城际铁路八辆兼顾四辆灵活编组列车的技术可行性与经济性研究

霍亮

（中铁第四勘察设计院集团有限公司线站院 高级工程师，湖北 武汉 410075）

0 引言

受新冠疫情及宏观经济形势影响，全国部分城际铁路客运量出现较大波动，上座率有所下降。既有八辆、十六辆及以上编组列车定员充足，已难以完全适应高平峰及疫情特殊时期客运需求的灵活多变特性。目前，我国开通运营的城际铁路总里程已逾4 000 km，城际客运市场初具规模。其中，京津冀、长三角、珠三角等区域城际铁路建设较早，如京津、沪宁、广珠城际等线路，总体发展形势较好。其余大多数城际铁路开通后面对灵活多变的客运市场，出现上座率走低、运营亏损扩大等问题。已运营城际铁路列车编组主要以八辆为主，部分兼顾少量长编组的跨线列车。在2020年以来疫情冲击下，八辆及以上编组列车上座率低、运能虚糜的现象已到了不容忽视的程度，存在采用八辆兼顾四辆编组列车、降低列车运维成本的潜在需求。为适应城际客运市场需求变化，建立更加灵活的列车编组方式[1]，在技术性及经济性方面开展相关研究，将带来潜在的经济价值和社会效益。

1 四辆编组列车的优势与应用概况

1.1 主要技术参数对比

国内用于城际铁路的车型基本囊括了CRH1、CRH2、CRH3、CRH5、CRH6等各型号，但日趋成为城际铁路主流车型，且有相应四辆编组列车生产的主要为CRH6型车。该型列车200 km/h和160 km/h速度等级对应的八辆、四辆编组列车的主要参数对比如表1所示。

表1 CRH6型动车组主要技术参数对比表

可见，160 km/h等级车型的加速性能优于200 km/h，四辆编组列车的定员略低于八辆编组的一半。城际铁路最小追踪间隔设计为3 min时，高峰小时最大开行20对列车，则八辆、四辆编组列车的输送能力分别可达3.0万人/h、1.4万人/h。

1.2 四辆编组列车技术优势

四辆编组城际列车的主要优势在于定员小，客流量相同时较八辆编组开行的列车对数多，开行间隔短，服务频率更高，有利于实现城际铁路的公交化运营，方便旅客乘车，提高城际铁路对客流的吸引力[2]。客流量较小时既可保证一定的服务品质，也能有效提高列车上座率，降低运营成本[3]。

长株潭城际是八辆改四辆编组列车运营较为成功的案例。在开通之初，主要采用八辆编组CRH6F型车运营。其中，长沙至暮云作为最繁忙区段，初期采用8组八辆编组列车运营，全日开行30对列车，平均行车间隔0.5 h。改用21组四辆编组列车运营以来，全日开行列车提高至101对，平均行车间隔缩短至10 min左右。列车开行对数提高237%，平均行车间隔降低66.7%。列车运行时段大幅优化，基本覆盖平高峰时段，服务频率大幅提升[4]，客流量也有较大幅度增长，产生了良好的社会和经济效益。

1.3 四辆编组列车的应用概况

国内四辆编组城际列车的应用已有6条线路，见表2所示。此外，珠三角城际线路开展了四辆编组列车的应用研究，计划在部分客流量较小线路采用四辆编组，并已制订采购计划，旨在实现城际铁路公交化运营。

表2 CRH6A-A、CRH6F-A型城际动车应用情况

2 八辆兼顾四辆编组列车运行的技术可行性

2.1 信号与站台门控制系统

设计仅运行八辆编组CRH6型动车的城际铁路，一般采用CTCS-2级列控系统，该系统与站台门控制系统进行列车车型、列车停准停稳状态、站台门状态等信息交互，实现自动开关门控制功能；其中列车车型信息一般为一种或两种，用于列控系统区分八辆编组的两对门、三对门列车。若考虑兼顾运行两对门及三对门的四辆编组列车，技术上是可行的，但为保证安全，列车到站时，应仅打开对应列车车门的部分站台门[5]。为实现这一功能，已运营线路需进行相应改造：一是列控及站台门系统软件修改，新增四辆编组两对门及三对门的列车车型信息，并对CCS服务器、主控站列控中心及各站站台门系统进行改造；二是接口电路修改，对TCC驱动电路、与站台门设备联系电路进行改造，相应增设继电器、与站台门设备间信号电缆等；三是无配线车站与主控站间增设控制电缆，无配线车站站台门控制由相邻主控站列控系统完成，由于接口电路修改需补充传输条件，既有站联电缆一般无足够剩余芯线，需在站间增加敷设控制电缆用于传输新增信息。

