（交通运输规划与管理专业论文）客运专线高速客车开行方案的计算与评价.pdf

韭衷交通盘堂砸堂僮论塞虫塞擅翌 中文摘要 摘要：在进一步完善的社会主义市场经济体制下，客运专线采取以市场为导向， 以满足社会运输市场需求为原则，以追求企业效益最大化为目标的生产方式。科 学的编制旅客列车开行方案显得尤为重要，合理的客车开行方案应在方便旅客和 提高运输企业经济效益两方面取得平衡。建立一套完整的客车开行方案评价指标 体系也是当务之急。 在大量阅读国内外有关文献的基础上，结合我国铁路客运专线的特点，系统 的分析了客车开行方案的构成要素及影响因素，并以满足旅客旅行需求和提高运 输企业的效益为出发点，给出制定客运专线客车开行方案时应该遵守的原则，给 出确定列车运行区段的原则，并从经济学角度对最低席位利用率进行分析。 设计了线路上0 d 客流量的处理算法，并编制了相应的计算机程序，开发了 铁路客运专线o - d 客流量分配应用软件。以最大化直达运输和最小化列车虚糜为 目标函数，建立了求解客车开行对数的多目标数学规划模型，使用l i n d o 软件对 模型求解，结合实例说明了计算客车开行方案方法的应用。 建立了客运专线高速列车开行方案的评价指标体系，采用多层次灰色综合评 价法进行不同开行方案的评价，并结合实例阐述了方法的应用。 本论文的研究旨在为经济合理的确定客运专线客车开行方案及对其进行评价 提供完整、科学的方法。 关键词：客运专线；开行方案：计算；评价 分类号：u 2 9 3 1 韭塞銮亟太堂亟堂焦途塞曼s ! 基! a b s t r a c t a b s t r a c i w i t ht h ei n s t a u r a t i o na n dc o n s u m m a t i o no fs o c i a l i s tm a r k e te c o n o m y , p a s s e n g e r d e d i c a t e dl i n et o o kt h ep r o d u c t i o nm o d ew h i c hw a sm a r k e t - o r i e n t e d ，a d o p t e dt h e p r i n c i p l eo fs a t i s f y i n gs o c i a lt r a n s p o r t a t i o nm a r k e td e m a n da n da i m e dt op u r s u i n gt h e m a x i m a lb e n e f i to ft h ee n t e r p r i s e i ti se s p e c i a l l yi m p o r t a n tt om a k et h ep a s s e n g e rt r a i n p l a nr a t i o n a l l ya n ds c i e n t i f i c a l l y o no n eh a n d , i ts h o u l ds a t i s f yt h ed e m a n do ft h e p a s s e n g e rt r a n s p o r t a t i o nm a r k e t o nt h eo t h e rh a n dt h et e c h n i c a la n de c o n o m i c r a t i o n a l i t yo f t h ep a s s e n g e rt r a i np l a ni sm o r ei m p o r t a n t i ti st h eu r g e n ta f f a i rt os e tu pa s e to fe v a l u a t i o ni n d e xs y s t e mo fi n t e g r a t ep a s s e n g e rt r a i np l a n b a s e do nr e a d i n gal o to fr e l a t e dl i t e r a t u r e s , t h ea u t h o rs y s t e m a t i c a l l ya n a l y z e d s t a p l e sa n di n f l u e n c i n gf a c t o r so ft h ep a s s e n g e rt r a i np l a nc o m b i n i n gt h ec h a r a c t e r i s t i c o fd o m e s t i cp a s s e n g e rd e d i c a t e dl i n e , b r o u g h tu pt h eb a s i cp r i n c i p l eo fc o m p l y i n gt h e t r a i np l a nb a s e do ns a t i s f y i n gt r a v e ld e m a n da n db e n e f i to ft h ep a s s e n g e rt r a n