我國(guó)高速鐵路夜間行車(chē)組織方法

彭其淵， 楊 奎， 文 超， 陶思宇

(1.西南交通大學(xué)交通運(yùn)輸與物流學(xué)院，四川 成都 610031;2.綜合交通運(yùn)輸智能化國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610031)

我國(guó)幅員遼闊，主要城市之間的通達(dá)時(shí)間遠(yuǎn)超過(guò)其他高速鐵路發(fā)達(dá)國(guó)家，由全國(guó)主要節(jié)點(diǎn)城市構(gòu)成的1000多個(gè)客流OD對(duì)中有328個(gè)距離超過(guò)2000 km，約有 500個(gè) OD對(duì)的旅行時(shí)間超過(guò)7 h［1-2］.我國(guó)高速鐵路的線網(wǎng)規(guī)模和縱橫跨度大，單條骨干線路里程長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)后，長(zhǎng)距離高速列車(chē)開(kāi)行數(shù)量多、運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)、服務(wù)范圍廣.

高速鐵路組織夜間行車(chē)為旅客利用夜間時(shí)間遠(yuǎn)距離出行提供了有效途徑，能夠有效拓展旅客出行時(shí)間范圍，提升遠(yuǎn)距離城市之間高速鐵路出行的時(shí)間可達(dá)性.此外，組織夜間行車(chē)能夠有效利用高速鐵路的夜間運(yùn)輸能力，充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)優(yōu)勢(shì)，提升長(zhǎng)距離高速列車(chē)相對(duì)于長(zhǎng)途道路運(yùn)輸和航空運(yùn)輸?shù)母?jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì).我國(guó)高速鐵路組織夜間行車(chē)是旅客出行和運(yùn)力資源優(yōu)化利用的共同需求.同時(shí)，從旅客出行需求特征、高速鐵路路網(wǎng)結(jié)構(gòu)與規(guī)模來(lái)看，我國(guó)具有組織開(kāi)行夜間高速列車(chē)的必要性和基本條件，但創(chuàng)新夜間行車(chē)組織方法是我國(guó)高速鐵路科學(xué)運(yùn)營(yíng)管理亟待解決的新課題.

國(guó)內(nèi)外科研工作者對(duì)高速鐵路夜間行車(chē)的研究主要集中在3個(gè)方面:

(1)組織開(kāi)行夕發(fā)朝至列車(chē)的可行性和開(kāi)行條件［3-4］;

(2)綜合維修天窗設(shè)置形式、技術(shù)特點(diǎn)、適用條件及其比較分析［5-10］;

(3)以綜合維修天窗與列車(chē)運(yùn)行的動(dòng)態(tài)關(guān)系為基礎(chǔ)，研究夜間列車(chē)運(yùn)行與維修天窗的協(xié)調(diào)配合［11-15］.

既有研究多以單條高速鐵路為研究對(duì)象，未深入系統(tǒng)地研究在高速鐵路網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)背景條件下如何組織開(kāi)行夜間高速列車(chē).本文系統(tǒng)分析了高速鐵路夜間等線、轉(zhuǎn)線、一線行車(chē)一線維修以及基于客流規(guī)律的周期性夜間行車(chē)組織方法的技術(shù)條件、組織特征和適應(yīng)性，提出了高速列車(chē)夜間運(yùn)行與綜合維修天窗的協(xié)調(diào)方法.

1 問(wèn)題描述

目前，世界上其他高速鐵路發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)均未在夜間組織開(kāi)行高速列車(chē)，因?yàn)檫@些國(guó)家和地區(qū)國(guó)土面積小，高速列車(chē)運(yùn)行距離和旅行時(shí)間較短，沒(méi)有組織夜間行車(chē)的必要［1］.從旅客出行需求特征、高速鐵路路網(wǎng)結(jié)構(gòu)與規(guī)模來(lái)看，我國(guó)高速鐵路組織夜間行車(chē)具備必要性、線網(wǎng)條件和客流條件.我國(guó)高速鐵路組織夜間行車(chē)能夠充分利用綜合維修天窗以外的夜間時(shí)間為旅客出行提供多樣化的快捷運(yùn)輸服務(wù)，是客流輸送和運(yùn)力資源優(yōu)化利用的共同需求.

