高速铁路可变编组动车组适用性分析

1、高速铁路可变编组动车组适用性分析 杨帅 赵鹏 康洪军 张庆刚 中车唐山机车车辆有限公司产品研发中心 北京交通大学交通运输学院 摘 要： 为提高动车组的运用灵活性, 针对传统动车组目前存在的部分线路运输能力浪费, 固定编组动车组调节能力不足、检修备用率高、维护成本高等问题, 进一步分析德国 ICE4 和法国 AGV 可变编组动车组车型的编组特点, 及其适应客流变化、提升服务品质、装备利用率较高等优势, 结合我国高速铁路发展实际, 从客流组织、列车开行方案和列车运行图编制、动车组运用及检修、线路和车站能力利用等方面分析可变编组动车组在我国高速铁路的适用性, 进而展望其发展前景。关键词： 高速铁路; 动车组; 可变编组; 适用性; 客流组织; 收稿日期：2017-02-26基金：中国铁路总公司科技研究开发计划课题 (2016J011-C) Applicability Analysis of Variable Configuration EMU Train for High-speed RailwayYANG Shuai ZHAO Peng KANG Hong-jun ZHANG Qing-g

2、ang Product Development Center, CRRC Tangshan Co., Ltd.; School of Traffic and Transportation, Beijing Jiaotong University; Abstract： In order to improve the operating flexibility of EMU trains, this paper first analyzes the shortcomings of the current EMU operating system, such as wasting of capacity on some lines, lack of flexibility with fixed configuration EMU, high maintenance and standby ratio, high maintenance cost, etc. Then it puts forward the advantages of the variable configuration EM

3、U trains, such as the ICE4 in Germany and AGV in France are analyzed in terms of their configuration characteristics, adaptability to the change of passenger flow, improvement on service quality, and high availability, etc. Finally, considering the actual situation of high-speed railway development in China, the applicability of variable configuration EMU train in Chinese high-speed railway is analyzed from four aspects, which are passenger flow organization, train operation plan and train worki

4、ng diagram making, utilization and maintenance of EMU trains and line and station capacity utilization. The future development prospect is also discussed.Keyword： High-speed Railway; EMU; Variable Configuration; Applicability; Passenger Flow Organization; Received： 2017-02-26高速动车组列车作为高速铁路旅客运输的载体, 是高速铁路运营组织的基础装备。传统的动车组列车的编组数量通常是固定的, 如我国 CRH 系列动车组主要是 8 辆或 16 辆编组。运营过程中需要调整动车组列车编组数量时, 一般采用 2列动车组重联的方式。随着动车组技术的不断发展, 为提高高速铁路的运营服务水平, 更好地适应旅客运输需求, 提高动车组运营的灵活性成为世界动车组技术发展的主要趋势之一。例如, 德国西门子公司、法国阿尔斯通公司等都基于模块化

5、的设计理念, 相继研发了能够实现可变编组的新一代动车组, 可以根据不同线路的运输需求提供不同编组数量的动车组列车。从目前我国高速铁路运营和动车组运用的实际情况看, 也面临着运营成本高、部分线路动车组运用效率低、维护检修成本高、舒适性有待提高等问题。可变编组动车组的研发为解决以上问题提供了较好的工具和手段。为此, 在分析既有动车组运用问题的基础上, 以德国 ICE4 动车组和法国 AGV 动车组 2 种可变编组动车组为例分析可变编组动车组的编组特点, 从客流组织、列车开行方案和列车运行图编制、动车组运用与检修、线路能力利用等方面分析我国高速铁路可变编组动车组的适用性, 为我国高速铁路可变编组动车组运用提供参考1。1 传统动车组运用问题分析我国高速铁路经过十几年的迅速发展, 已经基本形成了自主创新的高速动车组体系结构, 并且针对不同的线路条件和区域环境, 研发了适用于高寒地区、沙漠地区, 以及长大干线、城际线路等不同区域、不同速度等级的系列高速动车组列车。动车组形式各异、固定编组。随着高速铁路网的不断发展, 固定编组动车组在运用上逐渐暴露出一些不足之处, 主要表现在以下方面2。(1) 部分

6、线路动车组列车上座率难以保证, 造成运输能力浪费。高速铁路投资巨大, 沿线经济发展水平和客流量对高速铁路收益有直接影响, 而客流量的培育和增长是一个长期的过程, 部分高速铁路的客流量在短期内难以达到经济运量。因此, 在客流量较小的情况下, 既有的固定编组动车组列车的上座率难以保证, 出现运输能力虚糜现象, 造成动车组列车单位运量的成本急剧上升。(2) 繁忙干线列车开行密度趋于饱和, 固定编组动车组调节能力不足。京沪高速铁路 (北京南上海虹桥) 、京津城际铁路 (北京南天津) 等地处发达区域的高速铁路, 客流需求快速增长, 上座率高, 尤其是周末、节假日等客流高峰时期, 客流需求旺盛, 运能与运量不适应矛盾凸显, 但目前繁忙干线行车密度已经趋于饱和, 通过进一步增加行车密度进而增加运输能力已经十分困难, 只能采取 2 列 8 辆动车组重联的方式增加列车定员, 形式单一, 无法有效缓解客流剧增的压力。(3) 固定编组动车组检修备用率高, 维护成本高。传统的固定编组动车组在高级修、定期修、故障修及热备等过程中均需要占用整列动车组, 加上高级修周期长, 致使动车组检修备用率高, 降低了动车组的

