貨運(yùn)動車組作業(yè)場站銜接技術(shù)條件分析

王多宏，閆海峰，吳士杰

（1.西南交通大學(xué) 交通運(yùn)輸與物流學(xué)院，四川 成都 611756；2.中國鐵路北京局集團(tuán)有限公司石家莊站，河北 石家莊 050000）

0 引言

有關(guān)貨運(yùn)動車組的設(shè)計(jì)及應(yīng)用，現(xiàn)有研究主要集中在2個方面：一是投入使用的貨運(yùn)動車組在組織上需與原有作業(yè)計(jì)劃相協(xié)調(diào)；二是應(yīng)用貨運(yùn)動車組需要配套的設(shè)備及作業(yè)流程。目前，國外部分國家高速鐵路貨運(yùn)已有成熟的項(xiàng)目，如法國的La Poste項(xiàng)目、德國的Parcel InterCity 項(xiàng)目、意大利的Mercitalia Fast項(xiàng)目等[1]，且Geischberger等[2]提出了快速鐵路貨物列車對運(yùn)力及運(yùn)營質(zhì)量的影響研究，Rotoli等[3]開展了鐵路運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施對運(yùn)力影響的評估研究。國外學(xué)者對鐵路貨運(yùn)運(yùn)營的研究較多[4-7]，卻未涉及專用貨運(yùn)動車組。國內(nèi)閆海峰等[8]對高速貨運(yùn)動車組的開行條件進(jìn)行了研究；丁小東等[9]針對高鐵快運(yùn)基地缺乏設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的問題，提出高鐵快運(yùn)基地功能區(qū)建議布置方案；葉飛等[10]構(gòu)建了鐵路貨運(yùn)場站設(shè)施設(shè)備集中管理模式。整體而言，國外有較為成熟的高速鐵路貨運(yùn)產(chǎn)品，卻不能完全適應(yīng)我國國情與路情；國內(nèi)則尚未形成貨運(yùn)動車組規(guī)模化運(yùn)用。結(jié)合實(shí)際情況，在概述貨運(yùn)動車組整車方案及主要技術(shù)參數(shù)的基礎(chǔ)上，對貨運(yùn)動車組列車開行模式、作業(yè)場站功能設(shè)計(jì)與作業(yè)流程提出相關(guān)建議，為實(shí)際應(yīng)用提供參考。

1 貨運(yùn)動車組概述

目前我國的動車組車型全部為滿足客運(yùn)需求設(shè)計(jì)，還沒有真正意義上的貨運(yùn)動車組列車開行。高鐵貨運(yùn)大多以確認(rèn)車和捎帶運(yùn)輸進(jìn)行辦理。研究所述貨運(yùn)動車組是指在高速鐵路上開行、以高附加值貨物為主要運(yùn)輸對象、速度在200 km/h以上的動車組列車。

2017年，軌道交通貨運(yùn)快速化關(guān)鍵技術(shù)開始改革，為滿足我國日益增長的快捷貨運(yùn)需求，中車唐山機(jī)車車輛有限公司以時速350 km 動車組成熟的技術(shù)體系和產(chǎn)品平臺為基礎(chǔ)，研制出了符合我國國情的低成本、大容積、滿足一體化運(yùn)輸要求的時速350 km速度等級貨運(yùn)動車組，350 km/h貨運(yùn)動車組的平面布置圖如圖1 所示。該貨運(yùn)動車組采用8 輛編組形式，包含4輛動車與4輛拖車，其中01，08車為端車；02，04，05，07車為動車；03，06車為受電弓車。

圖1 350 km/h貨運(yùn)動車組的平面布置圖Fig.1 Layout scheme of freight EMUs with a speed of 350 km/h

時速350 km 的貨運(yùn)動車組基于成熟可靠的中國標(biāo)準(zhǔn)動車組產(chǎn)品平臺，車體、制動、牽引高壓及轉(zhuǎn)向架等關(guān)鍵系統(tǒng)技術(shù)方案基本不變，主要針對貨物運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)進(jìn)行適應(yīng)性改進(jìn)。高速貨運(yùn)動車組主要技術(shù)參數(shù)如表1所示[11]。

表1 高速貨運(yùn)動車組主要技術(shù)參數(shù)Tab.1 Main technical parameters of high speed freight EMUs

2 貨運(yùn)動車組作業(yè)場站銜接方式

本節(jié)分析既有站改造貨運(yùn)動車組作業(yè)場站的銜接條件和技術(shù)條件，主要從高鐵動車段改造后的段內(nèi)銜接和高鐵客運(yùn)站內(nèi)貨運(yùn)動車組作業(yè)場站與動車段及維修工區(qū)的銜接2個方面進(jìn)行研究。

