中國高速鐵路動車段及運用所設計技術發展

王利軍 王利鋒 張 雄

(中鐵二院工程集團有限責任公司， 成都 610031)

目前，中國鐵路動車組覆蓋160～380 km/h速度等級，涵蓋城際中高速和干線高速，能適應高寒、高溫、強紫外線、高濕、強腐蝕、多風沙及高原等多種氣候和自然環境。目前，中國鐵路共配屬動車組3 057列，折合3 556.5標準組(以8輛編組為1標準組)。其中160～250 km/h動車組共計 1 201列，折合 1 293 標準組；300～350 km/h動車組 1 809 列，折合 2 231.5 標準組；綜合檢測車32列，折合32標準組。復興號動車組已累計配屬460列，折合595.75標準組。

動車段和動車運用所是動車組的檢修運用基地，對保障動車組安全、可靠、高效運營起著重要作用。我國第一批建設的動車運用所有北京、北京西、上海南、廣州東、沈陽、青島6座動車運用所，基本上都是在既有客車整備所內進行改擴建，2006年投入使用。目前已經建成運營的動車所達54座，合計檢查線348條，存車線1 530條。

我國第一批建設的動車段有北京、上海、武漢、廣州4個動車段[1]，其設計在充分利用國內機車車輛檢修及設備設施建設運營技術經驗的基礎上，還借鑒了國外動車組檢修及動車段建設和運營的技術和經驗。首批動車段于2007年開始施工，2008年底陸續投入使用。此后，隨著高速鐵路和城際鐵路的快速發展，2012年起國內又新建了成都、西安和沈陽3個具備高級修功能的動車段，并于2015年陸續投入使用。

經過十余年的發展，中國在動車段和動車運用所的建設規模和設計技術方面都取得了巨大的進步。動車段和動車運用所功能重要、規模大、設計技術復雜，系統回顧、總結、分析、研究動車段和動車運用所工程的設計，有益于完善動車段、動車運用所的設計理論，發展設計技術，創新設計理念。

1 中國動車段、動車運用所布局及規劃

動車組運用維修設施根據其功能及作業范圍[2-3]，可分為動車段、動車組運用所和動車組存車場三大類。動車段配屬動車組，承擔動車組的一、二級修和三級及以上修程、臨修作業以及整備、存放任務；動車運用所配屬動車組，承擔所在客運站始發、終到動車組的一、二級修與整備和臨修作業。動車存車場承擔動車組的存放，并可根據需要設置整備(含客運整備)設備。動車段、動車運用所的布局按照“集中檢修、分散存放”的原則，滿足動車組“快速檢修、安全可靠、高效運營”的檢修運營要求。為保證動車組的技術狀態，提高動車組的運用效率，在區域路網性省會城市考慮設置動車段；一般省會級城市或特殊旅游城市，開行動車組數量較多時，考慮設置動車運用所；其余城市有動車組始發終到且數量較少時，考慮設置動車存車場。

1.1 中國動車段布局及規劃

根據路網規劃，目前我國已建和在建的動車段有7個，分別在北京、上海、武漢、廣州、成都、沈陽和西安，其中北京、上海、武漢、廣州為第一批動車段，成都、沈陽、西安為第二批動車段。動車段布局及規模如表1所示[4]。

1.2 中國動車運用所布局及規劃

隨著高速鐵路網的快速發展，我國動車運用所的布點逐步擴大，全路18個鐵路局集團均設有動車運用所，已建成和正在規劃的動車運用所共97個。動車運用所布局及規模如表2所示。

表1 中國動車段布局及規模表

表2 中國動車運用所布局及規模表(條)

截至2020年，上海局共配屬動車組725.25標準組，占全路20%，為動車組配屬第一大局，廣州局以510.5標準組位居第二，北京局以358標準組位列第三，南昌局、成都局和武漢局分別位列第四、第五和第六位。

2 中國動車段設計技術

我國動車段的設計發展伴隨動車組“引進、消化吸收、再創新”的全過程。我國動車組的檢修周期是參照日本、法國、德國等高速列車的現行檢修周期，結合我國高速動車組的具體情況和我國鐵路機車、車輛的檢修經驗綜合確定的。通過對國外高速動車組修制修程的研究，結合我國既有電力機車、空調客車修制修程的實際情況，以先進的檢修、檢測設備為基礎，以高度信息化的管理系統為支撐，以全面有效的檢修人員培訓為前提，引進國外動車組先進的檢修理念、檢修標準和檢修方式，確保實現動車組安全運行、高效率使用的目標。