已运营线路进行上述改造，需在天窗点进行，对日常运营会造成一定干扰；软件修改、相应改造费用及线缆增设的材料费、人工费等需根据具体项目的长度、车站数量核算工程量后确定。尚未开展联调联试的在建城际铁路及规划项目，可通过变更设计较容易实现兼容运行四辆编组列车。此外，为实现精确停车和车-门联动等ATO功能，四辆需与八辆编组列车一致，运行至站台端部停稳停准，并通过信息显示系统、人员疏导等加强客流引导，避免旅客在站台末端等候上车。

2.2 接触网供电系统

动车组通过接触网电分相，当升双弓取电时，为避免三相交流电的相间短路，要求必须满足“中性区长度小于双弓间距或无电区长度大于双弓间距”的条件，如图1、图2所示。

图1 中性区长度小于双弓间距

图2 无电区长度大于双弓间距

八辆、四辆编组的CRH6型车分别为四动四拖、两动两拖，受电弓分别位于4、6车、2、3车；城际铁路接触网电分相一般按运行八辆编组单弓和16辆编组双弓设计，一般为六跨锚段关节式电分相，中性区长度不大于200 m，无电区长度22 m。兼顾运行四辆编组列车，单弓运行不存在任何问题；但若两列四编列车重联运行，则双弓间距为50~109 m，不满足“中性区长度小于双弓间距或无电区长度大于双弓间距”的条件，会发生相间短路。

为使四辆编组重联列车与电分相匹配，可采用三个方案：一是将短分相改造为长分相，缺点是无电区距离加长，可能对区间通过信号机布置有影响，列车在分相区无电惰行距离变长，运行速度降低，且改造分相对已运营线路的运营干扰很大，会产生工程投资；二是重联列车单弓运行，优点是无需改造电分相，但重联列车单弓运行相当于两动六拖，列车的牵引加速性能会下降；三是禁止两列四编列车重联运行，运营中随着客流量的增加四编列车不满足要求时，可直接采用八辆编组的列车。综合考虑三个方案的优缺点，由于两列四编列车重联运行的必要性不强，故在运营初期禁止两列四编列车重联运行最为切实可行。

2.3 站台门

列控、站台门系统软件及相应改造完成后，按八辆编组设计的站台门可实现八节全开或仅开端部四节，可实现八辆兼容四辆编组列车运行。此外，还需解决不同车型车门与站台门是否对齐的问题。对于已运营、在建及规划设计的城际线，若八辆编组的站台门与四辆编组列车的车门不对齐时，还需对既有站台门进行改造，产生改造费用。

2.4 动车组养护维修

八辆编组城际列车的维修养护设施基本兼容四辆编组的城际列车，动车运用所内无大的改造，只需增购一些小的设备设施。有影响的是存车线的存车能力，由于两列车存放时需预留一定的安全距离，导致存放2列八辆编组列车的存车线只能存放3列四辆编组的车。八辆改四辆后，动车组数会有增加，需检算动车所的检修、存车能力以及存车场的存车能力是否满足需求。

3 八辆与四辆编组列车经济成本模型

3.1 模型参数定义

模型参数定义如表3所示。

表3 模型参数定义

3.2 模型构建

城际铁路的营业收入和成本随列车编组辆数发生相关变化，构建列车成本经济模型[6]。

票款收入是营业收入的主体部分。采用四辆编组时，列车运行间隔缩短，服务频率提高，城际铁路对客流的吸引力增强，客流量一般会有5%~10%的增加，运输收入也会相应增加。

在成本构成中，主要变化的有动车组费用、牵引用电费用和乘务人员工资支出等三项，其中动车组费用包含动车组日常维修、高级修及资金成本三部分。

因此八辆与四辆编组列车经济成本模型如下：

进行八辆与四辆编组经济性对比时，需依据上式对两种编组分别计算。其中，式（1）表示列车经济成本，为动车组费用、牵引用电费用和乘务人员工资支出三项之和；式（2）表示动车组费用，包含动车组日常维修、高级修及资金成本三部分；式（3）表示牵引用电费用，由牵引用电指标与年走行万组公里的乘积表示；式（4）表示配属乘务员的工资福利支出，首先依据高峰断面客流与列车定员计算出高峰列车对数，结合周转时间计算得出运用及配属车数，每列运用车按2班制配属乘务人员；式（5）为列车年走行万组公里数的计算方法。

