城市軌道交通列車救援方案選擇與應用實踐

摘 要：【目的】在高峰時段行車間隔不斷縮小的情況下，城市軌道交通一旦發生故障，且在一定時間內無法完成故障處置并動車，故障車后續列車將嚴重擁堵，故障列車與前車之間會產生較大運行間隔，因此如何快速、安全地采用救援組織方法將故障列車撤離正線尤為重要。【方法】選取后方列車為救援車，以正線就近存車線及車廠（終點站折返線）作為退出服務位置，建立救援方案集；結合事故事件定責情況，以最大晚點時間及連續中斷時間最短為優化目標，建立救援路徑選擇模型。【結果】通過實例進行驗證，確定線路不同位置發生故障時最優的救援路徑。【結論】救援方案集、救援路徑選擇模型可應用于不同線路，為調度員組織救援及調整行車提供支撐，保障列車運行秩序，減小對運營服務的影響。

關鍵詞：列車救援；最大晚點時間；中斷行車；救援路徑；實例驗證

中圖分類號：U231+.92 " " 文獻標志碼：A " "文章編號：1003-5168（2024）12-0074-05

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.12.015

Train Rescue Plan Selection Discussion and Application Practice in Urban Rail Transit

WANG Qun NIU Huilan

（ Zhengzhou Metro Group Co.， Ltd.， Zhengzhou 450000，China）

Abstract： [Purposes] In the case of shrinking traffic intervals during the peak time， once the urban rail transit train breaks down， the train would be unable to complete fault handling and run within a certain period of time， which will result a serious congestion and a large headway between faulty train and front train. So it is important to remove the faulty train from the main line by adopting better rescue organization method. [Methods] This paper selects the rear facing train regard as the rescue train in this text and the nearest storage line and depot （ terminal turn-back line ） as the exit service location to establish a rescue plan set; based on the determination of responsibility for accidents and events， this paper a rescue path selection model. [Findings] The optimal rescue path when faults occur at different locations is determined by validating through instances. [Conclusions] Rescue plan sets and path selection model could apply to different lines to provide support for dispatcher rescue organization and train operation adjustment， ensure the order of train operation， and reduce the impact of operational services.

Keywords： train rescue; maximum delay time; interruption of the train operation; rescue path; calculation example

0 引言

隨著軌道交通網格化運營的發展，高峰時段行車間隔不斷縮小，當運營過程中發生故障/事件且短時間內無法組織列車動車時，將造成后方列車大面積擁堵、服務質量降低，社會負面影響較大，因此如何在保證安全的前提下提高救援效率，根據故障發生位置確定救援組織方案，盡快恢復正常行車至關重要。本研究從最大中斷行車時間、最大晚點時間著手，建立方案選擇模型，根據列車發生故障位置、正線配線設置及與車廠距離等，確定最優救援路徑，為救援提供技術支撐。

1 列車救援原則

地鐵列車在組織救援時，救援列車與故障列車整體應遵循以下原則。

1.1 救援符合啟動條件原則

故障發生后，司機處置、行車調度與司機溝通、檢調、給予技術支援均需要一定時間，當長時間無法恢復正常行車時，將造成線路列車擁堵、運行能力下降，故應及時采用救援疏通線路。根據相關規章，救援啟動條件為故障處置達到7 min或故障車司機向行車調度申請啟動救援程序時（故障電客車嘗試緊急牽引/大旁路動車，但列車無法動車）。

1.2 正向救援原則

列車救援時原則上遵循正向救援，即組織故障列車后續第一列車在就近車站清客擔任救援列車，與故障列車連掛后（故障列車位于區間時需在前方車站清客）朝著故障列車運行方向推進至下線存放位置，最大程度確保線路其他列車正常運行秩序。特殊情況下需采用逆向牽引或推進方式進行組織，如故障列車距離正線存車線較近但已越過相應位置、列車在折返過程中出現故障且后續列車無法進行救援等［1］。

1.3 空車救援原則

使用電客車救援時，原則上使用后方列車前往救援，行車調度可根據故障處置時間及處置狀態提前發布清客指令，提高救援效率及乘客服務，若不能空車前往救援，連掛動車后應組織故障列車和救援列車在前方站清客［2-4］。

1.4 安全高效原則

在組織列車救援過程中，在確保安全的前提下，應盡可能快地疏通線路，組織故障列車下線，避免線路中斷時間過長，導致線路通行能力及運營服務水平降低。在救援列車與故障列車連掛動車后，可適當組織后續扣停列車動車，利用行車調整策略提高運能，滿足乘客出行需求。

