武廣高速鐵路跨線列車運輸組織模式優(yōu)化研究

彭文高

（中國鐵路廣州局集團有限公司 運輸處，廣東 廣州 510088）

近年來隨著居民生活水平的不斷提升，人們對以高速鐵路為主的高端旅行方式需求呈增長趨勢，對作為高速鐵路骨干運輸線路的武廣高速鐵路(武漢—廣州南)提出了更高的要求。從車流組成來看，武廣高速鐵路的車流可劃分為本線列車和跨線列車。其中，跨線列車是指列車途經武廣高速鐵路線路，并且列車的始發(fā)站或終到站不在武廣高速鐵路上，或者列車的始發(fā)終到站都不在武廣高速鐵路上的列車。當前武廣高速鐵路面臨通過能力受限、繁忙區(qū)段列車增開困難的問題，即列車運輸組織模式不適應激增的客流需求變化[1-2]。以2017年7月1日武廣高速鐵路列車運行圖為基礎，分析跨線列車的特性及其對通過能力的影響，進一步優(yōu)化武廣客運專線運輸組織模式。

1 武廣高速鐵路跨線列車特性分析

1.1 跨線列車比例及速度分析

（1）武廣高速鐵路跨線列車比例。以跨線點將武廣高速鐵路劃分為3個客流區(qū)段，分別為武漢—長沙南、長沙南—衡陽東和衡陽東—廣州南，各區(qū)段的列車總對數都在100對/d以上，跨線列車均在90對/d以上，長沙南—衡陽東區(qū)段達到104.5對/d，所占比例都在80%以上。因此，長沙南—衡陽東區(qū)段能力最為緊張，是武廣高速鐵路線路的限制區(qū)段。統(tǒng)計得到武廣高速鐵路各區(qū)段跨線列車比例如表1所示。

表1 武廣高速鐵路各區(qū)段跨線列車比例Tab.1 Proportion of cross-track trains in each section

（2）武廣高速鐵路列車旅行速度。通過對比跨線列車和本線列車旅行速度，可知跨線列車的平均旅行速度基本上大于本線列車，武廣高速鐵路列車旅行速度對比情況如表2所示。由于本跨線列車鋪畫的標尺相同，因而造成差異的主要原因是跨線列車在各區(qū)段的停站次數較本線列車少。

表2 武廣高速鐵路列車旅行速度對比情況 km/hTab.2 Comparison of train travel speed

1.2 跨線列車停站方案分析

停站次數受運行距離影響，不作為對比的依據；但平均停站時間和距離可作為對比的依據，停站時間長和停站距離短都會影響通過能力。本線列車平均停站時間為2.66 min，平均停站距離為156.43 km；跨線列車平均停站時間為3.84 min，平均停站距離為169.64 km?？梢钥闯隹缇€列車的平均停站時間遠高于本線列車，本線列車停站的主要目的是上下客，跨線列車由于運行距離長，停站除了進行上下客作業(yè)外，還會進行調向、上水吸污和乘務組換班等作業(yè)。以長沙南站為例，跨線列車平均停站時間為6.05 min，遠大于本線列車的平均停站時間3.85 min?？缇€列車在大站停站時間長，容易產生越行，而越行會對通過能力產生影響，因此對跨線列車的越行方案進行分析。

1.3 跨線列車越行方案分析

武廣高速鐵路上的越行情況分為一列車被1列(簡單越行)、2列、3列車越行等情況，越行車站主要有赤壁北站、岳陽東站、長沙南站、衡陽東站和郴州西站等，武廣高速鐵路各站越行情況如表3所示。

根據各站的越行情況可知待避列車大多數為跨線，越行列車也大多為跨線列車。因此，武廣高速鐵路上列車越行方式主要是跨線越跨線(39次)，其次是跨線越本線(7次)，最少的是本線越跨線(2次)和本線越本線(2次)。

2 武廣高速鐵路跨線列車對通過能力影響分析

武廣高速鐵路跨線列車數量多、比例高，對武廣高速鐵路線路能力產生一定影響。以車站和區(qū)間為對象，從跨線列車接入時間、運行調整、比例和分布等因素，分析對武廣高速鐵路通過能力的影響[3-6]。

表3 武廣高速鐵路各站越行情況Tab.3 Overtaking of stations in Wuhan-Guangzhounan high speed railway

