（交通运输规划与管理专业论文）铁路主要干线列车提速运输组织合理匹配问题研究.pdf

北方交通大学硕士学位论文 摘要 妒3 3 8 5 3 铁路运输组织的合理匹配问题一直是一项重要而复杂的问题，特 别是列车提速以来，铁路运输组织出现了一些新的变化，给铁路发展 带来了新的研究课题。列车提速势必造成通过能力的降低，提速初期 输送能力的提高却难以表现出来，这给运输组织工作带来困难和矛 盾，故我国铁路面临着扩能和提质的双重挑战，主要干线上客货运输 争能争质量的矛盾愈为突出。因而迫切需要从理论上解决铁路运输组 织过程中的合理匹配问题，尤其是提速后运输组织的合理匹配问题研 究更为铁路生产之必需。本文就是围绕该课题做了如下的研究和探讨 _ 亡作。 ，在大量阅读国内外有关文献资料的基础上，系统地总结和分析了 国内外铁路列车提速、特别是既有线列车提速的发展历程、现状及存 在问题，详细地阐述了运输组织匹配研究的有关概念和理论。 在详细描述铁路主要干线硬件配置和改造状况的基础上，分析了 数次提速试验所得结论，进而对主要干线现有硬件状况和列车提速运 行的适应性进行了分析。 论文改进并完善了一种新的通过能力计算的工具基于运能测 算的列车运行图模拟铺画系统的功能和主要原理，改进了原有的经验 扣除系数计算法的不精确性。同时，利用该系统分析了现有列车运输 组织方案同能力利用的匹配性。、_ ( 以列车运行图模拟铺画系统为主要研究工具，以京沪、京广、京 哈三犬干线列车提速为背景，研究了列车提速运输组织合理匹配的有 关问题。首次得到了一系列列车提速合理匹配的相关结论：从通过能 力的角度考虑，提速列车的数量存在一个合理的开行范围，在此范围 内对能力的影响较小，并且铺有不同数量提速列车的运行图能力的变 摘要 化呈步长逐渐增加的阶梯状降低；客车的旅行速度同货车的技术速度 之间的差以及旅客慢车的旅行速度同货车技术速度之间的差是影响通 过能力的一项重要因素，且一般情况下其间的差值越小能力越大：合 理的运行图框架有利于提高区段的通过能力；区间能力同编组站能力 的匹配是个较为复杂的问题，还需要进一步的研究。上述结论体现了 本论文的创新性研究思路，完善了提速技术条件下铁路运营科学的运 输组织理论。 最后，提出了中国铁路列车提速的进一步发展策略和有待进一步 研究的问题。 关键词：犍速；合理匹配；发展策略 ， ，一 北方交通大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h er e a s o n a b l em a t c ho f o r g a n i z a t i o nd u r i n gt r a n s p o r t a t i o ni sa l w a y s av e r yi m p o r t a n tp r o b l e m as e r i e so fn e wc h a n g e sh a v eo c c u r r e ds i n c e t h et r a i ns p e e dw a si n c r e a s e d ，a n dn e w q u e s t i o n sw e r eb r o u g h to u t t ot h e d e v e l o p m e n to fr m l w a yi n c h i n a t h et r a i ns p e e di n c r e a s i n gn e c e s s a r i l y c a u s et h ed e s c e n to f c a p a c i t yo ft r a n s p o r t a t i o n a lt h es b l q a et i m et h er a i s e o fc a p a c i t yo ft r a n s p o r t a t i o nc a n ts h o wa tt h ei n c i p i e n c eo ft r a i n s p e e d i n c r e a s i n g t h a tw i l lb r i n gd i f f i c u l t ya n dc o n f l i c tt ot h eo r g a n i z a t i o no f t r a n s p o r t a t i o n b e i n gu pa g a i n s tt h et w oc h a l l e n g e so fe n l a r g i n gc a p a c i t y a n di m p r o v i n gq u a l i t y , t h ec o n t r a d i c t i o no f c a p a c i t ya n dq u a l i t yb e t w e e n p a s s e n g e ra n df r e i g h tt r a n s p o r t i s b e i n gm o r ea p p a r e n t t h e r e f o r e ，t h e p r o b l e mo f r e a s o n a