基于周期天窗的高速鐵路分號(hào)運(yùn)行圖研究

屈明月，黃樹明

（西南交通大學(xué) 交通運(yùn)輸與物流學(xué)院，四川 成都 610031）

近年來，夕發(fā)朝至列車作為鐵路成功的客運(yùn)品牌，備受旅客青睞。而我國(guó)高速鐵路白天行車密度大，一般選擇在夜間 0 : 00 — 6 : 00 時(shí)段開設(shè)綜合維修天窗，與夕發(fā)朝至列車的開行產(chǎn)生矛盾，國(guó)內(nèi)許多專家學(xué)者針對(duì)這些問題進(jìn)行了相關(guān)研究[1-5]，但大多數(shù)集中于在現(xiàn)有天窗開設(shè)形式的基礎(chǔ)上分析比選，設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)性較好的天窗開設(shè)方案，而很少涉及天窗開設(shè)形式的優(yōu)化及其相應(yīng)的運(yùn)輸組織問題。為此，通過重點(diǎn)研究在周期天窗開設(shè)形式下分號(hào)列車運(yùn)行圖的實(shí)行條件及其對(duì)高速鐵路運(yùn)輸組織的影響，為夕發(fā)朝至列車的開行提供參考。

1 既有天窗開設(shè)形式的適應(yīng)性分析

目前，我國(guó)高速鐵路一般在夜間 0 : 00 — 6 : 00時(shí)段開設(shè) 4 h 垂直矩形天窗或分段矩形天窗，2種天窗示意圖分別如圖1、圖2 所示。通過比較圖1 與圖2 可知，相對(duì)于垂直矩形天窗，分段矩形天窗的設(shè)置方式比較靈活，可以根據(jù)需要采用不同的天窗分段、錯(cuò)位時(shí)間、傾斜斜率。但是，為了不影響白天正常的行車秩序，相鄰分段矩形天窗的最大錯(cuò)位時(shí)間不能超過 2 h，這樣大大惡化了逆天窗傾斜方向的列車運(yùn)行條件[3]。無論是垂直矩形天窗還是分段矩形天窗均將列車運(yùn)行圖分成了 2個(gè)不能互通的部分，當(dāng)夕發(fā)朝至列車遇到天窗時(shí)，只能采用等天窗( 等線)、下既有線運(yùn)行( 轉(zhuǎn)線) 和旅客換乘既有線列車(換乘) 3種運(yùn)輸組織方式。等線方式造成列車在站的等待時(shí)間(4 h) 過長(zhǎng)，不僅增加了旅客的旅行時(shí)間，而且使部分列車的始發(fā)終到時(shí)間超出了夕發(fā)朝至列車的合理始發(fā)終到時(shí)間范圍，適應(yīng)性不強(qiáng)；轉(zhuǎn)線和旅客換乘方式對(duì)固定設(shè)備、移動(dòng)設(shè)備和運(yùn)輸組織的要求較高，極大地降低了旅客服務(wù)水平，實(shí)際操作性不強(qiáng)[6]。

圖1 垂直矩形天窗

圖2 分段矩形天窗

2 基于周期天窗的高速鐵路分號(hào)運(yùn)行圖概述

為適應(yīng)夕發(fā)朝至列車開行的需要，高速鐵路開設(shè)周期天窗以完成總檢修工作量為前提，一周內(nèi)分日期正常開設(shè)不少于 4 h 的綜合維修天窗(垂直矩形天窗或分段矩形天窗)，另一段時(shí)間只開設(shè) 2 h 左右的檢查天窗(見圖3)，以實(shí)現(xiàn)周期性地開行夕發(fā)朝至列車。該天窗設(shè)置形式要求在編制基本運(yùn)行圖( 考慮綜合維修天窗) 的同時(shí)編制分號(hào)運(yùn)行圖(不預(yù)留綜合維修天窗)，在天窗開設(shè)日使用基本運(yùn)行圖，而在非天窗開設(shè)日使用分號(hào)運(yùn)行圖。

圖3 2 h 檢查天窗

為方便旅客出行，鐵路旅客列車一般都有固定的車次、停站和時(shí)刻表，其變化周期為 24 h。為此，高速鐵路分號(hào)運(yùn)行圖的編制應(yīng)以基本運(yùn)行圖為基礎(chǔ)，按列車等級(jí)順序添加夕發(fā)朝至列車運(yùn)行線，同時(shí)盡可能使原列車運(yùn)行線保持不變或移動(dòng)最少。

