郭衛(wèi)彪,湯 杰,馬保仁,邢曉乾

(1.中國(guó)鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司交通運(yùn)輸規(guī)劃研究院,天津 300000； 2.中國(guó)鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司電化電信院,天津 300000)

1 研究目的及意義

高速鐵路項(xiàng)目投資大，運(yùn)營(yíng)成本高，鐵路工程各系統(tǒng)規(guī)模應(yīng)與客流需求相適應(yīng)，而運(yùn)營(yíng)期追蹤間隔的選擇將影響供電設(shè)施的投資和電費(fèi)成本[1]。

鐵路工程是一個(gè)系統(tǒng)工程，高速鐵路追蹤間隔研究方面，田長(zhǎng)海等[2]分析了高速列車(chē)追蹤間隔時(shí)間的計(jì)算方法，分析了影響高速列車(chē)追蹤間隔時(shí)間的因素。凌熙等[3]對(duì)高速鐵路追蹤列車(chē)間隔時(shí)間測(cè)試方法進(jìn)行了研究。鄭維耀等[4]從運(yùn)營(yíng)的角度，對(duì)列車(chē)追蹤策略進(jìn)行了研究。侯黎明等[5]以實(shí)現(xiàn)3 min追蹤間隔為目標(biāo)，用仿真的方法對(duì)影響追蹤間隔的關(guān)鍵影響因素進(jìn)行了分析，提出了主要制約因素包括信號(hào)系統(tǒng)、線路條件、列車(chē)性能等，為新線路設(shè)計(jì)提供有效參考。供電系統(tǒng)方面，李群湛、樊偉平等[6]對(duì)牽引供電系統(tǒng)、高速鐵路牽引變壓器容量選擇及更換時(shí)機(jī)進(jìn)行了研究。陳民武等[7]對(duì)高速鐵路牽引變壓器容量的配置方案進(jìn)行了研究。李倩[8]對(duì)高速鐵路牽引變壓器供電能力進(jìn)行了研究。但對(duì)新建鐵路項(xiàng)目應(yīng)該采用怎樣的追蹤間隔標(biāo)準(zhǔn)，并據(jù)此配置鐵路系統(tǒng)設(shè)備的系統(tǒng)性研究很少。

當(dāng)前，我國(guó)高速鐵路列車(chē)最小追蹤間隔基本按照3 min設(shè)計(jì)，供電設(shè)施也按照3 min標(biāo)準(zhǔn)配置[9]。由于城市規(guī)模、分布、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的差異，各線功能定位和在路網(wǎng)中發(fā)揮的作用不同，鐵路干線、支線、城市群內(nèi)的城際鐵路等各線行車(chē)量有較大差異[10-11]。我國(guó)已建成線路中，有許多線路行車(chē)量至今仍然較低，對(duì)于行車(chē)量較小的線路，供電設(shè)施容量存在較大的冗余，造成了供電設(shè)施投資和運(yùn)營(yíng)費(fèi)的浪費(fèi)[12]。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，目前，石太高鐵全日開(kāi)行列車(chē)61對(duì)，最大小時(shí)對(duì)數(shù)5對(duì)，最小追蹤間隔大于7 min；武九高鐵，全日開(kāi)行列車(chē)64對(duì)，最大小時(shí)對(duì)數(shù)6對(duì)，最小追蹤間隔大于7 min；莞惠城際、株潭城際西線、哈齊高鐵最小追蹤間隔也大于7 min。由此可見(jiàn)，相對(duì)干線鐵路，我國(guó)支線及城際鐵路列車(chē)對(duì)數(shù)普遍不高，列車(chē)行車(chē)間隔也多在5 min以上，4～5 min追蹤間隔標(biāo)準(zhǔn)完全可以滿(mǎn)足行車(chē)量需求，如所有高速鐵路項(xiàng)目一味采用與國(guó)鐵干線一致的3 min最小行車(chē)間隔標(biāo)準(zhǔn)，將造成供電設(shè)備投資的浪費(fèi)和鐵路運(yùn)營(yíng)費(fèi)用的增加[13]。因此，根據(jù)高速鐵路項(xiàng)目的特點(diǎn)和客流需求，研究適宜的最小追蹤間隔，根據(jù)行車(chē)量和最小追蹤間隔標(biāo)準(zhǔn)確定供電設(shè)施容量，對(duì)節(jié)約工程設(shè)備投資和降低運(yùn)營(yíng)費(fèi)具有重要意義[14]。

