田婉琪，趙 鵬，喬 珂，宋文波

TIAN Wanqi1，ZHAO Peng2，QIAO Ke3，SONG Wenbo4

（1.北京交通大學(xué) 軌道交通運行控制系統(tǒng)國家工程研究中心，北京 100044；2.北京交通大學(xué) 交通 運輸學(xué)院，北京 100044；3.北京交通大學(xué) 國家軌道交通培訓(xùn)與認(rèn)證研究中心，北京 100044；4.中國鐵路成都局集團有限公司 成都北車站，成都 610500)

《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》(2018 年調(diào)整)[1]提出鐵路網(wǎng)的遠(yuǎn)景規(guī)劃應(yīng)適應(yīng)全面建設(shè)小康社會的目標(biāo)要求，擴大規(guī)模，完善結(jié)構(gòu)，提高質(zhì)量，快速擴充運輸能力，迅速提高裝備水平。目前，我國的鐵路網(wǎng)已初具規(guī)模。東部地區(qū)鐵路網(wǎng)比較稠密，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)相對較高，而西部地區(qū)路網(wǎng)稀疏，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)較低，主要以大能力區(qū)際干線和煤運通道為主，快速鐵路網(wǎng)建設(shè)相對落后[2]。相對一般鐵路而言，稀疏鐵路是指客貨運量較少、運行速度較慢、線路條件復(fù)雜的一類鐵路線路，主要分布于我國人煙稀少、地勢地貌環(huán)境惡劣、交通不便捷的地區(qū)。我國典型的稀疏鐵路線路有青藏鐵路、川藏鐵路、南疆鐵路、敦格鐵路、和若鐵路等，以西部地區(qū)較為典型，除此之外，東北也有少量稀疏鐵路。目前，稀疏鐵路線路技術(shù)相對落后，運營條件普遍較差，運輸組織管理水平受限[3]，針對稀疏鐵路的基本特征研究及運輸組織研究較少。分析稀疏鐵路線路的基本技術(shù)特征、社會環(huán)境特征，提出稀疏鐵路運營主要存在問題?；谙∈梃F路的運輸需求特征，分析稀疏鐵路的3 種典型的運輸組織模式，對稀疏鐵路的“無人化”和“免維修”運輸組織管理進行探討。

1 稀疏鐵路的特征分析

1.1 基本技術(shù)特征

稀疏鐵路這類特殊而重要的線路，除了具備大部分普通鐵路承擔(dān)客貨運輸、加強區(qū)域合作和經(jīng)濟聯(lián)系、帶動地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展等作用外，還具有貫徹我國民族政策、加強民族團結(jié)、維護社會穩(wěn)定以及促進國際交流等特殊作用。特別是在國家軍事戰(zhàn)備以及災(zāi)害救援等特殊時期，可以起到鞏固國防、加強國家資源調(diào)配等方面的特殊作用[4]。稀疏鐵路在平日承擔(dān)的客貨運量較少，但在特殊時期應(yīng)具備通過調(diào)度指揮實現(xiàn)高密度、大運量的運行條件。因此，優(yōu)化運輸組織方式，提高運輸效率對稀疏鐵路的運營管理具有重要意義。我國典型的稀疏鐵路線路主要特征包括以下方面。

（1）分布地區(qū)。稀疏線路的起訖點一般位于我國偏遠(yuǎn)山區(qū)、高原地區(qū)等，或沿線多途徑偏遠(yuǎn)山區(qū)、高原地區(qū)等，周圍區(qū)域未形成鐵路網(wǎng)或交 通網(wǎng)。

（2）運量范圍。稀疏線路沿線人口密度較低，出行需求和對外交流較少，客貨運量一般較小。但部分地區(qū)富含礦產(chǎn)能源、動植物資源等，貨運量相對較大。

（3）運行速度。由于地形地貌特征的制約，稀疏鐵路線路曲線較多、平面性差，線路允許速度偏低，大部分線路的允許速度為100～140 km/h。

（4）單復(fù)線設(shè)置及閉塞方式。稀疏鐵路受自然條件限制，建設(shè)難度大，初期一般建設(shè)為單線鐵路，復(fù)線率低。因為運量較小，同時受地形和牽引能力的影響，稀疏鐵路多采用半自動閉塞方式。單線半自動閉塞鐵路的運力在線路投入運營初期基本與運輸需求相適應(yīng)。

（5）車站設(shè)置。西部地區(qū)人煙稀少、人口密度較低，車站設(shè)置相對稀疏，站間距長，區(qū)間列車運行時分長，行車密度較低。在各類別的車站中，中間站和“無人站”占比較大，編組站較少，車站編組作業(yè)能力低。

