發(fā)展中的我國鐵路列車速度、密度、重量

田長海

（中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 鐵道科學(xué)技術(shù)研究發(fā)展中心，北京100081）

列車速度、密度、重量是表示鐵路運(yùn)輸能力、運(yùn)輸質(zhì)量和技術(shù)水平的重要技術(shù)指標(biāo)，是《鐵路主要技術(shù)政策》的核心內(nèi)容，三者之間關(guān)系密切、相互制約、相互促進(jìn)，在我國鐵路不同發(fā)展時(shí)期三者發(fā)展的側(cè)重點(diǎn)不同，尤其在進(jìn)入高速鐵路時(shí)代后，三者之間又有了許多新的特征。本文在概述列車速度、密度、重量匹配關(guān)系的基礎(chǔ)上，將我國近40年的鐵路發(fā)展歷程劃分為挖潛擴(kuò)能、鐵路提速、發(fā)展高速鐵路3個(gè)階段，論述在這3個(gè)階段中列車速度、密度、重量主要技術(shù)指標(biāo)發(fā)展變化過程及鐵路技術(shù)政策對(duì)其發(fā)展的要求；提出未來我國鐵路列車速度、密度、重量發(fā)展方向。

1 列車速度、密度、重量匹配關(guān)系

1.1 列車速度與密度

列車速度，通常分為最高速度（設(shè)計(jì)速度）、運(yùn)行速度、技術(shù)速度、旅行速度和貨物送達(dá)速度等，是反映鐵路設(shè)備性能、運(yùn)輸組織水平、運(yùn)輸服務(wù)質(zhì)量和整體技術(shù)水平的主要技術(shù)指標(biāo)［1］。最高速度越高，無疑運(yùn)行速度也會(huì)越高；運(yùn)行速度越高，技術(shù)速度也會(huì)越高；技術(shù)速度提高了，旅行速度也會(huì)相應(yīng)提高。旅客列車旅行速度和貨物送達(dá)速度是體現(xiàn)鐵路運(yùn)送旅客和貨物快慢的最直接的技術(shù)指標(biāo)，旅客關(guān)心的是旅行速度，貨主關(guān)心的是貨物送達(dá)速度，鐵路應(yīng)著力提高這2 項(xiàng)指標(biāo)，以便吸引旅客和貨主［2］。

列車密度，也稱為行車密度，是指在一定范圍（如全路或某一條線）和時(shí)間內(nèi)平均每公里線路所擔(dān)負(fù)的列車數(shù)量，通常是指線路區(qū)間1晝夜實(shí)際通過的行車量（客貨列車數(shù)量）。列車密度大小與客貨運(yùn)輸需求、列車重量（編組）、線路通過能力等因素有關(guān)，是反映線路運(yùn)輸繁忙程度的重要技術(shù)指標(biāo)。列車密度越大，表明線路的負(fù)荷越重，運(yùn)輸繁忙程度也越大［2］。

列車速度與列車密度通過線路通過能力產(chǎn)生關(guān)聯(lián)。列車速度在很大程度上決定著列車運(yùn)行圖周期（自動(dòng)閉塞區(qū)段是列車追蹤間隔時(shí)間）和平行運(yùn)行圖通過能力；旅客列車不同停車方案、不同速度列車共線運(yùn)行對(duì)平行運(yùn)行圖通過能力的占用（產(chǎn)生扣除系數(shù)）是不同的，這在很大程度上決定著非平行運(yùn)行圖通過能力，即線路通過能力。列車密度以線路通過能力為基礎(chǔ)，反映線路通過能力利用情況。線路通過能力低，行車密度不可能高；而線路通過能力大，就為增加行車密度創(chuàng)造了條件。

雙線自動(dòng)閉塞區(qū)段列車追蹤間隔時(shí)間I=max {I追，I發(fā)，I到，I通}，其中I追為列車區(qū)間追蹤間隔時(shí)間，I發(fā)為列車出發(fā)追蹤間隔時(shí)間，I到為列車到達(dá)追蹤間隔時(shí)間，I通為列車通過追蹤間隔時(shí)間，它們均與列車速度有關(guān)。普速鐵路客貨列車在LKJ控車條件下按四顯示自動(dòng)閉塞追蹤運(yùn)行時(shí)，列車一般在2 個(gè)閉塞分區(qū)內(nèi)完成調(diào)速制動(dòng)（進(jìn)站停車時(shí)列車在進(jìn)站信號(hào)機(jī)前降到規(guī)定速度），在這樣條件下適當(dāng)提高列車運(yùn)行速度有利于壓縮I追，I到和I通［3］。

與普速鐵路相比，高速鐵路裝備CTCS-2/3級(jí)列控系統(tǒng)，列車追蹤間隔時(shí)間大幅度縮短，線路通過能力顯著提高。高速列車運(yùn)行速度越高，列控車載設(shè)備監(jiān)控制動(dòng)距離越長，高速列車速度與I追，I到和I通成反比關(guān)系，列車速度越高，列車追蹤間隔時(shí)間越大，高速鐵路列車速度與密度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。

對(duì)于I發(fā)，提高列車運(yùn)行速度有積極作用，列車在車站范圍限速出站，出清車站即可加速運(yùn)行，高速列車比普速列車更有利于縮短I發(fā)［4-5］。

