對鐵路限界的分析與思考

張禮財(cái) 汪新凱 華凱

中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，中國·四川 成都 610031

1 引言

鐵路限界是指為保證運(yùn)輸安全而制定的建筑物、設(shè)備與機(jī)車車輛相互間在線路上不能逾越的輪廓尺寸線[1]。鐵路限界的主要作用是，按照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定出限界，就可保證機(jī)車車輛與沿線建筑物之間始終保持安全距離，不會(huì)出現(xiàn)相撞情況。

2 鐵路限界基本認(rèn)識

鐵路限界有兩種，分別是機(jī)車車輛限界與建筑接近限界。機(jī)車車輛限界是機(jī)車車輛本身及裝載的貨物不容許越出的輪廓線，機(jī)車車輛與裝載的貨物之間，要留有空隙。建筑接近界限是鐵路與兩邊的建筑之間要有界限，兩邊建筑不能侵入為鐵路劃出的輪廓線。

還有一個(gè)限界加寬概念。所謂限界加寬，指的是在基本限界的基礎(chǔ)上再適當(dāng)加大橫向?qū)挾?。限界加寬的情況多出現(xiàn)于曲線地段，在曲線地段，車輛中部向曲線內(nèi)部凸出，車輛兩端向曲線外側(cè)凸出，再加之外軌超高的存在，使車輛向曲線外側(cè)傾斜，在這種情況下要想保障機(jī)車安全就必須對限界做適當(dāng)加寬。

近限界指的是每一條線路必須保有的最小空間的橫斷面，簡單來說就是鐵路站場和沿線各種建筑物、設(shè)備不能侵入的極限輪廓線[2]。

3 中國鐵路限界標(biāo)準(zhǔn)解讀

3.1 新標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容解讀

中國于2021年頒布了兩項(xiàng)強(qiáng)制性鐵路國家標(biāo)準(zhǔn)《標(biāo)準(zhǔn)軌距鐵路限界第1部分：機(jī)車車輛限界》《標(biāo)準(zhǔn)軌距鐵路限界第2部分：建筑限界》。這兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)由國家鐵路局組織編制，經(jīng)國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)審批，于2021年5月1日正式實(shí)施。該兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的提出與頒布，使中國鐵路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系更加完善，讓鐵路建設(shè)、設(shè)備設(shè)計(jì)等各項(xiàng)工作的開展有了更全面的參考依據(jù)。此外兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的頒布也在一定程度上推動(dòng)了中國鐵路技術(shù)發(fā)展，提高了中國鐵路運(yùn)營能力與安全水平。

《標(biāo)準(zhǔn)軌距鐵路限界》系列標(biāo)準(zhǔn)主要涉及建筑限界與機(jī)車車輛限界兩大部分，為鐵路項(xiàng)目中設(shè)備設(shè)施的輪廓設(shè)計(jì)、位置設(shè)計(jì)、鐵路沿線建筑位置設(shè)計(jì)、機(jī)車車輛外形尺寸設(shè)計(jì)等提供著非常重要的參考依據(jù)或者說技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)?！稑?biāo)準(zhǔn)軌距鐵路限界》系列標(biāo)為強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施后鐵路各單位必須嚴(yán)格遵守，共同遵循。中國新發(fā)布的鐵路限界系列標(biāo)準(zhǔn)納入了高速鐵路機(jī)車車輛限界與建筑限界。對普速鐵路機(jī)車車輛上部限界中影響空間利用的輪廓線、下部限界中關(guān)系到行車安全的輪廓線等做了優(yōu)化。此外還對一些重要的輪廓線（如隧道限界下部輪廓線、影響乘客上下車的站臺(tái)輪廓線）等進(jìn)行了優(yōu)化?！稑?biāo)準(zhǔn)軌距鐵路限界》系列標(biāo)準(zhǔn)是鐵路領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的基礎(chǔ)性標(biāo)準(zhǔn)，對統(tǒng)一規(guī)范中國標(biāo)準(zhǔn)軌距鐵路機(jī)車車輛、沿線建筑及設(shè)備設(shè)施，推進(jìn)鐵路建設(shè)和裝備制造健康發(fā)展，保障運(yùn)營安全具有重大意義[3]。

3.2 新標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整部分分析

新標(biāo)準(zhǔn)主要對以下內(nèi)容做了調(diào)整：

①對標(biāo)準(zhǔn)適用范圍做了調(diào)整。中國高速鐵路技術(shù)發(fā)展的較晚，這方面的標(biāo)準(zhǔn)在很長一段時(shí)間內(nèi)都處于空白狀態(tài)。1983年中國編制了原鐵路限界標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)只適用于120km/h以下的機(jī)車車輛。相較于原標(biāo)準(zhǔn)，新標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍更寬，新標(biāo)準(zhǔn)適用于客貨共線鐵路上開行的160km/h以下的機(jī)車車輛，也適用于在2008年之后修建的200km/h客貨共線線路上開行的機(jī)車車輛及在客運(yùn)專線鐵路上開行的動(dòng)車組。新標(biāo)準(zhǔn)要求采用短計(jì)算車輛的校核方法或依據(jù)線路實(shí)際的最小限界尺寸和曲線加寬量等確定車體最大制造寬度。

