（交通运输工程专业论文）编组站能力加强若干问题的研究.pdf

中文摘要 摘要：铁路编组站是铁路运输的基本生产单位，它是“列车的加工厂”。随着我 国铁路运量的不断增长和生产力布局的优化调整，编组站能力不适应的问题，日 益突出。对编组站进行能力加强，是解决这一问题的根本途径。但在编组站能力 加强的过程中，有时站场股道或咽喉区稍有变动，就会影响车站正常的运输组织 工作，这势必又会反过来降低编组站的作业效率，使本己趋于饱和的作业能力更 趋于紧张。如何确定需要能力加强的位置，并合理地设计编组站能力加强方案， 使得既保证正常的编组站生产秩序，又能够最大限度地利用编组站既有资源，是 一个需要认真研究的问题。论文分别从理论和实践两个方面对其进行了研究。 首先，论文从系统工程的角度出发，对编组站系统的构成进行了分析，明确 了编组站系统相关能力的概念，研究了各系统内部单项设备间相互影响的关系及 系统与衔接区间能力的协调问题，并进一步对部分单项设备的能力计算方法进行 了分析。 其次，以上述理论分析为基础，以齐齐哈尔枢纽编组站作为实例，对齐齐哈 尔枢纽编组站进行了能力分析。主要内容包括：运输能力利用率分析，编组站各 子系统之间协调性的分析对比，齐齐哈尔枢纽编组站运输能力限制因素的确定， 及对近期运能情况进行了预测。 最后，论文针对编组站运输能力的薄弱环节，从提高改编系统能力的角度， 提出了两种能力加强的方案。一种方案，在减少资金投入的情况下，利用枢纽内 既有设备，通过运输指挥方式的改变及辅助车场的使用，来提高枢纽内部运输指 挥的灵活性，均衡使用各站场的运输生产能力，实现近期能力的加强；另一种方 案，从长远的观点出发，根据能力的需要，采用站型改建及扩建的措施，提出能 力加强的方案，以便编组站更好地发挥系统整体功能，更有效地完成运输生产任 务。 关键词：编组站；能力；计算；协调；加强 分类号： a b s l r a c t a b s t i 认( t ：r a i l w a ym a 曲a 1 1 i 1 1 9s t a t i o ni st l l eb 硒i cl m i to f m i l w a y 仃 删；p o r t a t i o n 勰 w e n 鹬咀坞订a i nm 锄u f h c t o w i t l lt h es t e a d yi n c r c 鹬i n go f t l l e 仃卸s p 砒a t i o nv o l 啪e 觚dt h e0 p 恤1 1 i 朋a d j l l s 吐i l go fm e 舯d u 嘶v ed i 矧b l i t i o n ，t h e 咖b l 锄也a tc 印a c i t yo f t h e 删吲 1 a l l i l l gs 诅t i i sm s u i t a b l ef o rt l l e 仃a n s p o r t a t i s i 衄i 主i h a v eb c c o m e i n c f e 鹊i n gp r 蛐e n t t oc n h 柚c et l l ec a p a c i t ) ，o f1 h em a r s h a l l 抽gs 枷o ni s t h e f i l n d a m t a lw a yt os o l v el l l ep r o b l e m w 1 l i l ei nm ec a p a c i t ) ，锄| h a n c i i l gp r o c e s s ，t l l e s l i g h tc h 柚g eo f 也en 础o r r o u t cc 蛆a 虢c tt h en o 加a l 仃a r l s p o r t a t i o no r g a l l i 血吕 w h i c ha 1 d u c e st l l ee m c i e i l c yo ft h em 盯s b a l l i i l gs t ；撕o n h o wt 0c 0 i mt h e e n h a i l c i n gl o c a t i 柚dd e s i g nm ee n h 锄c i n g 删e c t w l l i c h 啪目捌聊1 t t h en o 肌a 1 p r o d u c t i o n 鸽w c l l 勰l l s i n gf h ep r c s tr e 愀s i s 锄i m p o r t a t i o n 呻b l 锄t h ea m d e r c s e a r c h e di t 缸 mb o mt l l et l l c o f e t i c 雏dp r a c t i c c f i r s t l y ，蕾r o mt h e 、，i e wo fs y s t 锄s g i n e e r i n 吕m es t r l l c t i l r c o ft h