在CTCS—2 級(jí)控車條件下，當(dāng)高速列車遇長大下坡道，按正常速度運(yùn)行所需的監(jiān)控制動(dòng)距離及安全防護(hù)距離、附加時(shí)間走行距離之和超過前方最大可接收空閑閉塞分區(qū)數(shù)量的距離時(shí)，就需要限速［6］；為避免限速，往往采取延長閉塞分區(qū)長度的辦法，但這會(huì)導(dǎo)致列車追蹤間隔時(shí)間延長，造成列車速度和列車追蹤間隔時(shí)間負(fù)相關(guān)關(guān)系。

雙線自動(dòng)閉塞區(qū)段，不論是高速鐵路還是普速鐵路，當(dāng)不同速度列車共線運(yùn)行時(shí)，列車間速差越大，列車扣除系數(shù)越大，線路通過能力越低［7］。兼顧普通旅客列車的高速鐵路，高速列車最高速度不超過250 km·h-1，普通旅客列車最高速度不超過160 km·h-1，普通旅客列車與高速列車間存在較大速差，對(duì)通過能力的影響較大，高速鐵路行車密度較低［8］。高速鐵路要提高通過能力，采用相同速度等級(jí)列車運(yùn)行是較為有效的措施；當(dāng)然，高速鐵路列車不均衡停站和跨線列車到發(fā)時(shí)刻的剛性約束，也是影響通過能力的重要因素。

半自動(dòng)閉塞區(qū)段，列車運(yùn)行圖周期由限制區(qū)間列車運(yùn)行時(shí)分和列車車站間隔時(shí)間組成，提高列車運(yùn)行速度直接降低列車區(qū)間運(yùn)行時(shí)分，壓縮列車運(yùn)行圖周期，有利于提高線路通過能力、增加行車密度。

1.2 列車重量與速度

列車重量，是指機(jī)車牽引重量，即車列的自重和載重之和。線路（區(qū)段）方向上規(guī)定的列車重量標(biāo)準(zhǔn)，通常稱為列車牽引定數(shù)。在統(tǒng)計(jì)上，列車平均牽引總重，是指一定時(shí)期和一定范圍內(nèi)，平均每臺(tái)本務(wù)機(jī)車公里所完成的總重噸公里數(shù)［9］。旅客列車重量主要體現(xiàn)為列車編組數(shù)量，動(dòng)車組列車編組相對(duì)比較固定，絕大部分是8 輛編組和16 輛編組，2 列同型號(hào)8 輛編組的動(dòng)車組可重聯(lián)運(yùn)行。貨物列車重量水平，通常作為貨物列車的發(fā)展標(biāo)志，與運(yùn)輸需求、基礎(chǔ)設(shè)施條件、機(jī)車車輛牽引制動(dòng)能力等因素有關(guān)。

列車重量與速度關(guān)系密切，列車重量的確定一般應(yīng)滿足在限制坡道上列車不低于持續(xù)速度運(yùn)行、在平直道上列車達(dá)到最高運(yùn)行速度后仍應(yīng)擁有規(guī)定的加速度［10］等條件，前者關(guān)系見公式（1），后者關(guān)系見公式（2）。

式中：Q限坡，Q平坡分別是由限制坡道、平直道上保有加速度確定的列車重量，t；Fc，F(xiàn)g分別是機(jī)車持續(xù)牽引力、列車以規(guī)定的最高速度運(yùn)行時(shí)的機(jī)車牽引力，kN；ω′0，ω″0分別是機(jī)車、車輛單位運(yùn)行基本阻力，N·kN-1；P是機(jī)車計(jì)算重量，t；λy是機(jī)車牽引力使用系數(shù)；ix是線路限制坡度，‰；γ是回轉(zhuǎn)質(zhì)量系數(shù)；g是重力加速度，m·s-2；α 是列車以規(guī)定的最高速度運(yùn)行時(shí)的剩余加速度，旅客列車不小于0.03 m·s-2，貨物列車不小于0.01 m·s-2，動(dòng)車組列車一般不小于0.05 m·s-2。

剩余加速度α，除了表示列車在平直道達(dá)到規(guī)定的最高速度時(shí)還具有相應(yīng)的加速度外，還表示在α 值對(duì)應(yīng)的上坡道上，列車能夠以規(guī)定的最高速度等速運(yùn)行。例如，當(dāng)高速列車運(yùn)行速度vax＝350 km·h-1，要求α＝0.05 m·s-2時(shí)，表示在平直道上，高速列車按照350 km·h-1速度勻速運(yùn)行時(shí)，還具有0.05 m·s-2的加速度；同時(shí)也表示在5‰的上坡道上，高速列車可以保持350 km·h-1速度勻速運(yùn)行。

從公式（1）和公式（2）可知：列車重量與速度成反比關(guān)系，列車速度越高，列車牽引重量越小。對(duì)于旅客列車，在列車重量（編組輛數(shù)）不變的前提下提高速度，必須采用性能更好的機(jī)車車輛。對(duì)于貨物列車，在運(yùn)行速度不降低的前提下，提高牽引重量最有效的辦法就是采用大功率機(jī)車，在長大上坡地段采用雙機(jī)甚至多機(jī)牽引。

