我国铁路旅客列车给水站布局优化研究

郑 铎

ZHENG Duo

（中国铁路总公司运输局，北京100844）

(Transportation Bureau， China Railway， Beijing 100844， China)

我国铁路旅客列车给水站布局优化研究

郑 铎

ZHENG Duo

（中国铁路总公司运输局，北京100844）

(Transportation Bureau， China Railway， Beijing 100844， China)

在阐述旅客用水需求总量、上水作业时间等给水站布局影响因素的基础上，针对普速旅客列车和动车组列车给水站布局原则，提出相应的给水站优化布局方法，并且对兰新高速铁路进行实例分析，研究兰新高速铁路给水站优化方案，建立验证优化效果的测算比较模型，对方案的经济效益和社会效益进行评价，为我国给水站布局优化调整提供依据。

给水站布局；优化方案；经济评价

旅客列车给水站担负着全路旅客列车的给水任务，在铁路旅客运输站车给水系统中占有重要地位。旅客列车给水站一般设在有始发终到旅客列车作业、配有客运机务设备的区段站，或者设有旅客列车检修、整备设备的客运站，以便在办理更换机车及旅客列车运转方面技术作业的同时办理旅客列车上水作业。随着高速铁路网络的逐步建成，全路旅客列车的平均旅行速度从50km / h 至 300km / h 不等，各车型供水系统各异，统一按照运行时间或里程制定给水站布局已经不能适应旅客列车运行需要，特别是部分客运专线高速、普速旅客列车混跑，不适应性更加突出[1-2]。因此，分线别研究给水站布局方案，并且对其经济性进行评价，对提高给水站生产效率、优化运力资源配置具有现实意义。

1 给水站布局影响因素

旅客列车给水站布局的基本要求是及时给运行的旅客列车水箱上 ( 补 ) 满水，保证旅客及乘务人员途中旅行需要[3]，因而车站总上水量应大于等于途中旅客用水需求总量，影响铁路旅客列车上水站点布设的主要因素是途中旅客用水需求总量及车站总上水量。旅客用水需求总量决定补水的间隔时间，进而决定给水站之间的间隔里程，其主要受旅客列车的水箱容量、旅客人数、发车时刻、涵盖用餐时间点数量、运行速度、连续行车时间等因素影响。在既有井栓口水压力、上水胶管直径等设施设备条件下，车站总上水量主要取决于上水作业时间和车站停留时间。车站停留时间主要受行车组织、机车交路及技术作业布局等因素影响[4]，车站停留时间在运行图确定后为常量，因而上水作业时间是给水站布局实施方案的重要影响因素。

1.1 旅客用水需求总量

（1）普速旅客列车。①普速旅客列车耗水最快的车厢为餐车，其次是硬座、硬卧，餐车的补水量应优先保证。②没有编挂餐车的管内短途车或直通车由于运行时间短，或者为夕发朝至的全列卧车，用水量相对较小，对给水站布局影响较小。③在11 ∶ 30—12 ∶ 30 和 17 ∶ 00—18 ∶ 00 时间范围内始发的列车餐车，应缩短补水间隔时间。④客座利用率为100%～120% 的硬座车应缩短补水间隔时间。

（2）动车组列车。由于动车组列车餐车没有清洗、洗淘等作业，车内主要用水为厕所、洗手池和茶炉，并且由于均采用集便式厕所等，用水量较普速旅客列车明显降低，因而其主要影响因素为运行时间和客流密度。

1.2 上水作业时间

旅客列车上水作业时间包括水箱满水时间和给水员技术作业时间。

（1）水箱满水时间。铁路主要的 25T、25K、25G、22 型普速列车水箱容量基本一致，均为餐车1 200 L，其他车种 1 000 L[5]。如果以每节旅客列车车厢水箱容量 1 000 L为标准，注水孔流量 2.5 L/s[6]计算，加满 1 节旅客列车车厢空水箱所需时间为6min 40 s。

