高鐵綜合維修天窗內不同行車方式的同效比較法

侯 倩，姚樹金

（1.西南交通大學 交通運輸與物流學院，碩士研究生，四川 成都 610031；2.北京鐵路局調度所，工程師，北京 100038）

高速鐵路綜合維修天窗的開設形式主要是通過定性比較分析不同天窗形式的特點和適用條件，再進行同類別（行車組織方式）不同形式間的比較，結合我國高速鐵路的行車特點選擇最佳的天窗開設形式（見〔2〕～〔8〕）。在以往研究中，對于天窗時間內是否“一線行車、一線維修”，通常是從安全角度和運輸連續性進行定性分析。本文在詳細分析天窗設置的影響因素和不同天窗形式的特點后，綜合考慮“一線行車、一線維修”對通過能力和維修作業效率的影響，提出一種同效比較法對天窗時間內的“雙線同時維修”和“一線維修一線行車”這2 種天窗開設類型進行比較分析。

1 高鐵綜合維修天窗的影響因素

高速鐵路在技術標準、設備技術和運營管理等方面都與既有線存在較大的差異，其維修工作需要在借鑒既有經驗的同時，還要充分考慮自身具體情況，才能更好地滿足運輸和維修的需求。結合高速鐵路“安全、舒適、快速、高效”的運營目標，其綜合維修天窗的設置主要受維修作業需求、行車需求和天窗時間行車方式等幾個因素的影響。

1.1 維修作業需求 維修作業需求主要是指維修作業人員安全、維修作業時間和作業效率方面對天窗時間長度的需求。天窗的時間長度應該在保證安全的前提下能夠滿足維修人員完成某維修作業內容的既定工作量，同時保證大型養路機械較高的作業效率。時間長度的需求受到維修作業內容與周期、人員及設備的配置和效率、維修機構和T形口布局、人員和大型機械走行速度的影響〔9〕。

1.2 行車需求 作為解決維修與行車間沖突的技術措施，高速鐵路綜合維修天窗需要在保證維修的基礎上盡量減少其對行車工作的影響。根據天窗開設時段內行車需求來選擇天窗的開設方式和起始時間，可以有效地降低天窗開設對于行車的影響。不同的行車需求，對天窗最佳開設方式和起始時間可能會有所不同。

1.3 天窗時間行車方式 高速鐵路綜合維修天窗時間內分別有不行車、單線追蹤運行、單線非追蹤運行、“轉線方式”和“等線方式”共5種行車方式。綜合維修天窗時間內允許的行車方式不同，導致天窗開設所追求的目標不同。如采用“轉線方式”和“等線方式”行車時，天窗開設的目標分別為轉線的列車數最少和等線時間最少。這種目標的差異性可能導致選擇的天窗形式和起始時間會有所差異。

2 綜合維修天窗不同形式的比較分析

高速鐵路綜合維修天窗有矩形（垂直天窗）和V形2 種基本形式，以此為基礎經過組合可以演化出多種不同的天窗開設形式，如分段垂直矩形、單線隔日矩形、雙向分隔式矩形和平行矩形等。這些不同類型的維修天窗具有各自的特點，對行車工作和維修作業的影響也有所差異，并且具有不同的適用條件。

高速鐵路綜合維修不同形式天窗間的定性比較分析已經被廣泛研究（〔6〕～〔8〕）。高速鐵路綜合維修不同天窗開設形式的比較結果，如表1所示。

關注學生的行為表現，是為了分析這些行為背后的動機、誘因，并前瞻這種行為可能帶來的后果，進而制定行之有效的輔導措施。如，低年級兒童活潑好動、容易激動，但行為背后的動機卻不盡相同。有些學生擾亂課堂秩序，可能是想挑戰權威，也可能是想引起教師和同學的注意，也可能僅僅是覺得好玩，也可能只想跟風玩玩，還可能是有負面情緒的排解……同樣的行為，卻有千差萬別的誘因和動機。因此，只有教師前期關注與了解學生，才能摸清學生問題的癥結，進而對癥下藥，這樣就會取得事半功倍的效果。

表1 高速鐵路不同綜合維修天窗的比較分析

3 天窗內不同行車方式的同效比較

根據天窗時間內是否組織一線行車一線維修，可將天窗分為2 類，除垂直矩型天窗和分段式垂直矩型天窗外，其它天窗均可以采用一線維修一線行車運輸組織方式。在線路固定設備（牽引供電、到發線和通信信號設備等）允許和維修作業不涉及另一線的條件下，通過規章制度和速度限制可以采用一線維修一線行車的運輸組織方式〔8〕。

3.1 2種運輸組織方式對比分析 采用一線維修一線行車的運輸組織方式有利于保證運輸的連續性、均衡性和能力利用的充分性，為跨線列車和“夕發朝至”列車開行創造了便利條件。從安全和效率角度講，一線行車一線維修的組織方式給工作人員帶來安全隱患的同時降低了維修作業效率。

天窗分段是高速鐵路綜合維修天窗的基本單元，一個天窗分段通常包括多個區間和車站，同一天窗分段內線路的維修作業開始和結束時間是完全一致的。無論采用何種天窗開設形式，天窗分段只有“雙線同時維修”和“一線維修一線行車”2種形式可以選擇。因此，天窗內不行車與“一線維修一線行車”的比較分析以天窗分段為單位進行。