公式（1）檢算的列車重量一般比公式（2）的大，公式（1）的主要作用是確定線路需要使用雙機(jī)或補(bǔ)機(jī)的地段。一般用公式（2）確定列車重量后，可用公式（1）檢算列車重量與速度匹配條件下相應(yīng)的限制坡道。2 個(gè)公式各有側(cè)重，當(dāng)線路區(qū)段限制坡度較大時(shí)，列車重量（主要是貨物列車重量）主要受公式（1）計(jì)算結(jié)果限制；當(dāng)線路平縱斷面條件較好，或者限制坡度較大但采用補(bǔ)機(jī)、雙機(jī)或多機(jī)牽引時(shí)，區(qū)段列車重量主要按公式（2）檢算確定。普通旅客列車重量（編組）主要按公式（2）檢算結(jié)果和客流需求確定。高速動(dòng)車組列車采用動(dòng)力分散技術(shù)，牽引制動(dòng)能力都較大，16 輛編組的牽引制動(dòng)能力是8 輛編組的2 倍，重量對(duì)速度的影響很小，反倒是長大上坡道對(duì)速度的影響很大，例如西（安）成（都）高鐵設(shè)計(jì)速度250 km·h-1，最高速度200～250 km·h-1的動(dòng)車組列車穿越秦嶺地段25‰上坡道時(shí)運(yùn)行速度都達(dá)不到140 km·h-1。

1.3 列車密度與重量

列車密度與重量決定了鐵路輸送能力或?qū)嶋H完成的運(yùn)輸量。提高列車重量、增加行車密度，是提高鐵路輸送能力最直接、最有效的措施。

貨物列車密度與貨物列車重量的關(guān)系為［11］

式中：n貨是貨物列車密度，列；Γ貨是單方向年貨運(yùn)需求量，萬t·年-1；Q是貨物列車重量，t；φ載是貨物列車載重系數(shù)；γ滿是貨物列車滿軸系數(shù)。

從公式（3）可見，貨物列車行車密度與貨物列車重量呈反比關(guān)系。為了提高輸送能力或完成一定的貨運(yùn)量，首先采取的措施往往是提高貨物列車重量，甚至開行重載列車，在不增加行車密度條件下緩解通過能力緊張狀況；在通過能力充?；蛴袟l件提高通過能力的情況下，也常會(huì)采取增加貨物列車密度的措施。提高貨物列車重量要考慮機(jī)車牽引能力、線路縱斷面條件、到發(fā)線有效長、貨車靜載重、技術(shù)站作業(yè)能力等諸多因素；增加貨物列車密度要考慮線路通過能力、技術(shù)站作業(yè)能力、機(jī)車數(shù)量及交路等諸多因素。目前，為適應(yīng)貨運(yùn)市場競爭，滿足貨主多樣化運(yùn)輸需求，我國鐵路推出了集裝箱專列、貨物班列、冷藏列車、快運(yùn)列車等多種類型的輕快貨物列車，貨物列車重量正在多樣化發(fā)展；同時(shí)，出于保證貨物運(yùn)到期限等目的，有些貨物列車不一定集結(jié)到滿重或滿長才開車，會(huì)按運(yùn)到期限（計(jì)劃）要求快編、快發(fā)。這些都需要一定的線路通過能力做保障［12］。

對(duì)于旅客運(yùn)輸，列車重量主要通過列車編組體現(xiàn)，擴(kuò)大旅客列車編組、增加旅客列車數(shù)量，是提高客運(yùn)輸送能力的重要措施。旅客列車密度與旅客列車重量（編組）的關(guān)系為

式中：n客是旅客列車密度，列；P客是單方向年客運(yùn)需求量，萬人·a-1；A是旅客列車平均定員，人；η是旅客列車平均上座率。

確定旅客列車密度和重量（編組）時(shí)，更多考慮各去向客流量大小、服務(wù)頻率、便捷性、舒適度，以及與其他運(yùn)輸方式競爭的能力。為解決客流高峰期間運(yùn)輸或線路通過能力緊張的問題，往往采用長編組擴(kuò)大載客量，但是旅客列車重量（編組）并非越大越好，它不僅受去向別客流量大小的限制，還受旅客舒適度、便捷程度、等候時(shí)間等因素的限制。增加服務(wù)頻率，不僅滿足旅客對(duì)量的需求，也滿足旅客對(duì)質(zhì)的需求。高速鐵路（特別是城際鐵路）、市域鐵路和普速鐵路的短途旅客運(yùn)輸，一般都密集開行小編組列車，就是為了增加服務(wù)頻率，滿足旅客隨時(shí)舒適出行的要求，提高鐵路客運(yùn)競爭力。在我國鐵路越來越重視旅客運(yùn)輸?shù)那闆r下，旅客運(yùn)輸更應(yīng)該在增加列車對(duì)數(shù)和提高服務(wù)質(zhì)量上下功夫。

2 列車速度、密度、重量發(fā)展特點(diǎn)

