«Metodi analitici e modelli di simulazione per la valutazione d innovazioni operative e tecnologie nei terminali ferroviari merci»

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1 «Metodi analitici e modelli di simulazione per la valutazione d innovazioni operative e tecnologie nei terminali ferroviari merci» Marco Antognoli 1, Luigi Capodilupo 1, Juergen Karl 2, Barbara B. Müeller 2, Salvador Furiò Pruñonosa 3, Gabriele Malavasi 1, Cristiano Marinacci 1, Stefano Ricci 1, Luca Rizzetto 1, Jens Schneberger 2, Micael Thunborg 4, Eros Tombesi 1 1 SAPIENZA Università di Roma DICEA Area Trasporti 2 DB Deutsche Umschlaggesellschaft Schiene - Straße (DUSS) 3 VPF - Valenciaport Foundation 4 TRV Trafikverket

2 Sommario Introduzione Capacity for Rail (C4R) Metodi analitici e modelli simulativi Le innovazioni proposte e gli scenari Casi di studio e principali risultati Conclusioni

3 Introduzione Obiettivi del Libro Bianco Europeo sui Trasporti 2011 e dell ERRAC (European Rail Research Advisory Council) di medio e lungo termine: il 30% del trasporto merci su gomma dovrebbe passare ad altri modi di trasporto come la ferrovia e le vie navigabili interne entro il 2030 e più del 50% entro il 2050; realizzare una rete di corridoi di trasporto, pienamente funzionale ed estesa in tutta l UE, entro il 2030, con una rete ad alta capacità di elevata qualità entro il 2050 e una serie corrispondente di servizi di informazione; stabilire il quadro per un informazione europea sui trasporti multimodali, il sistema di gestione e pagamento, sia per i passeggeri che per le merci entro il 2020.

4 Capacity for Rail (C4R) Capacity4Rail è un progetto della Comunità Europea partito nel 2013 della durata di 4 anni che vede il coinvolgimento di 46 partner. Scopo del progetto C4R è: fornire soluzioni innovative per la ferrovia del futuro per conseguire una maggiore efficienza delle ferrovie europee e un elevato livello di capacità e disponibilità del sistema; creare delle basi per lo sviluppo di sistemi ferroviari completamente integrati per il trasporto di passeggeri e merci al fine di contribuire al raggiungimento degli obiettivi posti dalla Commissione Europea per il 2030 e il 2050.

5 Capacity for Rail (C4R) SP 2 Il progetto è stato suddiviso in 5 Sub Project (SP) costituiti ciascuno di differenti Work Package (WP) Il DICEA partecipa al SP 2 New concepts for efficient freight systems ed è leader del WP 2.3 Co-modal transhipment and interchange/logistics Obiettivo principale del SP 2 è quello di ottenere un miglioramento della capacità complessiva del trasporto ferroviario delle merci del 5-10% a fine progetto, del 20% entro il 2020 e del 50% entro il 2030

6 Capacity for Rail (C4R) WP 2.3 DICEA + 8 partner: DB (DUSS) NR VPF IK KTH UNEW TRV UIC Attività del WP 2.3: proposta di metodi e modelli per la valutazione dei terminali e delle innovazioni; selezione delle innovazioni per diverse tipologie di terminali; elaborazione di scenari per i terminali del futuro; costruzione di indicatori di performance; applicazione del quadro metodologico ai casi di studio identificati; illustrazione dei risultati e confronto con gli scenari attuali.

7 Quadro metodologico Lo studio si basa su due diverse metodologie di valutazione delle prestazioni degli impianti: metodi analitici basati su combinazioni di algoritmi (teoria delle code, ecc.); modelli di microsimulazione ad eventi discreti.

8 Metodi analitici per i terminali intermodali TTR = i WT i + OT i i WP i Fase di attesa OP i Fase operativa WP 1 Attesa per l ingresso al terminal OP 1 Movimento di ingresso WP 2 Attesa per il check-in OP 2 Operazioni di check-in WP 3 Attesa per il primo trasferimento dell unità carico OP 3 Primo trasferimento dell unità di carico WP 4 Attesa per il secondo trasferimento dell unità carico OP 4 Secondo trasferimento dell unità carico WP 5 Attesa per il check-out OP 5 Operazioni di check-out WP 6 Attesa per l uscita dal terminal OP 6 Movimento di uscita

9 Metodi analitici per le stazioni di smistamento t mtw = i t i con i = (1, 2, 11) Fase Perditempo nel fascio arrivi Tempo di preparazione del lancio Tempo medio di lancio Tempo medio di attesa prima del lancio Tempo medio di attesa per interruzione Tempo di marcia Tempo di sosta nel fascio direzioni Perditempo nel fascio direzioni Tempo di preparazione nel fascio direzioni Tempo di trasferimento dal fascio direzioni al fascio partenze Tempo di attesa nel fascio partenze t i t a1 t a2 t o3 t a4 t a5 t o6 t a7 t a8 t a9 t o10 t a11

10 Modelli simulativi I modelli per la simulazione dei casi di studio e per la valutazione dei differenti scenari sono stati costruiti con il supporto del software Planimate. Il software Planimate permette la costruzione di modelli di micro simulazione ad eventi discreti. Proprietà dinamiche: 1) si verifica un evento non appena tutte le pre-condizioni sono abilitate; 2) il verificarsi di un evento disattiva le pre-condizioni e abilita le post-condizioni.