（2）技术作业时间。在既有的设备条件下，技术作业时间主要与给水作业人员组织模式相关。选取全路具有代表性的区域和列车进行测试[3]，如果按照 1 人 2 车配备，给水站技术作业时间为 56 s；如果按照 1 人 3 车配备，给水站技术作业时间为1min 23 s[7]。

综上所述，在既有设施设备条件下，给水站上水作业时间最多为 8min 3 s。

2 给水站布局原则及优化

综合考虑途中旅客用水需求总量，以及沿途各站上水作业时间、上水设备条件、图定旅客列车对数、停站时间和同一时间内的旅客列车最高聚集列数等因素，研究提出我国普速旅客列车、高速旅客列车的给水站布局原则。

2.1 普速旅客列车给水站布局原则

由于办理始发、终到作业的车站列车技术作业时间和旅客乘降作业时间较长，能够充分保证列车上水作业时间，应确保该类车站旅客列车每节车厢满水供应，确定普速旅客列车给水站布局原则如下。

（1）具有 3 个及以上方向的车站原则上应作为给水站。具有 3 个及以上方向的旅客列车给水站由于车站站场只可能有上行和下行 2 个方向，一般都会存在折角列车[8]。折角旅客列车技术作业时间会更长，可以充分利用该段时间平行进行列车上水作业，目前旅客列车机车换挂作业时间标准都在6min及以上。

（2）相邻 2 个旅客列车给水站的间距应满足350～400km 的要求。普速列车每运行 5～6 h 应满水1次，每运行 3～4 h 应补水 1 次。我国大城市分布距离一般约为 300～400km，普速列车旅行速度大部分在 80～120km/h 之间，两相邻旅客列车给水站间距 350～400km 可以与之相适应。

（3）部分特殊线路车站应作为给水站。特殊线路除考虑旅客列车给水站设施设备运营维护成本外，还需要考虑其他因素，如集通线、青藏线、没有跨局旅客列车经由线路等。这些线路上的旅客列车给水站在路网中的重要性不能简单通过以上原则来确定是否保留或取消上水作业。

（4）列车运行中反映缺水比较严重或补水供给不足的车站应作为给水站。给水站的设置是为了保证列车上旅客正常的用水需求，在实际运行中对反映严重缺水或供给不足的站点应重点关注。

（5）给水设施老化严重且不满足上述原则的旅客列车给水站应予以取消办理上水作业。

2.2 动车组列车给水站布局原则

每天第 1 趟始发动车组列车应确保辆辆满水，给水作业主要在库内整备时完成，对于运行时间较长的动车组列车需要在部分车站安排给水，确定动车组列车给水站布局原则如下。

（1）高速铁路枢纽大站应作为给水站。高速铁路枢纽大站有大量折返动车组列车，站停时间较长，是动车组列车辆辆满水的重要保证。

（2）在列车运行图中有夜间停留、早晨始发动车组列车，并且当地没有动车检修整备能力的车站应作为给水站。

（3）动车组列车最长运行时间在 10 h 以上的两给水站，应在两站间选择较大高速铁路车站设置给水站。

2.3 给水站优化布局方法

（1）新建线路布局。①新建线路按照布局原则和基本技术参数初步排定给水站。②根据近期开行方案及中远期计划，对规划的给水站进行核验，形成近期给水站、中期给水站和远期给水站布局方案。③对近期给水站公布站名，编制给水方案；对中期给水站保留给水设备，不公布站名，不配备给水人员；对远期给水站可以预留给水条件。

（2）既有线路调整。①征求各铁路局意见，并对既有给水站给水量下滑幅度较大、绝对数较小和给水质量不高的 3 类给水站进行逐一分析，研究提出取消、分方向给水、补强改造、增配人员等建议方案。②在编制新运行图前，按照布局原则由列车担当局预排给水方案。③在新运行图公布前，将预排给水方案中可以取消的给水站通知各铁路局，由担当局梳理与取消站相关的车次，并且重新编制或修改给水方案。④对给水方案的经济性进行评价，研究可行性，由中国铁路总公司审核批准后实施。⑤对一次取消站较多的线路，可以按照涉及的车次数量及给水资源规模等分阶段、分步骤平稳推进。⑥全面测试、评估方案实施效果，并提出进一步优化的相关建议。