2 救援方案

2.1 救援列車選擇

當正線運行列車故障需進行處置時，行車調度應第一時間扣停后續列車，避免兩列車進入同一區間，同時視情況調整故障車前車，縮小行車間隔，因此在行車間隔一致的情況下，故障車后車為距離最近列車，原則上擔任救援列車，特殊地點可視情況選擇前序列車或對向列車擔任救援車。

2.2 救援方式決策

救援方式包括推進救援及牽引救援。救援列車推進故障列車運行時，司機應在救援列車前端駕駛室（運行方向）駕駛，故障列車前端駕駛室應由司機進行引導。救援列車牽引故障列車運行時，司機應在救援列車前端駕駛室（運行方向）駕駛。

2.3 救援路徑與故障列車下線存放位置選擇

確定救援的第一時間，應明確故障列車下線后的存放位置及救援路徑，存放位置包括正線存車線、終點站折返線、車廠（車輛段和停車場），救援路徑與停放位置選擇遵循最優原則，以在盡可能短的時間內組織救援，暢通線路，減小影響。

2.4 救援列車后續安排

救援列車完成救援任務后，后續安排包含兩種情況：繼續上線運營和退出服務，可根據停放位置、客流需要、行車間隔等因素進行決策。

2.5 救援方案（路徑確定）

救援方案及路徑具體如圖1所示。根據救援列車、救援方式、下線位置及后續安排等情況，組合形成救援方案，同時確定救援路徑，本研究主要對后車推進救援方式進行詳細分析［1］。

3 模型建立

3.1 救援過程

根據現有規章制度對列車故障及列車救援組織的規定，可將列車救援過程分為5個部分［5-7］，具體組織步驟及用時見表1。

3.2 中斷時間及晚點分析

在救援組織過程中，以中斷時間、最大晚點時間及晚點列次數最小作為優化目標，本研究重點分析采用后車作為救援列車，將故障車推進至正線就近存車線及終點站折返線（或車廠）的救援過程。當采用救援列車將故障列車推進至正線就近存車線時，存在二次中斷行車情況，具體見表2。

方案1：救援列車與故障列車連掛后推進運行至前方車站組織清客，清客完畢繼續推進至就近站存車線，解鉤后救援列車不換端以NRM模式退行至存車線所屬站線，后選取適當的位置投入運營服務。

①列車在區間時，救援結束時間為救援啟動、命令發布、救援車運行至連掛位置、連掛、推進至前方就近站、故障車清客、繼續推進至存放位置、換端解鉤、救援車退出等時間之和，見式（1）。

T結束=0.44+（Si，i+1-0.015）/40+Si-j/25+Sj，j’/25 " "（1）

②列車在站臺時，救援結束時間為救援啟動、命令發布、救援車運行至連掛位置、連掛、推進至存放位置、換端解鉤、救援車退出等時間之和，見式（2）。

T結束=0.39+（Si，i+1-0.015）/40+ Sj，j’/25 " " " " "（2）

在方案1中，首次中斷時間為救援啟動、命令發布、救援車運行至連掛位置、連掛動車時間之和，見式（3）；第二次中斷時間為連掛后推進至存放位置、

換端解鉤、救援車退出時間之和，見式（4）。故障列車延誤時間，見式（5）。

T中斷1=0.24+（Si，i+1-0.015）/40 "（3）

T中斷2=T進+T換端+T解鉤+T退出 （4）

Ti延=T結束－[Si?j'V旅行] " " （5）

救援列車退回至正線，空車切入至適當的位置投入運營服務，不再影響后續列車運行，故救援列車后方列車延誤時間見式（6）。

Ti+2延=Ti延-T運 "（6）

以上式中，Si，i+1為故障車i及后方救援車i+1之間的距離；Si-j為列車i所在位置與前方第一個車站的距離；Sj，j’為車站j與車站j’之間的距離；Si，j’為列車i所在位置與前方退出服務車站的距離；V旅行為線路旅行速度；Ti延為故障列車i延誤時間；Ti+2延為救援列車后方列車延誤（晚點）時間。

方案2：救援列車與故障列車連掛后，運行至前方車站上行線組織清客，清客完畢繼續推進至終點站折返線（視為車廠）退出服務，終點站設置渡線，可采用站前折返。

①列車在區間時，救援結束時間見式（7）。

T結束=0.29+（Si，i+1-0.015）/40+ Si-j/25+ Sj，j’/25 "（7）

②列車在站臺時，救援結束時間見式（8）至式（11）。

T結束=0.24+（Si，i+1-0.015）/40+ Sj，j’/25 （8）

T中斷1=0.24+（Si，i+1-0.015）/40 （9）

Ti延=T中斷+[Sj，j終點25?Sj，j終點V旅行] （10）

[Ti+2延=Ti延?T運] （11）

當發生故障導致運營中斷時，為避免后續列車進入區間后迫停，應及時將后續列車分別扣停在后方站臺。若區間不允許進入列車，計算扣車數見式（12）。

D晚點=T中斷/（T-T運） （12）

以上式中，Sj，j終點為車站j與終點站之間的距離；D晚點為故障發生后在不采取行車調整措施情況下，故障點后車扣車數（產生晚點數）；T為線路行車間隔；T運為線路區間平均運行時間（以X號線為例，T運=單程運行時間/區間數=51.4 min/21=2.45 min）。

