Importanza della ricerca e dell innovazione per l ingegneria ferroviaria

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1 Importanza della ricerca e dell innovazione per l ingegneria ferroviaria

2 I risultati conseguiti nell innovazione tecnologica Nell ultimo decennio sul sistema ferroviario nazionale italiano sono state apportate innovazioni infrastrutturali e tecnologiche di tale importanza e portata da consentire significativi potenziamenti nell offerta e nei livelli di sicurezza. In grande sintesi la realizzazione: della nuova rete ad alta velocità e capacità Torino-Milano-Salerno, dotata di rilevanti e complesse infrastrutture in aree fortemente antropizzate e di tecnologia all avanguardia; di importanti potenziamenti nelle reti urbane e comprensoriali delle maggiori città, risolvendo numerosissime problematiche di compatibilizzazione ambientale ed archeologiche della copertura dell intera rete e dell intero parco rotabili ivi transitante con GSM-R e con sistemi di protezione della marcia dei treni ha portato la rete italiana a livelli di assoluta eccellenza sulla sicurezza di circolazione e sui collegamenti interpolo tra le aree più abitate del Paese. Alla base di tali risultati c è senza alcun dubbio la capacità del Gruppo FS e dell imprenditoria di concepire ed attivare in pochi anni sistemi tecnologici innovativi, in molti casi per la prima volta nel mondo (ETCS ERTMS liv.2), concepiti ed articolati in un ottica integrata tra infrastruttura e rotabili e finalizzata a garantire un trasporto ferroviario performante ed in massima sicurezza.

3 The High Speed / High Capacity system HS/HC NETWORK Km Travel time Line TO-MI MI-BO BO-FI RM-NA RM-MI No HS 1: 22 1: : 27 4: 30 With HS 1: 00 Decembe r : 05 December Decembe r : 10 December : 59 non stop December 2009 Project Construction Operating Operating (line with commercial speed up to 250 km/h)

4 Share nel trasporto viaggiatori tra Milano e Roma, dopo attivazione tratte AV/AC Milan Rome (%) modal share ,5 +400/500 K passengers/year ,5 50 Train Air Cars Bus +300/400 K passengers/year

5 N incidenti per milioni treni Km Incidentalità per cause endogene all infrastruttura RFI FRANCIA GERMANIA SPAGNA 0,600 Incidendi per cause endogene 0,500 0,400 0,300 0,200 L incidentalità specifica per cause endogene sulla rete nazionale italiana (RFI) rimane tra le più basse in Europa 0,100 0,

6 Sicurezza Sulla rete ferroviaria italiana, in 5 anni l incidentalità nella circolazione dei treni si è ridotta al 25% di quella del Incidenti "Tipici (valore assoluto) Nel computo non sono compresi gli investimenti di persone ai PL Dal sono variati i criteri UIC Elaborazione BDS aggiornata al 31 dicembre 2010

7 Melegnano Villapizzone MI Farini RHO RHO-PERO MI Certosa B.MUSOCCO MI P.Garibaldi Nodo di Milano Como Chiasso Seregno Besana Molteno Lecco Carnate Linee AV/AC MONZA Linee integrative AV/AC Como Laveno Linee fondamentali + itinerari merci Novara Saronno Seveso (F.N.M.) SESTO S. G. Linee con traffico metropolitano Complementare (F.N.M.) GRECO P. P. MARTESANA stazioni porta Domodossola Gallarate Parabiago BOVISA (F.N.M.) Torino (linea A.C./A.V.) Torino LANCETTI MILANO centrale Repubblica P.Venezia MI Lambrate Treviglio Venezia I.D.P. Fiorenza Mortara CADORNA (F.N.M.) Abbiategrasso MI S.Cristoforo Garibaldi Dateo MI P.Vittoria MI P.Genova MI P.Romana Pavia MI Rogoredo SMISTAMENTO Lodi PIOLTELLO L. Bologna Bologna (linea A.C./A.V.) Genova interconnessione di Tavazzano