受國情和路情決定，我國鐵路必須建立客貨并重，數(shù)量與質(zhì)量兼顧，列車速度、密度、重量合理組合、協(xié)調(diào)發(fā)展，高新技術(shù)與適用技術(shù)并重，不同層次技術(shù)裝備并存的具有中國特點(diǎn)的技術(shù)體系。所謂合理組合，主要是根據(jù)不同的線路條件及其承擔(dān)的客貨運(yùn)輸任務(wù)，采用相應(yīng)的列車速度、密度、重量，達(dá)到提高運(yùn)輸效率與效益的目的。所謂協(xié)調(diào)發(fā)展，主要是要處理好列車速度、密度、重量三者間的關(guān)系，使三者的組合能有效地提高運(yùn)輸質(zhì)量、擴(kuò)大運(yùn)輸能力［12］。為適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要，我國鐵路在不同時(shí)期對(duì)列車速度、密度、重量發(fā)展的重點(diǎn)是不同的。

2.1 鐵路挖潛擴(kuò)能階段（1978年—1996年）

20 世紀(jì)70年代后期，我國作出了以經(jīng)濟(jì)建設(shè)為中心、實(shí)施改革開放的重大戰(zhàn)略決策，國家和社會(huì)面貌發(fā)生了重大改變，經(jīng)濟(jì)取得快速發(fā)展，運(yùn)輸需求日益增長，鐵路運(yùn)輸能力開始全面緊張，買票難、運(yùn)貨難現(xiàn)象飽受社會(huì)責(zé)難，迫切需要以鐵路為骨干的交通運(yùn)輸行業(yè)快速發(fā)展，大幅度提升運(yùn)輸能力。這期間，受國家財(cái)力的限制，大規(guī)模鐵路建設(shè)并不多，所以挖潛擴(kuò)能成為這一時(shí)期鐵路發(fā)展的重點(diǎn)，即充分利用有限的財(cái)力，針對(duì)運(yùn)輸能力的關(guān)鍵瓶頸實(shí)施更新改造。這一思路體現(xiàn)在列車速度、密度、重量發(fā)展的先后次序和不同側(cè)重點(diǎn)上，可從先后頒布的幾版《鐵路主要技術(shù)政策》中得到佐證。1983年5月原鐵道部頒布的《鐵路主要技術(shù)政策》（第1版）規(guī)定：“逐步提高列車重量，增加行車密度，在此基礎(chǔ)上適當(dāng)提高行車速度”，將“提重增密”放在鐵路發(fā)展的首要位置，以達(dá)到較大幅度提高鐵路輸送能力，獲得較好經(jīng)濟(jì)效益的目的。1988年11月頒布的《鐵路主要技術(shù)政策》（第2 版）進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了要“大力提高列車重量，積極增加行車密度，適當(dāng)提高行車速度。在三者組配優(yōu)化的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)大重量、高密度、中速度，以顯著提高運(yùn)輸能力，獲得較好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益”，凸顯出“提重增密”在推動(dòng)鐵路發(fā)展和滿足運(yùn)輸需求中的重要性和緊迫性。1994年6月頒布的《鐵路主要技術(shù)政策》（第3 版）仍維持了重量、密度、速度三者的提法和順序，表述為“大力提高列車重量，積極增加行車密度，努力提高行車速度。以大幅度提高運(yùn)輸能力并獲得較好的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)重量、密度、速度的優(yōu)化組配”，但將“適當(dāng)提高行車速度”改為“努力提高行車速度”，表明這一時(shí)期鐵路運(yùn)輸在仍把“提重增密”放在首位，按照“重密速”先后順序發(fā)展的同時(shí)，開始有預(yù)見性地要重視行車速度的提高［13］。

“提重增密”是這一時(shí)期鐵路發(fā)展的主題。在提高列車重量方面：通過大幅度提高內(nèi)燃、電化鐵路比例，延長車站到發(fā)線有效長等措施提高貨物列車重量，車站到發(fā)線有效長850 m 線路的貨物列車重量由3 500 t逐步提高到4 000 t；有條件又有需要的線路區(qū)段，到發(fā)線有效長延長到1 050 m，列車重量提高到5 000 t；大秦運(yùn)煤專線到發(fā)線有效長1 700 m，列車重量最高達(dá)到10 000 t；旅客列車逐步增加編組輛數(shù)，從12～14 輛增加到14～16 輛，部分?jǐn)U編至20 輛［14］。在增加行車密度方面：不斷提高雙線和自動(dòng)閉塞線路的比重，雙線自動(dòng)閉塞區(qū)段列車追蹤間隔時(shí)間從10 min 壓縮到8 min，甚至7 min，線路區(qū)段最大客貨列車行車量達(dá)到110～120 對(duì)；單線鐵路通過增設(shè)中間站或線路所，采用半自動(dòng)閉塞設(shè)備，把平行運(yùn)行圖通過能力提高到40 對(duì)以上，線路區(qū)段最大客貨列車行車量達(dá)到30～35對(duì)［14］。