em 掷h a l i i n g s t a t i 锄di t sc o n c c p t i o no fs y s t 锄础l a t i o nc 印a c i 够w 锯趴a l y z e d n 1 t l l ei l l s i d e i m 盯a c d o n a lc o 衄e c d o nb e c w 嘲t h es i n 出ef h c i l i 够锄dm eh a n n o n yc 印a c i t yi s s u e b e 啊咖s y s t e m 锄ds e c t i o nw e r ef e s e 疵b e d t h ec a 【p a c i t yc a l c u l a t i o nm e t h o d 蕾b r m e p a r to f t h es i n 舀es e c t i o nw a sa na _ l y z e dm o r e s e c o n d l y ，t h ec 印a c i t yo ft 1 1 em 绷出a 1 1 i 1 1 9s 铡o nw 鹳锄a l y z e d ，删c h b a s c do n 曲e p 静l h e o r y ，锄dq i q i h a 盯鲰血o nw 够c h o s 鹋缸i l l s t a n c e t h ep r i m a r yc o m t i i l c l u d e d ：觚a l y z c dt h cu t i l 埘f a t eo ft h ec a p a c i 饥c o m p a r e dt l l eh a 】曲o n yb e 咐e n l e s d b s y s t e m s ，柚dc 0 耐- m n o dt l l el i m i t i i l g 白咖ro ft l l ec a p a c i t yi nq i q i i l a e rm a r s h a l l 啦 s t a t i o n 锄dm i mf o r e c a s t c dm et r a n s p o n 撕o nc a p 撕t 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y ；c a l c u l a t e ；h 枷o l l i ； e n b a n c e 拙塞銮通太堂童些亟堂僮j 佥塞旦i 基至 c l a s s n o ： 致谢 本论文的工作是在我的导师周磊山教授的悉心指导下完成的，从论文的前期 准备工作，到最终定稿，周磊山教授严谨的治学态度、科学的工作方法、渊博的知 识及对专业领域深刻的见解，给了我极大的帮助和影响。在此衷心感谢三年来周 磊山老师对我的关心和指导。 在撰写论文期间，孙琦、孙福宝、周际等同学对我论文研究工作给予了热情 帮助，在此向他们表达我的感激之情。 另外也感谢家人，感谢三间房站的站长尤君平，他们的理解和支持，使我能 够在学校专心完成我的学业。 1 绪论 1 1 选题背景 铁路编组站是铁路运输的基本生产单位，它对铁路运输生产、机车车辆周转 和货物送达起着极其重要的作用。我们知道，编组站的建设工程量大、投资多、 周期长，在一般情况下，其作业量是随着铁路运量的增长而逐步增长的。按照路 网发展规划和该编组站在路网中的地位和作用，根据运量增长和运营需求，近远 结合，以近为主，统筹规划，有计划、有步骤地设计和建设初、近、远期工程， 使编组站的规模始终和其所承担的作业量相适应，满足社会运输和经济发展的需 求。这一指导思想已经贯穿于我国较大部分新建的编组站中，使我国新建的编组 站的建设基本上形成了一个共同的规律，即都是从小到大，分阶段发展起来的。 我国铁路工程设计技术手册中规定：“铁路的设计年度分为近、远两期。近期为交 付运营后第5 年，远期为交付运营后第1 0 年。近、远期均采用调查运量。对于可以 逐步改建和扩建的建筑物和设备，应按近期运量和运输性质确定，并考虑预留远 期发展的可能。对于不易扩建或改建的建筑物和设备，应按远期运量和运输性质 确定”。铁路设计部门根据近、远期设计年度运量进行铁路设计，使设计线在交 付运营后第五年的输送能力不小于近期运量，交付运营后第十年的输送能力不小 于远期运量。 目前，我国铁路正处于快速发展的进程中，高速化、重载化和直达化已经成 为前进的主题，全路范围内的生产力布局不断优化调整。由此而来的整体运输形 势也不断发生变化。特别是对于编组站而言，到达车站的车流数量、结构和节奏 变化很大，给编组站的运输生产工作带来很大冲击。为此，铁路编组站必须不断 建设、完善和发展自己，以适应我国铁路新的运输局面。 但是，在编组站建设、完善和发展的过程中，站场股道或咽喉区稍有变动， 就会影响车站正常的运输组织工作，这势必又会反过来降低编组站的作业效率， 使本己趋于饱和的作业能力更趋紧张。