2.1 首批動車段的設計特點

我國《中長期鐵路網規劃》明確在北京、上海、武漢、廣州4個全國路網中心建設首批動車段，首批動車段設計方案體現了“技術引進+國內機輛檢修技術移植”的理念。

(1)北京動車段采用并列式布置，采用定位修方式，工藝簡約，庫房長度520 m，庫形整齊，轉向架庫與修車庫分開設置，總平面示意如圖1所示。

(2)上海動車段采用并列式布置，轉向架庫設于三級修與四、五級修庫之間，體現了走行距離短、資源共享的特點，總平面示意如圖2所示。

圖1 北京動車段總平面示意圖

圖2 上海動車段總平面示意圖

(3)武漢動車段參考日本仙臺動車段，動車組四、五級修采用全流水方案，檢修庫縱向依次布置了解編庫、部件檢修庫、車體檢修庫及油漆庫，車庫之間采用移車臺連接，體現了專業化檢修的現代化工業生產技術理念，總平面示意如圖3所示。

圖3 武漢動車段總平面示意圖

(4)廣州動車段充分利用地形條件，三級修按照一線一列長編組定位修，四五級修按照一線一列短編組定位修方式。轉向架檢修采用AGV運輸車的U型流水修工藝方案，具有較高的檢修效率，總平面示意如圖4所示。

圖4 廣州動車段總平面示意圖

2.2 后續動車段的設計特點及技術發展

為適應鐵路快速路網規劃的擴展，滿足動車組配屬數量增加后的檢修需要，促進城市現代化建設和經濟發展，根據全路動車段總體布局，在原有動車段布局的基礎上，我國相繼新建了成都、沈陽、西安動車段，并擴建了既有的4個動車段。

首批動車段建成后普遍存在檢修工序能力不均衡(如靜調能力不足、零部件緩存工位不足等)以及缺少吹掃、淋雨試驗工序等問題。后續動車段設計均體現了“問題導向”的設計理念，如新建的成都動車段和改擴建的廣州動車段。

2.2.1新建成都動車段工程[5]

成都動車段總平面示意如圖5所示。

(1)三級修設施工程

建成三級修線2條(4列位)，靜調線4條(8列位)、吹掃線1條(2臺位)，靜調能力充足。轉向架庫按照468 m×84 m一次建成，轉向架檢修工藝“以流水修為主，定位修為輔”、“直線型徑路流水修，關健工序雙工位補強”，檢修效率大大提高。

(2)預留四、五級修工程

增建檢修臺位148個、靜調8列位，可實現年四級修200列或五級修100列作業。在設計中，基于工序法核算檢修能力，合理設置各工序設計規模，并適當預留故障緩沖工位，有效解決了大規模流水修能力不均衡的問題。

圖5 成都動車段總平面示意圖

2.2.2改擴建廣州動車段工程

改擴建工程主要包括三部分內容：(1)擴大規模，新增4線高級修庫，改造既有2線調試庫為三級修庫，擴建轉向架庫、班組樓等。(2)完善工序設施，增建了清洗庫、裙板檢修庫、解編清洗庫、淋雨試驗間。(3)補強靜調能力，新建6線調試庫。經過擴建增容和補充短板，檢修能力與效率有了較大提升。

3 中國動車運用所設計技術

動車運用所是動車組運用維修設施中數量最多的設施，動車運用所設計與行車組織、運行交路、調度方式、檢修流程密切相關。隨著我國高速鐵路的不斷發展，動車組行車組織、運行交路、修程修制的不斷優化，動車運用所工藝迅速發展，不斷創新。

3.1 運行交路

我國動車運用所動車組的運行交路一般采用從始發站起至終點站止的循環運轉制方式，動車組交路由始發終到地動車組運用檢修設施均衡擔當。TB 10028-2016《鐵路動車組設備設計規范》規定：始發終到地雙方均設有動車組運用檢修設施時，原則上各自擔當一半；僅有一方設有動車組運用檢修設施時，由設有動車組運用檢修設施的一方擔當；始發終到地雙方均未設動車組運用檢修設施，由相鄰動車組運用檢修設施擔當，動車組相應配屬在動車運用檢修設施所在地。

在運營中，動車組交路會根據實際情況進行優化調整。如南寧至成都的動車組行車徑路約 1 500 km，南寧動車運用所配屬動車組執行完本交路后，繼續執行成都至重慶(約309 km)的動車組交路，晚上入重慶西動車運用所存放；次日，該動車組執行完重慶至成都動車組交路后，繼續執行成都至南寧的動車組交路，晚上入南寧動車運用所進行一級修作業。成都至南寧的行車流程與上述過程相反，動車組交路如圖6所示。

圖6 南寧至成都動車組交路圖(km)

南寧與成都間的動車組交路在實際運營中分別由南寧和重慶承擔，該交路動車組運行距離約 3 618 km，基本達到了 4 000 km的定檢公里數，有效提高了動車組運行效率。

