廣州南站咽喉通過能力查定研究

費安萍

FEI Anping

（廣州鐵路職業(yè)技術學院 運輸物流學院，廣東 廣州 510430)

(Transportation & Logistics College， Guangzhou Railway Vocational and Technical College， Guangzhou 510430，Guangdong， China)

0 引言

運輸能力是鐵路運輸組織研究的核心問題，包含“點、線、網(wǎng)”3個層次。運輸能力計算和評價是鐵路運輸規(guī)劃與管理工作重要基礎，是制訂新建或改擴建方案、調(diào)整車流徑路、優(yōu)化車流組織方案的依據(jù)[1]。我國鐵路運能受限于大型樞紐車站“點”的運輸能力，車站運輸能力包括咽喉通過能力和到發(fā)線通過能力。

我國鐵路業(yè)界對運輸能力的研究主要集中在線路區(qū)段通過能力計算扣除系數(shù)法和普速鐵路車站通過能力的提高上。梁棟等[2]綜合分析國內(nèi)外運輸能力計算方法優(yōu)缺點，提出最適合我國路情的線路通過能力扣除系數(shù)法改進方法；崔艷萍等[1]指出鐵路運能研究存在主要問題是區(qū)段通過能力計算方法等；高世蕊[3]采用傳統(tǒng)利用率法計算客運專線車站通過能力；康柳江[4]、劉漢英等[5]對車站咽喉區(qū)進路優(yōu)化方法和模型進行了研究。但是，高速鐵路(以下簡稱“高鐵”)已經(jīng)運營車站咽喉通過能力的查定建模和計算，目前還是一個空白。鐵路企業(yè)組織高鐵站通過能力查定時，與普速鐵路車站同時采用20世紀50年代前蘇聯(lián)高校教材中的區(qū)段站運能計算公式，迄今還未修訂[6-7]。

與普速鐵路不同，高鐵行車密度大、速度高、僅辦理旅客列車、綜合維修開天窗時間固定、有效發(fā)車時間和有效到達時間受限、站內(nèi)無調(diào)車作業(yè)、受動車基地動車組出入庫影響大，因此按普速鐵路區(qū)段站查定方法計算出來的車站運輸能力對高鐵站運輸生產(chǎn)無指導意義。

以廣州南站為研究標本，分析接發(fā)列車過程，在現(xiàn)行列車運行圖規(guī)定運輸生產(chǎn)任務基礎上，分析高鐵站接發(fā)列車占用咽喉時間，修正傳統(tǒng)利用率計算法查定高鐵站咽喉能力公式，對高鐵站咽喉通過能力查定進行研究和建模，通過實際查定廣州南站咽喉通過能力，分析高鐵站咽喉通過能力影響因素并提出相關解決措施。

1 高鐵車站咽喉通過能力查定分析與建模

1.1 傳統(tǒng)普速鐵路車站咽喉通過能力計算方法

咽喉道岔利用率計算公式[8]為

式中：T為咽喉道岔組占用總時間，min，包括接發(fā)列車、妨礙時間、天窗時間等；r空為咽喉道岔空費系數(shù)，采用為固定作業(yè)占用咽喉道岔總時間，主要包括天窗時間，min。

咽喉通過能力計算公式[8]為

式中：為i方向列車接車的通過能力，列/d；為i方向列入計算中接入的通過咽喉道岔旅客列車數(shù)，列。

式中：為i方向列車發(fā)車的通過能力，列/d；為i方向列入計算中出發(fā)的通過咽喉道岔旅客列車數(shù)，列。

1.2 高鐵站咽喉通過能力查定建模

1.2.1 高鐵站咽喉通過能力查定分析

（1）高鐵綜合維修天窗時間固定、有效發(fā)車時間和有效到達時間受限，且站內(nèi)無調(diào)車作業(yè)，咽喉道岔利用率按一晝夜時間統(tǒng)計不科學。

（2）根據(jù)高鐵車站各咽喉實際辦理列車數(shù)量，確定咽喉接發(fā)列車作業(yè)高峰期統(tǒng)計時間，按統(tǒng)計時間段計算咽喉道岔利用率。因此，高鐵車站咽喉道岔利用率K高計算公式修正為

式中：T高為納入統(tǒng)計時間段咽喉道岔占用總時間，s，包括接發(fā)列車、妨礙時間；n為納入統(tǒng)計時間段小時，h；r空為咽喉道岔空費系數(shù)，采用0.15 ～ 0.2。