通過既有線挖潛改造和少量新線建設(shè)，鐵路運(yùn)輸設(shè)備質(zhì)量得到提高，鐵路貨物列車重量和行車密度大幅度提升，詳見表1（為了便于對(duì)比，將鐵路提速階段中的2007年和發(fā)展高速鐵路階段的2018年的數(shù)據(jù)也列入表1中）。由表1可知：1996年與1980年相比，內(nèi)電比從18.1%提高到69.3%，自動(dòng)閉塞線路里程比例從12.1%提高到26.9%，載重60 t 及以上貨車占比從35.8%提高到81.4%，貨物列車平均重量從1 994 t 提高到2 603 t，提高30.2%；線路客運(yùn)密度提高112.3%，貨運(yùn)密度提高99.5%。盡管在該階段鐵路運(yùn)輸能力大幅度提升，但仍不能滿足我國快速增加的客貨運(yùn)輸需求和日益增長的服務(wù)質(zhì)量要求。

表1 我國鐵路列車速度、密度、重量主要技術(shù)指標(biāo)

2.2 鐵路提速階段（1997年—2007年）

自20 世紀(jì)90年代，在國家進(jìn)一步擴(kuò)大開放政策的推動(dòng)下，交通運(yùn)輸業(yè)中的公路、民航、水運(yùn)充分利用各自的有利條件得到飛速發(fā)展，完成的客貨運(yùn)量和客貨周轉(zhuǎn)量逐年增長，而鐵路由于自身和外在的多種原因，發(fā)展相對(duì)滯后，沒有充分發(fā)揮其應(yīng)有的作用，在全社會(huì)客運(yùn)量逐年上升的情況下，1995年、1996年、1997年鐵路客運(yùn)量和市場份額卻在連續(xù)下降，鐵路運(yùn)輸能力和運(yùn)輸質(zhì)量嚴(yán)重不適應(yīng)社會(huì)發(fā)展要求。形勢迫切要求鐵路不僅要擴(kuò)大運(yùn)輸能力，滿足客貨運(yùn)量不斷增長的需求，而且要把加快旅客、貨物送達(dá)，提高客貨運(yùn)輸質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)安全、快速、舒適、經(jīng)濟(jì)、方便的客貨運(yùn)輸放在重要位置。為此，鐵路開始對(duì)既有線實(shí)施提速，即對(duì)既有線進(jìn)行技術(shù)改造，更換機(jī)車車輛等技術(shù)裝備，多次組織既有線提速重大綜合試驗(yàn)和技術(shù)攻關(guān)，形成既有線列車提速理論，大幅度提高既有線列車速度。同時(shí)，積極調(diào)整運(yùn)輸產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，開行“夕發(fā)朝至”、“朝發(fā)夕歸”、“一日到達(dá)”等多種形式的特快、快速旅客列車，以及行包專列、“五定”班列等多種形式的快捷貨物列車。與此同時(shí)，2000年10月頒布的《鐵路主要技術(shù)政策》（第4 版）也將列車重量、密度、速度的順序調(diào)整為列車速度、密度、重量，提出“普遍提高行車速度，積極增加行車密度，合理確定列車重量”的新政策。

《鐵路主要技術(shù)政策》中列車速度、密度、重量次序的演變及用詞強(qiáng)度的變化，反映這一時(shí)期普遍提高列車速度——特別是旅客列車的速度，是鐵路發(fā)展的重點(diǎn)，并通過提速同時(shí)實(shí)現(xiàn)擴(kuò)能，反映我國鐵路從以貨運(yùn)為主到客貨并重，從重視運(yùn)輸數(shù)量的增長到數(shù)量與質(zhì)量兼顧，從強(qiáng)調(diào)擴(kuò)大運(yùn)輸能力、提高經(jīng)濟(jì)效益到以滿足運(yùn)輸市場需求、提高經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益為目標(biāo)的轉(zhuǎn)變［15］。

基于這樣的現(xiàn)實(shí)狀況和政策要求，從1997年到2007年的10年間，我國鐵路連續(xù)實(shí)施了6 次大面積提速，主要內(nèi)容和效果見表2。通過改造小半徑曲線、更換提速道岔、鋪設(shè)無縫線路、更換新型軌枕、整治線路病害、道口平改立、封閉柵欄、三顯示改四顯示自動(dòng)閉塞、裝設(shè)通用機(jī)車信號(hào)、采用提速機(jī)車車輛等［16］，把延展里程2.2 萬km 設(shè)計(jì)速度不超過120 km·h-1的線路提速到140，160 或200 km·h-1及以上，與1996年相比，2007年旅客列車技術(shù)速度和旅行速度分別提高34.2% 和39.2%（見表1）。既有線提速同時(shí)帶動(dòng)了鐵路列車密度、重量相應(yīng)提高。通過提速改造，列車追蹤間隔時(shí)間進(jìn)一步壓縮，動(dòng)車組列車追蹤間隔時(shí)間最小縮短至5 min，普通旅客列車追蹤間隔時(shí)間最小縮短至6 min，貨物列車追蹤間隔時(shí)間最小縮短至7 min；采取列車成束連發(fā)等運(yùn)輸組織措施，行車密度得到提高，部分線路客貨列車開行數(shù)量超過130 對(duì)，與1996年（見表1）相比，2007年客運(yùn)密度、貨運(yùn)密度分別提高85.0%和52.4%。通過提速改造，雙線鐵路、電氣化鐵路、到發(fā)線有效長1 050 m 線路均有增加，列車重量得到提高，貨物列車平均重量提高22.7%，京滬、京廣、京哈線等繁忙干線普遍開行5 000，5 500 t貨物列車［17］。

