高鐵綜合維修天窗內(nèi)不同行車方式的同效比較法

侯 倩，姚樹金

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

高速鐵路綜合維修天窗的開設(shè)形式主要是通過(guò)定性比較分析不同天窗形式的特點(diǎn)和適用條件，再進(jìn)行同類別（行車組織方式）不同形式間的比較，結(jié)合我國(guó)高速鐵路的行車特點(diǎn)選擇最佳的天窗開設(shè)形式（見〔2〕～〔8〕）。在以往研究中，對(duì)于天窗時(shí)間內(nèi)是否“一線行車、一線維修”，通常是從安全角度和運(yùn)輸連續(xù)性進(jìn)行定性分析。本文在詳細(xì)分析天窗設(shè)置的影響因素和不同天窗形式的特點(diǎn)后，綜合考慮“一線行車、一線維修”對(duì)通過(guò)能力和維修作業(yè)效率的影響，提出一種同效比較法對(duì)天窗時(shí)間內(nèi)的“雙線同時(shí)維修”和“一線維修一線行車”這2 種天窗開設(shè)類型進(jìn)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(shù)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)備技術(shù)和運(yùn)營(yíng)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(jīng)驗(yàn)的同時(shí)，還要充分考慮自身具體情況，才能更好地滿足運(yùn)輸和維修的需求。結(jié)合高速鐵路“安全、舒適、快速、高效”的運(yùn)營(yíng)目標(biāo)，其綜合維修天窗的設(shè)置主要受維修作業(yè)需求、行車需求和天窗時(shí)間行車方式等幾個(gè)因素的影響。

1.1 維修作業(yè)需求 維修作業(yè)需求主要是指維修作業(yè)人員安全、維修作業(yè)時(shí)間和作業(yè)效率方面對(duì)天窗時(shí)間長(zhǎng)度的需求。天窗的時(shí)間長(zhǎng)度應(yīng)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(yè)內(nèi)容的既定工作量，同時(shí)保證大型養(yǎng)路機(jī)械較高的作業(yè)效率。時(shí)間長(zhǎng)度的需求受到維修作業(yè)內(nèi)容與周期、人員及設(shè)備的配置和效率、維修機(jī)構(gòu)和T形口布局、人員和大型機(jī)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(shù)措施，高速鐵路綜合維修天窗需要在保證維修的基礎(chǔ)上盡量減少其對(duì)行車工作的影響。根據(jù)天窗開設(shè)時(shí)段內(nèi)行車需求來(lái)選擇天窗的開設(shè)方式和起始時(shí)間，可以有效地降低天窗開設(shè)對(duì)于行車的影響。不同的行車需求，對(duì)天窗最佳開設(shè)方式和起始時(shí)間可能會(huì)有所不同。

1.3 天窗時(shí)間行車方式 高速鐵路綜合維修天窗時(shí)間內(nèi)分別有不行車、單線追蹤運(yùn)行、單線非追蹤運(yùn)行、“轉(zhuǎn)線方式”和“等線方式”共5種行車方式。綜合維修天窗時(shí)間內(nèi)允許的行車方式不同，導(dǎo)致天窗開設(shè)所追求的目標(biāo)不同。如采用“轉(zhuǎn)線方式”和“等線方式”行車時(shí)，天窗開設(shè)的目標(biāo)分別為轉(zhuǎn)線的列車數(shù)最少和等線時(shí)間最少。這種目標(biāo)的差異性可能導(dǎo)致選擇的天窗形式和起始時(shí)間會(huì)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(chǔ)經(jīng)過(guò)組合可以演化出多種不同的天窗開設(shè)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(diǎn)，對(duì)行車工作和維修作業(yè)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(jīng)被廣泛研究（〔6〕～〔8〕）。高速鐵路綜合維修不同天窗開設(shè)形式的比較結(jié)果，如表1所示。

關(guān)注學(xué)生的行為表現(xiàn)，是為了分析這些行為背后的動(dòng)機(jī)、誘因，并前瞻這種行為可能帶來(lái)的后果，進(jìn)而制定行之有效的輔導(dǎo)措施。如，低年級(jí)兒童活潑好動(dòng)、容易激動(dòng)，但行為背后的動(dòng)機(jī)卻不盡相同。有些學(xué)生擾亂課堂秩序，可能是想挑戰(zhàn)權(quán)威，也可能是想引起教師和同學(xué)的注意，也可能僅僅是覺(jué)得好玩，也可能只想跟風(fēng)玩玩，還可能是有負(fù)面情緒的排解……同樣的行為，卻有千差萬(wàn)別的誘因和動(dòng)機(jī)。因此，只有教師前期關(guān)注與了解學(xué)生，才能摸清學(xué)生問(wèn)題的癥結(jié)，進(jìn)而對(duì)癥下藥，這樣就會(huì)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(nèi)不同行車方式的同效比較

