（交通运输规划与管理专业论文）客运专线通过能力研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 随着经济的发展和人民生活水平的提高，在一些经济活动频繁的区域， 客流量增长迅猛，特别在大中城市间的客运能力严重不足，这从我国特有 的“春运”现象可见一斑。为了缓解快速增长的运输需求与铁路运能严重 不足的矛盾，提高运输效率和运输供给质量，我国将大规模建设客运专线。 建设客运专线是我国铁路发展的重大战略，也是我国铁路发展的方向。 由于客运专线的运输组织模式、速度目标值、线路条件、各种设备及 其检修等与常规铁路有很大不同，旅客对列车运行工作质量的要求也更高， 因此完全以既有线通过能力计算方法来研究客运专线通过能力是不适合 的。所以在部分客运专线已开工建设阶段，对客运专线通过能力进行分析 研究既是客运专线建设发展的需要，也是铁路运输组织理论不断发展的需 要，具有十分重要的现实意义和理论研究价值。 本文针对客运专线通过能力这一论题，理论研究、应用研究、实证分 析并举。结合目前国内外研究成果，对客运专线通过能力影响因素、高中 速列车共线运行模式下列车开行方案、列车扣除系数影响因素以及我国客 运专线目前采用的三种运输组织模式下的通过能力计算问题等多个方面进 行了研究，并取得了相应的研究结论。通过越行组模型对客运专线列车扣 除系数进行了深入分析，确定了不同速度列车组合情况下的扣除系数，并 对郑西客运专线的通过能力进行了计算。 本论文的研究工作和结论对于客运专线通过能力计算以及运输组织都 有一定的指导和借鉴意义。 关键词：客运专线；通过能力；扣除系数；越行组 西南交通大学硕士研究生学位论文第l | 页 a bs t r a c t w i t he c o n o m i cd e v e l o p m e n ta n dp e o p l e s l i v i n gs t a n d a r d si m p r o v e ，i n s o m ee c o n o m i ca c t i v i t i e so fr e g i o n a lf r e q u e n t ，r a p i dt r a f f i cg r o w t h ，e s p e c i a l l y i nl a r g ea n dm e d i u m s i z e dc i t i e s ，p a s s e n g e rc a p a c i t yo fl e s st h a ns e r i o u s ，f r o m o u r u n i q u e ”s p r i n g ”p h e n o m e n o n i se v i d e n t i no r d e rt oa l l e v i a t et h e f a s t 。g r o w i n g d e m a n df o r t r a n s p o r t a n dr a i l w a yt r a n s p o r t c a p a c i t y s e r i o u s s h o r t a g eo fc o n t r a d i c t i o n s ，a n di m p r o v et r a n s p o r te f f i c i e n c ya n dq u a l i t yo f t r a n s p o r ts u p p l y , c h i n aw i l lb u i l dl a r g e s c a l ep a s s e n g e rl i n e c o n s t r u c t i o no f c h i n a sr a i l w a yp a s s e n g e rl i n ei sam a jo rs t r a t e g i cd e v e l o p m e n t ，b u ta l s ot h e d i r e c t i o no fc h i n a sr a i l w a yd e v e l o p m e n t s c h e d u l e dp a s s e n g e rt r a n s p o r tb e c a u s eo ft h eo r g a n i z a t i o n a lm o d e l ，t h e r a t e t a r g e tv a l u e ，l i n ec o n d i t i o n s ，s u c h a sv a r i o u s e q u i p m e n t a n di t s m a i n t e n a n c ea n di s q u i t e d if f e r e n tf r o mc o n v e n t i o n a lr a i l ，p a s s e n g e rt r a i n s r u n n i n go nt h eq u a l i t yo ft h ew o r kr e q u i r e m e n t sa r ea l s oh i g h e r , s oc o m p l e t e