1.2.2 高鐵站咽喉通過能力

（1）廣州南站分廣珠場和京廣場2個獨立車場，咽喉通過能力分車場分咽喉統(tǒng)計，計算公式為

式中：為高鐵i方向統(tǒng)計高峰時間段列車發(fā)車

的通過能力，列/d；為高鐵i方向列入計算中出發(fā)的通過咽喉道岔旅客列車數(shù)，列。

（2）京廣場南咽喉、廣珠場北咽喉分別銜接廣州動車基地和廣珠動車所，由于動車組出入庫時間集中，并且一晝夜辦理動車組車底基本固定，故廣州動車基地和廣珠動車所方向接發(fā)的列車不能按利用率計算通過能力。

2 廣州南站運能查定分析與建模

2.1 廣州南站概況

廣州南站位于京廣高鐵(北京西—廣州南)、廣深港客運專線(廣州南—深圳北—香港西九龍)、貴廣客運專線(貴陽北—廣州南)、南廣鐵路(南寧—廣州南)及廣珠城際線(廣州南—珠海)交匯處[6]。主要辦理城際、長途動車組列車始發(fā)終到及中轉(zhuǎn)客運業(yè)務；始發(fā)終到動車組上水吸污、行包快運作業(yè)；動車組出入動車所存放、檢修作業(yè)。廣州南站是目前全國旅客發(fā)送量最大的高鐵客運站，單日最高旅客發(fā)送量達37.4萬人，日均到發(fā)列車893列。

（1）現(xiàn)有站場設備。分京廣場和廣珠場2個獨立車場；正線4條，到發(fā)線24條，15個站臺，28個辦客站臺面；24條股道具備上水條件；6條股道具備吸污作業(yè)條件。

（2）鄰接方向。采用DS6-K5B型計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)。京廣場北咽喉銜接京廣高鐵廣州北、南貴廣客運專線(貴陽北—廣州南和南寧—廣州南的佛山西—廣州南合并線路區(qū)間段)鹽步所2個方向；京廣場南咽喉銜接廣深港慶盛、廣珠城際聯(lián)絡線、廣州動車基地3個方向；廣珠場北咽喉銜接南貴廣客運專線鹽步所、廣珠動車所2個方向；廣珠場南咽喉銜接廣珠城際碧江1個方向[7]。

（3）技術作業(yè)情況?，F(xiàn)行運行圖規(guī)定上水吸污旅客列車38列、上水旅客列車93列。

基于廣州南站現(xiàn)有設施配置和現(xiàn)行運行圖規(guī)定運輸作業(yè)方案，分析接發(fā)列車作業(yè)過程，運用CTC設備，采用寫實法精準采集接入和發(fā)出列車時各項作業(yè)占用咽喉時間，即接入列車占用接入端咽喉、發(fā)出列車占用發(fā)出端咽喉等時間，分車場、分咽喉、分方向計算咽喉通過能力利用率，從而查定廣珠場和京廣場咽喉通過能力。

2.2 接發(fā)列車占用咽喉時間分析

為研究到達、出發(fā)列車作業(yè)占用咽喉和到發(fā)線時間，根據(jù)接發(fā)列車過程分析，接入列車需采集3個數(shù)據(jù)字段：開放進站信號時刻JT1、列車壓上進站信號時刻JT2、列車出清接車進路關鍵道岔時刻JT3。發(fā)出列車需采集3個數(shù)據(jù)字段：開放出站信號時刻FT1、列車整列越過出站信號時刻FT2、列車整列出站時刻FT3。

（1）接入列車實際占用接入端咽喉時間Δt1。Δt1始于準備接車進路，止于列車越過接車進路關鍵道岔，Δt1=JT3-JT1+T接準(T接準為準備接車進路電路選路、道岔轉(zhuǎn)換等時間，根據(jù)廣州南站聯(lián)鎖設備，取40 s)。

關鍵道岔定義為如果接車時列車出清該關鍵道岔，將不會繼續(xù)影響其他線群在該咽喉的接發(fā)列車，即不再影響本咽喉其他線群的接發(fā)車進路。京廣場南咽喉如圖1所示，當京廣場南端來的列車用11道、12道、13道、14道接車，只要列車整列越過56號道岔，就不再影響其他線群在該咽喉的接發(fā)列車，則56號道岔定義為該咽喉11—14接車線群的接車關鍵道岔，實質(zhì)是用11—14道接入該咽喉來的列車，一旦列車出清該關鍵道岔就可辦理本咽喉其他線群接發(fā)車作業(yè)。分析接車進路，可確定廣州南站廣珠場咽喉接車線群及其關鍵道岔如表1所示，京廣場咽喉接車線群及其關鍵道岔如表2所示。