根據(jù)天窗時(shí)間內(nèi)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(yùn)輸組織方式。在線路固定設(shè)備（牽引供電、到發(fā)線和通信信號(hào)設(shè)備等）允許和維修作業(yè)不涉及另一線的條件下，通過(guò)規(guī)章制度和速度限制可以采用一線維修一線行車的運(yùn)輸組織方式〔8〕。

3.1 2種運(yùn)輸組織方式對(duì)比分析 采用一線維修一線行車的運(yùn)輸組織方式有利于保證運(yùn)輸?shù)倪B續(xù)性、均衡性和能力利用的充分性，為跨線列車和“夕發(fā)朝至”列車開行創(chuàng)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(lái)安全隱患的同時(shí)降低了維修作業(yè)效率。

天窗分段是高速鐵路綜合維修天窗的基本單元，一個(gè)天窗分段通常包括多個(gè)區(qū)間和車站，同一天窗分段內(nèi)線路的維修作業(yè)開始和結(jié)束時(shí)間是完全一致的。無(wú)論采用何種天窗開設(shè)形式，天窗分段只有“雙線同時(shí)維修”和“一線維修一線行車”2種形式可以選擇。因此，天窗內(nèi)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(jìn)行。

無(wú)論天窗時(shí)間內(nèi)是否一線維修一線行車，天窗分段在天窗影響時(shí)間外是完全用于行車的，天窗影響時(shí)間外的列車運(yùn)行均不會(huì)受到維修作業(yè)的影響，其為列車運(yùn)行提供的條件是完全一樣的。一線維修一線行車的運(yùn)輸組織方式將會(huì)導(dǎo)致維修作業(yè)效率的下降，使得完成既定維修作業(yè)量的時(shí)間需求（天窗的時(shí)間長(zhǎng)度）會(huì)長(zhǎng)于天窗內(nèi)不行車模式的維修作業(yè)時(shí)間需求。天窗時(shí)間內(nèi)不行車和一線維修一線行車2種運(yùn)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(shí)間長(zhǎng)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(yùn)用同效比較法的思路是假定天窗時(shí)間外均組織列車追蹤運(yùn)行且運(yùn)行速度相同，計(jì)算2 種不同運(yùn)輸組織方式在T1時(shí)間內(nèi)達(dá)到同效（維修工作量和區(qū)段通過(guò)能力均相等）時(shí)，一線維修一線行車導(dǎo)致維修作業(yè)效率降低的臨界值α0，并與一線維修一線行車導(dǎo)致維修作業(yè)效率降低的實(shí)際值α進(jìn)行比較。若α=α0，則2 種運(yùn)輸組織方式是等效的；若α＞α0，則一線維修一線行車優(yōu)于天窗內(nèi)不行車的組織方式；若α＜α0，則天窗內(nèi)不行車優(yōu)于一線維修一線行車的組織方式。

假定天窗內(nèi)的維修作業(yè)量為N，一線維修一線行車導(dǎo)致維修作業(yè)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(shí)間內(nèi)的行車通過(guò)能力n1和n2分別計(jì)算如下：

式中：T表示區(qū)段的單線運(yùn)行圖的周期，單位為min；

lq，lmax分別表示區(qū)段長(zhǎng)度和區(qū)段內(nèi)限制區(qū)間的長(zhǎng)度，單位為km；

v1，v2分別表示“一線維修、一線行車”時(shí)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(huì)分別表示車站的起車附加時(shí)分、停車附加時(shí)分和會(huì)車間隔時(shí)分，單位為min；

T1，T2分別為天窗時(shí)間內(nèi)一線維修一線行車和不行車的天窗時(shí)間長(zhǎng)度，單位為min。

當(dāng)n1=n2時(shí)，可以計(jì)算獲得α0的值為

α0值的計(jì)算結(jié)果受到諸多因素的影響，對(duì)于某一固定的天窗分段來(lái)說(shuō)，α0與T1v2反相關(guān)，與Imin正相關(guān)。由式（5）可知：當(dāng)T1v2取最小值Imin取最大值時(shí)，α0取得最大值；當(dāng)T1v2取最大值Imin取最小值時(shí)，α0取得最小值。計(jì)算這2種極端情況可以來(lái)確定α0值的范圍，若α不在α0的取值范圍內(nèi)，則可以直接判定2種運(yùn)輸組織方式的優(yōu)劣；否則將T1v2和Imin分別進(jìn)行升序和降序排列，通過(guò)組合順序枚舉來(lái)計(jì)算所有的α0再與α比較。

