普速铁路开行160 km/h动力集中动车组运用条件及优势研究

Operation Conditions and Advantages of Running 160 km/h Power-Concentrated Electric Multiple Units on Conventional Railway

摘要

160 km/h动力集中动车组列车具有快速、舒适、编组灵活、折返换端快等优点，可有效释放紧张线路和枢纽运输能力、优化开行结构，满足无客运专线的城市间客运提质需求；开行需符合一定的客流需求和客流偏好、设施技术条件，通过运用灵活组织方式和存检修能力优化提升运用效率；目前在西北、西南等区域开行状况良好，动力集中动车组可适度替换城际动力分散动车组、适合开行跨境列车，可提升普速铁路客运产品供给质效、提升旅客出行体验，且具有一定成本优势，对提高普速铁路市场竞争力具有运营实践价值。

Abstract

The 160 km/h power-concentrated electric multiple units (EMUs) have the advantages of fast speed, comfortability, flexible formation, and short turn-backing time. They can release the capacity of tight railway lines and junctions, optimize operation structure, and satisfy passenger transport quality improvement demand between cities without passenger-dedicated lines. In addition, it is necessary to meet the requirements and preferences of passenger flow and facility and equipment conditions and enhance operation efficiency by utilizing flexible organization methods and optimizing storage and maintenance capability before running the power-concentrated EMUs. Currently, power-concentrated EMUs run well in the northwest and southwest regions. Power-concentrated EMUs are suitable for appropriately replacing the intercity power-distributed EMUs and serving as the cross-border train. They can enhance passenger transport quality and efficiency, as well as passenger travel experience, and have certain cost advantages. Therefore, power-concentrated EMUs have operation and practice value for enhancing conventional railway market competitiveness.

Graphical abstract

关键词

普速铁路 / 动力集中动车组 / 运用条件 / 设施设备 / 客流

Key words

Conventional Railway / Power-Concentrated Electric Multiple Unit / Operation Condition / Facility and Equipment / Passenger Flow

0　引言

160 km/h动力集中动车组(以下简称“动力集中动车组”)作为动力分散型动车组列车和普速旅客列车外的第三种客运产品，是中国铁路复兴号系列的一款动力集中式的电力动车组。该车以HXD1G、HXD3G型电力机车与25 T型客车为原型，由中国国家铁路集团有限公司和中国中车集团有限公司牵头，中车唐山机车车辆有限公司、中车南京浦镇车辆有限公司、中车大连机车车辆有限公司、中车青岛四方机车车辆股份有限公司、中车株洲电力机车有限公司、中车大同电力机车有限公司等6家公司联合研制。最高运营速度为160 km/h，可用于开行长途列车和中短途城际列车，能在我国约10万km的既有电气化铁路上开行。我国从2019年开始探索动力集中动车组开行，截至2023年第3季度，我国动力集中动车组列车共开行580列，其中城际动车组列车占比大于长途动车组列车。

关于动力集中动车组的既有研究，主要集中在动力集中动车组运营条件适应性、维修模式及设施改造等方面。①动力集中动车组运营条件适应性方面，李俐等^[1]提出动力集中动车组灵活编组适应客流变化、舒适、廉价、可在多种线路上适用。孟凡峰^[2]指出动力集中动车组具有成本低、运用范围广、时间经济价值高、释放枢纽和线路能力等优势。薛茗心^[3]选取评价指标体系反映动力集中动车组列车服务质量水平，结合IPA分析模型因地制宜地提出改善动力集中型动车组列车客运服务品质的建议。张春来等^[4]对开行动力集中动车组区段的客座率、票价、运量进行分析测算，提出替换普速旅客列车和增开的建议。张晓梅等^[5]分析了动力集中动车组具有舒适性高、时间价值高、经济成本低、运用范围广的优势，吸引既有线客流、部分高速铁路客流和城际列车客流。贺俊源等^[6]提出200 km/h动力集中动车组可根据客流需求灵活编组，高峰和旺季开行频次高，低峰和淡季开行频次低。杨廷宇等^[7]指出利用既有线富余能力开行动力集中动车组是未来发展趋势之一，可缩短城市之间旅行时间，促进区域经济融合发展，构建客货高质量协同发展局面。徐涵^[8]指出动力集中动车组开行范围包括既有普速铁路、新建普速铁路和200/250 km/h铁路。石邹亮等^[9]研究了动力集中动车组在高温、强风沙、大温差、高寒等环境下的运营应对措施及维修标准。钱铭等^[10]以满足拉林电气化铁路和拉日非电气化铁路贯通运营需求为目标，提出研制一款新型复兴号高原双源动力集中动车组的建议，重点阐述了复兴号高原双源动力集中动车组整车关键系统方案和技术特点，为动车组研制提供技术参考。②动力集中动车组维修模式及设施改造方面，张德育^[11]对动力集中动车组列车的运用维修模式和设施进行了讨论，指出动力集中动车组运用维护具有固定编组、整列运用维护的特点，与既有机务设备相兼容，运用检修应在客整所进行，动力车M3级修宜在机务段完成，其他定期检修可由有资质的普速机务车辆维修单位进行。王建华等^[12]结合动力集中动车组技术特点，分析其运用维护需求，立足于我国铁路机车车辆运用维护模式的现状及未来发展，确定动车组适宜的运用维修模式，保证动车组运营安全，提高运用效率。张金林^[13]对动力集中动车组的检修修程进行分析，并分别对客运机务段、客整所及动车运用所适应动力集中动车组整备检修的改造可能性进行分析。贺春阳^[14]通过分析动车组运用检修模式，阐述了动力集中动车组检修工作，提出检修中存在问题、相应改造方案，以及检修管理方法建议，提出的方案能够提高检修作业效率。孙石栋^[15]通过对计划预防修模式、状态修模式的分析对比，研究了动力集中动车组维修策略。