確保技術(shù)設(shè)備處于良好狀態(tài)是高速鐵路安全有序運(yùn)營(yíng)的基本保障，可通過(guò)設(shè)置綜合維修天窗這一技術(shù)措施來(lái)實(shí)現(xiàn).鐵路綜合維修天窗有矩形和V形兩種基本形式，其中矩形天窗是高速鐵路綜合維修天窗的基本形式，通過(guò)組合可以有多種衍生形式，各有不同的特點(diǎn)和適用條件［8］.高速鐵路沿線技術(shù)設(shè)備需在夜間進(jìn)行檢查維修作業(yè)，無(wú)論檢查維修作業(yè)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)短，夜間高速列車(chē)運(yùn)行過(guò)程在多區(qū)段綜合維修天窗聯(lián)合約束下難以完全不受天窗影響.在高速鐵路線網(wǎng)縱橫跨度、動(dòng)車(chē)組一級(jí)修修程(一般為4000 km，CRH5為5000 km)和旅客出行服務(wù)質(zhì)量等因素綜合約束下，高速列車(chē)全程運(yùn)行過(guò)程一般不會(huì)跨越2個(gè)夜晚，即高速列車(chē)在一次全程運(yùn)行過(guò)程中不會(huì)兩次受綜合維修天窗的影響.

高速鐵路組織夜間行車(chē)主要受夜間綜合維修天窗占用行車(chē)資源的影響，列車(chē)運(yùn)行和設(shè)備維修作業(yè)不能同時(shí)進(jìn)行，組織夜間行車(chē)的關(guān)鍵在于處理好夜間列車(chē)運(yùn)行與綜合維修天窗的相互關(guān)系.夜間列車(chē)運(yùn)行與綜合維修作業(yè)在時(shí)間上存在相互影響的動(dòng)態(tài)關(guān)系，兩者相互協(xié)調(diào)配合才能在滿足技術(shù)設(shè)備綜合檢查維修需求的基礎(chǔ)上，為列車(chē)夜間運(yùn)行創(chuàng)造良好條件.

高速鐵路夜間行車(chē)有4種可能的行車(chē)組織方法:等線、轉(zhuǎn)線、一線行車(chē)一線維修和基于客流需求規(guī)律的周期性組織方法.不同夜間行車(chē)方法具有不同的技術(shù)特征和技術(shù)作業(yè)過(guò)程，夜間列車(chē)開(kāi)行條件與綜合維修天窗的相互關(guān)系也有所差異.研究高速鐵路夜間行車(chē)組織方法，主要以滿足高速鐵路綜合維修作業(yè)的需求為前提，系統(tǒng)分析不同夜間行車(chē)組織方法的技術(shù)條件、組織特征及夜間列車(chē)與綜合維修天窗的協(xié)調(diào)方法，提出不同夜間行車(chē)組織方法的適應(yīng)條件，為我國(guó)高速鐵路組織開(kāi)行夜間列車(chē)提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐.

2 高速鐵路夜間等線行車(chē)組織方法

等線方法指夜間高速列車(chē)在綜合維修天窗開(kāi)始前在就近車(chē)站停車(chē)，等待天窗結(jié)束后繼續(xù)在高速鐵路上運(yùn)行至終到站的一種夜間行車(chē)組織方法.其特征是列車(chē)在其全過(guò)程運(yùn)行中不改變運(yùn)行線路，遇到綜合維修天窗時(shí)列車(chē)在車(chē)站停車(chē)等待至天窗結(jié)束后繼續(xù)運(yùn)行，導(dǎo)致夜間高速列車(chē)運(yùn)行時(shí)間增加.

高速列車(chē)夜間等線時(shí)停留在車(chē)站到發(fā)線上，其運(yùn)行環(huán)境(線路、信聯(lián)閉設(shè)備和供電等方面的技術(shù)條件)未發(fā)生任何變化，列車(chē)運(yùn)行全過(guò)程對(duì)平行既有線路無(wú)影響.等線列車(chē)在天窗時(shí)間內(nèi)需要占用車(chē)站到發(fā)線，同時(shí)在等線時(shí)段內(nèi)列車(chē)基本生活用電必須得到保障.采用等線方法組織夜間行車(chē)的實(shí)施條件主要包括:

(1)高速鐵路沿線車(chē)站到發(fā)線配置數(shù)量滿足夜間列車(chē)等線需要;

(2)等線車(chē)站具備保障等線列車(chē)生活用電的配套技術(shù)設(shè)備.

