200 km/h動(dòng)力集中型動(dòng)車(chē)組運(yùn)用模式探討

賀俊源，徐利民, 李 博, 周 進(jìn), 劉寧馨

（1.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 研究生部，北京 100081；2.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 運(yùn)輸及經(jīng)濟(jì)研究所，北京 100081)

隨著我國(guó)鐵路事業(yè)快速穩(wěn)步發(fā)展，鐵路運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)逐步形成，截至2019年底，全國(guó)鐵路營(yíng)業(yè)里程達(dá)到13.9萬(wàn)km[1]，其中按速度200 km/h標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)營(yíng)的鐵路線路有39條，合計(jì)運(yùn)營(yíng)里程達(dá)9 071 km，這些線路本線大量運(yùn)用時(shí)速250 km/h及以上動(dòng)車(chē)組，高速度等級(jí)動(dòng)車(chē)組在低速度等級(jí)線路上本線專用，產(chǎn)生線車(chē)速度不匹配、經(jīng)濟(jì)性不優(yōu)等問(wèn)題[2]。目前新式200 km/h動(dòng)力集中型動(dòng)車(chē)組(以下稱200 km/h動(dòng)力集中型動(dòng)車(chē)組)正處于設(shè)計(jì)研制階段，為更好匹配我國(guó)200 km/h速度等級(jí)線路，在分析200 km/h動(dòng)力集中型動(dòng)車(chē)組特點(diǎn)，探析其運(yùn)用需求的基礎(chǔ)上，研究在不同場(chǎng)景中的運(yùn)用模式，為200 km/h動(dòng)力集中型動(dòng)車(chē)組的研制、生產(chǎn)與實(shí)際運(yùn)用提供參考。

1 200 km/h動(dòng)力集中型動(dòng)車(chē)組現(xiàn)狀

1.1 國(guó)內(nèi)外動(dòng)力集中型動(dòng)車(chē)組運(yùn)用

國(guó)外動(dòng)力集中型動(dòng)車(chē)組主要在歐洲國(guó)家廣泛運(yùn)用。歐洲國(guó)家200 ～ 300 km/h速度等級(jí)鐵路線路，大量運(yùn)用動(dòng)力集中型動(dòng)車(chē)組，其中以法國(guó)TGV系列、德國(guó)ICE1/ICE2、英國(guó)IC系列等為典型代表。法國(guó)軌道交通系統(tǒng)主要由干線鐵路(含高速鐵路線、大區(qū)間列車(chē)線)、區(qū)域鐵路、市郊快速鐵路等構(gòu)成，法國(guó)TGV因其動(dòng)力車(chē)軸重大，一般編組較長(zhǎng)，主要用于干線鐵路運(yùn)輸，承擔(dān)遠(yuǎn)距離城市及法國(guó)各行政大區(qū)之間的旅客輸送任務(wù)。德國(guó)ICE1/ICE2動(dòng)車(chē)日常維修主要在漢堡(ICE1)、柏林(ICE2)進(jìn)行，由于運(yùn)用場(chǎng)景不同，動(dòng)力車(chē)和拖車(chē)的磨損、折耗過(guò)程并不同步，動(dòng)力集中型動(dòng)車(chē)組的動(dòng)力車(chē)和拖車(chē)裝備可以分別更新，互不影響且更方便[3]。歐洲國(guó)家運(yùn)用200 ～ 300 km/h動(dòng)力集中型動(dòng)車(chē)組情況如表1所示。

表1 歐洲國(guó)家運(yùn)用200 ～ 300 km/h動(dòng)力集中型動(dòng)車(chē)組情況表Tab.1 Operation of 200 ～ 300 km/h power-concentrated EMUs in European countries