s p o r t e n t e r p r i s e ，r a i s e dt h ep r i n c i p l eo fd e s i g n a t i n gt h et r a i nt r a v e ls e c t i o n sa n da n a l y z e dt h e m i n i m a ls e a tu t i l i z a t i o nf r o mt h ep o i n to fe c o n o m i c s t h ea u t h o rd e s i g n e dt h ea r i t h m e t i co fc a l c u l a t i n gt h e0 一df l u x , w o r k e do u tt h e p r o g r a m m e ，c r e a t e dt h ei n t e r n e ta p p l i c a t i o n so fd i s t r i b u t i n gt h e0 一df l u xo ft h e p a s s e n g e rd e d i c a t e dl i n e ，s e tu pam u l t i - o b j e c t i v ep r o g r a m m i n gm o d e lo fs o l u t i n gt h e n u m b e ro ft r a i na n du s e dl n d ot od ot h em o d e l a n dt h e nt h ea u t h o ru s e dt h e e x a m p l ee x p l a i n i n gt h em e t h o do f c a l c u l a t i n gp a s s e n g e rt r a i np l a n f i n a l l yt h ea u t h o rb u i l tt h ee v a l u a t i o ni n d e xs y s t e mo ft h ep a s s e n g e rt r a i np l a n ， e v a l u a t e dt h ed i f f e r e n tp a s s e n g e rt r a i np l a n sa c c o r d i n gt ot h et h e o r yo fm u l t i l e v e lg r e y c o m p r e h e n s i v e e v a l u a t i o na n de x p o u n d e dt h ea p p l i a n c ew i t ht h ee x a m p l e 1 1 l es t u d ya i m e dt op r o v i d ei n t e g r a t ea n ds c i e n t i f i cm e t h o df o ra s c e r t a i n i n gt h e p a s s e n g e rt r a i np l a no fd e d i c a t e dp a s s e n g e rl i n ee c o n o m i c a l l ya n dr a t i o n a l l ya n d e v a l u a t i n gt h ep a s s e n g e rt r a i np l a n k e y w o r d s ：p a s s e n g e r d e d i c a t e dl i n e ；t r a i np l a n ；c a l c u l a t i o n ；e v a l u a t i o n c l a s s n o ：u 2 9 3 1 致谢 本论文的工作是在我的导师孙全欣教授的悉心指导下完成的，导师严谨的治 学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。导师一直是我学习的榜样并 将激励我今后的工作、学习和生活。在论文的撰写过程中，导师更是给予了耐心 的指导和多方面的帮助。我衷心的感谢导师两年半来对我无微不至的关怀、培养 以及各方面的帮助。 在此，我还特别向在我研究生阶段的学习生活中关心、帮助过我，并指导我 参与科研项目的毛保华教授表示深深的感谢! 在攻读研究生期间，付玲、李质明等同学对我论文及研究工作给予了热情帮 助，我的室友们在生活中给予我关心和照顾，我在此向他们表达我的感激之情。 在十几年的求学过程中，我的家人给予了我莫大的支持和无穷的动力，他们 的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业，借此向我的家人致以我最深厚 的谢意。 1 1 研究背景 1绪论 从八十年代至今，我国社会各界对在中国修建高速客运专线的必要性和可行 性做了大量有力的论证，认为在中国修建高速客运专线是社会发展的需要，是促 进我国工业发展，科技水平提高以及改善我国交通运输落后面貌的重要手段，也 是提高铁路运输能力，彻底解决运能不足和改善铁路旅客服务水平及服务质量的 最有力措施。 