高速鐵路非正常情況下列車運行調(diào)整方法研究

郭 驍 中國鐵路上海局集團有限公司調(diào)度所

高速鐵路在運營過程中常受到諸如事故、自然災害、設(shè)備故障等不利因素的干擾，導致無法按圖組織行車，運營系統(tǒng)安全性降低，繼而發(fā)生安全事故。面對各種不利因素引起的非正常情況，列車調(diào)度員須統(tǒng)籌考慮對運輸生產(chǎn)多個方面的影響，結(jié)合應(yīng)急處置特征重新制定列車運行調(diào)整計劃，確保高鐵運營安全和運行秩序的恢復。

國內(nèi)專家學者們在列車運行調(diào)整領(lǐng)域開展了廣泛而深入的理論研究，文獻建立了高速鐵路列車運行調(diào)整策略優(yōu)化模型，構(gòu)建了情景—策略匹配表，并編寫算法進行實例分析；文獻建立了列車到發(fā)順序優(yōu)化、動車組運用及周轉(zhuǎn)優(yōu)化等多個運行調(diào)整模型，研究了列車運行波動時，到發(fā)線運用計劃的調(diào)整原則和方法。

但在實際調(diào)度指揮中，傳統(tǒng)理論的調(diào)整方法有一定局限性，例如不完全適用于現(xiàn)行高鐵設(shè)備、規(guī)章制度和行車組織辦法；同時對于應(yīng)急處置中衍生出新的非正常情況時，運行調(diào)整的彈性不夠等。因此，結(jié)合高鐵運輸組織現(xiàn)狀，融合不斷變化的規(guī)章制度，模擬列車調(diào)度員在實際列車運行調(diào)整過程中的思路和方法，對于研究我國非正常情況列車運行調(diào)整技術(shù)至關(guān)重要。

1 非正常情況下列車運行調(diào)整分析

1.1 高速鐵路非正常情況的含義

大多數(shù)情況下，動車組、線路、通信信號、牽引供電等高鐵行車設(shè)備都處于正常工作狀態(tài)，整個鐵路系統(tǒng)能夠按既定運輸計劃和行車組織方式開展運輸生產(chǎn)活動，一切主客觀條件都處于符合列車運行的正常條件。然而在某些情況下，當這些主客觀條件發(fā)生了不利于列車運行的變化，使得鐵路系統(tǒng)偏離了既定計劃或行車方式，這些情況則稱之為列車運行時的非正常情況?？蓪⒏咚勹F路非正常情況概括為：在高速鐵路運輸組織過程中，發(fā)生行車設(shè)備故障、不良自然條件、人為因素影響等突發(fā)事件，導致行車條件改變，不能按既定運輸計劃和行車組織方式完成運輸生產(chǎn)的情況。

1.2 非正常情況下列車運行調(diào)整周期

根據(jù)應(yīng)急處置的整個過程，可將非正常情況下列車運行調(diào)整周期（簡稱非正常調(diào)整周期）分為三個階段：初發(fā)期、處置期和恢復期。通過對非正常調(diào)整周期的判定，可以追蹤檢查應(yīng)急處置的進度，并選擇合適的運行調(diào)整方法。各階段的具體工作見圖1。

圖1 非正常情況下列車運行調(diào)整周期

1.3 非正常情況下列車運行調(diào)整目標

非正常情況對高鐵運輸組織帶來的最直觀影響就是列車晚點，同時也會產(chǎn)生安全隱患及風險。列車調(diào)度員一方面需要嚴格按章執(zhí)標，協(xié)調(diào)各部門進行應(yīng)急處置，確保列車運行安全；另一方面需要靈活運用各種運行調(diào)整方法，調(diào)整站車順序及時刻，充分利用通過能力和運行圖緩沖時間，減少列車晚點及晚點傳播，盡快恢復運行秩序。

非正常情況下列車運行調(diào)整目標可表述為列車運行安全性、總晚點時間最少、始發(fā)晚點時間最少、總晚點列數(shù)最少、非正常調(diào)整周期持續(xù)時間最短等多個目標，這些目標綜合在一起也可作為評價列車運行調(diào)整結(jié)果優(yōu)劣的指標，而列車調(diào)度員的實際列車運行調(diào)整過程，就是對各目標統(tǒng)籌兼顧的體現(xiàn)。

（1）列車運行安全性是鐵路運輸最重要的目標，無論采用何種運行調(diào)整方法都必須在確保安全的前提下進行。列車運行安全性不僅指列車本身的安全，也包括所有與列車運行有關(guān)的人員（含旅客、乘務(wù)人員、故障處理人員）、設(shè)備等的安全，以及作業(yè)過程的合規(guī)性、標準化等。

（2）總晚點時間最少，計算公式為：

式中：tD—列車總晚點時間；n—列車總數(shù)；m—列車停站總數(shù)；Tik-列車i在k站的實際到達時間；T'ik'-列車i在k站的圖定到達時間；wi-不同種類列車的權(quán)重。