②新標(biāo)準(zhǔn)對機(jī)車車輛上部限界做了統(tǒng)一。原標(biāo)準(zhǔn)中缺少關(guān)于客運(yùn)專線動(dòng)車組上部限界輪廓的界定，新標(biāo)準(zhǔn)對此部分做了添加。新標(biāo)準(zhǔn)還將客運(yùn)專線動(dòng)車組上部限界輪廓與客貨共線機(jī)車車輛上部限界統(tǒng)一到了一張輪廓圖中。新標(biāo)準(zhǔn)中，機(jī)車車輛上部限界圖以客貨共線機(jī)車車輛上部限界輪廓為基本輪廓，在肩部位置設(shè)置了電氣化鐵路機(jī)車車輛輪廓，在站臺(tái)位置設(shè)置了客運(yùn)專線動(dòng)車組輪廓，工作人員在設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)實(shí)際情況選擇運(yùn)用不同的輪廓線。

③新標(biāo)準(zhǔn)對機(jī)車車輛下部基本限界做了劃分。新標(biāo)準(zhǔn)按照與建筑限界的對應(yīng)關(guān)系，將機(jī)車車輛下部限界劃分為進(jìn)入客車專線鐵路的動(dòng)車組下部限界與進(jìn)入客貨共線鐵路的機(jī)車車輛下部限界兩大類。

④新標(biāo)準(zhǔn)對機(jī)車車輛限界的限制要求進(jìn)行了修改。機(jī)車車輛的受電弓是車輛上的一個(gè)特殊部件，受電弓在正常使用時(shí)可以伸出機(jī)車車輛限界，在不使用時(shí)須落在機(jī)車車輛限界之內(nèi)。除受電弓外，機(jī)車車輛上的腳踏板、車門、后視鏡等特殊部件在機(jī)車行車過程中必須收回，不能超出規(guī)定限界范圍，以便駕駛?cè)藛T更好地掌握機(jī)車前后方情況，以便乘客更好地上下車?；谏鲜鲆?，新標(biāo)準(zhǔn)將原國家標(biāo)準(zhǔn)《標(biāo)準(zhǔn)軌距鐵路機(jī)車車輛限界》中這部分內(nèi)容做了修改，將原內(nèi)容修改為：“機(jī)車車輛……停放在水平直線上，無側(cè)向傾斜與偏移，僅在停車時(shí)需要探出的部分應(yīng)處收回狀態(tài)，除升起的受電弓外，其他任何部分應(yīng)容納在機(jī)車車輛限界之內(nèi)”。

4 歐盟鐵路界限標(biāo)準(zhǔn)簡析

歐盟各國間鐵路運(yùn)營高度聯(lián)通，這與一整套的鐵路法律、技術(shù)法規(guī)及標(biāo)準(zhǔn)體系有很大關(guān)系。歐盟鐵路實(shí)現(xiàn)高度互通的最重要保障就是歐盟鐵路系統(tǒng)互通性指令，這一頂層法律性文件為歐盟各國鐵路的聯(lián)通奠定了基礎(chǔ)。歐盟鐵路局以歐盟鐵路系統(tǒng)互通性指令要求為依據(jù)組織制定了歐盟鐵路系統(tǒng)互通性技術(shù)規(guī)范。該規(guī)范涉及多項(xiàng)內(nèi)容，多個(gè)方面。如實(shí)現(xiàn)鐵路系統(tǒng)互通的有關(guān)定義、相關(guān)子系統(tǒng)的劃分標(biāo)準(zhǔn)、子系統(tǒng)需要遵循的基本要求等。另外，規(guī)范還規(guī)定了鐵路建設(shè)相關(guān)領(lǐng)域需滿足的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與操作要求。如鐵路無障礙環(huán)境、隧道內(nèi)安全環(huán)境營造、機(jī)車車輛噪聲控制等。

4.1 歐盟標(biāo)準(zhǔn)

采用歐盟技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系進(jìn)行鐵路限界計(jì)算時(shí)，應(yīng)按照以下步驟進(jìn)行：對鐵路項(xiàng)目有無互聯(lián)互通需求進(jìn)行判斷；以TSI有關(guān)規(guī)定及其他相關(guān)法規(guī)為依據(jù)，對鐵路項(xiàng)目所要遵守的限界類別做出判斷；計(jì)算限界，計(jì)算時(shí)采用項(xiàng)目所引用的歐洲標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的計(jì)算方法，通過計(jì)算得到項(xiàng)目所需機(jī)車車輛限界或建筑限界；計(jì)算鐵路限界的過程中，對項(xiàng)目自身的有關(guān)需求加以考慮。

