王多宏，闫海峰，吴士杰

（1.西南交通大学 交通运输与物流学院，四川 成都 611756；2.中国铁路北京局集团有限公司石家庄站，河北 石家庄 050000）

0 引言

有关货运动车组的设计及应用，现有研究主要集中在2个方面：一是投入使用的货运动车组在组织上需与原有作业计划相协调；二是应用货运动车组需要配套的设备及作业流程。目前，国外部分国家高速铁路货运已有成熟的项目，如法国的La Poste项目、德国的Parcel InterCity 项目、意大利的Mercitalia Fast项目等[1]，且Geischberger等[2]提出了快速铁路货物列车对运力及运营质量的影响研究，Rotoli等[3]开展了铁路运输基础设施对运力影响的评估研究。国外学者对铁路货运运营的研究较多[4-7]，却未涉及专用货运动车组。国内闫海峰等[8]对高速货运动车组的开行条件进行了研究；丁小东等[9]针对高铁快运基地缺乏设计标准的问题，提出高铁快运基地功能区建议布置方案；叶飞等[10]构建了铁路货运场站设施设备集中管理模式。整体而言，国外有较为成熟的高速铁路货运产品，却不能完全适应我国国情与路情；国内则尚未形成货运动车组规模化运用。结合实际情况，在概述货运动车组整车方案及主要技术参数的基础上，对货运动车组列车开行模式、作业场站功能设计与作业流程提出相关建议，为实际应用提供参考。

1 货运动车组概述

目前我国的动车组车型全部为满足客运需求设计，还没有真正意义上的货运动车组列车开行。高铁货运大多以确认车和捎带运输进行办理。研究所述货运动车组是指在高速铁路上开行、以高附加值货物为主要运输对象、速度在200 km/h以上的动车组列车。

2017年，轨道交通货运快速化关键技术开始改革，为满足我国日益增长的快捷货运需求，中车唐山机车车辆有限公司以时速350 km 动车组成熟的技术体系和产品平台为基础，研制出了符合我国国情的低成本、大容积、满足一体化运输要求的时速350 km速度等级货运动车组，350 km/h货运动车组的平面布置图如图1 所示。该货运动车组采用8 辆编组形式，包含4辆动车与4辆拖车，其中01，08车为端车；02，04，05，07车为动车；03，06车为受电弓车。

图1 350 km/h货运动车组的平面布置图Fig.1 Layout scheme of freight EMUs with a speed of 350 km/h

时速350 km 的货运动车组基于成熟可靠的中国标准动车组产品平台，车体、制动、牵引高压及转向架等关键系统技术方案基本不变，主要针对货物运输的特点进行适应性改进。高速货运动车组主要技术参数如表1所示[11]。

表1 高速货运动车组主要技术参数Tab.1 Main technical parameters of high speed freight EMUs

2 货运动车组作业场站衔接方式

本节分析既有站改造货运动车组作业场站的衔接条件和技术条件，主要从高铁动车段改造后的段内衔接和高铁客运站内货运动车组作业场站与动车段及维修工区的衔接2个方面进行研究。

2.1 高铁动车段改造后的段内衔接分析

（1）作业场所分布。货运动车组在动车段内进行货运作业的地点包括装卸作业地点和货物存储区。由李瑞峰等[12]对高铁货运模式和作业过程的研究可得知，可选存车场最边缘两侧的存车线作为装卸线，同时在旁边建造仓库和站台进行货物堆放和装卸作业。

随着相关技术标准的出台和实施，近几年我国并未发生人员伤亡众多、经济财产损失巨大的外保温火灾事故，但相关火灾仍时有报道。笔者总结了近三年来见诸报道的保温火灾，见表2。

（2）动车段存车线(装卸线)有效长。货运动车组采用整列装卸的作业方式，因而装卸线(即存车场最边缘两侧存车线)的有效长需能实现整列装卸。存车线有效长度受到车辆型号、车体长度及车辆间安全距离等因素的影响。根据动车出入段模式(包括列车模式与调车模式)[13]及是否设置调车应答组，动车段存车线有效长可分为4类。

