新建高速鐵路蘭州至張掖三四線速度目標值研究

馬紅偉

(陜西省鐵道及地下交通工程重點實驗室(中鐵一院)，西安 710043)

速度目標值是高速鐵路核心技術指標，是體現高速鐵路系統整體技術水平的最主要參數，也是確定項目工程投資的重要基礎。速度目標值選擇應統籌考慮功能定位、客運需求、路網意義、運輸質量、工程經濟等因素，經綜合比選確定[1]。結合項目具體特點，對新建高速鐵路蘭州至張掖三四線速度目標值方案進行研究。

1 項目概況

新建高速鐵路蘭州至張掖三四線縱貫“絲綢之路經濟帶”黃金地段—河西走廊，連接蘭州、武威、金昌、張掖等“古絲綢之路”商貿重鎮，是國家實施“一帶一路”和“西部大開發”戰略的重要交通基礎設施，是復興絲綢之路經濟、傳承絲綢之路文化、促進絲綢之路人文交流的需要。項目東連寶蘭、包蘭高鐵，西與蘭新高鐵銜接，是中長期高速鐵路網重要組成部分[2]，也是河西走廊經濟帶及新疆地區與中西部聯系的重要客運通道。

線路東起甘肅省會蘭州市，向西經蘭州新區、永登縣、天祝縣后翻越祁連山烏鞘嶺至古浪縣，經武威市、金昌市、山丹縣至張掖市。全線蘭州西至張掖西運營長度493.26 km，共分布蘭州西、陳官營、福利區、西固、蘭州新區、中川機場、永登北、天祝西、黑松驛、古浪北、武威東、永寧、金昌南、芨嶺西、青陽口、山丹西、張掖西等17處車站[3]。

結合路網構成，蘭州西至中川機場段作為蘭州至張掖三四線組成部分，已于2015年年底開通運營，線路長度54.01 km，列車允許速度160 km/h；中川機場至張掖西段新建長度439.25 km。根據運量預測，本線近期、遠期客流密度和動車組列車對數如表1所示[4]。

表1 研究年度項目預測運量

新建高速鐵路蘭州至張掖三四線線路走向示意見圖1。

圖1 新建高速鐵路蘭州至張掖三四線線路走向示意

2 客流特征

根據項目功能定位、路網意義，結合運量預測，本線承擔的客流主要由城市客流、區際客流以及長途跨線客流構成。

城市客流：已開通運營的蘭州至中川機場線將蘭州主城區與國家級蘭州新區、中川國際機場有效連接在一起，隨著蘭州新區的快速發展及中川國際機場T3航站樓的規劃實施，本線承擔的蘭州主城區與蘭州新區、中川機場的城市客流將急劇增加，以商務、旅行等為主，占本線總客流的32%左右。

區際客流：本線縱貫“絲綢之路經濟帶”黃金地段，連接河西走廊蘭州、武威、金昌、張掖等重要城鎮，隨著甘肅區域經濟一體化發展及人民生活水平的提高，本線將承擔河西走廊經濟帶各城市間的區際客流，以務工、探親等為主，占總客流的49%。

長途跨線客流：本線為中長期高速鐵路網組成部分，與蘭新高鐵、包蘭高鐵、寶蘭高鐵互聯互通，是路橋客運主通道，亦是西部地區與中東部聯系的重要基礎設施。隨著西部大開發及“一帶一路”國家政策的實施與發展，本線將承擔新疆、甘肅西部地區至中東部地區的長途跨線客流，以求學、旅游等為主，占總客流的19%[5]。

3 時間目標值的確定

本線位于甘肅省中部及河西走廊地區，連接蘭州、武威、金昌、張掖等西部重要城市，貫穿甘肅省西部地區黃金經濟帶，是“絲綢之路經濟帶”的重要組成部分，時間目標值的選擇應適應區域經濟的發展，滿足西部大開發的戰略要求。

根據項目功能定位及客流特點分析，本線主要承擔區域城際客流，同時兼顧部分長途客流的運輸任務。隨著人民生活水平的提高、社會活動節奏的加快，既有蘭新線蘭州至張掖旅客旅行時間為4.9～7.6 h，已不能滿足運輸需求。

區域內連霍高速公路蘭州至張掖旅行時間約為5h，航空運輸旅行時間更短。旅客選擇交通工具主要出于對各種運輸方式在速度、安全、經濟及舒適度等綜合質量進行比較，鐵路除發揮自身固有的安全性、舒適性、大運能、全天候等優勢外，還應提高旅行時間的競爭力，從而在運輸市場中占有更高的份額[6]。

蘭州至張掖間運營距離約為494 km，處于鐵路運輸的優勢范圍內，鐵路要在旅客運輸競爭中具有明顯優勢，必須在旅行時間上較公路有較大節省，鐵路總旅行時間宜控制在3.0 h以內，扣除其旅行附加時間0.5 h，蘭州至張掖間鐵路時間目標值不宜大于2.5 h。

綜上所述，為適應區域經濟的快速發展，滿足旅客的出行要求，提高運輸市場的競爭力，蘭州西至張掖時間目標值確定為2.5 h以內[7]。

4 速度目標值研究

4.1 速度目標值方案

結合國內已運營高速鐵路及區域內相鄰鐵路速度目標值，綜合考慮項目功能定位、客流特征、路網意義、工程經濟性等因素[8]，對新建中川機場至張掖西段速度目標值方案研究了200，250，300，350 km/h四個方案[9]。

