客運(yùn)專線旅客列車開行方案研究

魏文萍，薛玉璽，甘 寶

（蘭州交通大學(xué) 交通運(yùn)輸學(xué)院，甘肅 蘭州730070）

由于我國高速鐵路客運(yùn)專線存在路網(wǎng)結(jié)構(gòu)不夠完善，運(yùn)輸能力不足等問題，因而社會(huì)各界對高速鐵路客運(yùn)專線提出了新期望。因此，國家發(fā)改委為了適應(yīng)發(fā)展，在2004年制訂了《中長期鐵路網(wǎng)布局》，明確提出客運(yùn)專線的修建和運(yùn)營新要求。2008年，國家發(fā)改委對原規(guī)劃提出了進(jìn)一步修改與調(diào)整方案，要求建立省會(huì)城市及大中城市間的快速客運(yùn)通道。經(jīng)過2004年的規(guī)劃和2008年的調(diào)整，我國客運(yùn)專線將逐步突破路網(wǎng)結(jié)構(gòu)不完善、運(yùn)輸能力不足等問題，進(jìn)而為社會(huì)提供高質(zhì)量、高效率的運(yùn)輸效力。作為衡量客運(yùn)專線服務(wù)質(zhì)量優(yōu)劣的旅客列車開行方案在其中起著重要作用。實(shí)施與路網(wǎng)結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)相適應(yīng)的開行方案已成為提高高鐵運(yùn)輸在客運(yùn)市場地位的關(guān)鍵。

1 客運(yùn)專線客運(yùn)量的預(yù)測與分析

客運(yùn)量是決定客運(yùn)專線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的基本依據(jù)，也是制定運(yùn)營方式和行車方案的重要因素。

客流量大小主要受國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和交通環(huán)境的制約，所以對客流量的影響主要應(yīng)從以下幾個(gè)方面進(jìn)行分析:

1）國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度；

2）交通環(huán)境；

3）運(yùn)輸方式的特征:安全性，經(jīng)濟(jì)性，舒適性，便捷性；

4）旅客的出行特性:按旅客的出行目的分類（見表1），按旅客的旅行距離、選擇運(yùn)輸產(chǎn)品分類（見表2）。

表1 出行目的分類

表2 出行特性分類

1.1 客運(yùn)專線客流分析

為了對旅客時(shí)間價(jià)值實(shí)行量化處理，為開行方案的研究提供方便。把旅客的收入、時(shí)間價(jià)值、列車旅行費(fèi)用、舒適度、旅行速度等因素進(jìn)行綜合，將客運(yùn)專線客流分為高消費(fèi)客流、中等消費(fèi)客流、低消費(fèi)客流（見表3）。

表3 客流層次劃分表

1.2 客運(yùn)專線開行方案的基本要素確定

為建立客運(yùn)專線開行方案模型，必須對外界相關(guān)因素和條件進(jìn)行假設(shè)，然后進(jìn)行相關(guān)模型的建立和計(jì)算，主要包括以下幾個(gè)基本要素:系統(tǒng)封閉性假設(shè)；相對性假設(shè)；能力限制假設(shè)；確定性假設(shè)。

2 客運(yùn)專線開行方案基本要素的確定

2.1 列車開行區(qū)段的確定

在確定客運(yùn)專線列車運(yùn)行區(qū)段時(shí)首先要滿足始發(fā)站與終點(diǎn)站間有充足的客流，以保證開行列車有足夠的經(jīng)濟(jì)效益，客運(yùn)專線的開通主要是帶走大站間的主要客流，為了縮小旅客的出行時(shí)間，要開行一定數(shù)量的直達(dá)列車和停站次數(shù)較少的列車。在客運(yùn)專線上為提高列車服務(wù)頻率，普通采用小編組、高密度的運(yùn)輸模式，列車載客量下限相對于既有線可相應(yīng)降低。

若有fab≥Ks，則a，b站間可確定為一個(gè)列車運(yùn)行區(qū)段，其中fab為a，b站間的客流量，Ks為區(qū)段上運(yùn)行的列車載客量下限。

