рис 2. Объем производства ЖБИ в России в 2010 -2019 гг. в натуральном выражении, [7].

 

Помимо самих дорог, мостов и инженерных сооружений развитие транспортной сети требует также возведения прочих объектов транспортной инфраструктуры – вокзалов, ТПУ, АЗС и т.д. Реализация планов по развитию транспортной инфраструктуры напрямую связано с производством бетонных и железобетонных изделий и конструкций в заводских условиях. Динамика производства ЖБИ в РФ по данным за 2010–2019 гг. в натуральном выражении представлена на рис.2. Уже несколько десятилетий железобетонные изделия классифицируются как основные материалы, используемые для строительства различных объектов. Они применяются при строительстве жилых и промышленных зданий, мостов и дорог, при прокладке инженерных и коммуникационных сетей, в энергетической и газовой промышленности. Однако, как показано на рис.2, начиная с 2014 г. наблюдается постоянный спад сбыта данного вида продукции. Этот тренд усилился в 2020 г. в связи с кризисом, вызванным пандемией «Covid-19», что привело к снижению объема производства ЖБИ примерно на 10% к объему 2019 г. Данная тенденция объясняется тем, что с 2014 г. на фоне замедления экономического роста уменьшался и объем строительства, в том числе и в дорожной отрасли. Однако, в последние годы несмотря на отмеченный спад производства ЖБИ, по данным Росстата [8] в 2019 г. общий объем работ, выполненных по виду деятельности «Строительство» (включая капитальное, дорожное строительство и другие виды деятельности), вырос на 0,6% к уровню 2018 г. (в сопоставимых ценах). В 2020 г. объем строительных работ увеличился на 0,1% к уровню 2019 г. Таким образом, начавшийся небольшой рост общего объема работ позволят прогнозировать окончание спада и начало роста спроса на ЖБИ в ближайшие годы. По расчетам Московского государственного автомобильно-дорожного университета (МАДИ), средняя стоимость 1 км пути (без НДС и с учетом затрат на подготовку территории) в России  почти в два раза ниже, чем в сопоставимых по размеру странах – США и Канаде и почти в три раза ниже, чем в Германии (Рис.3.)   [9]. Кроме того, российские дороги дороже финских и китайских дорог (см. рис.3). В мировой практике стоимость 1 км полосы движения колеблется от 1 до 10 млн дол. [10]. При этом в РФ большая часть затрат приходится на подготовку территории, транспортировку необходимых материалов, разработку и согласование проектной документации, а затраты на строительные материалы, включая ЖБИ изделия составляют лишь порядка 10%.

 

Рис.3 Средняя стоимость строительства 1 км полосы автодороги в различных странах мира (в млн руб.), без НДС, [10].

 

Таким образом, с учётом известной доли стоимости материалов в общей стоимости строительства 1 км полосы автодороги в РФ, известной из ежегодного доклада Минтранса России [11], можно сделать качественную оценку общей потребности транспортной отрасли в сборном железобетоне. В качестве примера приведем расчет по среднегодовым данным ежегодного ввода в эксплуатацию, автомобильных дорог федерального и общего значения в России - около 200 тыс. км и проведение ремонта -около 8 тыс. км  на конец года [12]. Наши расчеты показывают, что годовая потребность транспортной отрасли в сборном железобетоне в стоимостном выражении может составить величину порядка 25–30 млрд. руб. Для успешной реализации имеющихся планов развития дорожного хозяйства в последующие годы эта величина должна постоянно увеличиваться, что неразрывно связано с повышением производительности мощностей ЖБИ.

На сегодняшний день, для повышения производительности на заводах ЖБИ применяются различные технологии прогрева бетонной смеси, позволяющие ускорить кинетику гидратации цементного вяжущего раствора и за счет этого увеличить оборачиваемость опалубочных форм, а также достичь высоких темпов набора прочности производимых изделий [13]. Энергоемкость производства ЖБИ при современных технологиях составляет свыше 3500 кДж/кг веса готового продукта, что является достаточно высоким показателем [14]. Оптимизация технологического процесса изготовления бетонных и железобетонных изделий и конструкций является актуальной задачей по снижению энергоемкости и повышения энергоэффективности строительной и транспортной отраслей российской экономики. Одной из возможностей оптимизации технологического процесса, может стать реализация предложений по изменению схемы проведения технологических процессов производства ж/б изделий таким образом, чтобы при сохранении скорости твердения, а также прочностных характеристик изделий, можно было бы снизить температуру теплообработки [15]. Оценочные расчеты показывают, что использование возобновляемых энергетических ресурсов в производственном цикле ЖБИ наряду со снижением температуры теплообработки даже на 1 градус, позволяет получить снижение энергоемкости производства на величину от 2 до 5% , что могло бы создать условия для экономии энергоносителей, а также снижения сопутствующих выбросов CO2 и вредных веществ в атмосферу [16], [17]. Снижение энергоемкости производства ЖБИ может быть так же достигнуто за счет внедрения энергосберегающих систем децентрализованного энергоснабжения заводских потребителей тепловой энергии [18].

 

Выводы

Анализ текущего состояния автомобильных дорог России и других стран, а также тенденций при устройстве дорог различного назначения, позволяет сделать вывод о том, что сегодня весьма актуальным становится вопрос повышения производительности заводов ЖБИ, за счет снижения энергоемкости производства, создания новых технологий и их широкого применения при разработке составов бетона, используемых для строительства транспортных магистралей. Успешное решение данных проблем потребует проведения дальнейших исследований в этом направлении.