l y t ot h ee x i s t i n gl i n et h r o u g hc a p a c i t yc a l c u l a t i o nm e t h o dt or e s e a r c hp a s s e n g e r l i n et h r o u g hc a p a c i t yi sn o ta p p r o p r i a t e s oi ns o m ep a s s e n g e rl i n eh a ss t a r t e d c o n s t r u c t i o np h a s e ，t h e p a s s e n g e r l i n e t h r o u g h t h e c a p a b i l i t y t oc o n d u c t a n a l y s i so fb o t hp a s s e n g e rl i n ec o n s t r u c t i o na n dd e v e l o p m e n ta n dt h en e e d sf o r r a i l w a yt r a n s p o r to r g a n i z a t i o no ft h en e e df o rc o n t i n u o u sd e v e l o p m e n t ，i so f g r e a tr e a l i s t i cs i g n i f i c a n c ea n dt h e o r e t i c a lr e s e a r c hv a l u e t h i sp a p e rc a p a c i t yp a s s e n g e rl i n et h r o u g ht h i ss u b j e c t ，t h e o r e t i c a lr e s e a r c h ， a p p l i e dr e s e a r c h ，b o t he m p i r i c a la n a l y s i s w i t ht h ec u r r e n td o m e s t i ca n d f o r e i g n r e s e a r c h r e s u l t s ，t h ep a s s e n g e rl i n et h r o u g h c a p a c i t yf a c t o r s ， h i g h s p e e dt r a i nl i n e sw e r er u n n i n gm o d et r a i np l a n ，t h et r a i nd e d u c t i o nf a c t o r i n f l u e n c i n gf a c t o r sa n dc h i n a sp a s s e n g e rl i n eo ft h et h r e ec u r r e n tm o d eo f t r a n s p o r to r g a n i z a t i o n st h r o u g hc a p a c i t yc a l c u l a t i o n ，a n do t h e ra s p e c t so ft h e s t u d ya n do b t a i nt h ec o r r e s p o n d i n gc o n c l u s i o no ft h es t u d y t h et r i pt h r o u g h t h eg r o u po fm o d e lt r a i np a s s e n g e rl i n ed e d u c t i o nc o e f f i c i e n th a sc o n d u c t e d i n d e p t ha n a l y s i s ，ad i f f e r e n tc o m b i n a t i o no fs p e e dt r a i nu n d e rt h ed e d u c t i o n f a c t o r , a n dc a r r yo u tt h ec a l c u l a t i o no nc a r r y i n g c a p a c i t y o f z h e n gx i p a s s e n g e rs p e c i a ll i n e t h er e s e a r c ha n dc o n c l u s i o n si nt h i s p a d e rh a v ec e r t a i ng u i d a n c ea n d 西南交通大学硕士研究生学位论文第| ii 页 r e f e r e n c em e a n i n gt ow o r ko u tt r a i nt h ec a r r y i n gc a p a c i t ya n dt r a n s p o r t a t i o n o r g a n i z a t i o n k e yw o r d s ：p a s s e n g e rs p e c i a ll i n e ；c a r r y i n gc a p a c i t y ；d e d u c t i o nc o e f f i c i e n t ； o v e r t a k i n gg r o u p 西南交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查 阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入 有关数据库进行检索，可以采用影印、缩微或扫描等复制手段保存和汇编本 学位论文。 