（2）發(fā)出列車實際占用發(fā)出端咽喉時間Δt2。Δt2始于準備發(fā)車進路，止于列車整列出站，Δt2=FT3－FT1+T發(fā)準(T發(fā)準為準備發(fā)車進路需要時間，同理取 40 s）。

（3）接入列車最小占用接入端咽喉時間Δt3。Δt3始于列車實際壓上進站信號機，止于列車越過接車進路上關鍵道岔時刻，Δt3=JT3－JT2+T接準。

（4）發(fā)出列車最小占用發(fā)出端咽喉時間Δt4。Δt4始于列車壓上出站信號機時刻，止于列車整列出站，Δt4=FT3－FT2+T發(fā)準+ 50 s (50 s為列車壓上并整列越過出站信號運行時間)。

圖1 京廣場南咽喉Fig.1 South throat of Jing-Guang yard

表1 廣珠場咽喉接車線群及其關鍵道岔Tab.1 Throat receiving group tracks and key turnouts of Guang-Zhu yard

表2 京廣場咽喉接車線群及其關鍵道岔Tab.2 Throat receiving group tracks and key turnouts of Jing-Guang yard

2.3 咽喉通過能力分析與建模

（1）接入列車占用咽喉利用率K接高計算公式為

式中：T接為納入統(tǒng)計時間段接入列車實際占用接入端咽喉道岔總時間，s；n為納入統(tǒng)計時間段小時，h；JT3i為接入某列車出清該接車進路關鍵道岔時刻；JT1i為接入某列車開放進站信號時刻；T接準為準備接車進路電路選路、道岔轉(zhuǎn)換等時間，根據(jù)南站聯(lián)鎖設備，取40 s。

（2）發(fā)出列車占用咽喉時間利用率K發(fā)高計算公式為

式中：T發(fā)為納入統(tǒng)計時間段發(fā)出列車實際占用發(fā)車端咽喉道岔總時間，s；n為納入統(tǒng)計時間段小時，h；FT3i為發(fā)出第i列車時該列車整列出站時刻；FT1i為發(fā)出第i列車時開放出站信號時刻；T發(fā)準為準備發(fā)車進路需要時間，同T接準取40 s。

（3）i方向咽喉通過能力計算公式。i方向咽喉通過能力計算公式見公式 ⑸ 和 ⑹。

3 廣州南站咽喉通過能力寫實

3.1 確定寫實日期

由于高鐵站列車具有運行規(guī)律性強等運輸組織特點，根據(jù)實際將寫實日期選取為客流繁忙時期某日。高鐵客流繁忙主要是春運、暑運、國慶小長假。春運時廣州南客流方向單一；國慶小長假客流過于集中，運營數(shù)據(jù)沒有代表性；暑運時間跨度大、廣州南各方向客流均較大且一周內(nèi)每日客流波動較小，故確定寫實日期為暑運期間的一個周三，具體為2018年8月8日。

3.2 確定寫實時間段

廣州南站分京廣場和廣珠場，分別對北咽喉和南咽喉進行寫實。根據(jù)運行圖規(guī)定運輸生產(chǎn)任務，將辦理列車分車場、分咽喉、分方向統(tǒng)計繪出對應接發(fā)列車柱狀圖，廣珠場南咽喉接發(fā)列車柱狀圖如圖2所示，京廣場南咽喉接發(fā)列車柱狀圖如圖3所示，廣州南站咽喉通過能力查能統(tǒng)計時間段如表3所示。

3.3 通過能力查定寫實表

京廣場南咽喉通過能力查定寫實表(摘錄)如表4所示，同理可確定京廣場北咽喉、廣珠場北咽喉和南咽喉寫實表。

圖2 廣珠場南咽喉接發(fā)列車柱狀圖Fig.2 Receiving/departing train bar graph in south throat of Guang-Zhu yard

圖3 京廣場南咽喉接發(fā)列車柱狀圖Fig.3 Receiving/departing train bar graph in south throat of Jing-Guang yard

3.4 咽喉通過能力計算與分析

3.4.1 咽喉通過能力匯總表

當空費系數(shù)取0.15時，廣州南站咽喉通過能力匯總如表5所示。

表3 廣州南站咽喉通過能力查能統(tǒng)計時間段Tab.3 Statistical time period to throat through capacity of Guangzhou South Railway Station