8 PARCO PRENESTINO CAPANNELLE CIAMPINO Nodo di Roma CESANO DI ROMA FARA S. SETTEBAGNI CERVETE RI MACCARESE MONTE MARIO GEMELLI SMISTAMENTO FIDENE NUOVO SALARIO AURELIA BALDUINA Fiumicino AEROPORTO PARCO LEONARDO S. PIETRO VALLE AURELIA TERMINI S. LORENZO TIBURTINA VAL D'ALA NOMENTANA FIERA DI ROMA Linee AV/AC Linee integrative AV/AC Linee fondamentali + itinerari merci PONTEGALERIA TRASTEVERE OSTIENSE TUSCOLANA M.A.V. D.L. PRENESTINA CASILINA TOR SAPIENZA LA RUSTICA SALONE LUNGHEZZA GUIDONIA - COLLE FIORITO TIVOLI COLLEFERR O Linee con traffico metropolitano TORRICOLA CAMPOLEONE POMEZIA S.P.

9 MILANO-BOLOGNA HIGH SPEED LINE : CABLE-STAYED BRIDGE OVER PO RIVER

10 Rail Infrastructure Network RFI The High Speed/High Capacity project - Stations ROMA Arch. Paolo Desideri TORINO Ar.ch. AREP Silvio d ASCIA and Agostino Magnaghi 10

11 Rail Infrastructure Network RFI The High Speed/High Capacity project - Stations REGGIO EMILIA Arch. Santiago Calatrava NAPOLI Arch. Zaha Hadid FIRENZE Arch. Norman Foster 11

12 I nuovi obiettivi dell innovazione e della tecnologia ferroviaria in corso di attuazione

13 La ricerca e l innovazione nel mondo ferroviario Operation & Maintenance Industry & Supplier R&D Esercizio Integrazione di sistema Fornitura di Sistema Fornitura di Tecnologia Innovazione Ricerca Applicata Ricerca di Base Fornisce Servizi Fornisce Sistemi complessi Fornisce Sistemi che rispondono a una funzione Fornisce Prodotti Esprime il ruolo di Committente mediante Specifica dei Requisiti Funzionali Rende disponibili sistemi complessi descritti dalle Specifiche dei requisiti di Sistema Rende disponibili sistemi descritti dalle Specifiche dei requisiti di sotto-sistema Rende disponibili prodotti descritti dalle Specifiche di prodotto Miglioramento di un processo, prodotto o servizio Ha come obiettivo lo sfruttamento della conoscenza ai fini pratici Ha come obiettivo l'avanzamento della conoscenza

14 Il contesto dell Innovazione nell Infrastruttura Ferroviaria Il Libro Bianco dell UE Roadmap to a single European Transport Area Completameto della rete AV europea entro il 2050 con l attuale rete AV triplicata entro il 2030 INTEGRAZIONE & MULTIMODALITA CRESCITA & SOSTENIBILITA MODAL SHIFT Eliminazione Colli di Bottiglia Eliminazione degli ostacoli tecnici esistenti tra i sistemi nazionali (interoperabilità) Soddisfacimento della domanda di trasporto e creazione di nuovi posti di lavoro Uso efficiente delle risorse energetiche e riduzione dell emissione di sostanze inquinanti (- 20% entro il 2030 e -70% entro il 2050 ) Spostamento del 30 % del traffico merci su gomma superiore ai 300 km verso altre modalità (ferro/acqua) entro il 2030 e più del 50% entro il 2050

15 Priority project n 1 Priority project n 24 The Italian High Speed/High Capacity (HS/HC) railway network Priority project n 6 Railway axis Berlin- Verona-Milan-Bologna- Naples-Messina-Palermo Railway axis Lyons- Trieste-Divaca/Koper- Ljubijana-Budapest- Ukranian border Railway axis Lyons/Genoa- Basle-Duisburg- Rotterdam/Antwerp