2.1 跨線列車對車站能力影響

以長沙南站為例分析跨線列車對車站通過能力的影響。受咽喉區(qū)道岔限制，跨線列車在長沙南站京廣場某些股道接發(fā)時無法實現(xiàn)平行進路，會產生交叉，最嚴重的有3種情況，分別是東接南發(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)(“東”指杭州方向，“南”指廣州方向，“西”指昆明方向，“北”指武漢方向)，長沙南站咽喉區(qū)交叉最嚴重的3種情況如表4所示。

表4 長沙南站咽喉區(qū)交叉最嚴重的3種情況Tab.4 The three most severe cases of throat cross in Changshanan station

（1）東接南發(fā)與北接西發(fā)交叉：在10道至15道中，東接南發(fā)16列，北接西發(fā)12列。這2種接發(fā)方向在站場內形成固定交叉，無法安排平行進路，編制列車運行圖時只能滿足接車或發(fā)車平行。

（2）南接東發(fā)與西接北發(fā)交叉：在1道至7道中，南接東發(fā)15列，西接北發(fā)15列。交叉情況與10道至15道的東接南發(fā)、北接西發(fā)情形相同。

（3）南接西發(fā)與西接南發(fā)交叉：在1道至7道中，南接西發(fā)10列，西接南發(fā)10列。列數看似不多，但由于都是調向作業(yè)，每趟列車占用股道至少20 min，因而對接發(fā)列車股道運用的影響更為嚴重。因此，由于較多的交叉，使得跨

線列車在長沙南站接發(fā)時占用咽喉及股道的時間較長，進而影響車站的通過能力。

2.2 長途跨線列車接入時間對通過能力影響

（1）跨線列車在長沙南站高峰期接入對能力的影響。取行車密度最大的14 ∶ 00 — 17 ∶ 00 時間段列車進行分析 。14 ∶ 00 — 17 ∶ 00 時 段 ， 京 廣 場 共 辦 理81列，其中上行43列，下行38列。上行平均4 min 12 s辦理1列，下行平均4 min 45 s辦理1列。其中14 ∶ 00—15 ∶ 00時段為最高峰，辦理30列，即每2 min辦理1列，上下行平均就是上行每4 min辦理1列，下行每4 min辦理1列，已超過了列車運行圖設置的發(fā)車間隔時間標準(5 min)。其中，終到始發(fā)列車有6對，占用股道時間較長，至少20 min，且需切割正線，干擾較大。G576/7 —G580 (15 ∶ 16 — 16 ∶ 42)占用股道時間長達1 h 26 min，造成股道浪費，嚴重影響高峰期的股道運用。調向列車共6列，每列占用股道平均20 min，且都為南接西發(fā)和西接南發(fā)，對接發(fā)車的干擾最嚴重。

（2）跨線列車接入導致的空費時間。通過對各區(qū)段相鄰跨線列車的時間間隔、中間包含的本線列車數、所在時段、能力利用情況、額外空余時間和空費時間進行統(tǒng)計得到由于跨線列車時間固定而產生的空費時間和對應的跨線列車數如表5所示。

由表5看出，各區(qū)段空費時間占總間隔時間的比例在10%以上，最高達到17.17%。跨線列車接入時間的固定造成了本線列車在鋪畫時的局限，因而形成了許多空費時間，影響了能力的利用。

2.3 跨線列車運行調整對通過能力影響

統(tǒng)計2017年8月1日下行列車在長沙南站、衡陽東站和廣州南站的晚點情況，可以看出雖然武廣高速鐵路上列車晚點率在10%以上，但晚點時間一般較短，跨線晚點率比本線低或相差不大，晚點時間相差不大。接入晚點的情況極少，造成的影響較小，因而跨線列車的運行調整對能力的影響不大。平均到達及出發(fā)晚點時間統(tǒng)計如表6所示。

2.4 跨線列車比例對通過能力影響

由于長沙南—衡陽東區(qū)段屬能力緊張區(qū)段，因此以長衡段為例，分別計算各小時的跨線列車比例，并以壓縮運行圖的方式得到各小時的能力利用率，長沙南—衡陽東區(qū)段各小時跨線比及能力利用率如表7所示。

表5 由于跨線列車時間固定而產生的空費時間和對應的跨線列車數Tab.5 Time spent on cross-line trains and the corresponding number of cross-line trains due to the fi xed time of cross-line trains