本学位论文属于： 1 保密口，在年解密后使用本授权书； 2 不保密嘭使用本授权书。 ( 请在以上方框内打“4 ”) 学位论文作者签名：艮 t 叫舢p 玖 日期：) 为萝、6 、巧 。 指导教师签名：( 锣权 日期：) 胡6 、2 厂 西南交通大学学位论文创新性声明 本人郑重申明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下独立进行研究 所得的成果，除文中已经注明引用的内容外，本文不包括任何其他个人或集 体己经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均 已在文中作了明确的说明。本人完全意识到本申明的法律结果由本人承担。 本论文的创新性包括以下内容： 本文引用越行组模型对客运专线通过能力进行了分析，推导出越行组模 型下中速列车扣除系数、高速列车通过能力、中速列车通过能力的计算公式。 并以郑西客运专线为例，利用越行组模型对其通过能力进行了计算分析。 学位敝作者签名：卅锨 日期：脚年6 月坯日 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第1 章绪论 1 1 研究背景 随着经济的迅速发展、社会的不断进步以及人民生活水平的提高，人 们对旅行的质量有了更高的要求，作为交通运输体系的骨干，承担国民经 济主要运输任务的铁路如今面临着严峻的市场挑战。我国铁路原有的客货 共线的运输模式造成了铁路运输能力与运输需求的不均衡、运输质量的提 高受到制约、客运和货运在线路使用上相冲突、客运高速和货运重载相冲 突等诸多问题。因此，在繁忙干线建设客运专线，是我国铁路适应国民经 济和社会发展需要的必然选择。在连接经济发达地区或大城市的客货运输 繁忙通道上，建设客运专线，实行客货分线运输，将大大提高铁路的运输 能力和服务质量，满足高增长的运输需求，推动铁路向更高水平发展，并 且使城市间的沟通与交流更便捷，促进城市的发展。 近半个世纪以来高速铁路有了飞速发展，而客运专线则是向专业化发 展的产物。由于客运专线具有速度快、运量大、效能高、社会经济效益显 著、更安全可靠以及污染少等优点，使得建设客运专线，实行客货分线运 输，成为当今世界铁路发展的主要方向之一。到目前为止，世界上正在修 建和规划修建高速铁路的国家和地区达2 0 多个。高速地面交通系统已成为 许多国家发展交通运输的重点选择，2 1 世纪将是高速铁路大发展的世纪。 我国自2 0 世纪8 0 年代以来，在高速铁路建设和运营管理方面作了大量的 研究和实践，广深准高速铁路、秦沈客运专线和六次大提速，从根本上改 变了我国铁路运输速度慢、技术落后、管理水平低的面貌。但是，我们也 应看到，面对国民经济持续快速增长和人民生活水平的不断提高，我国铁 路运输仍远远不能满足日益增长的市场需求。 目前，京津城际客运专线、武广客运专线、西郑客运专线等已进入施 工建设阶段，客运专线的技术消化吸收和技术攻关工作已全面展开，适合 我国同情的客运专线运输组织理论和方法的研究正在不断深入。 高速客运专线的修建是为了解决铁路既有线路通过能力紧张问题，形 成有较高运输能力的铁路客运通道，提高铁路客货列车旅行速度，增强铁 路参与市场竞争的能力。客运专线的全高速运输组织模式是我国客运专线 运输组织的发展方向。然而我国的国情决定了高速客运专线在初近期应采 用多种速度旅客列车共线运行的运行组织模式，多种速度旅客列车共线运 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 行势必对客运专线的通过能力造成较大影响。为了合理安全地组织好多种 速度列车运行，有必要对高速客运专线的通过能力影响因素进行分析研究， 了解低速列车在客运专线上运行对通过能力的影响程度，从而根据实际情 况制订高速铁路的运输组织模式及列车开行方案，最大限度地发挥高速铁 路的运输能力。铁路区间通过能力计算方法的研究，对于铁路运输事业的 发展有着重要作用。计算方法的偏差，可能引起通过能力计算结果的偏大 或偏小，这将影响国民经济对铁路运输的需求，或者影响铁路建设资金的 投入时机。因此，要求客运专线通过能力计算方法能科学地反映客观实际， 计算结果应具有相当的准确度，并在此基础上，力求直观、简便和实用。 1 2 客运专线发展概况 1 2 1 国外高速铁路( 客运专线) 发展现状 1 9 6 4 年，日本第一条高速铁路东海道新干线的建成标志着世界铁路开 始进入高速化时代。高速铁路以其快速、便捷、安全和舒适等特点而受到 世界各国的青睐。