武廣鐵路客運專線動車組運用效率與檢修基地規模研究

傅八路,周智勇,黃小鋼

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司,武漢 430063)

武廣鐵路客運專線動車組運用效率與檢修基地規模研究

傅八路,周智勇,黃小鋼

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司,武漢 430063)

以武廣鐵路客運專線為例,通過研究動車組周轉,確定動車組運用效率與檢修基地分布之間的關系,采用動車組周轉結果合理確定武廣鐵路客運專線檢修基地分布及規模。并以日本新干線實際運行圖及模擬周轉圖作為輔助驗證手段,驗證本研究方法及結論的正確性。

武廣鐵路客運專線;動車組;運用效率;檢修基地;規模

1 問題的提出

國外高速鐵路經過多年實際運營,積累了豐富的實踐經驗,開行的動車組技術性能及運用、檢修系統日趨成熟,其動車組的配置與檢修基地配置及規模的關系十分密切,日本新干線為了提高動車組運用效率并減小檢修基地規模,進行了大量研究和實踐,收到較好的效果。

我國客運專線及高速鐵路的建設,需配套建設動車組運用維修基地,其分布及規模的確定,直接影響到工程投資。檢修基地的設置及規模與動車組的運用效率密切相關,因此,研究動車組的運用效率、合理確定動車組運用檢修設施的分布及規模,以降低工程投資,是非常必要的。本課題以武廣鐵路客運專線為例進行動車組運用效率及檢查基地分布、規模研究,結合日本新干線實際進行結果對比分析,并驗證研究結果,以期研究方法及結論更切合實際,可供客運專線工程建設參考。

2 武廣鐵路客運專線列車開行方案

旅客列車開行方案的設計既要最大限度地滿足旅客需要,創造良好的社會效益,又要實現鐵路企業的自身效益。客運專線旅客列車開行方案,在參考既有鐵路旅客列車開行方案適應市場需求經驗的基礎上,重點考慮旅客需求、運輸市場競爭、對線路通過能力的影響、鐵路固定設施和移動設備合理利用等因素。

根據前期研究成果,武廣鐵路客運專線客車開行方案按不同速度混運模式逐步過渡到全高速模式考慮,即近期有兩種速度等級的列車開行,A類車 300 km/h及以上,B類車 200 km/h及以上;遠期逐步過渡到全高速。列車開行方案的設計主要從客流需求出發,綜合考慮本線、跨線列車開行原則,停站設置方案,列車載客人數及上座率,列車運營速度,車站設置方案等因素。根據國外高速鐵路列車運營實踐以及我國以往高速鐵路客車開行方案研究成果,在遵循開行方案設計原則的基礎上,結合武廣鐵路客運專線客流實際特點,各節點始發終到客車對數匯總見表1。

表1 武廣鐵路客運專線始發終到客車對數 對

3 動車組運用及周轉

3.1 動車組的運用維修特點

動車組整列運用,其運用交路范圍與其承擔的客車開行范圍一致,武廣鐵路客運專線交路范圍長達1 000 km,跨線高速車大多超過2 000 km,要保障如此長交路客車的運營安全,就要求動車組設備必須具備高可靠性。由此,必然對高速動車組的檢修制度提出嚴格要求。高速列車實行狀態修與計劃修相結合,以狀態修為主的檢修制度。

動車組的整備、維修是保證動車組有效運用和運用質量的前提條件,而動車組的運用計劃同時又是合理安排整備、維修工作的重要依據。高速鐵路列車運行圖中動車組運用交路的交排,即動車組周轉圖,必須按照動車組實際走行公里數和定檢期限,及時安排相關的入段(所)檢修作業,并符合整備、維修作業總時間標準的要求,以保證動車組在運用中的高質量和高可靠性。而動車組的整備與維修工作,又必須嚴格按照動車組周轉圖的要求來進行計劃和安排,以保證動車組按圖行車,有效利用。在列車調整時,更應注意其間的相互關系,這充分體現了動車組運用計劃與維修計劃的一體化。

由于動車組的運用和維修計劃是統一編制、統籌安排的,這使運載設備的運用和管理從常規鐵路的分散化走向集中化,使動車組擺脫常規鐵路客車車底的固定運用方案模式,采用更為高效的運用方案。也就是說,可以根據運用期間的所有動車組的數量、設備狀態、所在位置、累計運營公里和定檢期限,安排滾動式的運用方案,在保證完成運輸任務和按期進段檢修的前提下,使動車組的利用率達到最高。

