高速鐵路運(yùn)輸能力瓶頸消除

齊湃權(quán)

摘 要：考慮到高速鐵路部分車站或區(qū)間有多條徑路經(jīng)過，由此造成部分區(qū)域通過能力利用率較高，從而出現(xiàn)能力瓶頸。本文利用科學(xué)的方法合理調(diào)整瓶頸區(qū)域的能力利用率，有效消除瓶頸點(diǎn)，并給出具體的消除方案，不僅能夠保證線路上列車的正常運(yùn)行，還能夠?yàn)楦咚勹F路運(yùn)輸能力的評(píng)估提供技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：高速鐵路;能力;改擴(kuò)建

1 概述

高速鐵路能力瓶頸消除是指通過一定的方法，對(duì)高速鐵路路網(wǎng)上的能力瓶頸提出針對(duì)性的消除措施，從而提高整體路網(wǎng)能力。在對(duì)高速鐵路運(yùn)輸能力瓶頸進(jìn)行消除時(shí)，可以將研究線路上的各車站和區(qū)間分別作為一個(gè)研究對(duì)象，從線路角度出發(fā)，考慮點(diǎn)、線能力的協(xié)調(diào)與匹配，綜合車站和區(qū)間的通過能力，尋找影響路網(wǎng)運(yùn)輸能力的關(guān)鍵點(diǎn)。由于路網(wǎng)瓶頸最終仍然會(huì)體現(xiàn)在線路上。因此，瓶頸的識(shí)別過程應(yīng)以線路為基礎(chǔ)。

高速鐵路能力瓶頸消除的總體思路為：首先，根據(jù)能力利用率的計(jì)算方法計(jì)算研究對(duì)象能力利用率;其次，對(duì)比各對(duì)象的平均能力利用率，利用率最大的研究對(duì)象即為該線運(yùn)輸能力的相對(duì)瓶頸點(diǎn);然后，對(duì)瓶頸點(diǎn)進(jìn)行消除判斷，因地制宜提出消除措施。

2 高速鐵路理論能力計(jì)算

對(duì)于高速鐵路車站而言，首先根據(jù)車站各條股道和道岔組所接發(fā)的各種列車的數(shù)量，以及各種列車占用設(shè)備的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算出各條股道和道岔組的利用率。計(jì)算股道接發(fā)車能力時(shí)，將占用該股道的始發(fā)列車數(shù)、通過列車數(shù)、停站列車數(shù)和立折列車數(shù)相加作為該股道的發(fā)車數(shù)，將終到列車數(shù)、通過列車數(shù)、停站列車數(shù)和立折列車數(shù)作為該股道的接車數(shù)。用該股道的接車數(shù)除以股道利用率，算出該股道的接車能力，同理算出股道發(fā)車能力。將屬于某一車場(chǎng)的所有股道的接車能力相加得到該車場(chǎng)的股道接車能力，同理得到車場(chǎng)股道發(fā)車能力。將道岔組作業(yè)中的停站列車進(jìn)站次數(shù)和通過列車進(jìn)站次數(shù)相加作為該道岔組的接車數(shù)，將停站列車出站次數(shù)和通過列車出站次數(shù)作為該道岔組的發(fā)車數(shù)。若接車數(shù)大于發(fā)車數(shù)則將該道岔組作為接車道岔組，反之，作為發(fā)車道岔組。找出一個(gè)咽喉利用率最大的接車道岔組和發(fā)車道岔組，計(jì)算出其能力，作為該咽喉的能力。然后比較一個(gè)車場(chǎng)的股道接車能力及兩端咽喉的接車能力，將最小值作為車場(chǎng)的接車能力，同理算出車場(chǎng)發(fā)車能力。將車站各車場(chǎng)的接車能力相加得到該車站的接車能力，同理得到車站的發(fā)車能力。通過所研究的運(yùn)行圖數(shù)據(jù)，將各車站實(shí)際的接車數(shù)量與發(fā)車數(shù)量分別與計(jì)算所得的能力值相除，得到接車能力利用率和發(fā)車能力利用率，將其中值較大者作為該車站的能力利用率。

