Имитационная модель транспортной системы СМТК

23.06.2021
Имитационная модель транспортной системы СМТК

В интересах госкорпорации «Росатом» было выполнено крупное исследование, призванное дать обоснованную оценку эффективности арктической транспортировки в рамках проекта развития контейнерной линии Северного Морского Транзитного Коридора (СМТК), проанализировать возможные риски и условия обеспечения устойчивости маршрута. В рамках проекта планируется создание транспортно-логистических узлов (ТЛУ), строительство коммерческого флота, а также развитие инфраструктуры, что позволит обеспечить высокую эффективность транспортной системы и современный уровень сервиса. Развитие международных транзитных контейнерных перевозок по СМТК осуществляет отраслевой интегратор логистического бизнеса Госкорпорации – компания «Русатом Карго».

Целью проведенного исследования было решение вопросов, связанных, в первую очередь, с обеспечением бесперебойности поставок грузов в условиях сложной ледовой обстановки растущего трафика по СМП и соответствующей потребности в ледоколах. Для этого было выполнено детальное имитационное моделирование контейнерной линии. Помимо этого, в работе также выполнялся комплексный технико-экономический и организационно-управленческий анализ системы СМТК.

По заказу головного исполнителя данной работы АО «ЦНИИМФ» специалистами «Бюро Гиперборея» была разработана комплексная имитационной модели транспортной системы СМТК и выполнена оптимизация основных характеристик судов.

В ходе работы были рассмотрены различные конфигурации транспортной системы, включающие как прямые перевозки между целевыми портами Азии и Европы, так и варианты с перевалкой в транспортно-логистических узлах, расположенных на западе и востоке России.

Задача имитационной модели СМТК заключалась в поиске путей повышения эффективности и регулярности работы морской транспортной системы. В имитационной модели было учтено множество технических деталей, физических и логистических процессов и параметров, что позволило максимально приблизить компьютерную модель к реальным условиям эксплуатации. Имитационная модель воспроизводит работу флота, при этом моделируется динамика ветро-волновых и ледовых условий, определяются параметры движения судов и расходы топлива, учитываются навигационные условия маршрутов, моделируются процессы перегрузки контейнеров в портах с учетом соответствующих погодных и технологических ограничений, описывается работа ледокольного флота и вывод судов на докование. Особенностью созданной модели является прямой учет такого важного аспекта арктической навигации как движение судов по оптимальным маршрутам – так называемой ледовой маршрутизации, позволяющей обходить наиболее тяжелые ледовые образования и двигаться по легким участкам. Для этого в модель был интегрирован модуль автоматической оптимальной маршрутизации, корректность работы которого была проверена путем сопоставления с натурными данными. Другой важной особенностью модели является наличие модуля планирования на основе решения задачи комбинаторной оптимизации, который постоянно перепланирует работу ледоколов исходя из сложившейся ледовой обстановки и графика движения контейнеровозов. В результате работа системы организовывается таким образом, что ледоколы сопровождают транспортные суда на наиболее тяжелых участках, избегая лишних переходов. Ледовые условия были описаны на основе представленных ФГБУ «ААНИИ» архивных диагностических карт за период 1997-2020 годов. Карты содержат порядка 15-ти параметров ледовой обстановки, влияющих на судоходство, и имеют шаг по времени порядка 5-7 дней.

Для проведения имитационных экспериментов был создан вариантный ряд арктических контейнеровозов различающихся главными размерениями, вместимостью, ледовым классом, ледопроходимостью, типом и мощностью энергетической установки и движительного комплекса. В общей сложности было рассмотрено около 30 вариантов судов для пилотной и полномасштабной стадий реализации СМТК. Создание вариантного ряда производилось с помощью специализированной проектной модели, позволяющей оперативно получать детальные характеристики проектируемых контейнеровозов, такие как форма обводов корпуса, весовые показатели, параметры конструкции корпуса, характеристики винтов, сопротивление на чистой воде и во льдах, данные о посадке и остойчивости судна. Модель была верифицирована на основе данных по контейнеровозам для чистой воды.

Интерфейс проектной модели для определения характеристик арктических контейнерных судов

Учитывая высокую чувствительность арктического региона к антропогенному воздействию и приверженность компании целям устойчивого развития, в работе был сделан акцент на соблюдении экологичности перевозок. В частности, при расчете маршрутов движения судов учитывались требования существующих и перспективных заповедников и национальных парков арктических морей. Рассматривались только энергетические установки с объёмом вредных выбросов оксидов серы и азота в пределах норм, регламентируемых конвенцией МАРПОЛ, в том числе, установки, работающие на сжиженном природном газе.

По результатам выполненных «Бюро Гиперборея» имитационных экспериментов специалистами АО «ЦНИИМФ» были проведены технико-экономические расчеты и определены ключевые показатели работы арктического флота, включая оценку стоимости строительства ледовых контейнеровозов и средние затраты на перевозку одного контейнера. На этой стадии было также определено влияние на экономику проекта различных факторов, таких, как, например, использование двухтопливной энергетики, выбор традиционных валов или винто-рулевых колонок, влияние ледового класса судна. Отдельно анализировались различные логистические схемы, варианты расположения транспортно-логистических узлов и другие показатели. На основе полученных оценок, а также принимая во внимание необходимость обеспечения круглогодичной ритмичной работы контейнерной линии, объем ледокольного обеспечения при растущем трафике по СМП для пилотной стадии СМТК был рекомендован приоритетный вариант арктического контейнеровоза вместимостью около 6000 TEU ледового класса Arc8 с винто-рулевыми колонками. В качестве основного топлива предусмотрен сжиженный природный газ, что обеспечивает высокие экологические показатели. Судно способно работать как носом, так и кормой вперед, а на заднем ходу, по мнению экспертов, должно обладать ледопроходимостью порядка 2.7 м.

Внешний облик арктического контейнеровоза

Выполненные исследования продемонстрировали работоспособность, эффективность и устойчивость системы СМТК. Результаты работы прошли несколько этапов обсуждений с судостроительной общественностью и были рекомендованы к утверждению и дальнейшему использованию.