如何更好的提高编组站系统的整体能力， 最大限度地发挥既有设备潜力，实现系统资源的优化整合，合理规划下一步建设 方案，实现编组站能力有序、经济地加强，是编组站建设、完善和发展首先要面 对的问题。 为此，论文拟在学习、总结编组站能力计算、协调与加强方面的理论和方法 的基础上，以编组站系统分析为依据，通过提出一定的计算流程、分析方法和解 决方案，为编组站的能力加强提供一种有效的研究思路。 1 - 2 研究意义 编组站扩能改建是一项复杂的工程，它不可能一蹴而就，一下子达到最终状 态，而是根据国情、路情等分阶段逐步实现的。什么时候投入扩能措施，如何有 效地减少施工与正常运营的干扰，所有这些问题，在我国编组站发展的过程中， 一直都没有得到比较令人满意的解决。因此探讨搞好编组站发展的途径，在逐步 完善配套及分阶段推广应用已研制成功的编组站现代化科技成果的前提下，逐步 实现我国铁路编组站的现代化已成必须。而具有中国特色的编组站，也将展现在 中国的铁路网上。 本文围绕编组站能力的计算及加强，结合分阶段扩能的特点，利用枢纽内既 有设备，通过运输组织方式的改变，提高系统内指挥的协调性，从丽达到提高编 组站能力的目的，为全路枢纽地区的运输组织方式的优化改进，提供了范例，具 有很好的借鉴意义。 三间房编组站通过能力的加强和提高，为哈局西部运输通道的畅通提供了保 障，亦满足了满洲里口岸货运增量的需求，这必将进步促进中俄贸易的持续发 展，为欧亚经济做出新的贡献。 1 3 现状分析 1 3 1国外编组站发展概况 二十世纪五十年代以前，国外铁路编组站约3 0 0 0 处以上，但改编作业量较大( 每 昼夜1 0 0 0 辆以上) 的主要编组站只占3 0 左右，约1 0 0 0 余处。国外的这些编组站， 建成时间早，数量很多，但由于受历史上上业和铁路无政府状态自发性发展的影 响，起初编组站的形成和发展极不平衡，数量虽多但能力小，未能充分发挥编组 站应有的功能。进入二十世纪五十年代以来，一些主要资本主义国家垄断资本进 一步集中，先后实现了铁路国有化。同时随着社会经济的发展，运量开始急剧增 长，各种交通运输方式蓬勃发展，为了与其他交通运输方式竞争以谋取最大利润， 这些国家不得不对编组站的发展设计进行优化研究，从而在若干小型落后的编组 站基础上形成了现代化的大型编组站。这些编组站建设与发展的共性主要体现在 以下几个方面： ( 1 ) 编组站均由一般采用的双向布置图型改为单向布置图型作为新建和改建 2 编组站的发展方向，且有为数不少的主要编组站采用不设专用出发场，按到达场 和调发场纵列布置的二级式图型，节省了工程费用和占地面积，提高了编组能力。 ( 2 ) 到达场和出发场股道数量一般在8 1 0 股及以上，后者稍多l - 2 股，股道有效 长相同，平均在4 0 0 7 0 0 米左右( 货物列车短、小、轻) 或8 0 0 米以上( 货物列车长、大、 重) 。调车场股道数量一般均在3 2 股以上，5 0 6 0 股的占相当大比重，其股道有效长 通常比到发场股道有效长增加1 0 左右。 ( 3 ) 在调车设备上的共同特点是，凡改编作业量很大的编组站( 般每昼夜改编 作业在6 0 0 0 8 0 0 0 辆) 都设有机械化或自动化驼峰。 ( 4 ) 提高改编能力的主要措施是：首先着眼于实现驼峰自动化，采用驼峰双溜 放，增加调车场、到发场股道数量，同时实现调车场尾部编组列车现代化和自动 化。 ( 5 ) 编组站不断向综合自动化方向发展，更广泛地在编组站应用电子学、控制 理论和电子计算技术新成果，编组站的作业效率、作业安全质量和作业条件得到 进一步的综合提高和改善。 大量的研究和实践证明，国外的这些做法，可使编组站通过分阶段发展达到 用较少的l 程投资和运营费用，获得较大的设备能力、较高的作业效率、较好的安 全条件和较多的经济效益的目的。因而近年来，世界各国铁路都非常重视编组站 分阶段发展设计优化的研究工作。特别是近一、二十年来，随着现代数学和电子 计算技术的广泛应用，一些科技和工业发达的国家，在铁路编组站分阶段发展设 计方面做了大量的科学研究工作，并取得了很大进展。有一些国家，把铁路编组 站分阶段发展设计优化工作作为运营编组站挖潜扩能的一项重要措施，作为编组 站设计过程中一个不可缺少的步骤和内容。如俄罗斯等一些国家在设计编组站各 部分设备时，依据运量的计算年度确定了几项原则，其中一项为在满足运营需要 的前提下，尽可能地分阶段逐步建成编组站，使基建投资发挥最大效益，如交付 运营时的股道数量等。另一项是留有发展余地，即为了不影响编组站远期发展， 设计时应留有发展余地，以便规划好远期发展规模和用地范围等等( 1 】。 1 3 2 我国编组站发展概况 解放前，我国铁路编组站数量少，规模小，设备十分落后，布局也很不合理。 在当时的设备状态下，编组站的通过能力和改编能力都很小，致使车辆周转时间 十分缓慢，货物送达时间也大大延长。新中国成立以来，我国铁路新建和改建了 大量编组站。