3 实例分析

3.1 基本情况

兰新高速铁路 2014年年底开通运行，由于兰新线能力限制，部分普速列车将逐步上高速铁路与动车组列车混跑，给水站布局需要进行优化调整，线路基本情况如下。①兰新线。兰新线全程1 944km，给水站有乌鲁木齐南、鄯善、哈密、柳园、疏勒河、嘉峪关、张掖、武威、兰州站 9 个。②兰新高速铁路。兰新高速铁路乌鲁木齐南—兰州全程约 1 805km，客运营业站乌鲁木齐南( 既有 )、吐鲁番北、鄯善北、吐哈、哈密 ( 高速、普速共站 )、柳园南、玉门、嘉峪关南 ( 与嘉峪关站有联络线 )、酒泉南、清水北、高台南、临泽南、张掖西、民乐、门源、大通西、西宁、海东西、乐都南、民和南、兰州西、兰州 ( 既有 ) 站 22 个。

3.2 优化方法

3.2.1 确定初步方案

（1）合理运距。兰新高速铁路如果仅有动车组列车运行，只需要在乌鲁木齐南、西宁、兰州、嘉峪关南 4 个站设置给水设施，但开行普速列车后按照平均站间距 350～400km 设置 1 个给水站的原则计算，理论应设置 5～6 个给水站。

（2）始发车站。由于高速铁路天窗限制，普速旅客列车上线初步安排在乌鲁木齐南—哈密和嘉峪关南—兰州 2 个区段，哈密—嘉峪关南短期内不安排普速旅客列车上高速铁路。2 个节点站哈密站和嘉峪关南站同时为地级市所在地，客流满足开行始发车要求，初步确定设置给水站。

（3）衔接 3 个方向车站。考虑吐鲁番北站连接南疆线 3 个方向、新疆地区大风对列车运行秩序可能造成的影响，兰新线吐鲁番站每年多次发生列车滞留，虽然吐鲁番北站距乌鲁木齐南站仅 158km，但仍应设置给水设施。

因此，初步确定乌鲁木齐南、西宁、兰州、嘉峪关南、哈密、吐鲁番北站 6 个给水站。

3.2.2 优化方案

按照给水站布局原则，进一步核对站间距和运行时分是否满足原则要求。兰新高速铁路站间距与运行时分表如表1 所示。

乌鲁木齐南—吐鲁番北站间距 158km，运行时间约 1 h 20min，满足原则要求；吐鲁番北—哈密站间距 372km，运行时间约 3 h 26min，满足原则要求；哈密—嘉峪关南站间距 473km，运行时间约 4 h 53min，超出布局原则的 350～400km 和3～4 h补水 1 次要求，在两站间选择距离适中的柳园南站；嘉峪关南—西宁站间距509km，运行时间约 4 h 50min，超出布局原则的350～400km和 3～4 h 补水 1 次要求，在两站间选择距离适中的张掖西站；西宁—兰州西 ( 兰州 ) 间由于兰州西、兰州站属于同一枢纽不同分工客运站，可以按照同一车站计算，站间距188 ( 216 )km，运行时间约 1 h 35min ( 1 h 59min )，满足原则要求。