b l em a t c ho f t r a n s p o r to r g a n i z a t i o nn e e d st ob es o l v e d u r g e n t l y ，e s p e c i a l l yt h er e s e a r c ho f ft h en e wp r o b l e mb r o u g h to u tw i t h t r a i ns p e e di n c r e a s i n g c e n t e r e do nt h i sp r o b l e m ，t h ef o l l o w i n gq u e s t i o n s a b ei n v o n e di nt h i sp a p e r o nt h eb a s i so f r e a d i n gal a r g en u m b e ro ft h ei n t e r n a la n de x t e r n a l r e l e v a n tl i t e r a t u r ea n dm a t e r i a l ，t h e p a p e rs y s t e m a t i c a l l ya n a l y s e s t h e c o u r s eo ft r a i n s p e e di n c r e a s i n ge s p e c i a l l yt h a to ne x t a n tl i n eb o t hi n i n l a n da n da b r o a d ，a n dt h ec o n c e p t sa n dt h e o r i e sr e l e v a n tt ot h er e s e a r c h a r ee x p o u n d e da l s o o nt h eb a s i so f d e s c r i b i n gt h es t a t u so f h a r d w a r eo nt h em a i nl i n e ，t h e c o n c l u s i o no fs e v e r a ls p e e d i n c r e a s i n gt r i a l sa n dt h ea d a p t a b i l i t yo ft h e s t a t u so f h a r d w a r ew i t l lt h es p e e d i n c r e a s i n gw e r ea n a l y z e d t h ep a p e ra l s oi n t r o d u c e dan e wm e a n st oc o m p u t et h ec a p a b i l i t yo f t r a n s p o r t a t i o n 一t h es y s t e mo fd r a w i n gd i a g r a mo ft r a i n ，w h i c hh a v e i m p r o v e dt h es p e e da n dq u a l i t yo f c o m p u t i n gc a p a c i t yo f t r a n s p o r t a t i o n 、l i i a b s t r a c t t h er e a s o n a b l em a t c ho fo r g a n i z a t i o n d u r i n gt r a n s p o r t a t i o n w a s s t u d i e do nt h ef o l l o w i n gf a c t s ：t h en u m b e ra n ds p e e do f s p e e d i n c r e a s i n g t r a i n ，t h eg a pb e t w e e np a s s e n g e rt r a i na n d f r e i g h tt r a i n ，t h ec a p a c i t ym a t c h b e t w e e ns t a t i o na n d1 i n ea n de t c f u r t h e r m o r e ，f u r t h e rd e v e l o p i n gs t r a t e g yf o ri n c r e a s i n gt r a i ns p e e di n c h i n aa n dt h e p r o b l e m s t h a tn e e dt ob ef u r t h e rs t u d i e dw a sb r o u g h t f o r w a r d k e y w o r d ：s p e e di n c r e a s i n g ，r e a s o n a b l e m a t c h ，d e v e l o p i n gs t r m e g y i v 北方交通大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 选题的背景及意义 1 1 1 选题的背景 八十年代之前，铁路在我国整个国民经济与社会发展中起着非常 重要的作用，曾经担负5 4 以上的全国旅客周转量和7 0 以上的全 国货物周转量。