据统计，截止到2 0 0 4 年1 月末，世界高速干线的总长合 计5 8 9 1 k m ，其中日本为2 0 5 0 k m ，法国为1 5 4 2 k m ，德国为9 0 5 k m ，意大 利为2 3 6 k m ，西班牙为9 5 2 k m ，比利时为1 3 2 k m ，美国为7 4 k m 。在各国高 速铁路中，比较有代表性的是日本的新干线，法国的t g v ，德国的i c e 和 英国的a p t ，这些国家高速铁路因各自国情的不同有着不同的特点。 1 日本新干线 全部修建新线，旅客列车专用；日本的高速铁路是准轨铁路，而既有 铁路是窄轨铁路，两者不能联网。所以普通列车不可能上高速铁路，新干 线上只开行高速列车。 日本是世界上最早建成高速铁路的国家。2 0 世纪5 0 年代初，日本国 铁在高速公路和航空运输的竞争下，铁路客运萎靡，连年亏损。东海道新 干线投入运营后，使东京大阪之间的运行时间由7 h 左右缩短至3 h 1 0 m i n ， 再加上票价比飞机便宜，从而吸引了大量客流，使客运由亏损变成盈余。 随着技术的进步和新型号高速列车的不断投入使用，东海道新干线列车最 高运行速度记录不断被刷新。东海道新干线建成以后，日本又陆续建设了 山阳、东北、上越、北陆等新干线。另外，日本还规划在将来要建设富山一 青森、大阪一下关等1 2 条高速铁路，预计总长度约为3 5 0 0 k m 。到目前为止， 日本仍是世界上高速铁路发展最快和总延长里程最多的罔家。 2 法同的t g v 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 部分修建新线，部分旧线改造，旅客列车专用；法国的高速铁路也是 客运专线，但是并不意味着货物列车绝对不可能上高速线。s e m a m 2 0 0 特 快行包列车利用夜间高速列车停驶的时间段可以在高速铁路上行使，最高 速度达到1 6 0 k m h ，今后将提高到2 0 0 k r n h 。 法国从2 0 世纪7 0 年代开始修建高速铁路。1 9 9 7 年，从巴黎开出快速 列车“欧洲之星”，穿行于法国、比利时、荷兰和德国之间，铁路快速运输 开始向国际化发展。2 0 0 1 年6 月1 0 日，t g v 的地中海线又开通运营，完 成了纵贯法国的高速铁路干线。自2 0 0 3 年6 月起，t g v 地中海线的一部 分区间( 约4 0 k m ) 开始了最高速度为3 2 0 k m h 的运行。法国的t g v 系统 在海外高速铁路扩展计划中，已成为日本新干线的强大竞争对手。西班牙 的a v e ，比利时的高速新线，英国的c t r l ，以及2 0 0 4 年4 月开通的韩国 高速铁路等都采用了t g v 系统，它在世界上产生了深远的影响。 3 德国i c e 全部修建新线，旅客列车及货物列车混用；德国在“技术上有重大突 破、财政上得到了有力支持、法国的成功运行”等因素的刺激下，于1 9 8 2 年5 月修建高速铁路，在高速铁路技术方面取得了很大的进步。这些高速 新线与日本的新干线及法国的t g v 不同，都不是高速旅客列车专用线路， 而是设计成能同时运行既有线车辆( 货物列车) 的线路。运行在这些线路 上的第一代i c e l 采用两端编挂机车( 动车) 牵引方式；第二代i c e 2 是可 解体编组的推一拉方式。德国的在投入运营后，运营效益不断提高，不仅推 动了国内高速新线的建设，而且参与了国外高速铁路的发展计划。此后， 2 0 0 2 年8 月1 日，成为德国第4 线路的科隆莱菌河高速新线开通，采用 最高速度3 0 0 k m h 的电动车组运行。该高速新线作为德国第一条客运专用 线，采用4 0 的最大坡度线路运行。在这条新线上的第三代1 c e 3 ( 最高速 度3 3 0 k m h ，允许列车晚点时用此速度赶点运行) 和新干线一样，采用动力分 散方式，这是除日本之外最早的高速电动车组。由此，德国列车的运营最 高速度也是3 0 0 k m h ，跻身于世界最高速运输集团的成员。 4 英国a p t 既不修建新线，也不对既有线进行大量改造，主要用由摆式车体的车 辆组成的动车组，旅客列车及货物列车混用。四十年代起，一些国家就对 列车高速通过曲线产生离心力影响旅客舒适度问题开始研究，直到七十年 代摆式列车才在英国研制成功。 5 意大利e t r 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 连接罗马和米兰两大都市的意大利干线铁路由于曲线多和坡度大的缘 故，提速是困难的，在罗马佛罗伦萨间3 1 6 k m 的路程中，将其缩短8 0 k m 的2 3 6 k m 的高速新线称为代雷德西马线。这条高速铁路也和德国( 除了科 隆一莱茵河高速新线之外) 的一样，是客货两用线路。 意大利于1 9 8 6 年制定了高速铁路发展规划，除建设从米兰到那不勒斯 的南北高速铁路线和从都灵到威尼斯的东西高速路线，形成一个t 字形 1 2 0 0 k m 高速铁路网络外，同时还要修建5 条国际铁路联络通道，其中有4 条是欧洲高速铁路网的关键性通道，线路设计速度3 0 0 k r n h 。意大利政府 目前已经批准t 字形高速铁路( 除维罗纳到威尼斯一段尚待批准外) 及米 兰至热那亚高速铁路的修建设计，被耽误多年的高速铁路网计划在2 0 0 1 年开始加速执行。 