铁路枢纽内动车组运维检修规模测算分析研究

谢红太，王 伟，武振锋

（1. 兰州交通大学机电工程学院，甘肃 兰州 730070；2. 华设设计集团股份有限公司铁道规划设计研究院，江苏 南京 210014）

随着经济社会的进一步发展和铁路运输服务品质的快速提升，动车组已逐渐取代传统客运列车成为国内铁路客运任务的新一代主力产品，但在运用维护方面从国铁集团及国内七大动车组检修基地的统计数据显示，国内动车组标准不统一、车型种类较多、运转效率较低、运用动车组检备率较高、动车组检修能力紧张、检修资源不足、失修及过修问题突出[1-4]。 结合实际运输需求提高全路动车组一体化运转整备任务是目前亟待解决的问题之一。

高速动车组是高新技术密集型产品，必须利用系统工程理论对其可靠性和维修性进行研究，强调设计、制造、运用和维修中的信息反馈，建立统一的高速动车组技术标准，以指导我国高速动车组的维修工作。 相比日本、德国及法国等发达国家，我国高速铁路发展起步较晚， 尤其在高速动车组高级别运用检修方面更是经验严重不足， 可参照经验数据较少，目前还没有统一的检修标准和运用维护体系[5-7]。国内在高速铁路动车段（所）新线设计中一般采用吸收国外成套先进经验并参照国内已有动车组基地设计的方式。

1 我国动车组检修制度及方式

参照日本、德国及法国等先进国家高速列车运维方面的成熟技术经验，高速列车检修制度以可靠性、运行安全性及舒适性为中心，实行计划修与状态修相结合， 集中修与换件修相结合的检修制度。鉴于此，我国以国铁集团为主导在先进维修技术理论引导下，提出了以预防修为主的动车组五级修程系统，其中一、二级修属于日常运用维修，以维护保养为主；三、四、五级修为高级别修，以全面恢复动车组基本性能为主，对于国内主流车型（如CRH1/2/3/5、CRH380A/B/C/D 及CR400AF/BF） 制定了相关检修规程和标准，国产动车组检修等级和检修周期见表1[8-9]。 CR400AF/BF 平台中国标准化动车组于2019 年投入商业运营，截止目前还不足动车组高级修检修周期， 根据国铁集团2020 年2 月发布的《CR400AF/BF 平台动车组三级检修规程TG/CL156-2020》中规定了CR400AF/BF 平台动车组三级修周期暂以运行（120±10）万km 或运行3 年以先到为准，同时根据指导意见，高级修检修里程周期上限将分阶段逐步延长至165 万km[10-11]。

表1 国内动车组检修周期Tab.1 Maintenance cycle of domestic EMUs

动车组各修程检修停时及检修内容见表2，其中动车组检修次数是以一个五级修定检公里为计算循环周期。 动车组三、四级及五级修分别为重要部件分解检修、系统全面分解检修及整车全面分解检修[12-13]。

表2 动车组各修程检修停时及检修内容Tab.2 Maintenance stop time and maintenance content of each maintenance program of EMU

2 枢纽内动车组配属及检修规模测算

2.1 枢纽内动车组配属规模测算

动车组作为国内旅客运输的主要载运工具，枢纽内动车组配属数量直接关系着能否满足铁路运输需求及运维实施的配套规模。 现阶段铁路开通运营后承担动车段（所）配属动车组数量主要根据实际列车运行图来准确计数确定， 但在枢纽内铁路规划及铁路设计时期动车组配属规模测算时，往往面临列车运行图绘制复杂、 困难及预测准确性差等种种问题； 因此结合目前各铁路设计单位在动车组配属规模测算方面的设计经验及传统理论计算方法， 总结提出了基于动车组日车公里数及全周转时间的两种承担动车段（所）动车组配属数量测算方法[14-16]。

2.1.1 列车运行图测算法

根据枢纽内客流情况、列流组织及动车组运用计划编制原则，所有动车组在站K 的最短接续停留时间为[17]