八十年代，国民经济快速发展，铁路主要依靠挖潜、 扩能、提效来满足运输需要，一度产生铁路运输供给与运输需求之间 突出的矛盾，铁路成为制约国民经济发展的“瓶颈”。九十年代，随 着改革的深入展开，社会主义市场经济体制的不断完善，铁路的发展 与变革相对滞后，而公路、航空、水运等充分利用各自有利的条件迅 速发展，取得了更多的市场份额。从1 9 9 0 年到1 9 9 4 年，铁路旅客周 转量从5 3 4 下降到4 2 3 ，货物周转量由7 1 3 下降到5 4 4 ；同 期公路旅客周转量从3 8 8 上升到4 9 1 ，货物周转量由2 4 上升到 1 3 5 。根据统计局统计数字，1 9 9 6 年全国货物周转量3 6 2 7 1 亿吨公 里，比1 9 9 5 年增长1 5 ，其中铁路增长o 5 ，公路增长6 5 ，水 运增长1 2 ，航空增长1 3 6 ；旅客周转量9 3 3 8 亿人公里，比1 9 9 5 增长3 7 ，其中铁路减少9 4 ，公路增加9 9 ，航空增长1 0 4 ， 水运减少2 3 。1 9 9 6 年6 月，铁路出现每天有2 0 万客座虚靡。 在运输市场发展的进程中，各种运输方式之间的竞争主要表现在 速度的竞争上。速度既集中反映社会的生产技术水平，也直接促进社 会经济的发展和科技进步。高速度、高效益已成为交通运输现代化的 第一章绪论 重要标志。 长期以来，相对于公路、航空，我国铁路路网建设缓慢，铁路设 备、设施陈旧，科学技术水平较低，客、货共线互争能力，导致我国 列车速度发展缓慢。从1 9 5 0 年到1 9 9 3 年，旅客列车的技术速度由 3 5 7 k m h 提高到5 7 9 k m h ，年递增率为1 4 ：旅行速度由2 9 4 k m h 提高到4 8 1 k m h ，年递增率仅为1 5 。在与其它运输方式的速度竞 争中，铁路运输方式处于劣势。 铁路列车提速，不仅是提高运输服务质量，增强铁路竞争能力的 重要手段，也是当前我国铁路技术发展的方向，更是我国市场经济之 必需，多种交通方式的竞争必然带来旅客和货主对运输质量要求的提 高，市场的运作机制客观上对客货运输的速达性提出了严格的要求， 运输客户自然依据各自的运输服务效用值选择运输方式。因而铁路要 想使自己在交通运输行业中占据主要地位，保持自己应有的运输份 额，除需改变不适应市场的企业运营机制外，另一个重要的方面就是 要提高运输质量，其中从客观上讲提高列车旅行速度，缩短客货运输 时间是当前追切需要解决的重要问题。 自我国铁路沈大段、沪宁段和京秦段等开行提速列车以来，收到 了良好的效果，表明了列车提速是我国铁路现阶段自我发展的主要途 径，同时也是铁路系统推进“两个根本性转变”，适应社会主义市场 经济发展，加快铁路现代化进程的一项重大举措。因而列车提速不仅 仅是环境所迫，更是铁路自身发展所必需。然而，全面提高列车运行 速度势必要求对原有大量的固定设备和活动设备进行更新改造，短时 间内的巨额投资将难以一下承受，因此提速问题不仅是一个系统工 程，而且必然是一个分阶段、分步骤实施的过程。 尽管国外铁路的发展情况为我国的铁路提速和研究可提供某些借 鉴，然而我国铁路当前的运营状况与国外当时提速的情况却大不相 同。由于我国铁路目前面临扩能与提质的双重挑战，且客货列车共线 第一章绪论 运行，随着运输市场的发展，对客运造成的压力比货运提前，主要干 线上客货运争能争质量的矛盾愈加突出，因而在这些线路上提速将会 出现国外没有过的一系列问题，从而造成提速问题研究过程中的多方 面的难点，诸如： ( 1 ) 部分列车提速势必造成通过能力的降低，而提速初期能力的 提高难以表现出来，再加上设备改造对运输的影响，必然给运输组织 工作带来困难； ( 2 ) 线路改造总是由局部向全线分阶段实施的过程，机车车辆总 是随着科技进步的发展分阶段不断更新改造的过程，在提速实施过程 中势必形成新旧设备与生产体系的并存状态，不仅同一区段上存在多 种类型、多种速度、多种编成、多种行程的列车，而且同一方向上的 各个区段乃至各个区间内，列车的运行速度都不尽相同，这在制定提 速方案时将会出现不同发展阶段的列车种类、速度、编成、行程的合 理配比关系问题； ( 3 ) 由于快运货列、行包专列、五定班列和其它固定运行线列车 的存在，区段与区段部分列车之间的衔接问题需要优化与研究，且既 要重载，又要提速，还要适应市场竞争的挑战，在运能中如何预留“应 变能力”成了提速后列车运输组织中的又一问题； ( 4 ) 考虑到提速的最终目的在于提供更高的优质服务，因而客货 列车发、到合理时间带的分布与协调显得更为重要。这就要求某些列 车的布点问题需要从全线考虑，一改过去的区段研究方法； ( 5 ) 既有线提速后不同区段的运行速度均有变化，运能计算不宜 再用“扣除系数”的方法，应在其概念和方法上有所突破： ( 6 ) 在新旧设备并存的过渡状态中，两种活动设备的合理利用与 优化配置问题也是不容忽视的研究课题。 