長沙南站通過能力影響因素分析及對策

楊竟洵

YANG Jing-xun

（中國鐵路廣州局集團有限公司?長沙南站，湖南?長沙?410000）

(Changshanan Railway Station，China Railway Guangzhou Group Co.，Ltd.，Changsha 410000，Hunan，China)

武廣 (武漢—廣州) 高速鐵路于 2009 年開通運營，隨著銜接通達的線路不斷增加，通過能力緊張的問題日益突出。長沙南站作為武廣高速鐵路與滬昆(上?！ッ?高速鐵路的交匯站，其通過能力在很大程度上決定了武廣高速鐵路的通過能力。長沙南站自 2009 年 12 月 29 日首次辦理高速列車達到 56 列/d，至 2017 年 7 月 1 日增加到 586 列/d(其中京廣場 413 列/d，滬昆場 173 列/d)，行車壓力不斷增加，亟待分析研究影響車站通過能力的因素并尋求解決方案。

1 長沙南站通過能力分析

1.1 長沙南站京廣場分析

長沙南站設有京廣場與滬昆場，2 個場并列布置，屬于共站分場模式[1]?？缇€高速列車均通過聯(lián)絡線在京廣場接發(fā)，因而只針對性地分析京廣場。長沙南站京廣場示意圖如圖1 所示。

京廣場銜接東、西、南、北及長沙動車所 (以下簡稱“動車所”) 共 5 個方向。其中，“東”指滬昆高速鐵路上海方向；“西”指滬昆高速鐵路昆明方向；“南”指武廣高速鐵路廣州方向；“北”指武廣高速鐵路武漢方向。京廣場受條件限制，5 個方向之間部分跨線高速列車的接發(fā)可用股道較少，比如東接北發(fā)僅有 10 道、11 道、12 道共 3 條股道可以用。同時跨線高速列車接發(fā)交叉比較復雜，其中最難處置的是 3 種模式 (東接南發(fā)與北接西發(fā)、南接東發(fā)與西接北發(fā)、南接西發(fā)與西接南發(fā))，此類交叉無法通過調整股道建立平行進路的方法來消除。

1.2 通過能力

現(xiàn)行計算通過能力的方法主要有 3 種，即扣除系數(shù)法、平均最小列車間隔法及計算機模擬法[2-3]。車站通過能力包括咽喉通過能力和到發(fā)線通過能力，研究采用扣除系數(shù)法對車站通過能力進行計算查定[4]，此方法需要利用既有列車運行圖(2017 年7 月1 日列車運行圖) 數(shù)據(jù)。

（1）咽喉通過能力。將京廣場北咽喉 (武漢端) 分為 5 個道岔組，南咽喉 (廣州端) 分為 12 個道岔組。寫實統(tǒng)計每條接車進路和發(fā)車進路對各個道岔組的占用次數(shù)和占用時間，統(tǒng)計結果中一晝夜最繁忙 (占用時間最多) 的道岔組即為咽喉道岔組。因京廣場銜接 5 個方向，需要每個銜接方向確定咽喉道岔組進行計算。

咽喉道岔組通過能力利用率計算公式為

式中：K 為咽喉道岔組通過能力利用率；T 為咽喉道岔組總占用時間；r空為咽喉道岔組的空費系數(shù)，因間接妨礙較多，取 r空= 0.20； T固為固定作業(yè)占用咽喉道岔組的總時間，取施工維修天窗時間 210 min；1 440 指一晝夜 1 440 min。