4.2 不同方案工程經濟性分析

不同速度目標值方案采用的主要建設標準如表2所示[10]。

本線大部分段落地形較平緩，曲線半徑的選用受地形控制情況在山區有一定影響，工程投資的差異主要受限于建設標準的不同[11]。根據項目所經地形條件，結合以上建設標準，不同速度目標值方案工程經濟性分析如表3所示。

隨著速度目標值的提高，線路曲線半徑、路基寬度、隧道斷面、橋梁長度等增大，工程投資將隨之增加[12]。250 km/h方案較200 km/h投資增加10.2億元、增幅3%左右；300,350 km/h方案較250 km/h投資分別增加10.3，63.3億元，增幅3%，15%左右[13]。

表2 不同速度目標值方案基礎設施主要建設標準

表3 不同速度目標值方案工程經濟性分析

另結合各方案的運行時分，對不同方案的投資差額與節時效果進行分析，200,300,350 km/h方案較250 km/h的投資節時比分別為-3 413，-8 589，26 378萬元/min，說明250 km/h方案節時成本最優。

4.3 速度目標值方案綜合分析

4.3.1 與時間目標值適應性分析

經列車牽引仿真計算和鋪畫列車運行圖[14]，結合既有蘭州西至中川機場旅行時間，蘭州西至張掖西不同速度目標值方案旅行時間及旅行速度如表4所示。

表4 不同速度目標值方案運行指標分析

不同速度目標值方案中，除200 km/h外，其余3個方案均可滿足時間目標值要求。300，350 km/h方案較250 km/h旅行時間分別節省0.2，0.4 h。

4.3.2 與功能定位適應性分析

本線位于甘肅省河西走廊，貫穿甘肅省西部地區黃金經濟帶，是“絲綢之路經濟帶”的重要基礎交通設施，連接蘭州、武威、金昌、張掖等重要城市，是中長期高速鐵路網重要組成部分，在路網中具有重要意義[15]。根據功能定位研究，本線是一條快速客運鐵路。故結合本線路網意義及功能定位分析，速度目標值不應小于250 km/h。

4.3.3 與區域路網匹配性分析

區域路網內除蘭州至中川機場段速度目標值為160 km/h外，蘭新高鐵速度目標值為250 km/h預留提速條件，寶蘭、包蘭高鐵及蘭州至天水城際鐵路速度目標值亦為250 km/h；結合列車開行方案，本線除開行部分蘭州至中川機場的城際列車外，主要開行蘭州至武威、張掖城際列車及長途跨線列車。故為與區域路網相關鐵路主要技術標準相協調，提高本線開行列車整體運輸質量，滿足旅客出行需求[16]，推薦本線速度目標值為250 km/h。

4.3.4 不同方案對客流水平的影響分析

項目吸引區域為甘肅省河西走廊的黃金地帶，主要承擔城際客流和中長途跨線客流，以商務、旅游、求學、務工等為主，沿線城市經濟發展、城鎮化水平與同等區域相比略高，但低于中西部地區。速度目標值提高、旅行時間的縮短將有效吸引客流的增加，但票價的增長、支付意愿的降低在一定程度上又會抑制客流[17]。經分析研究，不同速度目標值方案對客流水平的影響如表5所示。

表5 不同速度目標值方案對客流的影響分析 萬人次

250 km/h方案與200 km/h方案票價一致，但運輸質量較高，客流增加約8%，吸引客流明顯；300，350 km/h方案較250 km/h方案雖旅行時間節省，但票價支出較高，客流增加僅為1%，2%，吸引客流增長幅度有限。

4.3.5 不同方案經濟效益分析

綜合考慮不同速度目標值方案客流水平、建設投資、運營成本、運輸收入等多種因素[18]，對新建中川機場至張掖西段財務、國民經濟效益指標進行測算，經分析計算，各方案主要經濟指標如表6所示。

表6 不同速度目標值方案經濟效益指標分析

300，350 km/h方案較200，250 km/h方案票價提高、客流增加，經濟效益性略優，但工程投資的增加導致財務凈現值指標提高有限[19]。

4.4 速度目標值研究結論

綜合以上分析，為適應沿線經濟快速發展，積極響應“西部大開發”戰略及建設“絲綢之路經濟帶”的政策方針，速度目標值250 km/h方案不僅與路網相協調、符合項目功能定位，且工程經濟性、財務效益性適中，同時投資節時比最優[20]，故速度目標值推薦采用250 km/h。

5 結語

新建高速鐵路蘭州至張掖三四線位于“絲綢之路經濟帶”黃金地段，是中長期高速鐵路網重要組成部分。結合項目功能定位、客流特征、運輸需求及路網構成[21]，對新建中川機場至張掖西段速度目標值研究了200，250，300，350 km/h四個方案，從路網匹配性、工程投資節約性、經濟效益合理性、投資節時比最優性等方面綜合分析，推薦250 km/h方案。研究結論滿足運輸需求，市場競爭力強，且與路網相協調、通道運輸質量高、綜合經濟性較好。