Az elmúlt évtizedekben a vasút ismét bizonyította, hogy innovatív rendszer. Nagy elvárásoknak tudott megfelelni. A Francia Vasutak (SNCF) 1955. évi 331 km/h-s sebességi világrekord elérése után szinte használhatatlan vált a vágány (1. ábra), míg a 2007. évi 574,8 km/h-s SNCF világrekord menet után a pálya a szabályszerű üzemnek egyszerűen átadható volt.

A két esemény között a vágányépítés és karbantartás területén olyan fejlesztések valósultak meg, amelyek Ausztriát az élvonalba emelték. Ahogyan az a sikerekből gyakran következik, új problémák is felmerültek. A magas sebességek szigorú mérethatárokhoz vezetnek, és jelentős a karbantartási igény. A Tokió–Oszaka vonal 2000. évi menetrendjét szemlélve, csak egyetlen órára vonatkozó részt megjelenítve (2. ábra), kiderül az új gond: a pálya rendelkezésre állásának és karbantarthatóságának ellentéte.
A másik kihívás a vasút számára a nagy tömegű teherszállítás. Az Egyesült Államok legterheltebb vonalain évente 450 millió bruttótonna a szállítási teljesítmény. Ez csak nagy tengelyterhelésű (max. 40 t) és nagyon hosszú (4 km és hosszabb) szerelvényekkel lehetséges. Ilyen nagy teljesítményű vasutak az USA mellett egyebek között Dél-Afrikában, Ausztráliában, Dél-Amerikában és Kínában vannak, ahol főleg vasúton szállítják az ércet a kikötőkbe. A nagyon magas tengelyterhek miatt a vágány állapota gyorsan romlik, ezzel együtt jár a magas karbantartási igény, s ez a rendelkezésre állás és a karbantarthatóság már említett ellentmondásához vezet. Ez Ausztriában is súlyos gondja a vasúti rendszernek, pedig ott nincs szó sem a legnagyobb sebességekről, sem a legnehezebb tengelyterhekről, mivel Ausztriában és szinte egész Európában a vegyes forgalom a meghatározó. Ezeken a személy- és a teherforgalom által egyaránt használt vágányokon napközben a személyforgalom élvez elsőbbséget, míg éjjel a teherforgalom. Egyedül Ausztriában kereken 6500 szerelvény közlekedik naponta a szűk kapacitásúnak bizonyuló hálózaton, ismételten a rendelkezésre állás és a karbantarthatóság problémáját felvetve.
A vasúti pálya fenntarthatósága több mint modern jelszó, a fenntarthatóság az egyetlen lehetséges válasz az aktuális kihívásokra.
A felépítmény területén, amelyről e cikk szól, a fenntarthatóság csak úgy fokozható, s ezt tudnunk kell, ha a vágány viselkedésének minőségét javítjuk. Az emiatt szükséges műszaki megoldások megkövetelik a feltételek gazdaságossági értékelését, aminek a vasútra jellemző hosszú használati idő miatt az élettartamköltségeken kell alapulnia. S itt bezárul a kör, mivel az élettartamköltségek becslése szükségessé teszi a vágány viselkedésének prognosztizálását.
Az osztrák kormányprogramban a vasút részére irányelv a fenntarthatóság alapú szemlélet, és az ÖBB célkitűzései között is ez szerepel: „…fenntartható vasúti rendszer … az előírt minőségen…”. Tehát a kimondott cél az előírt minőség. A minőség a fenntarthatóság előfeltétele, az előírt minőség előfeltétele a gazdaságilag optimális fenntarthatóságnak, amivel megmutatkozik a műszaki és a gazdasági optimum kettőssége. Philip B. Crosby jegyezte meg a minőségről: „A minőség az embereknél kezdődik, s nem a dolgoknál. Ha valaki változást akar elérni, mindenekelőtt a közreműködők belső beállítottságát kell célba vennie.” Ezt én a tanulásra való felszólításnak vélem mind az egyetemi oktatásban, mind a vasút továbbképzéseiben. John Ruskin, a közgazdaságtan első oxfordi professzora írta: „A minőség nem véletlen. Az mindig a gondolkodó erőfeszítés eredménye.” A Crosby-idézet felszólítás volt a tanulásra, a Ruskin-idézet pedig a kutatásra.