例如，青藏鐵路是具有代表性的稀疏鐵路。青藏鐵路線路設(shè)計技術(shù)參數(shù)如表1 所示。

表1 青藏鐵路線路設(shè)計技術(shù)參數(shù)Tab.1 Design and technical parameters of Qinghai-Tibet Railway

1.2 經(jīng)濟社會環(huán)境特征

稀疏鐵路所處地區(qū)自然環(huán)境條件復(fù)雜，地理位置特殊，鐵路建設(shè)和運營技術(shù)難度相對較大。這些因素對稀疏鐵路線路的建設(shè)、機車車輛設(shè)計、牽引供電方式、列控系統(tǒng)、調(diào)度指揮、運營安全等各個方面都提出了更高的要求。典型的稀疏鐵路線路所在區(qū)域的經(jīng)濟社會包括以下特征[5]。

（1）礦產(chǎn)、動植物等自然資源豐富。

（2）自然環(huán)境復(fù)雜，地質(zhì)條件差，氣候惡劣。西南地區(qū)地勢高峻，地貌結(jié)構(gòu)以山地、高原為主，西北地區(qū)地形復(fù)雜，山地、高原、盆地、丘陵、平原等各種地形俱全。氣候惡劣，大風(fēng)、雨、雪頻繁，高寒、缺氧問題嚴(yán)重。復(fù)雜的自然環(huán)境使鐵路線路的建設(shè)和運營維護難度加大。

（3）少數(shù)民族聚居，社會文化環(huán)境特殊。稀疏鐵路沿線地區(qū)傳統(tǒng)觀念和意識強，對外交流機會少，對市場經(jīng)濟新觀念、新習(xí)慣的適應(yīng)程度偏弱，少數(shù)民族地區(qū)的宗教影響較強。

（4）地區(qū)存在較長的國境線。我國西部地區(qū)共與12 個國家接壤，陸地邊境線長度超過1.8 萬km， 約占全國陸地邊境線的91%；與東南亞許多國家隔海相望，有大陸海岸線1 595 km，約占全國海岸線的10%。

（5）鐵路網(wǎng)稀疏落后，交通運輸不發(fā)達。我國西部地區(qū)面積占全國的55%，而鐵路營業(yè)里程僅占全國的25%左右[6]，且運輸網(wǎng)絡(luò)密度低，線路質(zhì)量差，各種運輸方式缺乏合理分工，發(fā)展不協(xié)調(diào)。目前，我國西部地區(qū)運能不完全適應(yīng)經(jīng)濟社會發(fā)展需要，妨礙了東、西部交流，不利于西部沿邊地區(qū)經(jīng)濟的繁榮。

（6）經(jīng)濟發(fā)展相對落后，沿線未形成完整的經(jīng)濟帶。西部地區(qū)原有經(jīng)濟基礎(chǔ)比較薄弱，西藏、青海、寧夏、甘肅的GDP 遠(yuǎn)低于其他省、市、自治區(qū)，該地區(qū)的鐵路網(wǎng)的發(fā)展受到很大限制。

1.3 主要存在問題

稀疏鐵路所服務(wù)的經(jīng)濟社會環(huán)境的特殊性，決定了稀疏鐵路在前期規(guī)劃、建設(shè)和后期運營管理、使用維護等多個方面均與一般鐵路線路有一定差別。目前存在的問題主要包括以下方面。

（1）稀疏鐵路規(guī)模小、質(zhì)量差、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)低、地區(qū)周圍未形成完整的路網(wǎng)。

（2）現(xiàn)有交通基礎(chǔ)設(shè)施技術(shù)水平落后，如西部鐵路的復(fù)線率低，僅為15.4%，低于全國水平近19%[7]。由于稀疏鐵路以單線為主，運行速度較低，閉塞方式多采用半自動閉塞，再加上牽引設(shè)備不足，嚴(yán)重制約了線路的運輸能力。

（3）與東部經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)的聯(lián)系通道較少，既有通道運輸能力基本飽和，不能滿足以長途、快速為主的客流出行需求

（4）不具備在特殊時期(軍事戰(zhàn)時、搶險救災(zāi)等)高密度、大運量運行的條件，不支持通過調(diào)度指揮實現(xiàn)線路運量大幅度提升。

2 稀疏鐵路運輸組織模式分析

2.1 稀疏鐵路運輸需求特點

稀疏鐵路運輸需求主要受到稀疏鐵路所在地區(qū)經(jīng)濟社會特征、既有交通運輸結(jié)構(gòu)、資源的分布及開發(fā)利用、國家政策扶持、地理人口特征5 個方面因素的影響[7]，其特點主要包括以下方面。

