西部地区160 km/h动力集中型动车组列车开行需求分析——以昆明局集团公司为例

Demand for Operation of 160 km/h Power-Concentrated Electric Multiple Unit Trains in Western China： A Case Study of China Railway Kunming Group Company

摘要

从完善复兴号列车产品谱系，用好既有路网资源的角度考虑，扩大160 km/h复兴号动力集中型动车组列车开行能够提高普速列车开行质效。首先从通达性、运输效率和票价3个方面论证动力集中型动车组列车的优势，然后在对比分析动力集中型动车组列车与其他交通方式基本属性的基础上，构建旅客出行选择的Logit模型，计算得到不同场景下动力集中型动车组列车运输市场分担率，并进一步进行动力集中型动车组客流需求预测和开行方案调整工作。最后以昆明局集团公司为例，根据不同线路实际情况，在通勤、旅游客流需求旺盛的昆明—保山、昆明—成都南、昆明—宣威、昆明—曲靖、昆明—西双版纳每日分别增加列车2.5对、3对、3对、5.5对和1对。

Abstract

To improve the product line of China's Fuxing bullet trains and make good use of existing railway network resources, it is necessary to expand the operation of power-concentrated electric multiple unit (EMU) trains with a speed of 160 km/h among the Fuxing bullet trains, so as to improve the operation quality and efficiency of conventional trains. Firstly, the advantages of power-concentrated EMU trains were demonstrated from three aspects: accessibility, transportation efficiency, and ticket prices. Then, based on a comparative analysis of the basic attributes of EMU trains and other modes of transportation, a Logit model was constructed for passenger travel preferences. The share ratio of power-concentrated EMU trains in the transportation market under different scenarios was calculated. Furthermore, the demand forecast for EMU passenger flow and the adjustment of operation plans were carried out. Finally, Kunming Railway Group Company was studied. According to the actual situation of different lines, 2.5 pairs, three pairs, three pairs, 5.5 pairs, and one pair of trains were daily added on the Kunming-Baoshan, Kunming-Chengdunan, Kunming-Xuanwei, Kunming-Qujing, and Kunming-Xishuangbanna lines with strong demand for commuting and tourism.

Graphical abstract

关键词

西部地区 / 动力集中型动车组列车 / 开行方案 / 运量预测

Key words

Western Area / Power-Concentrated EMU Trains / Train Operation Plan / Traffic Volume Forecast

近年来随着西部开发越来越受重视，西部地区的政策经济环境明显提升，未来年度随着西部地区人口加速回流，西部陆海新通道、成渝地区双城经济圈建设的不断深入，地区间出行需求总量不断增长，需要研究与之相匹配的铁路客运产品来满足旅客运输需求。动力集中型动车组列车(以下简称“动集列车”)相比于普速列车乘车环境更加舒适，比动力分散型动车组列车(以下简称“高铁列车”)运行覆盖范围广、票价低，适合在西部地区扩大开行。

1　动集列车优势

1.1　通达性优势

（1）适于动集列车开行的普速铁路线路里程长，通达性更好。截至2022年底，全国铁路营业里程达到15.5万km，其中高速铁路4.2万km，预计到2027年，全国铁路营业里程将达到17万km，其中高速铁路约5.3万km。普速铁路深入市区，旅客便利性好。随着经济社会的发展，城镇化进程的加快，许多普速铁路都被包含在城市之内，特别是一些普速铁路车站已经位于城市发展的核心区域，周边经营开发、市政接驳、企业、医疗等资源较为丰富，更加方便旅客出行。

（2）动集列车适应性强，可以在多种类型线路行驶。动集列车采用的列控系统能够被CTCS-2系统兼容，因此可以在既有线提速线路、新建快速线路和客运专线等电气化线路上运行。

1.2　效率优势

（1）运行速度快，折返时间短，运行效率提升。动集列车运行速度较快，技术作业时间较短，运行图模拟计算每千公里技术作业时间比25T旅客列车压缩1 h，比25G旅客列车压缩4~7 h^[1-2]。动集列车在中间站折返作业时间是普速列车的1/3，一次折返作业时间节省约30~40 min^[1]。

（2）入库工序减少，作业时间压缩。普速列车机车和车辆是分离的，在出入库检修时需要进行摘挂作业。动集列车机车车辆一体，每次出入库可减少一次本务机车出入库时间约40 min。对于一些机务换挂作业量较大的车站，释放运输能力、优化作业秩序的效果更加明显。

（3）动集列车与高铁列车速差小，适合在客运专线开行。在目前高速、普速列车共线的客运专线，普速列车与动车组列车速差较大，如果大量开行普速列车将影响客运专线的效率。替换普速列车为动集列车将提高客运专线通过能力，提升运输效率。

