基于客流需求分析的高速鐵路譜系化列車產(chǎn)品設(shè)計

胡弼丞，聶 磊，朱 愷，梅正男

（北京交通大學(xué) 交通運輸學(xué)院，北京 100044)

傳統(tǒng)的鐵路旅客運輸產(chǎn)品從“核心產(chǎn)品”“形式產(chǎn)品”和“附加產(chǎn)品”3 個層次進行定義，“譜系化”定義一般存在于相對技術(shù)方面的研究。“譜系”中的“譜”有傳承性的含義，“系”有系列化的含義。從縱向的時間角度來講，某一“譜”下的列車產(chǎn)品，隨著歷次的調(diào)圖，列車屬性應(yīng)對先前的列車有繼承、保持一定的穩(wěn)定性；從橫向的差別角度來講，不同“系”中的列車產(chǎn)品，形式層和附加層產(chǎn)品的屬性組合應(yīng)有顯著的區(qū)別。鐵路譜系化旅客列車產(chǎn)品是服務(wù)于多種需求和不同類型的旅客，同時具有旅客辨識度的旅客列車產(chǎn)品組合。同一譜系內(nèi)各種產(chǎn)品應(yīng)當(dāng)具有類似的組成[1]，可以采用惟一的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹進行管理，通過構(gòu)型樹實現(xiàn)配置管理。國外鐵路由于市場競爭激烈，旅客列車有較為明確的產(chǎn)品譜系劃分，而我國高速鐵路列車起訖點多、停站模式多、停站規(guī)律性較弱、開行時刻不夠規(guī)律化，不同列車在裝備設(shè)施、客流組織、服務(wù)水平、票價方面區(qū)別較小，列車產(chǎn)品譜系化不明晰，不同層級客流與列車種類匹配關(guān)系不夠明確。因此，通過分析國外鐵路譜系化列車產(chǎn)品經(jīng)驗，為我國高速鐵路譜系化列車產(chǎn)品設(shè)計提供借鑒。

1 國外鐵路譜系化列車產(chǎn)品分析

國外很多國家采用周期性列車開行方式，每個周期時間內(nèi)(通常為1 h)的列車開行數(shù)量、等級、停站和到發(fā)順序等基本是相同的；并且普遍劃分車站節(jié)點等級，對應(yīng)開行停靠車站等級和次數(shù)不同的列車；國外的普速列車種類多，高速列車種類較少，一般按停靠車站的等級和數(shù)量不同分為不同層次的列車，分別服務(wù)不同節(jié)點等級間的客流。

1.1 荷蘭鐵路

（1）列車產(chǎn)品。荷蘭鐵路主要列車產(chǎn)品有高速鐵路列車(國際)和普速鐵路列車[2]，NS 公司是荷蘭國營鐵路公司，負責(zé)荷蘭鐵路運營。高速鐵路列車包含許多跨國列車，例如連接阿姆斯特丹、布魯塞爾和巴黎的Thalys 列車；普速鐵路列車包含服務(wù)于大城市間客流的快速列車Inter City (IC)和服務(wù)于大到小城市客流的慢速列車Sprinter 等。荷蘭鐵路列車開行規(guī)律，而且票制靈活，提供通票等服務(wù)，同時提供租車、打車和車站停車等一般性服務(wù)和車站自行車租賃等特色服務(wù)。

（2）列車產(chǎn)品譜系分析。荷蘭鐵路列車產(chǎn)品譜系結(jié)構(gòu)主要為：“譜”層級根據(jù)出行需求劃分維度，包括高速列車和普速列車的日常出行需求；“系”層級根據(jù)停站模式劃分維度；“子系”層級根據(jù)一日內(nèi)開行時間劃分維度。荷蘭鐵路列車產(chǎn)品的譜系劃分維度如表1 所示。

表1 荷蘭鐵路列車產(chǎn)品的譜系劃分維度Tab.1 Spectrum and dimensions of train products in the Netherland

1.2 德國鐵路

（1）列車產(chǎn)品。德國鐵路主要客運產(chǎn)品有高速列車、普速列車、國際列車和夜間列車等[3]。德國鐵路列車分為長途列車、短途列車2 種體系。在長途體系中，ICE (Inter City Express)，即城際特快列車不是所有線路均有，停站主要為大站，ICE 是德國境內(nèi)最快的列車，其停站一般為2 ～ 3 站；IC (Inter City)即城際列車，停站與班次比ICE 多，列車速度比ICE 稍慢；EC (Euro City)即歐洲城市列車，連接了很多歐洲的大城市。在短途體系中，有RE(Regional Express)、RB (Regional Bahn)等列車類型，還有市郊列車S-bahn，其具有城市公交的特性。