Amennyiben a minőség döntő tényező a fenntarthatóság javítása érdekében, akkor meghatározandó, hogy milyen minőségre gondolunk, és azt hogyan tudjuk leírni. Mindenekelőtt ki kell jelenteni, hogy az alábbiakban tárgyalandó minőségek jelentősen a biztonsági határértékek felett állnak. Ha elérjük a biztonság szempontjából releváns értéket, már semmiféle tervezés és azzal együtt optimalizálás nem lehetséges, csupán a helyzetre reagálhatunk. A minőség egyetlen értékkel történő leírása ugyanúgy kizárható. A minőség változásának, a trendnek az ismerete nélkül egyetlen számmal, bármily sokatmondó is az, semmi nem jellemezhető. Amennyiben a minőség nem túl jó, de alig változik, az azt igazolja, hogy nem kell beavatkozni. Másfelől lehet jobb egy minőség, de ha erőteljesen romlik, akkor a beavatkozás szükséges, hogy a túl nagy, nehezen elhárítható hibát kiküszöbölhessük.
Annak a kutatásnak a szemlélete, amely a Vasútügyi és Közlekedésgazdasági Intézetnél (Institut für Eisenbahnwesen und Verkehrswirtschaft) folyik, és amely már visszaigazolást is nyert, nagyon egyszerű pályamesteri tapasztalaton, a vasúti vágányt érintő általános megfigyelésen alapul: „A jó minőségű vágány jól viselkedik, a rossz minőségű gyorsabban romlik.” Ez a mondat – értelmének megváltoztatása nélkül – így alakítható át: „A romlás sebessége az aktuális állapottól függ.” Ez a kijelentés egy matematikus számára a dQ/Q = C differenciálegyenlet szóbeli megfogalmazását jelenti , amely egyszerűen megoldható: Q(t)=Q0*ebt ahol Q0 a kiindulási minőség, b a romlási ráta és t az idő.
Ezt a tapasztalatot és azzal együtt a matematikai formulát Magyarországon fogalmazták meg először, futásdinamikai alapon levezetve: adott egy fekvésgeometriai hiba, az ezen át történő futás többlet dinamikus erőket ébreszt, amelyek növelik a hiba nagyságát.
Ez az egyenlet a műszaki összefüggések és gazdasági kihatásuk kettősségét tükrözi vissza. A Q0 a kiinduló minőség és azzal a beruházás, illetve a karbantartás utáni helyzet, míg az ebt kifejezéssel a minőség romlása és azzal a karbantartási szükségesség írható le. Gondoljunk a költségekre a minőség helyett, s az egyenlet magában foglalja mind a beruházás, mind a karbantartás költségét és ezáltal az élettartamköltséget.
A menetrendvezérelt vasúti rendszerben az életciklusköltségek között az ún. üzemzavarási költségeket is figyelembe kell venni, amelyek abból adódnak, hogy a vágányszabályozó nagygépek akadályozzák a menetrendszerű vasúti forgalmat, s ennek többlet üzemi költségei vannak. A „viselkedés minősége” fogalom a pályafenntartási stratégia műszaki jellegzetességét világítja meg, míg az „életciklusköltség” (LCC) fogalma a hozzá tartozó gazdasági következményeket, amivel a mindkét területről együttes szabályozást adó LCC értékelés optimális pályafenntartási stratégia megalkotását teszi lehetővé.
Az egyenletben kifejezett szigorú összefüggés a beruházás és a karbantartás között műszakilag nem adható meg. Az élettartamköltség vizsgálatával a beruházás, a karbantartás és az élettartam között új összefüggések fedezhetők fel. A beruházás kiindulási minőséget hoz létre, nem tud élettartamot produkálni, csupán lehetőséget teremt arra. Csak a karbantartás tudja a kiinduló minőséget élettartammá alakítani, megvalósítva azzal a beruházás adta lehetőséget. Mi célt szolgál most ez a tipikus akadémikus szójáték? Ez a megfogalmazás egyrészről mindkét terület számára világossá teszi a feladatokat, másrészt megmutatja összefüggésüket. Kézenfekvő, hogy a nem elégséges karbantartás csökkenti az élettartamot, és egyúttal az alapvetően ésszerű beruházást leértékeli.

A Vasútügyi és Közlekedésgazdasági Intézet ÖBB-vel közösen végzett eddigi munkája során kidolgozott egy olyan adatbankot, amelyben az osztrák hálózat kereken 4100 km-nyi fővágányának adatai szerepelnek, s ami a legfontosabb vonalakat foglalja magába (3. ábra).

