高鐵夕發(fā)朝至列車周期化等線時間研究

任 沖，于 麗

高鐵夕發(fā)朝至列車周期化等線時間研究

任 沖1，于 麗2

（1. 中鐵二院工程集團有限責任公司，交通與城市規(guī)劃設計研究院，成都 610031；2. 成都交通高級技工學校，成都 610057）

周期化等線模式可以在一定程度上實現(xiàn)高鐵夕發(fā)朝至列車開行與天窗開設之間的協(xié)調。它在高鐵夕發(fā)朝至列車運營組織中，具有開行數(shù)量多、等線時間短、開行距離長、可日?；_行的特點。論文分析發(fā)現(xiàn)列車數(shù)量、車站分布、到發(fā)線數(shù)量、天窗設置形式、等線方案等是影響周期化等線模式的主要因素。通過對等線時間與等線車站、天窗開設、區(qū)間運行時間關系的深入研究，推導得出了周期化等線模式下，等線作業(yè)時間區(qū)域、等線列車到達時間范圍、等線模式適用條件、等線時間范圍等重要時間約束對等線列車的確定、等線車站的選取、等線天窗的設置等均起到決定作用。研究結論可以為高鐵夕發(fā)朝至列車周期化等線模式的采用和設置提供參考。

高鐵夕發(fā)朝至列車；周期化等線模式；等線時間；等線天窗；等線車站

0 引 言

隨著高速鐵路的不斷延伸和發(fā)展，高鐵夕發(fā)朝至列車由于其夜間出行、上車休息、下車辦公的特性受到廣大旅客的青睞。高鐵夕發(fā)朝至列車為當日19:00~23:00始發(fā)、次日6:00~10:00終到，總在途時間7~15 h的高速動車組列車[1]。目前，我國開行的高鐵夕發(fā)朝至列車，采用以7 d為周期，在列車開行日開設3 h的檢修天窗，部分困難區(qū)間僅開設2 h的檢查天窗，在停運日開設4 h的綜合維修天窗的組織方式。它既影響了綜合維修總時長，更無法實現(xiàn)高鐵夕發(fā)朝至列車的日?；_行。

如何解決高鐵夕發(fā)朝至列車夜間行車需求與高速鐵路綜合維修作業(yè)之間的矛盾，是目前學者們較為關注的問題。孫捷萍[2]在滿足安全的前提下，以旅行時間最佳為目標，建模求解了高鐵夕發(fā)朝至列車在等線模式和轉線模式下的最優(yōu)開行方案，但是并未考慮綜合維修作業(yè)。張?zhí)靷3-5]基于矩形天窗，分別研究了不同開行距離下，等線、下線、下線—上線模式的適用性，得出了等線模式適用于長距離列車開行的結論。聶磊[6]以矩形天窗位置最佳為目標，研究了天窗開設與夜間行車的相互影響關系，提出了“等線模式”需要在等線時間較短時才能被旅客接受，但并未深入研究等線時間的范圍與影響因素。彭其淵[7]研究了不同天窗開設時長下，本線和跨線列車的合理開行距離范圍。陶思宇[8]基于2 h的檢查天窗，研究了分段矩形天窗在不同分段數(shù)下可開行的列車對數(shù)。于麗[1]基于周期化等線模式，以等線時間最短為目標，求解了天窗開設與列車開行的協(xié)調優(yōu)化方案。李凱[9]研究了分段垂直矩形天窗的布置形式對列車運行帶來的影響。李博[10]以旅行時間最佳為目標，研究了等天窗模式、周期化天窗模式下的列車開行方案。大部分研究都是在保證旅行時間最佳、天窗開設時間滿足要求的前提下，直接對等線模式和周期化天窗設置方法進行研究，并未對等線時間的影響因素和等線時間范圍等問題進行深入分析和研究。本文在周期化等線模式的基礎上，推導等線時間范圍，并分析其與天窗設置、等線車站、區(qū)間運行時分的關系。