6 西班牙a v e 西班牙的这条高速铁路，其车辆采用法国的t g v ，信号方式采用德国 的l z b 技术。此外，这条高速铁路采用和西班牙国铁既有线轨距( 1 6 6 8 m m ) 不同的标准轨距，这样，将来可以直接连通于法国的欧洲高速铁路网。 2 0 0 0 年，西班牙政府公布了2 0 0 0 - - - 2 0 0 7 年国家基础设施发展计划， 总投资1 7 1 亿比塞塔( 1 0 2 9 欧元) 。其中铁路投资6 8 万亿比塞塔，主要用 于建设高速铁路网，目的是使铁路旅行时间在6 h 以内。 7 其它国家 美国的东北走廊高速铁路于2 0 0 0 年正式投入运营。此外，美国铁路客 运公司与州政府合作，面向5 个地区市场制定了高速铁路计划。 俄罗斯联邦成立后，提出了修建莫斯科一圣彼得堡高速客运专线的设 想。这条客运专线全长6 5 4 k m ，沿线覆盖人口约3 0 0 0 万。线路设计速度 是3 5 0 k m h ，最大坡度9 0 ，最小曲线半径7 0 0 0 m ，最高行车速度2 5 0 - - - 3 0 0 k m h 。原定于1 9 9 8 年全面开工，2 0 0 5 年完工。但是由于近年来俄罗斯 经济状况不佳，资金不足，加上铁路运量也持续下降，运能紧张形势也大 大缓解，因而这条线路的建设被推迟进行。按照长远规划，俄罗斯还将选 择一些主要线路建设高速铁路，如莫斯科圣彼得堡赫尔辛基，莫斯科一斯 摩梭斯科一明斯克布列斯特，乃至更远到华沙、柏林、巴黎等，与欧洲高 速铁路网联网。当然这个长远规划的实现首先要取决于莫斯科圣彼得堡高 速铁路的建成。 韩国是继日本之后，东亚第2 个拥有高速铁路的国家。除了已正式开 通的首尔一釜山高速铁路外，还有两条高速铁路列入了规划：由首尔釜山高 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 速铁路线上的大田站经由半岛西南部的光州到全罗南道林浦市的湖南高速 铁路；另一条是连接韩国首尔和江陵的东西高速铁路。 澳大利亚于1 9 8 7 年对全长8 5 0 k m 的墨尔本一堪培拉悉尼高速铁路进行 了可行性研究。设计最高速度3 5 0 k m h ，全程运行时间3 h 。 印度铁路也有建设高速铁路的长远计划，按照这个规划，将分别从新 德里、孟买、加尔格达和马德拉斯修建到各地的高速铁路。 埃及铁路计划从地中海沿岸的亚历山大港沿尼罗河溯江而上直到阿斯 ，旺，建设一条长达1 0 0 0 k m 的高速铁路。 从各国正在投入建设和技术开发的趋势看，高速铁路的发展主要具有 以下几个特点： 干线通道和人口密集的大城市间兴建最高速度为3 0 0 k m h 的高速铁 路； 将建设标准不高的线路改造为高速铁路； 在运输不繁忙、人口密度较低的地区，改造既有线，使用摆式列车提 速； 修建高速铁路客运专线和既有线提速共同推动2 1 世纪高速铁路的发 展。 1 2 2 我国客运专线发展现状 1 2 2 1 我国高速铁路现状 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 和可行性做了大量而有力的论证，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。 1 2 2 2 我国客运专线发展规划 根据我国中长期铁路网规划，为满足快速增长的旅客运输需求，提 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 高列车旅行速度，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”铁路快速客运通道以及四个城际客运系统。建 设客运专线1 2 万公里以上，客车速度目标值达到每小时2 0 0 公里及以上。 “四纵”客运专线分别是： 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； 北京一武汉广州深圳客运专线，连接华北和华南地区； 北京一沈阳一哈尔滨( 大连) 客运专线，连接东北和关内地区； 杭州宁波福州深圳客运专线，连接长江、珠江三角洲和东南沿海地 区。 “四横”客运专线分别是： 徐州一郑州一兰州客运专线，连接西北和华东地区； 杭州南昌一长沙客运专线，连接华中和华东地区； 青岛一石家庄太原客运专线，连接华北和华东地区； 南京武汉一重庆成都客运专线，连接西南和华东地区。 四个城际客运系统分别是： 环渤海地区、长江三角洲地区、珠江三角洲地区、川渝地区城际客运 系统，覆盖区域内主要城镇。 我国中长期客运专线网如图1 1 所示。 图1 - 1 我国中长期客运专线网示意图 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 1 3 客运专线通过能力研究现状 在国外，尤其是欧洲和日本，已经建成了比较完善的客运专线网络， 并形成了一套行之有效的客运专线运输组织体系和方法。这些国家由于客 运量小、线路能力充裕、客运专线网络完善，通常采用的是“全高速”的 运输组织模式。而在我国客货运量大、线路能力大、客运专线网络还不完 善，为适应这样的国情，我国主要采用的是“全高速”和“高中混跑”相 结合、“客货混跑”为补充的运输组织模式。 