4 八辆与四辆编组列车运营经济性分析

4.1 经济性测算主要参数

本次对四辆和八辆编组列车运营经济性的对比，主要参数参照广珠城际铁路近年来的各项指标进行取值。见表4、表5。

表4 四辆和八辆编组列车定员

表5 八辆编组动车的实际运营数据

四辆编组列车单列购置费约0.7亿元，约为八辆编组列车的0.6倍，因此，四辆编组列车的维修及资金成本均暂按八辆编组列车的0.6倍测算。

八辆动车组的牵引用电指标约为11.8元/列车公里，四辆动车组的牵引用电能耗约为八辆的0.62倍，按7.32元/列车公里测算。

八辆编组列车乘务班组定员为7人，其中列车长、列车员、司机、机械师、安全员各1人，保洁2人；四辆编组列车乘务班组可减少1名保洁人员，每个班组配6人。乘务班组平均年工资、工资附加及福利按珠三角15.54万元水平考虑。

4.2 经济性对比

4.2.1 列车开行对数相同条件下运营成本对比

当城际项目客流量较小时，为保证一定的服务频率，需开行一定数量的列车对数维持运营，国内已运营的客流量小的城际线一般不会低于10对/日[7]。当开行的列车对数相同时，八辆编组与四辆编组的主要运营指标对比见表6。

表6 全日开行10对车时八辆与四辆编组的运营成本差别

由表6可见，当全日开行列车对数相同时，列车运行交路越长，四辆编组运营成本节省幅度越大。以佛山至肇庆城际为例，运营长约80 km，全日开行17对八辆编组的城际列车，上座率较低。若改为同样列车对数的四辆编组列车，则每年可节省动车组费用、牵引电费合计约2 500万元，四辆编组列车的运营成本节省效果显著[8]。

4.2.2 客流量变化条件下运营成本对比

广珠城际铁路不受疫情影响时的日均客运量约11万人，高峰小时最大断面客流约5 000人，珠三角城际在建或后续实施的项目预计难以达到广珠城际的运量水平；为维持运营，保证一定的服务频率，城际列车的开行间隔不宜大于1 h。仍以佛肇城际为例，当其高峰小时断面客流量分别为1 000人、2 000人、3 000人时，采用八辆、四辆编组的运营成本对比见表7。

表7 佛肇城际采用八辆或四辆编组的运营成本对比

由表7可见，当客流量较小时，四辆编组运营成本节省的幅度较大，与八辆编组相比具有较大优势；随着运量的持续增加，四辆编组由于定员小，导致列车开行对数过多，引起列车走行公里数、配属的乘务班组定员过多，使得四辆编组的运营成本反而高于八辆编组[9]。

综上所述，当新开通的城际项目运量很小而为保证一定的服务频率必须开行一定的列车对数时，采用四辆编组列车的优势较大；随着运量的逐渐增加，四辆编组列车的优势逐渐缩小，当运量达到一定水平时其运营成本反而比八辆编组高。每条城际线均存在一个运量值，在该运量水平八辆与四辆编组的运营经济性基本相同[10]。以佛肇城际为例，当其客流达到高峰小时断面约2 400人次时，采用八辆与四辆编组的运营经济性基本相当。

5 结论

随着我国多个城市群规划中城际铁路网建成规模的不断扩大，越来越多的城际线路面临着复杂多变的客运需求变化，亟需相关列车运营决策依据。本文提出采用更加灵活的八辆兼顾四辆列车编组方式，是一种节省运营成本、实现公交化运营的有效途径。设计为八辆编组的线路，改用四辆编组列车，在技术上是可行的。已开通线路需要在信号系统、接触网供电系统、站台门及维修养护方面进行小规模改造。四辆编组列车的运营效果已在长株潭城际铁路得到有效验证。从运营经济性方面看，当城际项目的客流量较小时，采用四辆编组列车的经济性明显优于八辆编组。在以国内大循环为主体，国内国际双循环相互促进的新发展格局下，开展服务于城际铁路发展的列车编组方式优化的技术可行性与经济性研究，可为相关领域实现高质量发展提供决策支持。