高速鐵路區間通過能力利用優化措施淺析—— 以成綿樂客運專線為例

蘇 婕，閆海峰，于汝濱

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高速鐵路區間通過能力利用優化措施淺析—— 以成綿樂客運專線為例

蘇 婕，閆海峰，于汝濱

（西南交通大學，交通運輸與物流學院，成都 610031）

隨著高速鐵路網的不斷完善，鐵路客運需求日益膨脹，當速度等級、停站方案不同的本、跨線列車共線運行時，區間通過能力緊張與線路能力利用率低的矛盾將日趨激化。因此，如何在固定設備不變的條件下，借助運輸組織的調整，提高區間通過能力利用成為我國鐵路運營中亟待解決的問題。本文從西南地區高鐵路網實際出發，以成綿樂客運專線為例，采用理論分析與圖解相結合的方法，篩選出成綿樂區間通過能力的影響因素，結合這些因素，有針對性地提出提高區間通過能力利用的優化措施，研究發現本文提出的優化措施具有普適性。

通過能力利用；優化措施；成綿樂客專

0 引 言

近年來，隨著我國高速鐵路建設發展的熱潮，西南地區高速鐵路也迅速發展并有成網趨勢。成綿樂客專（線路示意圖見圖1）作為西南地區首條客運專線，于2014年12月正式投入運營，成渝客專于2015年12月投入運營，西成高鐵預計于2017年11月底開通運營，成雅城際預計于2018年通車，成貴客專預計于2019年通車。為打破西南地區的地理區位劣勢，將高鐵發展快速融入國家“一帶一路”及長江經濟帶戰略布局，四川省還將進一步推動對外高鐵通道的規劃建設，例如成都經達州通往鄭州、武漢，經宜賓通往昆明的高鐵新通道。隨著西南地區高速鐵路網的不斷完善，成綿樂客運專線作為主干道之一，未來將吸引越來越多來自各地的客流。為滿足日益增長的客運需求，該線遠期規劃中除加開本線列車外還需辦理各類跨線列車。如果使不同速度等級、不同停站方案的列車混合開行，勢必帶來列車通過能力不足、通過能力利用率低的問題，故本文選用遠期規劃的成綿樂客運專線為研究對象。

依據國內相關研究[1-4]可知，提高高速鐵路區段通過能力的有效措施有：調整站間距、取消車站信號延續進路設置、延長車站到發線兩端出站信號機間距、旅客高站臺盡量不靠正線設置、改變運輸組織模式、優化列車運行圖、調整混行比例等。本文借鑒已有研究，從優化運輸組織的角度出發，針對成綿樂客專提出相應優化措施。

圖1 成綿樂客運專線線路示意圖

1 成綿樂區間通過能力影響因素分析

高速鐵路通過能力的因素大致可以分為固定設備和運輸組織兩類，結合成綿樂實際運營情況，線路已經成形，固定設備不易改動，因此通過能力主要受運輸組織的影響。運輸組織對通過能力的影響因素主要包括：速差、停站方案、運行線鋪畫方式、跨線列車開行、交路方案等，結合成綿樂客專對上述因素逐一進行分析。

（1）共線運行列車存在速差

由既有研究[5]可知速差為區間通過能力的主要影響因素，成綿樂共線運行列車速差產生的原因是跨線列車的開行以及列車停站次數的不同。本、跨線列車共線運行導致了跨線的中速列車扣除高速列車的能力，形成“空費三角區”；同時，運營部門為滿足不同旅客出行需求，既要追求旅行速度，又要保證均衡停站，從而引起不同列車停站次數不同，當相鄰列車停站次數不一時，停站較多的列車勢必扣除停站較少列車的能力。

（2）停站方案復雜

停站方案所涉及的停站次數、停站時間等因素同樣影響通過能力[6,7]。而停站次數、時間的不同又是由客流需求引起的，例如成綿樂沿線的雙流、德陽、青神等作為重要的旅游客流集散地，雖然客流量不大但仍有停站的必要，因而使得停站方案復雜，不可避免地增加了空耗時間，進而影響通過能力。

（3）運行線鋪畫無序

高鐵線路上列車開行方案種類繁多，列車停站復雜，致使運行線鋪畫無序，由此產生的前后列車的到、發車間隔受限，追蹤間隔時間延長，有停站列車相對無停站列車會產生能力扣除。此外停站疏密不均也會導致列車旅行速度高低不均，從而增大列車扣除系數，降低通過能力。