高速等線列車(chē)需等到其所在車(chē)站和相鄰后續(xù)區(qū)段綜合維修天窗均結(jié)束后才具備基本發(fā)車(chē)條件，會(huì)產(chǎn)生列車(chē)在站等待天窗的停留時(shí)間，增加高速列車(chē)旅行時(shí)間，從而降低列車(chē)旅行速度.高速列車(chē)等線時(shí)間主要由綜合維修天窗時(shí)間長(zhǎng)度、同方向等線列車(chē)數(shù)量、最小追蹤間隔時(shí)分和天窗前后行車(chē)間隔時(shí)分決定.令t、tb和te分別表示綜合維修天窗持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)度、天窗開(kāi)始前的最小行車(chē)時(shí)間間隔和天窗結(jié)束后的最小行車(chē)時(shí)間間隔，n和tmin分別為該車(chē)站同方向等線列車(chē)數(shù)量和列車(chē)運(yùn)行最小追蹤間隔時(shí)分，tT和t'T分別為列車(chē)正常運(yùn)行旅行時(shí)間和等線運(yùn)行的旅行時(shí)間.按照“先到先發(fā)”原則組織等線車(chē)站列車(chē)到發(fā)，高速列車(chē)夜間等線時(shí)間td和列車(chē)等線運(yùn)行的旅行時(shí)間t'T為

夜間等線高速列車(chē)旅行速度v′由運(yùn)營(yíng)里程L、最高運(yùn)營(yíng)速度vmax和綜合維修天窗時(shí)間t決定，

式中:β1為高速列車(chē)的旅速系數(shù)，一般取值0.9.

不同運(yùn)營(yíng)里程和綜合維修天窗時(shí)間下的旅行速度如表1所示.

表1 高速列車(chē)等線運(yùn)行的旅行速度Tab.1 Travelling speed of high-speed train under waiting mode km/h

綜合維修天窗時(shí)間長(zhǎng)度和列車(chē)運(yùn)行距離是影響列車(chē)旅行速度的主要因素，綜合維修天窗持續(xù)時(shí)間越短、列車(chē)運(yùn)行距離越長(zhǎng)，則等線高速列車(chē)旅行速度越高，夜間等線對(duì)列車(chē)旅行速度影響越小.在一定的列車(chē)運(yùn)行距離下，綜合維修天窗時(shí)間越長(zhǎng)，夜間列車(chē)旅行速度越低，列車(chē)受綜合維修天窗的影響越嚴(yán)重.遠(yuǎn)距離高速列車(chē)等線運(yùn)行能夠保證較高的旅行速度，例如哈爾濱至廣州運(yùn)行里程約為3400 km，設(shè)置3 h綜合維修天窗時(shí)列車(chē)旅行速度高于200 km/h.

在滿足維修作業(yè)需求和列車(chē)運(yùn)行基本條件的同時(shí)，采用一定的技術(shù)措施能夠有效地縮短列車(chē)等線時(shí)間，提高列車(chē)旅行速度，從而降低綜合維修天窗對(duì)夜間列車(chē)運(yùn)行的影響.提高等線列車(chē)旅行速度的技術(shù)措施主要包括:

(1)分段設(shè)置綜合維修天窗，通過(guò)技術(shù)組織措施為列車(chē)夜間運(yùn)行創(chuàng)造良好條件;

(2)強(qiáng)化維修班組配置和維修作業(yè)組織，縮短輔助作業(yè)時(shí)間，提高維修作業(yè)效率;

(3)優(yōu)化列車(chē)等線方案，使列車(chē)盡量分散等線，降低同一車(chē)站同方向等線列車(chē)數(shù)量.

根據(jù)高速鐵路供電設(shè)備技術(shù)特征和運(yùn)營(yíng)維護(hù)管理需求等，將高速鐵路劃分為若干天窗分段，這些天窗分段是分段矩形天窗設(shè)置的基本單位，不同天窗分段的天窗設(shè)置方案組合形成高速鐵路天窗設(shè)置方案.根據(jù)夜間行車(chē)需求，優(yōu)化分段矩形天窗的開(kāi)設(shè)時(shí)段能夠有效縮短列車(chē)等線時(shí)間，降低綜合維修天窗對(duì)列車(chē)運(yùn)行的影響.如圖1所示，在同等條件下，設(shè)置分段矩形天窗時(shí)的列車(chē)等線時(shí)間小于設(shè)置垂直矩形天窗時(shí)的列車(chē)等線時(shí)間.

圖1 不同綜合維修天窗方案下的列車(chē)等線時(shí)間Fig.1 Waiting time illustration under different maintenance curfews

夜間高速列車(chē)等線運(yùn)行降低了列車(chē)旅行速度，為保證高速鐵路的服務(wù)質(zhì)量和競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，夜間高速列車(chē)運(yùn)營(yíng)里程必須大于特定閾值L0以保證一定的旅行速度水平.令v0為夜間高速列車(chē)目標(biāo)旅行速度，

表2為目標(biāo)旅行速度下的等線列車(chē)運(yùn)營(yíng)里程閾值，從表2可以看出，綜合維修天窗持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)、最高運(yùn)營(yíng)速度越低、目標(biāo)旅行速度越高，高速鐵路夜間列車(chē)運(yùn)營(yíng)里程閾值就越高.