3.2 動車組修程修制改革

為進一步提高動車組運用效率，進一步對動車組修程修制進行改革[6]。根據鐵總機輛[2019]54號文，入庫一級檢修周期按時速300～350 km營運動車組運用不大于(7 000+700) km或48 h，時速200～250 km營運動車組運用不大于(6 000+600) km或72 h，時速 200 km及以下營運動車組運用不大于(6 000+600) km或96 h考慮。即時速300～350 km營運動車組每配屬 10個標準組，配套建設1線檢查庫；時速200～250 km營運動車組每配屬15個標準組，配套建設1線檢查庫；時速200 km及以下營運動車組每配屬20個標準組，配套建設1線檢查庫。

動車組修程修制調整前，按照鐵總運[2015]185號《中國鐵路總公司關于明確動車組運用檢修設施及設備配置標準的通知》，入庫一級檢修作業時間為4 h；每配屬動車組10個標準組，配套建設1線檢查庫。結合中國動車運用所既有布局及規模，修程修制調整前后全路既有動車運用所能力適應性分析如表3所示。

表3 修程修制調整前后全路既有動車運用所能力表

從表3可以看出，截至2020年，修程修制調整后，全路既有動車運用所檢查庫線能力富余37條，存車線能力富余78.5條；修程修制調整前，全路既有動車運用所檢查庫線能力欠缺6條，存車線能力富余 121.5條。兩種修程修制檢查庫線差值為43條，存車線差值為43條，投資差約26.7億元。修程修制改革根據不同運營速度動車組，細化并延長了定檢公里數，提高了動車組運用效率，同時大大減少了動車運用所的建設成本。

3.3 動車運用所調度方式

車站與動車運用所關系示意如圖7所示。車站與動車運用所之間動車組的運行控制方式可采用行車模式(CTCS-2或CTCS-3)或調車模式(CTCS-0或調車)[7]。行車模式下，車站與動車運用所之間按照自動閉塞方式辦理，動車組出站ATP車載設備從應答器收到控車所需的基本數據后，自動進入完全監控模式，生成目標距離模式曲線，并通過DMI顯示列車運行速度、允許速度、目標速度和目標距離等司機安全駕駛所需的信息，控制列車安全運行。調車模式是一種允許退行的固定限速模式，專門用于動車組調車作業。在調車模式下，車站與動車運用所之間按照半自動閉塞或自動站間閉塞辦理。動車組進行調車作業時，司機按壓專用調車按鈕，轉為調車模式，生成調車限值速度，控制車列運行，固定限速值為40 km/h。列車速度超過45 km/h時，設備觸發制動，只有在列車停車時，司機才可選擇或退出調車模式。

圖7 車站與動車運用所關系示意圖

通常新建動車運用所的車站與動車運用所之間采用行車模式，既有客站整所改造的動車運用所，車站與動車運用所之間的出入所線長度一般較短，采用行車模式或是調車模式需綜合考慮，設計中可分別取調車模式的調車速度與行車模式的行車間隔來初步判定。實際調車速度為25 km/h，行車追蹤時間為4 min時，車站與動車運用所之間的動車組入所走行距離如表4所示。

表4 車站與動車運用所之間的動車組入所走行距離表

由表4可知，出入所線路長度小于1.6 km時，采用行車模式無明顯優勢，應采用調車模式。具體設計時，需根據各項目實際調車速度、行車追蹤間隔、使用單位作業習慣等統籌確定。

3.4 動車運用所設計特點

伴隨著高速鐵路網的快速發展、動車組運用檢修經驗的積累和技術的不斷進步，我國動車運用所設計經歷了從技術移植到標準統一再到個性化設計的三個發展階段。

3.4.1第一代動車運用所

以2005年為起始年，我國開始了第一代動車運用所的設計。第一代動車運用所的特點為百花齊放、百家爭鳴、優點顯著、缺點明顯。

成都東動車運用所與三亞動車運用所均是 2010年建成的。成都東動車運用所貫通成都站與成都東站，為兩站開行動車提供了重要保障，體現了設計的前瞻性。成都東動車運用所采用檢查庫前設存車線的工藝，但其檢查庫線與庫前存車線采用1∶1配比，使得每條檢查庫線前均對應1條動走線，造成較大的資源浪費。其總平面示意如圖8所示。

圖8 成都東動車運用所總平面示意圖

三亞動車運用所根據地形條件，輪對檢測與洗車機采用串聯布置，且相隔距離滿足1列短編組動車組長度，動車組整備作業順暢。但三亞動車運用所采用橫列式布置，牽出線設于咽喉區，調車作業與動車出入所作業干擾嚴重，后續動車運用所均不再采用這種布置方式。其總平面示意如圖9所示。

