ETCS - výzvy politice, provozovatelům a dodavatelům Ivan Levkov, Rolf Zabel, Michele Mossi Pro zvýšení přitažlivosti přeshraniční železniční dopravy má ETCS a GSM-R vytvořit potřebnou interoperabilitu mezi železničními sítěmi jednotlivých států a společně zvýšit účinnost a efektivitu železničního provozu. Zavedení nové techniky je ovšem velmi nákladné a nepřináší pro každou zemi zvýšení bezpečnosti a kapacity. Rovněž dosud nebylo dosaženo uspokojivého stavu techniky. Článek pojednává, v kontextu s aktuálním rozvojem ETCS v Evropě, o hlavních problémech při zavádění ETCS a řeší otázku, jaká řešení jsou potřebná pro vytvoření nosné migrační strategie (strategie změny) pro politiku a provozovatele. Stav zavádění ETCS a vývojové tendence Myšlenka jednotného evropského systému zabezpečení vlaků se koncepčně vyvíjí od počátku 90. let a od roku 1996 je zakotvena ve směrnici 96/48/ES o interoperabilitě evropského vysokorychlostního systému. V této směrnici jsou rozpracovány technické specifikace pro interoperabilitu (TSI) do šesti dílčích systémů, které zahrnují řízení vlaků, vlakové zabezpečení a signalizaci, provoz, údržbu, infrastrukturu, energii a vozový park. Rozšíření na běžný drážní systém se provádí podle směrnice 2001/16/ES o interoperabilitě konvenčních transevropských železničních systémů. Celoevropská koordinace je začleněna do mnoha grémií - např. UIC - Infrastructure Commission (Komise UIC pro infrastrukturu) a AEIF (Evropské sdružení pro interoperabilitu železnic), konkrétní zavedení přísluší stávajícím správám. V rámci pilotních/testovacích tratí bylo již v roce 2002 vybaveno součástmi ETCS přes 540 km běžných a přes 900 km vysokorychlostních tratí. Současný plán vychází z cca 16 000 km kolejí ve větším počtu evropských drah, které mají být dány do provozu do roku 2008 (obr. l). Země Popis projektu km kolejí s ETCS % z délky sítě Belgie Švýcarsko Rakousko Bulharsko Itálie Maďarsko Úroveň 2 na vysokorychlostní trati Antverpy-hranice Nizozemska a Liége-hranice Německa; Úroveň 1 na zbývající síti, do roku 2008 50 % v provozu Úroveň 2: NBS/ABS Bern-Olten a LBT; Úroveň 1: (lim. superv.) ve zbývající síti, do roku 2008 25 % v provozu Úroveň 1 na celé A-síti, do 2008 60 % v provozu (mj. Vídeň-Budapešť na rakouské straně) Úroveň l: Sofie-Plovdiv-Burgas; Sofie-hranice Srbska; Plovdiv-Svilengrad Úroveň 2 na vysokorychlostních tratích Řím-Neapol, Florencie-Milán, Milán-Turín Úroveň 1 na tratích Vídeň, Budapešť-Bukurešť (420 km); Lublaň-Budapešť (280 km) 2 500 55 2 000 27 1 500 33 1 250 25 1 200 5 860 11 Rumunsko Úroveň 1 na trati hranice Maďarska-Bukurešť-Constanta 700 5
Nizozemsko Úroveň 2 na NBS (HSL jih atd.) 640 10 Francie Úroveň 2 na NBS Paříž-východ 600 5 Německo Úroveň 2 B-H/L a Mannheim-Saarbrücken; Úroveň 1 mezi Cáchami a hranicí Belgie 580 5 Lucembursko Úroveň l na celé síti 420 100 Česká republika Návrh na Úroveň 2 na úseku Berlín-Praha-Vídeň 400 5 Švédsko Úroveň 2 na Botnia line (190 km) 320 5 Velká Británie Cambrian Coast line 220 5 Celkem 16 190 Obr. 1: Přehled plánovaných tratí s technikou ETCS do roku 2008; zdroj UIC Pro naplnění tohoto celoevropského plánu bylo UIC vyčleněno 10 koridorů s celkem více než 30 000 kilometry kolejí - z toho 4 pro vysokorychlostní provoz a 6 koridorů pro běžnou vlakovou dopravu. Z vysokorychlostních koridorů to jsou - koridor 1: Madrid - Paříž/Curych/Milán, - koridor 2: Paříž - Lucemburk/Mannheim/Curych, - koridor 3: Paříž - Londýn/Brusel/Amsterodam/Kolín n. R. a - koridor 4: Curych/Ženeva/Mnichov - Neapol. Pro každý z těchto koridorů jsou spočítány - v závislosti na stávající ovládací a zabezpečovací technice - tzv. "slow" (pomalé) scénáře a "fast migration" (scénáře rychlé změny) pro možné uplatnění ETCS. Pro scénáře "slow migration" s ETCS bylo do roku 2008 vyčleněno 4 600 km kolejí. Náklady na realizaci traťových opatření pro evropský systém zabezpečení vlaků byly podle aktuálního stavu znalostí vyčísleny na 46 000 eur za jeden kilometr koleje. Náklady vybavení infrastruktury všech