列车提速带来了一系列的技术措施和组织措施的变化，我们必须 从研究新条件下的硬件资源的合理配置、新条件下的运输组织方案构 第一章绪论 成、新条件下的技术规章、新条件下提速列车的数量、速度、各环节 之间的合理匹配关系。因此迫切需要从理论、思路和应用、实施的结 合上，研究分析提速线路运行列车的种类、数量、速度等指标的合理 匹配方案及其量化关系，从而实现铁路提速工作的分阶段合理发展。 1 1 2 课题研究的意义 提速列车运行的合理匹配研究将对我国列车提速发展及合理运输 组织具有如下的重要意义： 1 由于列车提速目前仅限于主要干线，为了适应日益激烈的运 输市场的竞争，满足人们日益增长的物质文化需求，急需由干线扩展 到支线，在全路范围内形成快速运输体系，课题研究对于快速运输的 网络化具有重要的意义： 2 目前，列车提速主要是客车速度的提高，货车的运行速度还 很低，为了提高铁路的运输能力，增强铁路货运的市场竞争能力，货 车速度的提高势在必行，因而不同种类客车之间的匹配研究以及客货 列车之间的匹配研究对今后货车的提速决策具有指导意义： 3 列车提速后其运输生产的特点必然发生变化，而对列车运行 各种重要影响因素合理匹配的定量或定性的分析为运输组织提供了参 考，因而课题研究有利于在新的条件下制定合理的运输组织方案； 4 列车提速给铁路运输带来了生机与活力，针对不同的运输特 征制定不同的营销策略也是十分必要的，因此可以说问题的研究有利 于制定适应市场竞争的营销策略； 5 列车的运行速度提高后，原有的运输理论有些地方不再适应， 应按照提速后的运输特性加以完善，匹配研究为快速条件下的运输组 织理论完善奠定了基础： 6 为领导者在铁路运输发展上的宏观决策提供参考依据。 第一章绪论 综上所述，提速线路列车运行的合理匹配研究是个很有研究价 值的课题，更为当前铁路列车提速之必需，它不仅有利于合理地组织 运输生产，保障铁路运输的高效率运转，适应社会主义市场经济发展 的需要，而且对于抓住机遇、合理规划铁路技术设备能力也具有重要 的指导意义。 1 2 国内外列车提速现状综述 1 2 1 国外列车提速发展概况 世界上第一条高速铁路于1 9 6 4 年1 0 月1 日在日本的东海道新干 线投入运营，时速达到2 1 0 k m ，随后又建成山阳、东北、上越等新 干线，客运量大增。之后，法国在1 9 8 1 年建成了它的第一条高速铁 路( t g v 东南线) ，列车时速达到2 7 0 k r n ；而后又建成了t g v 大西 洋线，时速达到3 0 0 k m t ”】。在日本和法国修建高速铁路取得成效的影 响下，意大利、德国、英国、前苏联、西班牙等国家也先后新建或改 建了商速铁路，就连素有“汽车王国”之称的美国也对高速铁路建设 予以了高度的重视。这些国家在修建高速铁路的同时，也非常重视既 有线路的提速工作，以便高速列车下高速运行线后，仍然有较快的运 行速度。 当今，世界铁路速度一般划分为五个等级：时速1 0 0 1 2 0 k m 为 常速i时速1 2 0 1 6 0 k m 为快速；时速1 6 0 2 0 0 k m 为准高速；时 速2 0 0 4 0 0 k m 为高速：时速4 0 0 k m 以上为超高速。欧洲普遍把薪 建时速达到2 5 0 3 0 0 k m 、旧线改造时速达到2 0 0 k m 的称为高速铁路。 1 9 8 5 年联合国欧洲经济委员会在日内瓦签署的国际铁路干线协议规 定，新建客运列车专用型高速铁路时速为3 0 0 k m ，新建客货运列车 混用型高速铁路时速为2 5 0 k m i ”i 。 蘸一章绪论 通观国外发达国家铁路运输速度的发展过程会给我们一定的启 迪。资料表明，西方发达国家的铁路运输速度发展均超前于我国许多， 到1 9 9 4 年，全世界已有2 5 个国家的一些既有线都逐步达到了旅客列 车最高速度1 4 0 k m h 以上，平均旅行速度1 0 0 k m h 以上。前苏联莫 斯科至列宁格勒既有铁路线的速度采用了分阶段的发展过程，该线路 从1 9 5 8 年到1 9 7 5 年客车最高运行速度分别以1 2 0 k m h 、1 4 0 k m h 和 1 6 0 k m h 三阶段发展，列车的旅行速度分别以8 2 3 k m h 、1 0 3 o k m h 、 11 9 o k m h 、1 2 2 o k r n h 和1 3 0 4 k m h 五个阶段逐步提高【l “。这种分阶 段协调发展的做法，无疑在当今应用上仍具有借鉴价值。 1 2 2 我国列车提速发展现状及提速试验概况 1 9 9 4 年】2 月2 2 日广深线正式开行了最高速度为1 6 0 k m h 的准 高速旅客列车。广深线准高速路的建成和投入运营，说明我国铁路技 术装备整体达到了新水平，为以后的全面提速奠定了基础。根据铁道 部1 9 9 4 年颁布的铁路主要技术政策和1 9 9 6 年发布的铁路科技 发展“九五”计划和2 0 1 0 年长期规划纲要中的规定，到本世纪末， 京广、京哈、京沪三大铁路干线实现旅客列车时速1 4 0 1 6 0 k m ，货 物列车最高时速9 0 k m ，其他线路上的旅客列车最高时速逐步提高到 8 0 1 0 0 k m 。