1.3　价格优势

动集列车稳定性好、乘坐舒适度高，与高铁列车相比采购成本、检修成本相对较低，运价也低于高铁列车。目前其运价基本按照高铁列车的9折定价，具有较强的市场竞争优势^[3-4]。

2 160 km/h动集列车需求分析

2.1　动集列车市场定位

2.1.1　动集列车开行现状

2023年2月全路160 km/h动集列车开行现状如表1所示。从表1可知，目前动集列车开行情况良好，用较小的供给比例承担了相对较高比例的运量(占比5.67%的列车数量承担了6.26%的运量)。目前160 km/h动集列车平均客座率低于全路客座率，说明列车的供给结构和需求结构不完全匹配，需要进一步进行优化。

2.1.2　适合开行动集列车的地区

目前动集列车票价较低，与旅客时间价值匹配的区域更为广泛。全国各省(区市)旅客时间价值分布情况如图1所示。根据2022年国家统计局对人均地区生产总值为输入变量计算各地区旅客时间价值，北京市旅客时间价值最高为95.2元/h，居全国第一，甘肃省旅客时间价值最低为22.5元/h，不难看出我国人均地区生产总值差距较大，但分布相对集中，大部分旅客时间价值在20~40元/h之间，占比为61.29%，全国平均旅客时间价值为42.23元/h。鉴于动集列车的市场定位，目前甘肃、贵州、新疆、西藏、云南从经济发展程度来看较适合开行动集列车。

2.1.3　适合开行动集列车的区间

统计了不包含港澳台的全国31个省(区市)两两间旅客全交通方式的交流量，共有465组交流对，2023年旅客交流量排名前30位主要集中在两广、京津冀、川渝和长三角等经济发达、人口稠密的区域。值得注意的是，除上述集中的区域外，一些不在传统经济发达区域的交流也比较频繁，四川与云南间、吉林与辽宁间、河北和山西间旅客交流量也很大。

2.2　需求预测

在分析动集列车市场定位的基础上，以中国铁路昆明局集团有限公司(以下简称“昆明局集团公司”)为例，结合地区经济、产业发展情况，综合考虑云南省内其他交通方式的发展现状，开展昆明地区动集列车客流需求预测工作。

2.2.1　需求预测方法

根据随机效用理论，不同的出行方式会对旅客产生不同效用，旅客出行主要考虑交通方式的经济性、快捷性、舒适性等，因而将以上属性选定为效用函数指标，具体指标如下。

（1）经济性。经济性主要表示旅客出行需要支付交通方式的费用。

Q=RL⑴

式中：Q为经济性；R为运费率，元/人公里；L为运输里程，km。

（2）快捷性。快捷性主要指旅客从出发地到目的地的全程时间。

F=L/v+w⑵

式中：F为快捷性；v为运输速度，km/h；w为等待时间，h。

（3）舒适性。舒适性主要指车内环境、拥挤程度。

C=cP⑶

式中：C为舒适性；c为无量纲的舒适度系数，通常为3%~10%；P为运输方式的票价，元/人。

（4）便捷性。主要指不同种类列车的发车频率，反映旅客乘坐的便捷性。

E=mT ⑷

式中：E为便捷性；m为无量纲的频率系数；T为列车单位小时发车数量。

结合各种出行方式的效用属性，出行方式的效用可表示为

U_i=w_{Q}Q+w_{F}F+w_{C}C+w_{e}E⑸

式中：U_i为效用函数中可观测的固定项；w_Q，w_F，w_C，w_e分别为经济性、快捷性、舒适性、便捷性指标权重系数。

旅客出行一般是根据自己的出行目的、经济条件、出行喜好等选择性价比最高的出行方式。同时考虑通道地区经济发展现状、旅客出行特征、交通工具的综合服务属性，先采用重力模型，测算通道内各城市之间总的全交通方式客运量，然后根据动集列车、普速列车、高铁列车这3种列车之间速度、运价等指标的差异，采用Logit模型进行运输方式分担率的预测，计算不同种类列车在通道或区域内承担的运量^[5-6]。

B_i=\frac{\mathrm{e}\mathrm{x}\mathrm{p}(U_i)}{{\displaystyle \sum _{i=\mathrm{1}}^N}\mathrm{e}\mathrm{x}\mathrm{p}(U_i)}⑹