通過提速，200 km·h-1動(dòng)車組列車、160 km·h-1普通旅客列車與5 000 t 貨物列車共線運(yùn)行，創(chuàng)造了中國鐵路既有線提速改造挖潛擴(kuò)能新紀(jì)錄，實(shí)現(xiàn)了提速兼顧擴(kuò)能的目的，初步緩解了鐵路運(yùn)輸“瓶頸”制約，是促進(jìn)既有線列車速度、密度、重量三者協(xié)調(diào)發(fā)展的成功實(shí)踐，為國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)，得到全社會(huì)廣泛高度的評(píng)價(jià)?！疤崴佟币辉~成為當(dāng)時(shí)改變既有落后觀念和做法，實(shí)施加快發(fā)展、快速前進(jìn)的代名詞，鐵路提速使我國既有線提速技術(shù)達(dá)到世界先進(jìn)水平，為后來高速鐵路的發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)。

2.3 發(fā)展高速鐵路階段（2008年—現(xiàn)今）

經(jīng)過10年鐵路提速，特別是到了提速后期，鐵路人普遍意識(shí)到，僅靠既有線提速遠(yuǎn)不能滿足人們方便、快速出行需求，更無法滿足大幅度提高運(yùn)輸能力、解決運(yùn)貨難的問題，需要實(shí)行客貨分線、客運(yùn)高速的發(fā)展模式，發(fā)展高速鐵路就成為一種必然的趨勢，所以2004年8月頒布的《鐵路主要技術(shù)政策》（第5 版）在繼續(xù)強(qiáng)調(diào)“普遍提高列車速度，積極加大列車密度，適當(dāng)增加列車重量”的同時(shí)，提出了“認(rèn)真執(zhí)行《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》”，“在大中城市間發(fā)展客運(yùn)專線，在人口稠密地區(qū)發(fā)展城際鐵路”，“客運(yùn)專線行車速度200～350 km·h-1”，“列車追蹤間隔時(shí)間3～4 min”，“建立客運(yùn)高速、貨運(yùn)重載、行車高密度協(xié)調(diào)發(fā)展”的鐵路發(fā)展總目標(biāo)?？梢姷? 版《鐵路主要技術(shù)政策》在維持列車速度密度重量發(fā)展順序的同時(shí)，開始把發(fā)展的重點(diǎn)轉(zhuǎn)向高速鐵路［13］。

事實(shí)上，鐵路第6 次大面積提速，不僅是既有線的一次大規(guī)模提速，同時(shí)也是發(fā)展高速鐵路的一次預(yù)演。提速列車采用的是“交—直—交”動(dòng)力分散高速動(dòng)車組和CTCS—2 級(jí)列控系統(tǒng)，地面采用列控中心和應(yīng)答器，提速線路大面積使用PD3 鋼軌、重型軌枕、Ⅰ級(jí)道砟、18 號(hào)道岔和1.25 m 高站臺(tái)，這些都是后來高速鐵路采用的技術(shù)裝備和標(biāo)準(zhǔn)。

表2 我國鐵路6次提速主要內(nèi)容及效果［12］

2008年8月1日我國第1 條高速鐵路京津城際鐵路投入運(yùn)營，標(biāo)志著中國鐵路全面進(jìn)入高速鐵路時(shí)代。隨后，每年都有幾千公里的高速鐵路投入運(yùn)營，所以2013年1月頒布的《鐵路主要技術(shù)政策》（第6 版）提出“加快形成以‘四縱四橫’為骨架的快速客運(yùn)網(wǎng)”，“城市密集區(qū)優(yōu)先建設(shè)不同速度等級(jí)的客運(yùn)專線”，“構(gòu)建完善客運(yùn)高速、便捷，貨運(yùn)重載、快捷，速度、密度、重量合理匹配”，表明這一時(shí)期鐵路發(fā)展的重點(diǎn)是高速鐵路；同時(shí)《鐵路主要技術(shù)政策》（第6版）對(duì)高速鐵路、重載鐵路、客貨共線鐵路分別進(jìn)行了定義，對(duì)3種類型鐵路各自速度、密度、重量的技術(shù)指標(biāo)提出了要求。

這一時(shí)期，我國國力明顯增強(qiáng)，對(duì)鐵路的投入明顯加大，鐵路營業(yè)里程快速增長，平均每年投產(chǎn)新線6 600 多km，其中高速鐵路投產(chǎn)近3 000 km。截至2019年底，我國鐵路營業(yè)里程達(dá)到13.9萬km，其中高速鐵路營業(yè)里程3.5 萬km，形成了300～350 km·h-1，200～250 km·h-1多種速度等級(jí)的高速鐵路，350 km·h-1高速鐵路達(dá)到1.23 萬km；列車追蹤間隔時(shí)間達(dá)到4 min，日行車量最高達(dá)到160 對(duì)；動(dòng)車組列車編組有8 輛、16 輛和少量17 輛（2019年開始在京滬高速鐵路運(yùn)營）。

