P R A C E N A U K O W E - P O L I T E C H N I K A W A R S Z A W S K A . T R A N S P O R T
ISSN: 1230-9265 vol. 130
DOI: 10.5604/01.3001.0014.5101 2020
Article citation information:
Koper-Olecka, E., Kochan, A., (2020). Koncepcja systemu transportowego APM dla terminali CPK, WUT Journal of Transportation Engineering, 128, 29-42, ISSN: 1230-9265, DOI: 10.5604/01.3001.0014.5101
*Corresponding author
E-mail address: emilia.koper-olecka@pw.edu.pl (E. Koper); andrzej.kochan@pw.edu.pl (A. Kochan) ORCID iD: 0000-0002-0056-934X (E. Koper-Olecka); 0000-0002-8183-8926 (A. Kochan)
Received 14 April 2020, Revised 22 July 2020, Accepted 2 November 2020, Available online 12 November 2020
APM transport system concept for CPK terminals
Emilia Koper-Olecka
*, Andrzej Kochan
Warsaw University of Technology, Faculty of Transport, Transport Certification Centre
Abstract. The present article refers to selected challenges related to the need to ensure
pas-senger transfer between terminals in the context of the planned construction of the Central Communication Port (CPK). The authors present the concept of using the modern public transport solution Innovia APM 300 as a potential automatic transport system for CPK airport terminals. The article presents Bombardier's product – Innovia APM 300 system, its charac-teristics, aspects relevant for development, and its components. The solution proposal was based on the example of the APM system, implemented at Munich airport.In this article, the structure of the line connecting the main terminal and the satellite terminal is proposed, the analysis is made in terms of transport needs, rules of traffic organization are proposed, and other aspects necessary for system planning are indicated. The article briefly outlines the legal status for the approval of the system in Polish conditions.
Keywords: APM, automatic passenger transport system, guided transport
1. Wstęp
W dobie dynamicznego rozwoju technologii na rynku pojawiają się nowe rozwiązania w zakresie transportu publicznego. Dotyczy to zarówno nowatorskich środków transportu, jak również nowoczesnych systemów sterowania ruchem i kontroli jazdy pociągu. Coraz szerzej spotykanym zjawiskiem jest obecność kołowych oraz szynowych pojazdów autono-micznych i automatycznych. Nowobudowane systemy mają na celu zapewnienie najwyż-szego poziomu bezpieczeństwa, niezawodności i dostępności, przy zoptymalizowanym zu-życiu energii, zminimalizowanych kosztach: budowy, eksploatacji i utrzymania, zapewnia-jących jednocześnie wymagane parametry eksploatacyjne, takie jak przepustowość czy czas następstwa. Przykładem takich rozwiązań są np.: monorail (ang. monorail) oraz APM (ang.
Automated People Mover). Tego rodzaju rozwiązania są coraz powszechniej stosowane
jako: połączenia pomiędzy terminalami portów lotniczych, linie metra, linie lekkiej kolei. Przykładami portów lotniczych na świecie, implementujących powyższe technologie są np. następujące miasta: Paryż, Frankfurt, Monachium, Madryt, Pekin, Delhi, Kair, Newark, Pittsburgh, Tampa i wiele innych.
Planowana budowa Centralnego Portu Komunikacyjnego niesie za sobą szereg wyzwań związanych z przemieszczaniem pasażerów pomiędzy poszczególnymi obszarami. Jednym z nich jest transfer pasażerów pomiędzy terminalami lotniska.
W artykule [1] przedstawiono rozwiązanie monorail, na przykładzie systemu INNOVIA Monorail 300 firmy Bombardier Transportation. W Europie zbliżony do monorail system transportu - APM został zainstalowany m.in. na linii na lotnisku w Monachium [11] i w ni-niejszym artykule zaproponowano zastosowanie rozwiązania INNOVIA APM 300, w celu przewozu pasażerów pomiędzy terminalem głównym a terminalem satelitarnym lotniska CPK.
2. Innowacyjne rozwiązania transportowe
2.1. Geneza
W związku z rosnącym ruchem lotniczym zaobserwować można wzrost liczby budowa-nych oraz rozbudowywabudowa-nych portów lotniczych. W przypadku tych drugich, budowane są kolejne terminale oddalone od siebie zazwyczaj o kilkaset metrów. W związku z tym coraz częściej pojawia się potrzeba zapewnienia transportu pasażerów pomiędzy poszczególnymi terminalami. Stosowane dotychczas przemieszczanie pasażerów z wykorzystaniem autobu-sów sprawdza się w przypadku ich dowozu z terminala do samolotu, lecz staje się proble-matyczne w przypadku pojawiania się kolejnych terminali i wiążę się z rozbudową infra-struktury naziemnej oraz potrzebą zapewnienia odpowiedniej liczby autobusów i kierow-ców.
Ze względu na ograniczenia możliwości rozbudowy infrastruktury naziemnej coraz czę-ściej transport pasażerów pomiędzy terminalami przenoszony jest pod powierzchnię lotni-ska. Klasyczne (żelazne) metro funkcjonujące pod ziemią wydaje się być rozwiązaniem kosztownym. W związku z powyższym coraz powszechniej stosuje się innowacyjne rozwią-zania transportowe, które muszą spełniać pewne wymagania, wynikające ze specyfiki po-trzeb lotnisk, takie jak: elastyczność w typowaniu przebiegu trasy, automatyczna jazda, pro-wadzenie ruchu pod powierzchnią lotniska, odpowiednia przepustowość. Jednym z rozwią-zań spełniających te wymagania jest APM.