2 高速鐵路追蹤間隔現(xiàn)狀分析

2.1 高速鐵路追蹤間隔、列車(chē)對(duì)數(shù)統(tǒng)計(jì)

現(xiàn)狀分析基本涵蓋全國(guó)主要高速鐵路、城際鐵路，按照路網(wǎng)干線、路網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線、支線及相對(duì)獨(dú)立線路分三類(lèi)進(jìn)行分析研究。

2.1.1 路網(wǎng)干線追蹤間隔

統(tǒng)計(jì)分析京滬高鐵、滬寧城際、京廣高鐵、鄭西高鐵、鄭徐高鐵、哈大高鐵、滬昆高鐵、杭深線、合寧線、合福高鐵、大西高鐵等17條路網(wǎng)骨干線路，其全日列車(chē)開(kāi)行對(duì)數(shù)及追蹤間隔的分布統(tǒng)計(jì)情況見(jiàn)表1。

表1 路網(wǎng)干線列車(chē)對(duì)數(shù)及追蹤間隔分布統(tǒng)計(jì)

目前我國(guó)高速鐵路中以京滬高鐵徐蚌段對(duì)數(shù)最高，達(dá)到154對(duì)，最大小時(shí)對(duì)數(shù)達(dá)到12對(duì)，列車(chē)以4，5 min追蹤為主，部分區(qū)間如昆山至陽(yáng)澄湖存在兩列車(chē)3 min追蹤，4 min連續(xù)追蹤達(dá)到41對(duì)，5 min連追達(dá)到50對(duì)，以4，5 min連追比例合計(jì)達(dá)到59%。滬寧城際開(kāi)行列車(chē)137對(duì)，最大小時(shí)對(duì)數(shù)達(dá)到10對(duì)，列車(chē)以4，5 min追蹤為主，部分區(qū)間如昆山南至安亭存在少數(shù)3 min追蹤，4，5 min連追比例合計(jì)達(dá)到51%。合寧線開(kāi)行列車(chē)103對(duì)，列車(chē)以5 min追蹤為主，5 min連追達(dá)到53對(duì)，占比51%。石濟(jì)高鐵開(kāi)行對(duì)數(shù)最少，為17對(duì)，最大小時(shí)對(duì)數(shù)為3對(duì)，由于列車(chē)開(kāi)行數(shù)量較低，列車(chē)行車(chē)間隔較大。

2.1.2 路網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線追蹤間隔分布情況

路網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線主要統(tǒng)計(jì)盤(pán)營(yíng)高鐵、津秦高鐵、津保鐵路、合蚌高鐵等7條線路，該部分線路追蹤間隔分布統(tǒng)計(jì)情況見(jiàn)表2。

表2 路網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線列車(chē)對(duì)數(shù)及追蹤間隔分布統(tǒng)計(jì)

根據(jù)上述統(tǒng)計(jì)，目前路網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線列車(chē)開(kāi)行對(duì)數(shù)相對(duì)有限，連追列車(chē)雖然較少，但由于跨線列車(chē)比例較高，大部分線路的追蹤間隔仍在5 min及以?xún)?nèi)。

2.1.3 支線及相對(duì)獨(dú)立線路追蹤間隔分布情況

我國(guó)高速鐵路中支線及相對(duì)獨(dú)立線路主要統(tǒng)計(jì)京津城際、廣珠城際、廣深港高鐵、長(zhǎng)琿城際、沈丹高鐵等15條線路，列車(chē)對(duì)數(shù)及追蹤間隔分布情況見(jiàn)表3。

根據(jù)表3統(tǒng)計(jì)，目前該類(lèi)線路中列車(chē)對(duì)數(shù)差異較大，但普遍列車(chē)對(duì)數(shù)相對(duì)不高，列車(chē)行車(chē)間隔也多在5 min以上。