表2 目標(biāo)旅行速度下的等線列車(chē)運(yùn)營(yíng)里程閾值Tab.2 The mileage threshold value of waiting high-speed train at targeted travelling speed km

此外，高速鐵路采用等線方法組織夜間行車(chē)能夠有效拓展夕發(fā)朝至列車(chē)的開(kāi)行范圍.夕發(fā)朝至列車(chē)合理始發(fā)時(shí)間范圍為［17:00，23:00］，合理終到時(shí)間范圍為［6:00，9:00］，列車(chē)旅行時(shí)間長(zhǎng)度為7～16 h，則高速鐵路300 km/h(旅速系數(shù)為0.9)列車(chē)夕發(fā)朝至列車(chē)開(kāi)行最短距離約為1900 km.采用等線方法組織夜間行車(chē)，旅行時(shí)間增加能夠縮短夕發(fā)朝至列車(chē)的最短開(kāi)行距離L，使部分距離較近的城市OD具備開(kāi)行夕發(fā)朝至列車(chē)的時(shí)間條件，

L=(t'T－ td)β1vmax， 7 h≤t'T≤16 h. (5)

高速列車(chē)等線運(yùn)行增加旅行時(shí)間能夠拓展夕發(fā)朝至列車(chē)開(kāi)行范圍，同時(shí)降低了列車(chē)旅行速度.目前我國(guó)既有線直達(dá)特快旅客列車(chē)平均旅行速度為130 km/h左右，為保證夕發(fā)朝至高速列車(chē)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)和服務(wù)質(zhì)量，300 km/h高速列車(chē)的速度不宜低于200 km/h，相應(yīng)的最短開(kāi)行距離約為1400 km.

等線行車(chē)組織方法適用于無(wú)平行既有線路或平行既有線路能力特別緊張的高速鐵路組織夜間行車(chē)，組織等線行車(chē)時(shí)高速鐵路沿線車(chē)站到發(fā)線數(shù)量需滿足夜間列車(chē)等線需要，等線車(chē)站需具備保障等線列車(chē)生活用電的配套技術(shù)設(shè)備.采用該方法能夠在距離較近的城市OD之間組織開(kāi)行夕發(fā)朝至列車(chē)，在列車(chē)運(yùn)營(yíng)里程較長(zhǎng)時(shí)能夠保證較高的旅行速度.

3 高速鐵路夜間轉(zhuǎn)線行車(chē)組織方法

轉(zhuǎn)線方法是指高速列車(chē)在天窗開(kāi)始前通過(guò)聯(lián)絡(luò)線轉(zhuǎn)入平行既有線路，夜間列車(chē)沿平行既有線路運(yùn)行至終到站，或天窗結(jié)束后通過(guò)聯(lián)絡(luò)線返回高速線運(yùn)行的一種行車(chē)組織方法.其特征是列車(chē)部分運(yùn)行過(guò)程在高速鐵路平行既有線路完成，轉(zhuǎn)線運(yùn)行列車(chē)在綜合維修天窗時(shí)間內(nèi)利用平行既有線路通過(guò)能力，與平行既有線路列車(chē)的運(yùn)行相互影響.

高速鐵路夜間轉(zhuǎn)線運(yùn)行過(guò)程包括3個(gè)階段:

(1)天窗開(kāi)始前在高速鐵路上的運(yùn)行階段;

(2)天窗時(shí)間內(nèi)在平行既有線路上的運(yùn)行階段;

(3)天窗結(jié)束后從平行既有線路返回高速線或繼續(xù)在平行線運(yùn)行至終到站.

組織轉(zhuǎn)線行車(chē)應(yīng)具備的條件包括:

(1)高速鐵路具備平行既有線路以及與平行既有線路的聯(lián)絡(luò)線;

(2)平行既有線路技術(shù)條件滿足高速列車(chē)運(yùn)行需求;

(3)平行線路具有充足的通過(guò)能力.