7、运用效率。根据相关研究, 一列 8 辆编组的动车组年均检修、维护费用高达 1 500 万元, 占整列动车组采购成本的 8%12%1。综上所述, 提高动车组运用的灵活性, 根据客流情况灵活调整动车组编组, 实现动车组的高效率运用是亟待解决的问题。2 高速铁路可变编组动车组的编组特点和优势高速铁路动车组列车指若干动车和拖车组合而成的列车, 即多动力车辆组, 传统的动车组列车的编组数量都是固定的。高速铁路可变编组动车组, 是指由该种动车组组成的动车组列车的编组数量可以根据实际需要进行调整, 是一种新型动车组。基于模块化的设计理念, 该类型动车组可以将拖车和动车任意组合成车组, 并且根据需要进行改编, 实现动车组内客车编组数量的可调。国外可变编组动车组的典型代表有德国西门子公司的 ICE4 动车组和法国阿尔斯通公司的 AGV 动车组。2.1 编组特点可变编组动车组的显著特点是可以灵活调整动车组编组数量。此处以 ICE4 动车组和 AGV 动车组为例, 说明可变编组动车组的编组特点。(1) ICE4 动车组。ICE4 动车组是德国西门子公司为德国铁路公司研制的新一代动车组列车, 计划用于德国铁路

8、的城际运输及欧洲城市间的长距离旅客运输3。列车的最大特点是采用模块化的驱动理念, 牵引系统零部件均在车底整合, 使ICE4 动车组较之前的 ICE 动车组具有更好的灵活性, 模块化设计也使零部件更换和列车维修变得更为简易。基于每辆动车具有独立相同的牵引技术设计, 列车能够实现 514 辆的不同编组形式。其中, 7 辆编组和 12 辆编组为 2 种基本编组形式, 7 辆编组的动车数量为 3 辆, 12 辆编组的动车数量为 6 辆。不同编组数量的列车在加速、速度及列车容量方面能更好地适应不同运营线路的需要。ICE4 动车组编组示意图如图 1 所示。(2) AGV 动车组。AGV 动车组是法国阿尔斯通公司研发的第四代高速动车组列车4, 是世界上第一个既采用铰接式转向架又采用动力分散驱动的动车组列车, 设计最高运营速度可达 360 km/h。列车采用模块化的编组结构, 3 节车厢编组为一个基本单元, 能够实现 714 辆的不同编组形式。其中, 7 辆编组为基本编组形式, 由 2 个基本单元和 1 节拖车构成, 能够提供约 245 个座位。AGV 动车组编组示意图如图 2 所示。图 1 ICE4

9、 动车组编组示意图 Fig.1 Configuration of ICE4 下载原图2.2 优势可变编组动车组可以根据实际运营需求, 采用合适的编组数量。与传统固定编组动车组相比, 可变编组动车组在运用中的优势主要体现在以下方面5。(1) 更好地适应客流变化。可变编组动车组采用模块化的设计理念, 可以根据客流需求在一定的速度等级内实现长、短可变编组, 有效适应不同运量水平的高速铁路线路, 实现“大运量大编组、中运量中编组、小运量小编组”的组织方式, 能够更好地适应客流波动, 提高列车客座利用率, 提高运输装备利用率。截至 2016 年底, 我国高速铁路运营里程已经超过 2 万 km, 各条线路的客运量差异很大, 京沪高速铁路、京津城际铁路等线路能力已经出现紧张的局面, 而郑西高速铁路 (郑州东西安北) 、兰新高速铁路 (兰州西乌鲁木齐) 等则客运量明显不足, 这种局面表明可变编组动车组在我国具备良好的应用前景。(2) 提升高速铁路服务品质。在客流量不足的情况下, 出于节约运营成本的考虑, 部分高速铁路列车开行频率很难保证, 对服务品质有较大影响。如果可以采用小编组动车组形式, 适当加大列车开行频率, 就可以明显增大高速铁路尤其是城际铁路的公交化运行水平, 有效提升该线路的服务品质, 有助于进一步促进客运量的增长, 提升高速铁路的经济效益水平。图 2 AGV 动车组编组示意图 Fig.2 Configuration of AGV 下载原图(3) 装备利用率较高。固定编组动车组的车辆种类多, 生产制造周期和检修周期都比较长, 而可变编组动车组由于采用模块化设计, 便于故障车的拆解、更换和维修, 能够缩短临时检修周期, 有效降低动车组的检修成本, 提高固定资产利用率。3 高速铁路可变编组动车组适用性分析我国高速铁路可变编组动车组已经进入样车生产阶段, 但实际投入使用还需要考虑与既有运输组织方式的适应性问题。可变编组动车组与固定编组动车组相比主要是动车组编组数量的差别, 不同线路上动车组可能采用不同的编组数量标准, 其对运输组织的影响主要体现在以下方面6。(1) 客流组织适应性。可变编组动车组的编组数量可调节, 即可以根据不同线路的客流需求设置合理的

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