歐盟鐵路系統(tǒng)互聯(lián)互通系列技術(shù)規(guī)范的各子系統(tǒng)分冊均對各自所需遵守的鐵路限界規(guī)則進(jìn)行了限定?；A(chǔ)設(shè)施子系統(tǒng)對不同等級線路所采用的限界類別進(jìn)行了明確，并對建筑限界評估審查內(nèi)容，不同等級線路采用的計(jì)算方法與參數(shù)等做了規(guī)定。能源子系統(tǒng)對受電弓限界及接觸網(wǎng)幾何位置應(yīng)遵循的限界類別，計(jì)算方法與參數(shù)進(jìn)行了明確。機(jī)車、客車子系統(tǒng)對機(jī)車及客車的受電弓尺寸、客車限界需采用計(jì)算方法與技術(shù)參數(shù)做了規(guī)定。這些TSI各子系統(tǒng)分冊對鐵路界限相關(guān)規(guī)定有與以下特點(diǎn)：對于一般正常情況，TSI沒有直接給出一般就條件下限界相關(guān)技術(shù)參數(shù)，滿足TSI要求的基礎(chǔ)設(shè)施、機(jī)車車輛及能源子系統(tǒng)對應(yīng)的限界計(jì)算方法均引用EN15273系列標(biāo)準(zhǔn)中的“動(dòng)態(tài)限界計(jì)算法”及對應(yīng)的技術(shù)參數(shù)。不同等級鐵路對應(yīng)采取不同的鐵路限界類別[4]。

4.2 歐洲標(biāo)準(zhǔn)

歐洲系列標(biāo)準(zhǔn)中對若干個(gè)限界類別與限界類別的計(jì)算方法做了定義。歐洲系列標(biāo)準(zhǔn)中主要定義了3個(gè)基本方法、2個(gè)特殊應(yīng)用方法與1類簡化應(yīng)用。標(biāo)準(zhǔn)中的三大限界類別與基本計(jì)算方法為：動(dòng)態(tài)限界及動(dòng)態(tài)計(jì)算法、靜態(tài)限界及靜態(tài)計(jì)算法、動(dòng)力學(xué)限界及動(dòng)力學(xué)計(jì)算法。

靜態(tài)限界及靜態(tài)計(jì)算法的計(jì)算基準(zhǔn)是靜態(tài)參輪廓，該方法有一定的應(yīng)用范圍。目前，在計(jì)算機(jī)車車輛制造限界、機(jī)車車輛柔度系數(shù)小于基準(zhǔn)值時(shí)的鐵路限界時(shí)，多采用這一放哪計(jì)算方法。部分建筑限界計(jì)算也采用該方法。

動(dòng)態(tài)限界及動(dòng)態(tài)計(jì)算法：進(jìn)行動(dòng)態(tài)限界計(jì)算時(shí)，計(jì)算基準(zhǔn)為動(dòng)態(tài)參考輪廓。

動(dòng)態(tài)計(jì)算法的適用范圍較廣，適用于多種條件的鐵路限界計(jì)算。

動(dòng)力學(xué)限界及動(dòng)力學(xué)計(jì)算法：應(yīng)用動(dòng)力學(xué)計(jì)算法時(shí)，以動(dòng)力學(xué)參考輪廓為基準(zhǔn)，以機(jī)車車輛動(dòng)力學(xué)仿真為手段。從原則上來說，動(dòng)力學(xué)計(jì)算法也有比較廣泛的應(yīng)用范圍，適用于各種條件的鐵路限界計(jì)算。但實(shí)際上，受多種條件制約，動(dòng)力學(xué)計(jì)算法在許多種情況下都不適用，目前主要用于在現(xiàn)有鐵路限界條件下，最大限度的利用機(jī)車車輛制造限界，以追求機(jī)車車輛技術(shù)改進(jìn)為目的的機(jī)車車輛制造限界計(jì)算。

標(biāo)準(zhǔn)中包括的2類特殊計(jì)算方法分別為絕對限界計(jì)算法與相對限界計(jì)算法[5]。

①絕對限界計(jì)算法：絕對限界計(jì)算法的計(jì)算基準(zhǔn)是：已經(jīng)定義或已存在的一般位置的建筑限界。計(jì)算時(shí)，先根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)與動(dòng)力學(xué)計(jì)算原則，將機(jī)車車輛制造限界確定出來，或者是將基礎(chǔ)設(shè)施指定位置處的建筑限界確定下來。