1 高鐵夕發(fā)朝至列車周期化等線模式

高鐵夕發(fā)朝至列車的開行，必然會與天窗開設之間產生矛盾，為了在一定程度上實現(xiàn)二者之間的協(xié)調，引入“周期化等線模式”的概念。周期化等線模式是指在一個周期內，通過延長或縮短列車運行線，周期性更換高鐵夕發(fā)朝至列車的等線車站，列車在等線車站等待相鄰區(qū)段的分段垂直矩形天窗結束后，再繼續(xù)運行至終到站的天窗開設模式與列車開行模式[1]?？梢钥闯?，此模式突破了傳統(tǒng)周期化天窗、分段垂直矩形天窗、等線模式的固有形式，實現(xiàn)了天窗開設模式與列車開行模式的結合。為便于分析和敘述，將該天窗設置形式稱為周期化等線天窗，列車從到達等線車站時起至離開等線車站時止的時間稱為周期化等線時間[1]。

圖1 周期化等線車站示意圖

2 周期化等線模式的特點和影響因素

2.1 周期化等線模式的特點

（1）周期化等線模式下，高鐵夕發(fā)朝至列車在周期內，每天在不同車站進行等線；而傳統(tǒng)等線模式下，列車每天都在同一個車站進行等線。周期化等線模式在周期內由不同的車站共同分擔等線工作量，但是要求各車站必須具備一定的到發(fā)線數(shù)量以滿足等線需求。

（2）雖然等線車站及其所在供電區(qū)段不開設綜合維修天窗，但采用周期性更換等線車站的方式，可以使所有車站和區(qū)段都能滿足綜合維修作業(yè)總時長的要求。而傳統(tǒng)的周期性天窗總綜合維修作業(yè)時長無法滿足日常維修養(yǎng)護的需要。

（3）周期化等線模式可以實現(xiàn)高鐵夕發(fā)朝至列車的日?；_行，而傳統(tǒng)等線模式無法實現(xiàn)日常化開行。

（4）周期化等線模式可以實現(xiàn)高鐵夕發(fā)朝至列車的網絡化開行，而傳統(tǒng)的等線模式無法實現(xiàn)跨線運行。

（5）周期化等線模式可以靈活協(xié)調安排列車的等線車站，有效縮短等線時間。而傳統(tǒng)等線模式下，列車的等線時間一般都大于天窗開設時長。

（6）周期化等線模式下，高鐵夕發(fā)朝至列車的合理開行距離更長。而傳統(tǒng)的等線模式受等線時間限制，合理開行距離較短。

因此，周期化等線模式可以有效降低等線車站的運營組織難度，縮短列車等線時間，提升列車開行數(shù)量，增加列車開行距離，實現(xiàn)高鐵夕發(fā)朝至列車的日?；途W絡化開行[1]。

2.2 等線影響因素

（1）列車數(shù)量是影響列車等線車站確定的重要因素。在同一車站等線的列車數(shù)量受車站到發(fā)線數(shù)量限制，需要等線的列車數(shù)量越多，對車站到發(fā)線數(shù)量的要求就越高。同時，列車數(shù)量的增加也會導致等線時間的增加。

（2）周期內，高鐵夕發(fā)朝至列車在天窗開設時間段內途經的車站，都是等線車站的候選集。若天窗開設時間段內，區(qū)間距離較大、車站數(shù)量較少，可供等線的車站數(shù)量就較少；反之，可供等線的車站數(shù)量就較多。

（3）列車等線車站相鄰天窗的開設時間段，限制了列車的等線時間。天窗的設置形式，決定了列車是否可以實現(xiàn)等線，更決定了周期化等線時間的大小。

（4）天窗周期越長，等線車站的數(shù)量要求越多，對天窗開設時間段內的車站布局要求也越高；反之，對等線車站的數(shù)量要求較少，降低了車站布局的難度。

（5）不同的等線方案，對車站到發(fā)線數(shù)量、等線車站數(shù)量的要求不一樣。對向集中等線方案所涉及的等線車站數(shù)量最少，但對等線車站的到發(fā)線數(shù)量要求最多；同向集中等線方案涉及的等線車站數(shù)量較多，但對等線車站到發(fā)線數(shù)量要求較少；同向連續(xù)等線方案，可以安排列車在到發(fā)線數(shù)量不足的相鄰車站進行分散等線，減少到發(fā)線數(shù)量帶來的影響。