2.2. APM - informacje ogólne
Termin APM oznacza nadzorowany w pełni zautomatyzowany transport osób, w którym wykorzystywane są pojazdy operujące na drogach jezdnych z wyłącznym prawem ruchu [4]. Terminu tego używa się zazwyczaj tylko do określenia systemów obsługujących stosun-kowo niewielkie obszary, takie jak lotniska, centra miast czy parki rozrywki [3]. W systemie Innovia APM 300 firmy Bombardier, dla sterowania ruchem i kontroli pociągu wykorzy-stano rozwiązanie z rodziny systemów klasy CBTC (ang. Communication Based Train
Con-trol) system CITYFLO 650, umożliwiający realizację funkcji ATC (ang. Automatic Train Control), w tym składowych: ATP (ang. Automatic Train Protection), ATO (ang. Automatic Train Operation) oraz ATS (ang. Automatic Train Supervision), które przedstawiono szerzej
w [1].
Istotną cechą rozwiązania jest pełna automatyzacja prowadzenia pojazdu. Wybrane za-gadnienia związane z automatycznym prowadzeniem pociągu przedstawiono w [2].
2.3. Cechy rozwiązania
Tabela 1 przedstawia podstawowe cechy systemu INNOVIA APM 300. W artykule sku-piono się na aspektach istotnych z punktu widzenia koncepcji.
Tabela 1. Podstawowe dane systemu INNOVIA APM 300
Lp. Cecha Innovia APM 300
1. maksymalna prędkość 80 km/h
2. minimalny promień łuku poziomego 22 m
3. zalecany maksymalny gradient 6%
4. maksymalny gradient 10%
5. zasilanie 750 V (DC)
6. długość peronu 15,5-79,5 m
7. nominalna pojemność wagonu: 4 os./m2 / 6 os./m2 103/151
8. liczba wagonów w składzie (pojeździe) 1-6 9. min/max liczba pas. przemieszczających się w ciągu godz. w danym kierunku
(PPHPD) dla wariantu: 4 os./m2 dla czasu następstwa 90 s 4120/24720
10. min/max liczba pasażerów przemieszczających się w ciągu godz. w danym
kierunku (PPHPD) dla wariantu: 6 os./m2 dla czasu następstwa 90s 6040/36240
11. system sterowania i kontroli jazdy (ATC) CITYFLO 650
Źródło: opracowanie własne na podstawie [12]
Dużą zaletą rozwiązania jest jego kompletność (rozwiązanie „pod klucz”). Oferowany system stanowi integralną całość, a inwestycja prowadzona jest przez jeden, odpowiadający przed zamawiającym podmiot. Ma to tę przewagę nad innymi systemami, gdzie często nie ma jednego integratora systemu, a występują różni producenci poszczególnych elementów systemu, tj.: taboru, infrastruktury, systemu sterowania, itp., co zwiększa koszt budowy, integracji oraz eksploatacji, a także utrudnia komunikację z zamawiającym. Linie APM mogą być prowadzone po konstrukcjach nadziemnych (wyniesionych), naziemnych lub w tunelu. System jest skalowalny i umożliwia dostosowanie do potrzeb transportowych po-przez regulację czasu następstwa oraz liczby wagonów w składzie.
Tabela 2 przedstawia możliwości przewozowe systemu APM, rozumiane jako liczba pa-sażerów przewiezionych w ciągu godziny w danym kierunku [pphpd] (pphpd – ang.
passen-gers per hour per direction), zależne od przyjętej liczby pasażerów przewidzianej na metr
kwadratowy przestrzeni z uwzględnieniem minimalnego czasu następstwa (75 s) oraz nomi-nalnego czasu następstwa (90 s), w którym brany jest pod uwagę czas wynikający z wy-miany pasażerów (wsiadanie i wysiadanie). Ponadto uwzględniono możliwą liczbę wago-nów w składzie (od 1 do 6). Tabelę 2 uzupełniono również o przykładowe, wyliczone moż-liwości przewozowe dla innych (większych) czasów następstwa, pozwalających na dostoso-wanie rozwiązania do aktualnych potrzeb transportowych.
Z liczbą wagonów w składzie wiąże się m.in. system zasilania, wielkość stacji tech-niczno-postojowej oraz na co zwraca się uwagę w niniejszym artykule - wymagana mini-malna długość peronu, którą należy przewidzieć na etapie planowania systemu. Zależność tę przedstawiono w tabeli 3.