在国内，对客运专线通过能力的研究主要有沿用普通铁路以一个区段 为背景，借助扣除系数计算通过能力的做法、图解法和平均最小列车间隔 法等。西南交通大学的彭其渊教授在客运专线运输组织一书中系统地 分析了高速客运专线采用多种旅客列车共线运行的组织模式下客运专线通 过能力的情况。分析了不同停站方案和站间距对扣除系数的影响，对高、 中、普速列车共线运行下的扣除系数进行了分析。为了进一步分析以上因 素对扣除系数的影响，引入了概率论的方法进行研究，针对传统通过能力 计算方法的不适应性，以平均最小列车间隔法计算客运专线通过能力。西 南交通大学的倪少权教授在高速铁路越行站分布对通过能力的影响一 文中建立了高速铁路高、中速列车共线运行模式下的中速列车对高速列车 的扣除系数的越行组模型，找出了影响高速铁路通过能力的主要因素，得 到其函数关系；运用该模型进行了实例分析；并对共线模式下高速铁路列 车运行组织进行了探讨。 北方交通大学的胡思继教授在京沪高速铁路客流区段通过能力问题 研究一文中，以京沪高速铁路通过能力的研究为基础，对高速列车和中 速列车的扣除系数进行了分析研究，给出了扣除系数和通过能力的计算公 式。并相应计算了京沪和沪宁高速铁路各个客流区段在近远期、不同越行 次数、不同中速列车比例、不同停站高速列车比例、不同停站时间方案下 的扣除系数及通过能力。此外，胡教授还在关于京沪线通过能力计算问 题的探讨一文中指出以现行理论方法计算通过能力存在的种种弊端，提 出以确保实现一定铁路运输列车工作质量要求，作为铁路区间通过能力计 算依据的理念。并给出了在这一理念下，结合了列车运行图缓冲时间的区 间通过能力计算方法。 铁道科学研究院运输及经济研究所的朱家荷、汤奇志等人在铁路区 间通过能力计算方法的变革一文中结合铁路跨越式发展形势下运输组织 一 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 变化的要求，提出新的铁路区间通过能力计算方法直接计算法，从而 对沿用几十年至今的扣除系数法进行了根本性的变革。在论述直接计算法 基本概念的基础上，从运行图横向结构和纵向结构两个方面，对直接计算 法及其与扣除系数法的区别进行了分析说明。 铁道部科学研究院的赵丽珍在高速铁路区间通过能力计算与分析 一文中采用理论分析与图解结合的方式，计算高速铁路区间通过能力。论 证了有停站高速列车扣除系数意、中速列车相对于有停站高速列车的扣除 系数岛、中速列车相对于无停站高速列车的扣除系数孑三者之间的关系。 并图解出有停站高速列车扣除系数及不同中速列车数量条件下的中速列车 扣除系数，在此基础上，计算高速铁路高、中速混跑条件下，不同中速列 车数量时的区间通过能力，并分析了区间通过能力随中速列车数量变化而 变化的趋势。 北京交通大学孟狲在其硕士学位论文铁路客运专线通过能力计算方 法的研究中以客运专线运行图满表能力及其评价指标对通过能力进行了 研究。 总的来说，国内对客运专线通过能力的研究主要还是沿用普通铁路区 段通过能力的一些计算方法，基本上是静态的确定型计算法，其计算结果 表现为理想条件下铁路最大通过能力。当全负荷使用该能力时，列车运行 图将成为不具有弹性、无应变能力的刚性运行图。既能保证实现铁路工作 的一定质量要求、又能有效发挥铁路设备能力、符合客运专线能力需求特 征的新的通过能力计算方法还有待于进一步推导和研究。 1 4 本文研究的主要内容 在国内外研究的基础上，本文对客运专线的通过能力做了进一步研究 和分析。针对“全高速”、“高中混跑”和“客货混跑”模式下的客运专线 通过能力计算方法进行了研究。并分析了不同停站方案对扣除系数的影响、 中速列车开行方案与扣除系数的关系、站问距与扣除系数的关系、中速旅 客列车旅行速度对扣除系数的影响。最后利用越行组模型对郑西客运专线 的通过能力进行分析计算，分别计算了郑州西安全高速方案平均扣除 系数的理论值、郑州西安中速列车的扣除系数及高速列车对数、郑州 洛阳段的扣除系数与能力、洛阳一西安段的扣除系数与能力。 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 第2 章常规铁路通过能力计算方法概述 2 1 铁路通过能力概述 铁路通过能力是指取决于固定设备设置条件的铁路运输能力。通过能 力一般按铁路区段或方向确定，它是在设定类型的机车、车辆和一定的行 车组织方法的前提下，以固定设备在单位时间内( 通常指一昼夜) 能放行 通过的标准重量的最大列车数或对数来表示的1 1 1 i 。 铁路区段通过能力按照下列固定设备进行计算： ( 1 ) 区间。其通过能力主要决定于区间正线数、区间长度、线路纵断 面、机车类型、信号、联锁、闭塞设备的种类。 ( 2 ) 车站。其通过能力主要决定于车站到发线数，咽喉道岔的布置， 驼峰和牵出线数，信号、联锁、闭塞设备的种类。 ( 3 ) 机务段设备和整备设备。其能力主要决定于蒸汽机车洗修台位， 内燃或电力机车的定修台位，温水洗炉设备及段内整备线。 ( 4 ) 给水设备。其能力主要决定于水源，扬水管道及动力机械设备。 ( 5 ) 电气化铁路的供电设备。其能力主要决定于牵引变电所和接触网。 根据以上固定设备计算出来的通过能力，可能是各不相同的。