2.1 高鐵動車段改造后的段內(nèi)銜接分析

（1）作業(yè)場所分布。貨運(yùn)動車組在動車段內(nèi)進(jìn)行貨運(yùn)作業(yè)的地點(diǎn)包括裝卸作業(yè)地點(diǎn)和貨物存儲區(qū)。由李瑞峰等[12]對高鐵貨運(yùn)模式和作業(yè)過程的研究可得知，可選存車場最邊緣兩側(cè)的存車線作為裝卸線，同時在旁邊建造倉庫和站臺進(jìn)行貨物堆放和裝卸作業(yè)。

隨著相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的出臺和實(shí)施，近幾年我國并未發(fā)生人員傷亡眾多、經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失巨大的外保溫火災(zāi)事故，但相關(guān)火災(zāi)仍時有報(bào)道。筆者總結(jié)了近三年來見諸報(bào)道的保溫火災(zāi)，見表2。

（2）動車段存車線(裝卸線)有效長。貨運(yùn)動車組采用整列裝卸的作業(yè)方式，因而裝卸線(即存車場最邊緣兩側(cè)存車線)的有效長需能實(shí)現(xiàn)整列裝卸。存車線有效長度受到車輛型號、車體長度及車輛間安全距離等因素的影響。根據(jù)動車出入段模式(包括列車模式與調(diào)車模式)[13]及是否設(shè)置調(diào)車應(yīng)答組，動車段存車線有效長可分為4類。

①出入段為列車模式且設(shè)置調(diào)車應(yīng)答器組。設(shè)置調(diào)車應(yīng)答器組動車段存車線的列車方式如圖2 所示，圖2 給出了對應(yīng)的實(shí)際線路排布情況，此方案采用8 節(jié)編組的貨運(yùn)動車組，最大長度為210 m；根據(jù)停車情況，動車組前后均應(yīng)考慮10 m 冗余；若站內(nèi)設(shè)有調(diào)車應(yīng)答組，則列車應(yīng)越位停放；根據(jù)實(shí)際情況及李瑞峰等[12]的調(diào)查，有源應(yīng)答器與信號機(jī)間距為20 m，無源信號機(jī)為3 m。因此，存車線停靠2 列貨運(yùn)動車組的最小長度計(jì)算為(5+60+10+210+10+3+20)×2=636 m。

圖2 設(shè)置調(diào)車應(yīng)答器組動車段存車線的列車方式Fig.2 Train mode with shunting transponder unit and storage line of EMU depot

②出入段為列車模式且未設(shè)置調(diào)車應(yīng)答器組。未設(shè)調(diào)車應(yīng)答器組動車段存車線的列車方式如圖3所示，圖3 給出了對應(yīng)的實(shí)際線路排布情況，該方案每列車可節(jié)省3+23=26 m的距離，即存車線?？?列貨運(yùn)動車組的最小長度為636-26×2=584 m；?？?列貨運(yùn)動車組的最小長度為949-78=871 m。

圖3 未設(shè)調(diào)車應(yīng)答器組動車段存車線的列車方式Fig.3 Train mode without shunting transponder unit and storage line of EMU depot

③出入段為調(diào)車模式且設(shè)置調(diào)車應(yīng)答器組。設(shè)置調(diào)車應(yīng)答器組動車段存車線的調(diào)車模式如圖4 所示，圖4 給出了對應(yīng)的實(shí)際線路排布情況。此方案中，動車組一般不會越過調(diào)車應(yīng)答器停車。因此，每列車可節(jié)省60-20-3=37 m 的距離。存車線?？?列貨運(yùn)動車組的最小長度為636-37×2=562 m；?？?列貨運(yùn)動車組的最小長度為949-37×3=838 m。

圖4 設(shè)置調(diào)車應(yīng)答器組動車段存車線的調(diào)車模式Fig.4 Shunting mode with shunting transponder unit and storage line of EMU depot

④出入段為調(diào)車模式且未設(shè)置調(diào)車應(yīng)答器。未設(shè)調(diào)車應(yīng)答器組動車段存車線的調(diào)車模式如圖5 所示，圖5 給出了實(shí)際線路排布情況。此方案中，存車線?？? 列貨運(yùn)動車組的最小長度為(210+10+10)×2+5×2=470 m；停靠3 列貨運(yùn)動車組的最小長度為(210+10+10)×3+5×2=700 m。

圖5 未設(shè)調(diào)車應(yīng)答器組動車段存車線的調(diào)車模式Fig.5 Shunting mode without shunting transponder unit and storage line of EMU depot