圖1 長沙南站京廣場站場示意圖Fig.1 A sketch map of Changshanan station

咽喉通過能力計算公式為式中：N1為咽喉通過能力；n 為咽喉中列入計算的列車數(shù)，取寫實統(tǒng)計數(shù)據(jù)。

各咽喉區(qū)通過能力計算結果如下。

北咽喉上海方向：K接= 0.37；K發(fā)= 0.32；N接=58.2 (列/d)；N發(fā)= 65.1 (列/d)。

北咽喉武漢方向：K接= 0.55；K發(fā)= 0.55；N接=219.3 (列/d)；N發(fā)= 219.5 (列/d)。

北咽喉接發(fā)總能力：N北總= 562.1 (列/d)。

南咽喉廣州方向：K接= 0.68；K發(fā)= 0.68；N接=211.3 (列/d)；N發(fā)= 212.8 (列/d)。

南咽喉昆明方向：K接= 0.53；K發(fā)= 0.31；N接=50.8 (列/d)；N發(fā)= 72.1 (列/d)。

南咽喉動車所方向：K接= 0.53；K發(fā)= 0.53；N接=50.5 (列/d)；N發(fā)= 50.5 (列/d)。

南咽喉接發(fā)總能力：N南總= 648 (列/d)。

（2）到發(fā)線通過能力。采用直接計算法，到發(fā)線通過能力計算公式為

式中：N2為到發(fā)線通過能力；M 為到發(fā)線條數(shù)，取有到發(fā)作業(yè)的股道數(shù)目 13；t停為停止接發(fā)列車時間，取施工維修天窗時間 210 min；t占均為平均一趟列車占用到發(fā)線的時間；r空為到發(fā)線空費系數(shù)，根據(jù) t占均取值。

t占均計算公式為

式中：α中轉，α折，α始，α終分別指中轉、立折、始發(fā)、終到旅客列車占接發(fā)列車總數(shù)的比值；t占中轉，t占折，t占始，t占終分別指中轉、立折、始發(fā)、終到列車每列占用到發(fā)線的時間。經(jīng)過寫實統(tǒng)計列車總數(shù)為 413 列，中轉、立折、始發(fā)、終到列車數(shù)分別為266 列、96 列、26 列、25 列，占用到發(fā)線平均時間分別為 11min、35min、38min、28 min。帶入計算，得 t占均= 19.2 min。

r空值取 0.25～0.35，α中轉不大于 10% 時取0.25，每增加 10%，r空增加 0.01。因 α中轉為64.56%，故取 0.31。

將以上數(shù)據(jù)帶入公式 ⑶，得出到發(fā)線通過能力N = 572.8 (列/d)。

從通過能力計算結果可知，北咽喉總通過能力562.1 列/d 小于南咽喉總通過能力 672.8 列/d，此計算結果與站場實際基本匹配，北咽喉能建立的平行進路較少，咽喉通過能力小，而南咽喉銜接 3 個方向，能夠建立的平行進路較多，通過能力較大。同時由前文可知北咽喉總能力 562.1 列/d 小于到發(fā)線通過能力 572.8 列/d，說明北咽喉的能力瓶頸明顯。

2 長沙南站通過能力影響因素

根據(jù)列車運行圖分析及日常運營經(jīng)驗，影響通過能力的主要因素如下。

2.1 設備條件不足

（1）站場道岔布置設計存在缺陷?，F(xiàn)實中大部分時段行車壓力已經(jīng)接近極限，其中一個重要原因就是道岔配置不足，限制咽喉區(qū)平行進路的建立，使得長沙南站股道運用限制較多。根據(jù)計算結果，南北咽喉能力的差異說明問題最突出的是北咽喉，如東南下行聯(lián)絡線不能接入京廣場 1 道至 7 道，導致長沙南站東接北發(fā)的列車僅有 10 道、11 道、12 道共 3 條股道可以使用，既不能滿足東接與北接平行，也不能滿足北發(fā)與北接平行，很大程度上影響其他列車的接發(fā)。

（2）上水吸污設備欠缺。京廣場 7 道、Ⅷ (正線)、Ⅸ (正線)、10 道上水和吸污設備均無，1 道、2 道、5 道、6 道、15 道只具備上水設備，僅有3 道、4 道、11 道、12 道、13 道、14 道共 6 條股道同時具備上水和吸污設備，吸污股道僅占股道總數(shù)的 40%。需要上水吸污的列車一般停站時間長，尤其大部分折角、立折列車需要上水吸污且停站20 min 以上。折角、立折列車接發(fā)的過程中必有一端與其他列車對向，吸污股道不足限制了平行進路的建立，導致出現(xiàn)大量敵對交叉。

（3）車站旅客服務設備不穩(wěn)定。車站的閘機、顯示屏、廣播等設備故障率較高，數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡通道能力不足導致車站客運指揮系統(tǒng)接收調度所數(shù)據(jù)有滯后甚至差錯，這些給客運組織帶來嚴重安全隱患。設備的不穩(wěn)定導致了編制列車運行圖過程中不得不考慮同一站臺 (股道) 接發(fā)列車頻次不能太高，從而降低了股道的有效利用。