對(duì)于高速鐵路區(qū)間而言，其能力計(jì)算主要是扣除系數(shù)法。由于高速鐵路的特性，可能線路上只運(yùn)行一種速度等級(jí)的高速列車，所以需先將線路分成不同的客運(yùn)區(qū)段來計(jì)算區(qū)間的通過能力。對(duì)于各個(gè)區(qū)段，采用扣除系數(shù)的方法計(jì)算其各自的區(qū)段通過能力。首先通過列車在一晝夜內(nèi)的運(yùn)行時(shí)間段、運(yùn)行間隔時(shí)間和各區(qū)段的長(zhǎng)度計(jì)算出平行運(yùn)行圖的能力。其次判斷該線路各速度等級(jí)列車的比例，通過各比例系數(shù)，調(diào)整扣除系數(shù)。如果只有高速列車一種速度等級(jí)的列車運(yùn)行時(shí)，則只考慮不同停站次數(shù)和停站方式對(duì)能力的影響，即計(jì)算時(shí)只使用高速列車停站扣除系數(shù);如果有其他速度等級(jí)的列車或跨線列車共線運(yùn)行，計(jì)算時(shí)還需使用其他速度等級(jí)列車的額外扣除系數(shù)。通過各區(qū)段的平行運(yùn)行圖能力和扣除系數(shù)計(jì)算得各區(qū)段的區(qū)段通過能力。然后將各區(qū)段的能力值分配給它所包含的區(qū)間的通過能力，即所包含區(qū)間的通過能力與其所在區(qū)段通過能力相同。通過所研究的運(yùn)行圖數(shù)據(jù)，將各區(qū)間實(shí)際的通過列車數(shù)量計(jì)算所得與所得的對(duì)應(yīng)通過能力值相除，得到該區(qū)間能力利用率。

3 高速鐵路路網(wǎng)能力瓶頸消除

消除高速鐵路能力瓶頸，加強(qiáng)高速鐵路路網(wǎng)能力的措施多種多樣，歸納起來可劃分為技術(shù)組織措施和改建措施兩大類。凡是用改進(jìn)行車組織方法，或只需用少量投資，就能使通過能力達(dá)到需要水平的加強(qiáng)措施，均屬于技術(shù)組織措施。凡是需要國(guó)家大量投資，通過改建或新建鐵路技術(shù)設(shè)備來加強(qiáng)鐵路通過能力的措施，均屬于改建措施。

3.1 技術(shù)組織措施

3.1.1 網(wǎng)絡(luò)層

（1）合理設(shè)計(jì)列車運(yùn)行徑路。高速鐵路網(wǎng)絡(luò)較為發(fā)達(dá)的地區(qū)，兩個(gè)節(jié)點(diǎn)城市之間一般存在多條徑路，所有列車均采用最短徑路，雖然從單個(gè)列車的角度看比較經(jīng)濟(jì)，但會(huì)導(dǎo)致局部能力瓶頸。因此，應(yīng)該系統(tǒng)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)上的列車開行徑路，最大限度地發(fā)揮運(yùn)輸能力。

（2）合理開行跨線列車。綜合開行服務(wù)運(yùn)達(dá)范圍更廣泛、更便利、滿足跨線列車開行條件的跨線列車，以及對(duì)區(qū)間通過能力占用較小的本線短程列車可以較好地利用路網(wǎng)能力。選擇比較合理的高鐵跨線列車和本線列車開行模式可以：滿足跨線客流便捷性的需求;盡可能組織跨線列車在合理時(shí)間域跨線，分時(shí)段占用主干線能力，減小對(duì)干線能力利用的影響，緩解能力利用瓶頸;盡量減少跨線列車運(yùn)能虛糜情況。

雖然目前主干線能力比較夠用，但是出現(xiàn)時(shí)段性區(qū)段性能力緊張，尤其是在共享區(qū)段體現(xiàn)最為明顯。在部分時(shí)段，列車平均客座率處于較低水平，能力利用效率較低。從運(yùn)輸效率角度來看，跨線列車的客座率的大小會(huì)影響輸送能力的利用，實(shí)際目前部分跨線列車在跨線區(qū)段客座率不高，運(yùn)輸效率較低;從運(yùn)輸組織角度來看，跨線列車運(yùn)行徑路跨越幾條不同的線路，將增加運(yùn)輸組織難度;從運(yùn)行圖鋪畫角度來看，跨線列車對(duì)于到發(fā)時(shí)間有一定的要求、影響運(yùn)行圖的結(jié)構(gòu)，增加了運(yùn)行圖的剛性，此外，運(yùn)行調(diào)整比較困難以及晚點(diǎn)影響傳播概率較大，其運(yùn)行線鋪畫布局將嚴(yán)重影響運(yùn)行圖結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響能力利用。