A vágány geometriai minőségét 5,0 m-enként dokumentálták a fekszint szórására és az ún. nagygépi szabályozási mutatószámra (MDZ-Ziffer) alkotott, 100 m hosszra vonatkozó csúszó átlag segítségével. Az adatbankban a következő adatok szerepelnek még: a felépítmény rendszere, az építés időpontja, az időközben megtörtént karbantartási beavatkozások és a forgalmi terhelés. Ezek az információk 13 évre visszamenően állnak rendelkezésre. Így a hálózat egy adott helyét illetően a vágányminőség viselkedése jellemző időszakra vonatkozóan bemutatható. A 4. ábrán látható pontok a mérőkocsi ada­taiból számított minősítő számokat je­lentik, s a korábbiakban közölt exponen­ci­ális függvény a pontokra illesztett regressziós görbeként adódik.

Az ilyen adatbankoknál felmerül a kérdés: elegendő számú-e az adatmennyiség, vagy már túl sok? A feleletek a következők: Nem, nincs elég adat az adatbankban, főleg az alépítményre vonatkozóan. Természetesen másfelől pedig túl sok adat van felvéve. Azonban a fő kérdés így hangzik: az adatbankból nyilvánvalónak tűnő összefüggések felismerhetők-e? Válaszoljuk meg ezt az óvatos „majdnem mindig” kifejezéssel. Egyes esetekben azonban meglepőek az adatok, s ilyenkor hangsúlyozni kell, hogy ezek a meglepetések eddig mindig tisztázhatóak voltak, de nem a képernyőn, hanem a helyszínen, a vágányban.
Lássunk egy példát: A vágány fekvése a vágánymérési adatok szerint kitűnő. Mégis elvégezték az ágyazatrostálást (5. ábra, kék vonal), mely után a vágánygeometria minősége gyorsan romlani kezdett. A rostálógépek gyártóinak nem kell nyugtalankodniuk, a vágánygeometria minőségének romlását nem a gép munkája okozta, sőt a gép bevetése feltétlenül szükséges és hasznos volt. Akkor mégis mi történt?

A rostálás előtti utolsó mérés és a rostálás között kőomlás zúdult a vágányra. Ezért kellett a kőomlás eltávolítása után az ágyazatot rostálni. Azonban a vízelvezetés helyreállítására nem fordítottak kellő figyelmet. A rostálás utáni gyors vágánygeometriai romlást a feltöltődött árkokban felgyülemlett felületi víz okozhatta. A példa rámutat arra, hogy a megszokott eljárással elvégzett soktényezős elemzés eredménye a gyakorlatba nem mindig ültethető át. Továbbá kitűnik a víztelenítés fontossága is.
A vágány élettartamköltség-összetevői­nek elemzései azt mutatják, hogy az értékcsökkenés, tehát az állandó költségek a forgalmi terheléstől függően az átlagos éves költségek 50-65%-át adják, az üzemzavarási költségek nagyon nagy terhelésű pályákon a karbantartási költségeket kismértékben meg is haladhatják, míg a kis terhelésű pályákon többnyire irrelevánsak.

A 6. ábra a vágány ideális viselkedését mutatja. A beruházás után romlik a geometriai minőség, amely a karbantartási intézkedések hatására javul, anélkül, hogy a kiinduló minőséget ismét elérné. Egy adott időszak után a kritikusnak definiált állapot kialakulása már nem akadályozható meg, a felújítás szükségessé válik. A felépítmény ezen életciklusából adódik az élettartamköltség már statisztikailag leírt felosztása (piros: teljes éves költség, zöld: értékcsökkenés, kék: üzemzavarási költség, narancs: karbantartási költségek), s abban a pályafelügyelet költségeit nem vették figyelembe. Nagy forgalmi terhelésű fővonalakra vonatkozóan a kiindulási minőség (beruházási stratégia), illetve a különböző karbantartási változatok hatását kiértékelve megmutatkozik a magas minőségre alapozott stratégia alkalmazásának szükségessége.
1. változat: a kiinduló minőség enyhe csökkentése. Az alacsony minőségi szint – a megfelelő karbantartás ellenére – csökkenti az élettartamot, s emiatt az élet­ciklusköltség nő (7. ábra).

2. változat: lemondás a műszakilag szükséges alépítmény-felújításról. Egy olyan vágány, amely nem kielégítő teherbírású alépítményen fekszik, már a kezdeti süllyedések után rossz minőséget mutat, és erőteljes forgalmi igénybevétel esetén romlása nagyon gyors lesz, így gyakori karbantartási beavatkozásokat kíván, és a legrosszabb esetben csupán 50%-át éri el a jó alépítményen fekvő vágány szokásos élettartamának. Az élettartamköltségek ilyen esetekben a jó alépítményű vágány költségeinek kilencszeresére (!) emelkedhetnek (8. ábra).
3. változat: az élettartam növelése lassújelek megtűrésével. Bár ezzel a stratégiával az élettartam növelhető, ami által az értékcsökkenési leírás mérsékelhető, mégis ezt a pozitív hatást a törzshálózaton az erőteljesen emelkedő üzemzavarási költségek kioltják (9. ábra).