Tabela 2. Możliwości przewozowe systemu Lp . Czas następstwa [s] liczba wagonów
Możliwości przewozowe dla wariantu 4 os./m2 [pphpd]
Możliwości przewozowe dla wariantu 6 os./m2 [pphpd] 1. 75/90 1 4944/4120 7248/6040 2. 2 9888/8240 14496/12080 3. 3 14832/12360 21744/18120 4. 4 19776/16480 28992/24160 5. 5 24720/20600 36240/30200 6. 6 29664/24720 43488/36240 7. 120/150/180 1 3090/2472/2060 4530/3624/3020 8. 2 6180/4944/4120 9060/7248/6040 9. 3 9270/7416/6180 13590/10872/9060 10. 4 12360/9888/8240 18120/14496/12080 11. 5 15450/12360/10300 22650/18120/15100 12. 6 18540/14832/12360 27180/21744/18120 13. 210/240/270 1 1766/1545/1373 2589/2265/2013 14. 2 3531/3090/2747 5177/4530/4027 15. 3 5297/4635/4120 7766/6795/6040 16. 4 7063/6180/5493 10354/9060/8053 17. 5 8829/7725/6867 12943/11325/10067 18. 6 10594/9270/8240 15531/13590/12080 19. 300/450/600 1 1236//824/618 1812/1208/906 20. 2 2472/1648/1236 3624/2416/1812 21. 3 3708/2472/1854 5436/3624/2718 22. 4 4944/3296/2472 7248/4832/3624 23. 5 6180/4120/3090 9060/6040/4530 24 6 7416/4944/3708 10872/7248/5436
(źródło: opracowanie własne na podstawie [12])
Tabela 3. Minimalna długość peronu do obsługi danej liczby wagonów Liczba wagonów Minimalna długość peronu [m]
1 15,4 2 28,3 3 41,1 4 53,9 5 66,7 6 79,5
(źródło: opracowanie własne na podstawie [12])
2.4. Trasa
Otoczenie lotniska czy tzw. strefy AirCity wymaga od zastosowanego rozwiązania trans-portowego dużej elastyczności m.in. w zakresie planowania trasy. Wybór przebiegu trasy jest bardzo ważnym krokiem realizacji projektu i powinien uwzględniać wszystkie aktualnie znane informacje o docelowej postaci. Brak szczegółowej analizy lub pominięcie w rozwa-żaniach planów potencjalnego rozwoju danego obszaru (np. rozbudowa o kolejne terminale,
a w konsekwencji planowane kolejne przystanki systemu transportowego) może mieć skutki w postaci znaczącego wzrostu kosztów, związanego z modyfikacją wytypowanej trasy lub w najbardziej niekorzystnym przypadku - braku możliwości rozwoju sieci połączeń. Z tego względu w fazie opracowywania koncepcji dla pierwszego etapu rozwoju obszaru należy pamiętać również o jego dalszej rozbudowie.
System INNOVIA APM 300 może zostać dostosowany do istniejącej infrastruktury, ukształtowania terenu, liczby stacji, przewidywanego natężenia ruchu pasażerskiego oraz budżetu zamawiającego. Planujący trasę ma możliwość wyboru następujących konfiguracji: wahadło (ang. shuttle) – rysunek 1,
pętla (ang. loop) – rysunek 2,
pętle z możliwością zmiany toru (ang. pinched loop) – rysunek 3, kombinacja powyższych [12].
Rys. 1. Konfiguracja trasy – wahadło (źródło: opracowanie własne na podstawie [12])
Wahadło, stanowi najmniej złożoną konfigurację trasy systemu, w której jeden pociąg operuje na jednym „torze” jedno lub dwutorowej trasy. Po dojechaniu do stacji końcowej i opuszczeniu pociągu przez pasażerów pojazd zmienia kierunek jazdy i porusza się w prze-ciwnym kierunku, aż do kolejnej stacji końcowej.
Konfiguracja ta sprawdza się w przypadku linii z dwoma lub trzema stacjami, zaś w przy-padku występowania większej liczby stacji zauważalne jest zwiększenie czasów następstwa a w konsekwencji spadek przepustowości. Zwiększenie przepustowości, rozumiane jako zwiększenie liczby pasażerów przewiezionych w danym kierunku w ciągu godziny, może zostać osiągnięte poprzez skalowanie liczby wagonów zastosowanych w składzie. Jednakże jest to ograniczone poprzez długości peronów, na których następuje wymiana pasażerów. Przedmiotowa konfiguracja cieszy się największą popularnością na obszarach lotnisk. Wa-hadło jest najmniej elastyczną konfiguracją trasy pod względem przyszłej rozbudowy, jed-nakże możliwe jest jej uwzględnienie poprzez zaplanowanie przyszłych rozjazdów umożli-wiających zmianę toru i zawracanie – przekształcenie w pętlę z możliwością zmiany toru.
Konfiguracja trasy w postaci pętli jest odpowiednia dla obszarów o długich odstępach pomiędzy stacjami oraz nieograniczonych przestrzennie obszarów (brak przeszkód tereno-wych na trasie). Pętle cechują się najlepszymi parametrami eksploatacyjnymi wśród tras, na których wstępuje duża liczba stacji. Konfiguracja ta pozwala na elastyczne dostosowanie trasy do wzrastającej liczby pasażerów poprzez zwiększenie liczby kursujących pociągów lub wagonów w pociągu. Konfiguracja umożliwia również zaprojektowanie dodatkowych stacji i uwzględnienie ich w pętli. Pętle można projektować w konfiguracji jedno i dwutoro-wej.
Rozwiązanie dwutorowe jest droższe, jednak oferuje większą elastyczność i większą od-porność systemu na zakłócenia w przypadku awarii lub podczas wykonywania prac konser-wacyjnych. Ponadto, w takiej konfiguracji ruch odbywa się dwukierunkowo, co ma szcze-gólnie duże znaczenie w przypadku dużych pętli.
Rys. 3. Konfiguracja trasy - pętla z możliwością zmiany toru (źródło: opracowanie własne na podstawie [12])
W przypadku obszarów o ograniczonej możliwości konfiguracji, dostępna jest forma pętli z możliwością zmiany toru, posiadająca cechy zarówno wahadła jak i pętli. W tej konfigu-racji pociągi mogą zmienić tor jazdy dzięki rozjazdom znajdującym się na obu końcach linii, dzięki czemu jazda pociągów odbywa się w dwóch kierunkach na dwóch równoległych torach. W celu zminimalizowania czasów następstwa oraz poprawy przepustowości - roz-jazdy (zwrotnice) powinny być umieszczone jak najbliżej stacji, umożliwiając wielu pocią-gom jazdę w dwóch kierunkach. W razie potrzeb zmiana toru może odbywać się za stacjami krańcowymi.