3.1.2 線路層

通常情況下，通過改善措施來提高通過能力的方法成本較高，實(shí)施難度較大。當(dāng)高速鐵路鐵路能力未達(dá)到飽和時(shí)，應(yīng)著重對(duì)現(xiàn)有運(yùn)輸潛力的挖掘，即采用改善行車組織的方法使通過能力達(dá)到需要水平。

（1）改善運(yùn)輸組織模式。減少天窗時(shí)長(zhǎng)、優(yōu)化開設(shè)模式（周期化開行）增加三角區(qū)列車開行能力（高鐵快運(yùn)）和高鐵夜行列車開行能力。減少中速列車被越行次數(shù)，能力緊張區(qū)段盡量采取單一速度等級(jí)列車，減少由于速差帶來的扣除系數(shù)，運(yùn)行單一速度等級(jí)的列車，列車之間的相互影響最小，其通過能力最大;不同速度等級(jí)列車速差過大，會(huì)大幅度降低線路通過能力或者造成越行、待避次數(shù)增多，降低旅行速度，增加運(yùn)輸組織的復(fù)雜度。提高列車平均運(yùn)行速度，提升有效時(shí)間域內(nèi)區(qū)間通過能力。優(yōu)化列車停站方案，減少列車停站數(shù)量、種類和停站時(shí)間，降低相應(yīng)的扣除系數(shù)。提升運(yùn)行圖編制的精細(xì)程度，使跨線列車的上、下線所帶來的運(yùn)行圖后續(xù)空間得到有效利用。

（2）調(diào)整低速度等級(jí)列車比例。當(dāng)高速度等級(jí)列車和低速度等級(jí)列車比例大致相同時(shí)，二者的干擾程度最大，線路通過能力最小。所以，應(yīng)當(dāng)盡量增加高速度等級(jí)列車比例，減少低速度等級(jí)列車比例，來提高線路通過能力。

（3）采用相對(duì)集中鋪畫方式的精細(xì)化運(yùn)行圖。當(dāng)列車運(yùn)行間隔時(shí)間縮短時(shí)，只有采用精細(xì)化的運(yùn)行圖，才能保證列車運(yùn)行秩序的穩(wěn)定。列車運(yùn)行圖采用集中鋪畫方式時(shí)，線路的通過能力最大。但是，集中鋪畫方式與實(shí)際運(yùn)輸需求情況的差別很大，與運(yùn)輸需求不相符。因此在編制運(yùn)行圖時(shí)，在滿足運(yùn)輸需求的前提下，盡量采用同種速度等級(jí)列車相對(duì)集中的鋪畫方式。

（4）提高運(yùn)行圖和客流的匹配度。在既有客流一定的情況下，如果客座率提升，會(huì)減少列車開行數(shù)量，達(dá)到少開車、多載客的目的，進(jìn)而減少列車對(duì)干線能力的占用而緩解目前共享區(qū)段能力利用緊張的情況。而空余出來的能力，也可以更好適應(yīng)客流的增長(zhǎng)，如果有運(yùn)輸需求，則可以繼續(xù)加開列車，提升整個(gè)路網(wǎng)的輸送能力;而如果運(yùn)輸需求較低，則可以減少列車開行，從運(yùn)行圖角度來看，釋放出來的能力，可以看作是列車開行之間的冗余時(shí)間的增加，列車運(yùn)行圖剛性減小，進(jìn)而減小列車延誤概率以及晚點(diǎn)傳播影響，提升整個(gè)路網(wǎng)能力的利用效率。

（5）減少低速度等級(jí)列車停站次數(shù)及時(shí)間。當(dāng)?shù)退俣鹊燃?jí)列車的非待避停站比例過高時(shí)，對(duì)高速鐵路線路通過能力的影響很大。在當(dāng)前采用高中速列車混跑運(yùn)輸組織模式的情況下，適當(dāng)減少低速度等級(jí)列車的停站次數(shù)和停站時(shí)間，可以提高高速鐵路線路的通過能力。