2.2 現(xiàn)狀高速鐵路追蹤間隔與行車(chē)量統(tǒng)計(jì)分析

根據(jù)現(xiàn)狀列車(chē)對(duì)數(shù)及追蹤間隔的分布統(tǒng)計(jì)，目前各類(lèi)型線路列車(chē)對(duì)數(shù)范圍及不同追蹤間隔統(tǒng)計(jì)數(shù)量見(jiàn)表4。

表3 支線及相對(duì)獨(dú)立線路列車(chē)對(duì)數(shù)及追蹤間隔分布統(tǒng)計(jì)

表4 各類(lèi)型線路不同列車(chē)對(duì)數(shù)及追蹤間隔分布統(tǒng)計(jì)

從當(dāng)前統(tǒng)計(jì)分析來(lái)看，目前追蹤間隔采用4 min的線路多為路網(wǎng)骨干線路，一共6條線路，占統(tǒng)計(jì)線路的15.4%。除路網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線津秦高鐵行車(chē)量小于80對(duì)，其余5條路網(wǎng)干線行車(chē)量在90對(duì)以上，分別為京滬高鐵、寧杭高鐵、滬昆高鐵滬杭段、杭甬高鐵、滬寧城際。

采用5 min追蹤間隔的線路達(dá)到21條，占比54%，其中路網(wǎng)骨干線路中除石濟(jì)高鐵、京包高鐵、大西高鐵追蹤間隔較大外，其余線路的最小追蹤間隔均為5 min。路網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線中除石太高鐵、武九高鐵外，最小追蹤間隔均不大于5 min。

采用6 min追蹤間隔的線路為3條，占比8%，分別為南廣高鐵、昌福鐵路、長(zhǎng)琿城際。

大于7 min追蹤間隔的線路達(dá)到9條，主要為支線及相對(duì)獨(dú)立線路，占比23%；路網(wǎng)骨干線路大于7 min追蹤間隔的為石濟(jì)高鐵、京包高鐵和大西高鐵。

2.3 小結(jié)

列車(chē)對(duì)數(shù)是直接影響追蹤間隔運(yùn)用的最重要因素，追蹤間隔的選定標(biāo)準(zhǔn)中首先需要滿(mǎn)足線路運(yùn)輸能力，其次考慮便于運(yùn)輸組織，對(duì)于路網(wǎng)干線及路網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線即使列車(chē)對(duì)數(shù)不高，也應(yīng)盡量采用較小的追蹤間隔。

(1)路網(wǎng)干線

列車(chē)對(duì)數(shù)是直接影響追蹤間隔運(yùn)用的最重要因素，從對(duì)當(dāng)前線路開(kāi)行對(duì)數(shù)分析，開(kāi)行80對(duì)以?xún)?nèi)的路網(wǎng)干線為開(kāi)通運(yùn)營(yíng)時(shí)間較短的線路以及僅開(kāi)通部分段落的線路，此類(lèi)線路開(kāi)通初期行車(chē)量小，行車(chē)間隔大于7 min。

路網(wǎng)干線開(kāi)行對(duì)數(shù)多在80對(duì)以上。80～120對(duì)的路網(wǎng)干線多采用5 min追蹤間隔，列車(chē)對(duì)數(shù)達(dá)到120對(duì)以上的路網(wǎng)干線多采用4 min追蹤間隔。

(2)路網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線

路網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線現(xiàn)狀行車(chē)對(duì)數(shù)均在80對(duì)以下。路網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線由于連通多條路網(wǎng)骨干線路，受制于跨線列車(chē)跨線點(diǎn)、時(shí)間及骨干線路能力，其列車(chē)追蹤間隔多與骨干線路保持最低一致性，大部分線路的追蹤間隔仍在5 min及以?xún)?nèi)。

(3)支線及相對(duì)獨(dú)立線路

支線及相對(duì)獨(dú)立線路現(xiàn)狀行車(chē)量在130對(duì)及以下。支線及相對(duì)獨(dú)立線路受路網(wǎng)開(kāi)行方案影響小，行車(chē)間隔多采用5 min及以上。

