高鐵貨運動車組裝卸線股道?有效長設置方法研究

近年來，國家出臺了一系列政策支持高鐵貨運快速發(fā)展，中央財經(jīng)委員會第八次會議提出要加強高鐵貨運能力建設[1]，《交通強國建設綱要》提出推動時速250公里級高速輪軌貨運列車技術(shù)的突破[2]，《國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠景目標綱要》[3]提出要發(fā)展高鐵快運等鐵路快捷貨運產(chǎn)品。高鐵貨運作為現(xiàn)代流通體系中的新模式和新業(yè)態(tài)，目前缺乏相關設計規(guī)范支撐，學者們關于高鐵貨運場站研究主要集中在基地功能區(qū)設計、裝備配置、網(wǎng)絡布局等方面。丁小東等[4]采用系統(tǒng)布置規(guī)劃模型研究了高鐵貨運基地功能區(qū)劃分方法，許植深等[5]采用Anylogic仿真方法研究高鐵快運基地作業(yè)組織動線和裝備配置方案，周凌云等[6]采用最大覆蓋模型研究了高鐵貨運網(wǎng)絡布局方法；此外，張玲[7]研究了動車段(所)股道存車線有效長設置方法，孫海富等[8-10]研究了動車組列車存車線有效長度設計方法。由于高鐵貨運動車組的外形尺寸、場站作業(yè)工藝、貨運作業(yè)空間等與高速鐵路載客動車組差異較大，因而現(xiàn)行的高速鐵路載客動車組到發(fā)線和存車線股道有效長不適應高鐵貨運動車組作業(yè)要求。研究借鑒高速鐵路客運車站和動車運用所存車線股道有效長設置經(jīng)驗，結(jié)合高鐵貨運動車組研制情況、高鐵貨運作業(yè)工藝要求等，研究列車模式和調(diào)車模式下高鐵貨運動車組裝卸線有效長設置方法。高鐵貨運動車組裝卸線股道有效長直接影響高鐵貨運裝卸站臺設置和高鐵貨運基地功能區(qū)布局，研究成果可為全國高鐵貨運基地設計提供參考，對研究制定我國高鐵貨運基地設計規(guī)范具有一定的理論支撐意義。

1 高鐵貨運動車組裝卸線股道有效長影響因素分析

1.1 列車行車方式

（1）列車作業(yè)方式。在列車模式下，高鐵貨運動車組以列車作業(yè)方式接入到發(fā)線且一次停車到位，高鐵貨運動車組根據(jù)列控車載設備要求，需要設置必要的安全防護距離。該種作業(yè)方式簡單，作業(yè)效率高，停車時間短，是高鐵貨運動車組接入到發(fā)線最常見的停車方式。缺點是受安全防護距離的影響，到發(fā)線的長度較長。

（2）調(diào)車作業(yè)方式。在調(diào)車模式下，高鐵貨運動車組由司機對位停車，除了考慮高鐵貨運動車組長度外，僅需考慮必要的停車余量即可。調(diào)車防護系統(tǒng)根據(jù)進路狀態(tài)，向列控車載設備發(fā)送相應的報文信息，高鐵貨運動車組以ATP車載設備調(diào)車模式運行時，調(diào)車防護系統(tǒng)應對動車組冒進信號提供有限防護。高鐵貨運基地動車組調(diào)車作業(yè)以地面信號顯示作為行車憑證，調(diào)車防護系統(tǒng)是高鐵貨運動車組調(diào)車作業(yè)防護的輔助系統(tǒng)。該種作業(yè)方式可以縮短存車線長度，缺點是作業(yè)效率較低。

（3）先列車作業(yè)方式再調(diào)車作業(yè)方式。將高鐵貨運裝卸線通過中間設置分隔信號機劃分為2段，高鐵貨運動車組以列車作業(yè)方式接入第一段裝卸線，允許停車后轉(zhuǎn)為調(diào)車模式接入第二段裝卸線，則第二段可不設置安全保護距離，存車線有效長可相應縮短，但這種作業(yè)方式下停車轉(zhuǎn)換模式對運輸效率有一定影響，對于作業(yè)繁忙或作業(yè)相對集中的高鐵貨運基地影響較大。

1.2 列車編組及?？糠绞?/h3>

（1）列車編組方式。目前我國正在探索發(fā)展高鐵貨運動車組，主要思路是對既有載客動車組進行貨運改造和新造整列貨運動車組，目前高鐵貨運動車組列車長度、編組方式等尚未定型。因此在高鐵貨運基地裝卸線股道有效長設置時，首先需要考慮載客動車組列車尺寸和編組方式。目前我國主型載客動車組可分為CRH1，CRH2，CRH3，CRH5，CR400AF，CR400BF 5個系列，部分系列包括標準組(8輛編組)、重聯(lián)組(16輛編組)、長編組(17輛編組)等。中國載客動車組主要車型參數(shù)如表1所示。

