高速鐵路運行試驗發展現狀與思考

楊宏圖，孫鵬舉，姜昕良

（1.中國國家鐵路集團有限公司 工程管理中心，北京 100844；2.中國鐵道科學研究院集團有限公司 運輸及經濟研究所，北京 100081；3.中國國家鐵路集團有限公司 鐵路基礎設施檢測中心，北京 100081）

1 概況

我國高速鐵路動態驗收包括聯調聯試（動態檢測）和運行試驗2個階段的工作，運行試驗是在聯調聯試完成后，通過運行圖參數測試、故障模擬、應急救援演練、模擬列車運行圖行車，檢驗高速鐵路各子系統和整體系統在正常與非正常條件下的適應性，以及在設備故障、突發事件和自然災害條件下的應急處理能力，驗證是否符合運營要求。

2008年，京津城際鐵路開通前首次開展了運行試驗。十多年來，通過持續優化測試技術、管理模式及作業組織，形成了較為完整的運行試驗技術體系。截至2021年底，我國已經開展了160多個高速鐵路建設項目、超過4萬km正線里程的運行試驗工作，為高速鐵路高質量開通提供了有力支撐。

2 運行試驗發展現狀

依據TB 10761—2013《高速鐵路工程動態驗收技術規范》［1］和Q/CR 472—2015《高速鐵路聯調聯試及運行試驗技術規范》［2］，運行試驗內容主要包括運行圖參數測試、故障模擬、應急救援演練和按圖行車4個部分?，F場組織實施時，故障模擬、應急救援演練通常結合開展。

2.1 運行圖參數測試

2.1.1 測試項目

測試項目包含標尺、追蹤間隔、中間站間隔、始發站間隔等4類11項內容［3］，主要驗證列車運行時分和各種時間間隔是否符合標準規范和設計文件要求，為列車運行圖編制、調度指揮調整提供標尺和依據。具體測試項目見表1。

表1 運行圖參數測試項目

2.1.2 測試方法與測試技術

測試方法主要包括編制試驗方案、組織試驗列車運行、采集試驗數據、分析輸出參數指標等（見圖1）。

圖1 運行圖參數測試方法

（1）方案編制。運行圖參數測試方案主要包括當日測試項目、試驗列車運行交路、試驗列車停站及股道、測試配合要求、列車運行示意圖等內容。方案編制時需重點對測試車站進行研究和比選，代表性車站應考慮車站相鄰區段列車加速或制動距離內的坡度、分相區設置、閉塞分區長度，以及車站咽喉長度、到發線數量、進路排列組合方式、道岔型號等影響因素，結合計算機仿真計算結果進行選擇。運行圖參數方案編制見圖2。

圖2 運行圖參數方案編制

（2）列車運行。一般采用不少于2組試驗列車進行測試，測試時需保證下列運行條件：一是列車按照試驗方案確定的時間間隔或信號條件發車，需要列車調度員或車站值班員、動車組司機、檢測單位人員協調配合，確保發車間隔卡控到位。二是列車在區間運行及降速階段，均按ATP允許速度曲線貼線運行，確保各測試場景試驗尺度的一致性。運行圖參數及列車運行示例見圖3。

圖3 運行圖參數及列車運行示例

（3）數據采集。需要通過列車運行數據采集設備獲取測試列車位置、實際速度值、時刻、里程、加速度等信息。我國高速鐵路運行試驗起步階段，數據采集主要采用秒表-人工記錄方式，經過3次技術和設備研發提升，目前利用北斗衛星定位和車載TAX接口2種方式獲取列車運行數據信息，在數據監控模塊同步繪制列車運行曲線，實時分析多組列車運行間隔時間。運行圖參數數據采集與分析見圖4。

圖4 運行圖參數數據采集與分析

（4）數據分析。研發了運行圖參數數據解析系統，自動計算運行圖參數指標，按工程設計文件及現行TB 10621—2014《高速鐵路設計規范》進行評價。運行圖參數測試結果計算方法見表2。

表2 運行圖參數測試結果計算方法

2.2 故障模擬和應急救援演練

2.2.1 測試項目

通過實設或模擬設置設備故障、突發事件和自然災害等典型場景，驗證各子系統和整體系統的應急響應與運營人員處置能力。測試項目在TB 10761—2013《高速鐵路工程動態驗收技術規范》和Q/CR 472—2015《高速鐵路聯調聯試及運行試驗技術規范》的基礎上，根據現場運營實踐和需要，逐步完善構建了高速鐵路故障模擬和應急救援演練場景庫，目前涵蓋9類共84個演練場景。基于高速鐵路設備更新與事件類別的增加，場景庫還將持續進行補充與優化。故障模擬機應急救援演練場景集見圖5。