其中能 力最薄弱的设备限制了整个区段的能力，该能力即为该区段的最终通过能 力。本文研究的铁路通过能力主要是指铁路区间通过能力。 对区间通过能力的研究通常是针对运行图能力展开的，在运行图上包 括各种各样的运行时间、间隔时间、停站时间，这些因素在运行图上表现 出来，组成铁路运行图，而满图铺画运行图就代表线路的通过能力。 从运行图角度考虑，区间通过能力可以分为平行运行图通过能力和非 平行运行图通过能力【1 l j 。平行运行图是指在同一区间内，同一方向列车的 运行速度相同，且列车在区间两端站的到、发或通过的运行方式也相同， 因而列车运行线相互平行的列车运行图【2 j 。这种情况下的通过能力称为平 行运行图通过能力。非平行运行图是指在运行图上铺有各种不同速度的列 车，且列车在区间两端站的到、发或通过的运行方式不同，因而是列车运 行线不相平行的列车运行图1 2 j 。这种情况下的通过能力称为非平行运行图 通过能力。 西南交通大学硕士研究生学位论文第10 页 2 2 平行运行图通过能力计算 在平行运行图上，同一区间内同方向列车的运行速度都是相同的，并 且上下行方向列车在同一车站上都采取相同的交会方式。从这种平行运行 图上可以看出，任何一个区间的列车运行线，总是以同样的铺画方式一组 一组地反复排列着。这种一组列车占用区间的时间，成为运行图周期t 同。 图2 - 1 表示不同类型的运行图周期。 a ) 单线成对非追踪运行图周期b ) 单线不成对非追踪运行图 c ) 双线追踪运行图周期 周期 d ) 单线成对追踪运行图周期 图2 一l 不同类型运行图周期示意图 为了计算一定类型运行图的区间通过能力，首先必须确定一昼夜可用 于列车运行的时间内，一个区间可以铺画多少个运行图周期，然后再乘以 该类型运行图周期内所包含的列车对数或列数，再乘以该区间通过能力的 有效度系数。它可用下列一般公式表示： n = t 1 4 4 0 - t m n 周d 有效( 对或歹i j ) ( 2 1 ) 式中n 平行运行图最大的区间通过能力，对或列； 个运行图周期中所包含的列车对数或列数； t 固未进行线路养护维修、技术改造施工、电力牵引区段接触网 肩袖等作业，须预留的固定占用区间时间，以及必要的列车慢行和其他附 加时分，m i n ： 西南交通大学硕士研究生学位论文第11 页 d 有效有效度系数，是指扣除设备故障和列车运行偏离、调度调整 等因素所产生的技术损失后，区间时间可供有效利用的系数，一般可取 d 有效2 0 9 1 - - 。0 8 8 ：不考虑时，取d 有效2 l ； 运行图周期。 一般情况下列车在各区间的运行时分不相同，各车站的间隔时间也可 能不同，所以每一区间的t 圈常常是不等的。通过能力大小与t 周成反比， t 图越大，通过能力越小。在整个区段内，t 周最大的区间也就是通过能力 最小的区间，称为该区段的限制区间1 2 j 。限制区间的通过能力即为该区段 的区间通过能力。 2 3 非平行运行图通过能力计算 采用平行运行图可以获得最大的通过能力，运输组织也相对较简单， 但这种运行图只在能力特别紧张的特殊情况下采用。在通常客货混运线路 情况下，采用的是非平行运行图。 非平行运行图的通过能力，是指在旅客列车数量及其铺画位置既定的 条件下，该区段一昼夜所能通过的货物列车和旅客列车对数( 或列数) 。在 以往的研究中，铁路上开行的旅客列车和快运货物列车远比一般货物列车 少，在运行图上只占一小部分，而运行图的大部分仍具有平行运行图的特 征。因此，在计算非平行运行图的通过能力时，仍可以利用平行运行图所 具有的明显的规律性，先确定平行运行图的通过能力，然后根据开行快速 列车对货物列车的影响，扣除由于受这种影响而不能开行的货物列车数， 即可求得非平行运行图的通过能力。计算非平行运行图通过能力的方法有 两种： ( 1 ) 图解法。在运行图上首先铺画旅客列车，然后在旅客列车间隔内， 铺画其他货物列车( 包括摘挂列车) 。在运行图上所能最大限度铺画的客货 列车总数即为该区段的非平行运行图的通过能力。图解法比较精确，但因 其作业量大，费时费力，而且只反映结果不反映过程，难以分析影响因素， 一般只用于通过利用程度接近饱和时或个别特殊情况的图解验算。近年来， 图解法己经被计算机模拟法取代。 ( 2 ) 分析法。分析计算法中有扣除系数法、平均最小列车间隔法和利用 率法等。几十年来，我国铁路区间通过能力计算一直沿用由前苏联引进的 西南交通大学硕士研究生学位论文第12 页 扣除系数法：根据旅客列车、快运货物列车和摘挂列车的扣除系数，可以 近似地计算非平行运行图的通过能力。其优点是计算简便易行，通用性强， 并且可以据此分析各种因素的影响，缺点是对研究对象和影响因素都进行 了一定的简化处理，结果不可能完全符合实际。 2 3 1 以扣除系数法计算非平行运行图通过能力 非平行运行图通过能力分析法的计算公式为： n 非货2n 一客，z 客一( 快货一1 ) n 快货一( 摘挂一1 ) 咒摘挂 ( 2 2 ) ，z 非2 ，z 非货+ n 客 ( 2 3 ) 式中，l 北情非平行运行图的货物列车通过能力( 包括快运货物列车、 沿零摘挂列车和摘挂列车在内) ； ，z 窑在运行图上铺画的旅客列车对数或列数； n 楔借在运行图上铺画的快运货物列车的对数或列数； ，z 摘持在运行图上铺画的摘挂列车的对数或列数； e 塞旅客列车的扣除系数； 倍快运货物列车的扣除系数； 摘挂摘挂列车的扣除系数。 