懷衡鐵路運營合理分工與旅客列車開行方案優(yōu)化設計

李 俊， 李夏苗

(1.中國鐵路廣州局集團有限公司， 廣州 510088； 2.中南大學 交通運輸工程學院， 長沙 410075)

2018年12月懷衡鐵路正式開通客運運營，是湖南省境內一條東西走向的大能力運輸通道，將西南、東南部間的高速鐵路、普速鐵路溝通聯(lián)系為整體，湖南的鐵路運輸網絡更加完善。合理確定懷衡鐵路的運營分工和優(yōu)化旅客列車開行方案，既有利于發(fā)揮新建鐵路的經濟與社會效益，也有助于提高湖南省中西部鐵路網及關聯(lián)線路的運輸效果。

1 懷邵衡鐵路概況

1.1 線路情況

該線西起焦柳線懷化西編組站，東至衡茶吉線顏家壟站，自湖南省西北部的懷化市，沿東南方向經邵陽市至衡陽市，沿途經過14個縣(區(qū))。全線共設懷化西編組站(在建)、懷化南懷邵衡場、楊村所、安江東、月溪、洞口、隆回西、隆回、邵陽西、邵陽、邵陽東、邵東、楊橋、庫宗橋、西渡、松木、咸塘、長塘所、顏家壟共17個車站、2個線路所。最大站間距29.992 km(邵東～楊橋)，最小站間距9.788 km(邵陽站～邵陽東站)，平均站間距22.9 km。

懷邵衡鐵路主要技術標準[1]：

1)鐵路等級：電氣化Ⅰ級鐵路；

2)正線數(shù)目：雙線；

3)設計行車速度：200 km/h；

4)機車類型：貨機HXD3，客車：SS9、動車組；

5)牽引定數(shù)：4 000 t；

6)到發(fā)線有效長度：850 m(雙機880 m)；

7)閉塞類型：自動閉塞。

1.2 在路網的地位與特征

懷衡鐵路連通了京廣、滬昆高速線和京廣、渝懷、焦柳、益湛、衡柳線共7條線路，向東連接吉衡線、京九、贛瑞龍線，直達東南沿海，是連接西南地區(qū)、西北地區(qū)至東南沿海地區(qū)和珠三角地區(qū)一條快捷運輸通道，也是一條重要的國土開發(fā)和旅游觀光線。線路開通運營顯著地提升了懷化、邵陽和衡陽三市的交通區(qū)位優(yōu)勢。

1.3 沿線主要地區(qū)經濟社會狀況

2018年，懷衡鐵路沿線三市常住人口1 984.91萬人，三市共完成GDP 6 341.95億元，占湖南全省的17.4%；三次產業(yè)結構為20.5：40.8：38.6，第一產業(yè)比重較高，第二、三產業(yè)比重較低，沿線地區(qū)農業(yè)基礎較好，但工業(yè)、服務業(yè)等發(fā)展相對滯后。

沿線所處湘西南地區(qū)也是江南丘陵向云貴高原的過渡地帶，雪峰山脈橫亙其中，丹霞和喀斯特地貌均有分布，旅游資源十分豐富，擁有眾多的自然景觀、人文景觀和名勝古跡。2018年沿線三市共接待游客14 986.53萬人次，占湖南全省接待游客總量的23.8%、旅游總收入占18.5%。

表1 懷衡鐵路沿線三市2018年經濟社會主要指標[2]

1.4 線路定位與基本分工

懷衡鐵路是連接西南地區(qū)與珠三角及東南沿海地區(qū)的快捷鐵路運輸通道的重要組成部分，本線既銜接高標準的客運專線又銜接普速鐵路，線路定位為客貨并重的快速區(qū)域鐵路干線。

線路以輸送西南地區(qū)與珠三角及東南沿海間的長途跨線客流為主，其次為懷化、邵陽地區(qū)與珠三角及東南沿海間的客流。開行的客車主要為成都、重慶(其次懷化、邵陽)與廣州、深圳、廈門等城市間的列車，以跨線客車為主。

2 線路合理分工與客車開行方案優(yōu)化的原則與方法

線路合理分工的目的是區(qū)域路網關聯(lián)線路上客流組織使得線路的效能得到充分利用、客流得到更高效用的輸送，實現(xiàn)運營企業(yè)增加收入、旅客降低出行成本?？蛙囬_行方案優(yōu)化的目的是在合理的線路分工前提下，依據(jù)客流的結構與規(guī)模，合理利用鐵路運輸資源組織旅客列車輸送，實現(xiàn)客運綜合效果最大化。