1 9 9 4 年，我国第一条准高速铁路广州至深圳准高速铁路建成并投入运营，其 旅客列车速度为1 6 0 - - 2 0 0 k m h ，不仅在技术上实现了质的飞跃，更主要的是通过 科研与实验、引进和开发，为建设我国高速铁路作好了前期准备，成为我国铁路 高速化的起点。 2 0 0 3 年，我国第一条客运专线秦皇岛至沈阳客运专线己建成并投入运营，通 过秦沈线的建设和运营实践，可以探索出适合中国国情的高速客运专线的技术标 准、施工方法、运营管理及维护等一系列经验。 根据铁路跨越式发展的思路，到2 0 2 0 年，我国将建立省会城市及大中城市间 的快速客运通道，建成“四纵四横”铁路快速通道以及三个城际快速客运系统， 建设客运专线1 2 万公里以上，构成我国高速铁路的基本框架，以解决我国主干铁 路运力不足和满足社会经济发展的需要。 1 1 “四纵”客运专线 ( 1 ) 北京一上海客运专线，贯通京津至长江三角洲东部沿海经济发达地区； ( 2 ) 北京一武汉广州一深圳客运专线，连接华北和华南地区； ( 3 ) 北京一沈阳一哈尔滨( 大连) 客运专线，连接东北和关内地区； ( 4 ) 杭州一宁波一福州一深圳客运专线，连接长江、珠江三角洲和东南沿海地 区。 2 1 “四横”客运专线 ( 1 ) 徐州一郑州一兰州客运专线，连接西北和华东地区； ( 2 ) 杭州一南昌一长沙客运专线，连接华中和华北地区； ( 3 ) 青岛一石家庄一太原客运专线，连接华北和华东地区； ( 4 ) 南京一武汉一重庆一成都客运专线，连接西南和华东地区。 3 ) 三个城际客运系统 环渤海地区、长江三角洲地区、珠江三角洲地区城际客运系统，覆盖区域内 重要城镇。 经过几十年的研究和实践，日本、法国，德国等一些发达国家己形成了较为 系统的高速铁路运输组织的理论和方法，值得我们学习和借鉴。我国的客运专线 属于新生事物，在国内还没有可以直接借鉴的案例。客运专线建设将不仅提升我 国铁路的整体技术水平，而且将通过崭新的运营管理模式推动我国铁路的跨越式 发展。 我国的国情、路情与国外不同，目前由于高速铁路、客运专线的修建、引入 使我国原本就很复杂的行车、运输组织系统更为复杂。我国路网的特殊性造成了 其运输组织模式与国外有着较大的差异，因此，在运输组织、客流组织、列车开 行方案等许多方面产生了许多不可照搬国外经验、理论的新问题。我国正式开展 高速铁路研究己经近2 0 个年头，对高速铁路相关专业知识都有了不同程度的认识。 国内的许多专家、学者在高速铁路运输组织与管理方面也进行了较为系统的研究， 取得了一些重要的研究成果。然而到目前为止，与开行方案相关的，仍有一些问 题没有得到明确的结论，需要迸一步的深入研究。随着我国客运专线的相继修建、 投入运营，这些问题亟待得到较好的解决。 1 2 研究意义 随着经济的发展和人民生活水平的提高，我国旅客出行需求总量将不断地增 加，旅客出行需求趋于多元化，铁路客运专线以其安全、高速，全天候、节能等 优良特性将在运输市场中占据一定的份额，同时也将不可避免的面临更加激烈的 竞争和挑战：一方面，对中、长途运输，铁路客运专线面临着航空运输降价所带 来的挑战；另一方面，随着公路总量、高等级公路及高速公路的继续增加，公路 客运快速增长，对未来铁路客运专线旅客运输将是一种强大冲击。旅客对运输的 速达性、准时性、便捷性、舒适性、安全性等要求不断提高，因此铁路客运专线 在竞争中谋求发展的唯一出路就是从市场出发，从旅客的需求出发，以运输市场 为背景，以最大限度地满足旅客出行各方面的需求为基本要求，同时在提高运输 质量，如提高旅客列车旅行速度、增加发车密度、增加列车开行种类、合理选择 运行区阃和停站方案、改善旅客出行环境等方面下大力气，以达到更多地吸引、 诱发客流以及扩大铁路客运市场份额的目的。只有正确地组织各种旅客列车的运 行，才能经济合理地使用客运机车车辆和各种客运技术设备，充分利用铁路运输 资源，发挥铁路客运专线的运输优势，争取更多的市场份额。因此，如何制定一 个合理的旅客列车开行方案就显得尤为重要，它是铁路客运专线旅客运输面临的 2 急需解决的核心问题。研究一种合理确定客运专线旅客列车开行方案的计算方法 对发展铁路客运专线旅客运输、提高旅客运输的经营策略和服务质量、争取客运 市场份额有着极其重要的作用。具体表现在以下几方面： 1 ) 客车开行方案是连接客流和运行图必不可少的中间桥梁，设计方案的优劣 直接关系到能否满足旅客运量的要求，关系到能否吸引到足够多的客流。如果开 行方案设计不好，就不能以高服务频率，高服务质量满足旅客对速度、安全、准 时、舒适、方便等因素的追求，吸引不到足够的客流，就会造成客运专线客流不 足，没有良好的效益保障，造成国有资产的浪费。 2 ) 客车开行方案设计的好坏也直接关系到运行图编制的合理性和实施运行图 的难易程度。运行图是铁路客运公司实现列车安全、正点运行和经济有效地组织 铁路运输工作的列车运行生产计划，它把整个铁路网的运输生产活动联系成一个 统一的整体。如果客车开行方案设计的不合理，有可能使得运行图难以实现，还有 可能使得旅客列车停站时间分布不合理，给旅客出行带来不便。 