我国稀疏铁路基本特征及运输组织模式研究

田婉琪，赵 鹏，乔 珂，宋文波

TIAN Wanqi1，ZHAO Peng2，QIAO Ke3，SONG Wenbo4

（1.北京交通大学 轨道交通运行控制系统国家工程研究中心，北京 100044；2.北京交通大学 交通 运输学院，北京 100044；3.北京交通大学 国家轨道交通培训与认证研究中心，北京 100044；4.中国铁路成都局集团有限公司 成都北车站，成都 610500)

《中长期铁路网规划》(2018 年调整)[1]提出铁路网的远景规划应适应全面建设小康社会的目标要求，扩大规模，完善结构，提高质量，快速扩充运输能力，迅速提高装备水平。目前，我国的铁路网已初具规模。东部地区铁路网比较稠密，技术标准相对较高，而西部地区路网稀疏，技术标准较低，主要以大能力区际干线和煤运通道为主，快速铁路网建设相对落后[2]。相对一般铁路而言，稀疏铁路是指客货运量较少、运行速度较慢、线路条件复杂的一类铁路线路，主要分布于我国人烟稀少、地势地貌环境恶劣、交通不便捷的地区。我国典型的稀疏铁路线路有青藏铁路、川藏铁路、南疆铁路、敦格铁路、和若铁路等，以西部地区较为典型，除此之外，东北也有少量稀疏铁路。目前，稀疏铁路线路技术相对落后，运营条件普遍较差，运输组织管理水平受限[3]，针对稀疏铁路的基本特征研究及运输组织研究较少。分析稀疏铁路线路的基本技术特征、社会环境特征，提出稀疏铁路运营主要存在问题。基于稀疏铁路的运输需求特征，分析稀疏铁路的3 种典型的运输组织模式，对稀疏铁路的“无人化”和“免维修”运输组织管理进行探讨。

1 稀疏铁路的特征分析

1.1 基本技术特征

稀疏铁路这类特殊而重要的线路，除了具备大部分普通铁路承担客货运输、加强区域合作和经济联系、带动地区经济发展等作用外，还具有贯彻我国民族政策、加强民族团结、维护社会稳定以及促进国际交流等特殊作用。特别是在国家军事战备以及灾害救援等特殊时期，可以起到巩固国防、加强国家资源调配等方面的特殊作用[4]。稀疏铁路在平日承担的客货运量较少，但在特殊时期应具备通过调度指挥实现高密度、大运量的运行条件。因此，优化运输组织方式，提高运输效率对稀疏铁路的运营管理具有重要意义。我国典型的稀疏铁路线路主要特征包括以下方面。

（1）分布地区。稀疏线路的起讫点一般位于我国偏远山区、高原地区等，或沿线多途径偏远山区、高原地区等，周围区域未形成铁路网或交 通网。

（2）运量范围。稀疏线路沿线人口密度较低，出行需求和对外交流较少，客货运量一般较小。但部分地区富含矿产能源、动植物资源等，货运量相对较大。

（3）运行速度。由于地形地貌特征的制约，稀疏铁路线路曲线较多、平面性差，线路允许速度偏低，大部分线路的允许速度为100～140 km/h。

（4）单复线设置及闭塞方式。稀疏铁路受自然条件限制，建设难度大，初期一般建设为单线铁路，复线率低。因为运量较小，同时受地形和牵引能力的影响，稀疏铁路多采用半自动闭塞方式。单线半自动闭塞铁路的运力在线路投入运营初期基本与运输需求相适应。

（5）车站设置。西部地区人烟稀少、人口密度较低，车站设置相对稀疏，站间距长，区间列车运行时分长，行车密度较低。在各类别的车站中，中间站和“无人站”占比较大，编组站较少，车站编组作业能力低。

例如，青藏铁路是具有代表性的稀疏铁路。青藏铁路线路设计技术参数如表1 所示。

表1 青藏铁路线路设计技术参数Tab.1 Design and technical parameters of Qinghai-Tibet Railway

1.2 经济社会环境特征

稀疏铁路所处地区自然环境条件复杂，地理位置特殊，铁路建设和运营技术难度相对较大。这些因素对稀疏铁路线路的建设、机车车辆设计、牵引供电方式、列控系统、调度指挥、运营安全等各个方面都提出了更高的要求。典型的稀疏铁路线路所在区域的经济社会包括以下特征[5]。

（1）矿产、动植物等自然资源丰富。

（2）自然环境复杂，地质条件差，气候恶劣。西南地区地势高峻，地貌结构以山地、高原为主，西北地区地形复杂，山地、高原、盆地、丘陵、平原等各种地形俱全。气候恶劣，大风、雨、雪频繁，高寒、缺氧问题严重。复杂的自然环境使铁路线路的建设和运营维护难度加大。

