零停靠調度技術的軌道運輸節能效率測試研究

魏仁輝

摘要：與國民經濟的迅猛增長相伴隨，我國軌道交通承載的運輸負荷逐年增加，為提高運力，壓縮客運、貨運列車占用軌道與站臺的時間，以對運輸服務質量的保證為前提降低能源消耗，進行零停靠調度技術的研究，通過將其應用于軌道交通運輸中，實現對列車需停靠站臺與無需停靠站臺車廂的動態與有序分離。經測試驗證，零停靠調度技術這一構想的能耗節省率與時間效率提升效果明顯，可有效節省列車起停時間與動能源損耗，經濟效益與社會效益顯著。

關鍵詞：零停靠調度技術，軌道交通，列車運輸，節能效率，時間效率

中圖分類號：TK01+8 文獻標識碼：A 文章編號：1001—5922（2021）02—0052—04

在交通問題日益嚴峻的背景下，軌道運輸愈發受到青睞，逐漸發展為公共交通運輸方式的骨干。與其他公共交通運輸工具相比，軌道運輸具有運量大、安全舒適、快速環保等優點，可極大地緩解地面壓力，然而與客運量與貨運量的不斷增長相伴隨，軌道運輸巨大的能源消耗問題也越來越突出，節能研究意義重大。

在軌道交通運營環節，各種運輸組織因素如車型、車輛啟動制動方式、車輛最高速度、站間距、牽引供電系統電壓與饋電方式、季節因素、線路條件與行車密度等均對車輛運行能耗有重要影響。科學的運輸組織方式可在確保運輸服務質量的前提之下合理配置資源，降低不必要的能源消耗。文章提出零停靠調度構想，通過軌道動態分離運輸環節需要停靠站臺及無需停靠站臺中轉的車廂，達到將現有軌道運輸節能效率提高的目的。

1軌道交通車輛運輸相關概念

1.1運輸模式與運輸內容

從運輸模式來看，軌道交通車輛運輸計劃包括固定區段與不固定區段兩種模式，其中，不固定模式是編制計劃時優先考慮的運輸模式，指運輸的區段是不固定的，這樣軌道交通運輸車輛有較高的利用率，可將快速靈活的特點有效發揮出來。然而，由于此模式需折返作業，無法保證持續時間的緊湊性，在有較大運行干擾出現之時，會對車輛的運輸產生影響。相對來說，固定模式簡單，有利于軌道交通運輸車輛的管理，故此模式依舊可行。

從運輸內容來看，可將運行線路、連續環節形成的每套列車組每天的運輸計劃稱為軌道交通運輸列車組交路段，根據滿足檢修要求的接續規則連接可用交路段，可以形成列車組運輸檢修周期內的運輸計劃，稱作列車組運輸交路。

顯而易見，固定與不固定模式都可以產生交路段，交路段可構成列車組運輸交路。軌道交通運輸列車組運輸計劃需要兩種模式的結合，基于不固定模式進行固定模式的補充，以此將各模式優點充分發揮出來。圖1所示為兩種運輸模式。

圖1所示的不固定模式交路由兩個交路段組成，表示某一軌道交通運輸列車組第1天從A站始發，按交路段1（4-5-10）運行之后停留于c站;第2天，該列車組又由c站始發，按交路段2（1-6-9）運行之后在A站所屬運輸所接受一級檢修。固定模式交路僅含一個交路段3（2-3-8-7-12-11），第1天由A站始發，按交路段運行之后返回至A站所屬運輸所，第2天繼續此交路段運行，之后在A站所屬運輸所接受一級檢修。

1.2接續時間與運輸時間

軌道交通運輸列車組的接續時間與運輸時間是對列車組運輸效率進行衡量的重要概念，前者指在一個交路段內，由列車組擔當某次列車運行到某終到站時起，到列車組再次擔當其他車次由此站始發時止的在站作業停留時間;后者指列車組在擔當某交路過程中在途運輸時間（含停站時間在內）與接續之間之和。

2零停靠調度技術構想

傳統的軌道交通，運輸模式都是在運輸線路沿途各個站點停靠，供乘客上下換乘或貨物中轉。以客運列車為例，此類列車載客量很大，每一停靠站均是為較小比例的乘客上下而停車，轉而又重新啟動并加速，消耗的動能與車組數量的增加相伴隨而逐漸增大，列車運輸時間成本也會增加。以南寧至北京的T5次快速列車為例，全程27h58min，而僅消耗在停靠站的總時間就有1h33min。

針對上述情況，可以將傳統運輸模式改變，以縮短或省去不必要的停靠時間，降低起停車組動能損耗為目標，基于精確測量定位、車速控制以及計算機車輛安全調度系統等技術的支持，實現軌道交通運輸列車的零停靠調度運營。