（4）跨線列車開行

跨線列車的開行會產生速差；同時，長途跨線列車對始發終到時間有明確要求，在運行圖上形成固定運行線，因此難以通過調整列車上線時間優化能力利用；再者，跨線列車還受本線外運行情況影響，由此引起接入點時間不定，會對整個運行圖的鋪畫產生不利影響，進而影響能力。

（5）列車交路復雜

隨著路網的完善，跨線列車上線后交路日趨復雜，不同交路間行車間隔相互影響，從而導致線路部分運能浪費。

2 成綿樂客專通過能力利用優化措施

2.1 統一速度等級

為體現速差對通過能力的影響，以成綿樂客專的實際運營數據為基礎設計算例進行分析。已知江油—成都東、成都東—峨眉山客流區段距離分別為151.6 km和161.7 km，可近似地按200 km計算，列車追蹤間隔時間為4 min。由此分析在不同速差條件下成綿樂低速列車對高速列車的扣除系數變化，為增加所分析的速差樣本量，以300 km/h為A類車，依次降低B類車速度求得扣除系數變化如表1所示。

表1 200 km區段追蹤間隔4 min時不同速差下的列車扣除系數

Tab.1 The removal coefficients under different speed differentials with 200 km section and 4 min tracking interval

表2 不同速差及不同B類列車比例下平圖與非平圖的通過能力

Tab.2 The carrying capacity of train timetable under different speed differentials and percentage of type B trains

分析表2可知，在客運區段里程和B類列車所占比例均不變的條件下，平行運行圖（即全高速）的通過能力最高，速差分別為0、50 km/h、100 km/h時，通過能力呈遞減趨勢，即通過能力隨速差增大而減小。

由于受川渝地區地形條件限制，西南片區客運專線設計時速多為250 km/h。因此，從優化通過能力利用角度考慮，建議該片區本線均采用250km/h列車，少量高速跨線列車降速至250km/h上線運行，不開行既有線低速跨線列車，從而統一速度等級。

2.2 實現節奏化停站

為實現節奏化停站，首先要明確在開行方案中大站直達、擇站停和站站停列車的對數。其中，站站停列車最大的優勢在于可使本線各站間客流在不換乘條件下互通，缺點是對直達列車的扣除系數過大。由于列車追蹤間隔時間較小，運行速度普遍較高，使得列車停站時分與起停附加時分之和對通過能力影響突出。就成綿樂客運專線而言，站站停與大站直達列車間的空費時間如圖2所示。

圖2 成都東—江油大站直達列車與站站停列車運行線

圖中平均站間距約20 km，在運行速度為160~200 km/h的條件下，站站停列車兩站間平均運行6~7.5 min，若起=3 min，停=2 min，停站=2 min，則每停站一次需額外耗費7 min。可以看出，站站停列車的平均區間運行時分與每次停站所耗時間大致相等，嚴重影響列車旅行速度，因而其非但不能體現出高速鐵路的優越性，還將造成大量空費時間。因此從提高通過能力利用角度出發，不建議開行站站停列車，列車停站方案在大站直達或擇站停中選擇。

其次，具體確定成綿樂大站停和擇站停的列車開行方案。假定江油—峨眉山區段內所有列車（含跨線）的運行速度均相等，在不設站站停列車的前提下，將列車的速度等級按停站次數多少劃分為高速列車和中速列車。高速列車采取大站直達的停站方式，只在客流吸引量大的車站停車；中速列車采取擇站停的停站方式，除在客流量大的車站停靠外，選擇性地停靠客流量較小的車站。

若到通=通發=3 min，高速列車每越行中速列車一次，中速列車需等待至少6 min，且為達到提高通過能力的目的，一列中速列車需被越行多次。因此，為保證中速列車的旅客服務質量，設定高速列車不越行中速列車。

