霍亮

（中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司線站院 高級工程師，湖北 武漢 410075）

0 引言

受新冠疫情及宏觀經(jīng)濟形勢影響，全國部分城際鐵路客運量出現(xiàn)較大波動，上座率有所下降。既有八輛、十六輛及以上編組列車定員充足，已難以完全適應(yīng)高平峰及疫情特殊時期客運需求的靈活多變特性。目前，我國開通運營的城際鐵路總里程已逾4 000 km，城際客運市場初具規(guī)模。其中，京津冀、長三角、珠三角等區(qū)域城際鐵路建設(shè)較早，如京津、滬寧、廣珠城際等線路，總體發(fā)展形勢較好。其余大多數(shù)城際鐵路開通后面對靈活多變的客運市場，出現(xiàn)上座率走低、運營虧損擴大等問題。已運營城際鐵路列車編組主要以八輛為主，部分兼顧少量長編組的跨線列車。在2020年以來疫情沖擊下，八輛及以上編組列車上座率低、運能虛糜的現(xiàn)象已到了不容忽視的程度，存在采用八輛兼顧四輛編組列車、降低列車運維成本的潛在需求。為適應(yīng)城際客運市場需求變化，建立更加靈活的列車編組方式[1]，在技術(shù)性及經(jīng)濟性方面開展相關(guān)研究，將帶來潛在的經(jīng)濟價值和社會效益。

1 四輛編組列車的優(yōu)勢與應(yīng)用概況

1.1 主要技術(shù)參數(shù)對比

國內(nèi)用于城際鐵路的車型基本囊括了CRH1、CRH2、CRH3、CRH5、CRH6等各型號，但日趨成為城際鐵路主流車型，且有相應(yīng)四輛編組列車生產(chǎn)的主要為CRH6型車。該型列車200 km/h和160 km/h速度等級對應(yīng)的八輛、四輛編組列車的主要參數(shù)對比如表1所示。

表1 CRH6型動車組主要技術(shù)參數(shù)對比表

可見，160 km/h等級車型的加速性能優(yōu)于200 km/h，四輛編組列車的定員略低于八輛編組的一半。城際鐵路最小追蹤間隔設(shè)計為3 min時，高峰小時最大開行20對列車，則八輛、四輛編組列車的輸送能力分別可達3.0萬人/h、1.4萬人/h。

1.2 四輛編組列車技術(shù)優(yōu)勢

四輛編組城際列車的主要優(yōu)勢在于定員小，客流量相同時較八輛編組開行的列車對數(shù)多，開行間隔短，服務(wù)頻率更高，有利于實現(xiàn)城際鐵路的公交化運營，方便旅客乘車，提高城際鐵路對客流的吸引力[2]?？土髁枯^小時既可保證一定的服務(wù)品質(zhì)，也能有效提高列車上座率，降低運營成本[3]。

長株潭城際是八輛改四輛編組列車運營較為成功的案例。在開通之初，主要采用八輛編組CRH6F型車運營。其中，長沙至暮云作為最繁忙區(qū)段，初期采用8組八輛編組列車運營，全日開行30對列車，平均行車間隔0.5 h。改用21組四輛編組列車運營以來，全日開行列車提高至101對，平均行車間隔縮短至10 min左右。列車開行對數(shù)提高237%，平均行車間隔降低66.7%。列車運行時段大幅優(yōu)化，基本覆蓋平高峰時段，服務(wù)頻率大幅提升[4]，客流量也有較大幅度增長，產(chǎn)生了良好的社會和經(jīng)濟效益。

1.3 四輛編組列車的應(yīng)用概況

國內(nèi)四輛編組城際列車的應(yīng)用已有6條線路，見表2所示。此外，珠三角城際線路開展了四輛編組列車的應(yīng)用研究，計劃在部分客流量較小線路采用四輛編組，并已制訂采購計劃，旨在實現(xiàn)城際鐵路公交化運營。

表2 CRH6A-A、CRH6F-A型城際動車應(yīng)用情況

2 八輛兼顧四輛編組列車運行的技術(shù)可行性

2.1 信號與站臺門控制系統(tǒng)

