Анализ выбора оптимальных периодов строительства трубопроводов в заболоченных районах

Кратчайшая трасса между двумя точками в виде прямой линии на поверхности Земли возможна лишь на сравнительно небольшом расстоянии между ними. Рельеф поверхности как на суше, так и на морском дне, свойства горных пород, наличие различных естественных и рукотворных преград не позволяют прокладывать нефтепроводы по прямой. Да и магистральные трубопроводы могут иметь несколько важных потребителей по пути своего следования, которые тоже не расположены на одной линии. Следует также учитывать политические факторы, которые могут препятствовать прокладке трубопроводов по идеальному, с точки зрения технологии и экономики, маршруту.

Сами трубопроводы, в первую очередь магистральные, являются сложными инженерными сооружениями. Проекты их строительства учитывают помимо прочего диаметр трубопроводов (вплоть до 1420 мм), рабочее давление, которое может достигать 10 МПа, характер внешних температурных условий.

В связи с этим ошибки в выборе оптимальной трассы приводит к значительному удорожанию трубопровода даже на стадии проведения инженерных изысканий. Еще более значительными становятся потери в случае изменения маршрута трассы на стадии строительства и эксплуатации. Поэтому выбор оптимальной трассы для укладки трубопровода может не только повысить его эффективность, но и в значительной мере определить судьбу миллионов людей, тем или иным образом связанных с этим проектом.

При проектировании трубопроводов, в первую очередь большой протяженности, нужно учесть целый комплекс факторов, которые могут влиять на принятие окончательного решения. Далеко не всегда первоначальные, очевидные решения оказываются самыми эффективными. В частности известно, что трубопроводы большого диаметра обходятся дороже, в первую очередь за счет высокой стоимости труб диаметром 1220–1420 мм. Было бы логичным считать, что можно добиться экономии средств путем «спрямления» трассы трубопровода.

Однако на практике короткий путь зачастую связан с необходимостью проведения работ в сложных орографических и инженерно-геологических условиях, что требует крайне дорогих строительно-монтажных работ. При подсчете затрат может выясниться, что обходной путь по участкам с простыми природными условиями обойдется дешевле и на стадии строительства, и в процессе эксплуатации.

Основываясь на усредненных показателях сложности строительства в тех или иных условиях, маршрут трассы составляют, используя алгоритм Беллмана-Форда или алгоритм Ли. Эти методы широко применяются для поиска оптимальных маршрутов в неоднородных системах: начиная от навигационных программ и заканчивая прокладкой оптико-волоконной связи. Подходят они и для предварительного планирования трубопроводов.

Естественно, после предварительной оценки составляются уже финальные варианты, в которых учитывается множество дополнительных факторов: наличие водных преград (озер и рек), расположение уже существующих инженерных сооружений и коммуникаций (линий электропередач, железнодорожных путей и автодорог), а также ранее проложенные трубопроводы различного назначения. Большое значение имеют в настоящее время природоохранные критерии.

Ограничения в задачах оптимальной очередности формулируются как требования:

- выполнения одной или нескольких работ в заданные сроки;

- регламентирующее использование ресурсов;

- соблюдения заданных значений технико-экономических показателей;

- соблюдения установленной очередности выполнения работ и строительства объектов;

- соблюдения принятой технологии и организации работ;

- соблюдения заданных значений параметров, характеризующих надежность принимаемых организационных, технологических и экономических решений.

Ограничение на соблюдение заданных сроков строительства состоит в том, что в принятой очередности выполнения работ время строительства (Тстр) трубопровода должно быть не больше директивного срока (Тдир):

Тстр  ≤ Тдир

Ограничение на уровень использования ресурсов состоит в том, в принятой последовательности выполнения работ в каждый момент времени t потребность в ресурсах не должна превышать заданного уровня их наличия.

При постановке задачи оптимальной очередности строительства трубопроводов в заболоченных районах должны быть заданы;

а) характеристика трассы трубопровода (диаметр, количество, протяженность и глубина болот различного типа, участков с нормальными условиями строительства и обводненных участков);

б) оснащенность строительных подразделений машинами, механизмами и оборудованием, а также людскими ресурсами;

в) технологические схемы производства работ на участках различной категорий в зимний и летний строительные периоды, себестоимость и темпы, соответствующие технологическим схемам;

г) затраты на вдольтрассовые перебазировки строительных подразделений;

д) директивный срок строительства трубопровода.

Совокупное влияние этих факторов находит отражение в фактическом распределении объемов работ в течение года. Следовательно, в качестве исходных данных можно использовать статистическое распределение выполненных объемов работ и темпов строительства за ряд предшествующих лет. Исходя из анализа этих данных, определяется функциональная зависимость в распределении годовой программы работ строительно-монтажной организации от времени. Кроме того, она позволяет выявить закономерность в распределении годового объема строительно-монтажных работ по отдельным периодам года с учетом сезонных колебаний. В результате решения задачи необходимо определить такую очередность строительства участков трассы трубопровода, при которой целевая функция (приведенные затраты) принимает минимальное значение.

При постановке задачи учитываются вышеприведенные ограничения, которые вводятся в следующем виде:

а) продолжительность строительства трубопровода с учетом времени на вдольтрассовые перебазировки не должно превышать директивного срока;

б) в принятой очередности производства работ в каждый момент времени t потребность в ресурсах не должна превышать заданного предельного уровня механооонащенности строительного потока.