基于“按流開車”原則制定列車停站方案，按客流量大小將車站分為三類，以江油—峨眉山區段為例，車站類型劃分如下：

（1）① 類站：線路的起點站、終點站、樞紐站及客流吸引量十分大的車站，如成都東站、江油站、綿陽站、樂山站、峨眉山站；

（2）② 類站：客流吸引量較大的沿線停靠站，如德陽站、廣漢北站、青白江東站、成都南站、雙流機場站、眉山站；

（3）③ 類站：客流吸引量較小的沿線停靠站，如青蓮站、羅江東站、新都東站、新津站、彭山北站、青神站。

另外，在考慮客流量的基礎上，劃分車站類型還需考慮相同類型兩車站的站間距，應盡量使站間距均勻分布。例如成都東站與南站的客流吸引量均十分巨大，但兩站站間距過小，若都劃分為第①類車站，高等級列車將在短時間內連續停站兩次，十分影響列車旅行速度，為此將成都南站設為第②類車站，使高等級列車只在成都東站停車。

劃分車站類型后，依據列車速度等級制定列車停站原則如下：

（1）高速列車僅停靠①類站，且每列列車在所有①類站均停車；

（2）中速列車固定停站次數為9次，除停靠①類站外，選擇性停靠②、③類站。

由上述原則可知，任意高速列車僅有唯一停站方案；而對于中速列車，可將其停站次數記為，從而有任意中速列車停靠①、②、③類站的次數分別為1、2、3，由前文可知1=3，則：

2+3=6，2≥3（2）

由上式得②、③類站停站次數解集為{(2,3)}={(3, 3)，(4, 2)，(5, 1)，(6, 0)}，進一步結合成綿樂實際客流，為保證直達客流最大，最終選用(2,3)=(3, 3)或(6, 0)。因此，得旅客列車停站方案如表3所示。

表3 成綿樂旅客列車停站方案

注：方案g中部分列車可將成都東停站變為成都南停站。

對于跨線列車，若其上線后，仍依照該停站方式節奏化停站，跨線列車在本線區間的通過能力利用將更為優化。

2.3 改進運行線鋪畫順序

不同停站方案運行線的組合順序會對區段通過能力利用情況造成影響，若采用“遞遠遞停”的方式排列運行線，則能良好利用通過能力，如圖3所示。此外，為充分利用大站直達與扣除系數最大的擇站停列車間形成的“三角區”，可將擇站停列車按停站次數（扣除系數）由小到大排列，在大站直達列車后按扣除系數由小到大、“遞遠遞停”的方式鋪畫列車運行線，再在扣除系數最大的擇站停列車后按扣除系數由大到小、“遞遠遞停”的方式繼續鋪畫，當再次鋪畫至大站直達列車時，即完成了一次循環。按如此方式鋪畫運行圖，最利于通過能力有效利用。

圖3 “遞遠遞停”鋪畫節約通過能力

根據表3中成都東—峨眉山區段列車停站方案，采取上述方法排列列車開行順序，在各列車不追蹤運行的情況下，鋪畫出的運行列車運行圖如圖4所示。

圖4 峨眉山—成都東區段上行列車鋪畫方案

2.4 合理安排高峰期和非高峰期運行圖鋪畫方式

列車鋪畫方式包括集中鋪畫、均衡鋪畫和介于兩者之間的階段均衡鋪畫，如圖5所示。同等級列車集中鋪畫、不同等級列車分時段鋪畫時，列車間相互影響最小，通過能力最大，但該方式不符合客流到達車站的實際情況；不同等級列車均衡鋪畫時通過能力最小；階段性均衡鋪畫由于可根據不同等級列車比例及速差合理設置布局關系，能綜合考慮實際運營和能力利用。

圖5 集中鋪畫、均衡鋪畫以及階段均衡鋪畫示意圖

高速鐵路高峰時段應組織密集發車，因此可在兼顧不同種類列車發車間隔條件下，合理組織同類列車集中鋪畫。集中鋪畫的列車數越多，平均一列車占用運行圖時間越少，通過能力利用率越高。此外高峰期應盡量避免跨線列車上線運行；在非高峰時段，則階段性均衡鋪畫不同等級列車以更好地適應客流需求。

2.5 合理組織跨線列車的運行

為滿足不同長途客流出行需求，運輸部門在路網中設計了復雜交錯的交路，若各交路上的列車在時間和空間上合理配合，則能大大提高線路通過能力利用率。組織交路跨多區段的列車上線運行時，容易出現某區段一部分被占用，另一部分能力空費的情況。為避免這樣的能力浪費，可以考慮以下兩點措施：第一，安排未被占用的區段利用跨線交路列車的開行時間組織小交路列車運行，例如：組織“重慶—江油”跨線列車時，同時組織“峨眉山—成都”短交路；第二，在路網中組織不同跨線交路良好銜接，例如：當組織“重慶—江油”跨線列車時，可同時組織“峨眉山—雅安”跨線列車，以有效利用“峨眉山—成都”區間的通過能力，如圖6所示。