（2）列車產(chǎn)品譜系分析。德國鐵路列車產(chǎn)品譜系結(jié)構(gòu)主要為：“譜”層級根據(jù)出行需求劃分維度，主要針對有周一到周日的每日出行、周一到周五的工作日出行、不定期時間出行等需求，以及夜間、國際出行需求，與荷蘭鐵路“譜”層級劃分維度相比，德國鐵路“譜”層級劃分維度更為細致；“系”層級與荷蘭相同，根據(jù)列車停站模式劃分維度；“子系”層級根據(jù)列車運距范圍劃分維度，其中全程與區(qū)間以不同列車開行線路為準(zhǔn)。德國鐵路列車產(chǎn)品的譜系劃分維度如表2 所示。

表2 德國鐵路列車產(chǎn)品的譜系劃分維度Tab.2 Spectrum and dimensions of train products in Germany

德國鐵路列車產(chǎn)品開行模式相較于荷蘭更加靈活，列車種類較多。發(fā)達的換乘服務(wù)在乘客無法選擇最適合自己的直達列車時，可以選擇其他譜系或中轉(zhuǎn)，有效提供了多樣的乘車方案。列車發(fā)車頻率越高，周期內(nèi)能夠提供換乘的列車越多，大大減少了旅客的等待時間，提高了出行靈活性。由于部分高速鐵路列車在普速鐵路上運行，部分普速列車也在高速鐵路上運行，表2 的列車產(chǎn)品僅為高速列車和普速列車的代表客運產(chǎn)品。

1.3日本鐵路

（1）列車產(chǎn)品。日本鐵路客運公司是以原日本國鐵民營化改革后成立的6 家JR 客運公司為主[4]，重點以JR 東海公司新干線列車產(chǎn)品為日本高速列車為代表，以JR 西日本公司的梓號列車為普速列車為代表，主題列車多家JR 客運公司都有，旅游列車產(chǎn)品JR 西日本公司的伊豆蟹號為代表等。其中，日本特色列車產(chǎn)品緊密結(jié)合本國文化，如普速線上的Hello Kitty 列車與皮卡丘列車均出自日本設(shè)計師，各觀光列車結(jié)合沿途風(fēng)景及旅游服務(wù)，許多列車上均印有列車主題相關(guān)LOGO；針對親子旅客的東海道新干線親子列車等創(chuàng)意充滿人文特色；同時，新干線可以直接通過地鐵換乘，雖然票價較貴，仍然有很多旅客選擇乘坐新干線列車出行。

（2）列車產(chǎn)品譜系分析。日本鐵路列車產(chǎn)品譜系結(jié)構(gòu)主要為：“譜”層級根據(jù)出行需求劃分維度，需求針對有每日出行需求、周末出行需求、旅游季+特定時間出行等需求的旅客，與荷蘭和德國“譜”層級劃分維度的依據(jù)相同，和德國一樣劃分細致，但是又各有特色；“系”層級，大部分列車根據(jù)停站模式劃分維度，還有一些列車根據(jù)開行主題或開行目的劃分維度；“子系”層級根據(jù)列車運距范圍劃分維度，與德國相同。日本鐵路列車產(chǎn)品的譜系劃分維度如表3 所示。

表3日本鐵路列車產(chǎn)品的譜系劃分維度Tab.3 Spectrum and dimensions of train products in Japan

1.4 啟示

國外鐵路在設(shè)計客運產(chǎn)品之前就制定譜系，列車開行方案和運行圖的編制與調(diào)整形成約束的做法值得借鑒。盡管我國對貨運物流產(chǎn)品譜系化已經(jīng)進行研究[5]，而由于高速鐵路客流服務(wù)對象多，高速列車產(chǎn)品譜系規(guī)律較弱、列車之間的特征模糊。因此，需要結(jié)合不同高速鐵路特征的差異性，深入研究客流特征與列車屬性之間的關(guān)系，提出高速鐵路列車產(chǎn)品譜系。例如，可以按周期模式開行的列車和按非周期模式開行的列車進行設(shè)計，而周期開行列車又可以按節(jié)點等級劃分為停站規(guī)律化列車和非規(guī)律停站列車，還有服務(wù)于夜間長距離出行旅客的夜間動臥列車，服務(wù)于通勤通學(xué)客流的通勤通學(xué)列車，以及服務(wù)于旅游客流的區(qū)域旅游列車，服務(wù)跨方式出行的聯(lián)程運輸列車等多種類型列車等。同時，利用高速鐵路不同技術(shù)類型的車底，如新型動臥、雙層動車組、動力集中型動車組和靈活編組動車組等，配備相應(yīng)的設(shè)備設(shè)施，設(shè)計相應(yīng)的豐富服務(wù)項目和票制票價，提供高品質(zhì)、多樣化和個性化的綜合列車服務(wù)產(chǎn)品。