由式( 2 2 ) 可知，咒非货与聆客的取值与其扣除系数有关，以非货随着的 增大而减小；窑的大小与行车闭塞方法、客车铺画位置、客货列车速度比 等因素有关。 所谓扣除系数，是指因铺画一对或一列旅客列车、快运货物列车或摘 挂列车，须从平行运行图上扣除的货物列车对数或列数3 。由公式( 2 - 2 ) 可以看出，分析法的精确性，主要取决于扣除系数数值的规定是否合理。 因此，当研究用分析法确定非平行运行图的通过能力时，首先必须研究确 定扣除系数的原理。扣除系数的大小，主要与下列因素相关： ( 1 ) 货物列车与旅客列车运行速度的比值； ( 2 ) 区间的不均等程度； ( 3 ) 旅客列车、快运货物列车、摘挂列车的运行速度、数量、及其在 西南交通大学硕士研究生学位论文第13 页 运行图上的铺画位置； ( 4 ) 旅客列车和摘挂列车在区段内的停站次数及停站时间； ( 5 ) 区段内各中间站的到发线数量及配置情况； ( 6 ) 区段长度，困难区间的数量及其配置情况； ( 7 ) 列车运行图的类型，以及追踪列车间隔时间、运行图铺满程度、 限制区间客货列车运行时分之差等。 这些因素相互间及与扣除系数问的关系错综复杂，各种列车扣除时间 中的空费部分又可以相互利用，铁路区段的具体情况又是千差万别，因此 扣除系数的近似计算值的确定存在着诸多变化因素。 图解法和分析法( 扣除系数法) 对于货车开行能力各有特点。分析法 简单易行，操作简便，但是结果值得深入探讨，因为扣除系数确定有较大 的不可控性。图解法结论可靠，但是试铺费时费力，每个客车方案均需要 模拟，一旦客车方案较多，则试铺工作量较大，引入计算机编图可有效降 低工作量。很多专家提倡两种方法综合运用来提高通过能力计算的精确性 和简便性。 2 3 2 平均最小列车间隔时间计算方法的特点分析 此法是德国铁路采用的通过能力计算方法。列车间隔时间是指从运行 列车组前行列车占用区间时间始点至邻接后行列车占用区间时间始点止的 时间且运行过程相互不受干扰的最小时间间隔，如图2 - 2 所示，必有 a b 一一1 t ，；- _ t ，卜 、 r 1r ， 图2 2 列车运行图缓冲时间图 l = l | 一t r 式中 ，列车间隔时间，r a i n ； ( 2 4 ) 西南交通大学硕士研究生学位论文第14 页 ，最小列车间隔时间，r a i n ； f ，列车运行图缓冲时间，r a i n 。 最小列车间隔时间是保证车站能完成必要的接发列车作业和确保列车 在区间内安全运行的时间。在具体铺画列车运行图时，由于受列车种类不 同、列车在运行图上相互位置的安排和区间通过能力利用率等因素的影响， 列车运行途中实际安排的列车发车间隔时间或到、发间隔时间往往大于最 小列车间隔时间。定义列车运行图规定的列车间隔时间与最小列车间隔时 间之差为列车运行图缓冲时间1 1 。 平均最小列车间隔时间是指运行列车组( 在运行图上相同或不相同运 行方向两相邻列车所组成的列车运行图结构单元) 最4 , n 车间隔时间的平 均值。 如图2 - 2 所示，运行列车组第一和第二列车之间存在着一个其值为j 的最小列车间隔时间，且两列车间又有其值为t ，的缓冲时间。当第一列车 进入区间的晚点时间大于第二列车晚点时间和缓冲时间之和时，第二列车 就将产生增晚时间。在这里，将这类列车增晚时间定义为列车晚点传播的 后效晚点时间，简称列车后效晚点时间【1 1 | 。列车后效晚点时间作为评价列 车运行工作的一项质量指标，与列车运行的准时性和列车运行秩序密切相 关，在日常工作中应对它有一定的数量要求。平均必要列车运行图缓冲时 间是指在允许产生一定数值列车后效晚点时间的条件下，列车运行图应具 有的平均缓冲时间1 1 1 | ，这里用t 一来表示。 在具体计算中，在查定乙一后，区间通过能力可按下式计算： ，z ：o( 2 5 ) 舻雨= 7 皑咱) 式中丁一日内列车运行有效时间，m i n ； j 平均最小列车间隔时间，r a i n ； 乙平均必要列车运行图缓冲时间，m i n 。 通过比较式( 2 - i ) 和式( 2 - 5 ) ，可以看出扣除系数法和最小列车间隔 时间法的本质是相同的。 对比扣除系数法，平均最小列车间隔时间法具有以下特点： 1 铁路区间通过能力平均最小列车间隔时间计算法，属于动态的不确 西南交通大学硕士研究生学位论文第15 页 定型的计算方法，它是在分析研究各区段当前实际列车运行状态的基础上， 依据它的列车进入晚点概率、晚点列车平均进入晚点时间和列车种类比平 均最小列车间隔时间的取值，按照给定的反映列车运行工作质量水平要求 的列车后效晚点时间允许总值等条件，计算区间通过能力的方法。区间通 过能力的计算结果与给定的列车运行工作质量要求水平密切相关，它随列 车运行工作质量要求水平的变化而变化，是一项可按高层决策者( 通常指 铁道部一级决策者) 意愿而改变的不确定值。 2 铁路区间通过能力平均最小列车间隔时间计算法是以排队论为理论 基础，以保证实现一定列车运行工作质量要求为决策依据所建立的方法， 它的计算结果表现为在一定主客观条件下可实现的区间通过能力。在这一 计算方法中，引入了列车运行图缓冲时间的概念。很显然，带有必要缓冲 时间的