目前，高速鐵路已成網(wǎng)運(yùn)營，路網(wǎng)結(jié)構(gòu)更加優(yōu)化，運(yùn)輸能力大幅度提升，鐵路滿足客貨運(yùn)輸需求的能力日益增強(qiáng)，運(yùn)輸能力緊張的局面基本消除，“限制口”基本消滅，運(yùn)輸“瓶頸”和短板明顯減少，列車速度、密度、重量發(fā)展的先后順序沒有以前那樣明顯的偏向性，不必再強(qiáng)調(diào)“大力”發(fā)展誰、“普遍”發(fā)展誰、“適當(dāng)”發(fā)展誰，所以列車速度、密度、重量發(fā)展方向已不同于前2 個(gè)階段，處在按需發(fā)展、共同發(fā)展的新階段。

3 列車速度、密度、重量發(fā)展方向

近40年我國鐵路發(fā)展，列車速度經(jīng)歷了“適當(dāng)提高”“努力提高”“普遍提高”“發(fā)展高速”等幾個(gè)階段，列車密度經(jīng)歷了“增加”“積極增加”“積極加大”等幾個(gè)階段，列車重量經(jīng)歷了“逐步提高”“大力提高”“合理確定”“適當(dāng)增加”幾個(gè)階段，不同階段三者發(fā)展重點(diǎn)不同。挖潛擴(kuò)能階段偏重于內(nèi)涵式發(fā)展，提速階段是挖潛擴(kuò)能階段的延伸和升級(jí)，使鐵路挖潛擴(kuò)能上升到了一個(gè)新階段和較高的水平。當(dāng)今我國鐵路進(jìn)入高速鐵路發(fā)展時(shí)期，發(fā)展規(guī)模遠(yuǎn)超規(guī)劃，不論是每年投產(chǎn)線路，還是在建線路、規(guī)劃線路，規(guī)模都很大，我國鐵路正處在擴(kuò)大再生產(chǎn)的發(fā)展歷史新階段，鐵路運(yùn)輸格局出現(xiàn)根本轉(zhuǎn)變，鐵路運(yùn)輸正在從能力限制性、適應(yīng)型向高質(zhì)量服務(wù)型轉(zhuǎn)變，這種發(fā)展趨勢推動(dòng)鐵路列車速度、密度、重量三者向更高水平發(fā)展。

3.1 列車速度

我國普速鐵路經(jīng)過6 次大面積提速，已形成旅客列車最高運(yùn)行速度160 km·h-1、普通貨物列車最高運(yùn)行速度80和90 km·h-1、快捷貨物列車120和160 km·h-1的格局。未來機(jī)車牽引的旅客列車應(yīng)逐步被160 和200 km·h-1動(dòng)力分散動(dòng)車組和新型動(dòng)力集中動(dòng)車組替代，最高運(yùn)行速度可仍保持160 km·h-1，但客運(yùn)服務(wù)質(zhì)量將有大幅度提升。設(shè)計(jì)速度200 km·h-1客貨共線鐵路線間距4.4 m，經(jīng)過多次研究和試驗(yàn)，在對(duì)貨物列車采取一定安全措施后，高速列車與貨物列車可以在區(qū)間正常共線運(yùn)行，無需規(guī)定客貨列車不見面。高速鐵路使得旅客列車運(yùn)行速度、技術(shù)速度、旅行速度和服務(wù)質(zhì)量有了大幅度提升，高速鐵路應(yīng)逐步恢復(fù)按設(shè)計(jì)速度運(yùn)行，并進(jìn)一步研究發(fā)展400 km·h-1等級(jí)的高速鐵路成套技術(shù)，開行400 km·h-1高速列車，推動(dòng)鐵路技術(shù)水平上升到一個(gè)新水平。高速鐵路在始發(fā)終到端技術(shù)作業(yè)條件具備后可開行高速貨物列車，目前應(yīng)重點(diǎn)解決始發(fā)終到作業(yè)、車站裝卸作業(yè)、樞紐走行線路及技術(shù)經(jīng)濟(jì)性等問題。

3.2 列車密度

普速鐵路列車運(yùn)行監(jiān)控裝置LKJ 應(yīng)采用速度連續(xù)控制模式，逐步推廣應(yīng)用CTC 中心站集中控制模式、調(diào)度集中、移動(dòng)閉塞和機(jī)車自動(dòng)駕駛技術(shù)，對(duì)改進(jìn)鐵路行車組織，壓縮列車追蹤間隔時(shí)間，增加行車密度，保障行車安全具有很大的促進(jìn)作用。雙線自動(dòng)閉塞區(qū)段，動(dòng)車組列車追蹤間隔時(shí)間最小可壓縮到5 min，普通旅客列車可壓縮到6 min，貨物列車7 min，平行運(yùn)行圖通過能力提高10%～20%，列車密度可達(dá)到110～120 對(duì)·d-1，當(dāng)旅客列車在50 對(duì)·d-1時(shí)，線路區(qū)段年貨運(yùn)量可達(dá)到7 000 萬t 以上。單線鐵路推廣應(yīng)用自動(dòng)站間閉塞，平行運(yùn)行圖通過能力可達(dá)到50 對(duì)以上，最大行車密度可提高到35對(duì)·d-1以上。

