湖北城際鐵路動車組選型與交路優化研究

王志遠，劉 斌，馬彩雯，萬 超，殷 路

(1.大連交通大學交通運輸工程學院，遼寧大連116028;2.西南交通大學交通運輸與物流學院，四川成都610031)

0 引言

湖北城際鐵路是投資巨大的經營性資產，由于自身的資本結構、投融資模式、運營成本等因素，投入運營后將會面臨嚴峻的經營形勢.目前國內外對于降低虧損的研究集中在兩個方面:一是增加營業外收入.鄭捷奮、劉洪玉提出了基于軌道交通的土地利用、增值及返還策略［1］，葉霞飛、蔡蔚構建了地價差模型［2］.二是確定合理的列車開行方案.范英書等對京津城際鐵路開行方案進行了為滿足旅客出行需求的單目標優化［3］;曲思源等對滬寧城際鐵路列車開行方案的整體有效性和技術有效性加以例證分析［4］;蔣麗華詳細論證了城際鐵路公交化運輸組織須滿足三個開行條件，并對多目標問題進行了分析［5］，但是以上研究在優化城際鐵路開行方案時沒有對動車組選型方案進行優化.晏銳認為目前我國動車組選型方法不僅應充分考慮將來整個客運專線網動車組技術的一致性，還應考慮與香港鐵路動車組運行互通的可能性［6］;馬大煒考慮滬寧城際鐵路動車組選型問題時，依次考慮了列車編組輛數、牽引動力配置方式、牽引功率和技術速度等級、動車組的制造、運營和維修成本、以及運輸組織相關問題等動車組選型相關因素［7］.

本文結合湖北城際鐵路的運能、旅行時間、運營模式(直通、大站停、小站停等)要求，分析了購置成本、運營和能耗、列車舒適度等不同因素，并將動車組選型方案與交路計劃的優化協同考慮.實證表明，合理選擇動車設備有助于簡化運輸組織工作、節省城際鐵路運營成本.結合武岡武黃兩線交疊的客流特點，對交路進行優化，也有利于減少套跑，簡化運輸組織工作.

1 原方案概述

根據原方案，城際鐵路各線開行站站停及大站停兩種列車，大站停列車越行站站停列車.其中，站站停列車采用160～200 km/h的CRH2動

圖1 原方案列車交路

車組，大站停列車采用300 km/h的CRH3動車組.動車編組分為8輛編組和4輛編組兩種形式.列車交路如圖1所示.

2 動車組選型

2.1 動車組選型方法及依據

動車組選型應根據功能定位、技術指標和運輸組織模式來確立動車組選型的原則，對直達動車選型、站停動車選型分別按列車編組、線路條件、購置維修、運營能耗等方面對不同動車組選型方案進行篩選，最終得出較為合理的動車組選型方案.

2.2 . 湖北城際動車組選型分析

2.2.1 線路條件分析

原方案中，城際鐵路開行列車中大站停列車和站站停列車分別采用300 km/h和160～200km/h兩種運營速度(其中武黃線在武漢樞紐內運行速度為120 km/h，武咸線在DK0～DK8段運行速度為80～120 km/h).

根據線路特點(表1)，由于300 km/h的運營速度要求最小曲線半徑為4 700 m，結合既有高速鐵路的運營實際認為，300 km/h的運營速度在武漢城際鐵路各線上難以充分實現.

表1 武漢城際鐵路線路概況 km

2.2.2 旅行時間計算

為保證“武漢城市群1 h交通圈”的可達性，兼顧降低動車組成本，我們對不同速度條件下，四線動車的旅行時間進行計算.考慮常規區間和非常規區間對旅行速度的限制，計算不同運營速度和開行方案下的旅行時間，計算結果如表2.

表2 各線路不同運營速度和開行方案下的旅行時間 min

首先假設各運行區間沒有限速，并采用公式(1)～(4)分別對武岡、武黃、武孝、武咸四線的旅行時間、最高運行速度進行估算.這一估算表明，300 km/h的最高運行速度不能充分發揮速度優勢，尤其是在站站停運營模式下，不能開行.

將300 km/h動車組與200 km/h動車組的大站停運行時分進行比較，在大站停模式下，最高時速300 km/h的動車組最多比200 km/h節約7.2min，各線平均節約時分6 min.

同理最高運行速度200 km/h相對于最高運行速度160 km/h的動車組，其旅行時分均有一定節省.

綜上，湖北城際鐵路動車組選型備選方案為:①最高運行速度200 km/h的動車組采用大站停模式開行，最高運行速度160 km/h的動車組采用站站停模式開行;②湖北城際鐵路圈統一采用最高速度200 km/h的動車組，開行模式為大站停和站站停兩種;③最高運行速度300 km/h的動車組開行大站停模式，最高運行速度200 km/h的動車組開行站站停模式列車.

2.2.3 選型方案分析及確定

根據表2的計算結果，方案③可以獲得最小旅行時分，但是最高速度300 km/h動車組購置成本相對較高，在城際鐵路開行初期，客流強度弱，方案③相對于其他方案所節省的旅行時分培植的客流短期難以承擔動車購置的成本差.

根據表2的計算結果，方案①相對于方案②旅行時間較長，且在武咸線折返一次已經超出武漢城市圈2小時的周轉要求;同時采用不同速度的動車組，也會為動車的運輸組織帶來一定的難度.