表1 中國載客動車組主要車型參數(shù)Tab.1 Main model parameters of passenger EMUs in China

（2）列車?？糠绞?。按照列車?？糠绞娇煞譃橐痪€一位、一線多位2種模式。在一線一位模式下，一條裝卸線?？?列高鐵貨運動車組。借鑒載客動車組發(fā)展經(jīng)驗，高鐵貨運動車組分為標準組和重聯(lián)組，一般情況若按重聯(lián)組進行設置，也可滿足標準組和長編組的?？恳螅辉谝痪€多位模式下，同一條裝卸線同時?？慷嗔懈哞F貨運動車組，按照客運場站和動車運用所的股道有效長的設置經(jīng)驗來看，一般以一線2列為主，因此在一線多位模式下，按照同時滿足2列標準組動車組停靠要求設置。

2 高鐵貨運動車組裝卸線股道有效長計算模型

2.1 高鐵貨運動車組裝卸線股道有效長設置

在盡頭式裝卸站臺中，高鐵貨運動車組裝卸線股道有效長是指進站警沖標與停車車檔之間的距離。盡頭式站臺高鐵貨運動車組裝卸線股道有效長設置示意圖如圖1所示。在通過式裝卸站臺中，高鐵貨運動車組股道有效長指進站警沖標與出站警沖標之間的距離。通過式站臺高鐵貨運動車組裝卸線股道有效長設置示意圖如圖2所示。在高鐵貨運站臺設計時要求有效長股道為直線段，一般在股道有效長覆蓋范圍內(nèi)根據(jù)安全防護需要，需設置信號燈、平交道口、應答器組、停車標、警沖標等設備。在分析高鐵貨運動車組裝卸線股道有效長設置時，需要分設安全防護系統(tǒng)和不設安全防護系統(tǒng)2種情況，其中不設安全防護系統(tǒng)主要適用于用地緊張或選址困難高鐵貨運站臺設計。

圖1 盡頭式站臺高鐵貨運動車組裝卸線股道有效長設置示意圖Fig.1 Effective length setting for loading and unloading tracks of the HSR freight EMUs at a terminal platform

圖2 通過式站臺高鐵貨運動車組裝卸線股道有效長設置示意圖Fig.2 Effective length setting for loading and unloading tracks of the HSR freight EMUs at a passing platform

2.2 列車模式裝卸線股道有效長計算方法

國內(nèi)學者已對高鐵貨運站臺進行了探索研究，總體認為考慮到高鐵貨運動車組運載的貨物主要為電商快遞等小件貨物，該類貨物具有發(fā)送方向多、單方向運量小等特點，考慮到短駁卡車運輸?shù)目旒话惆ǘ鄠€方向，故推薦選用盡頭式站臺布局模式，在站臺盡頭區(qū)域設置集裝器交互區(qū)域，便于不同股道貨物交流。因此，在研究高鐵貨運動車裝卸線股道有效長時采用盡頭式站臺方案測算，不討論通過式站臺方案。

在盡頭式站臺方案下，需要在進站信號燈與高鐵貨運動車組之間設置一組無源應答器組，在出站信號燈與高鐵貨運動車組之間設置一組有源應答器組。設安全防護系統(tǒng)的高鐵貨運動車組裝卸線股道有效長設置方案如公式 ⑴ 與公式 ⑵ 所示，其中D1表示1條裝卸線允許停靠1列高鐵貨運動車組，D2表示1條裝卸線允許同時停靠2列高鐵貨運動車組。1條裝卸線允許?？?列高鐵貨運動車組裝卸線股道有效長設置方法如圖3所示。1條裝卸線允許?？?列高鐵貨運動車組裝卸線股道有效長設置方法如圖4所示。

圖3 1條裝卸線允許停靠1列高鐵貨運動車組裝卸線股道有效長設置方法Fig.3 Effective length setting for loading and unloading tracks under the mode featuring one line & one train

圖4 1條裝卸線允許停靠2列高鐵貨運動車組裝卸線股道有效長設置方法Fig.4 Effective length setting for loading and unloading tracks under the mode featuring one line & two trains

式中：d1為停車車檔與信號燈之間的距離，m；在設安全防護系統(tǒng)情景中d2表示信號燈與無源應答器組之間的距離，在不設安全防護系統(tǒng)情景中d2表示信號燈與停車標之間的距離，m；d3為應答器之間距離，m；d4為應答器組與停車標之間的距離，m；d5為高鐵貨運動車組長度，m；在設安全防護系統(tǒng)情景中d6表示信號燈與有源應答器組之間的距離，在不設安全防護系統(tǒng)情景中d6表示信號燈與停車標之間的距離，m；d7為進站警沖標與信號燈之間的距離，m。