通过勘测、设计、施工和运营实践，在编组站设计和运营方面取得 了很大成就，积累了极其丰富的经验，对我国今后编组站的建设和发展有着重要 的参考价值 2 ，主要体现在以下几个方面： ( 1 ) 新建和改建了一大批编组站，改变了旧中国铁路编组站的基本面貌，在全 国重要枢纽地区建成了能力强大的路网性编组站，保证了全路重要枢纽及其联结 的主要干线的畅通，而且在大宗货物流产生和消失地，建成了批工业、矿区、 港湾编组站，为组织始发直达列车，发展和促进铁路运输直达化创造了有利条件。 ( 2 ) 编组站站型基本上都采用站规推荐的四种图型，或因地制宜地采用一 些在四种图型基础上作必要修改的派生图型；到达场、出发场股道数量平均每场 约8 股，有效长8 5 0 1 0 5 0 米的占半数以上；调车场股道数量平均每场约2 1 股( 包括编 发线) ，有效长半数以上为8 5 0 1 0 5 0 米；半数左右编组站采用半自动化驼峰，且正 向自动化驼峰方向发展。 ( 3 ) 编组站的调车设备和站内通信设备有了很大发展，从而大大提高了编组站 的改编能力和作业效率，加速了机车作业安全条件，减轻了调车人员的作业强度、 加速了车辆周转，改善了调车人员的作业安全条件。 ( 4 ) 编组站在发展过程中，参考了国外的一些方法，合理调整了编组站的布局， 明确了编组站的分工，科学地确定r 各编组站所需要的能力和规模，留有发展余地 并保持一定的弹性，同时根据它们担当的任务、站情及我国的国情和路情，分层 次、分阶段地实现，并逐步完善配套，形成了综合能力。 ( 5 ) 编组站已向模式化、标准化、系列化发展方向迈进，并正逐步实现编组站 技术改造的高级阶段一一综合自动化，以求进一步提高编组站的作业效率和上作 质量。 1 3 3 编组站的分类 9 0 年代初的车流及全路编组站的位置、性质、站型、作业量等资料进行综合 分析表明：我国铁路平均运程己从5 0 0 公里提高到7 5 8 公里；铁路运量中平均运程比 例，从大于5 0 0 公里占3 0 发展到大于7 5 8 公里占3 1 6 。由于远程车流有了较大增 加，对路网车流组织影响大，因此在位十路网、枢纽地区的主要地点设置一定数 量的大型编组站，编组大量技术直达列车和直通列车是必要的。平均运程小于5 5 0 公里的车流还占6 1 1 ，在全路编组站设置了相当多的担任这部分车流组织的编组 站。对位于铁路干线交会的重要地点设置大中型编组站，它们对一定区域范围及 路网车流组织影响较大；对铁路干支线交会点或铁路枢纽地区、港口、工业区，设 置承担短程车流组织为主兼办中、远程车流组织的编组站。各类编组站的作业量、 技术装备也都有较大的提高和发展。各类型编组站所处位置、作业性质、作业量、 站场布置图型及技术装备等规定如下【3 】： 4 ( 1 ) 路网性编组站 路网性编组站是位于路网、枢纽地区的重要地点，承担大量远程中转车流改 编作业，编组大量技术直达列车和直通列车的车站，宜设计为大型编组站。它一 般衔接3 个及以上方向和编组3 个及以上方向列车；编组2 个及以上去向技术直达列 车和直通列车方向之和达到6 个：日均解编作业车达6 0 0 0 辆；设有单向纵列式、双 向纵列式或混合式图型的站场，采用自动化或半自动化驼峰及调车场尾部调车集 中控制等技术装备，并逐步实现编组站作业综合自动化。 ( 2 ) 区域性编组站 区域性编组站是位于干线交会的重要地点，承担较多远程和中、短程中转车 流改编作业，编组较多的技术直达列车和直通列车的车站，宜设计为大、中型编 组站。它一般衔接3 个及以上方向或编组3 个及以上方向列车；编组3 个及以上去向 的技术直达和直通列车；日均解编作业车达4 0 0 0 辆；设有单向混合式、纵列式或 双向混合式图型的站场，采用半自动化或自动化驼峰和调车场尾部调车进路集中 控制等技术装备。 ( 3 ) 地方性编组站 地方性编组站是位于铁路干支线交会或铁路枢纽地区、大宗车流集散的港口、 工业区，平要承担短程车流改编作业，编组部分直通和技术直达列车的车站，宜 设计为中、小型编组站。它一般为编组2 个及以上去向的技术直达和直通列车，日 均解编作业车达2 5 0 0 辆；设有单向混合式、横列式图型型站场，采用半自动化或其 它控制设备的驼峰和根据需要设调车场尾部调车集中控制等技术装备。少量位于 枢纽地区的地方性编组站，起着辅助枢纽内主要编组站的作用，即辅助性编组站。 明确了编组站的分类及其设置条件，在设计中就可以根据编组站所处的位置和作 用，近、远期改编车流性质、数量以及远景路网规划和作业量确定所设计的编组 站类别，然后按分期建设、分期受益的原则，设计出适应于该编组站各个阶段所 承担作业量的不同规模的编组站。 1 3 4 我国铁路编组站现状及存在问题分析 我国铁路新建和改建的编组站，多数站型选用恰当，平面布置紧凑，纵断面 设计合理，进出站线路设置灵活，分阶段发展适时，从而为全路货运车流组织合 理化，以及完成全路货物运输任务，加速车辆周转，作出了重大贡献。部分编组 站的设计和建设达到了国内外先进水平。