謝紅太，王 偉，武振鋒

（1. 蘭州交通大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；2. 華設(shè)設(shè)計集團(tuán)股份有限公司鐵道規(guī)劃設(shè)計研究院，江蘇 南京 210014）

隨著經(jīng)濟(jì)社會的進(jìn)一步發(fā)展和鐵路運輸服務(wù)品質(zhì)的快速提升，動車組已逐漸取代傳統(tǒng)客運列車成為國內(nèi)鐵路客運任務(wù)的新一代主力產(chǎn)品，但在運用維護(hù)方面從國鐵集團(tuán)及國內(nèi)七大動車組檢修基地的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，國內(nèi)動車組標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、車型種類較多、運轉(zhuǎn)效率較低、運用動車組檢備率較高、動車組檢修能力緊張、檢修資源不足、失修及過修問題突出[1-4]。 結(jié)合實際運輸需求提高全路動車組一體化運轉(zhuǎn)整備任務(wù)是目前亟待解決的問題之一。

高速動車組是高新技術(shù)密集型產(chǎn)品，必須利用系統(tǒng)工程理論對其可靠性和維修性進(jìn)行研究，強(qiáng)調(diào)設(shè)計、制造、運用和維修中的信息反饋，建立統(tǒng)一的高速動車組技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以指導(dǎo)我國高速動車組的維修工作。 相比日本、德國及法國等發(fā)達(dá)國家，我國高速鐵路發(fā)展起步較晚， 尤其在高速動車組高級別運用檢修方面更是經(jīng)驗嚴(yán)重不足， 可參照經(jīng)驗數(shù)據(jù)較少，目前還沒有統(tǒng)一的檢修標(biāo)準(zhǔn)和運用維護(hù)體系[5-7]。國內(nèi)在高速鐵路動車段（所）新線設(shè)計中一般采用吸收國外成套先進(jìn)經(jīng)驗并參照國內(nèi)已有動車組基地設(shè)計的方式。

1 我國動車組檢修制度及方式

參照日本、德國及法國等先進(jìn)國家高速列車運維方面的成熟技術(shù)經(jīng)驗，高速列車檢修制度以可靠性、運行安全性及舒適性為中心，實行計劃修與狀態(tài)修相結(jié)合， 集中修與換件修相結(jié)合的檢修制度。鑒于此，我國以國鐵集團(tuán)為主導(dǎo)在先進(jìn)維修技術(shù)理論引導(dǎo)下，提出了以預(yù)防修為主的動車組五級修程系統(tǒng)，其中一、二級修屬于日常運用維修，以維護(hù)保養(yǎng)為主；三、四、五級修為高級別修，以全面恢復(fù)動車組基本性能為主，對于國內(nèi)主流車型（如CRH1/2/3/5、CRH380A/B/C/D 及CR400AF/BF） 制定了相關(guān)檢修規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)，國產(chǎn)動車組檢修等級和檢修周期見表1[8-9]。 CR400AF/BF 平臺中國標(biāo)準(zhǔn)化動車組于2019 年投入商業(yè)運營，截止目前還不足動車組高級修檢修周期， 根據(jù)國鐵集團(tuán)2020 年2 月發(fā)布的《CR400AF/BF 平臺動車組三級檢修規(guī)程TG/CL156-2020》中規(guī)定了CR400AF/BF 平臺動車組三級修周期暫以運行（120±10）萬km 或運行3 年以先到為準(zhǔn)，同時根據(jù)指導(dǎo)意見，高級修檢修里程周期上限將分階段逐步延長至165 萬km[10-11]。

表1 國內(nèi)動車組檢修周期Tab.1 Maintenance cycle of domestic EMUs

動車組各修程檢修停時及檢修內(nèi)容見表2，其中動車組檢修次數(shù)是以一個五級修定檢公里為計算循環(huán)周期。 動車組三、四級及五級修分別為重要部件分解檢修、系統(tǒng)全面分解檢修及整車全面分解檢修[12-13]。

表2 動車組各修程檢修停時及檢修內(nèi)容Tab.2 Maintenance stop time and maintenance content of each maintenance program of EMU

