設計單位視角下鐵路勘察設計階段工程投資控制管理研究

王正邦

(1.軌道交通工程信息化國家重點實驗室(中鐵一院),西安 710043； 2.陜西省鐵道及地下交通工程重點實驗室(中鐵一院),西安 710043)

截至2020年年底，我國鐵路營業里程達14.63萬km，其中高鐵3.8萬km；規劃到2025年，全國鐵路營業里程將達到17萬km，其中高鐵(含城際鐵路)5萬km，覆蓋98%城區人口50萬以上城市[1]；規劃到2035年，全國鐵路里程達到20萬km左右，其中高鐵7萬km左右，基本形成“全國123出行交通圈”(都市圈1 h通勤、城市群2 h通達、全國主要城市3 h覆蓋)，構建完善發達的現代化鐵路網。我國已正式開啟全面建設交通強國的新征程，鐵路建設資金投入不斷加大[2]。

在我國鐵路建設工程有序發展、投入不斷加大的今天，也時有發生投資失控現象，各單位都越來越重視建設項目的投資控制管理，想方設法采取措施來加強投資控制，盡可能提高建設項目投資效益[3-5]。無論是從國家利益來講，還是從建設、設計、施工單位發展來說，投資管理控制是項目的核心，應當貫穿于項目建設全過程[6-8]。而勘察設計階段是投資控制的源頭、核心階段，不同的勘察設計階段，控制工程投資的重點不同，影響因素和環節眾多，需及時結合項目設計實踐，認真分析查找影響投資的主要因素，總結經驗，給予投資把控的措施建議，指導鐵路建設項目做好投資控制管理工作。聚焦“交通強國、鐵路先行”，深化“強基達標、提質增效”，促進鐵路建設可持續發展，國家對鐵路建設的投資不斷增加，各級部門都越來越重視建設項目的投資控制和管理。因此，從鐵路設計單位視角出發，通過對既有鐵路項目勘察設計階段工程投資控制管理中的一些經驗進行梳理、總結，并提出相應的對策建議。

1 鐵路工程勘察設計質量控制管理

鐵路工程建設投資控制是一個全過程、需全員參與的系統工程，在工程勘察過程質量管理控制有助于方案盡早優化，節約工程投資，主要過程如圖1所示。設計單位在接受任務后，要結合任務特點及工期要求，制定質量、環境、職業健康安全目標和要求，配置人員和設備，確定完成任務的單位、完成的時間、生產組織模式。根據項目需求收集資料，由專業設計負責人驗證，確保資料的有效性。然后，組織或參加項目總體組組織的現場踏勘，了解工程所經地區的地理、地質、地貌及相關工程情況。

實施勘察過程檢查、勘察成果資料的分析、整理時，對選線、測繪、專業調查質量實施監控，并負責對成果資料進行驗收。專冊設計負責人負責在勘察資料形成的整個過程中實行“三環節”質量、環境和職業健康安全控制，即“事前指導、中間檢查和成品校審”，以確保整個工程勘察過程的質量、環境和職業健康安全處于受控狀態，保證工程技術合理性、投資合理性。

由總體組負責按院《鐵路建設項目勘察設計各專業工作分工細則》《鐵路建設項目預可行性研究、可行性研究和設計文件審查簽署辦法及圖幅圖標的規定》《鐵路建設項目各階段勘測資料設計文件各級審核職責規定》和質量、環境、職業健康安全要求的規定逐級進行設計產品審核，并形成審查記錄，專冊設計負責人參與審查。

線路運輸專業設計人員負責對所承擔項目的不合格品進行控制，包括依據勘察資料質量要求，對資料進行合格與否的判定。也可通過過程監控和資料審查及配合施工來實現，當不合格品來自抽樣檢查時，應對被抽查的作業項目進行合格與否的判定，對其進行描述、標識，與合格品分別存放，并及時通知相關專業。若要對不合格品進行返工，使其滿足規定產品要求，處置結束后應形成報告，并經審查確認后方可交付。必要時，制定不合格品預防和糾正措施，由線運設計單位負責勘察資料交付后的服務。專冊設計負責人對工作進行總結，收集信息，匯總上報主管領導，以利于專業技術、管理改進和持續發展。