表6 平均到達及出發(fā)晚點時間統(tǒng)計表 min Tab.6 Statistical table of average arrival and departure delay

由此可知跨線列車比例在65%左右時，能力利用率最低，僅為70%左右。

2.5 跨線列車分布對通過能力影響

武廣高速鐵路上跨線列車數量多，分布規(guī)律與時間有關。統(tǒng)計相鄰跨線列車時間的間隔及間隔的能力利用情況發(fā)現(xiàn)各區(qū)段跨線列車分布不均衡，相鄰跨線列車間隔時間波動性大，以長衡段上行為例，長沙南—衡陽東段上行相鄰跨線列車間隔時間和能力利用率與時間關系如圖1所示。

可以看出，在早上9點之前和晚上 10點之后，相鄰跨線列車的間隔很大，能力利用率低；從10點開始，間隔時間變小，能力利用率升高。跨線列車分布越密集，間隔時間越短，能力利用率越高。

3 武廣高速鐵路跨線列車運輸組織模式優(yōu)化分析

結合武廣高速鐵路高峰期和非高峰期的行車特點，分別提出高峰期和非高峰期跨線列車組織模式的優(yōu)化建議。

3.1 高峰期與非高峰期的行車特點

統(tǒng)計武廣高速鐵路各客流區(qū)段分時段的客流量，得出各區(qū)段的客流高峰小時與非高峰期，并將客流高峰小時與行車量高峰小時、跨線列車行車量高峰小時對比，武廣高速鐵路各區(qū)段高峰小時對比如表8所示。

由3個區(qū)段上下行的客流量高峰小時與行車高峰小時、跨線列車高峰小時對比分析可看出，武廣高速鐵路線路的行車高峰、跨線高峰與客流高峰基本重合，客流高峰主要出現(xiàn)在 13 ∶ 00 — 16 ∶ 00，這與跨線列車數量大有關，高峰期行車量大，跨線列車開行數量也多，跨線比例高，都在75%以上。即武廣高速鐵路高峰小時的行車特點為行車量大、跨線比例大。

表7 長沙南—衡陽東區(qū)段各小時跨線比及能力利用率Tab.7 Cross-line ratio per hour and capacity utilization ratio between Changsha Nan- Hengyang Dong

圖1 長沙南—衡陽東段上行相鄰跨線列車間隔時間和能力利用率與時間關系Fig.1 Relationship between interval time and capacity utilization ratio and time of upstream adjacent cross-line trains in the eastern section of Changsha Nan-Hengyang Dong

由于行車高峰期的時間范圍比客流高峰的范圍更廣，并且客流高峰與行車高峰不一定完全重合，因而客流非高峰期的行車特點呈現(xiàn)出不均衡性，有些時段行車量大，有些時段行車量小。各區(qū)段非高峰期跨線列車比例大多在70%以上，小部分在60% ～ 70%之間和60%以下，且各時段之間的跨線比波動性較大。

表8 武廣高速鐵路各區(qū)段高峰小時對比Tab.8 Peak hour comparison among sections

3.2 高峰期與非高峰期跨線列車組織模式優(yōu)化分析

通過跨線列車在始發(fā)終到時間域的隨機分布對跨線列車在跨線點的接入時間進行分布統(tǒng)計，得到各區(qū)段跨線列車各小時行車量的分布，發(fā)現(xiàn)實際跨線列車開行情況和理論跨線列車開行情況重合度不高，說明跨線列車的實際開行均衡性不高。

3.2.1 優(yōu)化跨線列車接入交出時間

為使跨線列車的開行時間更均衡，建議對當前的跨線列車接入交出時間進行調整，優(yōu)化高峰期跨線列車行車量。

例如，調整長沙南站高峰期跨線列車的接入交出時間：①上行列車。廣州南、深圳北、南寧東始發(fā)列車分別為14列、8列、6列，共28列，占上行總數43列的65%。廣州南的14列在廣州南始發(fā)點在11 ∶ 20—14 ∶ 20之間；深圳北的8列在深圳北始發(fā)點在10 ∶ 40—13 ∶ 40之間；南寧東的6列在南寧東始發(fā)點在8 ∶ 00—11 ∶ 00之間，南寧東始發(fā)每日10列，3個小時占了6列。以上3個始發(fā)站的列車可以考慮調整始發(fā)點均衡發(fā)車。②下行列車。北京西、武漢始發(fā)列車分別為9列、7列，共16列，占下行總數38列的42%。北京西的9列在北京西始發(fā)點在7 ∶ 30—10 ∶ 30之間，占全天始發(fā)總數18列的50%，可以考慮優(yōu)化北京西發(fā)車點。武漢的7列在武漢始發(fā)點12 ∶ 30—15 ∶ 30之間，武漢全天始發(fā)共38列，可以考慮優(yōu)化武漢發(fā)車點。③長沙南站高峰期 (14 ∶ 00 — 17 ∶ 00)進行調向作業(yè)的列車有6列，對接發(fā)車干擾嚴重，應重點考慮錯開 14 ∶ 00 — 17 ∶ 00 高峰時間段。