deseti koridorů činí tedy celkem více než 630 mil. eur, podíl čtyř vysokorychlostních koridorů z toho činí přes 270 mil. eur (Zdroj: UIC, AEIF). Jak ukazuje průzkum UIC z dřívější doby, jsou motivy pro vybavení tratí s ETCS - Úroveň 1 nebo 2 v jednotlivých zemích různé a odrážejí provozní, ekonomické a geografické zvláštnosti jednotlivých drah. Zatímco pro země jako je Anglie a Švédsko, je kritérium "interoperabilita" zastoupeno v argumentaci "za" ETCS velmi slabě, hraje toto kriterium významnou roli v Dánsku, Rakousku, Lucembursku, Španělsku a Švýcarsku. Srovnatelně vysoká je důležitost tohoto kritéria v některých nových zemí EU, jako např. v Polsku, Slovinsku, Maďarsku a Bulharsku. Rozdíly mezi zeměmi se zřetelně projevují též při zvažování dalších kritérií, jako je vysokorychlostní doprava a zvýšení kapacit tratí, bezpečnost a obnovovací investice do ovládací a zabezpečovací techniky, případně vozidlový park. Zatímco "za" argumenty, jako jsou "obnovovací investice do ovládací a zabezpečovací techniky" nebo "provozní bezpečnost" téměř nemají v Německu nebo ve Francii větší význam, hrají tyto motivy u drah v zemích, jako je Bulharsko, Polsko nebo Rumunsko - již s ohledem na zastaralou ovládací a zabezpečovací techniku - důležitou roli.
Pro vybavení systémem ETCS - Úroveň 1 jsou vhodné především tratě se stávajícím stabilním (nepřenosným) návěstním zařízením (obr. 2). To znamená, že nová technika se bude provozovat a udržovat paralelně se starou - teprve tehdy, když budou všechny tratě přezbrojeny, může se stará technika "odpojit". Tato migrační fáze je velmi nákladná a časově náročná. Rešerše DB AG vycházejí pro celoplošné uplatnění v Evropě z celkových nákladů až 8 mld. eur, které by vznikly v časovém rozmezí 20 let. Záměr snížit tyto náklady spočívá v této fázi ve využití tzv. Limited Supervision Mode (omezená technika dozoru ). ETCS Úroveň 1 Limited Supervision (L1 LS) dovoluje odstupňovanou funkčnost, při čemž se každé signální místo "vybaví" takovou bezpečností, jak je nezbytné. Technika "Limited Supervision" bude převzata do normy ETCS pravděpodobně v roce 2006 v rámci pravidelné změny jejího vydání. Vybavení technikou ETCS - Úroveň 2 je vhodné pro tratě a uzly, které dosud nemají obvyklou ovládací a zabezpečovací techniku - tedy pro nově budované tratě vysokorychlostního provozu nebo při rozsáhlých rekonstrukčních opatřeních zastaralé techniky. Dalším důvodem pro ETCS - Úroveň 2 mohou být problémy s úzkými místy ve vysoce frekventovaných uzlech. Podmínkou ovšem je, že všechna vozidla musí být od samého počátku vybavena funkčním zařízením Eurocab. Protože s největší pravděpodobností by vozidla nebyla nasazována výlučně na území s ETCS - Úroveň 2, musely by být schopny provozu i na obvyklých tratích. Souhrnně je nutno zdůraznit, že ETCS - Úroveň 2 je vhodnou na budoucnost orientovanou technikou pro plné využití kapacit ETCS a GSM-R (globálního mobilního radiosystému pro železnici) a jako příprava na stupeň Úroveň 3 (obr. 2). Úroveň ETCS Úroveň 1 / Úroveň 1 /LS Přezkoušení kompletnosti Ne Výměna informací Trať-vlak: v bodech nebo polokontinuálně (u L 1/LS) Úroveň 2 Ne Obousměrná; kontinuálně Vlastnosti ETCS-úrovní Přenosové medium Balisy a Euroloop (u L 1/LS) Balisy a GSM-R Úroveň 3 Ano Obousměrná; kontinuálně Balisy a GSM-R Obr. 2: Podstatné rozdíly mezi různými stupni ETCS Stabilní signální zařízení Traťová zařízení hlášení volné tratě Radioblok Ano Ano Ne Ne Ano Ano Ne Ne Ano Provozovatelé, dopravní politika a technika ETCS - šance a překážky Ze současného hlediska se pro provozovatele - evropské dráhy - rýsují dále uváděné přednosti ETCS. Interoperabilita na transevropských koridorech Některá velká města (kromě jiného Kolín n. R., Brusel, Paříž) jsou mezi sebou propojena vlakovými spoji bez přerušení. Pro zabránění vzniku problémů s trakčními změnami jsou na těchto tratích nasazena drahá vícesystémová vozidla. Pro rozšíření této služby bude mít značnou důležitost spolehlivé vyjasnění dodatečně existující poptávky.