2 我國高速鐵路客流需求分析

高速鐵路譜系化列車產(chǎn)品設(shè)計時，需要考慮起訖點、停站、列車種類和列車編組以適應(yīng)不同的客流需求，而且針對客流需求進行分析是高速鐵路譜系化列車產(chǎn)品設(shè)計的基礎(chǔ)。

2.1 按出行目的

一般情況下，高速鐵路包含的客流成分有商務(wù)流、通勤通學(xué)流、探親流和學(xué)生流等。商務(wù)流大多往返于大城市之間，部分往返于中小城市，商務(wù)流一般承受票價水平較高，也更愿意上停站較少的列車以更快達到目的地，對出行服務(wù)質(zhì)量要求高；探親、旅游流等則在大中小城市均有往返，由于自費為主，除了少量收入較高旅客外，通常要求票價適中，有一定的舒適度；通勤通學(xué)流主要分布在大中城市之間，隨著新型城鎮(zhèn)化的發(fā)展，小城市往大中城市的通勤通學(xué)流會逐步增加，對票價經(jīng)濟性要求高，更希望票制靈活。高速鐵路客流需求如表4 所示。

表4 高速鐵路客流需求Tab.4 High speed rail passenger flow demand

2.2 按節(jié)點等級

（1）高速鐵路車站節(jié)點等級劃分。設(shè)計停站首先應(yīng)劃分車站等級，對車站所在城市節(jié)點進行等級劃分，根據(jù)節(jié)點等級確定列車開行原則，是重要的求解策略之一[6]?；谖覈咚勹F路網(wǎng)中各車站的日均客流量、現(xiàn)有服務(wù)水平、車站規(guī)模、所在城市的行政屬性和動車段所布局等相關(guān)指標(biāo)，運用聚類分析將我國高速鐵路網(wǎng)中的車站進行分級。一般車站等級包括一級節(jié)點車站(以下簡稱“大站”)、二級節(jié)點車站(以下簡稱“中站”)和三級節(jié)點車站(以下簡稱“小站”) 3 個等級，也可根據(jù)需要增加等級。其中，大站所在節(jié)點為省級或副省級行政中心，中站所在節(jié)點通常為地級市或者客流量較大的縣級市，小站所在節(jié)點一般為縣級市及其以下的行政中心。劃分車站等級后，可以根據(jù)各等級節(jié)點出行旅客更好地確定客流流向。

（2）基于高速鐵路OD 等級劃分客流。通過確定每個OD 對起訖點的節(jié)點等級，得到OD 等級的分類。針對3 級節(jié)點系統(tǒng)，客流OD 有以下9 類：大站—大站、大站—中站、大站—小站、中站—大站、中站—中站、中站—小站、小站—大站、小站—中站和小站—小站客流。然后計算不同OD 類型的客流量，作為不同等級列車的開行依據(jù)。

（3）高速鐵路車流匹配。研究車流匹配有利于確定每個譜系下的客流需求、不同客流層級的服務(wù)指標(biāo)和各層級的劃分標(biāo)準(zhǔn)，為譜系化列車產(chǎn)品下分析客流需求提出方法論，是高速鐵路譜系化產(chǎn)品建模的基礎(chǔ)。基于高速鐵路OD 等級劃分的客流類別，確定每類客流的車流匹配原則如下。①大站—大站客流：一般由大站車直達輸送，客流較小的可由大帶中列車直達輸送、不具備直達條件的可由大站車中轉(zhuǎn)。②中站—中站客流：一般由大帶中列車直達輸送，客流小的可由大中小列車直達輸送、不具備直達條件的可由大帶中列車中轉(zhuǎn)。③小站—小站客流：一般由大中小列車輸送，不具備直達條件的可由大中小列車中轉(zhuǎn)。④大站—中站客流：一般由大帶中列車直達輸送；客流較小的可由大中小列車直達輸送、不具備直達條件的可由大站、大帶中列車中轉(zhuǎn)。⑤大站—小站客流：盡量由大中小車列車直達輸送；不具備直達條件的可由大站、大中、大中小列車中轉(zhuǎn)。⑥中站—小站客流：盡量由大中小車列車直達輸送、不具備直達條件的可由大站、大中、大中小列車中轉(zhuǎn)。