圖1 工程勘察過程質量管理控制

2 勘察設計階段影響工程投資因素分析

2.1 建設方案對投資的影響分析

建設方案對工程投資有著重大影響，一方面體現在線路走向方案，另一方面體現在引入樞紐方案，走向及樞紐方案研究也是可研設計階段的重點與難點。在困難山區和地形地質條件惡劣地區，不良地質、地貌是影響線路走向的最大因素之一，進行線路選定時要深入勘測調查工程地質、水文地質，盡量選擇條件較好的地區通過。線路走向選擇還要綜合考慮沿線區域國民經濟發展情況，處理好近期與遠期的關系，合理選定線路方案，力爭線路短捷及保證行車安全。

(1)線路走向方案對投資的影響分析

某鐵路是我國“十三五”交通建設重點工程之一[9]，全長超過1 800 km，整條線路“八起八伏”，累計爬升高度超過1.4萬m，地形、地質條件極其復雜。

在預可研階段推薦經八宿方案，線路長253 km，橋隧比98.8%，靜態投資635億元。可研階段經過論證，推薦優化地質條件取直方案，線路長224 km，橋隧比98.2%，靜態投資560億元。

預可推薦方案雖然經過八宿縣城，改善了該縣的交通狀況，對當地經濟發展具有一定帶動作用，但沿線區域性深大斷裂密集成束，線路大多以小角度穿越或平行；隧道埋深大(最大2 400 m)、地層巖性以沉積巖和淺變質巖等軟質巖為主，軟巖大變形風險很高；沿線地熱異常帶段落長，隧道輔助坑道設置條件困難，工期風險大[10]。

可研階段方案優化后，雖然線路不經過八宿縣城，降低了社會經濟效益，但線路沿線地質風險明顯降低，且線路長度短29 km，靜態投資省75億元，節約投資達11.8%，故工程投資和社會效益綜合比較后，選用取直方案。

(2)樞紐方案對投資的影響分析

西延高鐵是國家中長期鐵路網規劃“八縱八橫”高速鐵路主通道包海通道和陜西省“米”字形高鐵網的重要組成[11]，西延高鐵向南引入西安樞紐后，按樞紐總圖規劃，將構建南北向主要客運通道，樞紐內正線工程、聯絡線工程及車站布設對工程投資影響巨大[12]。

西安樞紐內現有西安北站和西安站兩大主要客運站，在西安北客運站布置中，銀西西延場線下工程已一次實施到位，車站東端預留了西安至延安高鐵引入條件，而西安站位于城市中心，與各方向鐵路徑路連通，地理位置優越。為便于聚散客流及滿足開行各方向跨線客車的需要，方便延安、黃陵、銅川、閻良與西安地區間的旅客交流，有必要充分利用既有客運設施，實現本線與樞紐內主要客運站的互聯互通。因此，西延高鐵引入樞紐后，盡量與西安北站、西安站、新西安南站及紡織城站和阿房宮站等主要客運站溝通，與樞紐各方向線路相銜接，以達到互聯互通，充分發揮其作為陜西南北快速客運主通道的高鐵功能。

可研優化前：①正線由北向南引入西安東站，港務區東站至西安東站四線規模；②設置引入西安北站聯絡線，考慮同時引入銀西場與西成場，港務區至西安北站四線規模；③引入西安站聯絡線；④銀武聯絡線；⑤第二動車運用所工程，工程總投資約139億元。