2.1 優(yōu)化原則

從列車開行方案的內涵可知，線路分工的具體內容包含在列車開行方案之中。線路合理分工與列車開行方案優(yōu)化的原則主要是[3]：

1)以鐵路線路資源可用性為基本條件，旅客列車開行方案分析基于懷化樞紐聯(lián)絡線修建好考慮。

2)以已有旅客列車開行方案作為客流分析的基礎，優(yōu)化開行方案能最大化鐵路客運效益。

3)旅客列車開行方案要符合客流特點，盡量提高列車開行的綜合效用。

2.2 優(yōu)化方法

分析可知，懷衡鐵路的旅客列車開行方案優(yōu)化是一個多目標問題，既要考慮鐵路企業(yè)運營效益又要考慮旅客的綜合效益。一般優(yōu)化過程是以客流為依據(jù)、旅客列車開行條件為約束，優(yōu)化開行方案。

懷衡鐵路的客車開行方案可分為3部分：一是跨線列車方案(列車的始發(fā)、終到站都不在本線范圍內)；二是部分跨線(簡稱半跨線)列車方案(列車的始發(fā)或終到站只有一個在本線范圍內)；三是本線列車方案(列車的始發(fā)站或終到站都在在本線范圍內)。

懷衡鐵路旅客列車開行方案問題可分三個部分分析?？缇€列車的方案主要是優(yōu)化列車的運行路徑；本線與半跨線列車的方案是分析的主要內容。

考慮到懷衡鐵路旅客列車開行方案的特征，方案優(yōu)化是在可能方案中選優(yōu)。故此，列車開行方案優(yōu)化采用帕累托選優(yōu)的原理。即，以增加目標函數(shù)為導向，在不減少關聯(lián)方利益的前提下設計可行且目標值最大的方案[3]。

1)優(yōu)化設計目標。列車開行方案優(yōu)化目標主要考慮鐵路運營方和旅客方的利益。即：

MaxZ=F鐵+F客

(1)

s.t. {列車開行方案可行}

式中，F(xiàn)鐵表示鐵路運營企業(yè)的利益；F客表示旅客的綜合效益。

2)優(yōu)化設計策略。鐵路運輸企業(yè)的主要效益因素：①川渝、云貴和湘西北與珠三角間的普速直通旅客徑路調整，減少普速京廣鐵路株洲-衡陽間能力占用；同時縮短列車運行距離250 km以上。高鐵旅客列車徑路調整，即京廣高鐵長衡段的能力占用，縮短湘西至廣州、深圳間列車運行距離100 km以上。②增加了湘西南、湘中與長株潭間鐵路聯(lián)系通道，以及湘西南與廣州、深圳間鐵路聯(lián)系可增加旅客發(fā)送量。

旅客出行的主要效益因素：①川渝、云貴、湘西、湘中與珠三角地區(qū)間旅客出行，高速列車出行減少1 h、普速列車出行減少3 h。②湘西南、湘中地區(qū)與長株潭間、廣州和深圳間聯(lián)系更加方便，相對公路運輸旅客出行廣義費用減少。

優(yōu)化設計策略。結合湖南省境內主要鐵路線路的運營的實際，從提高路網總體效能的角度，懷衡鐵路列車開行方案優(yōu)化的策略是：①因為“長沙/株洲——衡陽”間普速鐵路、高速鐵路的能力釋放，就可增開路網上其他的旅客列車、增加運營收入；盡可能減少通過普速京廣鐵路和高速京廣鐵路“長沙/株洲-衡陽”間的列車流，以緩解其通過能力的壓力[4]。②保證不同線路區(qū)域間鐵路客運直達服務網絡的覆蓋；客運服務網絡的覆蓋是客源的基礎，同時也是為社會提供運輸服務的公益性要求[5]。

3 近期列車開行方案優(yōu)化設計

3.1 跨線列車方案優(yōu)化設計

跨線旅客列車的始發(fā)終到站都不在本線上，優(yōu)化設計的主要內容是徑路的設計問題。現(xiàn)有關聯(lián)旅客列車的開行情況見表2。

表2 現(xiàn)有關聯(lián)跨線列車開行情況(2018年)