3. Koncepcja systemu dla CPK
W ramach projektu Centralny Port Komunikacyjny, w odległości około 37 km na zachód od Warszawy, na obszarze około 30 km² ma zostać wybudowany Port Lotniczy o docelowej przepustowości 100 mln pasażerów rocznie [13]. Lotnisku będzie towarzyszyła bogata in-frastruktura komunikacyjna w postaci innych środków transportu. Głównym ich zadaniem będzie transport podróżnych do największych polskich miast z wykorzystaniem połączeń kolejowych oraz skomunikowanie innych lokalizacji przy wykorzystaniu transportu drogo-wego. W sąsiedztwie lotniska powstanie bogata infrastruktura hotelowo-usługowa Airport City, w skład której wejdą m.in. obiekty targowo-kongresowe, konferencyjne i biurowe. Z tej infrastruktury będą korzystać m.in. pasażerowie korzystający z CPK, jako huba prze-siadkowego lub najlepiej skomunikowanego miejsca w Europie środkowo-wschodniej.
Przewidywane parametry eksploatacyjne CPK powodują, iż poszczególne obiekty będą rozproszone na dużej powierzchni. Taka sytuacja wymusza organizację transportu również na obszarze CPK. Pewną propozycją mogą być rozwiązania transportu publicznego znane z polskich miast (autobus, tramwaj itp.). Jednak przy tak innowacyjnym charakterze całej
inwestycji, kierunki rozwoju wskazują na w pełni zautomatyzowane, zintegrowane z oto-czeniem nowoczesne środki transportu. Konkretnymi zadaniami do realizacji z ich wyko-rzystaniem są: sprawna komunikacja pomiędzy terminalami, których docelowo ma być aż cztery, czy też komunikacja pomiędzy hubem komunikacyjnym a obiektami Airport City.
W dalszej części artykułu przedstawione zostaną wybrane założenia projektowe dla sys-temu transportu dla pierwszego etapu budowy portu lotniczego CPK, gdzie planowane jest przemieszczanie pasażerów pomiędzy terminalem głównym i jednym terminalem satelitar-nym. Ze względu na to, że cechy rozwiązania APM wydają się być adekwatne do potrzeb portu CPK w dalszej części artykułu autorzy skupią się na przykładzie systemu Innovia APM 300.
3.1. System APM na lotnisku w Monachium
W związku z tym, że system Innovia APM 300 jest aktualnie zaimplementowany i eks-ploatowany w kilku portach lotniczych w Europie oraz na świecie, zaleca się uwzględnienie w koncepcji systemu dla portu CPK doświadczeń zgromadzonych podczas planowania i rozwoju systemu w tychże aplikacjach. Przykładem wdrożenia tego rozwiązania jest m.in. lotnisko w Monachium. Ze względu na podobieństwa do tej implementacji proponuje się oparcie koncepcji systemu APM o doświadczenia zgromadzone w tym przedsięwzięciu.
System APM, zaimplementowany na lotnisku w Monachium, pomiędzy terminalem T2 a terminalem satelitarnym został zaprojektowany jako system w pełni automatyczny, stero-wany i nadzorostero-wany z centrum sterowania. Systemowi postawiano restrykcyjne wymagania związane z niezawodnością, dostępnością, podatnością utrzymaniową oraz bezpieczeń-stwem, zaś proces opisano w normie [5], powszechnie stosowanej w branży kolejowej. Ponadto, poniżej przedstawiono istotne techniczne i funkcjonalne wymagania stawiane sys-temowi w postępowaniu przetargowym, uzupełniające powyższe wymagania:
kompletność rozwiązania - tzw. rozwiązanie „pod klucz”,
pełna automatyzacja prowadzenia pojazdu GoA4 – (ang. grade of automation), opisana szerzej w [7, 8],
dostosowanie przepustowości do potrzeb lotniska, czas następstwa 90 s,
możliwość separacji różnych kategorii/grup pasażerów [11].
Oprócz wymagań techniczno-funkcjonalnych implementowanemu systemowi posta-wiono również szereg wymagań formalnych. Najważniejszym z nich, a jednocześnie wień-czącym szereg wymagań pośrednich było uzyskanie stosownego zezwolenia na eksploata-cję. W implementacji na lotnisku w Monachium zdecydowano się na pętle z możliwością zmiany toru. Ponadto, oprócz infrastruktury operacyjnej zapewniono stację techniczno-po-stojową, centrum sterowania i inne pomieszczenia niezbędne do funkcjonowania systemu.
3.2. Struktura linii łączącej terminale na lotnisku CPK
Pierwszym krokiem projektowania systemu transportowego pomiędzy terminalami powinien być wybór konfiguracji trasy oraz zaplanowanie: lokalizacji i liczby przystanków, lokalizacji stacji techniczno-postojowej (ang. depot) oraz przebiegu trasy. Rozważania te powinny uwzględniać szacowaną liczbę pasażerów oraz znane informacje na temat przyszłej rozbudowy infrastruktury.
Zakłada się, że w ramach pierwszego etapu budowy i eksploatacji portu lotniczego w ramach CPK transport za pośrednictwem APM będzie odbywał się pomiędzy terminalem głównym a terminalem satelitarnym. Lokalizację poszczególnych terminali oraz uprosz-czone odległości między nimi przedstawiono na rysunku 4.