高速鐵路在綜合維修天窗時(shí)間組織轉(zhuǎn)線行車(chē)，高速列車(chē)轉(zhuǎn)線運(yùn)行過(guò)程如圖2所示.采用轉(zhuǎn)線方法時(shí)，高速列車(chē)在天窗開(kāi)始前通過(guò)聯(lián)絡(luò)線轉(zhuǎn)入既有線，在天窗結(jié)束后通過(guò)聯(lián)絡(luò)線返回高速鐵路，因此，高速鐵路與平行既有線的聯(lián)絡(luò)線設(shè)置是轉(zhuǎn)線運(yùn)輸組織的關(guān)鍵技術(shù)條件.同時(shí)，列車(chē)轉(zhuǎn)線運(yùn)行與平行線路列車(chē)運(yùn)行過(guò)程相互影響，運(yùn)輸組織過(guò)程較為復(fù)雜，導(dǎo)致列車(chē)晚點(diǎn)將使轉(zhuǎn)線運(yùn)輸組織方案難以實(shí)施，保證高速列車(chē)正點(diǎn)運(yùn)行是列車(chē)轉(zhuǎn)線運(yùn)行的重要組織條件.

在既有平行線路技術(shù)條件約束下，轉(zhuǎn)線列車(chē)以既有平行線路的最高允許速度運(yùn)行，導(dǎo)致列車(chē)全程旅行時(shí)間增加，旅行時(shí)間增量

式中:β2為既有平行線路上列車(chē)的旅速系數(shù);

vPmax為既有平行線路上列車(chē)最高運(yùn)行速度;

t'1為高速列車(chē)轉(zhuǎn)入既有線路的運(yùn)行時(shí)間;

l為平行既有線區(qū)段長(zhǎng)度.

列車(chē)轉(zhuǎn)線運(yùn)行的旅行時(shí)間增量較等線方法的旅行時(shí)間增量小，在天窗持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)具有顯著優(yōu)勢(shì).采用轉(zhuǎn)線方法組織開(kāi)行夕發(fā)朝至高速列車(chē)時(shí)，不同線路運(yùn)營(yíng)速度和綜合維修天窗時(shí)間與列車(chē)合理開(kāi)行距離范圍的關(guān)系可用式(7)表示，

式中:t2為在既有平行線路列車(chē)運(yùn)行時(shí)間.

不同天窗時(shí)間長(zhǎng)度和最高運(yùn)營(yíng)速度下的合理開(kāi)行距離范圍見(jiàn)表3.

高速鐵路夜間行車(chē)采用轉(zhuǎn)線方法能夠有效利用運(yùn)輸資源，提高運(yùn)輸生產(chǎn)的連續(xù)性和均衡性，組織列車(chē)轉(zhuǎn)線運(yùn)行的關(guān)鍵在于為高速列車(chē)選定合理的轉(zhuǎn)線運(yùn)行區(qū)段.列車(chē)轉(zhuǎn)線運(yùn)行區(qū)段的基本條件是列車(chē)轉(zhuǎn)線運(yùn)行時(shí)間大于綜合維修天窗時(shí)間及其前后間隔時(shí)間之和，tZ為列車(chē)轉(zhuǎn)線運(yùn)行時(shí)間，列車(chē)轉(zhuǎn)線運(yùn)行區(qū)段選擇的基本條件為

圖2 夜間高速列車(chē)轉(zhuǎn)線運(yùn)行過(guò)程示意圖Fig.2 Transferring mode illustration of overnight high-speed railway

表3 轉(zhuǎn)線方法夕發(fā)朝至高速列車(chē)的合理開(kāi)行距離范圍Tab.3 The rational travelling distance range for dusk to dawn high-speed train under transferring mode km

在合理始發(fā)終到時(shí)間范圍約束下，不同OD城市對(duì)夜間高速列車(chē)的轉(zhuǎn)線區(qū)段可能有所不同，導(dǎo)致高速鐵路既有平行線路不同區(qū)段的轉(zhuǎn)線列車(chē)數(shù)量存在差異.列車(chē)轉(zhuǎn)線運(yùn)行占用既有平行線路通過(guò)能力，高速列車(chē)轉(zhuǎn)線運(yùn)行的不均衡性會(huì)導(dǎo)致既有平行線路不同區(qū)段的能力占用不均衡.

令tH和tK分別為既有線普通貨物列車(chē)和旅客列車(chē)追蹤間隔時(shí)分，M為該區(qū)段轉(zhuǎn)線列車(chē)成組運(yùn)行的組數(shù)，Ki為第i組追蹤運(yùn)行的列車(chē)數(shù)量，εk為高速鐵路平行既有線直達(dá)特快旅客列車(chē)扣除系數(shù).轉(zhuǎn)線行車(chē)對(duì)平行既有線路通過(guò)能力的影響見(jiàn)圖3，列車(chē)轉(zhuǎn)線運(yùn)行占用轉(zhuǎn)線運(yùn)行區(qū)段的通過(guò)能力