3.2 動車組運用形式

從國內客車運用及國外高速鐵路運用經驗看,動車組的運用方案可以按以下形式考慮。

固定運行區段的使用方案,這種方案與既有鐵路客車車底的運用方案一致,動車組只在固定的區段內往返運行。該方案有利于動車組的管理,并可根據客流變化采用不同的車輛編組方案,動車組的運用組織比較簡單。目前,我國廣深準高速線采用的就是這種方式。廣深線全線運營里程短,客車種類少,采用這種方式較為合理,但如果應用到武廣鐵路客運專線上,則存在某些弊端。一方面,武廣鐵路客運專線列車交路區段多,每個交路區段的動車組如固定使用,則在站段停留等待下一交路的時間必然加長,運用動車組相對增多;而且每個交路區段的動車組在檢修期間需要有一定數量的備用車組來替代,如果備用車組由各區段分別配備,則全線總備用車組數量較大且利用率不高,綜合配備又由于可能存在編組不同無法互為備用或不同交路區段來回調用備用車而占有線路通過能力。另一方面,由于動車組的維修技術復雜,設備昂貴,一般按集中配置,將所有動車組的維修作業集中進行考慮。所以,對與動車段不鄰接的區段,需要檢修的動車組必須專程送檢,檢修完畢又需專程回送。

對武廣鐵路客運專線動車組運用方案的研究表明,當動車組運用和整備維修計劃統一編制時,按不同時期的需要能力確定高速列車的行車量,采用固定使用方案所需的動車組數量,比不固定使用方案多 20%以上,因此,固定運行區段的交路方案被舍棄。

不固定運行區段的使用方案,該方案以全線為系統,統籌動車組的使用與檢修來安排動車組的運用。假定各動車組無差別,不固定各動車組的運行區段,根據需要和可能,可以在任何高速區段之間運行。與固定使用方案相比,在不固定使用方案下,動車組在使用過程中可以根據其運行狀態,對必須進行維修作業的預先在適當時間安排一條通過動車段(所)的運行線,從而保證及時維修。因此,能比較靈活地解決運用與檢修的配合問題。此外,由于動車組有多條運行線可供選擇,就有可能提高動車組的使用效率,減少運用動車組的數量,因此,從提高動車組運用效率的角度出發,不固定使用是動車組比較合理的使用方案。但是,該方案由于動車組接續安排比較周密,出現較大的隨機干擾時,所受的影響也大;當動車組型號無差別,動車組的編組也就不能根據不同區段的客流特點而加以改變,因而也可能造成輸送能力的虛糜和浪費。

參照國外高速鐵路,武廣鐵路客運專線動車組周轉應采用不固定運行區段的方式。

3.3 武廣鐵路客運專線動車組周轉圖

編制動車組周轉圖,是客運專線研究中一項重要的工作。周轉圖的編制前提是列車運行圖,武廣鐵路客運專線沒有實際運營,則以前期研究的運行圖作周轉圖研究依據。動車組檢修計劃以《鐵路動車組運用維修規程》為準,研究對象為列車、動車組及動車段所。遍歷運行圖的全部數據,找出其中滿足條件的全部接續關系,進行分析優化后把滿足接續關系并且合理的運行線連起來,即構成了動車組周轉圖。研究流程圖見圖1。

武廣鐵路客運專線近遠期動車組周轉圖見圖2、圖3。

根據上述周轉圖,可以得到各個車站應停放的運用動車組數量,結果見表2。

表2 車站動車組停留數量 列

圖1 動車組周轉圖程序框圖

4 日本新干線動車組運行方案

武廣鐵路客運專線動車組周轉圖的編制原則及方法是理論研究結果,在武廣鐵路客運專線運營前無法通過實踐驗證。為比較驗證,特按上述原則及方法,對日本新干線進行周轉圖編制,并將鋪畫結果與新干線現狀進行對照分析,以求得對周轉圖編制方法的旁證。

以東海道山陽新干線作為研究對象。

4.1 新干線動車組運用特點

(1)新干線列車運用除考慮運輸條件、車輛性能、車輛的檢修、清掃、站內作業、人員配置及設備條件等,還要考慮各種車次編組不同,東海道山陽新干線上運營的車型有 700系、500系、300系、100系、0系等,編組方案有 11種。