圖9 三亞動車運用所總平面示意圖

這一期間建成的動車運用所有北京動車運用所、南翔動車運用所、武漢動車運用所、廣州東動車運用所、西安北動車運用所等。

3.4.2第二代動車運用所

2010年后，隨著我國高速鐵路網的快速發展、動車組的普及、動車運用設備設施配置標準的逐步完善以及運營經驗的不斷提高，我國開展了第二代動車運用所設計。第二代動車運用所的特點為標準一致、風格統一、個性不足、模式單一。

第二代動車運用所的統一技術特征為存車場與檢查庫縱列式布置，2013年建成的南寧動車運用所就是采用的這種布置方式，總平面示意如圖10所示。若存車場與檢查庫采用橫列式布置，則在尾部設置牽出線，避免所內調車與出入所作業干擾，2017年建成的廈門北動車運用所就是采用的這種布置方式，總平面示意如圖11所示。第二代動車運用所總圖布置原則為各場之間股道全部貫通，考慮包容設計，因洗車機要求線路長度較長，一般將洗車機設于存車場外側。貴陽北動車運用所、重慶西動車運用所、昆明南動車運用所、長沙動車運用所、青島北動車運用所、太原動車運用所、西寧動車運用所等均在此期間建成。

圖10 南寧動車運用所總平面示意圖

圖11 廈門北動車運用所總平面示意圖

3.4.3第三代動車運用所

第三代動車運用所的特點為精準調度、節約土地、體現個性、資源共享。動車運用所存車場與檢查庫線咽喉區按照精準調度思路進行優化，大大節約了動車運用所兩場之間咽喉區長度。洗車機設于存車場分束咽喉區，洗車作業按照通過洗考慮，動車組行調模式轉換統一設置于存車場。臨修、不落輪鏇共庫布置，充分考慮資源共享。重慶東動車運用所、天府動車運用所、杭州西動車運用所、西安南動車運用所是這一代動車運用所的典型代表，其中重慶東動車運用所總平面示意如圖12所示。

動車組修程修制改革后，動車組定檢公里數延長，動車組運行效率進一步提高。在此背景下，我國第三代動車運用所仍有進一步提升的空間。如第三代動車運用所普遍采用“進庫才需洗車”的理念，定檢公里數延長后，洗車頻次需求將超過進檢查庫一級修頻次，如何減少調車作業值得研究。這就需要進一步研究檢修作業流程，優化工藝方案，不斷推陳出新，適應時代與技術的發展。

圖12 重慶東動車運用所總平面示意圖

4 結論與展望

本文通過對我國鐵路動車段和動車運用所工程規劃、設計和建設的系統回顧、總結、分析與研究，提出了我國動車段、動車運用所設計技術的進步主要體現在以下幾個方面。

(1)通過動車組高級修程檢修經驗的積累以及移位作業工藝設計方法的改進，優化了動車段各工序的能力匹配，解決了工序間的能力不均衡問題，同時對檢修中發現的動車段部分功能的缺陷進行了完善。

(2)對動車組的運行交路進行了優化，通過交路套跑，提高了動車組的運用率。通過按走行公里確定動車組入所作業量替代按始發終到次數確定入所作業量，合理確定了動車運用所的規模。

(3)根據動車組運用檢修經驗的積累和動車組狀態在線檢測等技術的進步，對動車組修程修制進行改革，延長了動車組的檢修周期，有效降低了檢修工作量和動車運用所規模。

(4)根據動車組出入所線長度和行車量確定運行控制方式，合理選擇調車模式和行車模式，既發揮了行車模式追蹤間隔短、行車速度快的優點，也發揮了調車模式可節約動車所用地面積和工程投資的優勢。

(5)優化了動車運用所的總平面布置，基本統一了動車運用所檢查庫與停車線群宜按二級場縱列布置的思想。受用地條件限制需按并列式布置時，應在尾部設置牽出線，避免調車作業影響出入所作業。

(6)洗車機布置方案經歷了設置在出入所線、存車線群外側及停車線群與檢查庫線群咽喉區的設計理念演進，使作業工藝更為順暢。

隨著高速鐵路網的進一步發展與人民生活水平的進一步提高，高速鐵路公交化、高速鐵路進入城市核心圈的呼聲越來越高，我國部分動車段、動車運用所將進入城市核心區，動車段、動車運用所將迎來TOD發展模式[8]。通過上蓋物業綜合開發，實現土地資源的綜合利用，滿足城市環境和景觀要求，將作為交通設施和工業建筑的動車段、動車運用所設計為城市綜合體，實現與城市的融合發展，將成為動車段、動車運用所設計技術的重要發展方向。