對(duì)于某一高速鐵路來(lái)說(shuō)，可以根據(jù)實(shí)際情況劃分為若干天窗，將所有天窗分段分別進(jìn)行天窗時(shí)間內(nèi)不行車和一線維修一線行車2種不同運(yùn)輸組織方式的比較。

4 應(yīng)用案例

京滬高速鐵路是我國(guó)一次建設(shè)里程最長(zhǎng)、投資最大、標(biāo)準(zhǔn)最高的高速鐵路，于2011年6月30日正式開通運(yùn)營(yíng)。京滬高速總長(zhǎng)1 318 km，列車以時(shí)速250～300 km運(yùn)行，是我國(guó)最早組織列車跨線運(yùn)行并產(chǎn)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(duì)象，運(yùn)用同效比較法從能力和維修效率2個(gè)方面，比較其具有夜間行車需求時(shí)天窗時(shí)間2種行車方式的優(yōu)劣。

4.1 參數(shù)選擇 根據(jù)京滬高速鐵路基礎(chǔ)設(shè)施布局和跨線列車跨線點(diǎn)設(shè)置可以將其劃分為北京-天津（120 km）、天津-濟(jì)南（300 km）、濟(jì)南-徐州（270 km）、徐州-南京（330 km）和南京-虹橋（80 km）共5個(gè)天窗分段。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行參數(shù)確定，t起=2 min、t停=1 min、t會(huì)=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(jì)算α0的兩端最大值可以獲得其取值范圍，對(duì)某天窗分段而言，當(dāng)T1v2取最小值取Imin最大值時(shí)，α0取得最大值；當(dāng)T1v2取最大值Imin取最小值時(shí)，α0取得最小值。針對(duì)京滬高速鐵路的參數(shù)情況，分別計(jì)算α0的最大值和最小值。當(dāng)T1=2 h，v2=200 km/h且Imin=10 min，α0取得最大值；當(dāng)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(gè)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(yùn)輸組織方式要達(dá)到同效，一線行車對(duì)于鄰線維修作業(yè)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(yùn)行速度限制為160 km/h，列車運(yùn)行相鄰線路的維修作業(yè)效率大幅下降。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，高速鐵路采用“一線維修、一線行車”運(yùn)輸組織方式列車運(yùn)行，導(dǎo)致相鄰線路的維修作業(yè)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(nèi)不行車優(yōu)于一線維修一線行車的運(yùn)輸組織方式。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文詳細(xì)分析天窗開設(shè)的影響因素和不同天窗開設(shè)形式的特點(diǎn)，并綜合考慮一線維修一線行車對(duì)于通過(guò)能力和維修作業(yè)效率的影響，提出一種同效比較法，用于天窗時(shí)間內(nèi)雙線同時(shí)維修和一線維修一線行車2種組織方式的優(yōu)劣比較。比較分析京滬高速鐵路綜合維修天窗時(shí)間內(nèi)行車方式的選擇，結(jié)果表明一線行車一線維修，導(dǎo)致維修效率的下降率大于通過(guò)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(shí)間內(nèi)盡量不要采用一線維修一線行車的運(yùn)輸組織方式。

〔1〕彭其淵，羅建.客運(yùn)專線開行夕發(fā)朝至旅客列車的研究〔J〕.西南交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，4l（5）：626-629.

〔2〕董守清.我國(guó)鐵路客運(yùn)專線綜合維修天窗設(shè)置方式研究〔D〕.西南交通大學(xué)，2005.

〔3〕陳煥云.鐵路綜合維修天窗開設(shè)相關(guān)問(wèn)題研究〔D〕.西南交通大學(xué)，2006.

〔4〕閔國(guó)水，黃永柳.京滬客運(yùn)專線鐵路綜合維修天窗設(shè)置方案的探討〔J〕.北京交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，（3）.

〔5〕束永正.關(guān)于列車運(yùn)行圖綜合維修天窗的研究〔D〕.同濟(jì)大學(xué)，2008.

〔6〕林宏.客運(yùn)專線綜合維修天窗開設(shè)模式研究〔D〕.西南交通大學(xué)，2009.

〔7〕韓伯領(lǐng)，田長(zhǎng)海，王鈺濱.客運(yùn)專線綜合維修天窗形式比較〔J〕.中國(guó)鐵道科學(xué)，2009，（5）.

〔8〕方天濱.客運(yùn)專線綜合維修天窗開設(shè)相關(guān)問(wèn)題研究〔D〕.清華大學(xué)：清華大學(xué)，2010.

〔9〕楊奎，方華.京滬高速鐵路綜合維修天窗時(shí)間長(zhǎng)度的探討〔J〕.交通運(yùn)輸工程與信息學(xué)報(bào)，2011，（1）.