①出入段为列车模式且设置调车应答器组。设置调车应答器组动车段存车线的列车方式如图2 所示，图2 给出了对应的实际线路排布情况，此方案采用8 节编组的货运动车组，最大长度为210 m；根据停车情况，动车组前后均应考虑10 m 冗余；若站内设有调车应答组，则列车应越位停放；根据实际情况及李瑞峰等[12]的调查，有源应答器与信号机间距为20 m，无源信号机为3 m。因此，存车线停靠2 列货运动车组的最小长度计算为(5+60+10+210+10+3+20)×2=636 m。

图2 设置调车应答器组动车段存车线的列车方式Fig.2 Train mode with shunting transponder unit and storage line of EMU depot

②出入段为列车模式且未设置调车应答器组。未设调车应答器组动车段存车线的列车方式如图3所示，图3 给出了对应的实际线路排布情况，该方案每列车可节省3+23=26 m的距离，即存车线停靠2列货运动车组的最小长度为636-26×2=584 m；停靠3列货运动车组的最小长度为949-78=871 m。

图3 未设调车应答器组动车段存车线的列车方式Fig.3 Train mode without shunting transponder unit and storage line of EMU depot

③出入段为调车模式且设置调车应答器组。设置调车应答器组动车段存车线的调车模式如图4 所示，图4 给出了对应的实际线路排布情况。此方案中，动车组一般不会越过调车应答器停车。因此，每列车可节省60-20-3=37 m 的距离。存车线停靠2列货运动车组的最小长度为636-37×2=562 m；停靠3列货运动车组的最小长度为949-37×3=838 m。

图4 设置调车应答器组动车段存车线的调车模式Fig.4 Shunting mode with shunting transponder unit and storage line of EMU depot

④出入段为调车模式且未设置调车应答器。未设调车应答器组动车段存车线的调车模式如图5 所示，图5 给出了实际线路排布情况。此方案中，存车线停靠2 列货运动车组的最小长度为(210+10+10)×2+5×2=470 m；停靠3 列货运动车组的最小长度为(210+10+10)×3+5×2=700 m。

图5 未设调车应答器组动车段存车线的调车模式Fig.5 Shunting mode without shunting transponder unit and storage line of EMU depot

（3）装卸线数量。动车段的装卸线数量对货运技术作业效率影响重大，同时其与动车段的作业效率成正比。研究给出一种增设装卸线的方法：即在新设计的站台外侧新建一条装卸线，使其成为岛式站台，两侧线路可同时接入货运动车组，进行货物装卸。岛式装卸站台示意图如图6所示。

图6 岛式装卸站台示意图Fig.6 Island loading and unloading platform

（4）段内检修作业的技术条件。和客运相比，货运动车组在动车段内还需要进行动车组检修和货运技术作业，这就需要提高检修速度，在规定时间内完成各项检查以及列车整备工作，以下提供3 种建议。①减少检查库停留时间。通过在出入段线上设置轮对等检测装置，在动车组入段走行时间内完成检查工作。②减少洗车时间。在动车组走行过程中完成对车体头部与侧面的清洗工作，同时在检修库和停车场之间设置列车外皮清洗装置。③设置整备检修监测系统。通过对各项作业耗时进行追踪和测评，不断优化调整作业流程与作业时长。

2.2 高铁货运动车组作业场站衔接分析

高速铁路车站的布局结构主要有两线式、两台两线式、多台多线以及衔接2 条客运专线形式[14]。这4 种车站布局结构都能实现与综合维修工区的衔接。后2 种形式多设置于客运量大的城市，列车到发密集、车站结构复杂，可将动车段与综合维修工区合并，提高整体作业效率。本节从到发线引入，对4种形式进行分析。