式中：B_i为第i种交通方式的分担率；U_i为第i种交通方式的效用。

2.2.2　动集列车客流量预测参数取值

动集列车运量预测参数取值如表2所示。根据动集列车的基本属性、市场运营情况等现实条件，取动集列车票价率0.37元/人公里(如果走高速线按照该线运价率打折)。通常既有线的车站基本在市区，具有较好的地理位置和市政接驳条件，一般市政交通在30 min以内。其他运行参数依照比较原则进行设置，频率系数取0.465 3，舒适度系数取5.02%。

动集列车市场分担率如图2所示。从速度、票价、市政接驳、发车频率和舒适性5个方面比较普速列车、动集列车、高铁列车可以看出，动集列车相对于普速列车具有几乎绝对的优势，相对于高铁列车在中短距离优势也很明显；但对于中长、长距离运输而言，动集列车运行时间超过了旅客耐受程度，与高铁列车相比缺乏竞争力。计算结果显示，以我国居民平均消费能力和生活水平为参考，在270 km以内，普速列车的竞争力相比于其他列车具有一定优势；270~825 km之间，动集列车完全优于普速列车和高铁列车；825 km以上高铁列车的速度优势完全体现出来。由此可见，在普速线路上优先开行动集列车，在客运专线或者有平行高速铁路的线路上，需要考虑动集列车的开行范围，通常以800 km以内作为首选。

目前昆明局集团公司开行动集列车的重点方向是成都、保山、曲靖(宣威)、西双版纳(普洱)等地，根据地区间运输距离不同分别计算出动集列车市场分担率，昆明局集团公司主要方向160 km/h动集列车开行情况如表3所示。从运输距离来看，以昆明为核心辐射至省内主要城市的运输距离大部分在500 km以内，开行动集列车市场分担率在44%左右，深受旅客欢迎。

2.2.3　需求预测结果

昆明局集团公司既有160 km/h动集列车开行情况如表4所示。结合昆明局集团公司历年来动集列车开行情况，2023年昆明局集团公司既有160 km/h动集列车OD运量如表5所示。结合上述市场分担率计算结果，预测2024年昆明局集团公司160 km/h动集列车开行OD运量预测值如表6所示。

未来随着旅游热潮的兴起，客流还会持续增长。昆明—曲靖(宣威)间日均客运量超过1.4万人、昆明—西双版纳(普洱)间1.2万人，保山方向日均超过9 000人。计算需要开行动集列车数如下式所示。

l_{ij}=x_{ij}/\alpha⑺

式中：l_{ij}为i到j方向的列车对数，对/d；x_{ij}为i到j方向的客运量，人次/d；\alpha表示动集列车定员，人。

结合既有动集列车开行列数，计算昆明局集团公司160 km/h动集列车增开对数如表7所示。

3　开行适应性分析

3.1　线路条件

根据调研，开行动集列车线路首先应当具备普速旅客列车的开行条件，线路全封闭、全立交，正线60 kg/m轨道无缝线路，铺设混凝土岔枕、轨枕。车站方面应当是高站台(直体车型可低站台办客，配备登乘梯)。信号、供电方面也具备相应的要求。检修方面，具备动车组运用检修设备设施，如客整所存车线、检修线(挂网)等。昆明局集团公司目前符合开行动集列车条件的线路主要是沪昆(上海南—昆明)、峨广(峨眉—广通北)、中老(昆明南—万象南)等铁路，在不进行大规模车站、线路改造的情况下，今后也将以这几条线路为主。

3.2　运用问题

受车辆构造的限制，目前不同型号动集无法重联，在车辆运用上不够灵活，增加了交路安排的难度。此外同型号列车需要按“控-控”重联，存在调车时间、人员、线路成本，影响动集列车的运用效率，需要在开行方案编制之初根据客流需求设计好车辆编组，尽量减少改编频率。

3.3　车站能力和检修条件

动集列车运输组织与既有列车运输产品相似，主要是占用枢纽车站的能力。尤其是在动集列车替换普速列车升级普速铁路服务质量的过程中，动集列车和普速列车共用一个枢纽车站，枢纽能力尚未得到完全释放，需要考虑既有普速列车限制条件下的动集列车开行能力。同理，检修线和存车线的能力也是制约动集列车开行的关键因素，需要通过均衡检修周期合理调配入所、出所时间，以及异地存车等协调运用^[7-8]。

3.4　线路通过能力

由于动集列车与高铁列车之间存在速差，同时开行时列车通过能力折扣系数增大。在实际列车开行过程中，会造成客流需求黄金时段能力紧张，动集列车和高铁列车共线运行时需要考虑列车的合理搭配。