（3）少数民族聚居，社会文化环境特殊。稀疏铁路沿线地区传统观念和意识强，对外交流机会少，对市场经济新观念、新习惯的适应程度偏弱，少数民族地区的宗教影响较强。

（4）地区存在较长的国境线。我国西部地区共与12 个国家接壤，陆地边境线长度超过1.8 万km， 约占全国陆地边境线的91%；与东南亚许多国家隔海相望，有大陆海岸线1 595 km，约占全国海岸线的10%。

（5）铁路网稀疏落后，交通运输不发达。我国西部地区面积占全国的55%，而铁路营业里程仅占全国的25%左右[6]，且运输网络密度低，线路质量差，各种运输方式缺乏合理分工，发展不协调。目前，我国西部地区运能不完全适应经济社会发展需要，妨碍了东、西部交流，不利于西部沿边地区经济的繁荣。

（6）经济发展相对落后，沿线未形成完整的经济带。西部地区原有经济基础比较薄弱，西藏、青海、宁夏、甘肃的GDP 远低于其他省、市、自治区，该地区的铁路网的发展受到很大限制。

1.3 主要存在问题

稀疏铁路所服务的经济社会环境的特殊性，决定了稀疏铁路在前期规划、建设和后期运营管理、使用维护等多个方面均与一般铁路线路有一定差别。目前存在的问题主要包括以下方面。

（1）稀疏铁路规模小、质量差、技术标准低、地区周围未形成完整的路网。

（2）现有交通基础设施技术水平落后，如西部铁路的复线率低，仅为15.4%，低于全国水平近19%[7]。由于稀疏铁路以单线为主，运行速度较低，闭塞方式多采用半自动闭塞，再加上牵引设备不足，严重制约了线路的运输能力。

（3）与东部经济发达地区的联系通道较少，既有通道运输能力基本饱和，不能满足以长途、快速为主的客流出行需求

（4）不具备在特殊时期(军事战时、抢险救灾等)高密度、大运量运行的条件，不支持通过调度指挥实现线路运量大幅度提升。

2 稀疏铁路运输组织模式分析

2.1 稀疏铁路运输需求特点

稀疏铁路运输需求主要受到稀疏铁路所在地区经济社会特征、既有交通运输结构、资源的分布及开发利用、国家政策扶持、地理人口特征5 个方面因素的影响[7]，其特点主要包括以下方面。

（1）需求总量相对较少。稀疏铁路所在地区自然条件恶劣，吸引范围内人烟稀少，本地人口活动频率较低。运输需求总量相对一般线路较少，尤其是客运量。2014 年西部地区旅客发送量为4.34 亿人，仅占全国旅客发送量的18.63%，其中地区内旅客发送量3.33 亿人，占西部地区旅客发送量的76.75%；而西部发往东部的旅客发送量为1.01 亿人，占西部旅客总发送量的23.25%[8]。与东部地区相比，西部地区人员交流需求有很大的增长空间。货运方面，2014 年西部地区铁路货运量为9.95 亿t， 占全国铁路总货运量的32.48%，货运流向主要为东部地区，货运品类构成以煤炭、焦炭、钢铁等大宗物资为主，其中煤炭的货运量占总货运量的54.57%[8]。

（2）以货运为主运距较长。由于广大的西部地区人口稀少，而能源、资源非常丰富，目前西部地区的铁路运输以货运为主。为促使资源优势向经济优势转变，货物运输将在很长一段时间内在铁路运输中占主导地位。西部各省区大多处于工业化起步阶段，其工业产品附加值低，主要以原料和半成品运输为主，产业结构不合理。在相同的工业产值的情况下，西部地区所产生的货运量、货运周转量均较大，运输距离长。

（3）运输需求逐渐增长。随着西部大开发的不断推进和“一带一路”倡议的实施，在今后较长一段时间内，西部铁路运输需求将随着经济社会的发展逐渐增长。运量的生成与地区的经济发展和经济结构有很大关系。2018 年西部12 省区市铁路客运周转量为3140.84 亿人公里，占全国铁路客运周转量的22.20%。2016—2018 年，西部地区铁路旅客周转量从2633.12 亿人公里增长为3140.84 亿人公里，年增长率为9.6%。随着西部开放步伐的逐步加快，东、西部经济文化交流的日益繁荣，西部客运需求必然快速增长。因此，西部铁路运输需求的规模和数量在较长一段时间内将保持快速增长势 头[9]。2016—2018 年西部典型省、自治区旅客周转量如表2 所示；2016—2018 年西部地区(12 省、市、自治区)总旅客周转量如表3 所示[10]。