圖3 轉(zhuǎn)線行車(chē)對(duì)平行既有線路通過(guò)能力影響的計(jì)算方法Fig.3 Calculation method of reduced capacity in parallel traditional rail line under transferring mode

在轉(zhuǎn)線基本條件和合理始發(fā)終到時(shí)間范圍約束下，夜間高速列車(chē)轉(zhuǎn)線區(qū)段和轉(zhuǎn)線時(shí)間通常具有多種可選方案，不同轉(zhuǎn)線方案將導(dǎo)致高速鐵路既有平行線路通過(guò)能力利用率的不同.夜間高速列車(chē)轉(zhuǎn)線方案需從路網(wǎng)層面統(tǒng)籌考慮列車(chē)轉(zhuǎn)線基本條件、合理始發(fā)終到時(shí)間范圍和既有平行線路通過(guò)能力，以便為既有平行線路列車(chē)運(yùn)行和通過(guò)能力的充分利用創(chuàng)造條件.

轉(zhuǎn)線行車(chē)方法適用于具有高速鐵路與平行既有線路轉(zhuǎn)線運(yùn)輸組織聯(lián)絡(luò)線、平行既有線路通過(guò)能力富余并具備相應(yīng)技術(shù)條件的高速鐵路組織夜間行車(chē)，在綜合維修天窗時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)較等線方法具有一定優(yōu)勢(shì).同時(shí)，由于聯(lián)絡(luò)線設(shè)置的限制，列車(chē)晚點(diǎn)將導(dǎo)致轉(zhuǎn)線運(yùn)輸組織方案難以實(shí)施，保證高速列車(chē)正點(diǎn)運(yùn)行是列車(chē)轉(zhuǎn)線運(yùn)行的重要組織條件.

4 一線維修一線行車(chē)組織方法

一線維修一線行車(chē)方法是指高速鐵路在綜合維修天窗時(shí)間內(nèi)一線進(jìn)行維修作業(yè)、一線按單線組織列車(chē)運(yùn)行的行車(chē)組織方法.其特征是上下行線路在綜合維修天窗時(shí)間段內(nèi)分別用于設(shè)備檢查維修和列車(chē)運(yùn)行，列車(chē)運(yùn)行與設(shè)備檢查維修作業(yè)相互影響.

實(shí)施一線維修一線行車(chē)方法的技術(shù)條件包括:

(1)高速鐵路雙向線路均具備單線反向行車(chē)條件;

(2)列車(chē)運(yùn)行速度不超過(guò)160 km/h，以降低相鄰線路維修人員安全風(fēng)險(xiǎn);

(3)強(qiáng)化維修作業(yè)防護(hù)措施以保證維修作業(yè)安全.

在綜合維修天窗時(shí)段內(nèi)，組織一線維修一線行車(chē)通常具有單線成對(duì)非追蹤運(yùn)行或追蹤運(yùn)行兩種組織模式，如圖4(a)和圖4(b)所示.

圖4 高速鐵路一線維修一線行車(chē)示意圖Fig.4 Illustration of operation and maintenance in bidirectional lines

一線維修一線行車(chē)方法在天窗時(shí)間為高速鐵路列車(chē)提供了一條可行的夜間單方向運(yùn)行通道，能夠提高高速鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)的連續(xù)性和均衡性.在天窗開(kāi)始前和天窗結(jié)束后，均需進(jìn)行行車(chē)組織方法轉(zhuǎn)換，運(yùn)輸組織過(guò)程較為復(fù)雜.高速鐵路部分特定技術(shù)設(shè)備檢修作業(yè)需要上下行線路同時(shí)進(jìn)行，如渡線、道岔和站內(nèi)接觸網(wǎng)等技術(shù)設(shè)備，采用一線維修一線行車(chē)方法時(shí)，無(wú)法同時(shí)進(jìn)行檢修作業(yè)，難以滿足這些技術(shù)設(shè)備的維修需要.與此同時(shí)，列車(chē)運(yùn)行影響相鄰線路的維修作業(yè)，增加了維修輔助作業(yè)時(shí)間和線路維修的安全風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)高速鐵路線路的維修作業(yè)效率和安全產(chǎn)生負(fù)面影響.