故綜上考慮，選用最高運行速度為200 km/h的動車組.同時，根據以上的運營速度，優化方案中的列車車型將只選擇CRH2A型動車組一種.因為CRH2A型動車組較CRH3型動車組來說，具有低成本、低能耗的特點，更適合武漢城際鐵路各線的實際運輸需要.

另外，根據表3，武漢城建鐵路還可選擇2012年新下線的CRH6型動車組.

表3 不同車型的運營速度與載客人數

3 交路優化

動車組運行速度高，則相同時間動車組周轉次數多，反之則周轉次數少.考慮動車組選型變化對原有交路計劃的影響，進一步調整并優化原交路，簡化原有運輸組織工作.

3.1 客流分析

武黃線與武岡線間的跨線客流較多，主要由于葛店南前兩線共線.結合表4中的數據，可以認為該部分城際間跨線客流為武岡線客流.

表4 武漢城際鐵路各線間的跨線客流量 人/日

3.2 斷面客流分析

從斷面客流表(表5)中可以看出，武孝線全線客流比較平均，沒有太大的客流斷面;武黃線則在葛店處有較大的客流斷面，結合本線葛店到鄂州的斷面客流和武岡線葛店到黃岡的斷面客流來看，可以認為該客流斷面是由于武岡線與武黃線在葛店南前共線、葛店南后分線所致，真正武漢至黃石的客流應在葛店之后，其客流較為平均;武咸線則在紙坊處出現最大客流斷面，認為近半數客流目的地為紙坊.

表5 武漢城際鐵路各線斷面客流量

3.3 原交路方案優化

原方案中，武漢城際鐵路共有10條交路，最長交路132 km，最短交路21 km.其中包含有大量長短交路套跑形式.在漢口站折返的交路5條，在武昌站折返的交路5條，在武漢折返的交路1條，過江交路4條.由于交路多，組織管理復雜，故需要對其進行優化.原方案中部分交路簡化的原則如下:

其一，是客流預測結果及高峰小時客流斷面比例圖，如圖2.如紙坊站斷面客流較大，恰好近似于咸寧站客流量的2倍，因此考慮在紙坊站開行短交路，在咸寧站設立長交路折返點.短交路的 開行頻率是長交路的兩倍.

圖2 武咸線逐年高峰小時斷面客流比例圖

其二，考慮初期客流強度小，對于區段內有大量徑路相同且到發時刻均衡的客運專線采用動車組本線循環套跑方案有利.如武昌到黃石兩條交路合并約簡為一條;漢口-武昌-咸寧段，因漢口-武昌段與孝感-咸寧段具有相同徑路，因此約簡漢口-武昌段，后武昌-咸寧段具有相同徑路的客運專線有兩條，約簡一條即可.

其三，對于大交路內含小交路的套跑方案，應在約簡后盡可能保留折返點.

遵循上述原則，交路結果優化如圖3所示.

圖3 優化方案列車交路

優化后的交路方案共有6條交路，過江交路為2條，只有1條交路套跑，交路形式簡單.按此交路組織運輸，能夠有效控制運輸成本.對于近中期，該交路滿足運輸需求.對于遠期，則可以依據實際客流調整交路.同時，根據各線各時段客流、交路情況及上述的開行頻率，推算得各交路逐年分時段所需動車組數量.其中，武孝線因由兩條過江交路構成，故以漢口站的發車頻率為基準確定所需動車組數量，武昌、武漢站則據此交替發車.

原方案中采用300和160～200 km/h兩種運營速度，優化后統一采用200 km/h的CRH2A或CRH6型動車，相對原來的CRH3與CRH2A混跑方案，現方案簡化了運輸組織工作，節約了設備購置成本.

原交路套跑較多，因此存在一定的列車虛糜損失，現方案以客流特點為依據減少套跑，簡化運輸組織工作，減小了列車虛糜損失，節省城際鐵路運營成本.

4 結論

綜上所述，通過動車組選型方案的優化和城際列車運行交路優化，本文對降低湖北城際鐵路初期運營所需的內部成本進行了實證分析.分析表明，在動車組選型和交路優化角度縮減運營成本，可以帶來顯著的效果.實證研究也表明，動車組選型和交路優化對運營成本的其他方面有間接或直接的影響，在城際鐵路運營成本中也占有較大比重，因此，對城際鐵路成本和效益進行評估時，應注重動車組選型和交路優化.

［1］鄭捷奮，劉洪玉.深圳地鐵建設對站點周邊住宅價值的影響［J］.鐵道學報，2005，27(5):13-20.`

［2］葉霞飛，蔡蔚.城市軌道交通開發利益還原方法的基礎研究［J］.鐵道學報，2002，24(1):98-104.

［3］范英書，王全義，李珂.京津城際鐵路運行圖優化研究［J］.中國鐵路，2012(9):25-27.

［4］曲思源，徐行方.基于DEA的城際鐵路列車開行方案評價［J］.華東交通大學學報，2012，29(1):83-89，98.

［5］蔣麗華.城際鐵路“公交化”運輸組織相關問題的探討［D］.成都:西南交通大學，2009.

［6］宴銳.廣深港客運專線動車組選型研究［J］.鐵道勘測與設計，2005(4):102.

［7］馬大煒.滬寧城際鐵路動車組選型研究［J］.現代城市軌道交通，2005(3):1-4.