3.1.3 車站層

（1）縮短列車出發(fā)追蹤間隔時(shí)間，具體措施包括：優(yōu)化列控系統(tǒng)作業(yè)流程，將現(xiàn)行前行列車越過一離去作為后行列車出發(fā)進(jìn)路辦理的出發(fā)條件，改為以前行列車尾部越過反向進(jìn)站信號(hào)機(jī)作為觸發(fā)條件;縮短CTC、聯(lián)鎖系統(tǒng)進(jìn)路輪詢時(shí)間;提升動(dòng)車組牽引性能，提高動(dòng)車組牽引效率;縮短車站咽喉長(zhǎng)度、取消咽喉限制速度，減少咽喉占用時(shí)間。

（2）縮短列車到達(dá)追蹤間隔時(shí)間，具體措施包括：提升動(dòng)車組制動(dòng)性能，提高動(dòng)車組制動(dòng)效率，減少制動(dòng)距離;提升ATP列控軟件的制動(dòng)效率，減少動(dòng)車組制動(dòng)距離;有條件情況下，在到達(dá)進(jìn)站減速區(qū)段設(shè)置平坡或上坡;縮短車站咽喉長(zhǎng)度，取消咽喉限制速度，減少咽喉占用時(shí)間;減少CTC、聯(lián)鎖系統(tǒng)進(jìn)路輪詢時(shí)間，采用分段解鎖的進(jìn)路開放模式;有條件情況下，進(jìn)站前設(shè)置限速區(qū)段;啟用咽喉區(qū)內(nèi)的進(jìn)路信號(hào)機(jī)，將咽喉區(qū)段分段，提升咽喉占用利用率。

優(yōu)化到發(fā)線運(yùn)用方案，前行到達(dá)列車盡最安排在遠(yuǎn)離正線的股道接車（分段解鎖后繼續(xù)運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)）、后行到達(dá)列車盡量與正線鄰近（減少進(jìn)站時(shí)間）。

3.2 改建措施

3.2.1 改善信聯(lián)閉塞設(shè)備

改善信聯(lián)閉塞設(shè)備可以縮短追蹤列車間隔時(shí)間，增加在單位時(shí)間內(nèi)開行的列車數(shù)。以列車控制系統(tǒng)為例，目前我國(guó)高速鐵路采用的基于軌道傳輸信息的CTCS-2級(jí)列控系統(tǒng)，列車最高允許運(yùn)行速度為250 km/h，列車最小追蹤間隔5 min。而CTCS3級(jí)列車控制系統(tǒng)，它是基于準(zhǔn)移動(dòng)閉塞方式和無線通信的列車控制系統(tǒng)，列車最高允許速度為350 km/h，最小追蹤間隔可以達(dá)到3 min。CTCS4級(jí)列車控制系統(tǒng)是一種基于移動(dòng)閉塞方式和無線通信的列車控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以進(jìn)一步縮短列車的追蹤間隔時(shí)間，提高列車在區(qū)間追蹤運(yùn)行的密度，從而大大提高鐵路運(yùn)輸效率，提高通過能力。

3.2.2 改善移動(dòng)設(shè)備

改善移動(dòng)設(shè)備主要是提高列車的最高運(yùn)行速度、加速性能和制動(dòng)性能。列車運(yùn)行速度越快，則占用線路區(qū)間的時(shí)間越短，線路利用率越高，能夠增加單位時(shí)間開行的列車數(shù)量。提高列車的加速性能和制動(dòng)性能可以縮短列車的起停車附加時(shí)分，從而縮短列車的區(qū)間運(yùn)行時(shí)分，達(dá)到提高高速鐵路通過能力的目的。

3.2.3 增加聯(lián)絡(luò)通道

樞紐內(nèi)多個(gè)客站之間、同一個(gè)車站不同車場(chǎng)之間增加必要的聯(lián)絡(luò)通道，可以提高線路的靈活運(yùn)用，從而使一個(gè)站（車場(chǎng)）能力利用率較高時(shí)可以較好地分流到另一個(gè)站（車場(chǎng)）上。

4 結(jié)語

高速鐵路的先進(jìn)性不僅依賴于基礎(chǔ)設(shè)施和技術(shù)裝備，還需要先進(jìn)的運(yùn)輸組織技術(shù)。高速鐵路運(yùn)輸能力是保證高速鐵路高效運(yùn)轉(zhuǎn)的重要概念之一，反映了高速鐵路系統(tǒng)對(duì)各種運(yùn)輸資源的協(xié)同優(yōu)化配置程度，對(duì)運(yùn)輸服務(wù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、運(yùn)輸計(jì)劃制定和運(yùn)行控制與調(diào)度指揮等具有至關(guān)重要的意義。

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