2 樞紐內(nèi)動車組配屬及檢修規(guī)模測算

2.1 樞紐內(nèi)動車組配屬規(guī)模測算

動車組作為國內(nèi)旅客運輸?shù)闹饕d運工具，樞紐內(nèi)動車組配屬數(shù)量直接關(guān)系著能否滿足鐵路運輸需求及運維實施的配套規(guī)模。 現(xiàn)階段鐵路開通運營后承擔(dān)動車段（所）配屬動車組數(shù)量主要根據(jù)實際列車運行圖來準(zhǔn)確計數(shù)確定， 但在樞紐內(nèi)鐵路規(guī)劃及鐵路設(shè)計時期動車組配屬規(guī)模測算時，往往面臨列車運行圖繪制復(fù)雜、 困難及預(yù)測準(zhǔn)確性差等種種問題； 因此結(jié)合目前各鐵路設(shè)計單位在動車組配屬規(guī)模測算方面的設(shè)計經(jīng)驗及傳統(tǒng)理論計算方法， 總結(jié)提出了基于動車組日車公里數(shù)及全周轉(zhuǎn)時間的兩種承擔(dān)動車段（所）動車組配屬數(shù)量測算方法[14-16]。

2.1.1 列車運行圖測算法

根據(jù)樞紐內(nèi)客流情況、列流組織及動車組運用計劃編制原則，所有動車組在站K 的最短接續(xù)停留時間為[17]

最優(yōu)周轉(zhuǎn)時樞紐內(nèi)所需動車組數(shù)量為

式中：N 為區(qū)域樞紐內(nèi)鐵路總運行線路數(shù)；M 為區(qū)域樞紐內(nèi)鐵路總車站數(shù)；tls為動車組始發(fā)時間；tld為動車組終到時間；1 440 為動車組日運轉(zhuǎn)時間，min；ZK為動車組在站停留時間，min。

2.1.2 全周轉(zhuǎn)時間測算法

根據(jù)動車組全周轉(zhuǎn)時間分析計算，動車組樞紐內(nèi)配屬動車組數(shù)量包括運用動車組數(shù)量、檢修動車組數(shù)量及備用動車組數(shù)量之和，表示為

式中：N配屬為動車組檢修基地配屬動車組數(shù)量，列；N運用為運用動車組數(shù)量，列；N檢修為動車組二、三、四級及五級修在檢動車組數(shù)量和，列；N備用為備用動車組數(shù)量，列。

1） 運用動車組列數(shù)N運用。根據(jù)動車組運行全周轉(zhuǎn)時間計算樞紐內(nèi)運用動車組數(shù)量，動車組日運行時間按18 h 取值，則樞紐內(nèi)運用動車組數(shù)量可表示為

式（4）～式（6）中：T總為樞紐內(nèi)運用動車組全周轉(zhuǎn)時間和，h；18 為動車組日運行時間，h；T1為樞紐內(nèi)全部開行動車組日旅行時間之和，h；T2為動車組一、二級檢修作業(yè)時間和，h；T3為動車組在站停留時間，h；α 為動車組運行圖備用系數(shù)，取值0.1；D一級，D二級為動車組一、二級修定檢公里數(shù)，km；T一級，T二級為動車組一、 二級修檢修停時，h；Cj為對應(yīng)交路內(nèi)動車組日走形公里數(shù)，km；j 為動車組交路編號。

對于動車組在站停留時間T3，結(jié)合鐵路客運專線及提速線路設(shè)計工作經(jīng)驗，根據(jù)動車組運用交路長度Lj的范圍，給出如下參考取值[18]

2） 檢修動車組列數(shù)N檢修。 考慮到現(xiàn)階段鐵路部門進(jìn)行日常一、二級檢修采用分時作業(yè)，其中一級修主要集中在夜間（21：00-8：00）時間段進(jìn)行作業(yè)， 二級修主要集中在白天進(jìn)行作業(yè)， 結(jié)合目前《鐵路動車組設(shè)備設(shè)計規(guī)范TB 10028—2016》及動車組檢修規(guī)程，一、二級修檢停時較短，檢修動車組列數(shù)主要包括三、 四級及五級修在修動車組數(shù)量和，即

式中：β 為動車組檢修不平衡系數(shù) （或稱為波動系數(shù)）；Sj為樞紐內(nèi)對應(yīng)交路動車組年走形公里數(shù)，km；D五級為動車組五級修定檢公里數(shù)，km；250 為動車組大修（三、四、五級修）年檢修工作天數(shù)，d；R三級、R四級、R五級為動車組三、四級及五級修修程檢修停時系數(shù)。