Zvláště pro "malé" provozovatele je závažná otázka výše a naléhavosti užití nepřerušovaného průběhu jízdy vlaku v pohraničních regionech mezi menšími drážními podniky (zeměmi). Snižování nákladů po dobu životnosti ovládací a zabezpečovací techniky Celoevropský jednotný systém řízení vlaků by přispěl k překonávání hranic dnešních národně orientovaných (a chráněných) trhů. Tím by se vytvořily předpoklady pro skutečnou soutěž mezi těmi, kteří systém vyvíjejí. Jako důsledek lze potom očekávat pozitivní podněty pro zásobovací trh (nákup) i efekty úspor ze zvýšené výroby. Zvýšená bezpečnost Přidaná hodnota bude v jednotlivých zemích rozdílná a závisí přirozeně na tom, jaká zabezpečovací technika byla v provozu u dané dráhy před tím. Například se starými nenápadnými systémy kontroly rychlosti lze dosáhnout pouze bodové bezpečnosti, která je ovšem pod úrovní bezpečnosti, které lze docílit prostřednictvím liniového vlakového zabezpečovacího systému (od ETCS - Úroveň 2, ale i u systému LZB). I když je obtížné technicky realizovat, zvláště u vlakových skupin nákladní dopravy, kontrolu vlakové celistvosti na vozidlech, bude to možné již od stupně Úroveň 3. Možnosti zvýšení kapacity Tohoto účinku se dosahuje zkrácením hradlové vzdálenosti (od stupně Úroveň 2). Zatímco u stupně Úroveň 2 se jezdí ještě při běžné blokové vzdálenosti (úsek se signalizací volné koleje), která může být v porovnání k Úroveň 1 kratší, než vzdálenost dvou stanovišť návěstidel, je u stupně Úroveň 3 umožněna jízda v absolutní vzdálenosti brzdné dráhy. Toto kvazi-plynulé uvolnění dopravní cesty přináší od stupně Úroveň 3 rozhodující zvýšení kapacity. Snížení až odstranění investic do stabilních zařízení Shodně s technickou specifikací různých stupňů se dostavuje tento efekt až od stupně Úroveň 3. Od Úroveň 2 jsou stabilní návěstní zařízení, vzhledem k liniovému zabezpečení vlaků na bázi radiového spojení, zapotřebí pouze volitelně jako opakovací stupeň a pro smíšený provoz, nejsou tedy nezbytně nutné. Opravdový skok lze očekávat až od stupně Úroveň 3, při kterém může traťová signalizace volné koleje (stavědla, počítače náprav, kolejové proudové obvody atd.) odpadnout. Uvedené přednosti se ovšem stále ještě zdají být hudbou budoucnosti, ačkoliv dráhy - přinejmenším některé - uznaly ETCS techniku za budoucí řešení mnoha problémů v ovládání a zabezpečení vlaků. Pokud jde o konkrétní realizaci, vytváří postoj drah rozhodujícím způsobem skepse a částečně i odmítnutí - je zřejmě třeba na cestě k provázané přeshraniční dopravě vyřešit ještě některé problémy (obr. 3). Pro problémy ekonomické povahy lze předjímat, že nejdůležitějším důvodem nedostatečného poznání problému, a tím i pro odmítavý postoj, jsou z časti chybějící znalosti o finančních důsledcích nejdůležitějších zdrojů nákladů - v technice i v procesech. Migrační fáze (= fáze změn) - soubor, drahé, není k dispozici standardní řešení
Podpůrná politika EU Investiční politika drah Technické nejasnosti - komerční ohodnocení vlivem neúplného uplatnění ekonomických faktorů velmi znevýhodňující - nejasnosti o výši podpory, chybějící závaznost - chybějící transparentnost pro rozpoznání předností - ztížené plánování přeshraničních koridorů - nejasnosti o potřebě reinvestic pro ovládací a zabezpečovací techniku - potřeba sladění (dodavatelé, dráhy) - standardizovaná datová výměna - interoperabilita procesů Obr. 3: Hlavní oblasti problémů ve spojitosti se zaváděním techniky ETCS V argumentaci "pro" ETCS techniku nebo "proti" ní chybí, z dnešního pohledu, obecný podklad pro rozhodování. Pro takovou pomoc je ovšem nezbytně nutné mít soubor nástrojů pro