目前，我国铁路拥有担当货物列车改编 作业的技术站约1 7 3 处，其中编组站4 6 处。在这现有的4 6 处编组站中，按在铁路网 中的地位和作用、分布地区及采用图型分类方法如表1 所示。 表1 全路4 6 编组站分类表 这些编组站为完成历年来繁重的车流组织任务，作出了重大贡献。全路拥有 的4 6 处编组站中，全都设有驼峰设备。在这6 5 座驼峰( 设两座驼峰的双向编组站占 1 9 处) 中，大型驼峰( 设3 0 股以上调车线和驼峰间隔制动位) 6 座，占9 2 ，中型驼峰 ( 设2 0 3 0 股调车线和驼峰间隔制动位) 3 1 座，占4 7 7 ，小型驼峰( 设7 - 1 9 股调车线， 不设驼峰间隔制动位) 2 8 座，占4 3 1 6 5 座驼峰中有4 9 座为自动、半自动和简易半 自动化驼峰，占7 6 9 ，表明我国驼峰现代化己开始进入世界先进行列。在编尾调 车区，基本上能满足编组任务的多条足够长度的、有平行作业的牵出线，加快了 编组速度，并加设编尾防溜装置，有利于列车的编组作业。 编组站的其它现代化设备，如货车信息自动化管理系统，编尾调车区道岔电 气或微机集中，站内调车无线通信设备，内燃调车机，在我国编组站上已推广应 用。但其股道数量，根据现场情况表明，普遍偏少，已严重限制各个编组站的通 过能力和改编能力。由于编组站的建设与改造是一项投资大、时间长、范围广的 系统工程，涉及面广，影响因素多，而在我国编组站发展过程中，也反映出了一 些问题有待解决： ( 1 ) 编组站建设和发展缺乏较长远的、全面的总体规划。编组站所需要的通 过能力和改编能力，是随着运量的增加而发展的。但各个编组站的建设，存在不 同程度的“各自为战”的现象，缺乏较长远的、全面的总体规划，以致造成全路 编组站建设规模、建设时机和铁路运输的发展与运量的增长不尽合拍，编组站综 合能力不能适应运量的发展要求。要么年年投资，不间断施工扩建，干扰正常运 营，降低车站有效生产能力，要么过早投资，不能充分发挥经济效益，造成资金 的积压浪费。因此，如何统筹安排，使编组站发展速度与需要能力增长速度相适 应，不断提高各个编组站设备能力水平，以适应社会主义市场经济向前发展的需 要，是编组站分阶段发展需要解决的，也是值得进一步研究的核心问题。 ( 2 ) 编组站系统内部及与所衔接的线路能力不协调。编组站作为路网中的一 个系统，外部连接邻接区间，内部又含有许多子系统，邻接区间与子系统间及予 6 系统间是互相联系、互相影响的。但据调查，由于长期缺乏一个整体的路网规划 和合理布局方案，修建和改造编组站时又未充分考虑到将要引入的新线，或者未 考虑可能由于采取修复线，双插、上电化、上自动闭塞、调度集中、缩短区间追 踪问隔时分等提高线路通过能力的技术措施而储备应付这些变化的足够能力和弹 性，不少编组站存在内部子系统及与所衔接线路的能力不协调问题。如站内列车 到发系统的通过能力与调车系统的改编能力不匹配：驼峰、调车线、编尾牵出线作 业能力互不匹配等问题。这从整体上也制约了编组站的通过能力和改编能力，使 编组站能力缺乏一定的弹性，不能满足我国发展社会主义市场经济的需要和货主 面向市场的要求。应根据各个新建或改建编组站近远期担当的任务，认真考虑技 术上的可能性与经济上的合理性，研究确定应选用的合理站型和各个发展阶段的 建设规模。并按照点线能力协调、到解编发能力协调原则，以及发展重载、高密 度运输的需要，同时，考虑到适应社会主义市场经济发展和运营调整的需求，设 置足够数量的股道，使编组站有较大的弹性。因此，需要对编组站技术设备的三 个要素，即调车系统设备、站型规模和股道数量的协调发展找出解决的方法和思 路，为提高编组站能力创造条件。本文将从系统工程的角度出发，运用现代科学 技术完善各种单项设备的能力计算方法，研究解决各项设备间能力的协调问题， 找出影响编组站能力的不利因素；分析编组站分阶段发展设计方案，井提出系统 内部协调发展的基本思想；进一步优化枢纽运输组织方式，最大限度发挥内部的 潜力。 】4 论文研究思路和内容安排 研究思路：本文以编组站能力如何加强这一现实问题为出发点，在学习和总 结既有编组站能力计算、协调与加强方面的理论和方法的基础上，运用系统分析 方法对编组站系统进行分析，并研究各子系统相应的能力计算方法。以此为理论 依托，以齐齐哈尔枢纽编组站为实践对象，从该编组站能力分析入手，详细研究 该车站现有运输能力利用率以及各予系统之间的协调性，查找出影响编组站能力 的限制因素，并针对该影响因素，在对近期运能预测的基础上，从充分利用既有 设备和实施改扩建两个角度，提出了编组站能力加强方案，为实现编组站能力的 加强提供依据。图1 是研究思路流程图。 论文的主要内容，包括如下六个章节，现分别描述如下： 第一章：绪论。针对本文的研究背景、研究意义、研究现状进行了阐述介绍。 第二章：编组站系统能力分析。首先从宏观上对系统的概念进行了说明，在 此基础上阐述了编组站系统的构成，然后对编组站各子系统的能力协调进行分析， 7 并对点线系统的能力协调问题，也给予了一定的分析。 