可研優化后：對東西向、南北向主要客運站進行分工，核實跨線聯絡間的列車對數以及優化行車組織，優化各聯絡線規模。①雖然在港務區東站至西安東間將形成包西、銀武兩條通道，但經研究一條雙線鐵路能承擔近期內客車對數，結合西安東站至西安站東南聯絡線的設置，將港務區東站至豁口線路所段由四線調整為雙線規模，預留銀武雙線條件，節省投資，豁口線路所至西安東站段維持四線規模；②港務區東站至西安東站全部設置為橋梁工程，將四線規模調整為雙線規模，在進站端設置線路所聯絡線引入西成場，充分節省工程投資；③引入西安站聯絡線工程由車站接軌，調整為區間接軌，縮短線路長度3.3 km；④調整第二動車運用所在西安東站布置，加強動車運用所對主要客運站的服務效率，減少占用正線能力，提高運輸效率；可研階段優化后，工程投資減少約83億元。

初步設計階段優化：在可研方案的基礎上，初步設計結合線路標準、工程情況主要對以下工程內容進行優化節省投資，方案如圖2所示。①四線工程調整為雙線工程，考慮到銀川至重慶方向近遠期跨線客車對數少，港務區至西安東段全部調整為雙線工程，經趙西設線路所，設置重慶武漢至西安站聯絡線，并在該聯絡線上預留出岔至窯村方向聯絡線條件；②港務區站東移，能有效縮短聯絡線長度，節省工程投資約1.05億元；③港務區東站調整為線路所；可研方案中，港務區東站為越行站，車站設到發線6條(含正線)，車站北端銜接港務區至港務區東聯絡線，南端正線至西安東與西渝高鐵正線貫通，并預留銀川至武漢方向聯絡線條件。初設方案中，在滿足運輸功能條件下，研究將港務區東站調整為線路所，并預留遠期車站平面條件。與可研優化方案相比，該方案明顯提高了西延高鐵在西安北站始發終到作業效率，連通了各方向跨線徑路和部分列車的立折需求，進一步增強了西安北站的客流吸引能力及西安樞紐的運輸組織靈活性。

圖2 西延高鐵西安東以北雙線方案

2.2 主要技術標準參數選用對投資的影響分析

(1)進出站曲線半徑選用

西延高鐵甘泉北站出站端為橋隧相連工程[13]，可研階段采用9 000 m的曲線半徑，線路從滑坡下淺埋通過，地質條件差。初設階段考慮采用8 000 m曲線半徑，改善了隧道地質條件和工程設置條件，縮短線路長度45.77 m，隧道長度縮短170.24 m。優化前后隧道圍巖級別改善較大，Ⅳ級圍巖增長143 m，Ⅴ級圍巖減少197.97 m，投資減少3 390.5萬元。結合上、下行列車運行速度檢算成果，為減少限速段落，對車站布局優化，采用8 000 m曲線半徑，緩和曲線長度取TB 10621—2014《高速鐵路設計規范》表5.2.5-1中(3)檔。經軌道超高檢算，滿足350 km/h速度要求，且改善了地質條件，減少了工程投資。

(2)線路最大坡度選用

西延高鐵洛川上塬段坡度方案如圖3所示，坡段發育活樂二號錯落，為大型深層牽引式黃土錯落，該錯落距洛川站中心僅10 km，有效降坡距離9.1 km，高差達225 m。從可研、初設至施工圖階段，不斷優化坡度方案，以充分節省工程投資。

圖3 洛川上塬段坡度方案

可研方案(綠線方案)：全部采用25‰坡度方案，洛川車站需下挖30 m，方案可行性差，工程量巨大，各項維修設施設置困難，旅客乘車極為不便。

鑒修可研方案(粉線方案)：局部3 km長30‰坡度方案，洛川車站需下挖15 m，工程量大，旅客乘車不便。

初設方案(紅線方案)：局部5 km長30‰坡度方案，洛川車站需下挖5 m，對行車速度有一定影響，但影響較小。

鑒修初設方案：局部6 km長30‰坡度方案，洛川車站與塬面基本齊平。

施工圖方案：局部6 km長30‰坡度方案，將2 km長25‰坡度調整為27.5‰坡度，線路比塬面略高，滿足立交與排水條件，對行車速度和旅客舒適度均影響較小，故予以推薦。