3.5　应急保障方面

一方面动集列车采用LKJ控车，遇自然灾害降速等情况需临时限速时只能由司机根据运行揭示调度命令及临时限速调度命令人工控车，与高铁列车ATP控车相比由机控变为人控，存在人工漏传命令及人工控制列车速度超速的安全风险。另一方面由于动集列车型号较多，特别是不同厂家之间车型、定员不同，造成应急热备车底不能相互替换开行。

4　运力保障

4.1　车站约束

目前昆明站共接发列车174对/d，其中始发终到列车73对/d(普速列车32对/d)，经停列车59对/d，其他回送车底等共计42对/d；目前能力利用率93%，每日还能增加10对列车开行。而根据预测结果，2024年保守估计至少需要增开动集列车15对/d，车站能力限制明显。

4.2　检修约束

目前昆明局集团公司CR200J型动集列车D1和D2修主要在昆明西客整所。为满足动集列车开行，在原有昆明西客整所站场上增加了整备棚、分隔信号机、镟轮机等设施^[9-11]，目前用于动集列车的股道有14条，其中检修线4条(2条只满足单组检修，2条为库内检修线)。4条线检修能力理论是48组，已经饱和。若增开15对动集列车已经不具备相应的检修能力。

5　开行建议

5.1　在既有客流需求旺盛的地区替换普速列车

根据既有动集列车的开行经验不难看出，在既有铁路客流开行比较好的区段升级为动集列车，提高服务质量客运量和客座率均能保持高位不变。昆明地区可以进一步增加昆明至成都南动车开行对数，同时利用早晚时段运行图三角区套跑增开西昌、攀枝花至昆明方向始发终到列车，实现川西地区到昆明换乘动车前往珠三角地区。开行滇中城市群动集列车产品，如滇东滇西城际列车，滇东滇中城际列车，滇东滇南城际列车。

5.2　根据开行需求进行相应设备设施改造

开行动集列车，与之匹配的线路、车站运输能力、检修所的检修能力是其开行的重要保障。首先应加快推进昆玉线(昆明南—玉溪)扩能改造建设。预计扩能改造完成后，该区段旅客列车开行有效时段最大通过能力为130对/d，能满足客运增量需求。其次是提高动集列车运用效率、扩大动车检修能力，一方面通过修程修制改革，将动集列车D1修里程由4 400 km延长至5 500 km^[12-13]；另一方面是改造既有动车检修设施，通过增加昆明西客整所重联检修股道，进一步满足高峰期重联动车组检修需要。最后推进大理动车所、昆明客整所改建进度，分别适应不同时期动集列车开行需求。

5.3　持续扩大动集列车开行范围

（1）扩大普速铁路动集列车开行规模，进一步在京沪(北京南—上海虹桥)、京广(北京丰台—广州南)等主要干线采用动集列车替换25T客车担当的中长距离直达列车，优先应用于进京、进沪、进穗的夕发朝至列车，充分发挥时间优势和接入车站距离城市中心近的优势，并增加卧铺车厢比例，提升供给质效，满足旅客高效、便捷、舒适的出行需求。

（2）在速度200 km/h及以下客运专线、新建快速铁路等线路，适度利用动集列车替换管内开行的高铁列车，在不降低旅客出行服务质量的同时，减少旅客出行成本。

（3）对于人口密度较低、经济发展相对滞后的西南、西北地区，主要解决省会与省内城市、省内主要城市之间、省会与主要旅游景点等之间快速、舒适出行问题^[14-15]，如安康—西安、延安—西安、昆明—西双版纳、乌鲁木齐—乌苏等。对于新疆地区精霍线(精河—霍尔果斯)、南疆线(吐鲁番—喀什)、奎北线(奎屯—北屯市)等能力紧张的客货共线铁路，开行动集列车能够优化客货运能、提升整体效益。

（4）利用动集列车开行跨境列车，如昆明—万象，同时加强可变轨距技术研发，实现动集列车在不同轨距线路之间直通过轨运输。

6　结束语

从通达性、运行效率和价格等方面分析动集列车在旅客运输市场的优势；以旅客时间价值为切入点，分析动集列车的市场定位，综合分析其他交通方式的性能，计算动集列车的市场分担率，开展动集列车客流需求预测工作。根据车站约束和检修约束条件，落实列车开行方案。最后以昆明局集团公司为典型案例，预测2024年动集列车客流为昆明—曲靖(宣威)间日均客运量超过1.4万人、昆明—西双版纳(普洱)间1.2万人，保山方向超过9 000人，需增加动集列车15对/d；动集列车每年节约成本7 486万元，利润总额为15 666万元，高于高铁列车。

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基金资助

中国国家铁路集团有限公司科技研究开发计划课题(N2023X032(JB)┣2023YJ159)