設(shè)計僅運行八輛編組CRH6型動車的城際鐵路，一般采用CTCS-2級列控系統(tǒng)，該系統(tǒng)與站臺門控制系統(tǒng)進行列車車型、列車停準停穩(wěn)狀態(tài)、站臺門狀態(tài)等信息交互，實現(xiàn)自動開關(guān)門控制功能；其中列車車型信息一般為一種或兩種，用于列控系統(tǒng)區(qū)分八輛編組的兩對門、三對門列車。若考慮兼顧運行兩對門及三對門的四輛編組列車，技術(shù)上是可行的，但為保證安全，列車到站時，應(yīng)僅打開對應(yīng)列車車門的部分站臺門[5]。為實現(xiàn)這一功能，已運營線路需進行相應(yīng)改造：一是列控及站臺門系統(tǒng)軟件修改，新增四輛編組兩對門及三對門的列車車型信息，并對CCS服務(wù)器、主控站列控中心及各站站臺門系統(tǒng)進行改造；二是接口電路修改，對TCC驅(qū)動電路、與站臺門設(shè)備聯(lián)系電路進行改造，相應(yīng)增設(shè)繼電器、與站臺門設(shè)備間信號電纜等；三是無配線車站與主控站間增設(shè)控制電纜，無配線車站站臺門控制由相鄰主控站列控系統(tǒng)完成，由于接口電路修改需補充傳輸條件，既有站聯(lián)電纜一般無足夠剩余芯線，需在站間增加敷設(shè)控制電纜用于傳輸新增信息。

已運營線路進行上述改造，需在天窗點進行，對日常運營會造成一定干擾；軟件修改、相應(yīng)改造費用及線纜增設(shè)的材料費、人工費等需根據(jù)具體項目的長度、車站數(shù)量核算工程量后確定。尚未開展聯(lián)調(diào)聯(lián)試的在建城際鐵路及規(guī)劃項目，可通過變更設(shè)計較容易實現(xiàn)兼容運行四輛編組列車。此外，為實現(xiàn)精確停車和車-門聯(lián)動等ATO功能，四輛需與八輛編組列車一致，運行至站臺端部停穩(wěn)停準，并通過信息顯示系統(tǒng)、人員疏導(dǎo)等加強客流引導(dǎo)，避免旅客在站臺末端等候上車。

2.2 接觸網(wǎng)供電系統(tǒng)

動車組通過接觸網(wǎng)電分相，當(dāng)升雙弓取電時，為避免三相交流電的相間短路，要求必須滿足“中性區(qū)長度小于雙弓間距或無電區(qū)長度大于雙弓間距”的條件，如圖1、圖2所示。

圖1 中性區(qū)長度小于雙弓間距

圖2 無電區(qū)長度大于雙弓間距

八輛、四輛編組的CRH6型車分別為四動四拖、兩動兩拖，受電弓分別位于4、6車、2、3車；城際鐵路接觸網(wǎng)電分相一般按運行八輛編組單弓和16輛編組雙弓設(shè)計，一般為六跨錨段關(guān)節(jié)式電分相，中性區(qū)長度不大于200 m，無電區(qū)長度22 m。兼顧運行四輛編組列車，單弓運行不存在任何問題；但若兩列四編列車重聯(lián)運行，則雙弓間距為50~109 m，不滿足“中性區(qū)長度小于雙弓間距或無電區(qū)長度大于雙弓間距”的條件，會發(fā)生相間短路。

為使四輛編組重聯(lián)列車與電分相匹配，可采用三個方案：一是將短分相改造為長分相，缺點是無電區(qū)距離加長，可能對區(qū)間通過信號機布置有影響，列車在分相區(qū)無電惰行距離變長，運行速度降低，且改造分相對已運營線路的運營干擾很大，會產(chǎn)生工程投資；二是重聯(lián)列車單弓運行，優(yōu)點是無需改造電分相，但重聯(lián)列車單弓運行相當(dāng)于兩動六拖，列車的牽引加速性能會下降；三是禁止兩列四編列車重聯(lián)運行，運營中隨著客流量的增加四編列車不滿足要求時，可直接采用八輛編組的列車。綜合考慮三個方案的優(yōu)缺點，由于兩列四編列車重聯(lián)運行的必要性不強，故在運營初期禁止兩列四編列車重聯(lián)運行最為切實可行。

