深圳站引入高鐵的通過能力分析

季 禹，姚加林，孟學(xué)雷

(1.大連海事大學(xué)綜合交通運(yùn)輸協(xié)同創(chuàng)新中心 遼寧 大連 116026；2.中南大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院 湖南 長沙 410075；3.蘭州交通大學(xué)交通運(yùn)輸學(xué)院 甘肅 蘭州 730070)

0 引言

隨著珠三角地區(qū)的快速發(fā)展，深圳市人員流動量大幅增長。數(shù)據(jù)顯示，2013年到2019年，深圳鐵路的年客流增加了5654萬人。然而隨著絕大多數(shù)乘客選擇高鐵出行，僅運(yùn)營普速鐵路的深圳站卻呈現(xiàn)出客流量持續(xù)下降的勢態(tài)。深圳站所在的羅湖區(qū)，是深圳改革開放的起點和中心區(qū)，但由于距高鐵車站(深圳北站)較遠(yuǎn)，市民長途出行不便，使其在深圳市的作用和地位不斷下降。將高鐵線路引入深圳站，不僅對羅湖區(qū)的未來規(guī)劃有著重要意義，對沿線地區(qū)的聯(lián)系和發(fā)展也有極大的影響。(1)鐵路客運(yùn)方面。深圳鐵路客流將于2020年突破1億，而將京廣、南廣客專等高鐵線引入深圳站，不僅可以有效吸引客流，提高深圳站客流，穩(wěn)定廣深線運(yùn)營收入，還可以分擔(dān)、緩解深圳北站過高的客運(yùn)壓力。(2)區(qū)域發(fā)展方面。高鐵的接入可以加快粵港澳大灣區(qū)人口和物資的流動，對提升區(qū)位優(yōu)勢和區(qū)位價值具有極高的意義；同時，深圳的快速發(fā)展也必然對運(yùn)輸?shù)母咚倩岢鲆蟆?3)乘客出行方面。深圳站位于中心城區(qū)，交通基礎(chǔ)設(shè)施接續(xù)完善，若高鐵接入深圳站，將極大地縮短人們前往高鐵站的時間，增加乘車便利性。同時，香港居民到內(nèi)地的出行成本也可由68元(西九龍-福田站)降低至25.6元(紅磡站-羅湖站)，減少約62.4%。

2019年6月，廣州鐵路局提出([2019]廣深字368號)：在廣州至深圳區(qū)間原有高鐵列車和線路的基礎(chǔ)上，通過對廣深線進(jìn)行改造升級，讓深圳站從廣州地區(qū)接入高鐵。因此，本文討論了深圳站、廣州站、廣州東站以及廣深Ⅰ、Ⅱ線目前的通過能力利用情況，為深圳站接入高鐵的可行性提供技術(shù)依據(jù)[1]。

1 傳統(tǒng)通過能力算法的改進(jìn)

傳統(tǒng)通過能力算法包括利用率計算法和直接計算法。這兩種方法具有較高的理論可行性，但是由于相關(guān)參數(shù)的選取常來源于現(xiàn)場寫實，有時會因為人工失誤或特殊情況，出現(xiàn)寫實數(shù)據(jù)偏差過大的情況[2]。為了解決這個問題，本文根據(jù)基于灰色理論的數(shù)據(jù)弱化概念，對不合理的原始數(shù)據(jù)序列進(jìn)行緩沖處理，以提高通過能力計算的準(zhǔn)確性[3]。具體步驟如下。

(1)

式中:n為原始數(shù)據(jù)序列的數(shù)據(jù)項數(shù)。

(2)

式中：m為原始數(shù)據(jù)中的不合理記錄數(shù)。

(3)對振蕩序列T進(jìn)行一階緩沖弱化

(3)

得到序列

(4)

式中：t(i)d為對振蕩序列T中第i項數(shù)據(jù)進(jìn)行一階緩沖弱化后的結(jié)果，i=1，2，3，…,m；TD為對振蕩序列T進(jìn)行一階緩沖弱化后得到的時間數(shù)據(jù)序列；D為緩沖弱化算子。

(4)如果認(rèn)為一階弱化序列TD不理想，可繼續(xù)進(jìn)行多次弱化，直至序列達(dá)到要求。

2 深圳站咽喉區(qū)接發(fā)列車作業(yè)時間的確定

接車占用咽喉道岔時間為準(zhǔn)備接車進(jìn)路時起，至列車進(jìn)入到發(fā)線警告標(biāo)內(nèi)停穩(wěn)的時間，其計算方法為[4]

(5)

(6)

(7)

T實際={8,7,9,8,10,7,8,11,9,12,6.8}

3)利用式(3)對該隨機(jī)振蕩序列進(jìn)行一階緩沖弱化，效果如圖1。

T實際D={8.98,9.00,9.06,9.06,9.13,9.05,9.33,9.57,9.19，9.27,6.8}

圖1 序列弱化效果對比圖

所得到的一階緩沖序列T實際D的標(biāo)準(zhǔn)差為0.133<1，滿足弱化要求[6]。將弱化后的T實際D數(shù)據(jù)四舍五入同時代替對應(yīng)的原有數(shù)據(jù)，得到弱化后的新序列