我國(guó)動(dòng)力集中型動(dòng)車(chē)組已在多條既有干線上成功運(yùn)用。中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車(chē)組復(fù)興號(hào)系列產(chǎn)品CR400型、CR300型、CR200J型動(dòng)車(chē)組中，CR200J型動(dòng)車(chē)組為時(shí)速160 km/h動(dòng)力集中型動(dòng)車(chē)組，其作為鐵路旅客運(yùn)輸?shù)男滦瓦\(yùn)載工具，可在既有普速線路上運(yùn)行，滿足客貨混線鐵路開(kāi)行動(dòng)車(chē)的迫切需求，促進(jìn)普速鐵路捷運(yùn)化[4]。截至2019年底，CR200J型動(dòng)車(chē)組已在京滬線(北京—上海)、京廣線(北京西—廣州)、京九線(北京西—深圳)、蘭渝線(蘭州—重慶北)等多條既有干線或客貨共線鐵路上投入運(yùn)用。CR200J型動(dòng)車(chē)組可根據(jù)運(yùn)輸需求，實(shí)現(xiàn)1 M + (9 ～ 18) T+1 M(其中M表示動(dòng)力車(chē)，T代表拖車(chē))靈活編組，動(dòng)車(chē)組在兩端頭車(chē)設(shè)置可與其他普速機(jī)車(chē)車(chē)輛通用的詹式車(chē)鉤，保證CR200J型動(dòng)車(chē)組與其他機(jī)車(chē)車(chē)輛進(jìn)行連掛、救援的互通性，并且CR200J動(dòng)車(chē)組檢修與既有機(jī)務(wù)、車(chē)輛一體化管理模式一致，在客整所內(nèi)進(jìn)行檢修。

1.2 200 km/h動(dòng)力集中型動(dòng)車(chē)組特點(diǎn)

200 km/h動(dòng)力集中型動(dòng)車(chē)組是在既有160 km/h動(dòng)力集中型動(dòng)車(chē)組(CR200J型動(dòng)車(chē)組)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行全新優(yōu)化設(shè)計(jì)的一款新式動(dòng)力集中型動(dòng)車(chē)組，其主要具備以下特點(diǎn)。

（1）可以靈活編組運(yùn)用。200 km/h動(dòng)力集中型動(dòng)車(chē)組編組可根據(jù)不同線路特征，客流需求情況靈活調(diào)整編組輛數(shù)，實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化配置?；揪幗M形式為2組及其以上基本編組單元列車(chē)(指由合理的動(dòng)車(chē)拖車(chē)組成的列車(chē)，一般不進(jìn)行再拆解)之間的重聯(lián)。

（2）可以利用既有檢修資源。200 km/h動(dòng)力集中動(dòng)車(chē)組與CR200J型動(dòng)車(chē)組采用相同的管理模式，即采用機(jī)務(wù)、車(chē)輛一體化管理模式，D1至D2修推薦在客整所內(nèi)整列完成，動(dòng)車(chē)(段)所設(shè)施能力富裕情況下，亦可在動(dòng)車(chē)(段)所內(nèi)進(jìn)行。D3及以上修程動(dòng)力車(chē)和拖車(chē)分別回送機(jī)務(wù)段、車(chē)輛段或主機(jī)廠完成。相較于動(dòng)力分散型動(dòng)車(chē)組，200 km/h動(dòng)力集中型動(dòng)車(chē)組能靈活利用既有線檢修資源和動(dòng)車(chē)段所檢修資源，檢修周期較動(dòng)力分散動(dòng)車(chē)組縮短，并可通過(guò)摘解、換掛等方式縮短臨修時(shí)間。

（3）具備一定成本優(yōu)勢(shì)。按相同座間距設(shè)置，200 km/h動(dòng)力集中1 M 7 T動(dòng)車(chē)組定員與250 km/h動(dòng)力分散4 M 4 T定員接近。參照CR200J型動(dòng)車(chē)組技術(shù)方案，200 km/h動(dòng)力集中型動(dòng)車(chē)組預(yù)估購(gòu)置成本、全壽命周期高級(jí)修成本較動(dòng)力分散型動(dòng)車(chē)組低，具有一定的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)[5]。

（4）提高舒適性。200 km/h動(dòng)力集中型動(dòng)車(chē)組拖車(chē)車(chē)頂與車(chē)下設(shè)備少，較分散型動(dòng)車(chē)組客室空間更大，如按3層臥鋪或雙層客車(chē)設(shè)計(jì)，定員更多。動(dòng)力集中動(dòng)車(chē)組拖車(chē)車(chē)頂無(wú)受電弓，車(chē)下無(wú)主變壓器、牽引變流器、牽引電機(jī)等大功率電氣設(shè)備及齒輪箱傳動(dòng)設(shè)備，電磁噪聲及設(shè)備振動(dòng)噪聲小，旅客舒適性更高。