3 我國高速鐵路譜系化列車產(chǎn)品設(shè)計

我國高速鐵路譜系化列車產(chǎn)品設(shè)計是向不同客流需求的旅客群體提供差異化的鐵路客運產(chǎn)品，基于旅客自身屬性和出行目的，不同類型列車對應(yīng)不同的需求。根據(jù)車站節(jié)點等級劃分，一般可開行大站車、大中站車、大中小站車3 類列車。此外，還有部分特殊需求的列車比如針對季節(jié)增開的旅游列車、針對夜間出行需求開行夜間車等。

3.1 高速鐵路譜系化列車產(chǎn)品框架設(shè)計

（1）總譜模塊。譜模塊包含兩個層級：“總層級”和“譜層級”?？倢蛹壥亲V系化設(shè)計的研究對象，即為高速鐵路旅客列車產(chǎn)品。譜層級將旅客按不同出行需求劃分，然后設(shè)計相應(yīng)“譜”層級列車服務(wù)一定類別的客流。按目前國內(nèi)外開行高速列車種類和服務(wù)的大類旅客需求，結(jié)合“一日一圖”，譜層級列車包括日常、周末、節(jié)假日等列車。

（2）總系模塊。系模塊可縱深式劃分為“系”“子系”和“孫系”等層級，每層級對應(yīng)一種或幾種形式高速列車產(chǎn)品維度?？傁的K設(shè)計的目的，是將每個譜層級對應(yīng)的旅客需求進一步細分，使各系列的高速列車能更好地滿足特定類型的旅客需求?？傁的K中的層級依照譜層級列車特性而定。

（3）譜系化列車產(chǎn)品設(shè)計。以高速列車日常譜為例，其總系模塊自上而下縱深擴展可設(shè)計為根據(jù)列車停站模式劃分“系”層級、根據(jù)運距劃分“子系”層級、根據(jù)開行規(guī)律劃分“孫”系層級。形成類似日本新干線“希望號”“光號”和“回聲號”系列列車，本質(zhì)上為起訖點不同、停站不同的列車產(chǎn)品，高速鐵路譜系化列車產(chǎn)品設(shè)計如表5 所示。

表5 高速鐵路譜系化列車產(chǎn)品設(shè)計Tab.5 Train product lineage design of high-speed railway

3.2 京滬高速鐵路譜系化列車產(chǎn)品設(shè)計分析

3.2.1 京滬高速鐵路車站節(jié)點分級

基于京滬高速鐵路車站節(jié)點分級形成停站等級和次數(shù)差別化的列車產(chǎn)品，車站按3 級節(jié)點劃分，以某年客流為基礎(chǔ)，得到京滬高鐵23 個車站節(jié)點等級及客流占比，京滬高速鐵路節(jié)點等級及客流占比如表6 所示。

表6 京滬高速鐵路節(jié)點等級及客流占比Tab.6 Beijing - Shanghai line node grade and passenger flow ratio

3.2.2 列車譜系劃分

根據(jù)京滬高速鐵路列車開行情況分析，京滬高速鐵路列車產(chǎn)品的譜系劃分情況如表7 所示。

表7 京滬高速鐵路列車產(chǎn)品的譜系劃分情況Tab.7 Lineage of Beijing-Shanghai High-Speed Railway train products

3.2.3 客流密度分層級分析

客流密度指在一定時期內(nèi)，某條線路(區(qū)段)或某鐵路運輸企業(yè)及全國路網(wǎng)平均每公里營業(yè)線上所承載的旅客周轉(zhuǎn)量。選取2018年某段時間下行方向平均的客流數(shù)據(jù)，得出京滬高速鐵路總區(qū)段客流密度圖。京滬高速鐵路總客流密度圖如圖1 所示。

將京滬高鐵9 類OD 客流分3 個層級，得出其區(qū)段客流密度圖及最大最小客流區(qū)段。

（1）第一層級。僅有大站，客流OD 為大站—大站客流。北京—天津南為最大客流密度區(qū)段，南京南—上海虹橋為最小客流密度區(qū)段。第一層級客流總密度圖如圖2 所示。

（2）第二層級。僅考慮大站與中等站及中等站間客流，客流OD為大站—中站、中站—大站、中站—中站客流。第二層級最大最小客流區(qū)段如表8 所示。第二層級總客流密度圖如圖3 所示。