近几年已在广深线开行了时速1 6 0 k m 的准高速旅客列车， 1 9 9 6 年4 月1 日沪宁线开行时速1 4 0 k m 1 6 0 k m 的“先行号”旅客列 车，同年夏天旅游季节，京秦线开行的“快l ”旅客列车最高时速也 达1 4 0 k m 1 6 0 k m 。 列车提速有利于增强铁路输送能力，加快机车设备周转，提高设 备利用率，降低运输成本及加强市场竞争能力。自1 9 9 7 年旅客列车 提速以来，在中长距离上开行夕发朝至及朝发夕归列车，吸引了大量 客流，一举扭转了1 9 9 4 1 9 9 6 年持续三年的下滑趋势，取得了非常 6 第一章绪论 明显的经济效益。提速以来客运经济效益增长如表1 一l 所示 表1 - 1 提速后客运经济效益增长一览表 时期 1 9 9 61 9 9 71 9 9 8 1 9 9 9 上半年 客运周转量( 亿人公里) 3 4 0 63 5 4 33 6 8 6 9 2 0 2 0 客运周转量与前一年同比增长( ) 6 746 3 客运收入( 亿元) 2 3 5 2 6 l2 9 1 2 l1 6 4 6 客运收入与前一年同比增长( ) 1 0 1l i 61 2 4 旅客列车提速也给铁路货运带来了生机与活力，1 9 9 9 年上半年 全路货物发送量完成7 7 4 7 8 万吨，为年计划的5 0 3 ，在1 9 9 8 年上 半年同期下降5 9 0 0 的情况下，1 9 9 9 年上半年增长了2 6 。铁路客运 量增幅高于水运和民航，货运增幅高于公路和水运。全路换算周转量 完成8 2 4 4 0 亿吨公里，为年预期值的5 1 0 ，同比增长3 6 ，高于 客货运量的增长l 厩良，运输收入创历史最佳成绩。 1 9 9 5 年9 月，沪宁线拉开了我国铁路提速试验的序幕。在提速 试验的基础上，1 9 9 7 年4 月1 曰到】9 9 8 年1 0 月】日先后几次较大 规模地修改了旅客列车运行图，开行了长途和城际快速列车，特别是 “夕发朝至”长途旅客列车更受到旅客的青睐。这不仅说明了中国铁 路在市场经济中的强大竞争力，而且也显示了中国铁路仍然具有强劲 的发展势头，在与航空、高速公路的竞争中赢得了应有的分额。以后， 又在取得了三大干线铁路提速重大成果的基础上，进行了2 0 0 k m h 以上的综合试 验。图l 一1 是 近年来我国铁 路提速试验最 高速度的发展 历程。 从图1 一l 可以看出，我闰1 1 我国铁路近年提速试验晟高速度发展历程 第一章绪论 国铁路提速试验历程可分为三个阶段：准高速阶段、提速阶段和高速 阶段。在1 9 9 3 一一1 9 9 7 年的提速试验中，主要做了2 0 0 k m h 以下的试 验，并取得了良好的效果，特别是1 9 9 7 年l 3 月的试验最高速度达 到了2 1 2 6 k m h ，第一次在我国的铁路上驶出了超出2 0 0 k m h 的速度， 并于1 9 9 8 年6 月2 4 日创造了我国铁路运行线的最高速度记录 2 3 9 7 k m h ，在我国铁路史上写下了光辉的一页 4 1 。 最近，铁道部提速领导小组经过提速试验的实践及1 9 9 7 年以来 开行提速列车的各种试验，提出了建立旅客出行“一日行动圈”目标 8 j ，使旅程为2 5 0 0 k m 左右的旅客在一日内到达。按照目前提速列车 的开行情况及未来的设想，“一日行动圈”内含3 种类型的提速列车： “朝发夕归”类型：“夕发朝至”类型；“夕发夕至”类型。根据“一 日行动圈”的设想，提出了全面提速的第一步首先建立以北京、上海、 广州为中心的3 个“一日行动圈”，逐步实现铁路提速网络化。 回顾以上近年来我国铁路进行的提速试验，看到了我国铁路的发 展前景，令人鼓舞。虽然旅客列车的提速已给我国铁路带来了显著的 社会和经济效益，但是，从总体来看，我国铁路应有的提速效果还远 没有充分发挥出来。l e , o n 现在提速干线间的连接线及其他重要干线还 未提速，提速列车在提速干线以外的线路上还不得不以普通速度运 行。货物列车的运行速度还偏低，它影响到我国整个铁路提速工作的 发展。为此，应全面扩大提速范围，我国铁路提速的未来无疑是干线 与支线、客车同货车同时提速的局面，形成铁路全面提速的有机网络。 1 3 论文结构及研究思路 行 提速线路上列车运行的合理匹配问题研究主要分以下几个步骤进 主要干线列车提速的硬件配置状况调查j 现行方案的分析j 基于 第一章绪论 提速匹配研究的软件系统的开发与完善j 列车运行的匹配问题研究j 总结。 因此，本论文主要包括以下几个组成部分：绪论、相关概念分析、 线路硬件配置调查、试验系统开发、现行方案能力利用分析、匹配研 究及结论等七部分( 如图l 一2 ) 。 由图1 2 可以看 出，论文的核心部分 是匹配研究部分，匹 配研究主要从提速列 车数量、速度、客货 列车速度差以及客车 框架等几方面进行匹 配研究。概念分析及 硬件配置情况分析是 匹配研究的基础，模 图1 - 2 论文结构图 拟试验系统为匹配研究提供了一个切实有效的工具。 1 4 本章小结 本章首先分析了本论文选题的背景和意义，并对国内外列车提速 的现状进行了阐述，最后简要介绍了论文的结构及主要内容。 