Москва, г. Москва и Московская область, Россия
Россия
Россия
Москва, г. Москва и Московская область, Россия
В статье рассматриваются некоторые актуальные вопросы снижения энергоемкости строительства объектов транспортной инфраструктуры. Показана взаимосвязь дорожно-транспортного строительства в России с возможностями производственного сектора ЖБИ. Рассмотрены пути повышения эффективности работы заводов ЖБИ, за счет оптимизации технологических процессов производства. Отмечена актуальность внедрения технологий информационного моделирования при строительстве дорог и возведении сооружений транспортной инфраструктуры в рамках реализации концепции управления жизненным циклом объектов капитального строительства.
транспортная инфраструктура, дорожное строительство, ЖБИ, эффективность, энергоемкость, технологии информационного моделирования
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
1. Халтурин Р.А. Дороги в системе инфраструктурного комплекса России // Экономические науки. 2010. № 1(62). С. 290-292.
2. Железнодорожная инфраструктура в России, проблемы и их решения [Электронный ресурс]. . 2017URL: http://trreg.ru/zheleznodorozhnaya-infrastruktura-v-rossii (дата обращения: 22.02.2017).
3. О Стратегии развития железнодорожного транспорта до 2030 года [Электронный ресурс]. . 2008URL: http://government.ru/docs/19759/ (дата обращения: 18.03.2021).
4. О федеральной целевой программе «Развитие транспортной системы России (2010-2020 годы)» [Электронный ресурс]. . 2017URL: http://government.ru/docs/29443/ (дата обращения: 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). С. 257-281.
6. Транспортная стратегия РФ на период до 2030 года | Федеральное дорожное агентство [Электронный ресурс]. URL: https://rosavtodor.gov.ru/docs/transportnaya-strategiya-rf-na-period-do-2030-goda (дата обращения: 18.03.2021).
7. Рынок ЖБИ изделий [Электронный ресурс]. URL: https://jbisk.ru/novosti/rynok-zhbi-izdeliy/ (дата обращения: 18.03.2021).
8. Строительство [Электронный ресурс]. . 2021URL: https://rosstat.gov.ru/folder/14458 (дата обращения: 16.05.2021).
9. Волобуев А. Дороги обходятся России дороже, чем освоение космоса :: Экономика :: РБК [Электронный ресурс]. . 2013URL: http://www.rbc.ru/economics/27/02/2013/570404279a7947fcbd446276 (дата обращения: 28.02.2017).
10. Решетова Е.М. Сравнение стоимости строительства автомобильных дорог в России и в странах мира // Экономика. Налоги. Право. 2015. № 4.
11. Доклад о стоимости строительства, реконструкции, капитального ремонта, ремонта и содержания 1 км автомобильных дорог общего пользования Российской Федерации (2019 год) | Министерство транспорта Российской Федерации [Электронный ресурс]. . 2020URL: https://mintrans.gov.ru/documents/11/11086 (дата обращения: 16.05.2021).
12. Финансирование отрасли дорожного строительства в России в 2017 году сохранится на уровне 2016 года - 500 млрд рублей [Электронный ресурс]. . 2016URL: http://www.gudok.ru/news/?ID=1352775 (дата обращения: 28.02.2017).
13. Чернильник А.А., Яновская А.В., Доценко Н.А. Некоторые аспекты повышения эффективности производства центрифугированных железобетонных изделий // Молодой исследователь Дона. 2019. № 6 (21).
14. Кузмин М. Основные направления снижения энергоемкости производства цементов [Электронный ресурс]. . 2012URL: https://www.rae.ru/forum2012/205/2793 (дата обращения: 28.02.2017).
15. Жадановский Б.В., Исрафилов К.А., Ахмедов А.К. Прямые и косвенные энергозатраты при производстве бетонных и железобетонных изделий, конструкций и сооружений // Системные технологии. 2018. № 1 (26).
16. Даужанов Н.Т., Крылов Б.А. Малоэнергоемкая технология термообработки изделий из пенобетона на полигонах с помощью солнечной энергии // Вестник МГСУ. 2014. № 3.
17. Подгорное Н.И. Опыт использования солнечной энергии для термообработки бетона // Промышленное и гражданское строительство. 2008. № 1. С. 58-59.
18. Беккер Л.Н., Трембицкий С.М. Методы и технические решения по снижению энергозатрат в строительной индустрии // Энергосбережение. 2000. № 4. С. 14-16.