综上所述，既有研究缺少对动力集中动车组实际开行在时空分布、设备设施适应性、动车组运用效率等多维度的场景及特征的提炼，对动力集中动车组运用条件及优势仍未进行系统分析。为此，有必要开展普速铁路动力集中动车组运用条件及优势研究，分析目前动力集中动车组列车开行的现状和运用条件，研究动力集中动车组开行线路技术条件，提出开行条件及特征，为进一步扩大开行提供运用和管理模式技术支持。

1　普速铁路动力集中动车组及应用现状

1.1　动力集中动车组类型及技术参数

动力集中动车组包括A型、B型和C型，A型车为直体车，可停靠高低站台，B型、C型为鼓形车，只停靠高站台，A型、B型车定员720人，C型车定员676人。动力集中动车组列车可采用多种编组方式：①短编组，编组为1动力车+7拖车+1控制车，主要服务城际铁路。②长编组，编组为1动力车+18拖车+1动力车，主要替代长途旅客列车。③灵活编组，编组为1动力车+9~18拖车+1动力车。

动力集中动车组修程分为D1修、D2修、D3修、D4修、D5修、D6修。D1修、D2修、D3修属于低级修，D4修、D5修、D6修属于高级修。从检修内容上看，D1修是动力集中动车组不解编状态下的日常例行检查整备试验。D2修是动力集中动车组不解编状态下对关键部件的重点检查维修和周期性保养。D3修、D4修是恢复动力集中动车组基本性能的检修，对动力集中动车组拖车及控制车转向架、制动阀、钩缓等部件进行检修，其他部件状态检查；D5修、D6修是全面分解、检查修理和性能参数检测试验，全面恢复动力集中动车组性能的检修。从检修地点看，D1修、D2修在动车所，D3修在机务段和车辆段，D4修在机务段和有高级修资质的车辆段，D5修、D6修在主机厂。

1.2　动力集中动车组应用现状

动力集中动车组主要开行于华北、东北、华东、华南、西南、西北内部及区域之间。西南和西北区域之间客座率最高，尤其是旅游城市之间，东北区域内部客座率最低；动力集中动车组主要开行方向包括京沪方向、沪昆方向、兰渝方向、京九方向、京哈方向、兰新方向，其中兰新方向平均客座率最高；从时段、运距来看，夕发朝至和朝发夕至的中长途动力集中动车组列车开行情况最好。

动力集中动车组已在京沪线(北京—上海)、沪蓉线(上海—成都)、陇海线(兰州—连云港)等多条铁路干线上投入运用；同时在中川城际(兰州—中川机场)、长白线(长春—白城)等开行城际列车，满足通勤、通学、探亲和旅游客流需求。从线路来看，开行动力集中动车组数量前十的是中老铁路昆磨段(昆明—磨憨)、沪蓉线、陇海线、达成线(达州—成都)、兰新线(兰州—阿拉山口)、京沪线、沪昆线(上海—昆明)、兰渝线(兰州—重庆)、成昆线(成都—昆明)、峨广线(峨眉山—广通)，大部分位于西南西北区域，开行数量最多的线路达85列。统计开行20对/d以上的线路，动力集中动车组列车线路别开行数量如图1所示。