旅客列车开行方案是铁路客运组织的核心，它很好地反映了铁路旅客运输 的经营策略和服务质量水平，好的旅客列车开行方案能够提高铁路旅客运输的经 营效果和效益，尤其是在市场经济条件下，旅客列车开行方案的优劣还是与其他 运输方式竞争实力的体现，铁路客运为了赢得更多的市场份额，需要根据市场需 求，不断调整和优化旅客列车开行方案，使之与市场需求相适应，设计和制定好 的旅客列车开行方案对铁路旅客运输起着至关重要的作用。 钔客车开行方案设计的好坏还关系到各种客运设备能否取得较好的经济效 益，换一句话说就是用最少的资金投资建设的客运设备能否最大限度的满足客流 需求。在考虑客运需求、线路能力限制等影响时，还应考虑设备的合理配置。在 设计能力富裕时，开行方案设计还应注重设备的合理利用，即利用有限的设备输 送最大数量的旅客。 i 3 国内外研究现状总结 由于旅客列车开行方案是开展铁路客运工作的基础，因此关于旅客列车开行 方案的研究可以说是贯穿着我国铁路事业的发展。 我国旅客列车开行方案经过多年的不断积累和调整，初步摸索出了一些经验， 大量的国内外专家和学者也对铁路旅客列车的开行方案进行了比较深入的研究并 取得了一定的成果，主要是应用系统工程、运筹学及计算机图论以及模糊数学规 划的有关理论，结合铁路实际情况进行旅客列车开行方案的确定。 查伟雄、符卓在直通旅客列车开行方案优化方法的研究中根据路网上旅 客沪d 流量，建立了以方便旅客出行即直达旅客流量最大为目标的0 - 1 规划模型。 同时由于路网规模庞大，难以直接利用一般的0 - 1 规划问题的求解方法求解，作 者将该0 1 规划模型转换为寻找二分图最大权匹配问题，利用求解二分图最大权 匹配问题较为成熟的k u h n - m u n k r e s 算法求解，得到一个优化的初始方案 2 5 1 。由于 建立模型是以方便旅客出行即直达旅客流量最大为目标函数，而未考虑客运公司 的效益或损失，因此要对求得的初始方案进行经济有利性评价，并进行调整，最 终得到较满意的结果。然而采用此模型求解过程从理论上来说，并不能保证所得 结果一定是对称的，也就是说并不一定能满足双向开行的条件约束。 李庆云、陈治亚在旅客列车开行方案研究中，研究了在客车全程对号入 座的情况下，根据广深公司以月平均客流密度为基础铺画运行图和某些时期旅客 买票难的情况，提出以日均客流密度为基础，以空座位走行距离最少为约束条件 建立随机线性规划数学模型，得到客车开行的最优方案1 3 0 l 。文中给出的优化算法 是在确定了各区段上客流密度及列车运行区段的基础上，以一定的约束条件求解 客车开行对数。该方法以空座位走行距离最小为目标函数，实际上体现的是一种 追求客票损失最小，即收益最大为目标，而未从方便旅客的角度考虑；文中给出 的方法更适用于短途的城际旅客列车，此法若应用在客运专线上还需考虑入座率 等其他因素，并补充约束条件。 徐瑞华、邹晓磊在客运专线列车开行方案的优化方法研究中，通过分析 客运专线客车开行方案的特点，提出了通过车流合并来确定和优化列车开行方案 的方法，该法在日本的新干线已经应用。文中给出车流合并的概念，分析了车流 合并对运输组织的影响，设计了合并车流的数据结构及相关算法，并结合实例进 行了验证。文中给出的算法仅适用于不同运程列车编组相同的情况，且车流合并 算法是在列流方案形成后采用的局部优化方法i 捌，算法的应用具有一定局限性， 因此有必要给出一种适用于全局的不受编组情况限制的更为灵活的算法。 周立新在铁路旅客列车开行方案决策模型中对传统运输模型进行了分析， 指出传统模型中的缺陷：第一，客运需求市场上旅客是多样化的，缺少相对应的 旅客列车品种，这类需求就存在着转移的问题，不可能完全流向其他档次旅客列 车；第二，传统模型仍属于企业内部生产管理为目标的模型；第三，旅客在不同 档次列车中的客流分布受不同列车品种间客票价格比、旅行时间比、服务的方便 与舒适程度和不同种类旅客收入水平差距等多种因素交叉影响，应当是一个概率 值，而传统模型中将其设定为常数i 期。基于此，作者在综合考虑旅行时间、旅行 费用、旅行方便与舒适程度等多种因素对市场细分的影响，以及运输能力使用与 需求转移的影响，构造了一个两点间客流的旅客列车开行方案决策模型。其应用 分两步，首先通过预测客流需求和各类客流特征确定不同旅客列车需求量的概率 4 分不，然后用非线性模型求解各类旅客列车开行对数。通过对模型中参数的定性 分析表明，不同种类列车间速度、票价，以及旅客特征值之间比值变化对铁路客 运量增减及分布有着较大的影响。该模型旨在求解两点问旅客在不同等级列车之 间分布的概率以及基于此的开行列数。文中提出的列车相对于满员率变化的运量 衰减系数涉及因素较多，其确定和取值问题尚需进一步研究讨论。 史峰、邓连波、黎新华等在客运专线相关旅客列车开行方案的研究中， 通过分析铁路客运专线的相关收益及费用，从铁路运输企业和旅客两方面的利益 出发建立了客运专线相关旅客列车开行方案的多目标优化模型，提出了优化旅客 列车开行方案的求解方法。文中所建立的多目标优化模型充分反映了铁路运输企 业的客票收入、列车公里费用和中转组织费用，以及旅客的票价、旅行时间支出 和疲劳恢复时间等双方利益，其中所提出的换乘多种类别列车的疲劳恢复时间计 算公式、不同消费层次选择不同类别列车的思想、列车开行数量的计算式、列车 的吸流原则、确定列车类别的动态规划方法等都贴切反映了铁路客运组织和客运 市场的相关规律。