此外，天窗時長、列車旅行速度、車站布置形式、合理始發(fā)終到時間范圍、供電臂分布等因素，也會對周期化等線模式有一定的影響。

3 列車等線的到達時間范圍

3.1 等線作業(yè)時間區(qū)域

根據周期化等線模式的定義和特點，等線車站存在一個時間區(qū)域，高鐵夕發(fā)朝至列車在等線車站的到達時刻落入該時間區(qū)域后，如果不停車繼續(xù)運行，列車運行線將進入前方區(qū)間的天窗，稱該時間區(qū)域為等線車站的等線作業(yè)時間區(qū)域。

圖2 等線車站的等線作業(yè)時間區(qū)域示意圖

3.2 考慮等線作業(yè)的等線列車到達時間范圍

3.3 考慮相鄰天窗開設的等線列車到達時間范圍

等線列車在等線車站的到達時刻不僅受等線車站的等線作業(yè)時間區(qū)域的影響，還受等線車站后方車站天窗設置的影響。相鄰天窗開設位置按照是否與運行線方向一致，其設置方式主要分為順向布置和逆向布置兩種情況。在這兩種情況下，列車都必須在等線車站相鄰后方天窗開始之前進入不開設天窗的區(qū)間，才能保證列車可以運行至等線車站，如圖3和圖4所示。

圖3 順向布置下等線列車在等線車站的到達時間范圍示意

圖4 逆向布置下等線列車在等線車站的到達時間范圍示意

等線車站相鄰天窗在采用順向、逆向設置時，對應的列車在等線車站的到達時間范圍的結構相同。分析不難得到列車在等線車站的到達時間范圍為：

3.4 綜合條件下的等線列車到達時間范圍

綜合以上兩個方面，等線列車在等線車站的到達時間范圍如式（9）和式（10）所示：

為了保證等線列車在等線車站的到達時間范圍有效，必須保證上述時間范圍的右端值大于左端值。由此根據式（9）可得到式（11），表示下行方向等線車站相鄰天窗的天窗開始時刻之差必須小于其對應車站的區(qū)間運行時分：

同理，根據式（10）可得到式（12），表示上行方向等線車站相鄰天窗的開始時刻之差必須小于等線車站與其前方車站的區(qū)間運行時分：

式（11）和（12）給出了等線車站所在區(qū)間長度與相鄰天窗開始時間之差的關系，它也是采用周期化等線模式必須滿足的適用條件。否則，只有增大等線車站停設天窗的空間長度，才能采用周期化等線模式。

4 周期化等線時間范圍

圖5 下行列車最早等線情況下周期化等線時間結構示意圖

圖6 下行列車最晚等線情況下周期化等線時間結構示意圖

同理，可得出上行方向等線列車的周期化等線時間范圍：

可以看出，等線列車的周期化等線時間與等線車站、安全距離時間的選取直接相關，與天窗開設、周期長度等因素存在一定的內在聯(lián)系。在等線車站范圍確定以后，可以初步對周期化等線時間長度進行測算。

5 結 論

通過對高鐵夕發(fā)朝至列車周期化等線模式下相關時間因素的研究分析，得到以下結論：

（1）周期化等線模式可以在一定程度上實現(xiàn)高鐵夕發(fā)朝至列車開行與天窗開設之間的協(xié)調。

（2）對于高鐵夕發(fā)朝至列車的運營組織，周期化等線模式具有開行數(shù)量多、等線時間短、開行距離長、可日?；_行的特點。

（3）列車數(shù)量、車站分布、到發(fā)線數(shù)量、天窗設置形式、等線方案等是影響周期化等線模式的主要因素。

（4）等線作業(yè)時間區(qū)域、等線列車到達時間范圍、周期化等線模式適用條件、周期化等線時間范圍是周期化等線模式下的重要約束條件，對等線列車的確定、等線車站的選取、天窗設置等均起到決定作用，如表1所示。

表1 周期化等線模式下的重要時間約束

（5）周期化等線模式適用條件是確定和判斷有效等線車站的依據，決定了周期化等線天窗與列車開行的關系。

（6）等線列車到達時間范圍是確定等線列車和相鄰天窗開設形式的依據，其范圍越大允許等線的列車數(shù)量就越多，在一定程度上影響著周期化等線模式的能力。

（7）周期化等線時間范圍，受天窗開設時段、周期長度和等線車站范圍的影響，它是影響高鐵夕發(fā)朝至列車旅行時間的主要因素。

[1] 于麗. 高速鐵路周期化等線天窗優(yōu)化設置研究[D]. 成都: 西南交通大學, 2019.