综上所述，按照给水站布局原则，需要设置乌鲁木齐南、吐鲁番北、哈密、柳园南、嘉峪关南、张掖西、西宁、兰州西 ( 兰州 ) 8 个给水站。在根据给水站布局原则测算的基础上，考虑哈密—嘉峪关南短期内因高速铁路施工天窗要求，普速旅客列车短时间内不上高速铁路，柳园南站可以暂不纳入给水站；张掖西站在西宁和嘉峪关南 2 个满水站 ( 始发及站停时间 8min 以上的给水站 ) 之间，上线普速旅客列车大部分夜间运行，可以考虑暂不公布给水站，保留上水设施；吐鲁番北站衔接的南疆线暂时没有安排列车开行，可以考虑公布为给水站，待开行上高速铁路运行的南疆列车后安排上水方案。因此，确定兰新高速铁路乌鲁木齐南、吐鲁番北、哈密、嘉峪关南、西宁、兰州西 ( 兰州 ) 站 6 个给水站，平均站间距 361km，并且尽量安排普速列车在上高速铁路前和下高速铁路后在兰新线普速给水站进行上水作业。

3.3 经济评价

兰新高速铁路给水站布局优化方案的实施效果评价涉及多方因素，既要考虑经济性，也要考虑政治、民生等社会效益。

3.3.1 社会效益

（1）优化列车运行图。兰新高速铁路动车组列车全程运行 12 h 以内，按照给水原则，仅需要在始发和终到站上水，个别动车组列车在中间给水站补水 1 次。部分满水站需要站停 6min 以上，适当优化合并给水站后可以减小普速列车与动车组列车速度差对通过能力的影响，特别是兰新高速铁路部分普速旅客列车在乌鲁木齐南—哈密、嘉峪关南—兰州段 2 次上高速铁路运行，优化给水站布局并合理安排给水方案可以有效防止对高速铁路垂直天窗的影响。

表1 兰新高速铁路站间距与运行时分表

（2）节省旅客出行时间。结合普速旅客列车上线运行制定兰新高速铁路的给水站布局，高速铁路运行后，普速列车运行时间由原来的 20 h 以上缩短为 15 h 左右，并且大部分旅客列车为夕发午到，夜间运行旅客用水量较少，可以进一步缩短停站时间，提高旅行速度。

（3）节约水资源。兰新高速铁路沿线大部分为戈壁荒漠地带，水资源极度匮乏，优化给水站布局，集中在地级市 ( 自治州 ) 所在地车站，有利于保护沿线环境，节约当地宝贵的水资源。

3.3.2 经济效益

给水站的运营费用由无关成本和有关成本 2 个部分组成。①无关成本，即与行车量无关的成本，主要包括固定设施设备维修维护费、职工工资及附加。②有关成本，即与行车量有关的成本，主要包括给水用水费、管理费分摊。

式中：Ws为给水点 S 运营的无关成本；Ys为给水点 S 运营的有关成本；其中，无关成本的大小主要与站点规模有关，但同一规模下设备数量不同，有关成本也有所差异，因而无关成本的变化用车站设施设备使用 Ts和给水员人数 Fs来表示；有关成本用给水量 Vs来表示，Vs=18 000 Q。

综合考虑上述因素，并且将费用转化为货币形式，即可初步量化比较实施的效果，Z 为优化上水站布局后费用差额，计算公式为

式中：S优为优化上水站布局后费用；S原为原上水站布局费用；当 Z＜0 表示需要取消较小、布局不合理的给水站，资源相对集中到大站，节省成本；约束条件表示给水站间距不超过400km。

以兰新高速铁路为例，按照给水站布局基本规则，应安排 8 个给水站，通过进一步优化合并，取消柳园南、张掖西站 2 个给水站，其设备人员标准情况如表2 所示。

表2 兰新高速铁路取消本线给水站标准情况统计

如果取消上述给水站，结合实际测试结论，优化所涉及的各车次给水方案，则柳园站需要增加给水辆数 108 辆和给水员 6 人；嘉峪关站需要增加给水辆数 270 辆和给水员 6 人；合计 2 个站增加给水辆数 378 辆，减少人员 30 人，除去预计给水辆数，实际减少给水辆数 108 辆 ( 216 + 270 - 108 - 270 =108 )，每辆补水 0.5 t，合计 54 t )。优化后差额为