在模型的求解方法中，依据列车载客容量和载客容量下限构建 的列车开行数量判别式及剩余旅客数量表达式为计算列车开行数量提供了严格的 数学表达式；对未满员列车提出“乘车里程较列车全程的比例较大”的吸流原则 可以有效地提高上座率、减少换乘次数；采用动态规划确定列车在各个区段的最 佳类别的方法提高了算法的运算效率。该方法在客运专线预可行性研究中得到了 成功的应用，求解路网规模为6 0 个车站的旅客列车开行方案仅需l o o s 左右的时 间，并获得了满意的结果1 3 2 l 。然而模型中所涉及到的相关收益及费用，旅客时间 价值的确定，以及疲劳恢复时间计算公式中相关参数的确定涉及因素较多，受专 家经验等主观因素的影响较大，还需结合实践来判断。另外文中的载客容量只考 虑了定值的简单情形，没有考虑政治经济等多方面的因素。 阙丽娟在硕士论文旅客列车开行方案计算方法研究中，分析并总结了影 响旅客列车开行方案的主要因素，阐述了旅客列车开行方案必须考虑的原则，根 据路网上的伊d 流量，以方便旅客旅行为目标，建立相应的数学模型和计算机计 算模型设计了旅客列车起讫点、开行数量的计算方、法【1 。“。论文着重研究对o d 流 量的处理方法，在全部流量处理完成后，得出列车起讫点和开行数量。对不够开 行条件的0 d 流量，区分长途客流和短途客流，分别采取不同的客流处理方法，以 达到充分满足旅客需求，方便旅客出行，减少旅客换乘，同时尽量减少列车虚麋。 文中对不满足开行条件的客流采取的是延长始发终到站或缩短始发终到站的做 法，其中延长始发终到站的做法不可避免的产生列车虚糜；缩短始发终到站的做 法又对旅客的出行造成不便。而实际应用中，这些不满足开行条件的o - d 客流更 趋向于依照出行意愿按比例分配到过路车上。 5 陈彦杰在硕士论文京沪高速铁路客流分解及高速列车开行方案的研究中 分析了现有京沪高速铁路开行方案的优缺点，对影响客车开行方案的诸多因素进 行深入细致的分析，建立了京沪高速铁路客车开行方案的动态规划模型，并采用 计算机优化客车开行方案，开发了基于动态规划理论的高速列车开行方案的优化 软件【1 6 1 。利用该软件计算出的京沪客运专线高速列车开行方案中动车组需要量、 总日车公里，开行列车种类等指标值均优于现有方案。文中针对京沪高速铁路的 特点，分析了影响京沪高速铁路客车开行方案的若干指标，在此基础上建立了评 价京沪高速铁路客车开行方案的指标体系。文中给出的用动态规划求解开行方案 的优化算法采用的思路为尽量延长客车的开行距离，开行长途列车代替同方向上 接续的短途列车，类似于日本的新干线，但是利用该方法求解虽然各主要通过站 的服务频率保持不变，但使得部分沿途主要通过站( 包括部分与既有线衔接的换 乘站) 的始发终到列车数量大量减少，因而不利于旅客出行及换乘。此外，该方 法要得到良好的运行效果主要依靠多样且合理的停站方式，而文中未涉及对停站 方式的探讨，因此，在实际应用中该方法尚需进一步完善。文中建立的京沪高速 铁路客车开行方案的指标体系中只涉及到部分具有典型性的指标，各指标相互平 行缺乏层次性、系统性。因此，在实际应用中，有必要对文中给出的指标进行补 充，确定各指标的隶属和层次关系，建立一套更加系统和完善的指标体系。 国外在己建成高速铁路的条件下，客运组织已基本遵循市场经济规律的要求， 旅客列车开行方案更是注重效益，在此方面己形成比较全面、成熟的理论。为了 合理安排时刻表，首先就要对旅客出行安排的背景作深刻的理解，对此已形成以 每星期为阶段的行为计划表的计算机分析，其所需数据是从实际中调查得来。结 果显示，人们更倾向于短时间、合理的旅行。如果列车时刻表与旅客的出行安排 相近，旅客更易于接受。旅行本身是派生需求，若仅从客流的调查与预测角度考 虑，就会有失偏颇。因此就要充分考虑与之相联系的相应行为，从何时、何地、 何人及多长时间角度来分析需求，以此来缩短理论与实际的差距。所以运输政策 如价格、服务，运输管理措施更多依赖于人们如何安排他们的日常行为及旅行模 式以适应其生活的需要。因此，首先分析人们的生活因素的组成比例，再根据比 例确定出行模式，进一步安排客运方案。在am u l t i o b j e c t i v em o d e lf o r p a s s e n g e rt r a i ns e r v i c e sp l a n n i n g 中，作者采用模糊数学规划来研究高速铁 路列车开行方案，建立单条铁路上城际高速铁路列车开行方案的多目标优化模型， 目标函数包括经营者的总体营运成本最少和旅客总旅行时间最少两方面，在既定 的多对多旅行需求及特定的运营空间内，确定列车的停车方案、开行频率、编组 长度。由于路网规模小、客流密度大，其开行方案具有公交化运营模式的特点， 与我国客运专线的实际情况不相符，因此若要应用于我国客运专线还需进行改善。 6 另外一些发达国家和地区对客车开行方案的成本、收益和数学描述等方面的 研究相对深入一些，研究网络条件下多种列车组合情形，探讨了具有周期时刻表 的开行方案优化问题。 就目前国内外研究现状来看，有的数学模型考虑的因素比较理想，有的求解 结果不能保证旅客列车双向开行，有的模型中相关参数的确定较为复杂且受主观 因素影响较大，有的模型目标函数单一，其应有一定的局限性，有的模型不适用 于我国客运专线的实际情况。