為確保動(dòng)車組的日常檢修工作，確定列車運(yùn)行區(qū)段時(shí)還應(yīng)考慮起訖點(diǎn)至少一端要有動(dòng)車檢修所以及客車整備所。

2.2 列車開行對數(shù)的確定

確定列車開行對數(shù)是編制旅客列車開行方案的重點(diǎn)，為提高運(yùn)輸資源的利用效率、降低運(yùn)輸過程中的成本消耗、提高運(yùn)輸過程中生產(chǎn)效率、為旅客提供較高運(yùn)輸服務(wù)質(zhì)量、增強(qiáng)鐵路的市場競爭能力，必須確定適合的列車開行數(shù)量。本文采用中國鐵道科學(xué)院高速鐵路總體組給出的客運(yùn)專線旅客列車開行對數(shù)的計(jì)算方法來計(jì)算開行對數(shù)。

1）一站直達(dá)列車開行對數(shù)的計(jì)算式為

式中:fab為a，b站間的客流量；A定為列車定員；τ為到站直達(dá)列車的開行比例。

客流修正公式為

2）大站停車列車開行對數(shù)的計(jì)算式為

式中:Uab為列車運(yùn)行區(qū)段上各區(qū)間客流密度的最大值。

3）選擇性停站的列車開行對數(shù)計(jì)算:確定選擇性停靠站列車開行對數(shù)首先要確定列車停站方式，列車停站方式確定后按確定大站停車的列車開行對數(shù)方法，計(jì)算不同列車停站方式下的列車開行對數(shù)。

4）站站停列車的開行對數(shù)計(jì)算式為

式中:Uab為列車運(yùn)行區(qū)段上各區(qū)間客流密度最大值。

2.3 列車開行種類的確定

由于客運(yùn)專線開行列車的運(yùn)行速度相差不大，結(jié)合區(qū)段旅客需求的基本特性、旅客出行距離大小等要素，按停站方式及是否跨線將旅客列車分為以下幾個(gè)類別。

1）一站直達(dá)高速列車（P1）:對于客流量較大的始發(fā)站和終到站之間，開行一站直達(dá)列車，要求其沿途車站不停車，以滿足兩點(diǎn)間直達(dá)的客流運(yùn)輸需求。其開行條件是兩站間有充足的客流，如圖1所示（●列車停站，○列車通過）。

圖1 一站直達(dá)列車

2）大站停車的高速列車（P2）:只在沿途部分大站?？浚罁?jù)客流的運(yùn)輸需求，開通部分在沿途大站?？康牧熊?，從而提高沿途大站的綜合服務(wù)頻率，提高運(yùn)輸效率，其開行條件是大站間有充足的客流，如圖2所示（●列車停站，○列車通過）。

圖2 大站停車列車

3）選擇性停站的高速列車（P3）:除在沿途大站停車外，還在沿途選擇性地在合適的中小車站停車，開行沿途中小車站選擇性停車的列車，從而最大限度滿足中小站旅客的出行需要，鐵路運(yùn)輸市場的競爭優(yōu)勢，其開行條件是滿足列車的最小載客量，如圖3所示（●列車停站，○列車通過）。

圖3 選擇停站列車

4）站站停高速列車（P4）:為了最大限度地滿足沿途相鄰車站間出行人群的出行需要，P4類列車要求沿途遇到車站均會(huì)停車，由于其主要服務(wù)于中小站的旅客出行，其開行數(shù)量要盡可能地少，從而提高列車的通過能力，其開行條件是要達(dá)到保本上座率，如圖4所示（●列車停站，○列車通過）。

圖4 站站停車列車

2.4 列車停站方案的確定

列車中途停站是為了旅客乘降車的需要。為了提高車站的服務(wù)頻率并有利于旅客乘降，列車停站的次數(shù)就要減少。高速列車由于停站次數(shù)過多會(huì)降低運(yùn)行速度，增加旅客的旅行時(shí)間。既要為車站的旅客提供方便的乘降條件，又不能明顯影響列車的時(shí)速，這是列車停站方案的核心。

