零停靠调度技术的轨道运输节能效率测试研究

魏仁辉

摘要：与国民经济的迅猛增长相伴随，我国轨道交通承载的运输负荷逐年增加，为提高运力，压缩客运、货运列车占用轨道与站台的时间，以对运输服务质量的保证为前提降低能源消耗，进行零停靠调度技术的研究，通过将其应用于轨道交通运输中，实现对列车需停靠站台与无需停靠站台车厢的动态与有序分离。经测试验证，零停靠调度技术这一构想的能耗节省率与时间效率提升效果明显，可有效节省列车起停时间与动能源损耗，经济效益与社会效益显著。

关键词：零停靠调度技术，轨道交通，列车运输，节能效率，时间效率

中图分类号：TK01+8 文献标识码：A 文章编号：1001—5922（2021）02—0052—04

在交通问题日益严峻的背景下，轨道运输愈发受到青睐，逐渐发展为公共交通运输方式的骨干。与其他公共交通运输工具相比，轨道运输具有运量大、安全舒适、快速环保等优点，可极大地缓解地面压力，然而与客运量与货运量的不断增长相伴随，轨道运输巨大的能源消耗问题也越来越突出，节能研究意义重大。

在轨道交通运营环节，各种运输组织因素如车型、车辆启动制动方式、车辆最高速度、站间距、牵引供电系统电压与馈电方式、季节因素、线路条件与行车密度等均对车辆运行能耗有重要影响。科学的运输组织方式可在确保运输服务质量的前提之下合理配置资源，降低不必要的能源消耗。文章提出零停靠调度构想，通过轨道动态分离运输环节需要停靠站台及无需停靠站台中转的车厢，达到将现有轨道运输节能效率提高的目的。

1轨道交通车辆运输相关概念

1.1运输模式与运输内容

从运输模式来看，轨道交通车辆运输计划包括固定区段与不固定区段两种模式，其中，不固定模式是编制计划时优先考虑的运输模式，指运输的区段是不固定的，这样轨道交通运输车辆有较高的利用率，可将快速灵活的特点有效发挥出来。然而，由于此模式需折返作业，无法保证持续时间的紧凑性，在有较大运行干扰出现之时，会对车辆的运输产生影响。相对来说，固定模式简单，有利于轨道交通运输车辆的管理，故此模式依旧可行。

从运输内容来看，可将运行线路、连续环节形成的每套列车组每天的运输计划称为轨道交通运输列车组交路段，根据满足检修要求的接续规则连接可用交路段，可以形成列车组运输检修周期内的运输计划，称作列车组运输交路。

显而易见，固定与不固定模式都可以产生交路段，交路段可构成列车组运输交路。轨道交通运输列车组运输计划需要两种模式的结合，基于不固定模式进行固定模式的补充，以此将各模式优点充分发挥出来。图1所示为两种运输模式。

图1所示的不固定模式交路由两个交路段组成，表示某一轨道交通运输列车组第1天从A站始发，按交路段1（4-5-10）运行之后停留于c站;第2天，该列车组又由c站始发，按交路段2（1-6-9）运行之后在A站所属运输所接受一级检修。固定模式交路仅含一个交路段3（2-3-8-7-12-11），第1天由A站始发，按交路段运行之后返回至A站所属运输所，第2天继续此交路段运行，之后在A站所属运输所接受一级检修。

1.2接续时间与运输时间

轨道交通运输列车组的接续时间与运输时间是对列车组运输效率进行衡量的重要概念，前者指在一个交路段内，由列车组担当某次列车运行到某终到站时起，到列车组再次担当其他车次由此站始发时止的在站作业停留时间;后者指列车组在担当某交路过程中在途运输时间（含停站时间在内）与接续之间之和。

2零停靠调度技术构想

传统的轨道交通，运输模式都是在运输线路沿途各个站点停靠，供乘客上下换乘或货物中轉。以客运列车为例，此类列车载客量很大，每一停靠站均是为较小比例的乘客上下而停车，转而又重新启动并加速，消耗的动能与车组数量的增加相伴随而逐渐增大，列车运输时间成本也会增加。以南宁至北京的T5次快速列车为例，全程27h58min，而仅消耗在停靠站的总时间就有1h33min。

针对上述情况，可以将传统运输模式改变，以缩短或省去不必要的停靠时间，降低起停车组动能损耗为目标，基于精确测量定位、车速控制以及计算机车辆安全调度系统等技术的支持，实现轨道交通运输列车的零停靠调度运营。