因此需要设计一种符合我国客运专线实际情况的， 合理、有效地确定客运专线高速列车开行方案的计算方法。同时也有必要建立一 套科学的开行方案评价指标体系。 1 4 论文的主要内容 本文研究的主要内容包括以下几方面： 1 1 客运专线客车开行方案影响因素分析 在阐述铁路旅客列车开行方案的定义及作用的基础上，结合我国客运专线的 实际情况，对客运专线客车开行方案的构成要素进行了系统的分析，对影响客运 专线客车开行方案的主要因素进行了详细论述。 2 1 制定客运专线旅客列车开行方案的原则和过程 良好的旅客列车开行方案一方面要满足旅客出行需求，另一方面要使铁路客 运公司获得一定的经济效益，本着以上两个目标，给出制定客运专线旅客列车开 行方案的原则，包括：确保安全原则、方便旅客原则、提高旅行舒适度原则、提 高旅行速度原则、经济合理性原则，并对制定客运专线旅客列车开行方案的过程 进行了论述。 3 ) 给出客运专线高速客车开行方案的计算方法 依据文中给出的制定客运专线旅客列车开行方案的原则和过程，给出确定列 车运行区段的基本原则及经济效益原则，并从经济学角度对最低席位利用率进行 分析。设计了线路上o d 客流量的处理算法，并编制了相应的计算机程序，开发 和设计了铁路客运专线o d 客流量分配应用软件。以最大化直达运输和能力虚糜 最小化为目标函数，建立了求解客车开行对数的多目标数学规划模型，使用l i n d o 软件对模型求解，结合实例说明了计算客车开行方案方法的应用。 钔客运专线高速客车开行方案的评价 建立了客运专线高速客车开行方案的评价指标体系，并对相关指标进行说明； 结合算例，给出应用多层次灰色综合评价方法评价客运专线高速客车开行方案的 过程。 7 韭塞銮垣太堂亟堂焦逾塞客运童线奎奎珏红友塞彪夔国嚣 2客运专线客车开行方案影响因素 本章根据我国旅客列车开行方案的定义以及构成要素，结合我国客运专线的 实际情况，分析阐述影响客运专线旅客列车开行方案的主要因素。 2 1 客车开行方案的定义及作用 旅客列车开行方案是指旅客列车运行区段、列车种类、开行对数的计划【1 j o 旅 客列车开行方案在铁路运输中占有非常重要的地位，是铁路旅客运输组织及运营 的基础。为了满足旅客的旅行要求，方便旅客出行，铁路客运部门必须确定旅客 列车开行数量、种类、运行区段、停靠站、合适的列车始发、终到及经由中途各 主要站的时间，并考虑不同车次旅客列车的合理接续时间。 2 2 客运专线客车开行方案构成要素 按照文献 7 的界定，旅客列车开行方案仅指旅客列车运行区段、列车种类、 开行对数的计划，不包含运行方案在内。考虑到列车运行方案图( 简称“客车方案”) 也是一种方案性质，不是详图，而且与列车开行区段、种类、数量紧密联系在一 起，所以将客车方案及由此计算的客车车底数也归入开行方案之中f 冽。这样，旅 客列车开行方案包括以上五方面的内容。 2 2 1 列车运行区间 列车运行区间包括始发站、终到站及经由线路三个要素，其中始发站是指旅 客列车由何处始发；终到站是指列车在何处终到；经由线路是列车实际运行所经 过的线路【u 。一般在始发站与终到站之间有多条径路可以选择，需要综合考虑多种 因素，进行最佳径路的选择。因高速客运专线尚未成网，故经由线路目前为唯一 方案。 2 2 2 列车种类 客运专线与普通铁路一样，旅客列车也分若干等级。当只运行一种最高运行 8 速度的高速列车时，主要是根据其中途停站的多少划分，停站越少等级越剐2 。 因此，在确定列车开行方案阶段，可按列车沿途停站比例分为直达列车、特快列 车、快速列车、普通列车等，参见表2 - 1 。此外，从运行距离上可将其分为长途列 车、中途列车、短途列车，根据列车跨越区段比例，其分类结果如表2 - 2 所示。 未来客运专线的管理模式将不同于现有体制，且随着客运公司改革的深化，直通 列车和管内列车的概念将逐步被长途列车和短途列车所取代。因此，对于客运专 线不宜按传统的“直通、管内”概念进行分类。 表2 - 1 高速列车按旅行速度的分类 t a b l e2 - 1 c l a s s i f yb u l l e tt r a i n sb yt r a v e ls p e e d 列车种类停站比例说明 表2 - 2 高速列车按运行距离的分类 t a b l e2 - 2c l a s s i f yb u l l e tt r a i n sb yr u n n i n gd i s t a n c e 列车分类跨越区段比例 长途列车 中途列车 短途列车 3 4 1 4 - 3 4 1 ； k 为某类列车吸引客流的比例，o 1 ； m 为某类列车的平均编组数； 口为列车合理的上座率，o 妒 1 ； 彳为车辆平均定员，席车 2 2 4 客车方案 主要解决旅客列车的整体布局问题，即确定各次列车的始发、终到时刻，经 过分界站及沿途大客运站的时间，各次列车在主要中转站的接续时间等。 2 2 5 客车车底需要数 车底需要数主要受以下几个因素的影响：1 ) 与车底运用的作业时间标准及途 中旅行时间有关。2 ) 与客流决定的行车量的大小成正比。3 ) 与列车铺画方案、 运行线的位置有关，运行线的适当调整，将影响车底需要数。4 ) 与车底长、短途 套用程度有关，当长、短途列车拉通运行时，可节省车底需要数。 