由式(5)至(7)，計算可得深圳站咽喉區(qū)接車作業(yè)時間

其他接發(fā)車作業(yè)時間的合理化取值計算同上，結(jié)果見表1。

表1 深圳站北咽喉各方向接發(fā)列車作業(yè)時間

3 深圳站通過能力分析

深圳車站為廣深線終端站，共8條到發(fā)線，分別為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、6、8、10、12道，其中靠站臺到發(fā)線6條，為Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、8、10、12道。

按使用方案Ⅰ道、6道主要辦理單機(jī)到發(fā)和廣九直通車通過作業(yè)；10、12道僅辦理廣深動車組列車接發(fā)作業(yè)；Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、8道主要承擔(dān)接發(fā)普速列車及部分廣深線動車組列車的任務(wù)，因此計算時股道數(shù)取4。

3.1 到發(fā)線占用時間

列車到發(fā)線占用時間為自列車或車底接入該到發(fā)線開放信號、鎖閉進(jìn)路起，至出清該到發(fā)線所占用的時間，計算公式為

t占=t到+t列技+t發(fā)

(8)

深圳站北咽喉各方向接發(fā)列車作業(yè)時間見表1。深圳站各種旅客列車技術(shù)作業(yè)時間標(biāo)準(zhǔn)為：動車組取12 min，始發(fā)普速列車取35 min，終到普速列車取51 min，立折普速列車取51 min，則根據(jù)公式(8)計算可得t占動、t占始、t占終及t占折分別為17.6 min、45.4 min、61.4 min和61.4 min。

旅客列車平均占線時間為

t占均=α始t占始+α終t占終+α折t占折

(9)

式中：α為各種旅客列車所占的比例。

始發(fā)普速列車開行22列，終到普速旅客列車開行15列，立折普速旅客列車開行4列。因此α始取0.54，α終取0.36，α折取0.1，則根據(jù)公式(9)計算可得t占均為52.76 min。

3.2 到發(fā)線通過能力

深圳站由于10、12道接發(fā)動車組能力不足的原因，根據(jù)現(xiàn)場寫實情況，日均約有25%的動車組列車接入Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、8道，按圖定動車組列車94列計算，即有約24列動車組列車接入這4條股道。據(jù)此，車站24 h內(nèi)停止接發(fā)普速旅客列車時間為

(10)

式中：t停為停止接發(fā)列車時間，取270 min；t占動為動車組的到發(fā)線占用時間，取17.6 min；M客為接發(fā)旅客列車的到發(fā)線數(shù)，取4條。

全站的旅客列車到發(fā)線通過能力為

(11)

其中空費系數(shù)γ空取0.25，則根據(jù)公式(11)計算可得N客為60.5列。

由于深圳站為廣深線終端站，且車底從筍崗站按列車接入深圳站，所有列車均成對接發(fā)，因此普速旅客列車接車能力等于發(fā)車能力，即

N普客接=N普客發(fā)=60.5列

全部列車的接/發(fā)車能力

N客接=N客發(fā)=60.5+94+13=167.5列

式中“94”為94列動車組，“13”為13列城際列車。

3.3 咽喉區(qū)通過能力

根據(jù)深圳站2019年春運(yùn)1月30日運(yùn)行圖，車站共接發(fā)列車148列(不含單機(jī))，其中動車組94列，廣九直通車13列。此107列列車作業(yè)時間和4.5 h停止接發(fā)列車時間為通過能力計算過程中的固定作業(yè)時，咽喉區(qū)空費系數(shù)γ空取0.2[7]。

根據(jù)《廣深鐵路深圳站接入高鐵可行性研究》，深圳站北咽喉區(qū)最終接車能力為

=129.8+94+13

=236.8 列

發(fā)車能力為

=109.4+94+13

=216.4 列

3.4 車站通過能力

根據(jù)3.2與3.3節(jié)的計算，將深圳站的咽喉區(qū)、到發(fā)線接發(fā)車能力進(jìn)行匯總于表2，表中普客能力包含了13對廣九直通車。

表2 深圳站通過能力

根據(jù)深圳站的通過能力來看，最終能力與到發(fā)線有關(guān)，接/發(fā)車能力為167.5列(包括圖定動車組94列、廣九直通車13列，普速旅客列車60.5列)。目前，車站共接發(fā)列車148列(不含單機(jī))，利用率為88.4%，因此還有一定的富余，可以接入一定數(shù)量的高鐵列車。同時，后期還可通過改擴(kuò)建車場及線路和優(yōu)化組織作業(yè)兩個方面來增強(qiáng)深圳站的能力，以滿足更多的車流需要。

4 廣州站、廣州東站通過能力分析

4.1 廣州站

車站總面積達(dá)120000 m2，站臺規(guī)模為4臺7線，車站日發(fā)送旅客3萬人次，是京廣、廣深等線的始發(fā)終到與中轉(zhuǎn)站。經(jīng)查定，車站的通過能力見表3。