1.3 200 km/h動(dòng)力集中型動(dòng)車(chē)組運(yùn)用需求

根據(jù)200 km/h動(dòng)力集中型動(dòng)車(chē)組技術(shù)特點(diǎn)，按照200 km/h干線鐵路、200 km/h城 際 鐵 路、200 km/h特殊條件線路及200 km/h動(dòng)車(chē)組臥鋪列車(chē)4種運(yùn)用場(chǎng)景，分析200 km/h動(dòng)力集中型動(dòng)車(chē)組在不同場(chǎng)景下的運(yùn)用需求如下。

（1）滿足200 km/h干線鐵路對(duì)于線車(chē)速度匹配、檢修能力均衡利用的需求。經(jīng)梳理，設(shè)計(jì)時(shí)速200 km/h干線鐵路大量運(yùn)用時(shí)速250 km/h及以上動(dòng)力分散型動(dòng)車(chē)組(折算成標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車(chē)組共167組，占比逾80%)，高速度動(dòng)車(chē)組在低速度線路上運(yùn)行，無(wú)法發(fā)揮速度優(yōu)勢(shì)，且這些動(dòng)車(chē)組采購(gòu)與檢修成本較高，造成動(dòng)車(chē)組資源的浪費(fèi)。對(duì)全路25個(gè)樞紐地區(qū)的檢修設(shè)施能力利用情況進(jìn)行調(diào)研，共有23個(gè)樞紐地區(qū)的客整所(包括機(jī)務(wù)段、機(jī)務(wù)折返段、車(chē)輛段、綜合維修段、客機(jī)所等單位)檢修能力負(fù)荷小于動(dòng)車(chē)段(所）(包括城際動(dòng)車(chē)所、動(dòng)車(chē)運(yùn)用車(chē)間等相似單位)的能力負(fù)荷。既有動(dòng)車(chē)段(所)檢修能力普遍較飽和，部分動(dòng)車(chē)段(所)能力嚴(yán)重超負(fù)荷，難以支撐客流增長(zhǎng)、加開(kāi)動(dòng)車(chē)組列車(chē)的實(shí)際需要，另一方面隨著既有普速列車(chē)開(kāi)行比例的減少，既有客整所的檢修能力往往有富余，造成目前檢修能力利用不均的局面。

（2）滿足200 km/h城際鐵路對(duì)于調(diào)整列車(chē)編組的需求。200 km/h城際鐵路一般距離較短，客流需求呈現(xiàn)早晚高峰多、平峰少，以及周末多、其他工作日少的特點(diǎn)。目前分散型動(dòng)車(chē)組短編多以8輛固定編組為主，只能通過(guò)增減列車(chē)開(kāi)行頻次，適應(yīng)客流需求的變化。如果可以實(shí)現(xiàn)按需靈活地調(diào)整編組輛數(shù)，在客流需求小時(shí)開(kāi)行超短編組(8輛以下)動(dòng)車(chē)組，將有效減少運(yùn)營(yíng)成本，在客流需求大時(shí)開(kāi)行超長(zhǎng)編組(16輛以上)動(dòng)車(chē)組，將增加客票收入。部分200 km/h旅游線路，旅游淡季客流需求極少，因而在旅游淡季降低動(dòng)車(chē)組編組輛數(shù)，減少動(dòng)車(chē)組資源的浪費(fèi)，從而降低運(yùn)營(yíng)成本。

（3）滿足200 km/h特殊條件線路對(duì)于動(dòng)車(chē)組性能需求。在一些特殊條件線路，如川藏鐵路(成都西—拉薩)受制于地形高差、地震頻發(fā)、復(fù)雜地質(zhì)、季節(jié)凍土、山地災(zāi)害、高原缺氧及生態(tài)環(huán)保等工程難題，線路最高設(shè)計(jì)速度只可達(dá)200 km/h，且對(duì)動(dòng)車(chē)組氣密性、牽引制動(dòng)能力等動(dòng)車(chē)組性能提出了更高的要求。目前200 km/h速度級(jí)動(dòng)力分散型動(dòng)車(chē)組無(wú)密封折棚風(fēng)擋與壓力波保護(hù)裝置，車(chē)廂的氣密性差，難以滿足30‰坡道以200 km/h運(yùn)行的牽引制動(dòng)能力需求，需要重新設(shè)計(jì)牽引系統(tǒng)。