（1）需求總量相對較少。稀疏鐵路所在地區(qū)自然條件惡劣，吸引范圍內(nèi)人煙稀少，本地人口活動頻率較低。運輸需求總量相對一般線路較少，尤其是客運量。2014 年西部地區(qū)旅客發(fā)送量為4.34 億人，僅占全國旅客發(fā)送量的18.63%，其中地區(qū)內(nèi)旅客發(fā)送量3.33 億人，占西部地區(qū)旅客發(fā)送量的76.75%；而西部發(fā)往東部的旅客發(fā)送量為1.01 億人，占西部旅客總發(fā)送量的23.25%[8]。與東部地區(qū)相比，西部地區(qū)人員交流需求有很大的增長空間。貨運方面，2014 年西部地區(qū)鐵路貨運量為9.95 億t， 占全國鐵路總貨運量的32.48%，貨運流向主要為東部地區(qū)，貨運品類構(gòu)成以煤炭、焦炭、鋼鐵等大宗物資為主，其中煤炭的貨運量占總貨運量的54.57%[8]。

（2）以貨運為主運距較長。由于廣大的西部地區(qū)人口稀少，而能源、資源非常豐富，目前西部地區(qū)的鐵路運輸以貨運為主。為促使資源優(yōu)勢向經(jīng)濟優(yōu)勢轉(zhuǎn)變，貨物運輸將在很長一段時間內(nèi)在鐵路運輸中占主導(dǎo)地位。西部各省區(qū)大多處于工業(yè)化起步階段，其工業(yè)產(chǎn)品附加值低，主要以原料和半成品運輸為主，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理。在相同的工業(yè)產(chǎn)值的情況下，西部地區(qū)所產(chǎn)生的貨運量、貨運周轉(zhuǎn)量均較大，運輸距離長。

（3）運輸需求逐漸增長。隨著西部大開發(fā)的不斷推進和“一帶一路”倡議的實施，在今后較長一段時間內(nèi)，西部鐵路運輸需求將隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展逐漸增長。運量的生成與地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展和經(jīng)濟結(jié)構(gòu)有很大關(guān)系。2018 年西部12 省區(qū)市鐵路客運周轉(zhuǎn)量為3140.84 億人公里，占全國鐵路客運周轉(zhuǎn)量的22.20%。2016—2018 年，西部地區(qū)鐵路旅客周轉(zhuǎn)量從2633.12 億人公里增長為3140.84 億人公里，年增長率為9.6%。隨著西部開放步伐的逐步加快，東、西部經(jīng)濟文化交流的日益繁榮，西部客運需求必然快速增長。因此，西部鐵路運輸需求的規(guī)模和數(shù)量在較長一段時間內(nèi)將保持快速增長勢 頭[9]。2016—2018 年西部典型省、自治區(qū)旅客周轉(zhuǎn)量如表2 所示；2016—2018 年西部地區(qū)(12 省、市、自治區(qū))總旅客周轉(zhuǎn)量如表3 所示[10]。

表2 2016—2018 年西部典型省、自治區(qū)鐵路旅客周轉(zhuǎn)量 億人公里Tab.2 Railway passenger turnover (2016-2018) in typical provinces and autonomous regions in Western China

表3 2016—2018 年西部地區(qū)(12 省、市、自治區(qū)) 鐵路旅客周轉(zhuǎn)量Tab.3 Railway passenger turnover (2016-2018) in Western China (12 provinces, municipalities and autonomous regions)

（4）運輸需求在季節(jié)和時間上和具有較大波動性。客運方面，西部地區(qū)自然條件惡劣，吸引范圍內(nèi)人煙稀少，本地人口活動頻率較低，客流大多來自外線，旅客運輸在季節(jié)、時間上有較大波動性。客運需求具有總量規(guī)模小、增長快、季節(jié)波動性大、外來旅客為主體的旅游客流比重大等特征。貨運方面，西部地區(qū)的貨運需求具有明顯的地域性、季節(jié)性和方向上的不平衡性。鐵路大宗貨物的運輸需求取決于國土資源開發(fā)程度和公路運輸集散 能力。

2.2 運輸組織模式分析

稀疏鐵路作為特殊的鐵路線路，存在多種不同的運營場景。因此，需要根據(jù)其線路技術(shù)特點、客貨運量的特征，對原有的鐵路運輸組織模式進行相應(yīng)調(diào)整，采用與稀疏鐵路特征相匹配的運輸組織模式。為滿足稀疏鐵路在特殊情況下的運輸需求，調(diào)度中心的系統(tǒng)中應(yīng)根據(jù)不同的運營場景設(shè)計匹配多套運行模式，并針對每種模式制訂預(yù)案，實現(xiàn)在突發(fā)事件發(fā)生時的快速應(yīng)對和調(diào)整。依據(jù)不同場景下運輸組織的要求，稀疏鐵路的運輸組織模式可以分為以下幾類。