3 高速鐵路分號(hào)運(yùn)行圖的實(shí)行條件

3.1 天窗開設(shè)方式

高速鐵路實(shí)現(xiàn)周期天窗是實(shí)行分號(hào)運(yùn)行圖的必要條件。以武漢鐵路局為例，以完成總工作量為前提，在保證人員和機(jī)具配置數(shù)量的條件下，工務(wù)部門需要每周檢修 4次；電務(wù)部門信號(hào)專業(yè)需要每周檢修 4次，通信專業(yè)需要每周檢修 2次，供電專業(yè)需要每周檢修 5次。因此，高速鐵路周期天窗的開設(shè)方式受到供電專業(yè)的限制，最終可以實(shí)行“5+2”的周期天窗開設(shè)形式，即每周 5 天的周期化天窗。每周中不開設(shè)天窗的時(shí)間應(yīng)根據(jù)客流的夜間出行需求確定。由于不同鐵路局的天窗作業(yè)內(nèi)容和要求不同，對(duì)于不能實(shí)現(xiàn)周期天窗的鐵路局( 段)，應(yīng)優(yōu)化其檢修項(xiàng)目與周期，合理增加人員和機(jī)具配置數(shù)量。

3.2 客流需求

客流需求是制訂列車開行方案的一個(gè)重要參數(shù)，而且決定了實(shí)施分號(hào)運(yùn)行圖的必要性和經(jīng)濟(jì)性，即所謂的“按流開車”。

（1）夜間行車需求。日本、法國(guó)、德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家的高速鐵路及我國(guó)的城際高速鐵路，旅客在高速線上的旅行時(shí)間較短，而且多集中于白天，夜間出行需求較少，沒有必要使用分號(hào)運(yùn)行圖。隨著長(zhǎng)距離高速鐵路的相繼開通和高速鐵路的逐步成網(wǎng)，旅客的夜間出行需求必然會(huì)隨之產(chǎn)生。從客觀性和經(jīng)濟(jì)性的角度出發(fā)，只有當(dāng)旅客夜間出行的需求形成一定規(guī)模時(shí)，才有必要使用分號(hào)運(yùn)行圖。

（2）周客流分布規(guī)律。分號(hào)運(yùn)行圖的使用具有一定的規(guī)律性，只有當(dāng)客流的分布規(guī)律與分號(hào)運(yùn)行圖的開設(shè)周期相互吻合時(shí)，才是最經(jīng)濟(jì)有利的方案?；趯?duì)京滬、京廣、東南沿海等已開通運(yùn)營(yíng)的高速鐵路電子客票數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，高速鐵路周客流分布規(guī)律大致如圖4 所示。

圖4 高速鐵路周客流分布規(guī)律

由圖4 可知，高速鐵路周客流分布具有明顯的規(guī)律性：周一至周四客流量較小，波動(dòng)不大；周五、周六、周日客流量明顯增大；但周六的客流量有所回落。顯然，這一分布符合旅客的客觀出行規(guī)律。以京廣高速鐵路為例，旅客傾向于周五下班后乘坐夕發(fā)朝至列車去廣州(北京) 探親訪友，并于周日晚返回北京(廣州)，在列車上休息一晚后直接上班。對(duì)于這類高速鐵路應(yīng)在周五、周日使用分號(hào)運(yùn)行圖。如果某高速鐵路的周客流分布比較均衡，并且需求量較小，則沒有必要實(shí)行分號(hào)運(yùn)行圖。

4 分號(hào)運(yùn)行圖對(duì)高速鐵路運(yùn)輸組織的影響

4.1 夜間通過能力

高速鐵路使用分號(hào)運(yùn)行圖時(shí)，也存在檢查天窗與夕發(fā)朝至列車之間的協(xié)調(diào)問題，只是由于天窗時(shí)間縮短為 2 h，調(diào)整的靈活性增大。實(shí)際上，由于列車在站等待天窗的時(shí)間也相應(yīng)縮短，可以考慮采用等線的運(yùn)輸組織方式。垂直矩形天窗下夕發(fā)朝至列車等線的列車運(yùn)行圖如圖5 所示，在圖5 中 A、B分別為夕發(fā)朝至列車的始發(fā)站和終到站，列車按先到先發(fā)的原則組織運(yùn)行。

圖5 夕發(fā)朝至列車等線示意圖

在垂直矩形天窗下夕發(fā)朝至列車等線的列車運(yùn)行圖中，部分天窗三角區(qū)的能力可以得到利用，增加的通過能力為其中，m 為高速鐵路上允許列車等線的車站數(shù)量，車站一般為大型站；ni為每個(gè)車站允許等線的列車數(shù)(分為上、下行方向分別計(jì)算)，受車站到發(fā)線數(shù)量和夕發(fā)朝至列車合理始發(fā)、終到時(shí)間等條件的約束。與基本運(yùn)行圖開設(shè)的 4 h 垂直矩形天窗相比，該情況下可以增加的通過能力為其中，I 為列車追蹤間隔，min為向下取整符號(hào)。