第三章：编组站能力计算分析。以单向二级四场编组站为例，首先对其通过 能力的计算方法进行了一定的研究；然后，从驼峰解体能力、尾部编组能力两个 方面对编组站的改编能力计算方法进行了分析。 图1 研究思路流程图 第四章：齐齐哈尔枢纽编组站运输能力分析。首先对铁路枢纽的地位及作用 进行了简要介绍，然后对齐齐哈尔枢纽的现状进行了说明，通过现有运输能力利 用率分析及各子系统之间协调性的分析，确定影响齐齐哈尔枢纽编组站通过能力 的限制因素，并对近期的运能情况进行了预测。 第五章：齐齐哈尔枢纽编组站能力加强方案。针对影响编组站的限制因素， 首先考虑了在充分利用既有设备的前提下，通过改变枢纽内部的运输组织方式， 来实现编组站能力的提高。另一方面，从长远观点出发，通过进行站场的改建及 扩建，以达到编组站系统运输能力的加强，并实现与相邻区间线路通过能力的协 调。 第六章：结论。详细阐述论文的主要结论。 8 2 编组站系统能力分析 2 1 系统的概念 所谓系统通俗地说就是有组织、有秩序地达到某种目的的一个组合体 4 】。对 于系统这个概念有各种定义，但代表性的说法是：有若干个可以相互区别而又相互 联系和相互作用的组成部分( 单元) 结合而成的，且处于一定环境中具有特定功能的 有机整体。由系统的这一概念，可以看出，作为一个系统，一般地说具备下述几 个特征： 1 系统的有序性( 层次性) 。系统往往是以多级递阶结构组成的，一个大系统可 以一分再分，以致分到组成系统的最小单位。 2 系统的集合性。一个系统至少由两个或两个以上相互区别的子系统组成。 3 系统的相关性。组成系统的各单元是相互联系、相互作用的，这种相关性说 明系统组成单元间的关系。 4 系统的整体性。组成系统的每个单元都具有独立的作用，单元间的相互联系， 只能逻辑地统一和协调于系统的整体之中，才能发挥系统的整体功能。 5 系统的目的性。目的性系统都具有明确的，并非完全单一的定量目标。 6 环境适应性。任何一个系统必然要与外部环境产生物质、能量和信息交换， 即适应外部环境的变化，才能达到大系统的总目的与子系统的分目的。 7 环境改造性。构成社会系统的人类具有改造无机系统和生物系统的能力，这 个能力是在“生产”中体现出来的。 以上几个特征，前四个属系统的共性，后三个属生物系统或社会系统的特性。 2 2 编组站系统构成 铁路编组站，是由到达场、驼峰、调车场、牵出线、出发场、机务、车辆等 设备组成的系统。到达场，为改编列车办理上峰准备作业提供场所：调车驼峰，用 以解散车列；调车场，供解散的车辆集结、停留等。即编组站的各单元都有它特 殊的功能，而且这些单元都是为了一个共同的目的车辆改编作业而设置的。 铁路编组站在路网系统中也只是一个属于更大系统的子系统。而编组站的各个组 成部分，也可以看作编组站系统的子系统，因为它们也都符合系统的定义。当然， 编组站作为一个系统，除具有系统的四个共性外，它还具有明确的目标，还要通 过车流的输入与输出和外部环境联系并受其影响，并通过其中的工作人员将其能 力以“生产”的形式体现出来，因此，它也具有系统的三个特性。如其目的性， 9 在一定投资额的条件下，使编组站改编能力和通过能力达到最大；其环境改造性 为通过编组站的建立和发展使资源得以开发，地区间经济得到相互沟通；其整体 性表现为编组站系统的能力，不是其各个子系统能力之和，而是受其中能力最小 的子系统控制，故其子系统只有相互协调才能充分发挥效益，等等。铁路编组站 既然可以看作一个较庞大的综合系统，那么就可以根据系统论和排队论的观点及 列车( 车辆) 在车站的作业过程，将其分为三个独立的子系统，即到达一解体( 到解) 子系统，集结一编组( 编组) 子系统和出发一发车( 出发) 予系统，并建立子系统的排队 模型如下图2 。 出量警_ t 图2 编组站系统构成图 编组站系统的外部环境是衔接区间的运量和单位运量需要的作业时间，它必 须适应外部环境的变化。而其内部特征，则由状态变量和可控变量描述，有关其 内部特征后面叙述【5 】。现将各子系统构成分析如下： 1 到解子系统 由列车自区间到达时起，经过列检、推峰至车列解体完毕为止。可视为二级 串联排队服务系统：第一级为列检服务系统，当有几个列检组时，为多通道排队服 务系统；第二级为解体服务系统，当驼峰作业实行双推单溜时，为单通道排队服 务系统。 2 编组子系统 车列自驼峰解体后，经过集结、编组形成新的车列，在调车场线路配足的前 提下，编组子系统可视为一级排队服务系统。当配有多台编组用调车机车作业和 多条牵出线时，可视为一级多通道排队服务系统。 3 出发予系统 由车列自调车场牵出( 中转列车为接车) 时起，经列检后向区间出发时止。也可 视为二级排队服务系统，第一级为列检服务系统，当有几个列检组时，为多通道 排队服务系统；第二级为区间发出服务系统，当衔接几个区间时，为多个单通道排 队服务系统。