16 Asse Mi-PD: Ricadute del progetto: Inquinamento ASSE MILANO-VENEZIA Traffico merci +90 treni/giorno rispetto ad oggi Traffico passeggeri +71 treni/giorno sulla relazione verso MI +74 treni/giorno sulla relazione verso VE TIR/giorno sulle strade CO 2 emessa in un anno t CO emessa in un anno t auto/giorno pari ad una coda di circa 39 km CO 2 emessa in un anno t CO emessa in un anno t Polveri fini emesse in un anno t Fonti: Elaborazioni su dati Sistemi di Trasporto Anno 2000 Polveri fini emesse in un anno - 20 t

17 Lo sviluppo dei sistemi per conseguire alti livelli prestazionali Sistemi di gestione e sicurezza (molto orientati su sicurezza) evoluzione: sicurezza+ prestazioni, con modifiche SSB solo software, migliorando ergonomia di guida Sistemi di gestione e sicurezza evoluti verso più elevati livelli prestazionali: HDTS INFILL ACCM Sistemi di diagnostica la diagnostica mobile, nata per monitorare i rotabili consente monitoraggio infrastruttura Diagnostica mobile su rotabili commerciali

18 L innovazione in RFI Orizzonte 2015 Life-cycle cost management Ricerca e innovazione: 1. nella diagnostica 2. nuove soluzioni per ponti ferroviari 3. pese dinamiche 4. portali multifunzione 5. segnali a LED 6. nuovi sistemi di regolazione della circolazione ad alte prestazioni 7. nuovi impianti per incremento della sicurezza: rilevamento caduta veicoli nei passaggi a livello

19 Life-cycle cost management Nel 2000 RFI ha avviato la ri-organizzazione del processo di manutenzione finalizzato all ottimizzazione dell uso degli assets. Il nuovo approccio ha riguardato tutti gli aspetti dell impresa: quello strategico, quello organizzativo, quello tecnico e quello economico. Background Obiettivi Incrementare gli investimenti Accelerare l innovazione Rispettare i limiti di budget Preservare e sviluppare il Know-How Sviluppo affidabilità e sicurezza Riduzione dei costi Incremento disponibilità asset Aumento produttività

20 Life-cycle cost management Key Performance Indicators in ASSET MANAGEMENT Area Efficacia Economicità Variabile Condizioni dell Infrastruttura Performance Sicurezza di sistema Sicurezza del Lavoro Costi Produttività KPI Disponibilità Puntualità Indisponibilità complessiva N incidenti N incidenti sul lavoro Costi di Manutenzione Numero di lavoratori/km Efficienza Tecnica Condixzioni dell infrastruttura Performance addetti alla manutenzione Età dei componenti ferroviari Gestione magazzino Analisi affidabilità Guasti Ispezioni Età media Giacenze Affidabilità

21 Life-cycle cost management Il processo della manutenzione Norme Contratti Strategia KPIs Monitoraggio Tecnico Attività Standard Enti in Asset Pianificazione Anno n-2 Programmaz. 3 mesi SCHEDULING settimanale Gestione Lavoro Stato degli Enti KPIs Monitoraggio Economico OPERATION Disponibilità Infrastruttura Approvvigionamenti e Logistica

22 Life-cycle cost management Il processo della Diagnostica Diagnostica Mobile Diagnostica Fissa RILIEVO DATI DATA PROCESSING Processo della Manutenzione Identificazione Parametri Definizione Soglie Misure e organizzazione Scostamento dai valori di soglia Identificazione Attività

23 1. Diagnostica dello stato dell infrastruttura Rilievi Franosi Viadotti La Diagnosi della Sede Ponti in Muratura Profilo Limite degli Ostacoli