圖6 西南地區高速鐵路網

2.6 采用大節點換乘方式簡化列車交路

隨著路網日益完善，跨線客流需求也不斷攀升，交路越來越復雜。復雜的交路不僅增大運輸組織難度，且極易造成鐵路通過能力利用率大幅下降，因此可以考慮在跨線客流組成復雜的大型車站實行部分線路“大節點換乘”，即部分線路不組織途經該節點站的長途跨線客流，使跨線客流在該節點站通過換乘的方式到達目的地，將該部分線路長程車流的停站通過作業改為始發終到作業。

西南地區高速鐵路網形成后（如圖6所示），若遠期成綿樂客專出現通過能力難以滿足客流需求的現象，則可以考慮取消“重慶—成都—西安”及“貴州—成都—西安”長交路，只開行“貴州—成都”、“成都—重慶”與“成都—西安”短交路，組織客流在成都站進行換乘，使成綿樂區段內列車均按照固定的節奏與時間間隔節拍化運行，這樣便可有效利用高速鐵路繁忙區段的通過能力，消除“瓶頸”。

3 結 論

高速鐵路客運專線通過能力不足時，在不變更固定設備使用情況的條件下，可在運輸組織方面采取以下措施來優化通過能力利用狀況：

（1）統一速度等級，本、跨線列車均以250 km/h速度開行，不開行低速跨線列車；

（2）固定停站次數，合并停站方案，從而確定成綿樂旅客列車開行方案，使本、跨線列車均實現節奏化停站；

（3）在繁忙區段采用先“停站次數由少至多”、“遞遠遞停”，再“停站次數由多至少”、“遞遠遞停”的順序依次鋪畫運行線；

（4）高峰期組織同類列車成組集中鋪畫，非高峰期組織階段均衡鋪畫；

（5）合理利用跨線列車剩余區段通過能力，使各交路列車在時間和空間上合理配合；

（6）采用大節點換乘方式簡化列車交路，消除跨線列車對能力利用的影響。

通過以上優化措施，密鋪得成綿樂客運專線列車運行圖如圖7所示。

圖7 成綿樂客運專線列車運行密鋪圖

將圖7與壓縮運行線后的2018年成綿樂客專實際運行圖對比發現，在上述優化措施的作用下，成綿樂客專高峰小時（8:00~9:00）區間通過能力提高了7對。研究發現，成綿樂客專所存在的能力利用問題在我國鐵路網中普遍存在，因此，上述優化措施具有普適性。

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（中文編輯：李愈，英文審改：占曙光）

Analysis on Optimizing Utilization of High-speed Railway Carrying Capacity an Example of Cheng-Mian-Le Passenger Dedicated Line

SU Jie，YAN Hai-feng，YU Ru-bin

（School of transportation and logistics, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China）

The demand of railway passenger is growing with the continuous improvement of high-speed railway network. When trains with different speeds and different stop patterns that belong to different lines operate together, high-speed railway will inevitably encounter problems about carrying capacity lack and operational difficulties. Therefore, how to propose optimization measures through adjusting the transport organization and optimizing the utilization of carrying capacity without changing the fixed equipment is an important topic. Starting from the real case of southwest railway network, taking Cheng-Mian-Le Passenger Dedicated Line as an example, this paper adopts the method of combining theoretical analysis with illustration to screen out the influencing factors of capacity. Then the optimizing measures combining these factors are put forward. We found that the optimization measures proposed in this paper are universal.

carrying capacity utilization; optimizing measures; Cheng-Mian-Le passenger dedicated line

1672-4747（2018）03-0131-07

U292.5

A

10.3969/j.issn.1672-4747.2018.03.020

2017-04-18

蘇婕（1993—），女，內蒙古人，碩士研究生，研究方向為交通運輸規劃與管理。

蘇婕，閆海峰，于汝濱. 高速鐵路區間通過能力利用優化措施淺析[J]. 交通運輸工程與信息學報, 2018, 16（3）: 131-137.