鐵路樞紐內動車組運維檢修規模測算分析研究

謝紅太，王 偉，武振鋒

（1. 蘭州交通大學機電工程學院，甘肅 蘭州 730070；2. 華設設計集團股份有限公司鐵道規劃設計研究院，江蘇 南京 210014）

隨著經濟社會的進一步發展和鐵路運輸服務品質的快速提升，動車組已逐漸取代傳統客運列車成為國內鐵路客運任務的新一代主力產品，但在運用維護方面從國鐵集團及國內七大動車組檢修基地的統計數據顯示，國內動車組標準不統一、車型種類較多、運轉效率較低、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]。 結合實際運輸需求提高全路動車組一體化運轉整備任務是目前亟待解決的問題之一。

高速動車組是高新技術密集型產品，必須利用系統工程理論對其可靠性和維修性進行研究，強調設計、制造、運用和維修中的信息反饋，建立統一的高速動車組技術標準，以指導我國高速動車組的維修工作。 相比日本、德國及法國等發達國家，我國高速鐵路發展起步較晚， 尤其在高速動車組高級別運用檢修方面更是經驗嚴重不足， 可參照經驗數據較少，目前還沒有統一的檢修標準和運用維護體系[5-7]。國內在高速鐵路動車段（所）新線設計中一般采用吸收國外成套先進經驗并參照國內已有動車組基地設計的方式。

1 我國動車組檢修制度及方式

參照日本、德國及法國等先進國家高速列車運維方面的成熟技術經驗，高速列車檢修制度以可靠性、運行安全性及舒適性為中心，實行計劃修與狀態修相結合， 集中修與換件修相結合的檢修制度。鑒于此，我國以國鐵集團為主導在先進維修技術理論引導下，提出了以預防修為主的動車組五級修程系統，其中一、二級修屬于日常運用維修，以維護保養為主；三、四、五級修為高級別修，以全面恢復動車組基本性能為主，對于國內主流車型（如CRH1/2/3/5、CRH380A/B/C/D 及CR400AF/BF） 制定了相關檢修規程和標準，國產動車組檢修等級和檢修周期見表1[8-9]。 CR400AF/BF 平臺中國標準化動車組于2019 年投入商業運營，截止目前還不足動車組高級修檢修周期， 根據國鐵集團2020 年2 月發布的《CR400AF/BF 平臺動車組三級檢修規程TG/CL156-2020》中規定了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，同時根據指導意見，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容見表2，其中動車組檢修次數是以一個五級修定檢公里為計算循環周期。 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容Tab.2 Maintenance stop time and maintenance content of each maintenance program of EMU

2 樞紐內動車組配屬及檢修規模測算

2.1 樞紐內動車組配屬規模測算

動車組作為國內旅客運輸的主要載運工具，樞紐內動車組配屬數量直接關系著能否滿足鐵路運輸需求及運維實施的配套規模。 現階段鐵路開通運營后承擔動車段（所）配屬動車組數量主要根據實際列車運行圖來準確計數確定， 但在樞紐內鐵路規劃及鐵路設計時期動車組配屬規模測算時，往往面臨列車運行圖繪制復雜、 困難及預測準確性差等種種問題； 因此結合目前各鐵路設計單位在動車組配屬規模測算方面的設計經驗及傳統理論計算方法， 總結提出了基于動車組日車公里數及全周轉時間的兩種承擔動車段（所）動車組配屬數量測算方法[14-16]。

2.1.1 列車運行圖測算法

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

最優周轉時樞紐內所需動車組數量為

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

2.1.2 全周轉時間測算法

根據動車組全周轉時間分析計算，動車組樞紐內配屬動車組數量包括運用動車組數量、檢修動車組數量及備用動車組數量之和，表示為

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

1） 運用動車組列數N運用。根據動車組運行全周轉時間計算樞紐內運用動車組數量，動車組日運行時間按18 h 取值，則樞紐內運用動車組數量可表示為

式（4）～式（6）中：T總為樞紐內運用動車組全周轉時間和，h；18 為動車組日運行時間，h；T1為樞紐內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，取值0.1；D一級，D二級為動車組一、二級修定檢公里數，km；T一級，T二級為動車組一、 二級修檢修停時，h；Cj為對應交路內動車組日走形公里數，km；j 為動車組交路編號。