（3）裝卸線數(shù)量。動車段的裝卸線數(shù)量對貨運(yùn)技術(shù)作業(yè)效率影響重大，同時其與動車段的作業(yè)效率成正比。研究給出一種增設(shè)裝卸線的方法：即在新設(shè)計(jì)的站臺外側(cè)新建一條裝卸線，使其成為島式站臺，兩側(cè)線路可同時接入貨運(yùn)動車組，進(jìn)行貨物裝卸。島式裝卸站臺示意圖如圖6所示。

圖6 島式裝卸站臺示意圖Fig.6 Island loading and unloading platform

（4）段內(nèi)檢修作業(yè)的技術(shù)條件。和客運(yùn)相比，貨運(yùn)動車組在動車段內(nèi)還需要進(jìn)行動車組檢修和貨運(yùn)技術(shù)作業(yè)，這就需要提高檢修速度，在規(guī)定時間內(nèi)完成各項(xiàng)檢查以及列車整備工作，以下提供3 種建議。①減少檢查庫停留時間。通過在出入段線上設(shè)置輪對等檢測裝置，在動車組入段走行時間內(nèi)完成檢查工作。②減少洗車時間。在動車組走行過程中完成對車體頭部與側(cè)面的清洗工作，同時在檢修庫和停車場之間設(shè)置列車外皮清洗裝置。③設(shè)置整備檢修監(jiān)測系統(tǒng)。通過對各項(xiàng)作業(yè)耗時進(jìn)行追蹤和測評，不斷優(yōu)化調(diào)整作業(yè)流程與作業(yè)時長。

2.2 高鐵貨運(yùn)動車組作業(yè)場站銜接分析

高速鐵路車站的布局結(jié)構(gòu)主要有兩線式、兩臺兩線式、多臺多線以及銜接2 條客運(yùn)專線形式[14]。這4 種車站布局結(jié)構(gòu)都能實(shí)現(xiàn)與綜合維修工區(qū)的銜接。后2 種形式多設(shè)置于客運(yùn)量大的城市，列車到發(fā)密集、車站結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可將動車段與綜合維修工區(qū)合并，提高整體作業(yè)效率。本節(jié)從到發(fā)線引入，對4種形式進(jìn)行分析。

（1）到發(fā)線分組。高速鐵路客運(yùn)站在改擴(kuò)建后可同時進(jìn)行客貨運(yùn)輸作業(yè)。站內(nèi)到發(fā)線分組時應(yīng)考慮到發(fā)線數(shù)量、車站布置、列車構(gòu)成，設(shè)計(jì)合理的運(yùn)用方案，提高車站的工作效率。

（2）出入段線設(shè)置。貨運(yùn)動車組出入段次數(shù)多時可采用復(fù)線或立交疏解，以盡可能減小對原有站點(diǎn)作業(yè)的干擾。

（3）不同類型車站的銜接方案。

①兩線高鐵客運(yùn)站。由文獻(xiàn)[14]可知，將最下方股道(即4 道)用作裝卸線，當(dāng)4 道運(yùn)用緊張時(如越行站)，可于其下方新建到發(fā)線。根據(jù)站型特點(diǎn)，當(dāng)4 道未安排作業(yè)時，綜合維修工區(qū)可對其進(jìn)行養(yǎng)護(hù)、檢查和維修。兩線高鐵站布置結(jié)構(gòu)圖如圖7所示。

圖7 兩線高鐵站布置結(jié)構(gòu)圖Fig.7 Layout of high speed railway stations with two lines

②兩臺兩線高鐵客運(yùn)站。以中間站臺為島式站臺的兩臺兩線高鐵客運(yùn)站為例，3 道與站房之間的距離如果滿足作業(yè)要求，可設(shè)計(jì)貨物裝卸站臺；或直接在4道設(shè)計(jì)貨物裝卸站臺。綜合維修方面，4道的檢修工作與兩線高鐵站完全相同；3 道則可通過渡線運(yùn)送維修設(shè)備進(jìn)行維修。兩臺兩線高鐵站布置圖如圖8所示。

圖8 兩臺兩線高鐵站布置圖Fig.8 Layout high speed railway stations with two platforms and two lines