（3）始發(fā)晚點時間最少。列車終到晚點時間超過站內(nèi)折返時間時，其后續(xù)交路列車則會始發(fā)晚點，并往后續(xù)多趟交路列車繼續(xù)傳播，造成連帶晚點，延長運行秩序恢復時間。優(yōu)先放行緊交路（折返時間短）的列車，可有效減少折返列車始發(fā)晚點，減輕列車晚點傳播，從而加快運行秩序恢復。計算公式為：

式中：t始—始發(fā)總晚點時間；Ti始—列車i的實際始發(fā)時間；Ti始'—列車i的圖定始發(fā)時間。（4）總晚點列數(shù)ND最少，計算公式為：

（5）非正常調(diào)整周期延續(xù)時間是指從非正常情況發(fā)生起，經(jīng)歷初發(fā)期、處置期和恢復期，至恢復正常運輸秩序所經(jīng)歷的時間。列車調(diào)度員通過合適的應(yīng)急處置及運行調(diào)整，可減少中斷行車時間，提高區(qū)間和車站的通過能力利用率，盡快恢復運行秩序。

1.4 非正常情況下列車運行調(diào)整方法

列車運行調(diào)整的實質(zhì)就是處理列車與列車，列車與區(qū)間、車站的關(guān)系，規(guī)定列車占用區(qū)間和到發(fā)線的合理時機。可根據(jù)非正常調(diào)整周期、對列車運行圖的影響程度，將非正常情況下列車運行調(diào)整方法分為3級。

（1）Ⅰ級調(diào)整方法，指僅改變列車在車站的到發(fā)時刻、辦客股道等，對本線后續(xù)及鄰線列車影響較小的常規(guī)運行調(diào)整方法，可用于非正常調(diào)整周期的任意階段，包括：

A1—扣停列車；

A2—變更越行方式及地點；

A3—有計劃扣點開車及人為控速；

A4—變更固定辦客股道或基本進路。

（2）Ⅱ級調(diào)整方法，指改變列車在區(qū)間或站內(nèi)的行車方式，但不涉及列車圖定運行徑路和停站的改變，對本線后續(xù)及鄰線列車均有一定影響的運行調(diào)整方法，主要用于處置期和恢復期階段，包括：

B1—反方向行車；

B2—區(qū)間列車退行或返回后方站；

B3—啟用備用動車組。

（3）Ⅲ級調(diào)整方法，指涉及列車運行徑路、停站以及列車是否上線等，對本列或其他列車有較大影響的運行調(diào)整方法，主要用于處置期和恢復期階段，包括：

C1—列車停運；

C2—變更列車運行徑路；

C3—增減辦客停站。

不同的運行調(diào)整方法有其適用條件及使用限制，例如：扣停列車是為了確保行車安全，避免列車進入故障地點或區(qū)間，從而引發(fā)安全事故或增加應(yīng)急處置的困難所采用的調(diào)整方法；反向行車，需考慮車站的線路設(shè)置是否具備列車在指定一個或多個區(qū)間的反向條件，并衡量對鄰線列車的影響；停運列車時，停運車站應(yīng)盡量選擇多股道、兩端咽喉區(qū)有渡線道岔或與動車所相連接的較大客運站，方便車底存放及回送，而停運列車應(yīng)盡量選擇局管內(nèi)短交路，以及辦客站可由其他列車替代的列車，減少因車底維修、交路調(diào)整造成的空車底回送和對旅客出行的影響。

2 非正常情況下列車運行調(diào)整實例分析

2.1 場景概述

以滬寧城際線某次應(yīng)急處置案例為藍本，設(shè)計非正常情況場景：

x年x月x日7：20，G7029次列車運行至滬寧城際線蘇州城際場～蘇州園區(qū)間下行線K77+000處因車輪不旋轉(zhuǎn)緊急制動停車，隨車機械師檢查發(fā)現(xiàn)1號車左側(cè)輪對輪緣中度擦傷，故障處理完畢后需限速45 km/h至就近車站換車。因蘇州園區(qū)不具備車底停放條件，G7029次返回后方站蘇州城際場，上海虹橋站開熱備動車組0G8002次至蘇州城際場替換G7029次并組織旅客換乘。蘇州城際場工務(wù)人員乘坐后續(xù)首列列車至區(qū)間停車檢查緊急制動區(qū)段的鋼軌，發(fā)現(xiàn)鋼軌被擦傷，暫時無法處理，傷軌地段限速80 km/h運行。