2.3 調(diào)車模式裝卸線股道有效長計算方法

在調(diào)車模式下，僅需設置停車車檔、進站信號燈、出站信號燈、警沖標。不設安全防護系統(tǒng)和設安全防護系統(tǒng)的高鐵貨運動車組裝卸線股道有效長D1′和D2′計 算方法 分 別如公式 ⑶ 與 公式 ⑷ 所示 。

式中：d1′為停車車檔與信號燈之間的距離，m；在設安全防護系統(tǒng)情景中d2′表示信號燈與無源應答器組之間的距離，在不設安全防護系統(tǒng)情景中d2′表示信號燈與停車標之間的距離，m；d5′為高鐵貨運動車組長度，m；在設安全防護系統(tǒng)情景中d6′表示信號燈與有源應答器組之間的距離，在不設安全防護系統(tǒng)情景中d6′表示信號燈與停車標之間的距離，m；d7′為進站警沖標與信號燈之間的距離，m。

3 高鐵貨運動車組裝卸線股道有效長設置方案

3.1 高鐵貨運動車組裝卸線股道有效長參數(shù)取值分析

（1）高鐵貨運動車組長度。高鐵貨運動車組有2種研制方式，一種是將既有的高速鐵路載客動車組進行貨運改造，使其具備載運貨物功能；另一種是新造高鐵貨運動車組。因此高鐵貨運動車組需要考慮既有高速鐵路載客動車組的長度和新造載客動車組的長度，目前中國中車股份有限公司(以下簡稱“中車股份”)基于CR400AF/BF技術(shù)平臺，正探索研制新型高鐵貨運動車組。由表1可知高速鐵路載客動車組標準組(8輛編組)和長編組(16輛或者17輛編組)的最大長度分別為215.3 m和439.3m，據(jù)此高鐵貨運動車組標準組、重聯(lián)組和長編組長度分別取216 m，432 m和440 m。

（2）安全防護系統(tǒng)長度。目前由于高鐵貨運動車組尚未下線運營，缺乏高鐵貨運動車組安全防護技術(shù)要求，本次研究主要參考高速鐵路動車段(所)安全防護系統(tǒng)相關要求。根據(jù)《動車段(所)調(diào)車防護系統(tǒng)暫行技術(shù)條件》(鐵總運[2014]260號)，無源應答器組距信號機的距離按20 m計算(困難條件下可取15 m)，有源應答器組距信號機的距離按25 m計算(困難條件下可取15 m)，即d2∈[15，20]，d6∈ [15，25]。

（3）應答器長度。根據(jù)《CTCS-3級列控系統(tǒng)應答器應用原則》的要求，一般情況下應答器間距為5 m，困難條件下可按3 m計算，即d3∈ [3，5]。

（4）列車?？款A留距離。根據(jù)動車運用所和高速鐵路客運車站設計要求，停車標志牌和應答器之間的間距按10 m考慮，即d4= 10 m。

3.2 列車模式高鐵貨運動車組裝卸線股道有效長

列車模式下高鐵貨運動車組股道和站臺設置方案如表2所示。

表2 列車模式下高鐵貨運動車組股道和站臺設置方案 mTab.2 Track and platform setting for HSR freight EMUs under train mode

（1）一線一列位裝卸線股道有效長。在一線一列位模式下，1條裝卸線允許?？?列高鐵貨運動車組，該模式可分為停靠1列短編高鐵貨運動車組、1列長編高鐵貨運動車組、1列重聯(lián)高鐵貨運動車組3種情景，這3種情景d5取值分別為216 m，432 m和440 m，運用公式 ⑴ 可計算出一線一列位停靠模式下，高鐵貨運動車組裝卸線股道有效長。

（2）一線兩列位裝卸線股道有效長。在一線兩列位模式下，1條裝卸線允許同時?？?列標準動車組，該情景d5取值為216 m，運用公式 ⑵ 可計算出一線兩列位停靠模式下，高鐵貨運動車組裝卸線股道有效長。

3.3 調(diào)車模式高鐵貨運動車組裝卸線股道有效長

調(diào)車模式下高鐵貨運動車組股道和站臺設置方案如表3所示。

表3 調(diào)車模式下高鐵貨運動車組股道和站臺設置方案 mTab.3 Track and platform setting for HSR freight EMUs under shunting mode

（1）一線一列位裝卸線股道有效長。在一線一列位模式下，1條裝卸線允許?？?列高鐵貨運動車組，該模式可分為停靠1列短編高鐵貨運動車組、1列長編高鐵貨運動車組、1列重聯(lián)高鐵貨運動車組3種情景，這3種情景d5取值分別為216 m，432 m和440 m，運用公式 ⑶ 可計算出一線一列位?？磕Ｊ较?，高鐵貨運動車組裝卸線股道有效長。