24 1. Diagnostica: Treno prove AV Nel 2009 ha conseguito il record italiano di velocità di 362 km/h durante l attivazione della Bologna - Firenze ETR 500 Y1 È il treno campione per prove ad alta velocità, col quale è stato attivato il sistema AV italiano Potenza = kw Peso = 460 T Tensione = 3 kv cc e 25 kv- 50 Hz Velocità = 330 km/h Specializzato per: - attivazioni di nuove linee e nuovi impianti; - certificazioni di conformità alle STI; - ricerca, sviluppo e sperimentazioni di sistemi e dispositivi di terra e di bordo; - formazione tecnica specialistica. Regia Formazione Geom. binario Visitatori Misure

25 1. Diagnostica:Treno diagnostico AV Diamante È il treno diagnostico, col quale si misura periodicamente lo stato delle infrastrutture e degli impianti delle linee AV italiane ETR 500 Y2 Potenza = kw Peso = 460 T Tensione = 3 kv cc e 25 kv- 50 Hz Velocità = 300 km/h specializzato per la diagnostica: - dell infrastrutture e del binario; - della linea di contatto; - degli impianti di segnalamento; - degli impianti di telecomunicazione Trazione Elettrica Segnalamento Riunioni Dinamica di marcia Armamento

26 2. Nuove soluzioni per ponti ferroviari Ponte sul Torrente Polcevera - Prima realizzazione in ambito RFI di ponte ad arco-trave a doppio binario con impalcato a travi incorporate tessute trasversalmente. Principali caratteristiche della soluzione: due luci da 80 m circa con armamento su ballast; altezza piano ferro sottotrave contenuta in 1590 mm circa, per il rispetto dei franchi idraulici e stradali.

27 3. Progetto di ricerca: pese dinamiche SISTEMA DI MISURA DEI CARICHI VERTICALI (SMCV) La ricerca è condotta con l Università di Roma La Sapienza. Ha come obiettivo lo studio e la sperimentazione di una stazione di misura dei carichi verticali applicati dai rotabili al binario, con misura indipendente dalla rigidezza del binario e, quindi, dal suo degrado nel tempo Il sistema misura: il carico verticale della singola ruota il carico verticale del singolo asse gli sbilanciamenti del carico: tra ruota destra e ruota sinistra tra due assi dello stesso carrello tra carrello anteriore e posteriore sensori estensimetrici

28 3. Progetto di ricerca: pese dinamiche la forza misurata è Q, componente verticale della forza scambiata tra ruota e rotaia le componenti Y ed X, la posizione d r del punto di contatto e l inclinazione di 1:20 della rotaia non disturbano la misura a meno degli errori di posizionamento degli estensimetri Q Y d R X

29 4. Portali Multifunzione Principali Requisiti di sicurezza del Portale Multifunzione Il DM (gallerie) definisce quale requisito integrativo la implementazione di sistemi per la misura del principio di incendio e di sagoma. L Atto di Indirizzo del luglio 2009 del MIT prevede la dotazione della rete con portali diagnostici Funzioni di Sicurezza: Individuazione di principi di incendio interessanti tutte le tipologie di materiale rotabile al fine di impedirne il pericoloso ingresso in galleria Individuazione di elementi (carichi sporgenti, etc.) eccedenti la sagoma limite del materiale rotabile Livelli di Integrità delle funzioni di sicurezza: Per ciascuna funzione di sicurezza e per l interfacciamento con il sistema di segnalamento si tenderà al raggiungimento del massimo livello di integrità consentito dalla tecnologia attuale (SIL 4)

30 4. Portali Multifunzione. Ulteriori Requisiti di sicurezza del Portale Multifunzione Il sistema sarà predisposto per l acquisizione di allarmi e segnali di diagnostica provenienti da ulteriori sistemi di sicurezza e monitoraggio dislocati lungo linea (e.g. RTB / RTF, pese dinamiche, etc.) Appropriati accorgimenti saranno adottati al fine di ridurre al minimo l incertezza delle misure effettuate : schermatura dai raggi solari, indipendenza della misura dalle condizioni atmosferiche, Indipendenza dai materiali costituenti i rotabili tramite riconoscimento della tipologia geometrica dei rotabili, etc. Il riconoscimento di eventuali scenari di pericolo sarà predisposto attraverso livelli di allarme differenziati per la appropriata gestione del degrado e dell emergenza Il sistema sarà dotato di autodiagnostica