2.3 站臺門

列控、站臺門系統(tǒng)軟件及相應(yīng)改造完成后，按八輛編組設(shè)計的站臺門可實現(xiàn)八節(jié)全開或僅開端部四節(jié)，可實現(xiàn)八輛兼容四輛編組列車運行。此外，還需解決不同車型車門與站臺門是否對齊的問題。對于已運營、在建及規(guī)劃設(shè)計的城際線，若八輛編組的站臺門與四輛編組列車的車門不對齊時，還需對既有站臺門進行改造，產(chǎn)生改造費用。

2.4 動車組養(yǎng)護維修

八輛編組城際列車的維修養(yǎng)護設(shè)施基本兼容四輛編組的城際列車，動車運用所內(nèi)無大的改造，只需增購一些小的設(shè)備設(shè)施。有影響的是存車線的存車能力，由于兩列車存放時需預(yù)留一定的安全距離，導(dǎo)致存放2列八輛編組列車的存車線只能存放3列四輛編組的車。八輛改四輛后，動車組數(shù)會有增加，需檢算動車所的檢修、存車能力以及存車場的存車能力是否滿足需求。

3 八輛與四輛編組列車經(jīng)濟成本模型

3.1 模型參數(shù)定義

模型參數(shù)定義如表3所示。

表3 模型參數(shù)定義

3.2 模型構(gòu)建

城際鐵路的營業(yè)收入和成本隨列車編組輛數(shù)發(fā)生相關(guān)變化，構(gòu)建列車成本經(jīng)濟模型[6]。

票款收入是營業(yè)收入的主體部分。采用四輛編組時，列車運行間隔縮短，服務(wù)頻率提高，城際鐵路對客流的吸引力增強，客流量一般會有5%~10%的增加，運輸收入也會相應(yīng)增加。

在成本構(gòu)成中，主要變化的有動車組費用、牽引用電費用和乘務(wù)人員工資支出等三項，其中動車組費用包含動車組日常維修、高級修及資金成本三部分。

因此八輛與四輛編組列車經(jīng)濟成本模型如下：

進行八輛與四輛編組經(jīng)濟性對比時，需依據(jù)上式對兩種編組分別計算。其中，式（1）表示列車經(jīng)濟成本，為動車組費用、牽引用電費用和乘務(wù)人員工資支出三項之和；式（2）表示動車組費用，包含動車組日常維修、高級修及資金成本三部分；式（3）表示牽引用電費用，由牽引用電指標與年走行萬組公里的乘積表示；式（4）表示配屬乘務(wù)員的工資福利支出，首先依據(jù)高峰斷面客流與列車定員計算出高峰列車對數(shù)，結(jié)合周轉(zhuǎn)時間計算得出運用及配屬車數(shù)，每列運用車按2班制配屬乘務(wù)人員；式（5）為列車年走行萬組公里數(shù)的計算方法。

4 八輛與四輛編組列車運營經(jīng)濟性分析

4.1 經(jīng)濟性測算主要參數(shù)

本次對四輛和八輛編組列車運營經(jīng)濟性的對比，主要參數(shù)參照廣珠城際鐵路近年來的各項指標進行取值。見表4、表5。

表4 四輛和八輛編組列車定員

表5 八輛編組動車的實際運營數(shù)據(jù)

四輛編組列車單列購置費約0.7億元，約為八輛編組列車的0.6倍，因此，四輛編組列車的維修及資金成本均暫按八輛編組列車的0.6倍測算。

八輛動車組的牽引用電指標約為11.8元/列車公里，四輛動車組的牽引用電能耗約為八輛的0.62倍，按7.32元/列車公里測算。

八輛編組列車乘務(wù)班組定員為7人，其中列車長、列車員、司機、機械師、安全員各1人，保潔2人；四輛編組列車乘務(wù)班組可減少1名保潔人員，每個班組配6人。乘務(wù)班組平均年工資、工資附加及福利按珠三角15.54萬元水平考慮。