③多臺多線高鐵客運(yùn)站。以通過式始發(fā)站為例，應(yīng)合并設(shè)置動車段與綜合維修基地。多臺多線高鐵站布置圖如圖9 所示。在銜接改擴(kuò)建后設(shè)有貨物作業(yè)場站的動車段時，貨運(yùn)動車組進(jìn)行貨物作業(yè)有2 種情況：一是在客運(yùn)站內(nèi)進(jìn)行，列車在裝卸線上進(jìn)行停車作業(yè)，于中間站臺進(jìn)行貨物裝卸，最后轉(zhuǎn)入動車段進(jìn)行養(yǎng)護(hù)維修；二是在動車段進(jìn)行，列車通過正線直接進(jìn)入動車段進(jìn)行貨物作業(yè)和養(yǎng)護(hù)維修作業(yè)。對于未改擴(kuò)建的動車段，貨運(yùn)動車組只能選擇在客運(yùn)站內(nèi)進(jìn)行作業(yè)。

圖9 多臺多線高鐵站布置圖Fig.9 Layout of high speed railway stations with muttiple platforms and lines

④銜接2 條客運(yùn)專線高鐵車站。2 條客運(yùn)專線交匯的高速站布置圖如圖10 所示，兩個車場通過聯(lián)絡(luò)線聯(lián)接動車段。貨運(yùn)動車組的作業(yè)流程與多臺多線高鐵站的作業(yè)流程一致。

圖10 2條客運(yùn)專線交匯的高速站布置圖Fig.10 High speed station layout with intersection of two passenger dedicated lines

3 新建高鐵貨運(yùn)站的銜接技術(shù)條件

針對新建高鐵貨運(yùn)站，分情況討論貨運(yùn)動車組的作業(yè)過程，并分析貨運(yùn)動車組作業(yè)地點(diǎn)條件。

3.1 貨運(yùn)動車組作業(yè)過程分析

（1）不停車通過作業(yè)過程。列車進(jìn)站后直接由站內(nèi)正線離開，不在車站停留。不停站通過列車作業(yè)過程如表2所示。

表2 不停站通過列車作業(yè)過程Tab.2 Operation process of non-stop trains

（2）停車通過作業(yè)過程。列車沿接車進(jìn)路到達(dá)車站，并在裝卸線進(jìn)行裝卸作業(yè)，最后經(jīng)發(fā)車進(jìn)路離開車站。停站通過列車作業(yè)過程如表3所示。

表3 停站通過列車作業(yè)過程Tab.3 Operation process of passing trains at stations

（3）始發(fā)作業(yè)過程。列車經(jīng)由存車線或動車段轉(zhuǎn)入裝卸線進(jìn)行技術(shù)作業(yè)，并在完成貨物裝卸與技術(shù)檢查后，沿發(fā)車進(jìn)路離開，始發(fā)列車作業(yè)過程如表4所示。

表4 始發(fā)列車作業(yè)過程Tab.4 Operation process of departure trains

（4）終到作業(yè)過程。動車組到達(dá)車站后，在裝卸線進(jìn)行貨物裝卸等作業(yè)，再從裝卸線轉(zhuǎn)到存車線或轉(zhuǎn)入動車段。終到列車作業(yè)過程如表5所示。

表5 終到列車作業(yè)過程Tab.5 Operation process of final trains

（5）折返作業(yè)過程。我國大型高鐵站一般采用本線立折的方式，與客運(yùn)動車組相同，貨運(yùn)動車組也采用本線立折的方式，并同樣分為沿反向裝卸線折返和沿正向裝卸線折返2 種，沿反向裝卸線折返作業(yè)徑路如表6 所示，沿正向裝卸線折返作業(yè)徑路如表7所示。

表6 沿反向裝卸線折返作業(yè)徑路Tab.6 Turnaround route along reverse loading and unloading lines

表7 沿正向裝卸線折返作業(yè)徑路Tab.7 Turnaround route along reverse loading and unloading lines

3.2 貨運(yùn)動車組作業(yè)地點(diǎn)條件分析

（1）到發(fā)線長度。到發(fā)線有效長度主要受到列車長度、停車余量、安全距離、警沖標(biāo)外方距離等因素的影響。從最安全的角度設(shè)計(jì)：動車組長度為210 m，前后方共20 m停車余量，故站臺至少230 m?？紤]測速測距等誤差因素，安全距離至少應(yīng)為95 m。與客運(yùn)動車組類似，貨運(yùn)動車組第一輪對距離車頭的距離最長為4.85 m，確定警沖標(biāo)外方距離為5 m。因此，有效長度至少為：230+(95+5)×2=430 m。