3.2.2 優(yōu)化高峰期和非高峰期跨線列車組織模式

（1）高峰期采用單一組織模式。即在高峰小時采用以最小發(fā)車間隔時間5 min追蹤運行的方式只開行跨線列車。由表7可知，長沙南—衡陽東區(qū)段下行客流高峰小時15 ∶ 00—16 ∶ 00的行車量最大，在該時段的列車平均發(fā)車間隔為5.18 min，跨線列車比例為90.91%，在這種組織模式下，能力利用率是最高的[7]。

（2）非高峰期采用混合模式。即非高峰期開行本線和跨線混行的組織模式。非高峰期可安排較多的跨線列車，對于在合理始發(fā)終到范圍內和合理接入跨出范圍內的車都可在非高峰期接入，跨線列車比例既可以達到100%，又可在客流量小時，低于50%。

3.2.3 優(yōu)化列車開行方案和運行圖編制

（1）合理安排列車停站和越行方案。目前武廣高速鐵路開行300 km/h速度等級的高速列車(250 km/h速度等級的動車組臥鋪列車在天窗及早晚時段運行，對區(qū)間能力影響小)，因列車運行間隔小、運行密度大，列車停站和越行導致的列車起停附加時間及停站時間之和要遠大于正常列車運行間隔時間。因此，高速列車停站對能力的影響非常大，可采取列車遞遠遞停和列車追蹤停站這2種方式[8]，使列車的停站對能力造成的影響相互重疊(但不會消失)，從而降低平均每次停站對能力的影響。

（2）優(yōu)化運行圖鋪畫方式。為了避免跨線列車對能力的影響，應該逐步探索以繁忙干線——武廣高速鐵路為中心的運行圖編制方式。在編制列車運行圖時，跨線列車的開行時刻應優(yōu)先考慮能力較為緊張的武廣高速鐵路區(qū)段，在編制完成武廣高速鐵路區(qū)段的運行時刻后，再繼續(xù)編制跨線列車在其他能力不緊張區(qū)段的運行時刻，保證武廣高速鐵路的列車開行時刻不會受制于其他線路。

（3）壓縮列車追蹤間隔、起停車附加時分及停站時間。目前武廣高速鐵路運行圖編制采用的技術標準，動車組列車追蹤發(fā)車間隔5 min、追蹤到達間隔4 min、起停車附加時分起2 min停3 min、中間站停車2 min，根據相關理論研究，武廣高速鐵路追蹤間隔時間如壓縮為4 min，長沙南—衡陽東這一能力最緊張區(qū)段的通過能力可提高25%左右；列車起停車附加時分及停站時間由目前7 min壓縮至5 ～ 6 min，通過能力可提高8% ～ 10%。由此可見壓縮列車追蹤間隔時間、起停車附加時分及停站時間能有效提高區(qū)段通過能力。

4 研究結論

（1）跨線列車是高速鐵路車流的重要組成部分，是推動跨區(qū)域間客流交互的重要載體。通過對武廣高速鐵路跨線列車運輸組織模式優(yōu)化分析，武廣高速鐵路列車區(qū)間通過能力及車站通過能力明顯提升，區(qū)間能力緊張區(qū)段長衡段增加6對/d列車，長沙南站和廣州南站分別增開23對/d和36對/d列車。

（2）由于高速鐵路運輸組織模式是涉及客流、車流、信號等多要素的系統(tǒng)性問題[9]，是影響高速鐵路通過能力的重要因素，還需要以具體的客流變化情況為基礎，考慮高速鐵路網絡不斷完善的發(fā)展要求，從整體上形成跨線列車運輸組織優(yōu)化技術及方案，為進一步提升高速鐵路運輸能力提供技術支撐。