（4）故障動態(tài)檢測裝置安裝不足。動車走行線 (以下簡稱“動走線”) 連接長沙南站與動車所，動走 A 線僅限與長沙南站 10～21 道共 12 條股道銜接，占長沙南站到發(fā)線總數(shù) 24 條的 50%。進所作業(yè)時，經(jīng)動走 B 線的動車組需要繞至 A 線共同使用輪對故障動態(tài)檢測裝置 (因為 B 線未設置)，因而長沙南站 1～21 道的動車組全部要使用動車所一個咽喉道岔進所，擁堵程度嚴重；出所作業(yè)時，為了滿足出所始發(fā)列車集中在 7 ∶ 00—9 ∶ 00 間發(fā)車的情況，各條動走線也非常擁堵。

2.2 列車運行圖不均衡

由于客流特征及交路安排等原因，一天的運營時間分為繁忙時段和非繁忙時段，接發(fā)列車數(shù)量的波動和跨線列車的集中到發(fā)造成車站股道運用不均衡。2017 年 7 月 1 日列車運行圖具有以下特點。

（1）高峰時段行車壓力較大。京廣場列車運行最高峰在 14 ∶ 00—17 ∶ 00，其中某些時段接發(fā)列車密度已經(jīng)突破列車運行圖的同向發(fā)車間隔 5 min 的參數(shù)極限。此時段不僅北京、深圳、南寧始發(fā)的長距離跨線列車多，而且折角、立折列車較多，這些長距離跨線列車和站內技術作業(yè)時間較長的列車都嚴重影響通過能力[5]。

（2）跨線列車交叉集中發(fā)生。據(jù)統(tǒng)計，東、西、南、北 4 個方向之間接發(fā)列車共 106 列，其中存在 3 種復雜交叉的接發(fā)列車就達到 82 列，占比77%，這些交叉往往在某一時間段集中出現(xiàn)，對股道運用造成極大干擾。

2.3 作業(yè)環(huán)節(jié)限制較多

一是客運作業(yè)限制。客運作業(yè)現(xiàn)場應兼顧效率和安全，對股道運用限制較多[6]，如二次安檢、上水吸污對股道安排都有特定限制。長沙南站每趟列車的上車旅客都較多，為了確保閘機放行旅客和站臺作業(yè)安全，原則上要求同一站臺兩側的列車出發(fā)間隔在 10 min 以上，對股道運用造成較大干擾。二是結合部單位作業(yè)限制。動車組列車運行涉及車務、機務、客運等多個單位[7]，各單位從自身角度考慮設置安全冗余過大，導致某些環(huán)節(jié)耗時過多，從而影響運輸效率。

3 提高長沙南站通過能力的對策

3.1 加大設備改擴建力度

（1）改造站場設備。一是增加道岔連接，使各方向線路及動走線能銜接站場內所有股道，保證平行進路的建立，為跨線、折角、立折、進出庫等列車的接發(fā)提供更多股道選擇余地。二是升級設備挖掘站場能力，如考慮利用滬昆場 16 道用于西接南發(fā)，則一部分西接南發(fā)列車不需要經(jīng)西北上行聯(lián)絡線而直接接入滬昆場，不僅減少了昆明方向到達列車在京廣場的交叉，還緩解了昆明方向接發(fā)能力不均衡 (接 50.8 列/d，發(fā) 72.1 列/d) 的現(xiàn)狀。

（2）增設上水吸污設備。如果長沙南站每條到發(fā)線都配置上水吸污設備，則上水吸污列車的股道安排將更靈活，平行進路也更容易建立，很大程度上提高長沙南站的通過能力。增設施工安排在夜間天窗即可，對正常的運輸組織不造成干擾。

（3）升級車站旅客服務設備。通過更新?lián)Q代提高閘機、顯示屏等設備的可靠性，改造網(wǎng)絡設備提升數(shù)據(jù)傳輸效率，同時完善各項提示功能。例如，開發(fā)相關功能，動態(tài)識別同站臺 2 趟列車車次 (或出發(fā)時刻) 相近的情況，針對性地顯示屏或廣播提示，從而實現(xiàn)快速辦理客運乘降，為壓縮同站臺列車列車間隔時間、優(yōu)化股道運用創(chuàng)造條件。

（4）提高長沙動車所能力設備。一是增設輪對故障動態(tài)檢測裝置，避免動車組列車在動車所咽喉區(qū)產(chǎn)生交叉進路，提高進入動車所效率；二是加強所內線路和道岔質量整治，避免各種限速，使動車組列車運行速度能夠達到設計目標值，節(jié)省進出動車所時間；三是在存車線增設分隔信號機，使進動車所的 2 趟動車組 (短編) 能以列車信號先后同向接入同一存車線，減少動車組調車轉線作業(yè)。