Rys. 4. Lokalizacja terminali w strefie airside
(źródło: opracowanie własne na podstawie schematu pozyskanego od SKNTL) Tak jak zaznaczono w rozdziale 2.4, istotnym etapem planowania systemu jest wybór trasy, rozumiany jako przebieg trasy oraz wybór konfiguracji trasy.
Analizując potrzeby transportowe opisane w rozdziale 3.3 okazuje się, że w godzinach szczytu potrzeba przewozowa pomiędzy terminalami w jednym kierunku dotyczy około 2500 (2498) pasażerów. Wahadło z jednym torem, ze względu na potrzebę prowadzenia ruchu dwukierunkowo, nie byłoby w stanie zapewnić wymaganej przepustowości i znacząco obniżałoby dostępność systemu w przypadku awarii. Wymagana przepustowość będzie z kolei możliwa do zapewnienia przy zastosowaniu konfiguracji trasy – wahadło z dwoma torami. Konfiguracja ta pozwoli na obsługę przewidywanego potoku pasażerów oraz zwięk-sza niezawodność systemu w przypadku awarii systemu. Warto również rozważyć uwzględ-nienie dodatkowych rozjazdów, umożliwiających zmianę toru – co również podnosi dostęp-ność systemu w sytuacji awaryjnej.
3.3. Organizacja transportu
W niniejszym rozdziale autorzy przedstawiają koncepcję organizacji transportu pasaże-rów pomiędzy terminalem głównym a terminalem satelitarnym dla pierwszego etapu bu-dowy portu. Organizacja transportu jest tutaj rozumiana jako określenie: liczby pojazdów, wagonów w składzie oraz czasu następstwa dla jazd po danym torze, dla oszacowanych po-toków pasażerów.
Metodyka przygotowania koncepcji składa się z kilku kroków. Pierwszym z nich jest określenie liczby pasażerów obsługiwanych przez lotnisko w ciągu roku. Kolejnym etapem jest wyznaczenie liczby pasażerów w poszczególnych terminalach (głównym i satelitarnym) w godzinach szczytu. Następnie szacuje się jaki odsetek pasażerów obsługiwanych z termi-nala satelitarnego będzie wymagał transportu pomiędzy termitermi-nalami. Kolejnym krokiem jest
wyznaczenie liczby pasażerów podróżujących w danym kierunku (z terminala głównego do terminala satelitarnego lub z terminala satelitarnego do terminala głównego). Otrzymana wartość oznacza potrzebę transportową dla danego kierunku.
Tak wyznaczone potrzeby transportowe konfrontuje się z możliwościami przewozowymi systemu transportu przedstawionymi w tabeli 2. Ostatnim krokiem jest wskazanie takiej kon-figuracji: liczby pojazdów, liczby wagonów oraz czasu następstwa, która jest w stanie ob-służyć określoną potrzebę transportową. Punktem wyjścia dla koncepcji jest założenie, że port lotniczy będzie w pierwszym etapie obsługiwał około 45 mln (45 PAX) pasażerów rocznie i dla takiej wartości poczyniono dalsze wyliczenia.
Ruch lotniczy cechuje się nierównomiernym natężeniem w ciągu doby. Standardowo ob-serwuje się czterokrotne zwiększenie natężenia ruchu w ciągu doby – około godziny: 10, 14, 18 oraz 22. Jest to o tyle istotne, iż dobierając parametry systemu transportu pomiędzy ter-minalami należy uwzględnić największe obciążenie ruchem lotniska.
Na podstawie wyliczeń poczynionych przez studentów Studenckiego Koła Naukowego Transportu Lotniczego w ramach realizacji grantu pt. „Model Węzła transportowego speł-niającego wymagania stawiane przed CPK” przyjęto, że liczba wszystkich pasażerów prze-bywających na terenie terminali w godzinach szczytowych wynosi około 13 000 (13 149) pasażerów, z czego 60% pasażerów obsługiwanych będzie ze stanowisk umiejscowionych w terminalu głównym, zaś 40% w terminalu satelitarnym. Szacuje się również, że około 95% z nich musi mieć możliwość przemieszczania się pomiędzy terminalami. Przyjmując, że w danym kierunku (z terminala głównego do terminala satelitarnego lub z terminala sa-telitarnego do terminala głównego) będzie podróżowało tyle samo pasażerów otrzymujemy zapotrzebowanie na transport pomiędzy terminalami rzędu 2 500 (2 498) pasażerów na go-dzinę w danym kierunku – w godzinach szczytu.
Tabela 4 przedstawia zestawienie potrzeb transportowych pomiędzy terminalami w go-dzinach szczytu dla różnych etapów rozwoju portu lotniczego CPK. Zgodnie z metodyką opisaną powyżej, wyznaczono także liczbę pasażerów przemieszczających się pomiędzy ter-minalami, w godzinach szczytu w danym kierunku, dla docelowego obciążenia ruchem portu lotniczego CPK (100 mln pasażerów/rok). Dane te będą miały znaczenie przy określaniu wymaganej długości peronu już w pierwszym etapie budowy portu CPK.