（2）一線兩列位裝卸線股道有效長。在一線兩列位模式下，1條裝卸線允許同時停靠2列標準動車組，該情景d5取值為216 m，運用公式 ⑷ 可計算出一線兩列位?？磕Ｊ较拢哞F貨運動車組裝卸線股道有效長。

4 實例研究

4.1 實例介紹

某高鐵快運基地選址在高鐵站附近，車站南側(cè)設有高速鐵路動車存車場及綜合維修車間，利用該場段的動車走行線引入車站，可與車站銜接的所有方向聯(lián)通?；刂苓叿植加修r(nóng)田、村莊、工廠、河渠等，在交通設施連接方面，目前有高速公路、省道等。該高鐵快運基地通過高鐵站接軌，利用動車存車場、綜合維修車間的走行線引入車站。高鐵快運基地占地332 833 m2，核心區(qū)內(nèi)布置有裝卸作業(yè)區(qū)、辦公區(qū)、散貨分揀及掏裝箱區(qū)、綜合服務區(qū)、倉儲分撥區(qū)、流通加工區(qū)、產(chǎn)業(yè)物流集聚區(qū)、保稅物流區(qū)。

4.2 裝卸線有效長設置方案

該高鐵快運基地定位為全國重要的區(qū)域性快遞分撥中心、全路高鐵快運基地示范項目、地方空高聯(lián)運品牌工程，建成后將輻射區(qū)域快運市場，并聯(lián)通全國主要中心城市的區(qū)域高鐵快運分撥樞紐，預計到2035年基地日到發(fā)量可達4 282 t，可向杭州、北京、廣州、武漢、西安等城市每日開行高鐵貨運動車組列車。

考慮到該高鐵快運基地到發(fā)量較大，為了不影響車站客運作業(yè)，因此在高鐵快運基地裝卸線股道有效長設置時采用列車模式。在車輛長度測算時，目前中車股份唐山車輛廠研制的高鐵貨運動車組基于復興號CR400BF技術(shù)平臺研制，其長度為210 m，為了節(jié)省用地，車輛長度按215.5 m計算；由于受用地條件限制，應答器組與停車標之間距離按5 m計算。故高鐵快運基地裝卸線股道有效長為581 m。某市高鐵快運基地裝卸線股道有效長設置方案如圖5所示。

4.3 裝卸站臺長度設置方案

為了滿足高鐵貨運動車組快速裝卸的要求，高鐵貨運動車組?？糠秶鷥?nèi)需要設置站臺，如圖5中2列貨運動車組左側(cè)區(qū)域需要全部被高鐵貨運站臺覆蓋。一般可將警沖標和進站信號燈設置在站臺外部，在裝卸線股道有效長的基礎上減去25 m，裝卸站臺長度按556 m計算，按照設計習慣通常取整，故按560 m建設。某市高鐵快運基地站臺設置方案如圖6所示。

圖5 某市高鐵快運基地裝卸線股道有效長設置方案Fig.5 Effective length setting for loading and unloading tracks of a HSR express logistics base

圖6 某市高鐵快運基地站臺設置方案Fig.6 Platform setting of a HSR express logistics base

5 研究結(jié)論

結(jié)合高鐵貨運動車組研制情況，綜合考慮載客動車組尺寸、高速鐵路客運場站和動車運用所存車線股道有效長設置方案，研究提出了高鐵貨運動車組裝卸線股道有效長設置方案，形成以下主要結(jié)論。

（1）在列車模式下，當1條裝卸線停靠1列標準組、重聯(lián)組、長編組高鐵貨運動車組時，裝卸線股道有效長設置區(qū)間分別為[282，301]，[498，517]，[506，525]，對應裝卸站臺的設置區(qū)間分別為[254，261]，[470，477]，[478，485]； 當1條裝卸線同時?？?列標準組高鐵貨運動車組時，裝卸線股道有效長設置區(qū)間為[554，592]，對應裝卸站臺的設置區(qū)間為[526，552]。

（2）在調(diào)車模式下，當1條裝卸線?？?列標準組或重聯(lián)組或長編組高鐵貨運動車組時，裝卸線股道有效長設置區(qū)間分別為[256，271]，[472，487]，[480，495]，對應裝卸站臺的設置區(qū)間分別為[228，231]，[444，447]，[452，455]； 當1條裝卸線同時?？?列標準組高鐵貨運動車組時，裝卸線股道有效長設置區(qū)間為[502，532]，對應裝卸站臺的設置區(qū)間為[474，492]。

（3）如果不受用地條件限制，建議高鐵貨運基地裝卸線股道有效長按列車模式一線兩位設置方案，裝卸線股道有效長按600m設計，站臺按560m設計。