最优周转时枢纽内所需动车组数量为

式中：N 为区域枢纽内铁路总运行线路数；M 为区域枢纽内铁路总车站数；tls为动车组始发时间；tld为动车组终到时间；1 440 为动车组日运转时间，min；ZK为动车组在站停留时间，min。

2.1.2 全周转时间测算法

根据动车组全周转时间分析计算，动车组枢纽内配属动车组数量包括运用动车组数量、检修动车组数量及备用动车组数量之和，表示为

式中：N配属为动车组检修基地配属动车组数量，列；N运用为运用动车组数量，列；N检修为动车组二、三、四级及五级修在检动车组数量和，列；N备用为备用动车组数量，列。

1） 运用动车组列数N运用。根据动车组运行全周转时间计算枢纽内运用动车组数量，动车组日运行时间按18 h 取值，则枢纽内运用动车组数量可表示为

式（4）～式（6）中：T总为枢纽内运用动车组全周转时间和，h；18 为动车组日运行时间，h；T1为枢纽内全部开行动车组日旅行时间之和，h；T2为动车组一、二级检修作业时间和，h；T3为动车组在站停留时间，h；α 为动车组运行图备用系数，取值0.1；D一级，D二级为动车组一、二级修定检公里数，km；T一级，T二级为动车组一、 二级修检修停时，h；Cj为对应交路内动车组日走形公里数，km；j 为动车组交路编号。

对于动车组在站停留时间T3，结合铁路客运专线及提速线路设计工作经验，根据动车组运用交路长度Lj的范围，给出如下参考取值[18]

2） 检修动车组列数N检修。 考虑到现阶段铁路部门进行日常一、二级检修采用分时作业，其中一级修主要集中在夜间（21：00-8：00）时间段进行作业， 二级修主要集中在白天进行作业， 结合目前《铁路动车组设备设计规范TB 10028—2016》及动车组检修规程，一、二级修检停时较短，检修动车组列数主要包括三、 四级及五级修在修动车组数量和，即

式中：β 为动车组检修不平衡系数 （或称为波动系数）；Sj为枢纽内对应交路动车组年走形公里数，km；D五级为动车组五级修定检公里数，km；250 为动车组大修（三、四、五级修）年检修工作天数，d；R三级、R四级、R五级为动车组三、四级及五级修修程检修停时系数。

式（8）中对于动车组检修不平衡系数β 的取值一般根据不同修程检修波动情况，可参考取值范围为1.0≤β≤1.4[19]，一、二级修时取β=1.2，三、四级修时取β=1.1，五级修时取β=1.0。

动车组一级修检修列数N一级及二级修检修列数N二级可参照式（9）～式（10）进行计算：

结合表1 国内动车组检修周期分别根据配属车型进行检修停时参数计算， 本文计算参照CRH3及CR400AF / BF 平台动车组定检公里指标进行测算，各检修等级检修停时参数见表3。

表3 CRH3 及CR400AF / BF 平台动车组各修程检修停时参数Tab.3 CRH3 and CR400AF / BF platform EMU maintenance period corresponding to maintenance stop parameters

3） 备用动车组数量N备用。枢纽内备用动车组数量一般可按运用动车组数量乘备用率进行计算

式中：ζ 为动车组备用率（或称预留率），新线设计中一般取ζ=0.06。 根据 《铁路动车组设备设计规范TB 10028—2016》结合目前国内铁路部门备用动车组配属情况及分布规模， 全路备用动车组数量很少，备用率总体小于0.06，个别铁路局动车组备用率略高于0.06。

2.1.3 日车公里测算法

一般在新建高速铁路设计中结合枢纽内客流及行车组织情况，动车组平均日走形公里指标保守取值，不考虑检修动车组数量。 根据动车组日走形公里数计算新建铁路本线枢纽内新增配属动车组数量，表示为运用动车组数量与备用动车组数量之和