對于動車組在站停留時間T3，結合鐵路客運專線及提速線路設計工作經驗，根據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N檢修。 考慮到現階段鐵路部門進行日常一、二級檢修采用分時作業，其中一級修主要集中在夜間（21：00-8：00）時間段進行作業， 二級修主要集中在白天進行作業， 結合目前《鐵路動車組設備設計規范TB 10028—2016》及動車組檢修規程，一、二級修檢停時較短，檢修動車組列數主要包括三、 四級及五級修在修動車組數量和，即

式中：β 為動車組檢修不平衡系數 （或稱為波動系數）；Sj為樞紐內對應交路動車組年走形公里數，km；D五級為動車組五級修定檢公里數，km；250 為動車組大修（三、四、五級修）年檢修工作天數，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。

式（8）中對于動車組檢修不平衡系數β 的取值一般根據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N一級及二級修檢修列數N二級可參照式（9）～式（10）進行計算：

結合表1 國內動車組檢修周期分別根據配屬車型進行檢修停時參數計算， 本文計算參照CRH3及CR400AF / BF 平臺動車組定檢公里指標進行測算，各檢修等級檢修停時參數見表3。

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

3） 備用動車組數量N備用。樞紐內備用動車組數量一般可按運用動車組數量乘備用率進行計算

式中：ζ 為動車組備用率（或稱預留率），新線設計中一般取ζ=0.06。 根據 《鐵路動車組設備設計規范TB 10028—2016》結合目前國內鐵路部門備用動車組配屬情況及分布規模， 全路備用動車組數量很少，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計中結合樞紐內客流及行車組織情況，動車組平均日走形公里指標保守取值，不考慮檢修動車組數量。 根據動車組日走形公里數計算新建鐵路本線樞紐內新增配屬動車組數量，表示為運用動車組數量與備用動車組數量之和

式中：N′運用為運用動車組數量；S運用為本線樞紐內新增配屬動車組日走形公里數，km；C 為本線樞紐內動車組平均日走形公里指標，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為新建線樞紐內動車組平均日走形公里指標C 的確定，直接關系著近遠期動車組配屬及檢修運維設施的布局和規模，需結合新建線樞紐內鐵路技術標準、動車組乘務交路長度、配屬動車組類型、設計及運維經驗數據綜合分析確定合適的平均日走形公里指標。

2.2 樞紐內動車段（所）檢修規模測算

動車段（所）動車組檢修工作量主要包括動車組存車任務、日常維修及高級修3 部分，其中配屬動車組存車任務主要設施包括動車組存車股道及配套洗車檢測監測設備等，動車組日常維修及高級修任務分別由對應一級至五級修程動車組檢修庫及配套設備設施承擔。 動車段（所）檢修規模測算需結合樞紐內動車組運輸組織方案及動車組檢修定檢標準計算檢修工作量，從而科學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備設施。

根據國內動車組各修程定檢公里及樞紐內對應交路動車組日走形公里數，動車組一級至五級對應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各修程定檢公里數，km；Cj為樞紐內對應交路動車組日走形公里數，km。

2.2.1 動車組檢修庫線數測算

樞紐內動車段（所）動車組檢修庫線數分別為一、二、三、四級及五級修對應檢修庫線數和

式中：β 為動車組檢修不平衡系數， 取值參考式（8）；Sj為樞紐內對應交路動車組年走形公里數，km；D五級為動車組五級修定檢公里數，km；365 為動車組日常修（一、二級修）年檢修工作天數，d；250為動車組大修（三、四、五級修）年檢修工作天數，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，取值參照表3；α 為動車組檢修庫線的設備利用率系數，經驗取值α=0.85。