依據(jù)優(yōu)化設計策略，比較分析后的調整方案建議見表2。由于贛廈間的線路條件，東南沿海與西南間的列車運行徑路不做調整。川渝區(qū)域與廣深汕地區(qū)普速列車轉移6對，高速列車轉移2對。方案效果是釋放“長沙/株洲—衡陽”間普速鐵路線路通過能力6對，川渝區(qū)域與廣深汕間的客流節(jié)約旅行時間3小時。增加了邵陽—懷化區(qū)域與貴昆區(qū)域的直達聯(lián)系，有利于增加客流量。長株潭間與川渝地區(qū)的聯(lián)系頻率降低了，但不影響地區(qū)間鐵路客運直達聯(lián)系。

3.2 半跨線列車方案優(yōu)化設計

懷衡鐵路開通增加了懷化、邵陽地區(qū)更便捷到達珠三角地區(qū)的徑路，現(xiàn)有關聯(lián)列車運行徑路見表3。

表3 現(xiàn)有關聯(lián)半跨線列車開行情況(2018年)

現(xiàn)狀開行的列車方案是具有客流基礎和合理運營效果，懷衡鐵路開通進一步優(yōu)化了湖南的區(qū)域路網結構，但關聯(lián)區(qū)域誘增客流量有限。

將半跨線列車方案分為兩類：一是跨省列車組織，即懷化、邵陽與珠三角地區(qū)間列車組織；二是省內跨線列車組織，即懷化、邵陽、長沙三地間列車組織。依據(jù)優(yōu)化策略，跨線列車組織優(yōu)化途徑應是省內客流輸送與省外客流輸送相對獨立分析。即，邵陽與珠三角間的列車主要承擔邵陽地區(qū)與珠三角間的客流輸送，懷化與珠三角間的列車主要承擔懷化、婁底及部分湘潭地區(qū)與珠三角間的客流輸送。服務吸引區(qū)人口數(shù)量是影響客流的主要因素，相關地區(qū)的常住人口情況見表4[2]。

表4 相關地區(qū)的常住人口情況(2018年)

1)跨省列車組織方案優(yōu)化設計。從人口分布情況可以看出，客流的終到始發(fā)節(jié)點主要是懷化市、邵陽市，旅客列車開行的徑路結構主要是：

懷化市—婁底—株洲—衡陽—珠三角

懷化市—洞口—隆回—邵陽—邵東—衡陽—珠三角

邵陽—邵東—衡陽—珠三角

既有方案的優(yōu)化：根據(jù)客流與吸引區(qū)域人口數(shù)量間關系，懷化、婁底、湘潭三個地區(qū)的人口總量為1 177.64萬人，其中懷化占42.3%、婁底與湘潭占57.7%。故此可推斷，選擇(懷化市—婁底—株洲—珠三角)路徑的列車數(shù)量應占60%(考慮服務覆蓋懷化部分人口)，另外40%可選擇(懷化—邵陽—衡陽—珠三角)。故此，調整懷化始發(fā)/終到普速旅客列車2對中的1對進徑路改由懷衡；高速列車5對中2對進徑路改由懷衡。類似，邵陽始發(fā)/終到旅客列車全部改由懷衡鐵路。

新增客流的解決：懷衡鐵路開通使懷化市部分、洞口、隆回等地方有了便捷鐵路交通條件，將增加沿線的鐵路客流。服務覆蓋人口在300萬左右，依據(jù)類比原理，可增加1對懷化—珠三角普速列車、1～2對高速列車。

懷化、邵陽2地始發(fā)/終到列車的協(xié)調：懷化始發(fā)/終到珠三角普速列車2對、邵陽始發(fā)/終到珠三角普速列車1對，建議將邵陽始發(fā)/終到調整到懷化。根據(jù)實際運營過程中客流變化相應調整列車的開行數(shù)量。

最終的跨省列車方案優(yōu)化結果如下：

懷化市—婁底—株洲—衡陽—珠三角(普速1對+高速3對)

懷化市—洞口—隆回—邵陽—邵東—衡陽—珠三角(普速2對+高速4對)

邵陽—邵東—衡陽—珠三角(高速2對)

2)省內跨線列車組織方案優(yōu)化設計。旅客列車開行的徑路結構是：

邵陽—婁底—株洲—長沙(既有：普速1對、高速列車7.5對)

懷化—婁底—株洲—長沙(既有：普速1對、高速列車4對))

懷化—洞口—隆回—邵陽—婁底—株洲—長沙(高速列車)