Tabela 4. Zapotrzebowanie na transport między terminalami dla różnych etapów rozwoju portu lotniczego CPK Przepustowość portu lotni-czego [mln pasx/rok] Liczba pax w terminalach w godzinach szczytu Liczba pax w terminalu sateli-tarnym w godzi-nach szczytu
Liczba pax prze-mieszczających się pomiędzy termina-lami w godzinach
szczytu
Liczba pax przemiesz-czających się pomiędzy
terminalami w godzi-nach szczytu w danym
kierunku
45 13149 5260 4997 2498
70 26018 10407 9887 4943
1001 50000 20000 19000 9500
(źródło: opracowanie własne na podstawie danych wejściowych udostępnionych przez SKNTL)
1 Liczba pasażerów znajdujących się w terminalach w godzinach szczytu dla przepustowości 100 mln
Poza godzinami szczytu szacuje się, że natężenie ruchu pomiędzy terminalami: głównym i satelitarnym wyniesie około 1 500 (1 520) pphpd, zaś w godzinach ruchu minimalnego (np. w godzinach 20–24) zakłada się, że zapotrzebowanie wyniesie około 750 (760) pphpd.
Analizując powyższe i odwołując się do tabeli 2 można przyjąć, że w okresach szczytu komunikacyjnego liczba wagonów obsługujących dany tor jazdy (dla przepustowości portu lotniczego 45 mln pasażerów rocznie) powinna wynosić jeden - przy nominalnym czasie następstwa (90 s) dla wariantu 4 pasażerów/m2.
Warto w tym miejscu podkreślić, iż są to założenia wstępne, nie uwzględniające faktu, że w przypadku konfiguracji w postaci wahadła na danym odcinku pomiędzy stacjami może znajdować się tylko jeden pociąg, a więc czas następstwa uzależniony jest od odległości między stacjami. Dla przedmiotowej aplikacji należy przyjąć, że możliwości przewozowe będą mniejsze. To ograniczenie będzie niwelowane w ramach kolejnego etapu prac nad kon-cepcją. W okresie zmniejszonych potrzeb komunikacyjnych proponuje się ograniczenie czę-stotliwości kursowania pojazdów do:
210 s - poza godzinami szczytu,
450 s - dla okresów o minimalnym natężeniu ruchu.
Alternatywą dla ostatniej propozycji jest wprowadzenie zasady „przyjazd na żądanie”. Takie podejście pozwoli na realizację zakładanych potrzeb transportowych oraz zapewnienie większego komfortu podróży (4 pax/m2). Realizację tych samych potrzeb transportowych można również zapewnić poprzez zastosowanie większej liczby wagonów w składach, nie-mniej jest to rozwiązanie droższe co wynika z potrzeby zakupu większej liczby wagonów, ich utrzymania, napraw, itp.
Minimalna, wymagana liczba składów do obsługi systemu (jazda po 2 torach) dla prze-pustowości portu lotniczego 45 mln pasażerów rocznie to dwa sprawne pojazdy (jednowa-gonowe) – po jednym dla danego toru. Szacunek ten nie zakłada jednak separacji różnych kategorii pasażerów (np. ze strefy Schengen i non-Schengen). Z tego względu należy prze-widzieć po jednym dodatkowym wagonie dla każdego toru dla pasażerów non-Schengen). Po uwzględnieniu tego kryterium minimalna, wymagana liczba składów do obsługi systemu (jazda po 2 torach) dla przepustowości portu lotniczego 45 mln pasażerów rocznie to dwa sprawne pojazdy (dwuwagonowe) – po jednym dla danego toru.
Jednak należy zapewnić redundancję dostępnej floty, w celu zapewnienia możliwości transportu w czasie awarii pojazdu, czy też w okresach ich konserwacji. Dlatego dla pierw-szego etapu budowy portu CPK proponuje się zapewnienie 4 pojazdów dwuwagonowych. Maksymalny wariant ich zajętości przewiduje: dwa sprawne pojazdy dwuwagonowe reali-zujące przewozy, jeden pojazd dwuwagonowy uszkodzony i jeden pojazd dwuwagonowy serwisowany. Z kolei odnosząc się do docelowych potrzeb transportowych przy zakładanej przepustowości portu lotniczego CPK 100 mln pasażerów rocznie (9 500 pphpd) mogą one zostać zaspokojone dla konfiguracji:
czas następstwa 90 s -3 wagony, czas następstwa 120 s - 4 wagony, czas następstwa 150 s - 4 wagony, czas następstwa 180 s - 5 wagonów, czas następstwa 210 s - 6 wagonów.
Dla większych czasów następstwa niż 210 s, bez względu na liczbę zastosowanych wa-gonów w składzie, nie jest możliwe obsłużenie prognozowanych potoków pasażerów. Ze względu na potrzebę zapewnienia elastyczności zakładanej konfiguracji, np. w sytuacji wy-stąpienia zakłóceń oraz potrzeby w zakresie możliwości kategoryzacji i izolowania pewnych
grup pasażerów, a także ze względu na potrzebę dalszych analiz, mających na celu minima-lizację ograniczeń tej koncepcji, sugeruje się przyjęcie wariantu z co najmniej 4 wagonami. Biorąc pod uwagę możliwe na tym etapie niedoszacowania, docelową liczbę obsługiwanych pasażerów i potencjalne znaczne trudności i koszty ponoszone w przypadku potrzeby przy-jęcia składu sześciowagonowego proponuje się przyjęcie już na tym etapie długości peronu, która powinna uwzględniać docelową potencjalną liczbę przyjmowanych wagonów, czyli 6.
3.4. Inne cechy infrastruktury systemu
Tabela 3 przedstawia minimalne długości peronów w zależności od liczby zastosowanych wagonów w składzie. Odnosząc się do przewidywanych potrzeb transportowych w pierw-szym etapie budowy portu (transport pomiędzy terminalem głównym a pierwpierw-szym termina-lem satelitarnym), opisanych powyżej można wywnioskować, że minimalna długość peronu dla pojazdów dwuwagonowych to 28,3 m. Niemniej wartość ta nie uwzględnia planowanej rozbudowy linii i wzrostu potoku pasażerów. Biorąc pod uwagę docelowe obciążenie ruchem portu lotniczego CPK i wnioski opisane w punkcie 3.3, proponuje się założenie, że długość peronu powinna umożliwiać (już dla pierwszego etapu) przyjęcie składu o maksy-malnej długości (6 wagonów), tj. min. 79,5 m.