式中：t 为额外增加每天设备维修费率，取 0.5；f 为给水员人均每天工资，取 100 元/人；v 为水价，取 2.5 元/t。

Z＜0 说明可以取消柳园南、张掖西站 2 个给水站，将部分资源调剂到周边大站后，整体成本消耗减少，优化布局方案经济可行。

4 结束语

近年来，随着铁路大规模建设和列车运行速度的逐步提高，给水站之间的运行时间不断压缩，原有的给水站布局设计要求已经不能适应变化中的给水需求，资源配置存在浪费。在对给水站布局影响因素分析的基础上，研究提出适合我国普速旅客列车、高速旅客列车给水站的布局原则和优化方法，对优化调整我国给水站布局方案具有实际指导意义。兰新高速铁路对柳园南站、张掖西站取消给水站后，相比其他站资源更加集中，兼具社会效益和经济效益。

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[7] 王 培. 铁路旅客运输站车给水系统研究[D]. 北京：中国铁道科学研究院，2011.

[8] 中国铁路总公司运输局. 铁总运[2014]224号 中国铁路总公司关于印发《旅客列车给水工作管理办法》的通知[S]. 北京：中国铁路总公司，2014.

责任编辑：吴文娟

青藏公司与青海机场共建空铁联运品牌

2015年 5月 17日，青藏铁路公司和西部机场集团青海机场有限公司在西宁站广场联合举行宣传活动，向过往旅客介绍空铁联运产品。

兰新高速铁路开通以来，西宁站客流明显增加。同时，高速铁路的开通为青海航空业的发展带来新机遇。经过市场调研，高速铁路开通后西宁周边 500 km范围内的旅客对通过高速铁路到达西宁、再换乘飞机的需求比较旺盛，2 种交通方式的互补性日益显著。

西宁站与曹家堡机场间的客运大巴已进入试运营期，海东高速铁路站至曹家堡机场间的大巴专线正在筹备运营。下一步，2 家企业将继续推进运输服务产品的深度融合，加快推进互设售票及服务柜台、互相开展宣传、打造一站式购票服务等工作，共建空铁联运品牌，为推动青海经济社会发展贡献力量。 （摘自《人民铁道》报）

沈丹客运专线开始联调联试

2015年 6月 1日，沈(阳)丹(东)铁路客运专线联调联试工作全面展开。

沈丹客运专线全长 205.7 km，2010年 5月 1日正式开工建设，为双线电气化无砟轨道，起自哈大高铁沈阳南站，途经本溪新城、本溪、南芬北、通远堡西、凤城东、五龙背东，止于丹东站。全线共有双线桥梁 82 座，总桥长 74.86 km，占线路总长的 36.4 %。全线新建隧道58座，均为单洞双线隧道，累计长度 90.07 km，占线路总长的43.7 %。正线设计运行时速 250 km。

联调联试是以沈丹客运专线和沈阳南站达到设计速度为目标，采用相关检测设备在规定测试速度下对其各子系统及相关系统间接口、匹配关系进行综合测试；评价和验证牵引供电、接触网、通信、信号、客服、自然灾害及异物侵限监测等系统的性能；验证路基、轨道、桥梁、隧道等结构工程的适用性，评价综合接地、电磁环境、振动噪声是否满足相关标准的要求，为全线顺利开通运营提供科学依据。

（摘自《人民铁道》报）

Study on Optimizing Distribution of Water Supply Stations of Railway Passenger Trains in China

Based on expounding the influence factors of distribution of water supply stations, including total volume of passengers’ water demand and water supply time, targeting with the distribution principle of water supply stations of common-speed passenger trains and EMUs, this paper puts forward relative methods of optimizing distribution of water supply stations, makes example analysis of Lanzhou-Xinjiang HS, studies the optimization program of water supply stations on Lanzhou-Xinjiang HS, establishes the measuring & comparison model for validating the optimization effect and makes evaluation on economic and social benefits of the program, all of these have guidance meaning on optimizing and adjusting the distribution program of water supply stations in China.

Distribution of Water Supply Stations; Optimization Program; Economic Evaluation

1003-1421(2015)06-0027-06

U291.6+7

A

2015-04-20