3 案 例

蘭新客運(yùn)專線即蘭新二線，位于我國西部，貫穿甘肅省、青海省和新疆維吾爾自治區(qū)三省區(qū)，項(xiàng)目線路東起甘肅省蘭州市，西至新疆維吾爾自治區(qū)首府烏魯木齊，連接西寧、張掖、酒泉、哈密、吐魯番等地。線路共設(shè)有車站31個(gè)，新建站27個(gè)、既有站4個(gè)（西寧、玉門鎮(zhèn)、哈密、烏魯木齊 ）。蘭新客運(yùn)專線線路的正線全長1 776km，如圖5所示。

圖5 蘭新客運(yùn)專線線路途徑車站

3.1 蘭新客運(yùn)專線OD間的客流量

在確定蘭新客運(yùn)專線的客流量時(shí)，首先要對沿線地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r和旅客出行特點(diǎn)進(jìn)行探討，預(yù)測出蘭新運(yùn)輸通道內(nèi)的客運(yùn)總量。根據(jù)通道中總的客流量和蘭新客運(yùn)專線的客流分擔(dān)情況，確定蘭新客運(yùn)專線上各OD間的客流總量。

蘭新客運(yùn)專線各OD間的客流量轉(zhuǎn)化為日均客流量，如表4所示。

3.2 開行方案模型中相關(guān)參數(shù)的取值

列車的定員（A定）不僅與列車的編組數(shù)量有關(guān)，而且還與運(yùn)輸設(shè)備和客流量有關(guān)，根據(jù)運(yùn)輸距離的長短可以讓高速列車采用長編組和短編組，短編組、高密度可以減少旅客在站的停留時(shí)間，使旅客結(jié)余時(shí)間，提高服務(wù)頻率，但在一些運(yùn)力緊張的區(qū)段上，長編組能更加有效地提高運(yùn)力。在蘭新客運(yùn)專線上，將蘭新客運(yùn)專線的列車定員為610人，在相關(guān)文獻(xiàn)資料中，多數(shù)作者提出客運(yùn)專線的席位利用率（Ks）取值一般保持在70%。

表4 蘭新客運(yùn)專線OD間日均客流量 人／日

建議蘭新客運(yùn)專開行四類列車:一站直達(dá)高速列車（P1），大站停車高速列車（P2），選擇停站高速列車（P3），站站停高速列車（P4）。如表5所示。

表5 列車開行種類與停站說明表

客流波動(dòng)系數(shù)（R）是一個(gè)比值，隨著線路實(shí)際情況與沿線出行人群的經(jīng)濟(jì)水平而有所不同。蘭新客運(yùn)專線的客流波動(dòng)系數(shù)取值為1.2。

客座利用率（K）通常是依據(jù)統(tǒng)計(jì)產(chǎn)生，并且會(huì)去除其中超員部分。K一般取值為0.7～0.8，如果取值高于0.8，將會(huì)出現(xiàn)某些線路、時(shí)間、車次超員的不良現(xiàn)象，從而降低旅客運(yùn)輸?shù)姆?wù)質(zhì)量。因此，在對K的取值進(jìn)行界定時(shí)，要合理統(tǒng)計(jì)分析并修訂。在本文的研究中，取蘭新客運(yùn)專線的席位利用率為0.8。

3.3 蘭新客運(yùn)專線開行方案

根據(jù)上述確定蘭新客運(yùn)專線列車開行方案的思路與步驟，得到蘭新客運(yùn)專線開行方案如表6及圖6所示。

表6 蘭新客運(yùn)專線開行方案表

圖6 蘭新客運(yùn)專線開行方案示意

圖6中1，2，3，…，20依次代表蘭州站、民和站、樂都站…最后為烏魯木齊站。

旅客列車開行方案需要考慮鐵路旅客的運(yùn)輸運(yùn)營效益，并充分考慮和滿足旅客出行需求，因而需要將運(yùn)輸企業(yè)的運(yùn)營效益和旅客出行效益作為旅客列車開行方案的優(yōu)化目標(biāo)，以“按流開車”為原則，依據(jù)客流的不同情況來開行相應(yīng)的列車。本文中的列車客流是根據(jù)鐵路利益而制定的，與客流的實(shí)際分布狀況有差異，采用交通分配的方法描述旅客對列車的選擇更符合實(shí)際情況。因此，研究旅客對列車方案的選擇和客流在列車網(wǎng)絡(luò)上的分布，是評價(jià)列車開行方案運(yùn)營效果的關(guān)鍵，也是研究旅客列車開行方案優(yōu)化的基礎(chǔ)。