式（8）中對于動車組檢修不平衡系數(shù)β 的取值一般根據(jù)不同修程檢修波動情況，可參考取值范圍為1.0≤β≤1.4[19]，一、二級修時取β=1.2，三、四級修時取β=1.1，五級修時取β=1.0。

動車組一級修檢修列數(shù)N一級及二級修檢修列數(shù)N二級可參照式（9）～式（10）進(jìn)行計算：

結(jié)合表1 國內(nèi)動車組檢修周期分別根據(jù)配屬車型進(jìn)行檢修停時參數(shù)計算， 本文計算參照CRH3及CR400AF / BF 平臺動車組定檢公里指標(biāo)進(jìn)行測算，各檢修等級檢修停時參數(shù)見表3。

表3 CRH3 及CR400AF / BF 平臺動車組各修程檢修停時參數(shù)Tab.3 CRH3 and CR400AF / BF platform EMU maintenance period corresponding to maintenance stop parameters

3） 備用動車組數(shù)量N備用。樞紐內(nèi)備用動車組數(shù)量一般可按運用動車組數(shù)量乘備用率進(jìn)行計算

式中：ζ 為動車組備用率（或稱預(yù)留率），新線設(shè)計中一般取ζ=0.06。 根據(jù) 《鐵路動車組設(shè)備設(shè)計規(guī)范TB 10028—2016》結(jié)合目前國內(nèi)鐵路部門備用動車組配屬情況及分布規(guī)模， 全路備用動車組數(shù)量很少，備用率總體小于0.06，個別鐵路局動車組備用率略高于0.06。

2.1.3 日車公里測算法

一般在新建高速鐵路設(shè)計中結(jié)合樞紐內(nèi)客流及行車組織情況，動車組平均日走形公里指標(biāo)保守取值，不考慮檢修動車組數(shù)量。 根據(jù)動車組日走形公里數(shù)計算新建鐵路本線樞紐內(nèi)新增配屬動車組數(shù)量，表示為運用動車組數(shù)量與備用動車組數(shù)量之和

式中：N′運用為運用動車組數(shù)量；S運用為本線樞紐內(nèi)新增配屬動車組日走形公里數(shù)，km；C 為本線樞紐內(nèi)動車組平均日走形公里指標(biāo)，km。

這種測算方法稱為“日車公里法”，其中最為重要的一個參數(shù)為新建線樞紐內(nèi)動車組平均日走形公里指標(biāo)C 的確定，直接關(guān)系著近遠(yuǎn)期動車組配屬及檢修運維設(shè)施的布局和規(guī)模，需結(jié)合新建線樞紐內(nèi)鐵路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、動車組乘務(wù)交路長度、配屬動車組類型、設(shè)計及運維經(jīng)驗數(shù)據(jù)綜合分析確定合適的平均日走形公里指標(biāo)。

2.2 樞紐內(nèi)動車段（所）檢修規(guī)模測算

動車段（所）動車組檢修工作量主要包括動車組存車任務(wù)、日常維修及高級修3 部分，其中配屬動車組存車任務(wù)主要設(shè)施包括動車組存車股道及配套洗車檢測監(jiān)測設(shè)備等，動車組日常維修及高級修任務(wù)分別由對應(yīng)一級至五級修程動車組檢修庫及配套設(shè)備設(shè)施承擔(dān)。 動車段（所）檢修規(guī)模測算需結(jié)合樞紐內(nèi)動車組運輸組織方案及動車組檢修定檢標(biāo)準(zhǔn)計算檢修工作量，從而科學(xué)合理地確定動車組存車場、日常維修和高級修檢修廠房布置及配套設(shè)備設(shè)施。

根據(jù)國內(nèi)動車組各修程定檢公里及樞紐內(nèi)對應(yīng)交路動車組日走形公里數(shù)，動車組一級至五級對應(yīng)修程年檢修工作量可表示為

式（20）～式（24）中：H一級，H二級，H三級，H四級，H五級分別為動車組對應(yīng)各修程年檢修工作量；D一級，D二級，D三級，D四級，D五級分別為動車組對應(yīng)各修程定檢公里數(shù)，km；Cj為樞紐內(nèi)對應(yīng)交路動車組日走形公里數(shù)，km。