式中：N′运用为运用动车组数量；S运用为本线枢纽内新增配属动车组日走形公里数，km；C 为本线枢纽内动车组平均日走形公里指标，km。

这种测算方法称为“日车公里法”，其中最为重要的一个参数为新建线枢纽内动车组平均日走形公里指标C 的确定，直接关系着近远期动车组配属及检修运维设施的布局和规模，需结合新建线枢纽内铁路技术标准、动车组乘务交路长度、配属动车组类型、设计及运维经验数据综合分析确定合适的平均日走形公里指标。

2.2 枢纽内动车段（所）检修规模测算

动车段（所）动车组检修工作量主要包括动车组存车任务、日常维修及高级修3 部分，其中配属动车组存车任务主要设施包括动车组存车股道及配套洗车检测监测设备等，动车组日常维修及高级修任务分别由对应一级至五级修程动车组检修库及配套设备设施承担。 动车段（所）检修规模测算需结合枢纽内动车组运输组织方案及动车组检修定检标准计算检修工作量，从而科学合理地确定动车组存车场、日常维修和高级修检修厂房布置及配套设备设施。

根据国内动车组各修程定检公里及枢纽内对应交路动车组日走形公里数，动车组一级至五级对应修程年检修工作量可表示为

式（20）～式（24）中：H一级，H二级，H三级，H四级，H五级分别为动车组对应各修程年检修工作量；D一级，D二级，D三级，D四级，D五级分别为动车组对应各修程定检公里数，km；Cj为枢纽内对应交路动车组日走形公里数，km。

2.2.1 动车组检修库线数测算

枢纽内动车段（所）动车组检修库线数分别为一、二、三、四级及五级修对应检修库线数和

式中：β 为动车组检修不平衡系数， 取值参考式（8）；Sj为枢纽内对应交路动车组年走形公里数，km；D五级为动车组五级修定检公里数，km；365 为动车组日常修（一、二级修）年检修工作天数，d；250为动车组大修（三、四、五级修）年检修工作天数，d；R三级，R四级，R五级为动车组三、四级及五级修修程检修停时系数，取值参照表3；α 为动车组检修库线的设备利用率系数，经验取值α=0.85。

结合目前国内动车组日常修检修现状，考虑到一、二级检修是采用分时作业，根据现行铁路部门检修修程结合式（23）及式（24）可知年检修工作量H一级＞H二级， 取一级修检查库线数nj1作为整个日常一、二级检修库列位数。

根据式（8）枢纽内检修动车组数量N检修在数值上为三、四级及五级检修库线数和

另外，根据国铁集团《关于明确动车组运用检修设施及设备配置标准的通知》（铁总运[2015]）中对于动车段（所）动车组运用维护管理经验数据显示：10 列标准8 辆短编组动车组， 配置1 条检查库线（满足2 列标准8 编组或1 列16 编组动车组停放）设施及配套检修设备，可用于动车段（所）一、二级修检查库线经验测算。

2.2.2 动车组存车线数测算

动车段（所）存车场一般有占地面积广、存车线族数量多及走形线长等特点，动车组存车线规模确定及布置形式直接关系着整个动车段（所）平面布局。存车线数nc主要由枢纽内除去一级至五级修各修程检修动车组数之外的所有配属动车组数N配属决定，包括运用动车组数量N运用及备用动车组数量N备用。

取一级修检查库线数nj1作为整个日常一、二级检修库列位数，同时考虑除去本枢纽内动车组是否存在外段（所）过夜的动车组数量N外及备用动车组N备用存车线数n0（n0＝N备用），在设计中动车段（所）存车线数nc可修正为