（4）滿足200 km/h動(dòng)車(chē)組臥鋪列車(chē)對(duì)于滿足旅客舒適性的需求。在現(xiàn)有200 km/h速度級(jí)動(dòng)力分散型動(dòng)車(chē)組中，靠近動(dòng)車(chē)受電弓、電氣和傳動(dòng)設(shè)備的席位，噪聲振動(dòng)影響更大，旅客舒適性差。由于車(chē)上有受電弓，車(chē)下有電氣和傳動(dòng)設(shè)備，動(dòng)力分散型動(dòng)車(chē)組無(wú)法最大化利用車(chē)體空間，動(dòng)車(chē)組臥鋪列車(chē)目前僅滿足設(shè)計(jì)2層臥鋪，無(wú)法實(shí)現(xiàn)更大定員的3層臥鋪。

2 200 km/h動(dòng)力集中型動(dòng)車(chē)組運(yùn)用模式

動(dòng)車(chē)組運(yùn)用模式主要分為動(dòng)車(chē)組的運(yùn)用、檢修和備用方式3個(gè)方面，不同運(yùn)用模式下動(dòng)車(chē)組的運(yùn)用效果和質(zhì)量不盡相同。200 km/h動(dòng)力集中型動(dòng)車(chē)組作為新型動(dòng)車(chē)組，與傳統(tǒng)分散型動(dòng)車(chē)組的運(yùn)用模式不完全一致，需從動(dòng)車(chē)組運(yùn)用、檢修和備用方式3方面，設(shè)計(jì)不同運(yùn)用場(chǎng)景下200 km/h動(dòng)力集中型動(dòng)車(chē)組的運(yùn)用模式。

2.1 200 km/h動(dòng)力集中型動(dòng)車(chē)組運(yùn)用方式

動(dòng)車(chē)組運(yùn)用方式包括動(dòng)車(chē)組的車(chē)底運(yùn)用范圍、運(yùn)用方式、編組方式等。車(chē)底運(yùn)用范圍包括本線運(yùn)用和跨線運(yùn)用；動(dòng)車(chē)組運(yùn)用方式包括固定運(yùn)用、半固定運(yùn)用及不固定運(yùn)用等，目前我國(guó)動(dòng)車(chē)組車(chē)底運(yùn)用方式都是采用固定運(yùn)用的形式，固定運(yùn)用可分為站間運(yùn)用和套跑運(yùn)用[6]，站間運(yùn)用指動(dòng)車(chē)組在2車(chē)站組成的固定區(qū)段中往返運(yùn)用，套跑運(yùn)用是指動(dòng)車(chē)組擔(dān)當(dāng)一個(gè)區(qū)段運(yùn)行線的任務(wù)后，又擔(dān)當(dāng)另一個(gè)區(qū)段運(yùn)行線任務(wù)；編組形式包括固定編組和靈活編組，編組長(zhǎng)度需滿足相應(yīng)線路車(chē)站站臺(tái)與到發(fā)線長(zhǎng)度。根據(jù)不同的運(yùn)輸需求和運(yùn)用場(chǎng)景，200 km/h動(dòng)力集中型動(dòng)車(chē)組運(yùn)用方式情況如表2所示。

表2 200 km/h動(dòng)力集中型動(dòng)車(chē)組運(yùn)用方式情況Tab.2 Operation mode of 200 km/h power-concentrated EMU