31 4. Portali Multifunzione. Piattaforma SIL4 gestione misure Sopra: Schema semplificato implementazione delle misure di rilevamento principio di incendio e sagoma con indicato il sistema di trigger inizio misure (ad es. sensori ruota). Il set di misure verrà gestito da piattaforme SIL4 e a seguito di elaborazione generati opportuni livelli di allarme (di attenzione o imperativi) Il collegamento verso il segnalamento sarà realizzato con architetture SIL4 e idonei interfacciamenti (Relè e/o SCMT e/o RBC). Lato: A solo scopo esemplificativo si mostra la realizzazione di uno dei primi sistemi prototipali in funzione tra i PdS di Sessa e Priverno (linea Rm-Na) per le misure di tipo termico, di sagoma, ecc

32 4. Portali Multifunzione Linee guida del programma: sui principali transiti internazionali per il monitoraggio convogli entranti in Italia Ventimiglia Modane Domodossola Luino Chiasso Brennero Tarvisio Villa Opicina a protezione delle gallerie di lunghezza > 4 Km esistenti sulla rete AV/AC, sulle linee ad alta e medio-alta concentrazione di traffico, nonché sui principali itinerari di treni merci È in corso di avvio 1^ fase funzionale e di omologazione per i primi 7 impianti (20 M ) Costi di investimento Nell arco di piano è previsto il completamento degli interventi per un valore complessivo di 130 M a vita intera, di cui 103 M da finanziare. Tot. AV/AC Tot. Gr. A 4 10 Tot. Gr. B 34 8 Tot. Gr. C 6 A protezione delle gallerie Totale 54 8 A protezione dei valichi

33 5. Segnali a LED Nuovi tipi di segnale per migliorare la disponibilità e l affidabilità degli impianti Segnale alto Sostituisce gli attuali SDO (Segnali a Specchi Dicroici) Segnale alto Sostituisce gli attuali RS (Relè Schermo)

34 5. Segnali a LED Segnale basso per manovre di colore bianco Segnali di avanzamento e di avvio Segnali indicatori

35 5. Segnale RSVD-LED Campo di applicazione: Linee ferroviarie con sistema di trazione a 3 KVcc. Sostituiscono gli attuali RSVD Relè Schermo a ventola Decentrata Caratteristiche del segnale: Omologazione da effettuare secondo CENELEC con requisiti di Sicurezza SIL 4 Requisiti di affidabilità: Affidabilità elevata (circa ore) contro le odierne di funzionamento delle lampade Requisiti di manutenibilità: Non sono previsti interventi manutentivi periodici, prodotto costituito da unico hardware configurabile. Caratteristiche cromatiche: Rosso / Giallo / Verde classe 1 UNIFER 9296 Caratteristiche fotometriche: Distanza di visibilità maggiore di 150 m

36 5. Segnale RSVD-LED

37 6. Nuovi sistemi di regolazione della circolazione ad alte prestazioni Gestione della Circolazione SCC Sistema Comando e Controllo SCMT SCMT Sistema Controllo Marcia Treno GSM- R GSM-R Global Switching Mobile - Railway Sicurezza SSC SSC Sistema Supporto alla Condotta TdS ROTABILI AV - SCMT - SSC ERTMS European Railway Traffic Management System Efficientamento e sviluppo ACC Multistazione Apparato Centrale a Calcolatore