4. változat: a karbantartás csökkentése. Ez a stratégia egyrészt gyors megtakarításokat eredményez, másrészt rövidíti az élettartamot, és azzal növeli az élettartamköltségeket (10. ábra).
Valamennyi példa bemutatja a negatív következményeket és az eltérő megoldások növekvő élettartamköltségeit, amelyek a rövid távú megtakarítások mellett a minőség romlását okozzák. Mit lehet ezekből a példákból tanulni?

1. A vágány túlságosan „türelmes”, nem reagál azonnal az elégtelen mértékű gondozásra.

2. A vágánynak azonban hatalmas az „emlékezőtehetsége”. Megjegyzi a nem kielégítő gondozást.

3. És amikor a vágány reagál, akkor a további beavatkozás szempontjából már túl késő…

A vágány viselkedésének bemutatásához engedjenek meg egy példát (11. ábra). Ennek az elefántnak a tulajdonságait nem lehet megváltoztatni, s ezt tudomásul kell venni. Ezért a felhívás így szól a közlekedéspolitikusoknak: ne tegyék takarékoskodással tönkre a vasutat, mert ha az elefánt egyszer elpusztul…

Most pedig térjünk vissza a gazdasági elemzéshez, a költségtényezők vizsgálatához. Miként az várható, a legjelentősebb költségtényező a nem megfelelő kiindulási minőség, amelynél az alépítmény teher­bírásának és a víz vágány alóli kivezetésének döntő a jelentősége. Amennyiben ez a „házi feladat” megoldatlan, nincs értelme a vágány optimalizálásáról beszélni. A következő költségtényezőt a kitérők jelentik, élettartamköltségeik – a folyópálya 1 m hosszú szakaszára vonatkoztatva – a 11-13-szoros értéket is elérhetik. Ehhez egy kérdés: valóban szükség van a hálózatban fekvő minden kitérőre?

A kis sugarú ívek szintén komoly költségnövelők (az élettartamköltséget megháromszorozhatják), csakúgy, mint ahogyan a már említett üzemzavarási költségek. Ez utóbbiak magukban foglalják a késések és a kapacitáskorlátozások miatti késések következtében fellépő költségeket éppúgy, mint a kerülő útvonalak vagy a kisegítő menetek költségeit, valamint az olyan következmények, mint a csatlakozási nehézségek, a tolatás és a vonat-összeállítás többletköltségeit, a késések miatti szankciók költségeit és nem feledhetők a negatív piaci hatások sem.Egy következő költségtényező a túl rövid munkaszakaszon, illetve túl rövid vágányzárban végrehajtott és ezért drága munkavégzés. Az aktuális munkahosszak az üzem lehető legkisebb zavarásának igényéből származnak, abból, hogy csak a legszükségesebb beavatkozásokra kerüljön sor, de azok díjait már csökkentették, és a csökkenő működtetési költségekkel sem lehet már érvelni.
Csak most következik a sorrendben a forgalmi terhelés mint költségtényező. A vasutak olyan mértékben viselik el a forgalmi terhelés növekedését, amennyire alkalmassá tették őket – szerencsére, hiszen a vasút tömegközlekedési eszköz. A forgalmi terhelés megduplázása esetén a romlási sebesség a lineárisnál jelentősebb mértékben növekszik.
A gördülőállomány minősége, mint a pályaköltségek egyik tényezője, a múltban alulbecsült volt. Például az élettartamköltség nagyságában az eltérés csak a különböző mozdonytípusok miatt akár ±10% is lehetett.
Az elemzések mind ugyanazt a trendet mutatják: a magas minőségen alapuló pályastratégiától további előnyök várhatók a fenntarthatóságot és a költségek csökkentését illetően. A különböző felépítményszerkezetek eltérő peremfeltételek közötti műszaki viselkedéséről az adatbankból nyerhetünk információkat. A különböző szerkezetekre és körülményekre vonatkozó költségek párhuzamos elemzése lehetővé teszi olyan műszakilag és gazdaságilag optimalizált felújítási stratégia kialakítását (mit kellene, hol és mikor beépíteni), amely az élettartamköltség-vizsgálat alapján, integrált alkotó­részként a majd szükséges karbantartási stratégiákat is magában foglalja. A gazdasági optimalizálás az életciklusköltségekre irányul, ahol az a hosszú élettartam és a vele kapcsolatos hosszú távú tőkelekötés miatt dinamikusan értékelendő. Erre példa a fővonali felépítményfelújítási stratégia (1. táblázat).