對于湖南省內跨線列車，懷衡鐵路無徑路優(yōu)化作用，重點是新增服務區(qū)客運服務覆蓋與列車始發(fā)/終到站之間的協(xié)調。

新增客流的解決：即要滿足懷化—邵陽間普速客運需求與高速客運需求，依據(jù)服務覆蓋人口，類比可知，懷化—邵陽間至邵陽—長沙間需要開行1對列車、高速列車2～3對提供服務覆蓋。既有邵陽—長沙間的高速列車7.5對明顯與服務覆蓋人口不成比例，合理數(shù)量應是3～4對。

列車始發(fā)/終到間協(xié)調：依據(jù)優(yōu)化策略，延長邵陽到長沙的普速列車的始發(fā)/終到站位“懷化——長沙”，解決普速客運覆蓋。延伸邵陽—長沙間高速列車的始發(fā)/終到站“懷化南—長沙南”，開行7-8對。優(yōu)化設計結果如下：

懷化—婁底—株洲—長沙(既有不變：普速1對、高速列車4對)

邵陽—婁底—株洲—長沙(調整：普速0對、高速列車0對)

懷化—洞口—隆回—邵陽—婁底—株洲—長沙(新增：普速列車1對、高速列車7～8對)

3.3 本線列車開行方案優(yōu)化設計

客流調查分析結果表明，懷衡鐵路開通后客流變化有3個基本特點：一是新增的客運需求和客運量不大；二是客流的發(fā)生/吸引的主要節(jié)點是懷化與邵陽；三是轉移客運量主要來自公路運輸。考慮到沿線地區(qū)的經濟社會條件、旅游資源和交通條件等因素，懷衡鐵路開通誘增客源主要在懷化-邵陽間。通過調查分析，預計懷邵衡間的鐵路近期本線最大斷面日客流量在1 500人左右。

由此，在跨線列車開行方案的基礎上，結合客流狀態(tài)，建議在懷化南—衡陽東之間開行動車組列車2～3對。

依據(jù)優(yōu)化策略，采用類比原理，從三個層次優(yōu)化懷邵衡鐵路的旅客列車開行方案，優(yōu)化設計的開行方案導向了{F鐵+F客}最大化的效果。半跨線和本線近期的旅客列車開行方案見表5。

表5 懷衡鐵路本線、半跨線旅客列車開行優(yōu)化方案

4 主要結論與建議

以上述研究為基礎，對懷衡鐵路運行圖進行了優(yōu)化。2019年10月11日零時執(zhí)行的列車運行圖[6]，開行動車組列車20對、快速列車1對；其中，本線車2對、跨線車4對、半跨線15對。相對開通初期方案，調減懷化南到衡陽東本線車6對，增加懷化南到長沙南列車6對，體現(xiàn)了本線客流特征與主要流向。

4.1 優(yōu)化方案主要效果

4.1.1 鐵路運輸企業(yè)的主要效果

1)川渝、云貴和湘西北與珠三角間的普速直通旅客有8對轉移，減少普速京廣鐵路株洲-衡陽能力占用；同時縮短列車運行距離250 km以上。高鐵旅客列車轉移7對，即京廣高鐵長-衡段釋放6對列車的能力，而且縮短湘西至廣深間列車運行距離100 km以上。

2)增加了湘西南、湘中與長株潭間鐵路聯(lián)系通道，可增加日均旅客發(fā)送人1 500人；增加湘西南與廣深間鐵路聯(lián)系可增加日均旅客發(fā)送人1 000人。

4.1.2 旅客出行的主要效果

1)川渝、云貴、湘西、湘中與珠三角地區(qū)間旅客出行，高速列車出行減少1個小時、普速列車出行減少3 h。

2)湘西南、湘中地區(qū)與長株潭間、廣深間聯(lián)系更加方便，相對公路運輸旅客出行廣義費用減少。

4.2 主要建議

1)優(yōu)化設計方案是基于懷化站與懷化南之間的聯(lián)絡線建成。從分析結果可以看到，加快懷化樞紐聯(lián)絡線建設，將更好地發(fā)揮懷邵衡鐵路的綜合社會經濟效果。

2)從客流增長的發(fā)展趨勢來講，一定時期內懷邵衡鐵路線路通過能力的利用率還偏低；定位懷邵衡鐵路“網絡意義大于區(qū)域作用”，注重跨線旅客列車的組織，以提高線路的利用率，增加運營收入。

3)從運營層面試驗總結，推廣集中動力型動車組在客貨共線鐵路上的運用，解決普速客車在動車組運行線路的機車換掛問題，同時優(yōu)化“客貨共線快速鐵路”的客貨共線行車組織辦法，是提高線路運用效率的、增加運營收入的必須探索課題。