11 Le innovazioni proposte: impianti intermodali Trasferimento Unità Di Carico Standard Comune Cambiamento di sistema Modalità Diretta e indiretta Completamente diretta Mezzi per la movimentazione delle unità di carico (UC) Sistemi di ausilio per il posizionamento e la presa Sistemi di presa per il trasferimento verticale Gru a portale, reach stacker o forklift Manuale o manuale con l ausilio di tecnologie per il posizionamento Spreader con twistlock, spreader con grapple arms o spreader misto (grapple arms e twistlock) Mezzi Gru veloci e automatiche per il trasferimento verticale Tecnologie automatiche per il trasferimento orizzontale di UC in parallelo Completamente automatizzato Intermodal complex spreader (presa multipla delle UC) Lunghezza dei treni m m N. di unità di carico (per treno) Fino a 170 Le innovazioni proposte sono il risultato del WP 2.1 «SoA, traffic concepts and rail freight technologies», successivamente combinate per la creazione degli scenari da valutare. Locomotiva Controllo documenti (veicoli e unità di carico) Treni Elettrica -> Diesel Accesso al Terminal Manuale o manuale con l ausilio di tecnologie Lento con cambio locomotiva Operatività del Terminal Locomotiva a doppia propulsione Completamente automatizzato Veloce senza cambio di locomotiva Orario di funzionamento Minore di 24h Operativo 24h

12 Le innovazioni proposte: stazioni di smistamento Carri Trasferimento Mezzi Standard Comune Carri lanciati dalla sella di lancio e frenati con appositi freni di binario Cambiamento di sistema Carri con freni automatici a bordo Aggancio e sgancio automatico Accoppiamento / Disaccoppiamento locomotiva e carri manuale Mezzi Accoppiamento / Disaccoppiamento locomotiva e carri automatico Lunghezza dei treni m m Carri Carri trainati Carri semoventi Locomotiva Elettrica -> Diesel Locomotiva a doppia propulsione Condotta da un macchinista Locomotiva automatica Accesso al Terminal Controllo documenti (veicoli e unità di carico) Manuale o manuale con l ausilio di tecnologie Operatività del Terminal Completamente automatizzato Orario di funzionamento Minore di 24h Operativo 24h

13 Gli scenari: terminali intermodali SCENARIO 1 SCENARIO 2 MISURE OPERATIVE INNOVATIVE Movimentazione più veloce e completamente diretta Controllo di UC / veicoli e scambio documenti automatico Senza cambio di locomotiva Treno lungo Terminale operativo 24h Movimentazione orizzontale e in parallelo Movimentazione più veloce e completamente diretta (*) Controllo di UC / veicoli e scambio documenti automatico Senza cambio di locomotiva Treno lungo Terminale operativo 24h TECNOLOGIE INNOVATIVE Transtainer veloce automatizzata Intermodal complex spreader Locomotiva con doppia propulsione Ingresso automatizzato Sistemi automatici per la movimentazione orizzontale ed in parallelo (*) Locomotiva con doppia propulsione Ingresso automatizzato (*): solo per il terminale ferro strada

14 Gli scenari: stazioni di smistamento MISURE OPERATIVE INNOVATIVE TECNOLOGIE INNOVATIVE SCENARIO 1 Controllo dei carri e scambio documenti automatico Treno lungo Terminale operativo 24h Freni automatici sui carri Carri semoventi Accoppiamento e disaccoppiamento automatico SCENARIO 2 Controllo dei carri e scambio documenti automatico Treno lungo Terminale operativo 24h Locomotiva automatica Freni automatici sui carri Locomotiva con doppia propulsione Accoppiamento e disaccoppiamento automatico

15 Caso di studio: Valencia Terminale intermodale ferro - mare Area totale: m 2 Area di carico / scarico con 4 binari + 1 asta di manovra Binari elettrificati fino all area di carico / scarico 2 vie di accesso stradali per il terminal ferroviario 2 aree di stoccaggio di e m 2

16 Container / h Utilisation rate TTR [h] TTR [h] Principali risultati (Valencia) Tempo di transito totale della UC (metodo analitico) Train-Ship Ship-Train Tempo di transito totale del veicolo (metodo analitico) Ship Train State of art Scenario 1 Scenario 2 State of art Scenario 1 Scenario Prestazioni dell equipaggiamento (metodo simulativo) Portainer Reach stacker RTG Horizontal Handling 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 Tasso di utilizzo del sistema (metodo simulativo) Ship State of art Scenario 1 Scenario 2 Train State of art Scenario 1 Scenario 2