2 3 客运专线客车开行方案影响因素 影响旅客列车开行方案的因素有很多，除受车、机、工、电、辆等铁路基本 技术设施条件制约外，还有旅客列车开行方案本身应该满足的技术条件和技术指 标，诸如：列车编组( 珊) 及定员( a ) 、客座利用率( a ) 、客流波动系数( r 波) 、 各站完成的运量与服务频率的关系、旅客输送量、旅客周转量、区段客流密度( “) 、 车站能力、客运密度、车底数量等。 2 3 1o d 客流量及客流密度 旅客列车开行方案以客流量为基础，以客流性质，特点和规律为依据，科学 合理地安排包括旅客列车开行等级、种类、起讫点、数量、经由线路、编组内容、 停站方案、列车客座能力利用、车底运用等内容，体现从客流到列车流的组织方 案1 2 】o “按流开车”是确定旅客列车开行方案首要的和基本的原则。因此，正确的 韭塞銮适盘堂亟堂焦监塞客运童线客奎珏征左塞彪嚏国塞 计算和预测客流量是制定客车开行方案的基础。 旅客列车的运行区段应根据列车始发站与终到站之间的o d 客流量确定，以 尽量采用直达运输吸引直通客流为目的。区段密度是检验开行方案的一个约束条 件，要求整个方向上旅客列车开行方案提供的客运能力与各客流区段上的客流密 度相适应。 我国客运专线都是沿主要客运走廊修建，沿线客流量充足，且沿途车站多是 经济发达的大城市和客流量较大的枢纽城市，0 d 客流量及客运密度的正确预测 尤为重要。 2 3 2 列车编组及定员 列车编组为由固定数量和类型的车辆组成的固定车底；列车定员是列车编组 中乘坐旅客的车厢的标记定员之和，即一列车的席位数【2 l 。 列车编组内容主要根据列车起讫点城市的旅客经济水平，需求层次，旅客列 车在途时间长短以及节假日客流波动等因素共同决定的。 从理论上，达到一定的服务频率，才能完成预测的运量，这是确定列车定员 的基本依据。列车编组数量较小时，列车对数则相应增多。而且编组数量与长短 途列车的性质也有关。短编组、高密度可大大提高服务频率，能较好地吸引客流； 但当线路能力紧张时，大编组能够达到充分利用能力的目的。 国外铁路在高速线上开行的短途列车一般采用短编组、大密度，通过提高车 次选择数量来吸引旅客；长途列车则采用长编组、按一定的时间间隔开行，以充 分利用区间的通过能力。 欧洲高速列车的定员一般都不超过1 0 0 0 人列，日本高速列车定员通常为 1 3 0 0 - 1 5 0 0 人列。列车规定的定员数越多，不但会降低车次选择的数量，在速度 一定的情况下要求较大的列车牵引总功率，如采用动力集中的方式，还将加大其 技术上的难度；而如果定员数量过少，又不能满足实际的运量需要，要增加列车 开行数量。因此，客运专线旅客列车的定员数量，应当根据具体情况综合考虑各 种因素确定。 2 3 3 列车席位利用率 席位利用率，即上座率、满员率。由于列车在各运行区段及车站上、下车的 旅客不等，或一昼夜各时间段开行列车的乘车人数不同，或一年内各时期乘车人 数的差异，列车上的席位不可能全程都有人乘坐。全程有人乘坐的席位与列车总 1 1 席位之比就是席位利用率1 2 1 。 对一列车而言： 口一c d ( 2 - 2 ) 对一个区段、一条线路或全路而言： a 。了c 了d ( 2 3 ) _ 式中： c 为该列车年实际运送旅客周转量( 万人公里) ； d 为该列车能提供的年席位公里，等于列车定员与列车年运行距离的乘积( 万 人公里) ； 了c 为一个区段、一条线路或全路实际年运送旅客周转量( 万人公里) ； fd 为一个区段、一条线路或全路能提供的年席位公里( 万人公里) 现有铁路的口可通过实际统计得到( 统计中应剔除超员部分) 。我国铁路旅客 列车平均席位利用率多年来保持在7 0 左右，其中快速列车、特快、直通快车的 上座率普遍较高，而慢车虚糜现象却较严重。席位利用率与列车运行线路、运行 距离、旅行速度、开行时间、定员和停站次数等因素密切相关。为保证旅客运输 质量，a 的取值应严格控制，一般取0 7 5 o 8 。t 2 高于0 8 的区段和线路、时间 段、车次、月份和天数就有可能超员【3 3 1 。由于客运专线尚处起步阶段，缺少经验 和统计数据，因此口的取值应参考国外高速铁路和国内城际铁路的运营现状，并 结合专家知识慎重确定。 2 3 4 客流波动系数 由于受季节、时阆和环境等各方面因素影响，客流量每天都在变化。高峰月 日均客流量与年日均客流量之比就是客流波动系数( r 。) 1 2 l 。 我国主要铁路干线客流波动系数高达1 4 以上。为此，客运专线必须对节假日 ( 含客流高峰日期，以下同) 的旅客运输做出安排。为了适应旅客运输市场这一规 律，在设计旅客列车开行方案时，采取“基本运行图”的方法，即以满足旅客平 日出行需要为基本，考虑高峰日的客流波动，形成基本列车开行方案和高峰列车 开行方案复合而成的旅客列车开行方案。 2 3 5 服务频率 对于一种运输方式而言，服务频率是吸引旅客的至关重要的因素，尤其是在 市场经济条件下更是如此一个“方案”的服务频率可直接反映出沿线各站旅客 j e 立銮壅表堂亟堂焦途塞查运童线在主珏往左塞彪随国蠢 乘坐旅客列车的机会( 次数) ，显示出“方案”吸引客流的程度。在客流预测中， 将不同的服务频率输入运量预测模型后，可得出不同服务频率条件下的运量变化 情况。