3 高速鐵路列車(chē)追蹤間隔及供電設(shè)施配置研究

由前述統(tǒng)計(jì)分析可知，我國(guó)大多城際鐵路及支線鐵路列車(chē)對(duì)數(shù)并不大，而最小行車(chē)間隔及變壓器容量一般按照3 min標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。對(duì)于行車(chē)量較小的線路，供電設(shè)施容量存在較大的冗余，造成了供電設(shè)施投資和運(yùn)營(yíng)費(fèi)的浪費(fèi)。因此，對(duì)于運(yùn)量不大的新建高速鐵路，有必要研究其應(yīng)采用的最小追蹤間隔和供電設(shè)施容量，以提高項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性。

3.1 以江蘇南沿江城際鐵路為例

3.1.1 江蘇南沿江城際鐵路列車(chē)追蹤間隔研究

根據(jù)項(xiàng)目客流預(yù)測(cè)，考慮近遠(yuǎn)期客流增長(zhǎng)，研究年度江蘇南沿江城際鐵路預(yù)測(cè)行車(chē)量如表5所示。

表5 江蘇南沿江城際鐵路區(qū)段行車(chē)對(duì)數(shù) 對(duì)

江蘇南沿江城際鐵路全線遠(yuǎn)期全日最大區(qū)段開(kāi)行列車(chē)156對(duì)，平均每小時(shí)8～9對(duì)，最大小時(shí)對(duì)數(shù)不大于12對(duì)。根據(jù)對(duì)現(xiàn)狀已開(kāi)通運(yùn)營(yíng)高鐵最大小時(shí)對(duì)數(shù)分析結(jié)果，路網(wǎng)干線的最大小時(shí)對(duì)數(shù)多大于7對(duì)，80～120對(duì)的路網(wǎng)干線多采用5 min追蹤間隔，列車(chē)對(duì)數(shù)達(dá)到120對(duì)以上的路網(wǎng)干線多采用4 min追蹤間隔。

以最大站間距為47.9 km的常熟至太倉(cāng)為例，當(dāng)采用5 min追蹤間隔，計(jì)算高峰小時(shí)能力為8～9對(duì)。當(dāng)采用4 min追蹤間隔，計(jì)算高峰小時(shí)能力為9～11對(duì)，若停站列車(chē)比例降低，高峰小時(shí)能力可以達(dá)到12對(duì)[15-16]。江蘇南沿江城際鐵路遠(yuǎn)期采用3 min追蹤間隔,大多區(qū)段運(yùn)輸能力富余較大；采用5 min追蹤間隔，能力適應(yīng)性較差；從運(yùn)輸能力角度分析，遠(yuǎn)期可按4 min組織運(yùn)營(yíng)。

考慮到通過(guò)能力與列車(chē)停站方案(含直達(dá)車(chē)與停站列車(chē)的比例、停站列車(chē)數(shù)量、停站次數(shù)等)密切相關(guān)[17]，從提高服務(wù)水平、提高運(yùn)輸組織調(diào)整和調(diào)度指揮靈活性等角度，初、近期列車(chē)追蹤間隔可按5 min，遠(yuǎn)期行車(chē)量增加時(shí)可按4 min組織運(yùn)營(yíng)。

3.1.2 江蘇南沿江城際鐵路供電設(shè)施配置標(biāo)準(zhǔn)及實(shí)施效果分析

根據(jù)運(yùn)輸需求及能力分析，南沿江城際鐵路設(shè)計(jì)年度初、近、遠(yuǎn)期分別按照5，5，4 min追蹤間隔組織運(yùn)營(yíng)。從開(kāi)通到設(shè)計(jì)年度遠(yuǎn)期，若按照遠(yuǎn)期需求4 min追蹤選擇安裝容量，南京南至常州段變壓器投資為2 560萬(wàn)元，按20年計(jì)算基本電費(fèi)較5 min增加12 240萬(wàn)元；初、近期按照5 min追蹤安裝變壓器容量，遠(yuǎn)期按4 min追蹤更換變壓器，初期變壓器投資為2 320萬(wàn)元，遠(yuǎn)期更換變壓器需增加投資2 560萬(wàn)元，但節(jié)省的基本電費(fèi)12 240萬(wàn)元大于更換牽引變壓器的費(fèi)用[18-19]。因此變壓器容量可以按照5 min時(shí)的容量進(jìn)行安裝，滿(mǎn)足近期供電能力需求；遠(yuǎn)期需更換變壓器，牽引變壓器壽命按照30年考慮，遠(yuǎn)期可根據(jù)牽引變壓器的運(yùn)行狀況將替換的變壓器更換到其他工程中[20]。實(shí)施效果比較見(jiàn)表6。