17 Commento ai risultati (Valencia) L applicazione dei metodi ha permesso di ottenere i seguenti risultati: riduzioni non trascurabili del tempo totale di transito delle unità di carico entranti su treno ed uscenti per nave, 10% in S1 e 5% in S2; per le unità di carico entranti su nave ed uscenti su treno, il TTR si riduce del 31% in S1 e 25% in S2; rilevanti riduzioni si riscontrano nel tempo di transito dei veicoli, 33% in S1 e 44% in S2 per le navi, 50% in S1 e 80% in S2 per i treni; forte incremento nelle potenzialità delle nuove tecnologie per il trasferimento della merce in termini di numero di unità di carico movimentate durante un ora, 78% in S1 e 246% in S2; incremento rilevante del tasso di utilizzo delle navi fino al 32% in entrambi gli scenari, 13% in S1 e 16% in S2 per i treni.

18 Caso di studio: Munich Riem Terminale intermodale ferro - strada 5 binari per sosta e manovra 3 moduli operativi 6 corsie stradali 14 binari sotto gru (700 m) 8 corsie di stoccaggio 6 gru tipo RMG

19 Container / h Utilisation rate TTR [h] TTR [h] Principali risultati (Munich Riem) 4 3,5 3 Tempo di transito totale della UC (metodo analitico) 4 Tempo di transito totale del veicolo (metodo analitico) 2, , ,5 0 Truck - Train State of art Scenario 1 Scenario 2 Train - Truck 1 0 Truck State of art Scenario 1 Scenario 2 Train Prestazioni dell equipaggiamento (metodo simulativo) 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 Tasso di utilizzo del sistema (metodo simulativo) Truck Train 20 State of art Scenario 1 Scenario 2 0 State of art Scenario 1 Scenario 2

20 Commento ai risultati (Munich Riem) L applicazione dei metodi ha permesso di ottenere i seguenti risultati: riduzione rilevante del tempo totale di transito dell unità di carico entrante su treno ed uscente su camion, 28% in S1 e 60% in S2; riduzione del tempo di transito del treno del 60% in S2 rispetto allo stato attuale; forte incremento delle potenzialità delle nuove tecnologie per il trasferimento della merce in termini di numero di unità di carico movimentate durante un ora, 411% in S1 e 647% in S2. incremento del tasso di utilizzo del sistema, 74% in S1 e 71% in S2 per i camion.

21 Caso di studio: Hallsberg Stazione di smistamento Fascio arrivi: 8 binari ( m) Doppia sella di lancio Fascio direzioni: 32 binari ( m) Fascio partenze: 12 binari ( m)

22 Wagons / h Wagons tmtt [h] Utilisation rate Principali risultati (Hallsberg) 4,6 4,55 4,5 4,45 4,4 4,35 Tempo medio di transito del carro (metodo simulativo) 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 Tasso di utilizzo dei binari (metodo simulativo) Arrival sidings Direction sidings Departure sidings State of art Scenario 1 Scenario State of art Scenario 1 Scenario 2 Massimo flusso attraverso la stazione (metodo analitico) State of art Scenario 1 Scenario Numero medio di carri nella stazione (metodo analitico) State of art Scenario 1 Scenario 2

23 Commento ai risultati (Hallsberg) L applicazione dei metodi ha permesso di ottenere i seguenti risultati: riduzione trascurabile nel tempo di transito dei vagoni, 1% in S1 e 2% in S2; aumento rilevante dei flussi attraverso la stazione, 25% in S1 e 75% in S2; aumento del tasso di utilizzo dei binari, 48 % in entrambi i nuovi scenari; aumento rilevante del numero di carri contemporaneamente presenti nell impianto, 50% in S1 e 48% in S2; riduzione degli intervalli di interruzione dovuti ai guasti grazie alla rimozione dei freni di binario in entrambi gli scenari.

24 Conclusioni L Europa va verso un incremento del mercato produttivo che necessita di una catena logistica in grado di supportarlo. I terminali di scambio delle merci tra diverse modalità di trasporto dovranno essere in grado di assorbire un incremento di volumi di traffico. Innovazioni tecnologiche ed operative saranno necessarie per migliorare le prestazioni dei terminali. Gli output dimostrano come le innovazioni possano incrementare le prestazioni generali di un terminale, permettendo un aumento dei flussi, conseguente ad una riduzione delle tempistiche delle varie fasi operative.

25 Grazie per l attenzione! E. Tombesi (eros.tombesi@uniroma1.it) L. Capodilupo (luigi.capodilupo@uniroma1.it)