Анализ экономических показателей и данных статистики позволяет сделать выводы, что при рациональном и эффективном использовании выделяемых на дорожное хозяйство денежных средств в ближайшие годы прогнозируется увеличение объемов дорожно-строительных работ и рост производства ЖБИ.  Важным направлением для снижения энергоемкости строительных работ дорожно-транспортной отрасли России может стать использование синергетического эффекта от внедрения инновационных технологий производства ЖБИ и технологий информационного моделирования (BIM) при строительстве дорог и возведении сооружений транспортной инфраструктуры, а также в рамках реализации концепции управления жизненным циклом объектов капитального строительства дорожно-транспортной инфраструктуры.

Благодарность: Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ, НТУ «Сириус», ОАО «РЖД» и Образовательного Фонда «Талант и успех» в рамках научного проекта № 20-38-51013

References

1. Halturin R.A. Dorogi v sisteme infrastrukturnogo kompleksa Rossii // Ekonomicheskie nauki. 2010. № 1(62). S. 290–292.

2. Zheleznodorozhnaya infrastruktura v Rossii, problemy i ih resheniya [Elektronnyy resurs]. . 2017URL: http://trreg.ru/zheleznodorozhnaya-infrastruktura-v-rossii (data obrascheniya: 22.02.2017).

3. O Strategii razvitiya zheleznodorozhnogo transporta do 2030 goda [Elektronnyy resurs]. . 2008URL: http://government.ru/docs/19759/ (data obrascheniya: 18.03.2021).

4. O federal'noy celevoy programme «Razvitie transportnoy sistemy Rossii (2010–2020 gody)» [Elektronnyy resurs]. . 2017URL: http://government.ru/docs/29443/ (data obrascheniya: 18.03.2021).

5. Costin A., Adibfar A., Hu H., Chen S.S. Building Information Modeling (BIM) for transportation infrastructure--Literature review, applications, challenges, and recommendations // Automation in Construction. 2018. (94). S. 257–281.

6. Transportnaya strategiya RF na period do 2030 goda | Federal'noe dorozhnoe agentstvo [Elektronnyy resurs]. URL: https://rosavtodor.gov.ru/docs/transportnaya-strategiya-rf-na-period-do-2030-goda (data obrascheniya: 18.03.2021).

7. Rynok ZhBI izdeliy [Elektronnyy resurs]. URL: https://jbisk.ru/novosti/rynok-zhbi-izdeliy/ (data obrascheniya: 18.03.2021).

8. Stroitel'stvo [Elektronnyy resurs]. . 2021URL: https://rosstat.gov.ru/folder/14458 (data obrascheniya: 16.05.2021).

9. Volobuev A. Dorogi obhodyatsya Rossii dorozhe, chem osvoenie kosmosa :: Ekonomika :: RBK [Elektronnyy resurs]. . 2013URL: http://www.rbc.ru/economics/27/02/2013/570404279a7947fcbd446276 (data obrascheniya: 28.02.2017).

10. Reshetova E.M. Sravnenie stoimosti stroitel'stva avtomobil'nyh dorog v Rossii i v stranah mira // Ekonomika. Nalogi. Pravo. 2015. № 4.

11. Doklad o stoimosti stroitel'stva, rekonstrukcii, kapital'nogo remonta, remonta i soderzhaniya 1 km avtomobil'nyh dorog obschego pol'zovaniya Rossiyskoy Federacii (2019 god) | Ministerstvo transporta Rossiyskoy Federacii [Elektronnyy resurs]. . 2020URL: https://mintrans.gov.ru/documents/11/11086 (data obrascheniya: 16.05.2021).

12. Finansirovanie otrasli dorozhnogo stroitel'stva v Rossii v 2017 godu sohranitsya na urovne 2016 goda - 500 mlrd rubley [Elektronnyy resurs]. . 2016URL: http://www.gudok.ru/news/?ID=1352775 (data obrascheniya: 28.02.2017).

13. Chernil'nik A.A., Yanovskaya A.V., Docenko N.A. Nekotorye aspekty povysheniya effektivnosti proizvodstva centrifugirovannyh zhelezobetonnyh izdeliy // Molodoy issledovatel' Dona. 2019. № 6 (21).

14. Kuzmin M. Osnovnye napravleniya snizheniya energoemkosti proizvodstva cementov [Elektronnyy resurs]. . 2012URL: https://www.rae.ru/forum2012/205/2793 (data obrascheniya: 28.02.2017).

15. Zhadanovskiy B.V., Israfilov K.A., Ahmedov A.K. Pryamye i kosvennye energozatraty pri proizvodstve betonnyh i zhelezobetonnyh izdeliy, konstrukciy i sooruzheniy // Sistemnye tehnologii. 2018. № 1 (26).

16. Dauzhanov N.T., Krylov B.A. Maloenergoemkaya tehnologiya termoobrabotki izdeliy iz penobetona na poligonah s pomosch'yu solnechnoy energii // Vestnik MGSU. 2014. № 3.

17. Podgornoe N.I. Opyt ispol'zovaniya solnechnoy energii dlya termoobrabotki betona // Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel'stvo. 2008. № 1. S. 58–59.

18. Bekker L.N., Trembickiy S.M. Metody i tehnicheskie resheniya po snizheniyu energozatrat v stroitel'noy industrii // Energosberezhenie. 2000. № 4. S. 14–16.


Login or Create
* Forgot password?