圖5 故障模擬機應急救援演練場景集

2.2.2 方法與技術

主要通過編制與推演場景、實車實景演練、應急響應過程評價的步驟和方法開展模擬演練。

（1）編制與推演場景。根據高速鐵路設備類型、功能與聯動關系、應急響應作業規則，運用計算機圖形技術、牽引制動與列車控制模擬技術、關聯崗位仿真技術，研發高速鐵路定制化或標準化區段的演練場景編輯與動態推演系統。運用該系統對演練場景進行模擬，結合《高速鐵路技術管理規程》及相關應急處置辦法，形成不同場景工況條件下的細化處置流程［4］。故障模擬機應急救援演練場景編輯見圖6。

圖6 故障模擬機應急救援演練場景編輯

（2）實車實景演練?；谑录愋?、事件地點、事發時間、事件觸發條件、事件恢復條件、列車運行計劃等場景要素，設計演練方案并組織研討確認。演練實施時，現場真實操作設施設備，完成信息傳遞、列車扣停、人員上道、應急處置、救援疏散、恢復運行等應急處置工作。高速鐵路演練現場見圖7。

圖7 高速鐵路演練現場

（3）應急響應過程評價。利用德爾菲法、BP神經網絡法、標度法、模糊評價法、等頻分箱法等方法，構建定量化高速鐵路應急演練評價模型，通過輸入現場場景演練的規范性、協作性、時效性、崗位性、預知性等評價指標值，計算演練得分，評價演練效果等級。改變原有紙質化記錄模式，研發演練評價系統，依據場景庫構建評價數據庫，供場景演練期間調取，系統可記錄作業崗位、作業時刻、操作項點、作業問題，并滿足錄音錄像、語音識別的記錄需求，具備多崗位測試數據共享、自動計算評價得分等功能。高速鐵路演練評價方法與評價系統見圖8。

圖8 高速鐵路演練評價方法與評價系統

2.3 按圖行車試驗

主要對高速鐵路各子系統和整體系統的穩定性及能力，以及運營人員實作進行考驗，使高速鐵路系統全面滿足運營要求。

2.3.1 測試項目

基于列車運行里程、列車正晚點、設備故障信息，對列車正點率、設備故障率進行統計分析。其中列車運行里程、列車正晚點信息通過基本運行圖、日計劃運行圖、實績運行圖進行比對統計，并記錄實際發生的行車設備故障情況。

2.3.2 測試方法

根據運營初期基本運行圖或運行試驗基本運行圖，按圖行車試驗一般分為抽線按圖行車和滿圖按圖行車試驗階段。試驗期間，按照運營各項標準和規章，組織開行列車、模擬辦理業務、進行設備檢修及應急處置等工作。

3 面臨的挑戰及未來發展趨勢

3.1 面臨的挑戰

3.1.1 運行圖參數測試

（1）對測試數據的深入挖掘和分析。運行圖參數測試受線路曲線及坡度、分相區設置、信號列控設備、咽喉區長度、進路排列時間、牽引供電性能、列車運行速度、動車組性能、司機操作等諸多因素影響，涵蓋固定設備、移動設備、人的因素等多個方面。目前，還沒有建立分析判別各方面因素對測試結果影響貢獻率的數學模型，在項目的某運行圖參數指標測試結果較評價標準存在偏差時，準確分析固定設備主要影響因素還存在難度［5］。

（2）測試樣本。受到發線長度、應答器與停車標位置、列車進路信息、聯鎖設置等因素影響，列車在同一車站不同股道接發的技術作業時間也存在不同程度差異，故不同股道的起停車附加時分和不同股道組合條件下的車站間隔時間、追蹤間隔時間不盡相同。目前，僅針對車站典型股道及股道組合條件進行測試，測試樣本不夠豐富，測試精細化水平還有待提高。

（3）運行圖編制應用。運行圖參數測試中要求試驗列車按ATP曲線貼線運行，為驗證工程設計，需要在保證行車安全的基礎上，盡可能反映設備的極限能力。實際編制開通運營后的列車運行圖時，一般要考慮一定冗余，使得新建項目開通前運行圖參數測試時得到的運行圖標尺及間隔時間，與運營后的運行圖標尺及間隔時間存在一定差異。

3.1.2 故障模擬及應急救援演練

（1）應急能力評估。故障模擬及應急救援演練是評價各子系統和整體系統應急響應能力，以及運營人員處置能力的重要手段，既涉及運營人員的信息通報、應急處置等作業水平，也與設備的應急響應功能與性能、救援設備設施位置、維修基地布局、路外救援力量到達能力等密切相關。目前，模擬演練評價模型和評價系統考慮運營人員處置因素較多，對非人員因素和鐵路外部相關系統的應急能力考慮不足。例如，動車組在運行中發生火災場景，應在評價人員作業規范、協作、時效水平的基礎上，增加對旅客安全疏散工況條件、路外消防與醫療隊伍有效時間內可達性的檢驗。

（2）演練場景設計。近年來自然災害頻繁發生、外部環境愈發復雜，事故呈現多樣性和復雜性，為更有針對性的驗證某一新建項目應急救援能力，應結合具體線路工程特點、運行環境及社會資源，在對致災原理、演化過程及事故后果的前置分析基礎上開展演練場景設計。目前，演練場景設計與線路屬地化特點的結合較少，需進一步提升演練針對性。