(2)全列車都是優等車,折返時必須進行整備。(3)季節、周末及團體、團體包車等因素影響,列車波動較大,車輛運用復雜。

(4)定期檢查、轉向架檢查在白天進行,日常檢查必須在夜間進行。

(5)停站方案：希望號、光號在有選擇的大站停車,希望號較光號停站更少些,回聲號每站都停。

4.2 新干線動車組周轉圖編制原則

(1)盡可能以同一種類的列車往返運用。列車速度等級不同,同一速度等級中又有編組的不同,還有定期列車、一般季節列車,包乘團體列車、指定日運行列車等,進出庫(列車計劃)、站內作業、隨著乘務人員運用作業很復雜。周轉圖編制按速度等級劃分 3種,即希望號、光號、回聲號。

圖2 武廣鐵路客運專線動車組周轉圖(近期)

圖3 武廣鐵路客運專線動車組周轉圖(遠期)

(2)運行時間帶。6時 ～24時。在此時間帶內,只考慮列車下一次檢修約束條件。

(3)車輛檢查周期。定檢分為日常檢查、定期檢查、轉向架檢查、全面檢查。前三種在運用間隙時進行。日常檢查在車輛基地停留時(夜間)進行,定檢及轉向架檢查在白天分別進行;全面檢查時車輛停運。

(4)車輛基地的折返條件。在車輛基地白天時間帶的折返,只作車輛清掃,清掃作業包括調車作業為90min左右。

(5)其他。上水,卸污物,全部玻璃、機罩、側門的清洗等 1 d 1次以上。

4.3 新干線動車組周轉圖

通過計算機模擬計算,得動車組周轉圖如圖4～圖6所示。

圖4 希望號動車組周轉圖

圖5 光號動車組周轉圖

根據周轉圖得到新干線各站的各種動車組停留數量,結果見表3。

4.4 新干線動車組周轉圖結果分析

新干線實際編制動車組周轉圖時,不僅考慮了運用動車組,還將檢修、備用車也考慮在內,先由列車運行時間、在兩端的折返時間以及編組輛數求得大致配屬輛數,具體的車輛數最后編制運用圖決定。周轉圖編制時,考慮的因素有列車運行圖,站臺到發線,車輛的檢查、清掃、整備等各種因素,特別是與列車運行圖之間有密切關系。

根據調查,東海道山陽新干線運用車為 166列,日車公里為1 038～2325 km,與表3的結果比較(163列,1202～2 472 km),模擬數據略高于實際值,這是由于新干線實際周轉圖是按不同編組(共有 11種編組)鋪畫,本模擬只按三類車粗略劃分。從總趨勢相同,兩者數據較接近(運用車數誤差在 2%以內),說明本研究對新干線運用動車組數的模擬分析結果可信高。將此方法運用到武廣鐵路客運專線研究中,有較高的參考價值。

4.5 新干線動車組設備分布模擬計算結果分析

東海道、山陽新干線動車組設備分布實際情況見表4。

表3 新干線車站動車組停留數量(計算值) 列

表4 東海道、山陽新干線動車組設備分布

比照表3、表4,模擬計算在西明石、姬路、福山、三原、小郡、新下關、小倉、靜岡等站僅停留 1～4列動車組,考慮用站線存放,其余各站動車組設施的分布模擬計算結果與實際的設置情況均相吻合。

5 武廣鐵路客運專線動車組檢修基地規模

5.1 動車組運用與檢修基地

動車運用與檢修基地規模含檢修與運用兩部分,其中檢修規模含檢修作業所需檢修庫、檢修車間及相關輔助檢修設施,運用規模含運用動車組的存放及整備檢查作業所需的存車場、作業場。

動車基地檢修部分設置地點宜靠近規模最大的運用部分,以減少動車組回送距離,提高動車組利用率;運用部分應設在始發終到客車較多的車站附近,以減少動車組走行距離,提高動車組利用率。

檢修列位數根據動車組修程、檢修作業時間、段(所)總運營里程確定。在線路配屬的運用車數固定時,單車平均運用效率提高則總運營里程增大,會使檢修列位數增大;但在客車開行方案確定、運行圖已鋪畫完畢的情況下,全線各類運用車年總走行里程是一定的,則全線檢修基地總規模也一定,動車組運用效率的變化體現在運用套數的變化上,對全線而言,對檢修規模影響不大。

由于全線檢修設施相對集中設置,檢修規模的調整需全線綜合考慮,對單一段(所)來說,調整裕量不大;運用規模含運用動車組的存放及整備檢查作業所需的存車場、作業場,其中存車線數量與其運用效率密切相關,運用效率的變化對檢修基地規模的影響直接反映在存車場的規模變化上,提高動車組運用效率(日走行公里),等于減少了配屬車數,即減少了動車組存車線,縮小了基地規模,減少了投資,因此,動車組的運用效率是影響動車段(所)規模的最活躍因素。