表6 實(shí)施效果比較 萬(wàn)元

注：供電設(shè)施配置方案以客流預(yù)測(cè)和行車(chē)量為基礎(chǔ)。

由表6可知，僅南京南至常州段(136.23 km)平均每年節(jié)省成本496萬(wàn)元，每公里節(jié)省成本約3.6萬(wàn)元。

3.2 高速鐵路列車(chē)追蹤間隔及供電設(shè)施配置方案建議

合理確定列車(chē)追蹤間隔與變壓器容量可節(jié)省投資和運(yùn)營(yíng)成本，尤其對(duì)于行車(chē)量不大的線路意義重大，將極大地節(jié)約運(yùn)營(yíng)費(fèi)。僅以江蘇省為例，2018年12月26日，國(guó)家發(fā)展改革委正式批復(fù)《江蘇省沿江城市群城際鐵路建設(shè)規(guī)劃(2019-2025年)》。同意近期規(guī)劃建設(shè)寧淮、寧宣、鹽泰錫常宜、寧揚(yáng)寧馬、蘇錫?？炀€等8個(gè)城際鐵路項(xiàng)目，其中江蘇省內(nèi)總里程約980 km。

按照南沿江鐵路成本節(jié)約估算，5 min追蹤間隔較4 min追蹤該間隔標(biāo)準(zhǔn)節(jié)省成本約3.6萬(wàn)元/km；僅按江蘇省8個(gè)城際鐵路項(xiàng)目估算，運(yùn)營(yíng)期前20年每年將為江蘇省節(jié)約成本3 528萬(wàn)元。

綜上，僅江蘇省規(guī)劃的8個(gè)城際鐵路項(xiàng)目節(jié)省成本已經(jīng)十分明顯，若全國(guó)范圍運(yùn)量較小的高速鐵路項(xiàng)目適當(dāng)增大最小行車(chē)間隔標(biāo)準(zhǔn)，并據(jù)此配置適當(dāng)規(guī)模的供電設(shè)施，將極大地節(jié)省工程投資和運(yùn)營(yíng)成本。因此，建議新建鐵路項(xiàng)目開(kāi)展最小追蹤間隔專(zhuān)項(xiàng)研究，根據(jù)客流需求和行車(chē)量確定追蹤間隔標(biāo)準(zhǔn)和供電設(shè)施容量。根據(jù)我國(guó)高速鐵路運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀和新建高速鐵路項(xiàng)目客流預(yù)測(cè)規(guī)模，運(yùn)量較小的高速鐵路項(xiàng)目初、近期宜采用5 min或4 min最小追蹤間隔標(biāo)準(zhǔn)，并據(jù)此配置變壓器容量，較3 min最小追蹤間隔節(jié)省工程投資和運(yùn)營(yíng)成本明顯。

4 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合我國(guó)高速鐵路項(xiàng)目建設(shè)情況，根據(jù)具體項(xiàng)目客流需求和行車(chē)量確定追蹤間隔標(biāo)準(zhǔn)和供電設(shè)施容量，對(duì)節(jié)約工程設(shè)備投資和降低運(yùn)營(yíng)費(fèi)具有重要意義。在滿(mǎn)足客流需求和線路輸送能力的前提下，部分項(xiàng)目初、近期可采用5 min或4 min最小追蹤間隔標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)預(yù)留3 min最小追蹤間隔能力。以江蘇省南沿江城際鐵路為例，初、近期采用5 min追蹤間隔標(biāo)準(zhǔn)比4 min追蹤間隔每年可節(jié)省成本約3.6萬(wàn)元/km。