（1）到发线分组。高速铁路客运站在改扩建后可同时进行客货运输作业。站内到发线分组时应考虑到发线数量、车站布置、列车构成，设计合理的运用方案，提高车站的工作效率。

（2）出入段线设置。货运动车组出入段次数多时可采用复线或立交疏解，以尽可能减小对原有站点作业的干扰。

（3）不同类型车站的衔接方案。

①两线高铁客运站。由文献[14]可知，将最下方股道(即4 道)用作装卸线，当4 道运用紧张时(如越行站)，可于其下方新建到发线。根据站型特点，当4 道未安排作业时，综合维修工区可对其进行养护、检查和维修。两线高铁站布置结构图如图7所示。

图7 两线高铁站布置结构图Fig.7 Layout of high speed railway stations with two lines

②两台两线高铁客运站。以中间站台为岛式站台的两台两线高铁客运站为例，3 道与站房之间的距离如果满足作业要求，可设计货物装卸站台；或直接在4道设计货物装卸站台。综合维修方面，4道的检修工作与两线高铁站完全相同；3 道则可通过渡线运送维修设备进行维修。两台两线高铁站布置图如图8所示。

图8 两台两线高铁站布置图Fig.8 Layout high speed railway stations with two platforms and two lines

③多台多线高铁客运站。以通过式始发站为例，应合并设置动车段与综合维修基地。多台多线高铁站布置图如图9 所示。在衔接改扩建后设有货物作业场站的动车段时，货运动车组进行货物作业有2 种情况：一是在客运站内进行，列车在装卸线上进行停车作业，于中间站台进行货物装卸，最后转入动车段进行养护维修；二是在动车段进行，列车通过正线直接进入动车段进行货物作业和养护维修作业。对于未改扩建的动车段，货运动车组只能选择在客运站内进行作业。

图9 多台多线高铁站布置图Fig.9 Layout of high speed railway stations with muttiple platforms and lines

④衔接2 条客运专线高铁车站。2 条客运专线交汇的高速站布置图如图10 所示，两个车场通过联络线联接动车段。货运动车组的作业流程与多台多线高铁站的作业流程一致。

图10 2条客运专线交汇的高速站布置图Fig.10 High speed station layout with intersection of two passenger dedicated lines

3 新建高铁货运站的衔接技术条件

针对新建高铁货运站，分情况讨论货运动车组的作业过程，并分析货运动车组作业地点条件。

3.1 货运动车组作业过程分析

（1）不停车通过作业过程。列车进站后直接由站内正线离开，不在车站停留。不停站通过列车作业过程如表2所示。

表2 不停站通过列车作业过程Tab.2 Operation process of non-stop trains

（2）停车通过作业过程。列车沿接车进路到达车站，并在装卸线进行装卸作业，最后经发车进路离开车站。停站通过列车作业过程如表3所示。

表3 停站通过列车作业过程Tab.3 Operation process of passing trains at stations

（3）始发作业过程。列车经由存车线或动车段转入装卸线进行技术作业，并在完成货物装卸与技术检查后，沿发车进路离开，始发列车作业过程如表4所示。

表4 始发列车作业过程Tab.4 Operation process of departure trains

（4）终到作业过程。动车组到达车站后，在装卸线进行货物装卸等作业，再从装卸线转到存车线或转入动车段。终到列车作业过程如表5所示。

表5 终到列车作业过程Tab.5 Operation process of final trains

（5）折返作业过程。我国大型高铁站一般采用本线立折的方式，与客运动车组相同，货运动车组也采用本线立折的方式，并同样分为沿反向装卸线折返和沿正向装卸线折返2 种，沿反向装卸线折返作业径路如表6 所示，沿正向装卸线折返作业径路如表7所示。