北方交通大学硕：l ：学位论文 第二章列车提速运 输组织相关概念分析 在研究提速线路上列车运行的合理匹配问题之前应首先明确几个 相关的概念。 2 1 铁路运输能力的基本概念 铁路为完成国家运输计划，满足国民经济发展和国防建设的需 要，必须具备一定的运输能力。运输能力主要受以下几个因素的制约： 固定设备( 如线路、站场、桥隧、信号、供电设备等) 、活动设备( 如 机车、车辆、燃料、电力等) 、技术设备运用和行车组织方法、行车 人员( 机车及列车乘务人员、车站办理行车工作的有关人员) 的数量 及政治业务素质和业务水平等。 铁路运输能力是通过能力和输送能力的总称。通过能力是指该铁 路线，在一定的机车车辆类型和一定的行车组织方法的条件下，根据 其现有的固定设备，在单位时间( 通常指一昼夜) 内最多通过的列车 对数或列车数；输送能力是指该铁路线，在一定的固定设备、一定的 机车车辆类型和一定的行车组织方法的条件下，根据现有的活动设备 数量和职工配备情况，在单位时间内最多能够通过的列车对数或列车 数、车辆数或货物吨数i ”。 通过能力和输送能力这两个术语之间既有区别，又有联系。通过 能力着重从现有固定设备方面指明该铁路线可能通过的列车数量。输 送能力着重从现有活动设备和职工配备情况方面指明该铁路线能够通 过的列车数或货物列车吨数，它需要以通过能力为依托并将受其限 制。通过能力由于没有考虑到活动设备数量及职工配备等情况，其实 第二章列车提速运输组织相关概念分析 现将受这些因素的制约。一般情况下，输送能力将小于或等于通过能 力。 由于输送能力要受活动设备、职工配备等不确定因素的影响，本 文主要从通过能力的角度来研究列车运行的合理匹配。 1 通过能力影响因素 本文主要是研究区间通过能力的匹配问题，决定铁路区间通过能 力的主要因素有： ( 1 ) 区间内正线数目。很显然，单线区间的通过能力远低于双 线或多线区间的能力： ( 2 ) 区间运行时分和长度以及区段内区间的不均等程度。缩短 区间运行时分和起停车附加时分有利于提高列车运行速度，从而提高 区间通过能力。当客货列车的运行速度一定时，较小的区间长度有利 于货物列车随时待避客车，可以减小能力的浪费； ( 3 ) 信、联、闭设备。各种信联闭设备制式的性能、操纵办法、 办理作业时间及列车区间占用时间有较大差别，因而影响通过能力的 大小； ( 4 ) 提速列车的速度和数量。由于提速列车的速度远远大于货 物列车，提速列车的开行势必影响到通过能力的大小； ( 5 ) 旅客慢车与货物列车的速度差。一般情况下旅客慢车的旅 行速度要低于货物列车，并且旅客列车不允许被货物列车越行，这就 使得旅客慢车所在的大块区域无法铺进货物列车，从而降低了通过能 力： ( 6 ) 列车运行图的框架。由于旅客列车特别是快速列车的合理 时间带的影响，使运行图具有较为确定的框架。对于不同的运行图框 架，即便是各种类型的列车数量相同，其通过能力一般也不同： ( 7 ) 车站与邻接区间、各衔接区段在能力上是否匹配； ( 8 ) 追踪列车间隔时间、列车技术站作业时间、线路及电气化 第二章列车提速运输组织相关概念分析 铁路接触网维修“天窗”时间等影响因素。 区间通过能力是受以上诸因素的综合影响的。 2 平行运行图通过能力和非平行运行图通过能力 平行运行图是在同一区间内，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：非平行运行图是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，因而列车运行 线不相平行。一般实际的运行图均为非平行运行图，但为了计算不同 种类列车的扣除系数及区段的能力利用率需要首先计算平行运行图的 通过能力。 平行运行图的通过能力计算公式如下： 。：坠! 二生蔓旦垡直塾f 2 1 1 = _ 二= = 2 oi z i l ? 周 、 其中：t 。运行图周期： n 月一个运行周期内所包含的列车对数或列数： r 目固定作业占用时间： d 有a 能力利用率。 非平行运行图通过能力的计算方法有图解法和分析法两种。传统 的通过能力计算一般采用分析法，即利用扣除系数计算，计算公式为： 门娄= 胛一占客胛客一p 快货一l 加快货一( 钿挂一1 ) 门摘拄 ”非2 ”蠢+ ”客 f 2 2 ) 其中：8g 、8 快女、8 自# 客车、快货、摘挂列车的扣除系数； ”客、”快、”擅# 客车、快货、摘挂列车对数或列数。 从上式可以看出，分析法计算通过能力的关键是确定各种类型列 车的扣除系数。但是，对于不同的列车框架和不同的列车种类、速度， 扣除系数之间有较大的差异，这种方法计算出来的结果往往不很准 确，图解法计算比较精确，但手工完成运行图铺画比较烦琐，并且有 太多的人为因素在里面，所铺运行图的质量与操作者的实际经验有 第二章列车提速运输组织相关概念分析 关。为了克服分析法计算通过能力的不准确性和人工图解法的复杂 性，本文采用计算机模拟图解法来计算通过能力，在第四章中将详细 介绍该模拟系统。 2 2 列车速度指标 列车速度指标包括列车运行速度、列车技术速度和列车旅行速度 三项。分清三者之间的概念是本文进行研究的前提。列车运行速度分 为瞬时运行速度和平均运行速度，由于瞬时运行速度在区段内有较大 的差距，这里首先分析平均运行速度。