Az aljpapucsok alkalmazása olyan innováció, amelyet élettartam-elemzések és az azokból következő gazdaságossági számítások támasztottak alá. A betonalj talpa és az ágyazat közötti érintkezési felület növelése csökkenti az ágyazatban a csúcsfeszültségeket, amelyek az ágyazati szemcsék kezdeti töréséért és ezzel a kezdeti süllyedésekért és hibákért felelősek. Az aljpapu­csok alkalmazásával növelt kiindulási minőség csökkenti a karbantartási igényt, és a megfelelő karbantartás révén a felépítmény élettartamának jelentős növekedését eredményezi. Az ÖBB hálózatának 1500 olyan szakaszára elvégzett elemzés, ahol aljpapucsot alkalmaztak és az eredmények összevetése a nem aljpapucsos referenciaszakasz eredményeivel, a várakozásokat tökéletesen igazolta (12. ábra).

A kezdeti süllyedések konszolidációja után a minőség 18%-kal jobb lett, ami a 63%-kal (!) csökkent romlási rátával együtt az élettartam várhatóan 38%-os meghosszabbodását eredményezi. Ezek az adatok a vágány életciklusköltségének kereken egyharmaddal történő csökkentését teszik lehetővé. Hasonlóan kedvezőek az adatok a kitérőaljak papucsokkal való ellátása esetén is. A betonalj papucsok alkalmazása jelentős lépés a fenntarthatóság irányába, egy olyan lépés, amelyben az ÖBB és Ausztria, mivel az aljpapucs osztrák termék, nemzetközi szinten úttörő szerepet játszik. Az aljpapucsokkal kapcsolatos, fővonalakra vonatkozó ÖBB-előírások már 2009 óta léteznek.
A Grazi Műszaki Egyetem Vasútügyi és Közlekedésgazdasági Intézete 2011 óta végzi az ÖBB nagyobb fel­é­pít­mény­fel­ú­jí­tási projektjeinek LCC alapú értékelését. Ennek során a minta-vágányszakaszokra trendelemzések készülnek, amelyek segítségével prognosztizálják a jövőbeni karbantartási szükségleteket, és egyéves monitoring után az optimális élettartamot és a felújítás időpontját megállapítják.
Végül álljon itt John Ruskintól egy idézet, amely összefoglalja az eddig leírtak lényegét: „Alig létezik valami ezen a világon, amit valaki ne csinálhatna egy kissé még rosszabbul, és így ne adhatná el még olcsóbban. Az emberek viszont, akiknek csak az ár számít, ezen üzelmek áldozatává válnak. Értelmetlen valamiért túl sokat fizetni, de még rosszabb, valamiért kevesebbet fizetni. Ha túl sokat fizetnek, veszítenek egy bizonyos összeget. Ez minden. De ha túl keveset fizetnek, néha mindent elvesztenek, mert a megvásárolt áru nem tudja betölteni rendeltetését. A gazdaság törvénye megtiltja, hogy kevés pénzért nagy értéket kapjunk. Ha a legolcsóbb árajánlatot fogadjuk el, fennáll a rizikó, hogy az nem működik, és ezt bele kell kalkulálnunk az árba. Ha ezt tesszük, akkor lenne elég pénzünk arra is, hogy egy jobb árut vegyünk meg.”

Összefoglalás

A vasúti pályák rendelkezésre állásának követelményei a karbantarthatósági követelmények teljesítésével elégíthetők ki. Ám a nagy forgalmú vonalakon a két követelmény egyidejű összehangolása egyre nehezebb feladat. Erre a kihívásra adható egyetlen válasz a vasúti pálya elemeinek és a teljes pályaszerkezetnek műszaki és gazdasági szempontú fenntarthatósága. Az időszakos pályamérési adatok elemzése bizonyítja, hogy a pálya minőségének javítása a pálya fenntarthatóságának előfeltétele. A cikk tárgyalja a vasúti pálya viselkedését, és elemzi a vágányra vonatkozó stratégia kialakítása szempontjából a költségtényezőket. Végül szól az Ausztriában 2009-ben szabványos megoldásként bevezetett aljpapucsos betonaljak műszaki viselkedéséről és gazdasági hatékonyságáról.