2.3 工程地質勘察對投資的影響分析

復雜山區地質選線，對投資具有較大影響。西寧至成都鐵路拉脊山越嶺段位于祁連地槽褶皺系[14-16]，線路方案如圖4所示。工程地質條件復雜，第三系、白堊系弱成巖工程水穩性等工程地質問題突出，比蘭渝鐵路工程地質更復雜，在選線上應更注重工程地質選線。

圖4 西寧至成都鐵路拉脊山越嶺段線路方案

勘察設計階段在廣泛收集了既有地質資料，采用地質調繪、綜合物探、深孔鉆探及多種測試等手段，初步查明了拉脊山越嶺段弱成巖地層的空間分布、水文地質、水穩性等特征，為拉脊山越嶺方案的選擇提供了基礎資料，提出了弱成巖段落地質選線原則。

在弱成巖的地層判斷上，貴德組與民和組地層最差，西寧組次之，古近系地層較好。從選線原則上線路盡量減少穿越弱成巖段落。

經化隆設站方案(紅線)：越嶺主隧道和引線隧道線路走行于硬巖區段落長，引線隧道(昂思多隧道、群科隧道)指標較低，基本與橋梁工程相當，工程投資較省。

經群科沿高速公路(藍線)：線路短0.3 km，主越嶺隧道長2 km，經過貴德組軟弱巖地段長，下穿大型滑坡群地質條件差，工程投資相對化隆設站貴2.6億。

經群科31 km長隧道方案(黃線)：線路長2.2 km，主越嶺隧道長10 km，嶺南主隧道穿越貴德組弱成巖地段長，隧道指標高，工程投資較化隆設站方案貴10.3億元。

西成鐵路充分利用蘭渝鐵路的經驗教訓，高度重視地質選線，在定測前開展了地質加深工作，并加強了深孔鉆探工作，越嶺隧道深孔密度在西部山區鐵路勘察中居于前列，為地質選線和工程設計提供了可靠依據。

2.4 工程設置對投資的影響分析

鐵路建設投資主要為土建工程投資和設備類投資，在進行工程設置時，應在滿足運輸要求的前提下，靈活選用機車、車輛、動車組和通信信號設備，進而使線路平縱斷面標準適應路段自然條件，實現移動設備和固定設施的合理配套，盡量節約基建投資，提高運營質量和經濟效益。

(1)西延高鐵黃陵西站工程設置

可研方案：受車站高程控制，車站兩端咽喉區及站臺大部分為橋梁工程，咽喉區較長，工程復雜、規模較大、投資較高。結合運輸組織模式，黃陵西站需設有動車組折返設施，能滿足動車組折返作業要求。

初步設計方案：經重新核實沮河水位控制高程及雙黃運煤鐵路專用線立交高程，進一步優化車站平縱斷面，降低車站高程8 m，兩端咽喉區調整為路基工程，最大填方達15 m，縮短了車站站坪長度0.57 km。投資共節省約1.7億元。

地方要求優化方案：黃陵縣高鐵線路以橋梁形式通過梨園新區，控制投資的前提下深入研究方案，將出站端路基工程調整為箱形橋工程，并使咽喉區整體設置于剛性平面上，與路基工程的車站布置規劃一致，未拉長拉寬車站規模，投資增加可控，且解決了在建區通道要求。

施工圖優化方案：將箱形橋改為多線連續剛構+4×32 m雙線變四線的變寬連續梁，橋長329.85 m；優化方案后較原初設路基方案增加投資約2 800萬元，設計方案如圖5所示。雖比路基工程略貴，但增加投資可控，降低了高填方路基病害風險，同時滿足地方新區建設的訴求，加強了城區間的暢通與環保，體現“以人為本”的設計理念。綜合考慮施工圖設計優化是合理的。