Należy także przewidzieć obszar dedykowany pod stację techniczno-postojową (stp), w której będą odbywały się m.in.: postój pojazdów, prace utrzymaniowe i naprawy oraz inne. Lokalizacja obszaru oraz jej wielkość powinna uwzględniać docelową rozbudowę linii o nowe przystanki i kolejne pojazdy.
W analogicznym rozwiązaniu z Monachium wszystkie tunele systemu zostały tak zapro-jektowane, żeby w przypadku dalszej rozbudowy lotniska można było przyłączyć i połączyć ze sobą kolejne terminale satelitarne. Dla rozwiązania w CPK proponuje się lokalizację stp za terminalem głównym (zgodnie z rysunkiem 5) lub jako alternatywę przyjęcie założeń analogicznych do rozwiązania niemieckiego.
W dalszych pracach nad koncepcją, szczególnie w zakresie kolejnych etapów rozwoju lotniska, należy rozważyć zmianę konfiguracji trasy na pętle z możliwością zmiany toru. Bez takiej zmiany może okazać się, ze system nie będzie w stanie obsłużyć docelowych potoków pasażerów. Na rysunku 5 przedstawiono schematycznie potencjalne kierunki ruchu w poszczególnych etapach rozwoju systemu.
Rys. 5. Proponowana lokalizacja stacji techniczno–postojowej (źródło: opracowanie własne)
4. Aspekty formalno-prawne uruchomienia
Ścieżka dopuszczenia do eksploatacji dla takiego systemu nie jest zunifikowana w skali Europy i zależy od prawodawstwa danego kraju. Niezależnie jednak od kraju implementacji niezaprzeczalnie istotnym wymaganiem stawianym tak złożonym i zaawansowanym tech-nicznie rozwiązaniom jest bezpieczeństwo. W zakresie dowodzenia bezpieczeństwa dla transportu szynowego, a przede wszystkim transportu kolejowego, stosuje się podejście opi-sane w normach CENELEC, a przede wszystkim w PN-EN 50126 [5] i PN-EN 50129 [6], która skupia się na dowodzie bezpieczeństwa typu urządzenia, wyrobu i jego aplikacji, pa-miętając jednocześnie, że wysokie wymagania formułowane we wspomnianych normach (poziom nienaruszalności bezpieczeństwa SIL-4 (ang. safety integrity level) powinny doty-czyć funkcji systemu, które są odpowiedzialne za bezpieczeństwo osób biorących udział w procesie transportowym, natomiast nie powinny być nadużywane w stosunku do innych.
W warunkach polskich rozwiązanie Innovia APM 300 klasyfikuje się jako możliwą formę realizacji metra. Oznacza to, że proces dopuszczania tych rozwiązań opisany jest w istniejącym stanie prawnym – Rozporządzenie 720 [9]. Nadzór nad dopuszczaniem do eksploatacji rozwiązań Innovia APM 300 sprawuje wobec tego Prezes Urzędu Transportu Kolejowego. Stosowane rozwiązania powinny posiadać świadectwo dopuszczenia do eks-ploatacji typu.
Zakres badań technicznych dla rozwiązań stosowanych w metrze przedstawiony jest w Rozporządzeniu [9], zaś zakres wymagań w Liście Prezesa UTK [10]. Podkreśla się jed-nak to, iż w przypadku systemu automatycznego prowadzenia pociągu (app), w tym ziden-tyfikowanego w rozwiązaniach z rodziny Innovia 300, w aktualnie obowiązującej Liście Prezesa UTK [10] nie zdefiniowano wymagań dla tejże kategorii. W związku z powyższym wymagania stawiane systemom app powinny zostać uzupełnione. Zaleca się, aby wymaga-nia stawiane systemom app zostały zaproponowane przez dostawców przedmiotowych sys-temów na bazie doświadczeń z implementacji zagranicznych.
5. Podsumowanie i wnioski
W związku z rosnącymi potrzebami transportu lotniczego zauważalne jest budowanie no-wych oraz rozbudowa istniejących portów lotniczych. Coraz częściej pojawia się potrzeba zapewnienia transportu pomiędzy poszczególnymi terminalami portu. W tym celu coraz po-wszechniej stosuje się innowacyjne rozwiązania transportowe, które muszą spełniać pewne wymagania, wynikające ze specyfiki potrzeb lotnisk. Jednym z takich rozwiązań jest APM.
W artykule przedstawiono autorską koncepcję organizacji automatycznego systemu transportowego pomiędzy terminalem głównym a terminalem satelitarnym CPK z wykorzy-staniem Innovia APM 300, oferowanego przez firmę Bombardier. W koncepcji, ze względu na podobieństwa, odwołano się do analogicznej implementacji systemu na lotnisku w Mo-nachium.