甄静、赵映莲在论高速铁路旅客列车开行方案设计中采用世界银行推 荐的国际通用的客流预测模型进行预测，以南京上海( 约2 9 5 k r a ) 为例，得出 服务频率与运量的关系如图2 - 1 所示。 f i g 2 - 1 r e l a t i o nb e t w e e ns e n ，i o e 自r e q u e n c ya n dt r a n s p o r tq u a n t i t y 两者的关系是：服务频率高，运量增长，但服务频率达到一定的次数后，再 增加服务频率对运量的影响就不大了。 2 3 6 车站能力及车底数量 旅客列车的开行方案受车站能力的制约，当车站能力不足时( 包括到发能力、 车底整备折返能力) ，可延长或缩短列车运行区段，以避开车站能力的限制。此外， 还应考虑车站在政治、经济、文化、地理位置等多方面的因素。有时因车站地位 的不同，可超越客流需要而延长运行区段。 为了合理使用车底设备，尽可能地减少车底数量，开行方案将因车底的合理 套用而调整，如将不同区段的短途列车贯通运行，以减少车底需要数；当长途列 车车底整备时间过长时，可考虑跑短途列车。 2 4 本章小结 在阐述客车开行方案的定义及作用的基础上，结合我国客运专线的实际情况， 对客运专线客车开行方案的构成要素及影响因素进行了系统的分析。 3客运专线高速客车开行方案的制定原则和过程 本章将结合我国客运专线的实际情况，以满足旅客旅行需求和客运公司的效 益为出发点，给出制定客运专线客车开行方案时应该遵守的基本原则，探讨客运 专线高速列车开行方案的制定过程。 3 1 客运专线客车开行方案的制定原则 旅客列车开行方案总的目标是以铁路旅客运输市场为背景，在相关条件允许 的情况下，经济、合理、充分地使用客运机车车辆和各种客运技术设备，以最大 限度地满足旅客出行需求为基本要求，同时在提高运输质量方面下大力气，以达 到更多地吸引、诱发客流以及扩大铁路市场份额的目的。运输市场的竞争就是产 品质量的竞争，客运竞争归根结底就是客运服务质量的竞争。把握好市场经济条 件下旅客需求和心理的变化是铁路客运专线扩大其所占市场份额的重要因素，因 此，制定客运专线客车开行方案时应该从旅客角度出发遵守确保安全原则、方便 旅客原则、提高旅行舒适度原则、提高旅行速度原则。 科学合理、符合旅客出行要求的开行方案不但能够吸引固有客流，还能达到 诱发潜在客流的作用，列车开行的时间、频率等因素的确定，能使旅客在选择出 行方式时达到效用最大化： 即： m a xu ( x 1( 3 1 ) s j 工b ( 3 2 ) 式中： u 为旅客出行效用( 包括对运行速度、旅行时间、安全性、舒适性、便捷性、 经济性等方面的综合权衡) ； 口为选择因素集( 包括时间、票价、频率等可控因素) 。 另一方面，为了谋求客运公司的发展，制定客运专线旅客列车的开行方案还 必须遵守经济合理性原则。 3 1 1 确保安全原则 旅客旅行，最根本的需要是安全地达到目的地。旅客在选择交通工具时，都 会根据以往旅行经验以及来自各媒体中关于交通安全方面的信息，作为判断、选 1 4 择交通工具的一个基本条件。铁路在安全方面比公路、航空有优势，同时受气候 环境影响小：我国北方冬季长，下雪频繁，南方雨季连绵，这些恶劣的自然条件 都严重影响航空和公路运输，而铁路的适应能力较强，只要铁路线路没有遭到破 坏，列车都可以正常运行。从发生事故的角度来看，道路交通事故在我国安全生 产事故中占8 0 以上，以2 0 0 5 年为例，全国共发生道路交通事故4 5 0 2 5 4 起，造 成9 8 7 3 8 人死亡、4 6 9 9 1 1 人受伤，直接财产损失达1 8 8 亿元之多。而铁路的安全 性要高得多，高速铁路自问世以来，除1 9 9 8 年6 月3 日德国i c e l 列车曾发生因 车辆技术原因而造成列车冲突事故外，几十年来其他国家的高速铁路都未发生过 重大行车事故，也没有因为事故造成人员伤亡【1 4 1 。铁路的安全性较其它运输方式 高并不代表铁路可以不重视安全，国内近几年发生的几起重大事故依然让人触目 惊心。因此，在编制旅客列车开行方案和运行图时要严格遵循各种标准，始终把 确保安全原则放在第一位。 3 1 2 方便旅客原则 客运专线列车开行方案的编制是以最大程度方便旅客出行、提高旅客服务质 量和优质的列车运行秩序为目标。理想的开行方案必须能为旅客提供极为方便的 乘车条件，符合其出行规律。本着以上目标，在制定客运专线列车开行方案时应 严格遵守方便旅客原则，具体表现为以下三个方面： 1 ) 采用直达运输，减少旅客换乘 无论采取什么样的换乘方式，都将增加旅客的不便，根据国外的经验和有关 研究，一次换乘( 转入其他交通运输方式) 要损失客流3 0 以上1 1 4 1 。为此各国高 速铁路都在千方百计开行直达运输列车，减少旅客换乘，以吸引更多的客流。客 运专线上运行的都是高等级旅客列车，速度单一，区间通过能力利用较充分，行 车组织较简单，但换乘客流组织较复杂。因此在制定客运专线客车开行方案时应 尽量开行直达列车，满足主要站点之间的直达o d 流量需求，本论文在建立多目 标数学模型求解开行对数时就是以最大化直达运输作为目标条件之一。 2 ) 合理确定旅客列车的始发、终到时间 根据方便旅客出行的原则，旅客列车应该具有较合理的始发、终到时间范围。 合理计算、确定旅客列车始