（2）到發(fā)線數(shù)量。到發(fā)線數(shù)量較少會限縮車站通過能力，但有利于列車辦理作業(yè)，此外線路連接簡單可縮短咽喉區(qū)長度；反之，盡管到發(fā)線數(shù)量較多可增大車站通過能力，但增加的道岔組延長了咽喉區(qū)，使線路連接復(fù)雜化。因此，需要在滿足各項(xiàng)作業(yè)需求的前提下，合理確定到發(fā)線數(shù)量，從而減少進(jìn)路間的交叉干擾、提高車站通過能力。新建高鐵貨運(yùn)站確定到發(fā)線數(shù)量時應(yīng)考慮以下3 點(diǎn)。①車站銜接的線路數(shù)量。車站銜接線路的多少與所需到發(fā)線數(shù)量密切相關(guān)，車站銜接線路多，所需到發(fā)線數(shù)量也就多，反之亦然。②列車開行密度。開行密度對列車追蹤間隔有直接影響，開行密度越大，對追蹤間隔要求越高，這種情況下通常需要一定數(shù)量的到發(fā)線來確保高密度追蹤列車的正常運(yùn)行。③車站布置圖類型。車站布置類型直接影響到發(fā)線的數(shù)量，不同車站布置類型對應(yīng)不同的車站到發(fā)線運(yùn)用方案，進(jìn)而影響到發(fā)線數(shù)量的確定。

（3）裝卸線與站臺的關(guān)系。新建高鐵貨運(yùn)站臺的類型與倉庫、裝卸線的布置形式有關(guān)，根據(jù)裝卸線與站臺的關(guān)系，可分為側(cè)式站臺和島式站臺2種，側(cè)式站臺示意圖如圖11 所示，島式裝卸站臺示意圖同圖6?？梢钥闯觯瑐?cè)式站臺一邊只有一個站臺面(對應(yīng)1 條裝卸線)，僅能提供單側(cè)裝卸作業(yè)；而島式站臺則有2 個站臺面(對應(yīng)2 條到發(fā)線)，當(dāng)兩側(cè)為正線和裝卸線時，縮短兩線間的聯(lián)絡(luò)線長度可減少列車走行距離，提高車站通過能力。然而，車站通過列車較多也容易使各項(xiàng)作業(yè)互相干擾。因此，在確定裝卸線與站臺的關(guān)系時，還需綜合考慮車站布局結(jié)構(gòu)等。

圖11 側(cè)式站臺示意圖Fig.11 Side platform

（4）道岔類型選擇。道岔作為高速鐵路軌道的重要基礎(chǔ)設(shè)備，其選擇主要受到列車速度的影響。當(dāng)前我國高速鐵路上主要配備了客運(yùn)專線、德國CN 技術(shù)和法國CZ技術(shù)3種技術(shù)系列的道岔。由于我國高速鐵路采用無砟軌道、新研發(fā)的貨運(yùn)動車組列車可達(dá)350 km/h，故新建高鐵貨運(yùn)動車組車站可采用客運(yùn)專線以及德國CN技術(shù)2種道岔。

（5）咽喉區(qū)長度。咽喉區(qū)長度是影響車站通過能力的重要因素[15]。咽喉區(qū)越長，列車進(jìn)出站所需的走行時間就越長。不同咽喉長度下的追蹤間隔時間如表8 所示，可知在同樣進(jìn)站速度下，隨著咽喉區(qū)長度的增加，列車的追蹤間隔時間也相應(yīng)增大；在咽喉區(qū)長度相同情況下，列車進(jìn)站速度越快，追蹤間隔時間越長。因此，在滿足站場設(shè)計(jì)要求的前提下，盡量縮短咽喉區(qū)長度，可減少列車對咽喉區(qū)進(jìn)路的占用，提高車站的通過能力。

表8 不同咽喉長度下的追蹤間隔時間sTab.8 Tracking interval under different throat lengths

4 結(jié)束語

貨運(yùn)動車組作業(yè)場站銜接是高鐵快運(yùn)由目前基于客運(yùn)設(shè)施的零散作業(yè)方式向?qū)I(yè)化、規(guī)?；鳂I(yè)方式轉(zhuǎn)變的基礎(chǔ)。研究對高鐵動車段改造后的段內(nèi)銜接、高鐵貨運(yùn)動車組作業(yè)場站銜接等技術(shù)條件進(jìn)行了系統(tǒng)分析，并對貨運(yùn)動車組列車開行模式、作業(yè)場站功能設(shè)計(jì)與作業(yè)流程進(jìn)行了詳細(xì)闡述。未來可結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)，進(jìn)一步加強(qiáng)貨運(yùn)動車組作業(yè)場站銜接信息化管理，提升高鐵貨運(yùn)裝卸作業(yè)效率和服務(wù)水平，實(shí)現(xiàn)貨運(yùn)場站銜接作業(yè)全流程信息化與智能化發(fā)展。