2.2.1 動車組檢修庫線數(shù)測算

樞紐內(nèi)動車段（所）動車組檢修庫線數(shù)分別為一、二、三、四級及五級修對應(yīng)檢修庫線數(shù)和

式中：β 為動車組檢修不平衡系數(shù)， 取值參考式（8）；Sj為樞紐內(nèi)對應(yīng)交路動車組年走形公里數(shù)，km；D五級為動車組五級修定檢公里數(shù)，km；365 為動車組日常修（一、二級修）年檢修工作天數(shù)，d；250為動車組大修（三、四、五級修）年檢修工作天數(shù)，d；R三級，R四級，R五級為動車組三、四級及五級修修程檢修停時系數(shù)，取值參照表3；α 為動車組檢修庫線的設(shè)備利用率系數(shù)，經(jīng)驗取值α=0.85。

結(jié)合目前國內(nèi)動車組日常修檢修現(xiàn)狀，考慮到一、二級檢修是采用分時作業(yè)，根據(jù)現(xiàn)行鐵路部門檢修修程結(jié)合式（23）及式（24）可知年檢修工作量H一級＞H二級， 取一級修檢查庫線數(shù)nj1作為整個日常一、二級檢修庫列位數(shù)。

根據(jù)式（8）樞紐內(nèi)檢修動車組數(shù)量N檢修在數(shù)值上為三、四級及五級檢修庫線數(shù)和

另外，根據(jù)國鐵集團(tuán)《關(guān)于明確動車組運用檢修設(shè)施及設(shè)備配置標(biāo)準(zhǔn)的通知》（鐵總運[2015]）中對于動車段（所）動車組運用維護(hù)管理經(jīng)驗數(shù)據(jù)顯示：10 列標(biāo)準(zhǔn)8 輛短編組動車組， 配置1 條檢查庫線（滿足2 列標(biāo)準(zhǔn)8 編組或1 列16 編組動車組停放）設(shè)施及配套檢修設(shè)備，可用于動車段（所）一、二級修檢查庫線經(jīng)驗測算。

2.2.2 動車組存車線數(shù)測算

動車段（所）存車場一般有占地面積廣、存車線族數(shù)量多及走形線長等特點，動車組存車線規(guī)模確定及布置形式直接關(guān)系著整個動車段（所）平面布局。存車線數(shù)nc主要由樞紐內(nèi)除去一級至五級修各修程檢修動車組數(shù)之外的所有配屬動車組數(shù)N配屬決定，包括運用動車組數(shù)量N運用及備用動車組數(shù)量N備用。

取一級修檢查庫線數(shù)nj1作為整個日常一、二級檢修庫列位數(shù)，同時考慮除去本樞紐內(nèi)動車組是否存在外段（所）過夜的動車組數(shù)量N外及備用動車組N備用存車線數(shù)n0（n0＝N備用），在設(shè)計中動車段（所）存車線數(shù)nc可修正為

3 南京樞紐新建南京北動車所動車組配屬及檢修規(guī)模測算

3.1 南京樞紐動車組檢修現(xiàn)狀及運輸組織分析

新建南京至淮安城際鐵路位于我國長三角區(qū)域江蘇省和安徽省境內(nèi)，線路自北向南由江蘇省淮安市淮安東站引出， 向南經(jīng)安徽省天長市、南京市六合區(qū)及浦口區(qū)，引入新建的南京樞紐第三客站南京北站，線路全長約220 km。 寧淮城際鐵路作為長三角城際鐵路網(wǎng)的重要組成部分，北接連淮揚(yáng)鎮(zhèn)、徐宿淮鹽鐵路，南連寧杭、寧安、寧宣鐵路[20-21]。 根據(jù)南京樞紐總圖規(guī)劃，南京樞紐基本形成南京、南京南、南京北“三大客站”格局，就目前來看南京鐵路樞紐主要存在現(xiàn)客運系統(tǒng)布局不盡合理，既有客運站能力不能滿足規(guī)劃新線引入要求，樞紐過江通道能力不能適應(yīng)研究年度線路引入及貨運增長需求，同時隨著遠(yuǎn)期動車組線路密度的逐漸增大，既有動車組運維設(shè)施不能滿足近期南京樞紐動車組運用檢修任務(wù)[22-24]。 隨著近期寧淮城際鐵路與沿江高鐵設(shè)計實施，科學(xué)合理布局南京北站近、 遠(yuǎn)期規(guī)劃建設(shè)非常必要，同時南京北動車運用所作為附屬工程建設(shè)對于鐵路安全運輸及動車組設(shè)施設(shè)備維修是必不可少的[25]。