sestavení migračních strategií, které obstojí. Migrační strategie určuje - zjednodušeně řečeno - na kterých tratích a v jakém období má být stará a nová technika provozována souběžně. Přechod na novou techniku je nákladný a je velmi závislý na stávajících scénářích. A protože nelze tratě s ETCS provozovat izolovaně od ostatních tratí a technik, platí u těchto strategií zásada, že musí být možné transparentně ukázat a analyzovat dalekosáhlé důsledky změn provozní a ekonomické povahy. V této souvislosti je možno konstatovat, že poptávka po vhodném souboru nástrojů, které mohou zabezpečit žádanou transparentnost různých migračních scénářů, skutečně existuje. Takové nástroje musí mít mnoho možností seřízení tak, aby se mohly zobrazit i individuální scénáře. Na tomto základě je možno provádět variantní srovnání setrvávání staré techniky s novou, což je možno uplatnit jako podklad pro jistou podpůrnou politiku EU. Proto tyto postupy a nástroje užívají jak dráhy, tak rozhodující finanční a povolovací úřady. Fundované prognózy reálné potřeby obnovovacích investic do zařízení ovládací a zabezpečovací techniky jsou rozhodujícími faktory a hnací silou v argumentech pro a proti ETCS. K tomu jsou třeba podložené znalosti stavu zařízení a technologicky nutných obnovovacích cyklů. Zkušenost ovšem ukazuje, že objem těchto investic se často nedoceňuje a kritický okamžik se podcení - jinými slovy vychází se z nereálného pokračování scénáře status quo. Je to též způsobeno, kromě jiného, skutečností, že technická zařízení ovládací a zabezpečovací techniky nemají ostré hranice životnosti a na mnoha místech jsou v provozu daleko za v projektu specifikovanou a zařízení odpovídající životností. Další významný problém představují technické a provozní specifikace, které mají být akceptovány všemi drahami. Základní technické principy a funkce byly podchyceny skupinou ERTMS Users Group (skupinou uživatelů evropského systému řízení železničního provozu) a Sdružením průmyslu železničních signálních zařízení UNISIG ve specifikacích požadavků systému. Nejdůležitějším úkolem bude shromáždit zkušenosti provozovatelů a dodavatelů z dosavadních ojedinělých pilotních pokusů co do funkčnosti a RAMS (spolehlivost, dostupnost, udržovatelnost, bezpečnost) a zapojit je do technického vývoje pro komerční provoz. Výhled V celé Evropě se stará více než 15 (!) různých a pouze částečně kompatibilních systémů zabezpečení a řízení vlaků o ztrátu účinnosti a image přeshraniční železniční dopravy
a též o vysoké provozní náklady. Technika ETCS sleduje prostřednictvím dosažení všeobecné kompatibility ctižádostivé cíle - snížení nákladů při provozu a údržbě stabilních signálních zařízení, - odstranění velkého počtu národních vlakových zabezpečovacích systémů ve vysokorychlostní dopravě (interoperabilita) a - zvýšení bezpečnosti, kapacity zařízení a rychlosti tratí. Rozhodující roli ve spolehlivé orientaci v ETCS politice drah hrají migrační strategie (strategie změn) z hlediska nákladů životního cyklu (LCS). K tomu je výhodný a nezbytný postup, který - simuluje a srovnává různé migrační strategie (tedy pokud jde o traťovou infrastrukturu, vozidla, radiové spojení, časové horizonty, důsledky pro síť atd.), - propočítá transparentně náklady na migraci a - dokáže optimalizovat plánovací procesy. Takové postupy na jedné straně podporují dráhy při optimalizaci strategií ETCS v celé zemi. Na druhou stranu jsou tyto postupy nepostradatelné i pro podpůrnou politiku EU, neboť poskytují možnost jednotlivé stavební kameny, vztahující se k určité zemi, přepočítat do celoevropské konstrukce. Pro nalezení stability