此处同样以快速列车为例对轨道交通运输列车的零停靠调度技术进行构想。列车从始发站出发，在其最后1节（或2节）车厢进行乘客上下车周转车厢（此处视作A周转车厢）的加挂;第2站准备另一上下车周转车厢（视作B周转车厢），事先做好乘客上车候车的安排;第3站准备第3组上下车周转车厢（视作C周转车厢），同样做好乘客上车候车的安排。在列车运行至第2站之前的半个小时之时，将准备在第2站下车的乘客统一转移至A周转车厢，待转移工作完成之后列车同A周转车厢脱钩并匀速向前行进，A周转车厢则承载准备下车的乘客缓慢减速，同列车分离拉开大约5min的车距，之后继续前行，待行驶进入第2站之后，轨道扳道切换引导A周转车厢进入站台停车，乘客下车;进一步地，待列车以之前行驶速度匀速驶出第2站之后，B周转车厢追赶列车并同其挂接，B周转车厢所载上车乘客向列车转移，而准备在第3站下车的乘客则统一转移至B周转车厢，待转移工作全部完成之后列车同B周转车厢脱钩并匀速向前行驶，B周转车厢则承载准备下车的乘客缓慢减速，同列车分离拉开大约5min的车距，之后继续前行，待行驶进入第2站之后，轨道扳道切换引导B周转车厢进入站台停车，乘客下车;以此类推，待列车以之前行驶速度匀速驶出第3站之后，c周转车厢追赶列车并同其挂接。A周转车厢在进入第3站之后，作为下一趟列车的追赶周转车厢，B周转车厢进入第3站之后，作为下一趟列车的追赶车厢。

3轨道运输节能效率测试

3.1能耗节省率测试

以某和谐号c型电力动车组为例测算应用零停靠调度技术后的轨道运输节能效率，该动车组列车总质量400t，列车在匀速行驶过程中时速可以达到300km/h，行程2000km，停靠站数平均为10站，对动车组行驶产生驱动作用的电机功率为4600kW，折算到主变压器原边侧的功率大约为5500kW，考虑到列车反复的启动与停站会造成动能损失，计算如公式（1）所示：

按照0.5元/（kW-h）的工业用电价格计算，列车每日平均运行时长为10h，则其年节约能耗可达1.06x10⁶元。若进一步按照29307kJ/kg的折标煤系数计算，则其每年节约的标准煤大约为260t，对应的CO2与SO2排放量的减少大约为680t与2.21t。

3.2时间效率提升测试

以南京东至北京西的G422列车为例，全程总耗时12h59min，中途停靠19个站，每个站停车时长不一，一共为68min（停车减速与启动提速时间折算在内），采用零停靠调度技术，列车可减少68min的运行时间，时间效率提升为68/（12×60+59）×100%=1%。按照普通列车T5计算，南宁站至北京站总耗时27h58min，采用零停靠调度技术，列车减少1h33min的运行时间，时间效率提升为（1×60+33）/（27x60+58）x100%=5.90%。

3.3模型驗证

为了对零停靠调度技术应用中列车能耗同运输距离的关系进行验证，此处制作一个半径为5m的水平圆形列车轨道模型，列车配用电池使用锂电池，将其用作对模型列车进行测试的驱动电源，以一次性充满同样的电量为前提，得到表1所示模型列车在单位时间内停靠次数与连续运行2种情形之下的最大运输距离。

根据表1，以相同质量载荷为前提，列车的间隔停靠相较于连续运行而言，前者的行驶距离要短出7-18m的水平，且运行能耗同行驶距离正相关。以每分钟停靠5次为对照，可得到如表2所示的每分钟停靠3次与连续运行的节能效率。

在实际轨道交通列车运输过程中，载荷更大，这会增加列车起停运行的能耗，另外，列车的电机效率也会存在一定的损耗，故基于零停靠调度技术的列车连续运行节能效率会更理想。

4结语

零停靠调度技术可以在较大程度上加快轨道交通运输列车的运行速度，减少其运行能耗，经济效益与社会效益显著。从经济效益层面来看：①零停靠调度技术由于主车保持连续无停靠运行的状态，可将大部分乘客/货物在中转站的停留时间缩短，并将列车组的起停运行转变为周转车厢的起停运行，相对而言实现了起停动能损耗的降低。②由于轨道交通运输列车组实现零停靠调度，各列车占用轨道线路的比率减小，这有利于增加列车的发车频率，在交通沿线上，各站上下乘客/装卸货物是随意的，可为乘客，货物向沿线分布提供便利，减少拥挤至中转枢纽的乘客，货物，使上下乘客/装卸货物由先前的以点为主向以点、线结合为主，实现轨道运输通道利用率的增加。另一方面，通过在运输高峰期增加列车发车频率与周转车厢的站点数，还能增加客运量，货运量，对我国轨道运输高峰期的客流/货物疏导而言均十分适用，能够在较大程度上减少由于增加列车总量而导致的运输高峰期的运力投入。③利用周转车厢，列车还能够实现短途客运，货运的特快化运行，可增加快速运输的附加值。

从社会效益层面来看：①零停靠调度技术的应用可增加城市与区域之间在政治、经济与文化等方面的交流及往来，增强城市及区域综合竞争力，为城市与区域形象及特色的塑造与亮化助力。②可加速城镇化与工业化的发展，将城乡差距缩小，为欠发达区域提供更加公平与开放的社会资源，推动社会和谐与进步。③可产生交通走廊辐射效应，对相关产业的发展产生拉动作用，同时，增加社会就业岗位，保证就业率。

今后，零停靠调度技术的设计与应用还需从以下方面加以完善：①以能源计量核算、单位能耗限额与车厢挂接技术标准化等为人手点，进行相关技术规范与标准的制定，以实际的节能减排技术指标为参照适当给予节能奖励;②先行在小区域之间的轨道货运试点应用零停靠调度技术，保证行车安全，以此为前提达到降耗、减排、增效的目的;③先行应用于货物运输环节，在得到充分的运行测试与论证，做到风险可控之后。向低速、普通客、货运输推广。