3.4.2 咽喉通過能力數(shù)據(jù)分析

（1）咽喉通過能力緊張方向。廣州南咽喉通過能力最緊張3個方向能力利用率如表6所示。

（2）咽喉通過能力緊張方向接發(fā)車作業(yè)平均占用咽喉時間。以廣州北方向為例：接車平均占用咽喉時間為36 978/117/60=5.27 min；發(fā)車平均占用咽喉時間為36 519/118/60=5.15 min。

（3）接發(fā)列車實際占用咽喉時間與最小占用咽喉時間相差較大。接發(fā)列車最小占用咽喉時間是指一開放進(出)站信號機列車就壓上信號機的理想狀態(tài)。從統(tǒng)計數(shù)據(jù)可知，接入、發(fā)出列車實際占用咽喉時間與最小占用咽喉時間相差較大。以廣州北方向為例，接車實際占用咽喉總時間為36 978 s，但是接車最小占用接入端咽喉總時間為16 946 s，兩者相差一倍多，發(fā)車存在同樣情況。原因與車站值班員習慣提前布置和辦理進路、車站運輸組織模式有關，較大影響咽喉通過能力。

表4 京廣場南咽喉通過能力查定寫實表(摘錄)Tab.4 South throat through capacity checking realistic table of Jing-Guang yard (extract)

表5 廣州南站咽喉通過能力匯總表Tab.5 Throat through capacity summary tables of Guangzhou South Railway Station

表6 廣州南咽喉能力最緊張3個方向能力利用率Tab.6 Utilization rate of throat through capacity at the 3 busiest directions of Guangzhou South Railway Station

3.5 提高咽喉通過能力分析

（1）站場設計多考慮平行進路。站場設計宜采用交叉渡線增加平行進路。廣州南咽喉區(qū)鋪設大量“倒八字”渡線，極大影響咽喉能力。例如，接入長沙南到廣珠線方向列車，現(xiàn)有站場只能接入京廣場1—4道，常導致列車機外停車等信號，影響列車運行秩序。廣珠場南咽喉廣珠城際方向僅存在一組平行進路，限制咽喉能力。京廣場北咽喉南廣線于京廣線兩側引入廣州南站，南廣線列車在車站折返時接或發(fā)車均須橫切咽喉，極大限制咽喉能力。

（2）合理布置每日運輸生產(chǎn)計劃。由于廣州南動車所存車及進出庫能力不足，造成動車組終到后不能按時入庫，影響動車組入庫檢修，存在次日車底不能按時出庫正點始發(fā)隱患，車站繁忙時間咽喉能力受限于動車基地存車及出入庫能力。據(jù)統(tǒng)計廣州南動車所出庫繁忙時段為 5 ∶ 00—9 ∶ 00，共出庫51列，平均每小時13列，進庫繁忙時段為20 ∶ 00—0 ∶ 30，共進庫 57列，平均每小時 13列，繁忙時段進出庫能力達飽和狀態(tài)?？衫镁V場下午及廣珠場傍晚空閑時段拉開始發(fā)終到列車間隔，優(yōu)化進出庫時間間隔，緩解集中進出庫問題。

（3）提高車站、調(diào)度控制中心運輸組織及應急處置水平。廣州南站股道運用不均衡，如京廣場上午同時接入基地出庫始發(fā)列車和深圳北方向來的上行中轉(zhuǎn)列車，晚上同時接入終到入庫和中轉(zhuǎn)去深圳北的列車，股道運用極為緊張。廣州南站開行列車數(shù)量大且多為始發(fā)終到列車，遇大面積晚點股道調(diào)整頻繁。車站作業(yè)的有序調(diào)整極大依賴車站值班員、行車調(diào)度員應急處置水平。

4 結束語

我國高鐵站咽喉通過能力查定等基礎研究還滯后于高速鐵路的快速發(fā)展。通過對廣州南站咽喉通過能力查定進行研究，對原普速鐵路車站能力利用率方法查定高鐵站咽喉能力計算公式進行了修正。由于車站通過能力包括咽喉通過能力和到發(fā)線通過能力，因而在查定高鐵站咽喉通過能力基礎上還需查定高鐵站到發(fā)線通過能力，以確定高鐵站的最終通過能力。通過高鐵站運輸能力的科學查定查找運能薄弱環(huán)節(jié)，優(yōu)化鐵路運輸資源配置，可以為高速鐵路運輸經(jīng)營發(fā)展和高速鐵路建設提供理論參考。