38 High Density Traffic System (HDTS): Obiettivi Incremento della capacità di traffico Riutilizzo completo dell attuale SCMT sia per gli impianti che per i locomotori con limitate integrazioni Applicazione a specifiche porzioni di linee/tratte all interno dei grandi nodi salvaguardando l attuale traffico Utilizzo di nuove tecnologie di sicurezza Maggiori prestazioni per SSB upgradati e conseguenti livelli di traffico migliorativi; migliore ergonomia di guida Minori costi (meno di 1/2 per il SST, ¼ per il SSB) rispetto ai sistemi A

39 Incremento della capacità nei nodi HDTS: Introduzione delle sezioni ridotte (450m) TRADIZIONALE Per tutti i treni (anche non attrezzati) Solo per treni Attrezzati HDTS HDTS

40 La tecnologia del HDTS SST Circuiti di binario in audiofrequenza (CdB AF) per la trasmissione a bordo di telegrammi Boe Eurobalise fisse (stessa tecnologia utilizzata per SCMT) posati in prossimità dei giunti elettrici dei CdB AF GEA che gestisce i CdB AF e si interfaccia con gli attuali ACEI oppure SSB integrazione delle funzioni HDTS negli ACC Utilizzo dei SSB SCMT in esercizio con aggiornamenti prevalentemente SW realizzabili in poche ore

41 Controindice Soluzione idonea per SSB SCMT con tachimetro integrato nella MIM (tipo SCMT/SSC BL3). Soluzione idonea per SSB SCMT con tachimetro esterno.

42 7. Rilevamento caduta veicoli su linee ferroviarie RCVL: Rilevatori Caduta Veicoli Ambito di intervento e obiettivi Al fine di ridurre i vincoli normativi riguardanti i cavalca-ferrovia (lato traffico stradale) in ambito AV/AC, è stata programmata da RFI l introduzione dei sistemi di sorveglianza di terra posti sulla sede ferroviaria nelle aree prospicienti gli ingressi/uscite dei manufatti su riportati. Tali sistemi hanno l obiettivo di monitorare eventuali violazioni dei sistemi di contenimento del traffico stradale (muri o parapetti) da parte di veicoli, o delle merci trasportate, che cadendo sulla sede ferroviaria potrebbero causare hazard alla circolazione ferroviaria. Tali sistemi (in SIL4) a tecnologia radar monitorano le aree generando allarmi verso il segnalamento in caso di pericolo. Sono in corso implementazioni per sperimentare due differenti tecnologie radar. Allo stato attuale sono in fase di realizzazione 12 impianti sulla linea AV/AC Milano-Bologna e è in fase di stipula l affidamento di altri 10 impianti sulla linea AV/AC Roma-Napoli

43 Armadio TRX Parabola di ultima generazione 7. INCREMENTO SICUREZZA E REGOLARITA / Passaggi a Livello (PL) Ambito di intervento e obiettivi La razionalizzazione gestionale degli impianti ferroviari prevede, come noto, un progressivo impresenziamento dei posti di servizio della Rete Ferroviaria. Nell ambito quindi di una gestione centralizzata degli impianti (linee in CTC o SCC), risulta maggiormente affidabile l utilizzo di soluzioni tecnologiche automatiche per il controllo della libertà delle aree attrezzate con Passaggi a Livello (PL). Perseguendo perciò tale obiettivo RFI prosegue nella realizzazione e sviluppo di una seconda generazione di sistemi denominati Protezione Automatica Integrativa per Passaggi a Livello (PAI-PL) PL) a maggiore affidabilità e minore impatto realizzativo ed impiantistico che utilizza la tecnologia radar. Tale soluzione va ad aggiungersi all ulteriore obiettivo di sostituzione delle logiche da PL a relè con sistemi computerizzati che oltre a gestire i PAI-PLPL sopra descritti implementano nuovi schemi di principio per aumentare l affidabilità della circolazione e allo stesso tempo diminuire i tempi di attesa lato strada (mezzi stradali, pedoni, etc) Armadio TRX Parabola di prima generazione Armadio MDR Horn