圖5 西延高鐵黃陵西站工程設置

(2)西延高鐵銅川北站工程設置

西延高鐵銅川北站工程設置如圖6所示，由于車站設置于塬面以下的陡坡上，布置車場、站房、站內生產生活設施場坪及站前廣場等所需用地條件較差。新建銅川北10 kV配電所，銅川北站房內設10/0.4 kV站房變電所，銅川北站信號樓內設雙電源10/0.4 kV變電所1座向信號樓負荷供電，電源分別由2回貫通線環網接引。考慮到車站及相關設施如設置為有填方工程，則需在塬邊陡坡上設置大量擋護工程，工程巨大且設置條件困難，因此，車站路基土石方工程以挖方為主，并在確定車場軌面高程后，通過將站房及生產生活設施設置為線側平式，挖平坡面后形成場地以滿足車站變電所等相關設施布設[17]。

經綜合比較，王家河特大橋橋高、車站東側路塹挖方邊坡高度、土石方及擋護數量等因素，研究將車站軌面高程設計為945 m，車站西側(線路左側)按945 m左右高程挖平坡面，可產生6.8萬m2場坪用地，滿足站房及生產生活房屋場地布置要求。

圖6 西延高鐵銅川北站工程設置

2.5 地方訴求對投資的影響分析

鐵路作為國民經濟發展的大動脈，對沿線區域的經濟社會發展有著重要的帶動作用，線路方案設計過程中要充分考慮沿線地區發展需要，在滿足地方需求的基礎上盡可能將工程投資降到最低，實現工程效益最大化。

銀西鐵路在可行性研究階段結合地方訴求，研究了利用太中銀鐵路引入銀川站方案和經機場新建雙線等主要方案[18]，決策過程中要求地方落實機場地區工程建設條件、黃河橋位防洪評價等，并明確增加投資(約18.2億元)納入地方出資范圍；相關條件落實后采用了經機場方案，目前來看實施效果較好，實現了地鐵雙方互惠共贏。

調整可研階段在西安咸陽國際機場段研究了經咸陽北塬新城方案和經機場方案[19]，考慮西安咸陽機場規模大、客流集疏以城市軌道交通為主，機場地區相關規劃欠成熟、調整風險大，工程建設條件復雜、協調難度大等因素，最終決策采用經咸陽北塬新城方案，并規劃采用城際鐵路、城市軌道交通等方式銜接機場與銀西鐵路；經咸陽北塬新城方案減少投資約35億元，建設條件相對簡單、明了，目前工程推進正常。

3 對策與建議

3.1 優化線路走向方案控制工程投資

勘察設計階段影響工程投資控制的主要因素有建設方案、技術標準、地質勘察、工程設置方案以及地方訴求等方面[19-21]。前期重大線路走向方案的研究深度、決策對投資影響非常大，需在前期方案研究中加深調研、全面詳細論證、慎重決策。

3.2 優化樞紐方案控制工程投資

樞紐內線路方案的優化，是一個循序漸進的過程，通過優化樞紐方案控制工程投資主要分為以下4個方面。

(1)樞紐地區內正線、聯絡線及車站規模的設置，首要研究列車對數和行車組織的特點，在滿足運輸組織的條件下，近遠結合，合理布設線路形式，簡化工程，減少拆遷，節省投資，充分發揮投資的經濟效益。

(2)樞紐地區內建筑物密集，控制因素多，結合聯絡線的標準，合理運用曲線半徑與坡度，優化線路方案，充分節省投資。

(3)樞紐地區內線路之間交叉跨越次數多，結構復雜，充分研究各類交叉跨越方式，從工程設置上既簡化線路，又使工程易于實施，充分節約投資。

(4)樞紐或車站就總體規劃，對于工程緊密不可分割的工程，需要提前一次實施。

3.3 合理運用進出站曲線半徑控制工程投資

高鐵車站進出站兩端線路曲線半徑需滿足正常通過列車和停靠列車的運營要求，且其受車站布設要求，一般選擇均較困難。

(1)設計中，應按不同平縱斷面條件進行研究設置。如站位位于坡頂，應檢算長大坡道引起動車降速值，相應配置進出站端的曲線半徑；如車站兩端位于自由坡地段，則應根據車站和曲線間距離，計算通過列車與停站啟動列車的速差，確定需要設置的超高值，來配置相應的曲線半徑，曲線半徑配置合理，也就基本確定了其他工程。