按照非正常調(diào)整周期將本次應(yīng)急處置流程概括如下：

（1）初發(fā)期：7:20～7:25，G7029 次區(qū)間故障，列車調(diào)度員扣停后續(xù)列車。

（2）處置期：7:25～9:10，機械師下車檢查，鄰線列車扣停（會車側(cè)檢查時）或限速160 km/h（非會車側(cè)檢查時）；G7029次限速返回后方站；熱備動車組0G8002次運行至蘇州城際場，旅客進行換乘；工務(wù)人員在蘇州城際場乘坐首列列車赴區(qū)間檢查線路；列車調(diào)度員安排下行線后續(xù)列車在各站的停車股道。

（3）恢復期：9:10～運行秩序恢復，工務(wù)人員線路檢查完畢，開通區(qū)間，傷軌地段限速80 km/h運行；列車調(diào)度員組織被扣停列車恢復運行，對晚點列車交路進行調(diào)整。

2.2 列車運行調(diào)整方法運用分析

從初發(fā)期至恢復期，選取基本圖7:00～12:00時間段內(nèi)上下行75趟列車運行線，選用不同的列車運行調(diào)整方法，人工鋪畫出運行圖M1、M2。

對列車運行調(diào)整方法的選用，M1、M2均采用了A1～A4（扣停列車、變更越行地點、扣點開車及人為控速、變更固定辦客股道）、B2（列車返回后方站）、B3（啟用備用動車組）等6種Ⅰ、Ⅱ類調(diào)整方法，其中B2、B3為應(yīng)急處置所必須采用的調(diào)整方法。

不同的是，M1在下行線中斷行車期間，利用上行線反方向運行了5趟列車，但造成上行列車不同程度晚點；此外，M1停運了G7206/G7205次（G7029次后續(xù)交路，上海站～蘇州城際場～上海站）一對晚點短交路列車，以確保后續(xù)交路G7236次上海站正點始發(fā)，即使用了B1（反方向行車）、C1（列車停運）兩種Ⅱ、Ⅲ類調(diào)整方法。而M2則是待區(qū)間開通后再放行列車，且未停運任何列車，交路調(diào)整時均順延晚點。

2.3 結(jié)果統(tǒng)計與比較分析

根據(jù)2.2所述，可認為M1、M2的運行調(diào)整均符合列車安全性的要求，并選取總晚點時間（tD）、始發(fā)晚點時間（t始）、非正常調(diào)整周期延續(xù)時間（t持續(xù)）作為比較指標，進行列表統(tǒng)計。

對跨線列車，僅統(tǒng)計該列車在本線各站的晚點時分；對停運列車的晚點統(tǒng)計，各站晚點時分均為該列車的總運行時分加上終到折返時分；對非正常周期持續(xù)時間，本文以下行被扣停的晚點列車全部到達終到站（分界站）的時刻作為運行秩序恢復時刻，即非正常周期終止時間，開始時間為列車停車時間。統(tǒng)計結(jié)果見表1。

表1 列車運行圖調(diào)整結(jié)果統(tǒng)計

指標的權(quán)重計算可利用層次分析法，構(gòu)建兩兩比較判斷矩陣，通過乘積根法計算出各指標的規(guī)范化權(quán)系數(shù)，并對判斷矩陣進行一致性檢驗，得出tD、t始、t持續(xù)3個指標的權(quán)重分別為 0.6（l1）、0.3（l2）、0.1（l3）。

兩種運行調(diào)整方法的加權(quán)晚點指標分別為：

tM1

2.4 結(jié)論

在本例中，M1的運行調(diào)整結(jié)果優(yōu)于M2。與采用順延晚點的M2相比，M1選用反向行車，對減少列車晚點和恢復運行秩序都具有良好的效果，且足以抵消對上行列車的晚點影響，此外，反向行車對于疏解在途擁堵列車和減輕各站股道運用的壓力也有積極的影響。而停運一對短交路列車，雖然造成旅客需改乘其他列車，但因這一對列車運行徑路短、沿途辦客站均有較多列車可替代，對旅客出行影響并不大；同時，列車的停運不但保證了G7236次及后續(xù)交路的正點（M2中G7236次始發(fā)晚點74 min，至本日交路結(jié)束均無法恢復正點），通過減少列車運行線也減小了區(qū)間通行能力的壓力。由此可見，非正常情況下合理選用列車運行調(diào)整方法能有效減少列車晚點、加快運行秩序恢復。

3 結(jié)束語

本文通過高鐵運營過程中遇有非正常情況時，在目前應(yīng)急處置輔助決策系統(tǒng)還未到位的情況下，模擬列車調(diào)度員的思路和決策進行列車運行調(diào)整，并進行定性和定量的探討分析。建議采取人工智能、大數(shù)據(jù)系統(tǒng)進一步分析其可行性，并開發(fā)相應(yīng)智能化系統(tǒng)，與調(diào)度集中系統(tǒng)相互集成，實現(xiàn)列車運行調(diào)整與信號系統(tǒng)的自動化控制，從而優(yōu)化應(yīng)急處置，保障高鐵運營安全，提升旅客服務(wù)水平。