表6 沿反向装卸线折返作业径路Tab.6 Turnaround route along reverse loading and unloading lines

表7 沿正向装卸线折返作业径路Tab.7 Turnaround route along reverse loading and unloading lines

3.2 货运动车组作业地点条件分析

（1）到发线长度。到发线有效长度主要受到列车长度、停车余量、安全距离、警冲标外方距离等因素的影响。从最安全的角度设计：动车组长度为210 m，前后方共20 m停车余量，故站台至少230 m。考虑测速测距等误差因素，安全距离至少应为95 m。与客运动车组类似，货运动车组第一轮对距离车头的距离最长为4.85 m，确定警冲标外方距离为5 m。因此，有效长度至少为：230+(95+5)×2=430 m。

（2）到发线数量。到发线数量较少会限缩车站通过能力，但有利于列车办理作业，此外线路连接简单可缩短咽喉区长度；反之，尽管到发线数量较多可增大车站通过能力，但增加的道岔组延长了咽喉区，使线路连接复杂化。因此，需要在满足各项作业需求的前提下，合理确定到发线数量，从而减少进路间的交叉干扰、提高车站通过能力。新建高铁货运站确定到发线数量时应考虑以下3 点。①车站衔接的线路数量。车站衔接线路的多少与所需到发线数量密切相关，车站衔接线路多，所需到发线数量也就多，反之亦然。②列车开行密度。开行密度对列车追踪间隔有直接影响，开行密度越大，对追踪间隔要求越高，这种情况下通常需要一定数量的到发线来确保高密度追踪列车的正常运行。③车站布置图类型。车站布置类型直接影响到发线的数量，不同车站布置类型对应不同的车站到发线运用方案，进而影响到发线数量的确定。

（3）装卸线与站台的关系。新建高铁货运站台的类型与仓库、装卸线的布置形式有关，根据装卸线与站台的关系，可分为侧式站台和岛式站台2种，侧式站台示意图如图11 所示，岛式装卸站台示意图同图6。可以看出，侧式站台一边只有一个站台面(对应1 条装卸线)，仅能提供单侧装卸作业；而岛式站台则有2 个站台面(对应2 条到发线)，当两侧为正线和装卸线时，缩短两线间的联络线长度可减少列车走行距离，提高车站通过能力。然而，车站通过列车较多也容易使各项作业互相干扰。因此，在确定装卸线与站台的关系时，还需综合考虑车站布局结构等。

图11 侧式站台示意图Fig.11 Side platform

（4）道岔类型选择。道岔作为高速铁路轨道的重要基础设备，其选择主要受到列车速度的影响。当前我国高速铁路上主要配备了客运专线、德国CN 技术和法国CZ技术3种技术系列的道岔。由于我国高速铁路采用无砟轨道、新研发的货运动车组列车可达350 km/h，故新建高铁货运动车组车站可采用客运专线以及德国CN技术2种道岔。

（5）咽喉区长度。咽喉区长度是影响车站通过能力的重要因素[15]。咽喉区越长，列车进出站所需的走行时间就越长。不同咽喉长度下的追踪间隔时间如表8 所示，可知在同样进站速度下，随着咽喉区长度的增加，列车的追踪间隔时间也相应增大；在咽喉区长度相同情况下，列车进站速度越快，追踪间隔时间越长。因此，在满足站场设计要求的前提下，尽量缩短咽喉区长度，可减少列车对咽喉区进路的占用，提高车站的通过能力。

表8 不同咽喉长度下的追踪间隔时间sTab.8 Tracking interval under different throat lengths

4 结束语

货运动车组作业场站衔接是高铁快运由目前基于客运设施的零散作业方式向专业化、规模化作业方式转变的基础。研究对高铁动车段改造后的段内衔接、高铁货运动车组作业场站衔接等技术条件进行了系统分析，并对货运动车组列车开行模式、作业场站功能设计与作业流程进行了详细阐述。未来可结合物联网等新兴技术，进一步加强货运动车组作业场站衔接信息化管理，提升高铁货运装卸作业效率和服务水平，实现货运场站衔接作业全流程信息化与智能化发展。