2　普速铁路动力集中动车组开行条件分析

根据动力集中动车组运营运用实际以及开行和运用条件调研，开行动力集中动车组应满足一定的客流需求、具备一定的设施条件，受检修能力限制，适合在可以提升运输能力的通道内无平行客运专线的普速客货共线铁路开行。

2.1　符合客流需求和客流偏好

（1）当客流量不足以达到新建高速铁路标准，而区域内又以普速旅客列车为主，有很强的客运提质需求时，适合采用在既有普速铁路上开行动力集中动车组的模式。

（2）主要干线采用动力集中动车组开行的中长途直达列车，尤其开往北京、上海等大节点的夕发朝至列车，相比普速旅客列车具有明显优势，开行效果较好。未来应进一步在京沪线、京广线(北京—广州)、京九线(北京—九龙)、陇海线、沪昆线等主要干线采用动力集中动车组替换中长距离直达普速列车，优先应用于开往北京、上海夕发朝至列车，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。

（3）动力集中动车组能够很好适应西北、西南地区主要城市(含旅游景点)之间快速、舒适出行的迫切需求，开行效果较好。

（4）动力集中动车组列车始发终到时间域贴合不同地区旅客出行习惯偏好，开行效果较好。如边疆某方向城际动力集中动车组列车，上下行车次客座率均达到100%，下行车次开行时间18：10—22：58，上行车次开行时间10：20—15：10，特别适合有当天往返需求的旅客。

（5）利用动力集中动车组开行跨境列车，提升国际列车运输服务品质，开行效果较好。2023年4月14日，中老铁路动力集中动车组列车双向正式通车，截至2024年5月21日，累计开行旅客列车约5万列，不仅为两国人民提供了更为高效便捷的出行选择，也为区域经济的持续繁荣注入了强大动力。

2.2　满足一定的设施技术条件

经调研，开行动力集中动车组应具备普速旅客列车开行条件和线站、信号、供电等专业设施条件，通过适当升级改造可以扩大动力集中动车组开行范围。

（1）线站适应性。应满足以下条件：①线路具备普速旅客列车开行条件。②全封闭、全立交。③钢轨质量满足要求。④动力集中动车组一般只停靠高站台，具备低站台模式的动车组确需在低站台上下旅客时，须制定措施保证安全，例如搭登乘梯。由于低站台搭登乘梯需20 min，增加停站时间降低服务品质，应统筹考虑其不利因素。

（2）信号适应性。应满足以下条件：①除自动闭塞区段外，安装钢轨防断监测系统。②轨道电路绝缘节距警冲标距离不少于5 m。对于绝缘节距警冲标仅满足大于3.5 m的线路要进行警冲标外移改造。

（3）供电适应性。应满足以下条件：①接触网供电臂具备化小单元供电条件。②线路分相处设置“动集合”标识。

2.3　灵活组织运用方式和存检修能力

动力集中动车组列车开行受到线路、存车、检修能力限制，必要情况下采用异地存车、均衡检修、合理套跑等方式提升动力集中动车组运用效率。

（1）检修能力。动力集中动车组的检修由动车所内库线承担，一条2列位库线，每晚可提供4列位检修能力(3 h检修1列)，再结合库线数量，可以计算出动车所每日最大检修能力。

（2）存车能力。动力集中动车组存车由动车所库线和库外存车线共同承担，库外存车线中一部分用来存放普速旅客列车，根据动车所可存放动车组的线路数量和对应列位，可以计算出动车所每日最大存车能力，动力集中动车组和动力分散动车组的总存车需求不超过最大存车能力。

（3）异地存车。异地存车一方面可以方便列车第二天早上开行，另一方面可以缓解动车所存车能力紧张。

（4）均衡检修。合理安排D2修时间，保持忙时上线车底数量；均衡利用检修周期，利用固定套跑交路尽量充分利用D1修最大里程，例如A站和B站往返932 km，再往返C站1 208 km，累计里程2 140 km就接近了D1修检修里程4 400 km的一半。

（5）合理套跑。在线路能力富余的时期充分提高动力集中动车组利用效率，临时套跑短途运距的旅客列车交路，满足旅客运输需求。安排临时套跑首先要具有客流需求，其次是车底交路相对宽松，同时不要超过D1修里程。比如S1站到S3站10：00开车，16：30回到S1站动车所，还有富余的时间，套跑到S2站。交路套跑示意图如图2所示。