编组站的主要任务是改编车辆，在编组站改编的列车，需顺次经过 上述三个子系统，完成到达、解体、集结、编组和出发等作业。 根据编组站和区间各组成单元的相应功能，可将编组站看作由系列顺序和 平行布置的排队服务系统和网络所组成，它与编组站布置及其采用的技术作业过 程有关。 2 3 编组站系统能力协调分析 系统分析是从系统长远和总体最优出发，在选定系统目标和准则的基础上， 分析构成系统的各个层次的子系统的功能和相互关系，以及系统与外都环境的相 互影响。它是系统工程的核心和基础。在应用系统工程的思路和方法分析和研究 编组站分阶段发展设计的问题时，应从系统的角度去观察、分析编组站有关问题 的各个方面和影响因素，并应用现代科学技术，定量地处理系统各个组成部分的 关系，使编组站系统达到总体最优状态。 2 3 1编组站系统能力的概念 ( 1 ) 编组站能力的基本概念 铁路运输业是一种特殊的产业，因此具有特殊的供给特点。其产品是客货的 位移，产品在其生产过程中同时被消费，不具有实物形态，不能位移，不能储存， 因而运输的供给首先是能力，是分布在一定空间上的能力。运输的首要目标是满 足国民经济对于分布于一定空间的客货位移的需求数量。组站作为铁路货物运输 的一个基本生产单位，脱离不了其特殊的供给特点，供给首先也是能力。编组站 系统是由许多子系统、众多的设备( 固定设备和移动设备) 组成的，每项设备都有其 各自的设备能力。编组站一经建成不再变动，其供给能力主要取决于编组站内各 设备能力之合理匹配，取决于技术设备的良好性能及行车组织力法，同时也取决 于运输人员的配备及业务素质、技术水平。当技术设备等因素确定后，其运输能 力的大小就只取决于单项设备的能力匹配情况。而运输是一个连续的过程，系统 内的各项设备在运输过程中是相关的，有些是串联的，有些是并联的，系统的最 终输送能力决不是单个设备能力的简单叠加，丽是它们在运输过程中相互并联产 生的一种综合能力。为了准确地定义编组站系统的能力，我们应当引进系统综合 能力的概念。 编组站系统综合运输能力是系统内所有设备合理匹配、有机结合，通过科学 组织所能够承载的最大货物输送能力【6 】。系统综合运输能力常又受到系统中能力 最薄弱设备的制约，这个设备的能力就成为系统能力的瓶颈，而其它设备的能力 就出现多余，多余的能力得不到发挥，造成设备资金积压。要提高系统的综合能 力，就要首先扩大瓶颈的能力，从而提高其综合能力水平，使投资达到最大效益。 在实际工作中，通常把综合运输能力区分为三个不同的概念，即现有运输能力、 需要运输能力和设计运输能力。其各自含义不难理解。计算需要运输能力和设计 运输能力时应考虑留有必要的后备。后备值应根据设计规范有关规定和技术经济 论证，就每一项具体设备确定。在一般情况下，后备运输能力约为设计行车量的 1 0 2 0 现有运输能力可根据每一单项技术设备计算。 综上所述，我们在谈及编组站能力的时候，不仅仅是指有各项设备所形成的 改编能力和通过能力，更重要的是还要涉及到它的综合能力。有了这几个方面的 概念，我们就可以针对运能与运量增长不相适应的矛盾，从我国铁路编组站实际 情况出发，研究技术经济效果较佳的编组站各项设备的能力、数量及合理负荷， 适时地投入扩能措施。无论是新建车站还是运营中的既有站，都要计算其通过能 力、改编能力，以检查该站是否能满足干线运量要求，并可找出设备和作业组织 中的薄弱环节，以便及时加强，有计划、有步骤地进行车站的改扩建。后面将分 述其各项设备能力的确定方法。 ( 2 ) 编组站系统的综合能力 正是由于编组站是复杂的运输系统，各子系统的能力及其工作状态又都是相 互联系的，也就是说任何子系统的技术设备和工作组织的改变都会引起其他子系 统工作条件的变化。因此，在确定编组站系统综合能力时，应当对车站各子系统 的设备和工作组织加以综合研究，以期获得系统综合能力的最优值。编组站系统 作为铁路运输系统四大主干系统之一，也具备明显的层次结构，其层次结构图如 图3 所示。 图3 编组站系统综合能力层次图 了警劈一磋 因此，我们在谈及编组站系统综合能力的时候，应考虑到指的是静态综合能 力还是动态综合能力。静态综合能力受编组站各种设备中能力最小的那种设备控 制，可以说，“卡脖子”设备的能力在一定程度上就反映了系统的综合能力，因 此，编组站静态综合能力可通过对编组站通过能力和改编能力取最小值来表示， 即： _ = = n l i n - ，妇，坛，心 ( 2 - 1 ) 而编组站动态综合能力，只能用系统科学理论依据各项技术设备的能力及各 生产环节间的能力协调关系对其进行分析。为了保证车站各子系统工作的协调， 必须研究车站所有子系统各个参数之间的关系，并从整体最优的原则来确定各个 子系统的能力、设备数量和作业组织方法，从而体现出合理运输组织协调、合理 规划的积极动态意义。而编组站各子系统设备和作业组织的最优匹配方案，可以 根据与列检、驼峰和编组机车能力有关的车辆停留费用、到发车场和调车场线路 的投资以及加强列检、驼峰和编组机车能力的费用等换算支出最小的原则来确定。 