4.2 經(jīng)濟性對比

4.2.1 列車開行對數(shù)相同條件下運營成本對比

當(dāng)城際項目客流量較小時，為保證一定的服務(wù)頻率，需開行一定數(shù)量的列車對數(shù)維持運營，國內(nèi)已運營的客流量小的城際線一般不會低于10對/日[7]。當(dāng)開行的列車對數(shù)相同時，八輛編組與四輛編組的主要運營指標對比見表6。

表6 全日開行10對車時八輛與四輛編組的運營成本差別

由表6可見，當(dāng)全日開行列車對數(shù)相同時，列車運行交路越長，四輛編組運營成本節(jié)省幅度越大。以佛山至肇慶城際為例，運營長約80 km，全日開行17對八輛編組的城際列車，上座率較低。若改為同樣列車對數(shù)的四輛編組列車，則每年可節(jié)省動車組費用、牽引電費合計約2 500萬元，四輛編組列車的運營成本節(jié)省效果顯著[8]。

4.2.2 客流量變化條件下運營成本對比

廣珠城際鐵路不受疫情影響時的日均客運量約11萬人，高峰小時最大斷面客流約5 000人，珠三角城際在建或后續(xù)實施的項目預(yù)計難以達到廣珠城際的運量水平；為維持運營，保證一定的服務(wù)頻率，城際列車的開行間隔不宜大于1 h。仍以佛肇城際為例，當(dāng)其高峰小時斷面客流量分別為1 000人、2 000人、3 000人時，采用八輛、四輛編組的運營成本對比見表7。

表7 佛肇城際采用八輛或四輛編組的運營成本對比

由表7可見，當(dāng)客流量較小時，四輛編組運營成本節(jié)省的幅度較大，與八輛編組相比具有較大優(yōu)勢；隨著運量的持續(xù)增加，四輛編組由于定員小，導(dǎo)致列車開行對數(shù)過多，引起列車走行公里數(shù)、配屬的乘務(wù)班組定員過多，使得四輛編組的運營成本反而高于八輛編組[9]。

綜上所述，當(dāng)新開通的城際項目運量很小而為保證一定的服務(wù)頻率必須開行一定的列車對數(shù)時，采用四輛編組列車的優(yōu)勢較大；隨著運量的逐漸增加，四輛編組列車的優(yōu)勢逐漸縮小，當(dāng)運量達到一定水平時其運營成本反而比八輛編組高。每條城際線均存在一個運量值，在該運量水平八輛與四輛編組的運營經(jīng)濟性基本相同[10]。以佛肇城際為例，當(dāng)其客流達到高峰小時斷面約2 400人次時，采用八輛與四輛編組的運營經(jīng)濟性基本相當(dāng)。

5 結(jié)論

隨著我國多個城市群規(guī)劃中城際鐵路網(wǎng)建成規(guī)模的不斷擴大，越來越多的城際線路面臨著復(fù)雜多變的客運需求變化，亟需相關(guān)列車運營決策依據(jù)。本文提出采用更加靈活的八輛兼顧四輛列車編組方式，是一種節(jié)省運營成本、實現(xiàn)公交化運營的有效途徑。設(shè)計為八輛編組的線路，改用四輛編組列車，在技術(shù)上是可行的。已開通線路需要在信號系統(tǒng)、接觸網(wǎng)供電系統(tǒng)、站臺門及維修養(yǎng)護方面進行小規(guī)模改造。四輛編組列車的運營效果已在長株潭城際鐵路得到有效驗證。從運營經(jīng)濟性方面看，當(dāng)城際項目的客流量較小時，采用四輛編組列車的經(jīng)濟性明顯優(yōu)于八輛編組。在以國內(nèi)大循環(huán)為主體，國內(nèi)國際雙循環(huán)相互促進的新發(fā)展格局下，開展服務(wù)于城際鐵路發(fā)展的列車編組方式優(yōu)化的技術(shù)可行性與經(jīng)濟性研究，可為相關(guān)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展提供決策支持。