3.2 科學編制列車運行圖

（1）優(yōu)化列車交路和時刻。通過優(yōu)化列車開行方案來緩解高峰時段行車壓力。14 ∶ 00—17 ∶ 00 是最高峰時段，上行列車共 43 趟，其中廣州南和深圳北始發(fā)共 22 趟，占總數(shù) 43 趟的 51%。應將這 22 趟列車中的一部分，以及折角列車與立折列車的一部分移出這個時間段，減輕接發(fā)列車的壓力。下行的 38 趟列車也可以考慮優(yōu)化列車交路和時刻，均衡列車運行密度。

（2）改進編圖過程中上水吸污列車的確認流程。編圖過程中，為減輕新圖定稿后客運部門調整上水吸污方案 (涉及車次或股道調整) 帶來的不便，原則上將上水吸污可能性大的列車 (如始發(fā)終到、折角及停站時間長等) 放在吸污股道，但這樣極易限制平行進路的建立。新圖方案的列車交路基本確定后，應根據(jù)交路、里程、車型等信息提前確認需要上水吸污的車次，安排股道和時刻。

（3）完善編圖功能系統(tǒng)。目前，中國鐵路總公司《列車運行圖編圖系統(tǒng) 4.0》具備一定的交叉檢查功能。長沙南站京廣場的北接與北發(fā)、南接與南發(fā)，在編圖系統(tǒng)中可以明顯地看出運行線條交叉，但其余的十余種接發(fā)模式，只能依靠人工識別和計算來找出敵對方向接發(fā)沖突、同向接車或發(fā)車沖突等情況。由于人工識別存在弊端，一是長沙南站圖定列車 586 列，人工核對影響編圖效率；二是部分復雜交叉模式 (如東接南發(fā)與北接西發(fā)、南接東發(fā)與西接北發(fā)、西接南發(fā)與南接西發(fā)) 非常隱蔽，容易出現(xiàn)遺漏。如果《列車運行圖編圖系統(tǒng)4.0》具備自動識別交叉沖突及自動編排股道的功能，將極大提高編制運行圖的效率和質量。

（4）優(yōu)化列車運行圖參數(shù)。高速鐵路運營過程中，相關參數(shù)也在不斷修改或優(yōu)化，其中緩沖時間是一項重要參數(shù)[8]。隨著動車組性能及線路設備穩(wěn)定性的提升，應當減少一些關鍵的緩沖時間，相應減少列車間隔時間。通過現(xiàn)場寫實可以得知，列車接發(fā)過程中紅光帶占用咽喉區(qū)一般不超過 2 min，道岔轉換進路準備時間不超過 1 min，因而可以考慮將同向發(fā)車間隔由 5 min 壓縮至 4 min，則咽喉區(qū)連續(xù)發(fā)車能力理論上能增加 25%。

3.3 挖掘作業(yè)環(huán)節(jié)潛力

各單位和部門密切配合，盡量壓縮不必要的作業(yè)時間，提高整體運輸效率。一是客運部門加強繁忙時段的旅客乘降組織，做好旅客引導及提示，實現(xiàn)快速乘降并保證旅客安全。二是通過寫實分析挖掘單位提高效率的潛力。例如，動車組列車進出動車所耗時較長，歷經(jīng)多次提速整治，機務部門仍然執(zhí)行京廣場 12 min、滬昆場 14 min 的標準。經(jīng)過寫實可知，在進路通暢的情況下，最短耗時8 min 就可以完成長沙南站至動車所存車線的運行，因而有必要修訂動走線圖定運行時長。同時，長沙南站始發(fā)列車的站內整備時間、折角列車的換向作業(yè)時間，都有優(yōu)化的潛力。

4 結束語

武廣高速鐵路開通以來，相繼實施取消延續(xù)進路、停運日間 D 字頭動車組等措施，通過能力得到了一定提高，但仍然有提升的空間。從現(xiàn)狀優(yōu)化的角度看，通過改造增設相關設施設備、優(yōu)化技術參數(shù)和作業(yè)時間，可以減少各種限制并提高長沙南站的通過能力。從規(guī)劃設計的角度看，根據(jù)運營經(jīng)驗和實際需求，樞紐車站的站場不能把上、下行進行分割，應當使任何一個方向的線路都能銜接所有股道，鐵路規(guī)劃部門應通過對眾多高速鐵路運營數(shù)據(jù)與設計數(shù)據(jù)的比較[9]，優(yōu)化預測和設計方法，做到科學決策與合理設計。

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