列车平均运行速度是指列车在 区段内运行，不包括中间站停站时间及起停车附加时分在内的平均速 度；列车技术速度是指列车在区段内运行，不包括中间站停站时间， 但包括起停车附加时分在内的平均速度；而列车旅行速度则是指列车 在区段内运行，包括中间站停站时间及起停车附加时分在内的平均速 度。三项速度指标的计算公式如下： z n l 堰2 瓦i ”l 飞2 瓦i 葛i z n l 2 瓦i 面i 瓦 ( 2 3 ) ( 2 4 ) ( 2 5 ) 其中：儿在一个区段内每昼夜所完成的列车公里数： d 纯运在一个区段内每昼夜所消耗的纯运行列车小时数； 凸7 厂在一个区段内每昼夜所消耗的加减速附加时分列车小时数 d ，十停在一个区段内每昼夜所消耗的中间站停站列车小时数。 由上式可以看出，平均运行速度技术速度旅行速度。 列车平均运行速度、列车技术速度和列车旅行速度是表明区段内 第二章列车提速运输组织相关概念分析 列车运行快慢的平均度量。考虑到区段内各区间线路条件的不一致 性，以及不同车辆结构速度存在差异，区间与区间的允许速度存在差 别，个别设备和地区需要限速行驶，因此有必要针对瞬时速度概念明 确最高运行速度与最低运行速度的概念。最高运行速度是指一个区间 内，在一定的机车车辆条件下，对线路固定设备条件较好的地段列车 运行所允许的最高速度；最低运行速度是指区间内非运缓条件下，由 于曲线、道岔、路基、坡度等限制因素的作用，使区间内的最高允许 运行速度成为区段内所有区间的允许速度的最小者时，该速度值称为 最低运行速度。列车最高运行速度和最低运行速度是列车运行的瞬时 度量，也是设备技术含量的一个标志。 旅行速度是表明列车运行图质量的一项重要指标，也是影响货车 通过能力的重要因素之一。在编制运行图时，应力求把旅行速度同运 行速度的差别减少到最小，即尽可能地减少列车在区段内的停站次数 和停站时间。列车速度的提高主要是运行速度的提高，但旅客真f 体 会到的主要是列车的旅行速度，因而列车提速应该是在运行速度提高 的基础上最终提高旅行速度。根据我国的技术政策，1 2 0 k m h 以下列 车速度的提高称为“达速”，1 2 0 k m h 以上的速度提高为提速。今后 我国铁路在于线上应尽可能提速，在支线上更多的是“达速”，从而 最终实现旅客旅行速度的提高。 2 3 列车追踪间隔时间 由于本论文的研究对象均为双线自动闭塞线路，因此，在这里有 必要明确一下列车追踪间隔时间的概念。 在自动闭塞区段，凡一个站间区间内同方向有两个以上列车以闭 塞分区为间隔运行，称为追踪运行。追踪运行的两列车之间的最小间 隔时间称为追踪间隔时间( ，j 凸) ，其在运行图上的表示形式如图2 - 1 所 第二章列车提速运输组织相关概念分析 示( 双线区段) 。 追踪列车间隔 时间决定于自动闭 塞信号的制式、列 车长度、列车运行 图2 - 1 追踪间隔时间示意图 速度，以及闭塞分区的长度等因素。目前，我国铁路多数采用三显示 自动闭塞，部分区段改为四显示自动闭塞，设计时按货物列车间最小 容许间隔时间为6 - - 1 0 m i n 来划分闭塞分区和配置信号机。 在自动闭塞区段，除计算列车在两站间各闭塞分区追踪运行的间 隔时间标准外，还应对区段内每一车站分别上下行方向查定同方向发 车c ，发) 、同方向到达( ，停到) 或通过( ，通刊) 及两列车不停车通过( ，通) 车站 的追踪间隔时间。 当采用非平行运行图时，由于客货列车运行速度不同，在确定货 物列车与旅客列车之间的追踪间隔时间时，应按同方向列车到达下一 ( a )( h ) 图2 - 2 旅客列车和货物列车追踪时间示意图 站的条件计算，即取，。 而在确定旅客列车与货 物列车之间的追踪间隔 时间时，应按同方向列 车自车站出发的条件计 算，即应取，。( 参见图 2 2 ) 。 列车追踪间隔时间是模拟试验系统铺画运行图的重要技术参数之 一。追踪间隔时间是影响区间通过能力的重要因素之一，不同的列车 追踪间隔时间对应的区段通过能力将有很大区别。目前三大干线的追 踪列车间隔时间一般为7 8 m i n ，若采用四显示自动闭塞，追踪间隔 时间有望减小到6 m i n 。 本文约定：若无特别说明，本文所指的追踪间隔时间取9 m i n ， 第二章列车提速运输组织相关概念分析 同方向到达间隔时间为6 r a i n ，同方向出发间隔时间为5 m i n 。 2 。4 均衡性问题 编组站是由到达场、驼峰、调车场、牵出线、出发场( 或直通场) 及其相应的技术设备所组成，共同完成到达、解体、集结、编组和出 发作业。区间的通过能力与编组站的通过能力息息相关，编组站的能 力是否能适应区间的通过能力决定了编组站设备与技术的合理性。本 文仅考虑与区间相连接的到达场及出发场能力同区间能力的合理匹 配。 到发场的能力计算可根据随机排队服务系统的原理来确定，它与 列车占用到发线的时间、列车到发的不均衡性、列检能力、驼峰负荷 以及允许的接车延误率等因素有关。同区间有关联的主要是列车到发 的均衡性。 由于旅客列车运行的合理时间带问题、列车各项作业不可能紧密 衔接等原因，货物列车不均衡到达或离开编组站是无可避免的。不均 衡到达是指列车到达间隔时间不均等，不均衡出发是指列车出发时因 等待区间空闲造成列车出发间隔的不均等，有时出现密集到达或出 发，造成车列排队等待，延长车辆在站停车时间：有时出现分散到达， 造成到发场到发线和驼峰闲置。