高速鐵路目前最大行車密度達(dá)到160 對(duì)，為進(jìn)一步提高繁忙線路行車密度，縮短列車追蹤間隔時(shí)間、實(shí)現(xiàn)3 min 設(shè)計(jì)目標(biāo)仍是一個(gè)重要途徑。目前影響高速列車3 min 追蹤間隔時(shí)間的主要因素是大型客運(yùn)站咽喉結(jié)構(gòu)復(fù)雜、列車進(jìn)路太長，以及動(dòng)車組制動(dòng)能力利用和列控系統(tǒng)參數(shù)配置的限制等。壓縮列車追蹤間隔時(shí)間，要優(yōu)化線路設(shè)計(jì)，銜接方向多、到發(fā)線多的車站盡量分場設(shè)計(jì)，縮短車站咽喉區(qū)長度；要提高動(dòng)車組制動(dòng)能力利用率，壓縮進(jìn)路辦理時(shí)間，全部取消高速鐵路延續(xù)進(jìn)路，采用移動(dòng)閉塞和自動(dòng)駕駛系統(tǒng)（ATO），優(yōu)化接發(fā)列車作業(yè)辦法和到發(fā)線使用方法，同一線路區(qū)段采用相同運(yùn)行速度，避免列車間產(chǎn)生速差［18］。采取上述措施后，列車追蹤間隔時(shí)間壓縮到3 min、最大行車密度達(dá)到190對(duì)·d-1以上是可能的。市域鐵路站場結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單，設(shè)計(jì)速度低于高速鐵路，采用優(yōu)化后的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)，列車追蹤間隔時(shí)間可實(shí)現(xiàn)2.5 min，高峰小時(shí)最大列車開行對(duì)數(shù)可實(shí)現(xiàn)24對(duì)［19］。

3.3 列車重量

旅客列車方面，動(dòng)車組列車編組目前主要是8輛、16 輛和少量17 輛。未來客流量較大去向和時(shí)段（節(jié)假日、周末）、繁忙區(qū)段可采用16 輛編組，城際鐵路、市域鐵路多采用8 輛短編組。普通旅客列車編組根據(jù)需求確定，最高不超過20 輛；動(dòng)力集中動(dòng)車組將逐步替代現(xiàn)行機(jī)車牽引的旅客列車，長編組可達(dá)到19輛。

貨物列車方面，未來貨物運(yùn)輸將繼續(xù)朝著重載、快捷、高效方向發(fā)展。160 km·h-1快捷貨物列車軸重不超過17 t，120 km·h-1快捷貨物列車軸重不超過18 t，列車重量約1 500 t；高速快運(yùn)貨物列車重量不超過1 000 t。普通貨車軸重目前以23 t 為主，專用貨車軸重25 t，將來還應(yīng)推廣軸重27 t 通用貨車，研究發(fā)展軸重30 t 貨車，所以大軸重貨車數(shù)量還會(huì)有一定幅度的增長。從2006年開始，除特種貨車和專用貨車外，國家鐵路不再采購載重70 t以下的貨車，這為進(jìn)一步提高貨車靜載重創(chuàng)造了條件。2017年國家鐵路標(biāo)記載重70 t及以上貨車占總量的49.8%，煤炭貨車靜載重平均達(dá)到69.8 t。實(shí)際中車輛每延米重量可達(dá)到6.54 t·m-1（＝93.6÷14.3）。基于這些條件，有效長為850 m系列的到發(fā)線貨物列車重量最高可提高到5 000 t（≈（850－40－30）×6.54），換長70；有效長為1 050 m 系列的到發(fā)線貨物列車重量最高可提高到6 400 t（≈（1 050－40－30）×6.54），換長可提高到89。所以，將有效長為850 m 系列和1 050 m 系列到發(fā)線的線路貨物列車重量分別確定為4 500～5 000 t和5 500～6 400 t是適宜的。

4 結(jié) 語

列車速度、密度、重量是鐵路運(yùn)輸能力和運(yùn)輸質(zhì)量最具代表性的指標(biāo)，三者之間緊密聯(lián)系。我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展格局及其對(duì)交通運(yùn)輸?shù)男枨?，決定我國鐵路必須列車速度、密度、重量三者兼顧。鐵路40年來的發(fā)展實(shí)踐也一直在促使三者兼顧，且在不同時(shí)期具有鮮明的特征，推進(jìn)三者共同協(xié)調(diào)向前發(fā)展，達(dá)到世界先進(jìn)技術(shù)水平，提升了我國鐵路運(yùn)輸能力和運(yùn)輸質(zhì)量。目前，我國鐵路進(jìn)入一個(gè)新的發(fā)展階段，強(qiáng)基礎(chǔ)、保安全、提質(zhì)量、增效益的任務(wù)繁重，既要繼續(xù)擴(kuò)大路網(wǎng)規(guī)模，大力發(fā)展高速鐵路，還要更加注重提高鐵路經(jīng)營效率和效益，這給鐵路列車速度、密度、重量賦予了新的內(nèi)涵和要求。隨著鐵路發(fā)展和運(yùn)輸需求變化不斷調(diào)整，以及鐵路新技術(shù)的推廣應(yīng)用，我國鐵路列車速度、密度、重量還會(huì)朝著更高水平方向發(fā)展，為社會(huì)提供更強(qiáng)的運(yùn)輸能力和更好的運(yùn)輸服務(wù)。