夕發(fā)朝至列車等線運(yùn)行圖雖然彌補(bǔ)了列車不能“跨過”天窗的缺點(diǎn)，但存在列車在站等待 2 h 的弊端，需要提前對(duì)旅客做好相關(guān)宣傳工作，并保證車站停電維修時(shí)列車的生活供電，盡可能地提高動(dòng)車組車廂的舒適度。

以上分析主要針對(duì)垂直矩形天窗，如果采用分段矩形天窗，還可以利用天窗分段時(shí)的錯(cuò)位時(shí)間組織列車不等線通過(見圖3)。

4.2 確認(rèn)車

確認(rèn)車主要用于維修天窗后對(duì)軌道幾何狀態(tài)進(jìn)行檢查，以確保高速列車的運(yùn)行安全[7]。采用分號(hào)運(yùn)行圖時(shí)開設(shè)的檢查天窗主要是對(duì)線路軌道等設(shè)備的檢查，較少涉及維修工作。因此，在該情況下開行確認(rèn)車不具有實(shí)際意義，反而會(huì)造成天窗時(shí)間的額外延長(zhǎng)。因此，在分號(hào)運(yùn)行圖僅開設(shè)檢查天窗條件下不宜開行確認(rèn)車。

如果需要開行確認(rèn)車，為了減少確認(rèn)車對(duì)天窗時(shí)間的占用，應(yīng)盡量利用天窗后形成的三角區(qū)，而且宜分區(qū)段開行。只有當(dāng)確認(rèn)車開行完畢，并將信息反饋至調(diào)度中心后，才能放行旅客列車。利用三角區(qū)開行確認(rèn)車的運(yùn)行圖如圖6 所示，虛線為確認(rèn)車運(yùn)行線，實(shí)線為天窗后開行的第一列旅客列車運(yùn)行線。

圖6 利用三角區(qū)開行確認(rèn)車

4.3 客運(yùn)組織

采用分號(hào)運(yùn)行圖時(shí)，圖定夕發(fā)朝至列車數(shù)量將大于基本運(yùn)行圖，可以將增開的這部分列車稱為分號(hào)列車。由于分號(hào)列車并不是每天開行，因而旅客在出行前必須了解鐵路使用分號(hào)運(yùn)行圖的日期，以及這部分增開列車的信息。

需要明確分號(hào)列車與臨時(shí)旅客列車的區(qū)別，分號(hào)列車不是臨時(shí)旅客列車，為使旅客掌握分號(hào)列車的開行周期，鐵路部門應(yīng)提前做好宣傳工作，保證分號(hào)列車有穩(wěn)定的車次，并且使分號(hào)運(yùn)行圖與基本運(yùn)行圖同時(shí)發(fā)布。在運(yùn)輸組織上鐵路部門可以適當(dāng)延長(zhǎng)客票預(yù)訂時(shí)間，鼓勵(lì)旅客預(yù)訂分號(hào)運(yùn)行圖車票，以便鐵路提前掌握客流情況[8]。否則由于分號(hào)列車間隔開行造成的混淆，可能會(huì)引起其客流吸引量減少，給鐵路客運(yùn)收入帶來損失。

5 研究結(jié)論

綜上所述，基于周期天窗的高速鐵路分號(hào)運(yùn)行圖研究結(jié)論如下。

（1）高速鐵路能夠?qū)崿F(xiàn)周期天窗是實(shí)行分號(hào)運(yùn)行圖的前提條件。現(xiàn)場(chǎng)天窗設(shè)置經(jīng)驗(yàn)表明：受到供電專業(yè)檢修的限制，高速鐵路最終可以實(shí)現(xiàn)“5+2”的周期天窗開設(shè)方式。

（2）客流需求是決定分號(hào)運(yùn)行圖實(shí)施的重要因素。只有當(dāng)夜間客流的出行需求達(dá)到一定規(guī)模，并且周客流分布規(guī)律與分號(hào)運(yùn)行圖的開設(shè)周期相吻合時(shí)，才可以實(shí)施分號(hào)運(yùn)行圖。

（3）相比基本運(yùn)行圖，實(shí)行高速鐵路分號(hào)運(yùn)行圖能夠開行更多的夕發(fā)朝至列車，但開設(shè)檢查天窗時(shí)不適宜開行確認(rèn)車。

（4）高速鐵路分號(hào)運(yùn)行圖應(yīng)與基本運(yùn)行圖同時(shí)發(fā)布，并冠以分號(hào)列車穩(wěn)定的車次。

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