（1）對(duì)于200 km/h干線鐵路動(dòng)車(chē)組列車(chē)，可采用本線或跨線運(yùn)用，本線按200 km/h運(yùn)行，若跨線線路速度不大于200 km/h，亦可采取跨線套跑運(yùn)用的方式，不會(huì)影響線路運(yùn)輸能力，2種運(yùn)用方式均可滿足線車(chē)速度匹配的需求。若跨線線路速度大于200 km/h，需評(píng)估跨線運(yùn)行對(duì)線路能力造成的影響，綜合考慮運(yùn)用方案是否可行。對(duì)于客流相對(duì)穩(wěn)定的線路，可采取固定編組形式，對(duì)于客流波動(dòng)較大，周期性明顯的線路，可采用靈活編組的形式。

（2）對(duì)于200 km/h城際鐵路動(dòng)車(chē)組列車(chē)，可采用本線站間運(yùn)用為主的運(yùn)用方式，主要服務(wù)大城市與周邊小城市間的通勤需求。目前城際鐵路多采用8輛短編，可根據(jù)客流需求變化靈活編組，實(shí)現(xiàn)平峰低密度短編組開(kāi)行，高峰高密度長(zhǎng)編組開(kāi)行。在動(dòng)車(chē)組運(yùn)用過(guò)程中，基本編組單元列車(chē)的重聯(lián)與拆解作業(yè)時(shí)間應(yīng)滿足交路的接續(xù)時(shí)間要求。

（3）對(duì)于200 km/h特殊條件動(dòng)車(chē)組列車(chē)，以川藏鐵路為例，應(yīng)根據(jù)牽引制動(dòng)特性與旅游淡旺季客流特點(diǎn)，靈活采用動(dòng)車(chē)組運(yùn)用策略，在淡季縮短編組輛數(shù)，減小開(kāi)行頻次，降低運(yùn)用成本，并可跨線套跑其他線路，增加運(yùn)輸收益。

（4）對(duì)于200 km/h動(dòng)車(chē)組臥鋪列車(chē)，主要服務(wù)于有夕發(fā)朝至需求的大城市間，多為點(diǎn)到點(diǎn)或沿途大站間的運(yùn)輸，在周五、周日等夕發(fā)朝至需求旺盛的時(shí)間段，采取靈活編組或加開(kāi)列車(chē)的形式，適應(yīng)客流變化。制定200 km/h動(dòng)車(chē)組臥鋪列車(chē)開(kāi)行方案，需綜合考慮天窗、乘務(wù)交路、檢修時(shí)間等因素。

2.2 200 km/h動(dòng)力集中型動(dòng)車(chē)組檢修方式

根據(jù)200 km/h動(dòng)力集中型動(dòng)車(chē)組檢修特點(diǎn)，檢修方式可分為固定檢修和靈活檢修。固定檢修是指固定在動(dòng)車(chē)段(所)內(nèi)進(jìn)行檢修作業(yè)；靈活檢修是指綜合考慮動(dòng)車(chē)段(所)檢修能力負(fù)荷、動(dòng)車(chē)組走行距離等因素，靈活安排在客整所或動(dòng)車(chē)段(所)內(nèi)進(jìn)行檢修作業(yè)，可有效解決檢修能力利用不均的問(wèn)題。200 km/h動(dòng)力集中型動(dòng)車(chē)組檢修方式情況如表3所示。特殊條件線路動(dòng)車(chē)組因修程修制可能與既有車(chē)不一致，推薦在動(dòng)車(chē)段(所)內(nèi)進(jìn)行專門(mén)檢修，其余類型列車(chē)都可靈活安排檢修方式。動(dòng)車(chē)組臥鋪列車(chē)有晚間運(yùn)用、日間檢修的特點(diǎn)，其余類型列車(chē)檢修都應(yīng)安排為夜間檢修。當(dāng)采取靈活編組運(yùn)用時(shí)，動(dòng)力車(chē)與拖車(chē)的走行里程和運(yùn)用周期可能無(wú)法保持一致，需要分別進(jìn)行分拆檢修。

表3 200 km/h動(dòng)力集中型動(dòng)車(chē)組檢修方式情況Tab.3 Overhaul mode of 200 km/h power-concentrated EMU