[2] 孫捷萍, 張弛, 張?zhí)靷? 基于安全行車的高鐵夕發(fā)朝至列車開行方案編制優(yōu)化[J]. 中國安全生產科學技術, 2014, 10(7): 5-10.

[3] 張?zhí)靷? 聶磊, 賀振歡. 基于全線矩形天窗的高鐵夕發(fā)朝至列車開行模式選擇優(yōu)化模型[J]. 鐵道學報, 2015, 37(2): 1-9.

[4] 張?zhí)靷? 聶磊, 路晉. 高鐵夕發(fā)朝至列車開行模式綜合比選[J]. 交通運輸系統(tǒng)工程與信息, 2014, 14(4): 209-216.

[5] 張?zhí)靷? 高鐵夕發(fā)朝至列車開行模式優(yōu)化理論與方法[D]. 北京: 北京交通大學, 2015.

[6] 聶磊, 胡必松, 付慧伶, 等. 客運專線夜間行車與天窗的相互影響分析[J]. 交通運輸系統(tǒng)工程與信息, 2010, 10(5): 66-72.

[7] 彭其淵, 羅建. 客運專線開行夕發(fā)朝至旅客列車的研究[J]. 西南交通大學學報, 2006, (5): 626-629, 640.

[8] 陶思宇, 黃樹明, 屈明月. 基于周期天窗的高鐵夕發(fā)朝至列車通過能力研究[J]. 鐵道運輸與經濟, 2014, 36(1): 9-13.

[9] 李凱, 楊彬, 張亞蘭. 高速鐵路分段垂直矩形天窗設置的探討[J]. 交通運輸工程與信息學報, 2014, 12(2): 90-95.

[10] 李博. 成網條件下高鐵夕發(fā)朝至列車開行方案編制關鍵問題研究[D]. 北京: 中國鐵道科學研究院, 2017.

Study on the Periodic Waiting Time of Sunset-departure and Sunrise-arrival Trains on High-speed Railway

REN Chong1, YU Li2

( 1. Communication and Urban Planning Research Institute, China Railway Eryuan Engineering Group CO. LTD, Chengdu 610031, China; 2. Chengdu Institute of Rail Technology, Chengdu 610057, China )

The periodic waiting mode can achieve the coordination between the operation of sunset- departure and sunrise arrival trains and the opening of skylight. In the operation ofsunset-departure and sunrise-arrival trains, periodic waiting mode has the advantages such as the large number of operated trains, short waiting time, long traveling distance and daily operation. This paper finds that the number of trains, the distribution of stations, the number of arrival and departure tracks, the setup form of skylights and the train waiting plan are the main factors that affect the periodic waiting mode. Through an in-depth study of the relationship among train waiting time, waited station, skylight opening and section traveling time, some important time constraints on the waiting time area, the arrival time interval of the waiting train, the condition of waiting mode, the time interval of train waiting are concluded, which plays a decisive role in the determination of waiting trains, waited stations and the setting of waited skylights. The conclusions of the study can provide a reference for the adoption and setting of periodic waiting mode for sunset-departure and sunrise-arrival trains.

sunset-departure and sunrise-arrival high speed train; periodic waiting mode; train waiting time; waited skylight; waited station

1672-4747（2020）02-0170-07

U292

A

10.3969/j.issn.1672-4747.2020.02.021

高鐵夕發(fā)朝至列車日?；途W絡化開行的運營組織技術研究（KYY2018052（18-19）

任沖（1982—），女，四川仁壽人，高級工程師，研究方向：鐵路行車組織, E-mail: 410315427@qq.com

于麗（1993—），女，碩士，成都交通高級技工學校助理工程師，E-mail：825891269@qq.com

任沖，于麗. 高鐵夕發(fā)朝至列車周期化等線時間研究[J]. 交通運輸工程與信息學報，2020，18（2）：170-176.

（責任編輯：李愈）