4 結(jié)束語

本文在查閱了大量文獻(xiàn)資料后，對客運(yùn)專線開行方案的相關(guān)問題進(jìn)行了探討，對開行方案的主要影響因素進(jìn)行分析，為客運(yùn)專線的運(yùn)營提供理論支持。在詳盡分析旅客乘車行為的基礎(chǔ)上，將旅客乘車選擇的影響因素劃分為主觀因素、客觀因素和隨機(jī)因素，根據(jù)鐵路客流分布和客流層次特點(diǎn)，考慮到不同消費(fèi)層次客流的差異，給出了鐵路旅客客流分配模型，形成鐵路客流分配的系統(tǒng)理論。旅客運(yùn)輸系統(tǒng)中包含兩方面的決策:一方面來自于旅客運(yùn)輸企業(yè)，另一方面來自于旅客。旅客的換乘方案會(huì)受到行車組織、客運(yùn)組織等眾多因素的影響，客流分配具有濃厚的組織特征，這是鐵路客流分配和道路等一般交通流的最大差異，對此需深入討論。對停站方案的設(shè)置還需進(jìn)一步研究，只有具備合理的停站方案，旅客列車開行方案才能真正完成。目前我國旅客運(yùn)輸組織對停站設(shè)置尚無系統(tǒng)、成熟的理論，更多是依靠經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷。而客運(yùn)專線條件下的停站設(shè)置需要在理論研究的基礎(chǔ)上進(jìn)行。

［1］ 王柄達(dá)，李華.基于客運(yùn)專線列車開行方案的客流預(yù)測研究［J］.鐵道運(yùn)輸與經(jīng)濟(jì)，2011（3）:91－94.

［2］ 馮鑫，羅金寶.一種基于經(jīng)濟(jì)效益的高速鐵路旅客列車開行方案研究［J］.蘭州大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2014（2）:139－143.

［3］ 張峰濤.客運(yùn)專線旅客列車開行方案研究［D］.蘭州:蘭州交通大學(xué)，2013.

［4］ 馬保仁.城際客運(yùn)鐵路運(yùn)輸組織探討［J］.鐵道運(yùn)輸與經(jīng)濟(jì)，2007（3）:21－22.

［5］ 高智睿.鐵路客運(yùn)專線旅客列車開行方案研究［D］.成都:西南交通大學(xué)，2011

［6］ 黃武國.客運(yùn)專線旅客列車開行方案研究［D］.成都:西南交通大學(xué)，2011.

［7］ 劉勇.鐵道部公布大宗貨物直達(dá)列車開行方案［J］.鐵道運(yùn)輸與經(jīng)濟(jì)，2005（6）:5.

［8］ 徐斌.高速鐵路列車停站方案研究［D］.北京:北京交通大學(xué)，2012.

［9］ 徐瑞華，鄒曉磊.客運(yùn)專線列車開行方案的優(yōu)化方法研究［J］.同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2005（12）:1608－1611，1703.

［10］浦偉斌.蘭新第二雙線建設(shè)目標(biāo)研究［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2010（12）:25－27.

［11］曹承，梁院生.基于EMD－BPN方法的高速鐵路短期客流預(yù)測［J］.交通科技與經(jīng)濟(jì)，2015，17（1）:10－12.

［12］陳麗雯.蘭新客運(yùn)專線客流預(yù)測與開行方案研究［D］.蘭州:蘭州交通大學(xué)，2013.

［13］陳路鋒.高速鐵路客流分配與列車開行方案評估一體化技術(shù)研究［D］.北京:北京交通大學(xué)，2013.

［14］劉娜.客運(yùn)專線客流預(yù)測理論研究及實(shí)際應(yīng)用［D］.北京:北京交通大學(xué)，2007.

［15］霍亮.鐵路旅客乘車行為分析與客流分配研究［D］.長沙:中南大學(xué)，2006.