对所有控制变量计算每一方案的年度换算费用，选择其年度支出费用最小的一个。 控制变量中的任一个发生变化，都会引起其它子系统工作条件的改变，从而编组 站的综合能力也会做出相应的变化。 ( 3 ) 编组站系统需要的能力 目前，由于我国铁路编组站设备的发展速度落后于改编作业量增长的速度， 使8 0 以上编组站的能力超过负荷或接近饱和。编组站在高负荷条件下工作，在列 车密集到达周期内，所造成的非生产停留时间，其经济上的损失是巨大的。显然， 列车在等待解体时，不仅造成货物在途延误，而且造成车辆停留的延误。因此在 设计编组站和研究其技术作业过程时，编组站的容量和能力必须具有在经济上合 理的后备能力，以减轻不均衡运行的影响和保证列车以合理的进程出发。为此我 们必须根据社会经济发展的状况，对编组站所需要的能力有充分的准备，以便用 于编组站设备的发展工作中去。 编组站需要能力的增长速度、具有能力的发展速度、储备能力之间应有如下 关系： y = 卜( 卜t ) = a t ( 千元月)( 2 丑) 式中：卜- 具有能力发展速度，千元月； 一一保证车站需要能力的每阶段投资额，千元； 卜_ 车站每阶段发展周期，月； t 一车站每阶段建设周期，月； ( 严亡) 车站每阶段维持正常运输时间，月。 车站具有能力发展速度取决于投资额和建设周期，随着车站发展速度的提高， 1 3 车站维持正常运输的延续时间将增加。当车站具有能力发展速度与需要能力发展 速度相适应时，车站维持正常运输的延续时间等于零。当车站发展速度低于需要 能力的增长速度时，车站就会超负荷运营。 编组站需要的通过能力和改编能力，是随着运量的增加而发展的。也就是说 运量的增长与否，增长多少或增加的快慢程度，将直接决定车站的发展速度。货 运量是货物的发送吨数，即一定时期内铁路运输部门实际运送吨数，它从一个侧 面反映了运输业为国民经济服务的数量关系阴。影响货物运量生成的主要因素如 下： ( 1 ) 国民经济的发展速度和规模。货运量的增长速度同国民经济增长速度这间 有着密切关系，一般情况下，它总是给货运量带来正增长。 ( 2 ) 经济结构的变动，特别是上业内部结构的变动对货运量有重要的影响。 ( 3 ) 能源及火力电站建设布局对货运量的影响最为直接。其发展直接影响着货 运量的增长。 ( 4 ) 冶金工业发展规模、速度和布局对货运量的增长至关重要。 ( 5 ) 基本建设投资、房建工程数量和货运量增长也密切相关。随着建筑材料、 建筑技艺的发展，建筑用料品类上会有所变化，这些也是货运的主要对象。 ( 6 ) 国家经济体制的转变及有关政策的变化也会对货运量的增长产生影响等 等。 2 3 1 2 能力协调与编组站发展的关系 编组站是一个复杂的大系统，在这个系统中存在着众多的相互影响因素，要 想使编组站充分发挥作用，应根据系统运能的要求，对系统的能力进行协调，使 编组站形成最佳的综合能力。能力协调，是指所有生产环节( 或各项技术设备) 的能 力均处于最大能力大于需要能力状态，而且需要能力等于合理负荷量( 合理负荷是 指设备在经济和技术上的合理利用程度) ，最大能力等于合理储存能力与需要能力 之和。系统能力协调主要是指点系统及点线系统之间的能力协调。而编组站系统 能力协调是指编组站各项主要作业设备能力之间的协调，即到达场通过能力、驼 峰解体能力、牵出线编组能力、出发场通过能力之间的协调。其中驼峰设备作为 编组站系统的关键环节，对系统的最终能力有着决定性的影响，其它设备应以驼 峰能力为目标与之匹配，才能达到较好的运营效果。此外，将枢纽看作放大了的 点系统，还存在编组站改编能力与枢纽内装卸车能力的协调，以保证车流的供应 与消化。点线和编组站内部能力协调问题的研究在于求得点线所形成的综合能力。 综合能力的大小取决于点线及编组站内部主要设备间能力的合理匹配，因此从系 1 4 统工程的角度出发，在分析点线及编组站内部主要设备问在运输过程中的性质和 作用及分析编组站各子系统的作业过程和设备协调关系的基础上，用一些数学方 法分析计算其合理的设备数量和负荷，确定各自在完成相同行车量条件下以多大 能力相配合比较适宜是可行的。由于我国既有编组站内部到、解、编、发问及编 组站与所衔接区间间的作业能力一般是不协调的，限制了编组站综合配套能力的 发挥，为此从根本上解决它们之间能力协调的问题，既考虑经济上的有利性，又 兼顾技术上的可行性，保证在资金有限的情况下进行编组站分阶段发展设计时， 其负荷水平一般不超过技术上可行的负荷，并据此进行设备能力的加强，有必要 研究设备间的能力协调问题，从而可从设备投资和合理作业组织中切实加强薄弱 环节，逐步消除制约因素，以求得最大的经济效益和社会效益。 2 3 3系统能力协调分析 根据前述的分析，对于编组站的三个子系统来说，以各子系统中设备能力的 量比关系来反映系统能力的协调较为合适，为此定义量比系数为编组站在完成一 定改编作业量的条件下，驼峰合理负荷与到达、编组、出发