無論天窗時間內是否一線維修一線行車，天窗分段在天窗影響時間外是完全用于行車的，天窗影響時間外的列車運行均不會受到維修作業的影響，其為列車運行提供的條件是完全一樣的。一線維修一線行車的運輸組織方式將會導致維修作業效率的下降，使得完成既定維修作業量的時間需求（天窗的時間長度）會長于天窗內不行車模式的維修作業時間需求。天窗時間內不行車和一線維修一線行車2種運輸組織方式分別如圖1 的（a）和（b）所示，其中T1和T2分別為2 種不同方式的天窗時間長度，且令ΔT=T1-T2。

圖1 高速鐵路天窗不行車和一線維修一線行車的示意圖

3.2 同效比較法 運用同效比較法的思路是假定天窗時間外均組織列車追蹤運行且運行速度相同，計算2 種不同運輸組織方式在T1時間內達到同效（維修工作量和區段通過能力均相等）時，一線維修一線行車導致維修作業效率降低的臨界值α0，并與一線維修一線行車導致維修作業效率降低的實際值α進行比較。若α=α0，則2 種運輸組織方式是等效的；若α＞α0，則一線維修一線行車優于天窗內不行車的組織方式；若α＜α0，則天窗內不行車優于一線維修一線行車的組織方式。

假定天窗內的維修作業量為N，一線維修一線行車導致維修作業效率降低的比例可以表示為

天窗分段采用一線維修一線行車方式和不采用一線維修一線行車方式在T1時間內的行車通過能力n1和n2分別計算如下：

式中：T表示區段的單線運行圖的周期，單位為min；

lq，lmax分別表示區段長度和區段內限制區間的長度，單位為km；

v1，v2分別表示“一線維修、一線行車”時的行車速度和天窗外的行車速度，單位為km/h；

t起，t停，t會分別表示車站的起車附加時分、停車附加時分和會車間隔時分，單位為min；

T1，T2分別為天窗時間內一線維修一線行車和不行車的天窗時間長度，單位為min。

當n1=n2時，可以計算獲得α0的值為

α0值的計算結果受到諸多因素的影響，對于某一固定的天窗分段來說，α0與T1v2反相關，與Imin正相關。由式（5）可知：當T1v2取最小值Imin取最大值時，α0取得最大值；當T1v2取最大值Imin取最小值時，α0取得最小值。計算這2種極端情況可以來確定α0值的范圍，若α不在α0的取值范圍內，則可以直接判定2種運輸組織方式的優劣；否則將T1v2和Imin分別進行升序和降序排列，通過組合順序枚舉來計算所有的α0再與α比較。

對于某一高速鐵路來說，可以根據實際情況劃分為若干天窗，將所有天窗分段分別進行天窗時間內不行車和一線維修一線行車2種不同運輸組織方式的比較。

4 應用案例

京滬高速鐵路是我國一次建設里程最長、投資最大、標準最高的高速鐵路，于2011年6月30日正式開通運營。京滬高速總長1 318 km，列車以時速250～300 km運行，是我國最早組織列車跨線運行并產生夜間行車需求的高速鐵路。此處選擇京滬高速鐵路為研究對象，運用同效比較法從能力和維修效率2個方面，比較其具有夜間行車需求時天窗時間2種行車方式的優劣。

4.1 參數選擇 根據京滬高速鐵路基礎設施布局和跨線列車跨線點設置可以將其劃分為北京-天津（120 km）、天津-濟南（300 km）、濟南-徐州（270 km）、徐州-南京（330 km）和南京-虹橋（80 km）共5個天窗分段。

根據現場經驗進行參數確定，t起=2 min、t停=1 min、t會=2 min 和v1=160 km/h。假定v2取值分別為200 km/h、250 km/h 和300 km/h，T1分別取值為2 h，2.5 h，3 h，3.5 h和4 h，Imin分別取值為3 min，5 min和10 min。

4.2 比較分析 計算α0的兩端最大值可以獲得其取值范圍，對某天窗分段而言，當T1v2取最小值取Imin最大值時，α0取得最大值；當T1v2取最大值Imin取最小值時，α0取得最小值。針對京滬高速鐵路的參數情況，分別計算α0的最大值和最小值。當T1=2 h，v2=200 km/h且Imin=10 min，α0取得最大值；當T1=4 h，v2=300 km/h且Imin=3 min，α0取得最小值。

京滬高速鐵路5個天窗分段的α0的最小值和最大值如表2所示。

表2 京滬高速鐵路不同天窗分段的取值范圍

由表2可知，京滬高速鐵路所有天窗分段2種運輸組織方式要達到同效，一線行車對于鄰線維修作業的效率降低臨界值α0的取值范圍為［4.84%，26.19%］。高速鐵路“一線維修、一線行車”的列車運行速度限制為160 km/h，列車運行相鄰線路的維修作業效率大幅下降。根據現場經驗，高速鐵路采用“一線維修、一線行車”運輸組織方式列車運行，導致相鄰線路的維修作業效率降低的比例，大于全線各天窗分段同效比較臨界值的最大值，天窗內不行車優于一線維修一線行車的運輸組織方式。

5 結束語

本文詳細分析天窗開設的影響因素和不同天窗開設形式的特點，并綜合考慮一線維修一線行車對于通過能力和維修作業效率的影響，提出一種同效比較法，用于天窗時間內雙線同時維修和一線維修一線行車2種組織方式的優劣比較。比較分析京滬高速鐵路綜合維修天窗時間內行車方式的選擇，結果表明一線行車一線維修，導致維修效率的下降率大于通過能力的提高率。綜合考慮安全因素，建議京滬高速鐵路天窗時間內盡量不要采用一線維修一線行車的運輸組織方式。

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