表2 2016—2018 年西部典型省、自治区铁路旅客周转量 亿人公里Tab.2 Railway passenger turnover (2016-2018) in typical provinces and autonomous regions in Western China

表3 2016—2018 年西部地区(12 省、市、自治区) 铁路旅客周转量Tab.3 Railway passenger turnover (2016-2018) in Western China (12 provinces, municipalities and autonomous regions)

（4）运输需求在季节和时间上和具有较大波动性。客运方面，西部地区自然条件恶劣，吸引范围内人烟稀少，本地人口活动频率较低，客流大多来自外线，旅客运输在季节、时间上有较大波动性。客运需求具有总量规模小、增长快、季节波动性大、外来旅客为主体的旅游客流比重大等特征。货运方面，西部地区的货运需求具有明显的地域性、季节性和方向上的不平衡性。铁路大宗货物的运输需求取决于国土资源开发程度和公路运输集散 能力。

2.2 运输组织模式分析

稀疏铁路作为特殊的铁路线路，存在多种不同的运营场景。因此，需要根据其线路技术特点、客货运量的特征，对原有的铁路运输组织模式进行相应调整，采用与稀疏铁路特征相匹配的运输组织模式。为满足稀疏铁路在特殊情况下的运输需求，调度中心的系统中应根据不同的运营场景设计匹配多套运行模式，并针对每种模式制订预案，实现在突发事件发生时的快速应对和调整。依据不同场景下运输组织的要求，稀疏铁路的运输组织模式可以分为以下几类。

（1）日常客货需求运输组织。稀疏铁路日常运输组织依据需求特征按照计划执行，组织方式与一般铁路相同。该模式下，稀疏铁路运输需求随时间波动，列车的运行密度也随之波动。在小运量条件下，这种需求的波动加大了运输组织难度，降低铁路运营效益。因此，可以基于运输需求，实时动态列车开行密度的调整，加强需求与运力的综合平衡，提高二者之间的匹配程度，达到兼顾需求和效益的目标。

（2）军事战时运输组织。军事战时应满足高密度、大运量运行的条件，需要支持通过调度指挥实现线路大运量的运输条件。同时，还应充分考虑军事运输需求的特点，建立和完善军事运输能力后备和运输后勤保障体系，满足军事运输中危险品和阔大货物运输需求，保证高效优质完成军事运输任务。线路通过能力条件允许时，可以通过调整运行图、提高牵引质量和行车密度的方式提高运输能力。当区间已经达到最大通过能力上限时，可以考虑提高信号系统性能，改善设施设备条件，从根本上提高线路区间通过能力。

（3）灾害事故运输组织。稀疏铁路线路容易出现自然灾害，针对自然灾害的类型，建立和完善灾害事故预警系统，形成多级应急响应和应急机制，加强预警系统自动化管理，提高重点流程的响应和处理效率。

2.3 “无人化”和“免维修”运输组织管理分析

由于稀疏铁路线路沿线人烟稀少、自然条件较为恶劣，运营维护成本较高，我国稀疏铁路应进一步加强“无人化”和“免维修”的运输组织管理，适应将来运输需求的增加和应对突发事件对运力的要求。

（1）研发适应稀疏铁路的列车运行控制系统，采用先进的移动闭塞或自动闭塞技术，加强对列车运行的保障，实现无人区列车运行控制信息化和中间站行车作业自动化。

（2）采用高可靠的固定设备，尽量减少设备检修和维护工作量。同时，应用先进的固定设备状态监测和监控技术，建立基于网络信息技术的稀疏铁路综合监测系统，为设备维护和施工组织提供决策依据。

（3）实现智能运营维护，建立硬件系统综合维修基地，改革设备修制、修程，减少维修工点和维修人员。维修工作人员的配置应尽量满足“一职多能，兼职兼岗”的要求。

（4）施工机械化、科学化。针对稀疏铁路特殊的自然环境以及恶劣的工作环境，为了提高设备维修和施工组织的效率，降低劳动强度，在各种设备维修和施工作业中应尽可能实现机械化。

（5）列车运行控制系统应含有多套运行模式，预设多种运营场景预案，能实现突发事件发生时的快速响应。

3 结束语

根据稀疏铁路线路的基本技术特征、运输需求特点，稀疏铁路线路日常运输需求量较少，而在特殊时期应具备高密度、大运量运行的条件，能够支持通过调度指挥实现线路大运量的运输条件，将来的发展方向是实现基于动态间隔的运能可配置的新型列车运行控制系统技术，即根据运输需求实现列车运行组织的实时调整、配套运输设备智能调整和维护，提高运输能力和运输效率。