2.4　提升线路运输能力和优化开行结构

（1）对于能力紧张的客货共线铁路，可以通过开行动力集中动车组列车，优化客货列车结构，提升路网整体效能。例如某线路能力紧张区段采用早晚高峰旅客列车限速与货物列车同速运行、动力集中动车组集束开行减少扣除系数、分时段运营的措施。自2019年开通动力集中动车组列车后，该区间总对数提升。线路能力紧张区段开通动力集中动车组列车前后能力对比表如表1所示。

（2）以供需匹配为原则，结合实际情况扩大编组提升运能。包括可常年重联，如运输能力紧张的客货运通道，适合采用常年重联扩大动车组编组辆数，在运行线数量不增加的前提下提高运输能力；对于客流需求不均衡的情况，可灵活调整编组，高峰时期采用长编组或重联，平峰时期采用短编组，如边疆地区城际某些方向动力集中动车组根据客流规律，平日每日10：00—20：00重联，其他时间单组运行，节假日、春暑运常年重联。

（3）在时速200 km及以下中短途客运专线、新建快速铁路等线路，适度利用短编动力集中动车组列车替换管内开行的动力分散动车组列车。如某城际铁路设计时速200 km以下，目前开行设计时速250 km的CRH2A动车组，速度受到限制。开行动力集中动车组列车适度替换动力分散动车组，可使运行速度与线路设计速度匹配，同时减少旅客出行成本。

3　普速铁路动力集中动车组开行优势

3.1　优化客货列车结构及作业组织

动力集中动车组减少了在始发终到站出入库或沿途车站摘挂机车作业时间，同时减少了在沿途折角站的折返调车作用时间，有效释放了紧张线路和枢纽运输能力，适合在繁忙客货共线线路开行。例如某折角站普速旅客列车途中折角换挂机车需要23 min，而动力集中动车组列车站内折返换端仅需3 min。此外，普速旅客列车的客车车辆主要为25G，25K，25T，其中，25G限速120 km/h，25K限速140 km/h，25T限速160 km/h。采用动力集中动车组列车逐步替代上述车型，逐步减少列车之间的速度差，可以提升路网通过能力。

3.2　提升服务供给质效

（1）旅客舒适性好。第二代动力集中动车组采用鼓型车体，整体外观更具流线型，贴近复兴号高速动车组，车内座椅和过道加宽，并且可以按“可旋转”座椅设计，对比普速客车，动力集中动车组列车的舒适性大幅提高。

（2）旅行速度快。虽然长距离夕发朝至动力集中动车组列车和Z字头列车技术速度等级相同，但是动力集中动车组列车停站时间短，而且无须换挂机车，折返时间短，动力集中动车组列车旅行速度更高。

3.3　灵活利用既有设施设备条件

开行动力集中动车组列车线路应具备普速旅客列车开行条件和线路、车站、信号、供电、检修等专业设施条件，必要的情况下需要进行适当升级改造。动力集中动车组在站台长度及到发线有效长、信号列控制式、牵引动力类型等方面，与普速铁路具有较好设施设备适应性，不必新建客运专线。同时，动力集中动车组能灵活利用既有线检修资源和动车段(所)检修资源，D1修、D2修可在动车所内整列完成，D3修及以上修程动力车和拖车分别回送机务段、车辆段或主机厂完成。此外，动力集中动车组列车可灵活利用动车段(所)和既有普速旅客列车检修资源，缓解动车段(所)能力紧张。

3.4　具有一定的成本优势

动力集中动车组列车的客车车辆以25T型客车为基础进行改造升级，据估算其整列制造成本不超过动力分散动车组的60%。普速旅客列车停靠低站台时，需列车员下车防护，每节车厢需配置1~2个列车员，而动力集中动车组列车只停靠高站台，由司机操纵全列车门，每组只需3~4名列车员，列车员配置数量大幅减少。

4　结束语

相较于普速旅客列车，160 km/h动力集中动车组在优化客货运力结构、基于市场需求灵活调整运力配置、提高服务质量和效率、充分利用现有资源等方面优势明显。其开行应满足一定的设施技术条件，针对检修能力的限制也可采用灵活组织运用的方式解决。总体来看，西北和西南地区普遍开行良好，朝发夕至和夕发朝至列车开行情况良好，比较适合大型枢纽间或是促进西南与西北旅游城市间联系乃至跨境开行。动力集中动车组可提升普速铁路客运产品供给质效，提升旅客出行体验，对提高普速铁路市场竞争力具有运营实践价值。

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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(K2024X015)