方案1和方案2救援組織路徑及組織過程如圖2所示。

3.3 目標函數

根據事故事件定責劃分情況可知，救援導致的中斷時間、最大晚點時間及晚點列次數越小，目標值更優。故障列車與救援列車在清客車站計算晚點時間，救援列車后方列車因中斷無法按圖行車，將導致最大晚點時間出現。此時，可通過對向列車小交路折返等行車調整方式，減小連續中斷時間，方案1與方案2最大連續中斷時間一致，因救援列車與故障列車距離不同而不同，以X號線最大區間距離（2 417 m）為例，最大連續中斷行車時間為18.1 min。因此本模型以實際運行過程中產生的最大晚點時間、連續中斷時間、晚點列次數最小為目標值進行計算，具體見式（13）至式（15）。

[Z1=minf∈FXf?Ti+2延] （13）

[Z2=minf∈FXf?T中斷1] （14）

[Z3=minf∈FXf?D晚點] （15）

以上式中：F為方案集，此處F=｛方案1，方案2｝；Xf=[1，表示選擇f方案0，未選擇f方案]，且X1和X2不能選取相同值。

4 列車故障救援實例應用

4.1 線路車站及配線分布

在案例分析過程中，以線路每個車站站線為故障點，根據模型計算最大中斷行車時間、產生最大晚點時間及最大晚點列次，并結合事件事故影響標準進行判斷選取最優路徑，線路車站及配線分布如圖3所示。

4.2 列車故障救援實例驗證

當列車在P站進站前100 m處因故障停車時，行車調度、司機、車站按照規章進行故障處理、行車調整；5 min時行車調度通知后車在Q站進行清客，并做好救援準備，司機處理7 min仍無法動車，行車調度啟動救援程序，向救援列車及故障列車發布救援命令。

方案1：救援列車與故障列車連掛后運行至P站上行線組織清客，清客完畢推進至L站存車線，解鉤后救援列車不換端以NRM模式退行至L站上行線，后以ATP模式運行，并選取適當位置投入運營服務。

方案2：救援列車與故障列車連掛后，運行至P站上行線組織清客，清客完畢推進至A站折返線（視為車廠）退出服務，A站可采用站前折返。

當列車在Q站至P站上行區間故障需救援時，選擇后車作為救援列車，考慮產生中斷時長及最大晚點影響，救援路徑選擇P站至A站折返線。

5 結語

當列車因故障無法繼續按圖運行時，為安全、快速地將故障列車退出正線，縮短行車中斷時間，可采用列車救援組織行車。本研究遵循“正向救援”及“先通后復”的原則，選取故障車后方列車為救援列車，選取正線就近存車線及車廠/終點站折返線作為列車存放位置，建立救援路徑方案集，以連續中斷行車時間、最大晚點時間及晚點列次最小為目標，建立救援影響數學模型，并代入地鐵線路實際案例中進行驗證，得到列車在線路不同位置發生故障后的最優救援路徑，為調度員故障處置及行車調整提供依據。

參考文獻：

［1］王晶.基于列車運行車調度整策略優化的城市軌道交通列車故障救援方案選擇方法［D］.北京：北京交通大學，2020.

［2］李宇輝.城軌列車故障救援組織與優化［J］.鐵道運輸與經濟，2011，33（9）：31-35.

［3］巨妙玉，馬覺凡，周奕成，等.地鐵列車故障救援方案分析與典型場景劃分［C］//中國自動化學會.2022中國自動化大會論文集.2022中國自動化大會論文集，2022：475-481.

［4］朱琳，吳強，劉志鋼，等.城市軌道交通運營列車故障影響仿真分析系統［J］.都市快軌交通，2017，30（2）：113-119.

［5］竇亮.特殊場景下列車救援組織優化研究［J］.鄭州鐵路職業技術學院學報，2020，32（2）：11-14，20.

［6］席嘉鵬.城市交通事故緊急救援車輛的路徑決策與優先控制方法研究［D］.廣州：華南理工大學，2020.

［7］劉紀儉，凌松濤.地鐵列車救援路徑的選擇［J］.城市軌道交通研究，2014，17（12）：80-82，106.