此處同樣以快速列車為例對軌道交通運輸列車的零停靠調度技術進行構想。列車從始發站出發，在其最后1節（或2節）車廂進行乘客上下車周轉車廂（此處視作A周轉車廂）的加掛;第2站準備另一上下車周轉車廂（視作B周轉車廂），事先做好乘客上車候車的安排;第3站準備第3組上下車周轉車廂（視作C周轉車廂），同樣做好乘客上車候車的安排。在列車運行至第2站之前的半個小時之時，將準備在第2站下車的乘客統一轉移至A周轉車廂，待轉移工作完成之后列車同A周轉車廂脫鉤并勻速向前行進，A周轉車廂則承載準備下車的乘客緩慢減速，同列車分離拉開大約5min的車距，之后繼續前行，待行駛進入第2站之后，軌道扳道切換引導A周轉車廂進入站臺停車，乘客下車;進一步地，待列車以之前行駛速度勻速駛出第2站之后，B周轉車廂追趕列車并同其掛接，B周轉車廂所載上車乘客向列車轉移，而準備在第3站下車的乘客則統一轉移至B周轉車廂，待轉移工作全部完成之后列車同B周轉車廂脫鉤并勻速向前行駛，B周轉車廂則承載準備下車的乘客緩慢減速，同列車分離拉開大約5min的車距，之后繼續前行，待行駛進入第2站之后，軌道扳道切換引導B周轉車廂進入站臺停車，乘客下車;以此類推，待列車以之前行駛速度勻速駛出第3站之后，c周轉車廂追趕列車并同其掛接。A周轉車廂在進入第3站之后，作為下一趟列車的追趕周轉車廂，B周轉車廂進入第3站之后，作為下一趟列車的追趕車廂。

3軌道運輸節能效率測試

3.1能耗節省率測試

以某和諧號c型電力動車組為例測算應用零停靠調度技術后的軌道運輸節能效率，該動車組列車總質量400t，列車在勻速行駛過程中時速可以達到300km/h，行程2000km，停靠站數平均為10站，對動車組行駛產生驅動作用的電機功率為4600kW，折算到主變壓器原邊側的功率大約為5500kW，考慮到列車反復的啟動與停站會造成動能損失，計算如公式（1）所示：

按照0.5元/（kW-h）的工業用電價格計算，列車每日平均運行時長為10h，則其年節約能耗可達1.06x10⁶元。若進一步按照29307kJ/kg的折標煤系數計算，則其每年節約的標準煤大約為260t，對應的CO2與SO2排放量的減少大約為680t與2.21t。

3.2時間效率提升測試

以南京東至北京西的G422列車為例，全程總耗時12h59min，中途停靠19個站，每個站停車時長不一，一共為68min（停車減速與啟動提速時間折算在內），采用零停靠調度技術，列車可減少68min的運行時間，時間效率提升為68/（12×60+59）×100%=1%。按照普通列車T5計算，南寧站至北京站總耗時27h58min，采用零停靠調度技術，列車減少1h33min的運行時間，時間效率提升為（1×60+33）/（27x60+58）x100%=5.90%。

3.3模型驗證

為了對零停靠調度技術應用中列車能耗同運輸距離的關系進行驗證，此處制作一個半徑為5m的水平圓形列車軌道模型，列車配用電池使用鋰電池，將其用作對模型列車進行測試的驅動電源，以一次性充滿同樣的電量為前提，得到表1所示模型列車在單位時間內停靠次數與連續運行2種情形之下的最大運輸距離。

根據表1，以相同質量載荷為前提，列車的間隔停靠相較于連續運行而言，前者的行駛距離要短出7-18m的水平，且運行能耗同行駛距離正相關。以每分鐘停靠5次為對照，可得到如表2所示的每分鐘停靠3次與連續運行的節能效率。

在實際軌道交通列車運輸過程中，載荷更大，這會增加列車起停運行的能耗，另外，列車的電機效率也會存在一定的損耗，故基于零停靠調度技術的列車連續運行節能效率會更理想。

4結語

零停靠調度技術可以在較大程度上加快軌道交通運輸列車的運行速度，減少其運行能耗，經濟效益與社會效益顯著。從經濟效益層面來看：①零停靠調度技術由于主車保持連續無停靠運行的狀態，可將大部分乘客/貨物在中轉站的停留時間縮短，并將列車組的起停運行轉變為周轉車廂的起停運行，相對而言實現了起停動能損耗的降低。②由于軌道交通運輸列車組實現零停靠調度，各列車占用軌道線路的比率減小，這有利于增加列車的發車頻率，在交通沿線上，各站上下乘客/裝卸貨物是隨意的，可為乘客，貨物向沿線分布提供便利，減少擁擠至中轉樞紐的乘客，貨物，使上下乘客/裝卸貨物由先前的以點為主向以點、線結合為主，實現軌道運輸通道利用率的增加。另一方面，通過在運輸高峰期增加列車發車頻率與周轉車廂的站點數，還能增加客運量，貨運量，對我國軌道運輸高峰期的客流/貨物疏導而言均十分適用，能夠在較大程度上減少由于增加列車總量而導致的運輸高峰期的運力投入。③利用周轉車廂，列車還能夠實現短途客運，貨運的特快化運行，可增加快速運輸的附加值。

從社會效益層面來看：①零停靠調度技術的應用可增加城市與區域之間在政治、經濟與文化等方面的交流及往來，增強城市及區域綜合競爭力，為城市與區域形象及特色的塑造與亮化助力。②可加速城鎮化與工業化的發展，將城鄉差距縮小，為欠發達區域提供更加公平與開放的社會資源，推動社會和諧與進步。③可產生交通走廊輻射效應，對相關產業的發展產生拉動作用，同時，增加社會就業崗位，保證就業率。

今后，零停靠調度技術的設計與應用還需從以下方面加以完善：①以能源計量核算、單位能耗限額與車廂掛接技術標準化等為人手點，進行相關技術規范與標準的制定，以實際的節能減排技術指標為參照適當給予節能獎勵;②先行在小區域之間的軌道貨運試點應用零停靠調度技術，保證行車安全，以此為前提達到降耗、減排、增效的目的;③先行應用于貨物運輸環節，在得到充分的運行測試與論證，做到風險可控之后。向低速、普通客、貨運輸推廣。