圖1 京滬高速鐵路總客流密度圖Fig.1 Total passenger flow density of Beijing-Shanghai High-Speed Railway

圖2 第一層級總客流密度圖Fig.2 Level 1 total passenger density map

表8 第二層級最大最小客流區(qū)段Tab.8 Level 2 maximum/minimum passenger flow section

圖3 第二層級總客流密度圖Fig.3 Level 2 total passenger density map

（3）第三層級。大中小站均有，客流OD 為小站—小站、大站—小站、小站—大站、中站—小站、小站—中站客流。第三層級最大最小客流區(qū)段如表9 所示。第三層級總客流密度圖如圖4 所示。

3.2.4 按停站的列車分類設(shè)計

分層級的車客流密度分層級分析對9 類客流OD 分3 個層級對京滬高速鐵路各客流區(qū)段密度進行了分析。第一層級客流主要由大站車輸送、少量由大中站車輸送；第二層級客流主要由大中站車輸送、少量由大中小站車輸送；第三層級客流主要由大中小站車輸送。大站車通常在客流區(qū)段較大的大站間開行，一般起訖點間的大站均停站，個別客流超大的起訖點間可考慮開行直達列車；大中站車一般在客流區(qū)段較大的大站間、或有始發(fā)終到技術(shù)條件的大站與中等站間開行，一般客流交換頻繁的大中站車在起訖點間的大站、中站均停站，如果停站過多影響旅速，可以大站均停站、中等站擇站停；大中小站車一般在客流交換頻繁的大站間、或有始發(fā)終到技術(shù)條件的大站與中等站間開行，但開行距離不宜過長，有條件的應(yīng)該站站停，如果停站過多影響旅速，可以大站均停站、中小站擇站停。

（1）根據(jù)第一層級設(shè)計京滬高速鐵路間的大站車。建議開行北京南—上海虹橋間大站均停列車及直達列車；北京南—濟南西間客流相對較大，可開行北京南—濟南西間大站均停列車；為保證大城市早晚客流出行，可開行少量濟南西—南京南、濟南西—上海虹橋、徐州東—上海虹橋、南京南—上海虹橋間的大站車。

（2）根據(jù)第二層級設(shè)計京滬高速鐵路間的大中站車。圖3 顯示北京南往各中等站的客流明顯多，建議開行北京南—上海虹橋間大中站車，如果大中站均停，停站過多、旅速偏低，建議大站均停，中站選擇4～6 站停；為保證中等城市早晚客流出行，可開行少量濟南西—南京南、濟南西—上海虹橋、徐州東—上海虹橋、南京南—上海虹橋間的大中站車，在旅速允許情況下盡量大中站均停，也可大中站擇站停。

表9 第三層級最大最小客流區(qū)段Tab.9 Level 3 maximum/minimum passenger flow section

圖4 第三層級總客流密度圖Fig.4 Level 3 total passenger density map

（3）根據(jù)第三層級設(shè)計京滬高鐵間的大中小站車。圖4 顯示出第三層次客流大致可劃分為3 個客流密度區(qū)段，分別為：北京南—濟南西、濟南西—南京南、南京南—上海虹橋，建議開行北京南—濟南西、濟南西—南京南、南京南—上海虹橋之間大中小站列車。其中北京南—濟南西間客流密度差異較大，可擇站停；濟南西—南京南、南京南—上海虹橋間客流密度相對均衡，考慮站站停。鑒于北京南—棗莊、棗莊—上海虹橋間小站客流較多，如果棗莊有夜間駐留條件可考慮開行1～2 列北京南—棗莊、棗莊—上海虹橋間的大中小站車，擇站停車。

4 結(jié)束語

基于京滬高速鐵路列車譜系劃分標(biāo)準(zhǔn)，按停站結(jié)構(gòu)設(shè)計京滬高速鐵路譜系化列車，可能有少量本線客流需要中轉(zhuǎn)，但能保證絕大部分不同層級的旅客由相應(yīng)層級的列車輸送，客流總體旅速提升、列車頻率提高、服務(wù)水平適應(yīng)，即使中轉(zhuǎn)也能保證較高頻率的中轉(zhuǎn)服務(wù)，從而大大提高客流的匹配效用，提升高速鐵路的市場競爭力。然而，還應(yīng)進一步對譜系方案提出優(yōu)化，同時設(shè)計相應(yīng)的服務(wù)項目和票制票價，進一步提高高速鐵路譜系化列車產(chǎn)品的品牌效應(yīng)[7]，加強高速鐵路列車開行方案與客流需求匹配程度進行科學(xué)評價[8]。