因此，只有通过区间的列车均衡到达、 均衡作业时，设备的能力才能得到充分发挥，随着不均衡性的增加， 设备的有效能力降低。不均衡性可用下面的公式进行计算： v ：竺( 2 6 ) f 其中；t 碴异系数，及列车到达、出发问隔时间或作业时间 偏离平均到达间隔、出发间隔或平均作业时间的比值： r 一一列车到达、出发间隔时间或作业时间的均方差： r 一列车平均到达、出发问隔时间或平均作业时间。 第二章列车提速运输组织相关概念分析 v 值界于o 1 之间。v 一0 时，表示列车运行均衡或作业均衡；随 着v 值的增加，不均衡性增加，当v l 时，不均衡性达到最大值。 在本文中，列车到达到达场及由出发场出发的均衡性是列车通过 能力匹配的一项指标，变异系数的大小说明了列车到达到达场及由出 发场出发的均衡程度，从而确定区间列车运行同编组站的匹配程度。 2 5 多种类、多速度、多编成、多行程问题 在实际运行图上存在着不同种类的列车，客车包括快速列车、特 快列车、直快列车、管内快车及旅客慢车等，货车包括快运货车、直 通货车和摘挂列车等。这些种类繁多的列车运行速度不同，因此，列 车运行图上是多种速度列车混行。考虑到真正影响运行图结构的因素 是列车的运行速度，于是按列车的运行速度又可将列车分为以下几 种：快速列车、普快列车、旅客慢车、货物直通列车以及摘挂列车。 在后面的研究中，客车主要是分快速、普快、慢车三种不同的运行速 度考虑的。 无论客车还是货车都存在一个多编成的问题，但是不同的编成对 本文的匹配研究影响不大，因此不做考虑。不同的客车或货车的行程 不尽相同，有的行程较长，有的则是短途列车，我们的研究主要是基 于区段来考虑的，能力也是指某区段的通过能力，即不考虑行程的长 短问题。 2 6 本章小结 本章对本文涉及到的几个重要概念进行了分析，即运输能力有关 概念、速度指标、追踪间隔时间、均衡性问题以及多种类、多速度、 多编成和多行程等概念的含义及在本文中的意义，为以后的研究奠定 了基础。 1 7 北方交通大学硕：卜学位论文 第三章主要干线列车提速的硬 件配置状况调查及提速试验分析 3 1 京沪线硬件配置及提速试验分析 3 1 1 既有设备技术状态分析 京沪线全长1 4 6 3 公里，其线路条件为南北两头较好( 京津段， 沪宁段) ，中间稍差。其中京津段全长1 4 7 公里，三线自动闭塞区段， 地处平原地带，线路平纵断面较好，6 0 k g m 钢轨无缝线路，予应力 混凝土轨枕，弹条扣件，硬质碎石道床，尚有不少平交道口。 沪宁段全长3 0 3 6 公里，建成于本世纪初，已有近九十年的历史。 由于地处长江三角洲平原地带，只有靠近南京附近有小的丘陵，因此 线路平纵断面良好。线路纵坡绝大部分在4 以下，个别坡段达6 0 ， 曲线半径大部分在1 0 0 0 m 以上，也只是在靠近南京地区有为数不多 的半径6 0 0 7 0 0 m 的曲线。路基条件大部分较好，没有大的病害。 因建设年代久远，尚有砖砌墩台的桥梁3 9 座。轨道结构经大修和改 造，钢轨为6 0 k g m 的无缝线路，予应力混凝土轨枕，弹条扣件，硬 质碎石道床，正线道岔5 6 7 组，大部分为1 2 # 固定辙叉式道岔，其中 可动心轨辙叉已铺设1 0 0 多组。a t 型尖轨也已铺设1 0 0 多组。此外 尚有平交道口3 4 0 处。现在信号设备，区间为三显示移频自动闭塞， 车站为6 5 0 2 电气集中。 第三章主要干线列车提速的硬件配置状况调查及提速试验分析 3 1 2 京沪线铁路技改方案 由于我国铁路首次提速试验在沪宁段( 上海南京) 进行，因此京 沪线提速改造是先改造两头，然后由南向北进行，其改造的基本原则 是不做较大的土建工程( 如落坡或调直等) ，以调整超高、更换道岔 和消灭病害为主，使较好线路平纵断面条件的区段行车速度达到 1 4 0 1 6 0 k m h ，除个别点限速外，一般线路平纵断面条件的区段的 行车速度应达到1 2 0 1 4 0 k m h 。 为确保行车安全，沪宁段在9 6 年6 月提速试验前就更换了各站 的道岔，并对线路进行了全面检查和保养，更换了磨耗伤损的钢轨、 轨枕及零部件，对少量曲线的超高进行了调整，以适应提速的要求。 在试验期间轨道检查车每天往返检查线路，配以地面手工检查及时消 灭超限处所。提速试验后又根据试验要求对线路进行改造和完善，目 前是京沪线条件最好的区段。 受京滓城间快速列车开行的要求，京津区间的提速改造己在9 7 年基本完成，除两城市郊外，绝大多数区段运行速度为1 4 0 k m h 左 右，天津到南京的各区段的提速改造也已基本完成，各区段除部分限 速点外，行车速度为1 2 0 1 4 0 k m h 。 经过近三年的提速改造，京沪线线路允许速度有了较大的提高， 沪宁段列车最高运行速度为1 6 0 k m h ，南京蚌埠段为1 2 0 1 3 0 k m h ，蚌埠上海局界为1 4 0 k m h ，济南局管内和北京局管内线 路为1 2 0 1 4 0 k m h 。 3 1 3 京沪线提速试验分析 ( 1 ) 试验概况 第三章主要干线列车提速的碗件配置状况调查及提速试验分析 京沪线提速