開(kāi)行200 km/h動(dòng)力集中動(dòng)車(chē)組均具備與動(dòng)車(chē)段(所)，以及既有線檢修資源(客整所、機(jī)務(wù)段、車(chē)輛段)連接條件。為滿足200 km/h動(dòng)力集中型動(dòng)車(chē)組在客整所整備檢修需求，客整所需要具備掛網(wǎng)條件，配套不落輪鏇修庫(kù)，輪對(duì)踏面、受電弓檢測(cè)棚等設(shè)施[7]。為滿足D3及以上檢修需要，在機(jī)務(wù)段、車(chē)輛段內(nèi)增設(shè)部分專用的檢修及調(diào)試設(shè)備。

200 km/h鐵路線路可以分為按250 km/h設(shè)計(jì)并按200 km/h運(yùn)營(yíng)的高速鐵路、按200 km/h設(shè)計(jì)運(yùn)營(yíng)的鐵路線路以及200 km/h城際鐵路，分別適用《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》《鐵路線路設(shè)計(jì)規(guī)范》及《城際鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》[8-10]，根據(jù)相應(yīng)設(shè)計(jì)規(guī)范要求，200 km/h線路動(dòng)車(chē)走行線限制坡度和困難坡度一般較區(qū)間正線高，200 km/h動(dòng)力集中型動(dòng)車(chē)組檢修方式應(yīng)滿足動(dòng)車(chē)走行線坡度要求。

2.3 200 km/h動(dòng)力集中型動(dòng)車(chē)組備用方式

目前我國(guó)動(dòng)車(chē)組備用方式都是采用固定備用的形式，熱備動(dòng)車(chē)組替換下線列車(chē)承擔(dān)圖定列車(chē)任務(wù)，應(yīng)保證按原計(jì)劃實(shí)現(xiàn)旅客運(yùn)輸任務(wù)，不改變旅客的出發(fā)和到達(dá)時(shí)刻、旅客乘車(chē)舒適度等。因此，在列車(chē)定員、速度等級(jí)等方面，熱備車(chē)應(yīng)該向下兼容下線車(chē)，以保證運(yùn)輸任務(wù)不受影響。200 km/h動(dòng)力集中型動(dòng)車(chē)組備用方式情況如表4所示。

表4 200 km/h動(dòng)力集中型動(dòng)車(chē)組備用方式情況表Tab.4 Standby mode of 200 km/h power-concentrated EMU

根據(jù)“高速熱備低速，大定員熱備小定員”的熱備原則，當(dāng)采取靈活編組運(yùn)用時(shí)，熱備動(dòng)車(chē)組編組應(yīng)按照最大編組。動(dòng)車(chē)組臥鋪列車(chē)采用3層臥鋪或雙層客車(chē)設(shè)計(jì)，定員較大，若采用不同型動(dòng)車(chē)組來(lái)兼容熱備，可能會(huì)增加備用動(dòng)車(chē)組數(shù)量，從而增大動(dòng)車(chē)組運(yùn)營(yíng)成本，特殊條件動(dòng)車(chē)組列車(chē)因自身檢修運(yùn)用特點(diǎn)，推薦同型動(dòng)車(chē)組熱備。其他類型列車(chē)可采取不同類型動(dòng)車(chē)組兼容備用。

3 結(jié)束語(yǔ)

作為一種新式動(dòng)車(chē)組裝備，200 km/h動(dòng)力集中型動(dòng)車(chē)組具有一定的比較優(yōu)勢(shì)和良好的運(yùn)用前景，結(jié)合200 km/h動(dòng)力集中型動(dòng)車(chē)組的運(yùn)用特點(diǎn)與運(yùn)輸需求，合理利用配套設(shè)備設(shè)施，科學(xué)制定200 km/h動(dòng)力集中型動(dòng)車(chē)組的運(yùn)用模式，為200 km/h動(dòng)力集中型動(dòng)車(chē)組成功運(yùn)用提供理論與技術(shù)支持，對(duì)于完善我國(guó)動(dòng)車(chē)組裝備系列產(chǎn)品，優(yōu)化鐵路客運(yùn)服務(wù)供給體系，更好滿足旅客出行需求等方面發(fā)揮重要的作用。針對(duì)200 km/h動(dòng)力集中型動(dòng)車(chē)組運(yùn)用模式，還需要做更加深入的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較研究與運(yùn)行試驗(yàn)，綜合考慮各影響因素，以論證運(yùn)用模式的實(shí)際可行性。