南京樞紐既有動車組設(shè)施包括南京動車運用所與南京南動車運用所，動車組配屬情況、既有及規(guī)劃動車組設(shè)備設(shè)施規(guī)模見表4。 結(jié)合南京樞紐運輸組織模式、運營管理方式、樞紐內(nèi)客貨運布局方式及存在的主要問題，分析寧淮城際鐵路、沿江高速鐵路及相鄰高速客運通道，規(guī)劃布局南京樞紐內(nèi)近、遠(yuǎn)期動車組對數(shù)及徑路見表5。

表4 本線相鄰線既有及規(guī)劃動車組設(shè)備規(guī)模Tab.4 Equipment scale of existing and planned EMUs on adjacent lines of this line

表5 南京樞紐近、遠(yuǎn)期動車組對數(shù)及徑路表Tab.5 Long-term and short-term train pairs and route table of Nanjing railway hub

續(xù)表5

3.2 南京北動車設(shè)計規(guī)模測算分析

根據(jù)南京樞紐近、遠(yuǎn)期動車組開行方案，分別采用全周轉(zhuǎn)時間測算法、日車公里結(jié)合經(jīng)驗測算法分析計算南京樞紐內(nèi)近、遠(yuǎn)期運維檢修需求，動車組檢查列位、檢修列位及存車列位等運維檢修設(shè)施見表6。

表6 南京樞紐近、遠(yuǎn)期動車組檢查、檢修及存車列位數(shù)（以長編組計算）Tab.6 The number of short-term and long-term EMU inspections, maintenance and storage of Nanjing Railway Hub（calculated by long-term trains）

結(jié)合動車組運維檢修設(shè)施現(xiàn)狀規(guī)模，既有南京樞紐內(nèi)近、遠(yuǎn)期動車組檢查及存車能力設(shè)施逐漸趨于飽和，遠(yuǎn)期動車組檢查設(shè)施能力緊張，檢修設(shè)施能力嚴(yán)重短缺，存車停車場地不足。 同時考慮到南京樞紐既有現(xiàn)狀存在的主要問題，在樞紐動車組配屬及運維資源能力測算方面采用統(tǒng)籌考慮的方式，在實際“三大客站”配套運維檢修設(shè)施布局中并不能實現(xiàn)理想資源共享，實際南京樞紐內(nèi)局部檢修資源缺口更大，新建動車組檢查、檢修設(shè)施的擴(kuò)能需求更迫切。

根據(jù)全周轉(zhuǎn)時間測算法及日車公里測算法兩種方法計算分析可知， 采用日車公里法測算時，當(dāng)樞紐內(nèi)動車組平均日走行公里指標(biāo)取常見經(jīng)驗計算值2 000 km，日車公里測算法在不考慮檢修動車組數(shù)量前提下，計算的運用動車組數(shù)量及備用動車組數(shù)量比全周轉(zhuǎn)時間測算法計算結(jié)果偏大約41%，配屬動車組數(shù)計算結(jié)果偏大約20%，動車組存車線數(shù)及檢查庫線數(shù)計算結(jié)果偏大約35%，計算樞紐內(nèi)動車組配屬、承擔(dān)動車段（所）動車組檢修工作量及檢修設(shè)施規(guī)模測算裕量較為充足。

4 結(jié)論

根據(jù)動車組日車公里及全周轉(zhuǎn)時間測算法計算樞紐內(nèi)動車組配屬規(guī)模，基于此給出承擔(dān)動車段（所）動車組檢修工作量及檢修設(shè)施規(guī)模測算方法，研究表明：

1） 采用日車公里測算法在新建高速鐵路樞紐內(nèi)動車組配屬設(shè)計及承擔(dān)動車段（所）動車組檢修工作量及檢修設(shè)施規(guī)模測算中，需結(jié)合樞紐內(nèi)鐵路主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、客流及行車方案等合理調(diào)整樞紐內(nèi)動車組平均日走形公里指標(biāo)。 該測算方法分析計算較為方便，適合應(yīng)用于遠(yuǎn)期鐵路樞紐規(guī)劃投資及動車組車輛投產(chǎn)規(guī)模控制等方面。

2） 采用全周轉(zhuǎn)時間測算法在新建高速鐵路樞紐內(nèi)動車組配屬設(shè)計及承擔(dān)動車段（所）動車組檢修工作量及檢修設(shè)施規(guī)模測算結(jié)果較為科學(xué)，能有效提高動車組使用率及運轉(zhuǎn)效率，同時在運維檢修方面可有效降低檢修資源的浪費，減少投資。