（1）日常客貨需求運輸組織。稀疏鐵路日常運輸組織依據(jù)需求特征按照計劃執(zhí)行，組織方式與一般鐵路相同。該模式下，稀疏鐵路運輸需求隨時間波動，列車的運行密度也隨之波動。在小運量條件下，這種需求的波動加大了運輸組織難度，降低鐵路運營效益。因此，可以基于運輸需求，實時動態(tài)列車開行密度的調(diào)整，加強需求與運力的綜合平衡，提高二者之間的匹配程度，達到兼顧需求和效益的目標(biāo)。

（2）軍事戰(zhàn)時運輸組織。軍事戰(zhàn)時應(yīng)滿足高密度、大運量運行的條件，需要支持通過調(diào)度指揮實現(xiàn)線路大運量的運輸條件。同時，還應(yīng)充分考慮軍事運輸需求的特點，建立和完善軍事運輸能力后備和運輸后勤保障體系，滿足軍事運輸中危險品和闊大貨物運輸需求，保證高效優(yōu)質(zhì)完成軍事運輸任務(wù)。線路通過能力條件允許時，可以通過調(diào)整運行圖、提高牽引質(zhì)量和行車密度的方式提高運輸能力。當(dāng)區(qū)間已經(jīng)達到最大通過能力上限時，可以考慮提高信號系統(tǒng)性能，改善設(shè)施設(shè)備條件，從根本上提高線路區(qū)間通過能力。

（3）災(zāi)害事故運輸組織。稀疏鐵路線路容易出現(xiàn)自然災(zāi)害，針對自然災(zāi)害的類型，建立和完善災(zāi)害事故預(yù)警系統(tǒng)，形成多級應(yīng)急響應(yīng)和應(yīng)急機制，加強預(yù)警系統(tǒng)自動化管理，提高重點流程的響應(yīng)和處理效率。

2.3 “無人化”和“免維修”運輸組織管理分析

由于稀疏鐵路線路沿線人煙稀少、自然條件較為惡劣，運營維護成本較高，我國稀疏鐵路應(yīng)進一步加強“無人化”和“免維修”的運輸組織管理，適應(yīng)將來運輸需求的增加和應(yīng)對突發(fā)事件對運力的要求。

（1）研發(fā)適應(yīng)稀疏鐵路的列車運行控制系統(tǒng)，采用先進的移動閉塞或自動閉塞技術(shù)，加強對列車運行的保障，實現(xiàn)無人區(qū)列車運行控制信息化和中間站行車作業(yè)自動化。

（2）采用高可靠的固定設(shè)備，盡量減少設(shè)備檢修和維護工作量。同時，應(yīng)用先進的固定設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和監(jiān)控技術(shù)，建立基于網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的稀疏鐵路綜合監(jiān)測系統(tǒng)，為設(shè)備維護和施工組織提供決策依據(jù)。

（3）實現(xiàn)智能運營維護，建立硬件系統(tǒng)綜合維修基地，改革設(shè)備修制、修程，減少維修工點和維修人員。維修工作人員的配置應(yīng)盡量滿足“一職多能，兼職兼崗”的要求。

（4）施工機械化、科學(xué)化。針對稀疏鐵路特殊的自然環(huán)境以及惡劣的工作環(huán)境，為了提高設(shè)備維修和施工組織的效率，降低勞動強度，在各種設(shè)備維修和施工作業(yè)中應(yīng)盡可能實現(xiàn)機械化。

（5）列車運行控制系統(tǒng)應(yīng)含有多套運行模式，預(yù)設(shè)多種運營場景預(yù)案，能實現(xiàn)突發(fā)事件發(fā)生時的快速響應(yīng)。

3 結(jié)束語

根據(jù)稀疏鐵路線路的基本技術(shù)特征、運輸需求特點，稀疏鐵路線路日常運輸需求量較少，而在特殊時期應(yīng)具備高密度、大運量運行的條件，能夠支持通過調(diào)度指揮實現(xiàn)線路大運量的運輸條件，將來的發(fā)展方向是實現(xiàn)基于動態(tài)間隔的運能可配置的新型列車運行控制系統(tǒng)技術(shù)，即根據(jù)運輸需求實現(xiàn)列車運行組織的實時調(diào)整、配套運輸設(shè)備智能調(diào)整和維護，提高運輸能力和運輸效率。