3.1.3 按圖行車試驗

（1）評價標準。根據現行規范，按圖行車試驗對列車運行相關信息進行統計，并計算列車正點率、設備故障率等指標，但沒有相應的評價標準。目前，現行規范還沒有明確某項目在1個按圖行車試驗時間周期內，列車正點率下限及設備故障率上限，同時也缺少對應的整改要求［6］。

（2）試驗時間安排。按圖行車試驗安排在新線開通前最后一個階段開展，若建立評判標準、明確整改要求，則在項目指導性施工組織設計和驗收計劃安排中需要預留充分的試驗時間。

3.2 未來發展趨勢

3.2.1 運行圖參數測試

（1）研究剔除不同型號移動設備性能差異和人為操作因素影響的測試方法，充分體現對固定設備能力的檢驗。同時，基于開通運營規章制度和作業工況，構建運行圖參數測試數據二次應用分析模型，以實測貼線運行列車運行速度-里程曲線為基礎，研究測試區段列車加速、恒速、減速階段操縱冗余差值，疊加生成適用于運營后動車組司機實際操作的列車運行曲線，通過實車驗證，為運營后列車運行圖編制提供有效參考。

（2）對于到發線數量較少的車站，可進行遍歷測試。對于到發線數量較多的車站，為了在一定的測試時間內完成測試工作，在完成“最難”“最易”“一般”典型股道測試的基礎上，提取列車牽引制動、進路自動觸發輪詢間隔、地面及車載列控系統作業時間等數據信息，運用計算機仿真技術計算其他股道運用方案條件下運行圖各參數數值。

（3）進一步強化列車運行數據的采集與解析。在現有采集方法的基礎上，增加對允許速度、碼序、坡度、起模點、車載模式等數據的獲取。研究采用定制化視頻數據采集儀，研發基于動車組DMI數據顯示的動態智能識別系統，通過DMI顯示信息的預處理、信息定位、元素分割、特征提取與智能識別等過程，實現自動解析功能，輸出列車運行數據?；贒MI數據顯示的動態識別系統見圖9。

圖9 基于DMI數據顯示的動態識別系統

3.2.2 故障模擬及應急救援演練

（1）研究運用高速鐵路突發事件情景構建技術。結合具體線路工程特點、運行環境及社會資源，攻克致災原理、演化過程、事故后果等突發事件全景化仿真技術，構建高速鐵路突發事件動態仿真模擬系統，對事件的發生、擴大、控制、恢復階段進行可視化展現及演練復盤，對演練實施有效性、整改與能力完善提供技術支持［7］。

（2）運用計算機模擬對事件的影響、災害的演化、評價指標參數的確定提供技術支持。例如動車組在高架橋發生火災，通過建立FDS火災數值模擬分析模型［8］，確定煙氣濃度、氧氣含量、火災溫度、毒氣含量等指標的擴散或發展速率，并通過模擬防火隔斷門開閉狀態及不同旅客成員結構等條件，分析可用疏散時間、必需疏散時間，提出基于人員安全的評價指標參數。

3.2.3 按圖行車試驗

研究建立按圖行車試驗評價標準，并納入高速鐵路動態驗收技術規范。建議以7 d滿圖按圖行車為1個評價周期，采用滑動平均法順序逐期增減新舊列車運行數量、列車運行里程、列車正晚點、設備故障等數據，計算列車運行正點率、設備故障率的移動平均值。在1個評價周期內，滿圖按圖行車列車運行正點率、設備故障率應滿足標準要求。

（1）按圖行車試驗列車運行正點率。始發或終到晚點認定可參照中國國家鐵路集團有限公司相關統計規則，評價標準可參考GB/T 25341—2019《鐵路旅客運輸服務質量》，正點率宜不低于95%，計算方法如下［9］：

式中：T為按圖行車試驗列車正點率；ai為按圖行車試驗第i個滿圖行車日的正點運行列車數量；bi為按圖行車試驗第i個滿圖行車日的實際開行列車數量；ci為按圖行車試驗第i個滿圖行車日開行評估、檢查等非按圖行車試驗的列車數量。

（2）按圖行車試驗設備故障率。參考歷史測試數據統計構建概率分布函數，設備故障率不宜高于1次/萬列公里，計算方法如下：

式中：F為按圖行車試驗設備故障率；fi為按圖行車試驗第i個滿圖行車日行車設備故障次數；ki為按圖行車試驗第i個滿圖行車日列車運行總里程數，萬列公里；li為按圖行車試驗第i個滿圖行車日開行評估、檢查等非按圖行車試驗列車的運行總里程數，萬列公里。

4 結束語

運行試驗是銜接工程建設與開通運營的重要階段，是對高速鐵路整體系統行車組織、客運服務以及應急救援等進行綜合檢驗的必要手段。我國鐵路已進入高質量發展階段，開通運營前高質量組織運行試驗也面臨著更高的要求和挑戰，后續應在細化測試內容、豐富測試場景、發展測試技術、完善評價體系和深入挖掘數據等方面持續開展工作［9-10］。