(2)全線結合地形、地質條件，需設置合理的曲線半徑。在車站進出站端，結合信號機布設位置、坡度條件進行檢算，選擇合理的曲線半徑。

3.4 合理運用最大坡度控制工程投資

西部山區地形地質條件主要控制因素為最大坡度。鐵路項目最大坡度的選取十分復雜且意義重大，直接影響了線路走向、車站分布等，且對該項目的運輸能力、行車安全、工程與運營等各個方面起決定作用。最大坡度選用，使線路對地形的適應程度、各項工程的設置條件、及對自然地貌的破壞程度等均有不同的結果。

(1)TB 10621—2014《高速鐵路設計規范》5.3.3條規定，最大坡度的坡段長度可以突破，但不能無限制，建議取消大坡道坡段長度具體數值限制，修改為在保證運營安全的前提下，進行工程投資、運輸質量、運輸能力(區間能力、車站到發能力)、運輸需求等方面的綜合比選。

(2)建議在西部山區長大坡道的高速鐵路上，采用普通動車可能會有較大幅度降速。在橋隧相連工程地段，降速段也采用低標準的工程設計措施節省投資有限，隨著將來動車功率增大，爬坡能力增強，可實現在長大緊坡道上不降速運行。因此，在復雜山區，優先采用大功率動車組，并適時組織相關部門研發適應長大坡道的專用大功率動車組。

(3)最大坡度長度首先應把運營安全放在首位，其次是運輸能力，在此基礎上考慮運輸質量。

3.5 重視工程地質勘察控制工程投資

工程地質條件是決定工程投資的重要因素，特別是西部山區鐵路，其更是決定性因素。

(1)工程地質工作是勘察設計工作的基礎。在大量地質工作的基礎上，查明沿線控制方案的主要地質因素，開展地質選線，可有效降低工程風險和工程投資。

(2)西成鐵路充分利用蘭渝鐵路的經驗教訓，高度重視地質選線，在定測前開展了地質加深工作，并加強了深孔鉆探工作，越嶺隧道深孔密度在西部山區鐵路勘察中居于前列，為地質選線和工程設計提供了可靠依據。

3.6 優化工程設置控制工程投資

現場勘測是工程優化的源頭，須從勘測階段建立優化工程、控制投資的設計理念。線路選線是要平、縱、橫結合，抓住現場關鍵控制因素，設置合理、經濟的工程內容，最大化節省工程投資。項目設計時要進行綜合、全面的工程選線，考慮站前站后各項設施布置。

3.7 慎重考慮地方訴求控制工程投資

地方訴求是影響項目投資的重要因素之一，決策中宜慎重考慮地方訴求的可實施性，明確地方在落實建設條件中的主體責任和要求，事前明確出資方案、方式，靈活處理可控因素，實現有效控制投資、提高項目綜合效益的目標。

4 結論

(1)勘察設計階段是鐵路工程投資控制的源頭和核心階段，應該在勘察設計中正確貫徹“強本簡末”的理念，不斷優化設計方案，有效控制工程投資，使推薦線路方案盡可能做到工程投資少、綜合效益佳。

(2)從設計單位視角出發，結合西延高鐵、西成鐵路等項目中具體工程對影響勘察設計階段工程投資控制的主要因素進行研究，通過合理的投資控制管理措施不斷優化得到了較為滿意的設計方案。

(3)根據鐵路工程建設特點和勘察設計階段投資影響因素及其作用機理，提出了以優化工程方案及工程設置、合理選用技術標準參數和慎重考慮地方訴求等方式來合理控制工程投資，研究成果可為“十四五”大批鐵路建設項目做好工程投資控制管理提供一定借鑒參考。