令l為區(qū)段限制區(qū)間長(zhǎng)度和不組織一線維修一線行車(chē)時(shí)的速度，則綜合維修天窗影響時(shí)間長(zhǎng)度

設(shè)TC為單線成對(duì)非追蹤運(yùn)行圖周期，t′I和t″I分別為上下行方向追蹤列車(chē)間隔時(shí)分，K為追蹤運(yùn)行列車(chē)數(shù)量，則追蹤運(yùn)行圖周期

綜合維修天窗時(shí)段內(nèi)的通過(guò)能力［16］

由此可見(jiàn)，組織一線維修一線行車(chē)時(shí)綜合維修天窗時(shí)段內(nèi)可開(kāi)行的列車(chē)數(shù)量主要取決于線路限制區(qū)間長(zhǎng)度.在實(shí)際運(yùn)輸組織過(guò)程中高速鐵路站間區(qū)間較長(zhǎng)，以160 km/h組織單向行車(chē)時(shí)TC較大，導(dǎo)致綜合維修天窗時(shí)間內(nèi)通過(guò)能力較為有限.例如，京滬高速鐵路站間區(qū)間平均長(zhǎng)度為60 km，單線成對(duì)非追蹤運(yùn)行圖平均周期為T(mén)C=70 min，設(shè)置4 h綜合維修天窗時(shí)，以160 km/h成對(duì)組織列車(chē)單線非追蹤運(yùn)行和追蹤運(yùn)行(K=3)，區(qū)間平均通過(guò)能力分別為4對(duì)和6對(duì).

一線維修一線行車(chē)組織方法適用于具備單線反向行車(chē)條件的高速鐵路組織夜間行車(chē)，但高速鐵路部分特定技術(shù)設(shè)備檢修作業(yè)需要上下行線路同時(shí)進(jìn)行，采用一線維修一線行車(chē)組織方法難以滿足這些技術(shù)設(shè)備的維修需要，同時(shí)增加了維修輔助作業(yè)時(shí)間，影響維修作業(yè)人員安全.

5 基于客流規(guī)律的周期性行車(chē)組織方法

我國(guó)鐵路運(yùn)輸組織“按流開(kāi)車(chē)”，客流需求是高速鐵路組織行車(chē)的基本依據(jù).我國(guó)高速鐵路客流在一周內(nèi)呈現(xiàn)顯著的規(guī)律性:周一至周四工作日客流相對(duì)穩(wěn)定，周五和周日客流顯著增長(zhǎng)，周六客流相對(duì)較?。?6］.根據(jù)此客流規(guī)律設(shè)置5+2周期性天窗(周一至周四以及周六正常設(shè)置綜合維修天窗，周五和周日僅設(shè)置2 h巡檢天窗)，既能滿足不同維修作業(yè)需求，又能在周五和周日夜間出行客流需求較大時(shí)為高速列車(chē)夜間運(yùn)行創(chuàng)造良好條件［17］.

高速鐵路周期性夜間行車(chē)組織方法，是指針對(duì)周期客流規(guī)律設(shè)置天窗方案并相應(yīng)地采用前述不同夜間行車(chē)方法的一種行車(chē)組織方法.這種行車(chē)組織方法的特征是周一至周四及周六正常開(kāi)設(shè)綜合維修天窗與周五、周日開(kāi)設(shè)巡檢天窗時(shí)分別采用不同的夜間列車(chē)組織方法，可以是等線、轉(zhuǎn)線或一線維修一線行車(chē)組織方法的任意單一方法或組合.

采用5+2周期性天窗時(shí)，周一至周四以及周六正常設(shè)置3或4 h矩形天窗用于線路檢查維修，高速列車(chē)夜間運(yùn)行可根據(jù)相應(yīng)技術(shù)條件采用前述3種夜間行車(chē)組織方法之一，其中等線方法如圖5(a)所示.周五和周日僅設(shè)置2 h巡檢天窗用于線路及設(shè)備檢查以保證行車(chē)安全，在綜合維修天窗結(jié)束后不需開(kāi)行確認(rèn)車(chē)，巡檢天窗影響時(shí)段大幅縮短，分段設(shè)置時(shí)相鄰區(qū)段天窗可能完全錯(cuò)開(kāi)，為夜間列車(chē)運(yùn)行提供通道，如圖5(b)所示，京廣高速鐵路部分列車(chē)在夜間運(yùn)行過(guò)程中能夠避免受綜合維修天窗的影響.

高速鐵路夜間運(yùn)行列車(chē)通常在時(shí)段6:00～9:00密集終到，對(duì)于毗鄰動(dòng)車(chē)段(所)的始發(fā)終到站，夜間高速列車(chē)終到與動(dòng)車(chē)組出段、車(chē)站早高峰發(fā)車(chē)時(shí)段重疊.列車(chē)密集到發(fā)可能導(dǎo)致到發(fā)線和咽喉能力較為緊張，需制定配套的列車(chē)出入段計(jì)劃和組織措施.在網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)條件下，協(xié)調(diào)不同城市之間夜間高速列車(chē)運(yùn)行方案，組織夜間高速列車(chē)在區(qū)間連續(xù)追蹤運(yùn)行，在提高夜間通過(guò)能力利用率的同時(shí)，為夜間列車(chē)運(yùn)行和維修作業(yè)創(chuàng)造良好條件.