patřičných předpokladů v různých scénářích je nutno provádět vysoce citlivé (senzitivní) analýzy. Musí přitom proběhnout tyto důležité stupně: Prognózy reálné potřeby obnovovacích investic do stávající ovládací a zabezpečovací techniky Jde o to nejdříve zjistit skutečný objem potřebných obnovovacích investic pro budoucí dostatečně dlouhý časový úsek - z hlediska nákladů životního cyklu. Je třeba rovněž zjistit náklady na údržbu stárnoucí ovládací a zabezpečovací techniky a rozpoznat problémy s kompatibilitou staré a nové techniky, které lze očekávat, a kvantifikovat jejich důsledky na řízení provozu. Rizikovým faktorem u setrvávání u staré techniky je, vedle problému s kompatibilitou, zvláště zásobování náhradními díly. Ačkoliv jsou zařízení ovládací a zabezpečovací techniky často provozována i za hranicí své projektované životnosti, neměla by se přeceňovat jejich přetížitelnost. Strategie počkáme a uvidíme, tj. ignorování následků procesů (pře)stárnutí, by mohla vést ke zhroucení systému s těžkými následky. Zjištění investičních a provozních nákladů ETCS Investiční a provozní náklady techniky ETCS je nutno pečlivě zjišťovat u všech jejich nositelů (infrastruktura, vozidlový park, zajišťování radiového spojení, zapojení do stávajícího prostředí atd.). Důležitými součástmi tohoto zjišťování jsou hlediska RAMS (spolehlivost, dostupnost, udržovatelnost, bezpečnost), analýza rizika a rizikový management.
Porovnání a rozhodnutí Náklady po dobu životnosti staré a nové techniky je nutno vzájemně porovnat. Důležitý bod v úvahách by měly přestavovat efekty centralizace a automatizace řízení provozu, které se dostaví s novou ovládací a zabezpečovací technikou. Pro daný případ je třeba rozlišovat, jak dalece budou vyšší kapitálové náklady na novou techniku vyváženy a odůvodněny sníženými náklady řízení provozu. Autoři článku patří do inženýrského společenství tří firem, které bylo pověřeno na konci roku 2004 společností Alp Transit Gotthard AG (ATG) plnou mocí pro vypsání veřejné soutěže na zabezpečovací a automatizační zařízení v Gotthardském patním tunelu podle standardu ETCS - Úroveň 2, pro sledování metod opatřování zařízení a pro vyhodnocování nabídek. Jako mimořádnou výzvu tohoto pověření je třeba vyzdvihnout - vedle technicky neprobádaných oblastí, vystupujících na mnoha místech - komplexnost projektu, neboť se zprovozňováním takto dlouhé jednostopé tunelové roury nejsou prostě v současné době k dispozici žádné rozsáhlejší zkušenosti. Při velice dlouhé době plánování a realizace podléhá projekt dále některým rizika přinášejícím vlivům, např. rizikům z technologických změn nebo z oblasti, důležité pro povolovací řízení. Inženýrské společenství Projektoví inženýři pro bezpečnost a automatizaci (IG - PISA) je složeno ze tří partnerů: Emch + Berger AG Bern, ELBAS Schweiz AG a GESTE Engineering SA Lausanne, kteří mají dalekosáhlé zkušenosti v plánování a řízení komplexních projektů drážní techniky z řady náročných projektů ve Švýcarsku a Evropě. IG - PISA dokáže podporovat provozovatele, dodavatele a dozorčí orgány na národní úrovni, ale i na úrovni Evropské unie, ve fázi návrhu a strategie změn, při vypisování veřejných soutěží, vyhotovení a umístění technických zařízení a při jejich uvádění do provozu ve smyslu shora uvedené analýzy a doporučení. Praktická zkušenost z blízkosti staveniště zajišťuje zvládnutí rizik projektu a dodržení kvalitativních, časových a nákladových požadavků stavebníků. Název originálu: ETCS - Herausforderungen an Politik, Betreiber und Lieferanten Zdroj: EI - Eisenbahningenieur (56), 4/2005, s. 5-9 Překlad: Jiří Mencl Korektura: ODIS