根據(jù)廣州站的查能結(jié)果來看[8]，貫通式到發(fā)線組旅客列車最終通過能力為248列，目前通過能力飽和，股道運(yùn)用緊張，盡端式到發(fā)線組(23、24道)最終通過能力為44列，用于接發(fā)南廣、貴廣動車組及廣佛肇城際列車，目前已開行33列，利用率為75%，股道能力較為富余。

表3 廣州站通過能力(單位：列)

4.2 廣州東站

廣州東站作為特等站，車站總面積達(dá)410000 m2，站臺規(guī)模為7臺14線，候車廳可容納旅客2萬名，是廣深線動車組、廣九直通車、京廣、廣深等線的始發(fā)終到站及中轉(zhuǎn)站。經(jīng)查定，車站的通過能力見表4。

從廣州東站的查能結(jié)果來看，南端主要受到發(fā)線與咽喉區(qū)道岔制約，北端主要受到發(fā)線通過能力制約，廣州東站接發(fā)動車組到發(fā)線通過能力及接發(fā)普速客車到發(fā)線通過能力飽和，股道運(yùn)用緊張，而廣九直通車到發(fā)線能力相對富裕，可以接發(fā)高鐵列車。

表4 廣州東站通過能力(列)

4.3 結(jié)果分析

通過計算可以看出，廣州站和廣州東站的通過能力都較為緊張，但是可以通過以下幾點建議來釋放、提高車站的高鐵通過能力[9]，以滿足深圳站從廣深線接入高鐵對于廣州站和廣州東站的能力需要。

1)逐步停開部分普速長途列車。

2)廣州站與廣州東站部分動車組重聯(lián)。

3)合理調(diào)整旅客列車到發(fā)時刻，均衡廣州站、廣州東站列車到發(fā)時間及各到發(fā)線的使用，減少咽喉與到發(fā)線的空閑時間。

5 廣深Ⅰ、Ⅱ線通過能力分析

廣深Ⅰ、Ⅱ線為四顯示自動閉塞區(qū)段，同方向發(fā)車間隔5 min，平行運(yùn)行圖通過能力為[10]

(12)

式中：t停為停止接發(fā)列車時間，取360 min；τ連為同方向發(fā)車間隔時間，取5 min。

則利用式(12)計算可得N平為216列。

根據(jù)廣東到深圳區(qū)間的列車時刻表，獲取各區(qū)間列車的數(shù)量和實際通過情景，從而確定Ni的取值，再通過下式計算τ客占，并匯總至表5。

(13)

式中：Ni為情景i的列車數(shù)；N為所有情景列車數(shù)之和。

表5 列車通過各站區(qū)間占用時間

從表5中可以看出樟木頭-平湖和平湖-深圳區(qū)段客車占用時間最長，為6.14 min，屬于限制區(qū)段?？紤]到區(qū)間行車安全以及便于區(qū)段列車進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)調(diào)整工作，取整設(shè)為7 min，因此廣深Ⅰ、Ⅱ線的旅客列車扣除系數(shù)ε客通過下式計算可得為1.4。

(14)

其中，N平=216列，且根據(jù)廣州-深圳的列車運(yùn)行時刻表，區(qū)間實際運(yùn)行列車數(shù)n客111，則廣深Ⅰ、Ⅱ線平行運(yùn)行圖的通過能力利用率ρ通過下式計算可得為71.9%。

(15)

故廣深Ⅰ、Ⅱ線通過能力還有較大富余，此外通過運(yùn)輸組織優(yōu)化及設(shè)備改造，區(qū)間能力還有進(jìn)一步提升空間[11]，所以廣州-深圳具備接入高鐵的條件。

6 結(jié)束語

隨著高鐵技術(shù)的不斷進(jìn)步及高鐵客流比重的增加，深圳鐵路樞紐客運(yùn)量分布不均衡的問題日益突出，本文在分析深圳站引入高鐵必要性基礎(chǔ)上，對車站能力計算中的參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，計算了深圳站、廣州站、廣州東站及廣深Ⅰ、Ⅱ線的通過能力，并結(jié)合能力運(yùn)用現(xiàn)狀，分析了深圳站接入高鐵能力的可行性。

(1)根據(jù)深圳站的通過能力來看，目前車站共接發(fā)列車148列(不含單機(jī))，利用率為88.4%，因此還有一定的富余，可以接入一定數(shù)量的高鐵列車。同時，后期還可通過改擴(kuò)建車場及線路和優(yōu)化組織作業(yè)兩個方面來增強(qiáng)深圳站的能力，以滿足更多的車流需要[12]。

(2)廣州站和廣州東站的通過能力都較為緊張，但是可以通過逐步停開部分普速長途列車、廣州站與廣州東站部分動車組重聯(lián)、合理調(diào)整旅客列車到發(fā)時刻等措施，來釋放、提高車站的高鐵通過能力，可以滿足深圳站從廣深線接入高鐵對于廣州站和廣州東站的能力需要。

(3)廣深Ⅰ、Ⅱ線通過能力還有較大富余，此外通過運(yùn)輸組織優(yōu)化及設(shè)備改造，區(qū)間能力還有進(jìn)一步提升空間，因此廣州-深圳具備接入高鐵的條件。