圖5 基于客流周期性規(guī)律的京廣高速鐵路行車(chē)組織方法示意圖Fig.5 Demand-based periodic operation illustration of Beijing-Guangzhou high-speed railway

高速鐵路夜間列車(chē)運(yùn)營(yíng)里程在2000 km以?xún)?nèi)時(shí)，采用車(chē)底返回配屬地檢修的雙日交路;里程在2000 km以上則采用在非配屬地進(jìn)行車(chē)底檢修的單日交路，同時(shí)通過(guò)臥代座套跑短途日行列車(chē)能夠有效提高動(dòng)臥車(chē)底利用率.當(dāng)始發(fā)終到站所在地的動(dòng)車(chē)運(yùn)用所不具備該車(chē)型的檢修技術(shù)條件時(shí)，需在該動(dòng)車(chē)運(yùn)用所增加特定車(chē)型的檢修技術(shù)設(shè)備或以套跑形式到就近動(dòng)車(chē)運(yùn)用所檢修.

6 結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)高速鐵路逐步由單線獨(dú)立運(yùn)營(yíng)轉(zhuǎn)變?yōu)橐蚤L(zhǎng)大干線為骨架的網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)，長(zhǎng)距離高速列車(chē)開(kāi)行數(shù)量多、運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)和服務(wù)范圍廣.我國(guó)高速鐵路具備組織夜間行車(chē)的基本線網(wǎng)條件和時(shí)空條件，開(kāi)行夜間高速列車(chē)可以有效地豐富鐵路客運(yùn)產(chǎn)品譜系，提高城市之間的時(shí)間可達(dá)性和路網(wǎng)運(yùn)輸能力，是旅客出行和企業(yè)運(yùn)營(yíng)的共同需求.

高速鐵路夜間行車(chē)具有等線、轉(zhuǎn)線、一線維修一線行車(chē)和基于客流規(guī)律的周期性夜間行車(chē)組織4種方法.等線行車(chē)方法適用于沒(méi)有平行既有線路或平行既有線路能力特別緊張的高速鐵路組織夜間行車(chē)，同時(shí)高速鐵路沿線車(chē)站到發(fā)線配置數(shù)量滿足夜間列車(chē)等線需要，并且相應(yīng)等線車(chē)站需具備保障等線列車(chē)生活用電的配套技術(shù)設(shè)備.采用該方法能夠在距離較近的城市OD間組織開(kāi)行夕發(fā)朝至列車(chē)，在列車(chē)運(yùn)營(yíng)里程較長(zhǎng)時(shí)能夠保證較高的旅行速度.為保證高速夕發(fā)朝至列車(chē)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)和服務(wù)質(zhì)量，300 km/h高速列車(chē)的目標(biāo)速度不宜低于200 km/h，其最短開(kāi)行距離約為1400 km.

轉(zhuǎn)線行車(chē)方法適用于高速鐵路與平行既有線路具有滿足轉(zhuǎn)線運(yùn)輸組織的聯(lián)絡(luò)線、平行既有線路通過(guò)能力富余并具備相應(yīng)技術(shù)條件的高速鐵路組織夜間行車(chē)，在綜合維修天窗時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)較等線方法具有一定優(yōu)勢(shì).高速列車(chē)轉(zhuǎn)線運(yùn)行與既有平行線路列車(chē)相互影響，運(yùn)輸組織較為復(fù)雜，轉(zhuǎn)線行車(chē)組織的關(guān)鍵在于為列車(chē)選擇合理的轉(zhuǎn)線運(yùn)行區(qū)段并確保高速列車(chē)正點(diǎn)運(yùn)行.

一線維修一線行車(chē)組織方法適用于具備單線反向行車(chē)條件的高速鐵路組織夜間行車(chē)，但高速鐵路部分特定技術(shù)設(shè)備檢修作業(yè)需要上下行線路同時(shí)進(jìn)行，該方法難以滿足這些技術(shù)設(shè)備的維修需要.以高速鐵路客流周規(guī)律性為基礎(chǔ)設(shè)置5+2周期性天窗，既能滿足不同維修作業(yè)需求，又能在周五和周日夜間客流需求較大時(shí)為高速列車(chē)夜間運(yùn)行創(chuàng)造良好條件，是一種較好的夜間行車(chē)組織方法.

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