動車組運用效率用動車組平均日走行公里(日車公里)來衡量。日車公里受旅行速度、所承擔交路的客車始發終到時間、動車組在交路接續站的折返時間、動車組日檢周期等因素制約。雖然提高動車組日車公里可以減少配屬車數,但受客運需求(即列車運行圖)的制約,日車公里的提高是有限度的,單純追求動車組日車公里高指標,則會破壞合理的列車運行圖。

5.2 武廣鐵路客運專線動車組運用檢修基地分布及規模

檢修基地的分布應根據客車開行方案,本著最大限度地提高動車組運用效率的原則來設置。武廣鐵路客運專線范圍內運行的動車組平均日走行公里為近期2 386 km,遠期2 543 km。根據周轉圖結果,動車組運用數量多的是武漢、長沙南、廣州南站,這些地方應設動車組運用檢查設施(動車段或運用所)。在岳陽東、衡陽東、郴州西、韶關等站,有一定數量動車組夜間停留,這幾處應設動車組夜間存放設施(存車場或存放線)。可結合車站站線數量,近期在工程上不設單獨的存車線,利用站線作為動車組夜間存放線之用;遠期隨著客運量的增長,動車組存放數量隨之增加,應在工程上預留設置動車組存放線的條件。

根據路網規劃、動車組檢修基地分布,結合武廣鐵路客運專線周轉圖計算結果,武廣鐵路客運專線沿線設武漢動車段、廣州動車段、長沙南動車運用所、衡陽東、岳陽東預留新建動車組存車場條件,其他各站均不設動車組設施。

(1)武漢動車段

存車規模：近期設 49條存車線,遠期預留 15條存車線。檢修規模為：一二級修 10線,三級修 4線預留1線,四、五級修 2線。

(2)長沙南動車運用所

結合武廣鐵路客運專線和杭長客運專線量綜合考慮,近期規模為檢查庫線 2條,存車線 18條。遠期檢查庫線 4條,存車線 31條。

(3)衡陽存車場

近期站線能力相對富余,不單設存車線,動車組夜間存放利用車站到發線,遠期預留新建存車場條件。

(4)岳陽存車場

近期站線能力相對富余,不單設存車線,動車組夜間存放利用車站到發線,遠期預留新建存車場條件。

(5)郴州西、韶關站

均利用車站到發線停放。

(6)廣州動車段

結合廣深港、貴廣、南廣、廣茂等線引入廣州樞紐綜合考慮,廣州動車段的存車規模為：56線預留 20線。檢修規模為：一二級修 8線預留 2線,三級修 2線,四、五級修 6線預留 4線。

6 結論

6.1 動車組運用效率與周轉圖

根據列車運行圖中編制的動車組運用交路交排,即動車組周轉圖。周轉圖編制原則直接影響動車組的運用效率。周轉圖根據運行圖來編制,并將其初步結果反饋給運行圖,對兩圖進行綜合調整,不僅可以調整動車組運用效率,還可對動車組運用檢修基地的規模進行優化。

周轉圖編制原則：按運行圖規定的列車等級分別編制;滿足立即折返或回段作業折返的接續條件下,不受上下行列車限制,均可接續;檢修及清掃作業里程及作業時間按檢修修程規定執行。

周轉圖結果決定了動車組運用效率。

6.2 動車組運用效率與檢修基地規模

動車組運用檢修基地分布及運用規模與動車組運用效率互為因果關系。運用效率的提高可以減少動車組存放線數量,節省工程投資。動車組存放設施的地點及數量根據動車組周轉圖結果確定。

動車組夜間存放在有始發終到車的車站附近,日間始發終到車較多的車站,一般設動車段(所);存車數量較少可設存車場或利用車站到發線存車。

6.3 動車組運用檢修基地

根據周轉圖得出的各段(所)承擔的動車組的走行公里,與所對應車型的檢修修程結合,確定動車段(所)檢修庫線數量。這種方法比人為劃分各段(所)任務量更科學,更接近實際運營情況。

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[7]JARTS.高速鐵道車輛及車輛基地研究報告[R].北京：2002.

1004-2954(2010)01-0032-06

2009-11-30

傅八路(1963—),女,高級工程師,1985年畢業于西南交通大學,工學學士。