3 南京枢纽新建南京北动车所动车组配属及检修规模测算

3.1 南京枢纽动车组检修现状及运输组织分析

新建南京至淮安城际铁路位于我国长三角区域江苏省和安徽省境内，线路自北向南由江苏省淮安市淮安东站引出， 向南经安徽省天长市、南京市六合区及浦口区，引入新建的南京枢纽第三客站南京北站，线路全长约220 km。 宁淮城际铁路作为长三角城际铁路网的重要组成部分，北接连淮扬镇、徐宿淮盐铁路，南连宁杭、宁安、宁宣铁路[20-21]。 根据南京枢纽总图规划，南京枢纽基本形成南京、南京南、南京北“三大客站”格局，就目前来看南京铁路枢纽主要存在现客运系统布局不尽合理，既有客运站能力不能满足规划新线引入要求，枢纽过江通道能力不能适应研究年度线路引入及货运增长需求，同时随着远期动车组线路密度的逐渐增大，既有动车组运维设施不能满足近期南京枢纽动车组运用检修任务[22-24]。 随着近期宁淮城际铁路与沿江高铁设计实施，科学合理布局南京北站近、 远期规划建设非常必要，同时南京北动车运用所作为附属工程建设对于铁路安全运输及动车组设施设备维修是必不可少的[25]。

南京枢纽既有动车组设施包括南京动车运用所与南京南动车运用所，动车组配属情况、既有及规划动车组设备设施规模见表4。 结合南京枢纽运输组织模式、运营管理方式、枢纽内客货运布局方式及存在的主要问题，分析宁淮城际铁路、沿江高速铁路及相邻高速客运通道，规划布局南京枢纽内近、远期动车组对数及径路见表5。

表4 本线相邻线既有及规划动车组设备规模Tab.4 Equipment scale of existing and planned EMUs on adjacent lines of this line

表5 南京枢纽近、远期动车组对数及径路表Tab.5 Long-term and short-term train pairs and route table of Nanjing railway hub

续表5

3.2 南京北动车设计规模测算分析

根据南京枢纽近、远期动车组开行方案，分别采用全周转时间测算法、日车公里结合经验测算法分析计算南京枢纽内近、远期运维检修需求，动车组检查列位、检修列位及存车列位等运维检修设施见表6。

表6 南京枢纽近、远期动车组检查、检修及存车列位数（以长编组计算）Tab.6 The number of short-term and long-term EMU inspections, maintenance and storage of Nanjing Railway Hub（calculated by long-term trains）

结合动车组运维检修设施现状规模，既有南京枢纽内近、远期动车组检查及存车能力设施逐渐趋于饱和，远期动车组检查设施能力紧张，检修设施能力严重短缺，存车停车场地不足。 同时考虑到南京枢纽既有现状存在的主要问题，在枢纽动车组配属及运维资源能力测算方面采用统筹考虑的方式，在实际“三大客站”配套运维检修设施布局中并不能实现理想资源共享，实际南京枢纽内局部检修资源缺口更大，新建动车组检查、检修设施的扩能需求更迫切。

根据全周转时间测算法及日车公里测算法两种方法计算分析可知， 采用日车公里法测算时，当枢纽内动车组平均日走行公里指标取常见经验计算值2 000 km，日车公里测算法在不考虑检修动车组数量前提下，计算的运用动车组数量及备用动车组数量比全周转时间测算法计算结果偏大约41%，配属动车组数计算结果偏大约20%，动车组存车线数及检查库线数计算结果偏大约35%，计算枢纽内动车组配属、承担动车段（所）动车组检修工作量及检修设施规模测算裕量较为充足。

4 结论

根据动车组日车公里及全周转时间测算法计算枢纽内动车组配属规模，基于此给出承担动车段（所）动车组检修工作量及检修设施规模测算方法，研究表明：

1） 采用日车公里测算法在新建高速铁路枢纽内动车组配属设计及承担动车段（所）动车组检修工作量及检修设施规模测算中，需结合枢纽内铁路主要技术标准、客流及行车方案等合理调整枢纽内动车组平均日走形公里指标。 该测算方法分析计算较为方便，适合应用于远期铁路枢纽规划投资及动车组车辆投产规模控制等方面。

2） 采用全周转时间测算法在新建高速铁路枢纽内动车组配属设计及承担动车段（所）动车组检修工作量及检修设施规模测算结果较为科学，能有效提高动车组使用率及运转效率，同时在运维检修方面可有效降低检修资源的浪费，减少投资。