②相對限界計(jì)算法：應(yīng)用相對限界計(jì)算法時(shí)，所用基準(zhǔn)為在現(xiàn)有線路上運(yùn)行的機(jī)車車輛。計(jì)算時(shí)所采用的原則是新造機(jī)車車輛的動(dòng)態(tài)包絡(luò)線不大于既有機(jī)車車輛的動(dòng)態(tài)包絡(luò)線。根據(jù)這一原則為新造機(jī)車車輛確定出制造限界。

標(biāo)準(zhǔn)中所提到的一類簡化應(yīng)用為統(tǒng)一建筑限界。所謂統(tǒng)一建筑限界，指的是為精簡限界計(jì)算流程，降低限界計(jì)算難度，在計(jì)算時(shí)根據(jù)現(xiàn)有各類適用的限界或限界計(jì)算方法，確定出一種適用于各種情況的建筑限界統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，為限界的計(jì)算與基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)管理提供方便。統(tǒng)一建筑限界中預(yù)留出了安全空間，工作人員在計(jì)算時(shí)無需再根據(jù)機(jī)車車輛幾何偏移或準(zhǔn)靜態(tài)滾動(dòng)進(jìn)行建筑限界加寬[6]。

5 鐵路限界設(shè)計(jì)一般情況與待解決問題

5.1 鐵路限界一般情況

旅客站臺(tái)上柱類建筑物的距離裕站臺(tái)邊緣不能小于1500mm，建筑物與站臺(tái)邊緣距離不能小于2000mm。若旅客站臺(tái)為低站臺(tái)，高度應(yīng)設(shè)置在300mm左右，貨物站臺(tái)高度設(shè)計(jì)為1100mm，專為行駛旅客列車的線路上可建1100mm的高站臺(tái)。在非電氣化區(qū)段的車站上，車輛調(diào)動(dòng)頻繁的站場內(nèi)，天橋高度要大于5800mm。貨物高站臺(tái)邊緣（只適用于線路的一側(cè)）在高出軌距離1100～4800mm，距線路中心距離可按1850mm設(shè)計(jì)。

5.2 待解決問題

重疊建筑接近限界的中心線與機(jī)車車輛限界的中心線后，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)環(huán)形空間，該環(huán)形空間就是常說的安全空間或裕留空間。這一空間也是為保障機(jī)車車輛運(yùn)行中的安全而存在。研究可知，機(jī)車車輛在運(yùn)行過程中有可能出現(xiàn)線路偏移、振動(dòng)偏移等現(xiàn)象，如果在設(shè)置鐵路限界時(shí)不對這種偏移現(xiàn)象加以考慮，不留出安全空間，機(jī)車在運(yùn)行過程中就有可能發(fā)生碰撞事故，機(jī)車與乘客的安全會(huì)受到威脅。因此保護(hù)機(jī)車運(yùn)行安全的角度來說，在設(shè)置鐵路限界時(shí)，預(yù)留出的安全空間越大越好。但需要注意的是，當(dāng)安全空間過大時(shí)，建筑接近限界也就要隨后擴(kuò)大，相應(yīng)的，橋梁、隧道等建筑物的凈空就要更大，而現(xiàn)有凈空無法滿足工程要求，就需要對橋梁、隧道等進(jìn)行改擴(kuò)建，這會(huì)導(dǎo)致工程成本大大增加。因此從控制鐵路工程造價(jià)的角度來看，安全空間并不是越大越好。既然擴(kuò)大安全空間不可選，那么是否可以考慮縮小機(jī)車車輛限界，并相應(yīng)地縮小建筑接近限界呢？深入分析可知，縮小機(jī)車車輛限界與建筑接近限界有利于縮減鐵路項(xiàng)目成本，但是在將限界縮小后，機(jī)車車輛的外形尺寸也要適當(dāng)縮小，這樣鐵路的運(yùn)輸能力會(huì)有所下降，乘客的乘坐體驗(yàn)也會(huì)有所下降。由此可見這種做法也并不是十分可行。目前，如何在確保安全又有較好經(jīng)濟(jì)效益之間選擇一個(gè)裕留空間的最佳值，是各國鐵路工作者孜孜以求的目標(biāo)。

6 結(jié)語

綜上所述，鐵路限界影響鐵路運(yùn)輸能力與運(yùn)營安全，影響乘客的乘車體驗(yàn)，因此在進(jìn)行鐵路系列設(shè)計(jì)與建設(shè)時(shí)，必須對鐵路限界加以重視。目前國內(nèi)外的鐵路限界系列標(biāo)準(zhǔn)都在不斷完善，這為鐵路的建設(shè)與運(yùn)營提供了技術(shù)保障，但與此同時(shí)也還存在一些尚未攻克的難題，應(yīng)持續(xù)深入研究與優(yōu)化。