W artykule przedstawione zostały wyliczenia niezbędne do określenia organizacji ruchu pomiędzy terminalami. Dla portu CPK zaproponowano przyjęcie w pierwszym etapie kon-figuracji trasy – wahadło, gdzie na każdym z dwóch torów będzie poruszał się jeden pojazd. Na podstawie przeprowadzonych szacunków potrzeb transportowych i możliwości przewo-zowych systemu przyjęto, że do obsługi systemu w pierwszym etapie budowy portu CPK
wystarczające będą 2 dwuwagonowe pojazdy (po 1 pojeździe na tor), realizujące jazdy zgod-nie z czasem następstwa 90 s oraz 2 dwuwagonowe pojazdy stanowiące rezerwę na wypadek awarii czy niedostępności związanej z cykliczną konserwacją.
Autorzy przedstawili również zarys organizacji ruchu dla docelowego obciążenia lotni-ska, istotny już na tym etapie planowania, ze względu na to, iż wspomniana organizacja przekłada się na zagadnienia takie jak długość peronu czy lokalizacja stacji techniczno-po-stojowej.
Autorzy wskazali także aspekty formalno-prawne uruchomienia systemu Innovia APM 300 w warunkach polskich - jako możliwą formę realizacji metra. Ścieżka dopuszcze-nia systemu jest opisana w Rozporządzeniu 720 [9].
W dalszych pracach nad koncepcją autorzy skupią się na niwelowaniu ograniczeń przy-jętych na potrzeby jej opracowania. Reasumując, system Innovia APM 300 spełnia oczeki-wania stawiane systemom transportu w obszarze lotnisk ze szczególnym uwzględnieniem założeń dla portu lotniczego CPK.
Podziękowania
W tym miejscu składamy podziękowania studentom ze Studenckiego Koła Naukowego Transportu Lotniczego za udostępnienie nam danych wejściowych do obliczeń.
Bibliografia
1. Koper, E., Kochan, A. (2018). Nowoczesne rozwiązanie transportu publicznego na przykładzie systemu INNOVIA Monorail 300, Zeszyty Naukowo-Techniczne Stowarzyszenia Inżynierów i Techników Komu-nikacji w Krakowie. Seria: Materiały Konferencyjne, no. 2(116), 47–59.
2. Koper, E., Kochan, A., Ilczuk, P. (2019). Wybrane zagadnienia automatyzacji prowadzenia pojazdów szy-nowych, Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Transport, vol. 126, 75–87.
3. Deep, S., Agrawal R. (2014). Automated People Movers: A Futuristic Approach to Modern Transportation Planning. IOSR Journal of Mechanical and Civil Engineering. 11. 01-11. 10.9790/1684-11330111. 4. ANSI/ASCE/T&DI, Automated People Mover Standards, ISBN (PDF): 9780784477878.
5. PN-EN 50126 Zastosowania kolejowe - Specyfikacja niezawodności, dostępności, podatności utrzyma-niowej i bezpieczeństwa.
6. PN-EN 50129:2007 - Zastosowania kolejowe - Systemy łączności, przetwarzania danych i sterowania ruchem - Elektroniczne systemy sterowania ruchem związane z bezpieczeństwem.
7. PN-EN 62290-1 - Zastosowania kolejowe - Systemy zarządzania i kontroli jazdy pojazdu dla nadzorowa-nego transportu miejskiego - Część 1: Zasady systemu i pojęcia podstawowe.
8. PN-EN 62290-2 - Zastosowania kolejowe - Systemy zarządzania i kontroli jazdy pojazdu dla nadzorowa-nego transportu miejskiego - Część 2: Specyfikacja wymagań funkcjonalnych.
9. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury i Rozwoju z dnia 13 maja 2014 r. w sprawie dopuszczania do eksploatacji określonych rodzajów budowli, urządzeń i pojazdów kolejowych (Dz.U. 2014 poz. 720). 10. Lista Prezesa Urzędu Transportu Kolejowego w sprawie właściwych krajowych specyfikacji technicznych
i dokumentów normalizacyjnych, których zastosowanie umożliwia spełnienie zasadniczych wymagań do-tyczących interoperacyjności systemu kolei.
11. Specyfikacja istotnych warunków zamówienia. Specyfikacje techniczne. Wymagania dla automatycznego systemu transportu (PTS). Lotnisko Monachium, tłumaczenie, plik: LV_1_RS100146O_PTS_Sys-tem_Technische_Anforderungen PL 25.09.pdf.
12. Innovia APM 300. Planning Guide. plik: APM_Planning_Guide-10904-SYS-02-2011-en_med_rez.pdf 13.
Copyright © 2020 Koper-Olecka E. and Kochan A.
This is an open access article distributed under the Creative Commons Attribution License
Koncepcja systemu transportowego APM
dla terminali CPK
Streszczenie. Niniejszy artykuł odnosi się do wybranych wyzwań związanych z potrzebą
zapewnienia transferu pasażerów pomiędzy terminalami w kontekście planowanej budowy Centralnego Portu Komunikacyjnego (CPK). Autorzy prezentują koncepcję zastosowania nowoczesnego rozwiązania transportu publicznego Innovia APM 300, jako potencjalnego automatycznego systemu transportowego dla terminali lotniska CPK.
W artykule przedstawiono produkt firmy Bombardier – system Innovia APM 300, jego cechy charakterystyczne, aspekty istotne z punktu widzenia projektowania oraz jego komponenty. Propozycję rozwiązania oparto o przykład systemu APM, zaimplementowanego na lotnisku w Monachium. W artykule zaproponowano strukturę linii łączącej terminal główny i sateli-tarny, dokonano analizy pod kątem potrzeb transportowych, zaproponowano zasady organi-zacji ruchu oraz wskazano na inne aspekty istotne z punktu widzenia planowania systemu. W artykule nakreślono pokrótce stan prawny dla dopuszczenia systemu w warunkach polskich.