結合目前國內動車組日常修檢修現狀，考慮到一、二級檢修是采用分時作業，根據現行鐵路部門檢修修程結合式（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nj1作為整個日常一、二級檢修庫列位數。

根據式（8）樞紐內檢修動車組數量N檢修在數值上為三、四級及五級檢修庫線數和

另外，根據國鐵集團《關于明確動車組運用檢修設施及設備配置標準的通知》（鐵總運[2015]）中對于動車段（所）動車組運用維護管理經驗數據顯示：10 列標準8 輛短編組動車組， 配置1 條檢查庫線（滿足2 列標準8 編組或1 列16 編組動車組停放）設施及配套檢修設備，可用于動車段（所）一、二級修檢查庫線經驗測算。

2.2.2 動車組存車線數測算

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

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

3.1 南京樞紐動車組檢修現狀及運輸組織分析

新建南京至淮安城際鐵路位于我國長三角區域江蘇省和安徽省境內，線路自北向南由江蘇省淮安市淮安東站引出， 向南經安徽省天長市、南京市六合區及浦口區，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的重要組成部分，北接連淮揚鎮、徐宿淮鹽鐵路，南連寧杭、寧安、寧宣鐵路[20-21]。 根據南京樞紐總圖規劃，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客運系統布局不盡合理，既有客運站能力不能滿足規劃新線引入要求，樞紐過江通道能力不能適應研究年度線路引入及貨運增長需求，同時隨著遠期動車組線路密度的逐漸增大，既有動車組運維設施不能滿足近期南京樞紐動車組運用檢修任務[22-24]。 隨著近期寧淮城際鐵路與沿江高鐵設計實施，科學合理布局南京北站近、 遠期規劃建設非常必要，同時南京北動車運用所作為附屬工程建設對于鐵路安全運輸及動車組設施設備維修是必不可少的[25]。

南京樞紐既有動車組設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、既有及規劃動車組設備設施規模見表4。 結合南京樞紐運輸組織模式、運營管理方式、樞紐內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，規劃布局南京樞紐內近、遠期動車組對數及徑路見表5。

表4 本線相鄰線既有及規劃動車組設備規模Tab.4 Equipment scale of existing and planned EMUs on adjacent lines of this line

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

續表5

3.2 南京北動車設計規模測算分析

根據南京樞紐近、遠期動車組開行方案，分別采用全周轉時間測算法、日車公里結合經驗測算法分析計算南京樞紐內近、遠期運維檢修需求，動車組檢查列位、檢修列位及存車列位等運維檢修設施見表6。

表6 南京樞紐近、遠期動車組檢查、檢修及存車列位數（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）

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

根據全周轉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，當樞紐內動車組平均日走行公里指標取常見經驗計算值2 000 km，日車公里測算法在不考慮檢修動車組數量前提下，計算的運用動車組數量及備用動車組數量比全周轉時間測算法計算結果偏大約41%，配屬動車組數計算結果偏大約20%，動車組存車線數及檢查庫線數計算結果偏大約35%，計算樞紐內動車組配屬、承擔動車段（所）動車組檢修工作量及檢修設施規模測算裕量較為充足。

4 結論

根據動車組日車公里及全周轉時間測算法計算樞紐內動車組配屬規模，基于此給出承擔動車段（所）動車組檢修工作量及檢修設施規模測算方法，研究表明：

1） 采用日車公里測算法在新建高速鐵路樞紐內動車組配屬設計及承擔動車段（所）動車組檢修工作量及檢修設施規模測算中，需結合樞紐內鐵路主要技術標準、客流及行車方案等合理調整樞紐內動車組平均日走形公里指標。 該測算方法分析計算較為方便，適合應用于遠期鐵路樞紐規劃投資及動車組車輛投產規?？刂频确矫妗?/p>

2） 采用全周轉時間測算法在新建高速鐵路樞紐內動車組配屬設計及承擔動車段（所）動車組檢修工作量及檢修設施規模測算結果較為科學，能有效提高動車組使用率及運轉效率，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。