（安全技术及工程专业论文）编组站系统结构分析及能力协调研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i 页 a b s t r a c t 。1 1 l em a r s h a l l i n gs t a t i o ni st h ek e yr a i l w a yn o d e b yr e s o r t i n gv e h i c l ef l o w s o f e a c hd i r e c t i o n , i tu n b l o e k sr a i l w a yh u b a n ds e r v i c e se c o n o m yc o n s t r u c t i o n s o t h ec a p a c i t ya n dt h et r a n s p o r t a t i o no r g a n i z a t i o no fw h i c hm a k e st h ei m p o r t a n t e f f e c t so nt r a n s p o r t a t i o nn e t w o r k a f l e rr e f o r ma n do p e n i n g - u po fo u rc o u n l l - y , t h em i l w a yh a v eb e e nf a c i n g t h ec h a l l e n g e ，w h i c hi sb u i l d i n gs p e c i a lr a i l w a yl i n ef o rp a s s e n g e r sa n dh a v i n g t h ei m p a c to nt h ep r i n c i p l eo f d r a w i n gb a l a n c e ds y s t e mo f t r a i nr u n n i n gd i a g r a m o w n i n gt op a s s e n g e ra n df r e i g h tm i x e dr a i l w a ya n dt h es i x t hs p e e d i n c r e a s e ，i t m a d et h es y s t e mo f a r r i v ea n dd e p a r t u r eu n b a l a n c e d 1 1 1 eb a l a n c e ds t a g ep l a no f t r a n s p o r t a t i o nm a k e sg r e a te f f e c t so nu s i n gf i x t u r e s 、v e h i c l ef l o w sj o i n i n ga n dt h e m i dt i m et a r g e t , i tl l e , p d i $ t oa n a l y z ec a p a c i t yo fm a r s h a l l i n gs t a t i o nw i t hv e h i c l e f l o w sa n dc o o r d i n a t et h es y s t 即ac a p a c i t ya n dt r a n s p o r t a t i o no r g a n i z a t i o nt os o l v e a b o v ep r o b l e m s t h i sp e ra n a l y s e se n v i r o n m e n t sa n df u n c t i o n so ft h em a r s h a l l i n gs t a t i o n s y s t e mb yu s i n gs y s t e mm e t h o d ，i n t r o d u c e s t h et r a d i t i o n a lm e t h o dw h i c h s e p a r a t e st h er n a r s h a l l i n gs t a t i o ns y s t e mi n t os u b s y s t e m sb yv e h i c l eo p e r a t i o n p r o c e s s ，a n dp u t t sf o r w a r da n e wt h o u g h tt os e p a r a t et h em a r s h a l l i n gs t a t i o n s y s t e mi n t os u b s y s t e m sb yt h ef u n c t i o no fm a r s h a l l i n gs t a t i o n , o n ei st h ea r r i v e a n dd e p a r t u r es u b s y s t e ma n dt h eo t h e ri s r e s o r t i n go p e r a t i o ns u b s y s t e m b y a n a l y z i n gt h ea n b a l a n t e dv e h i c l ef l o w so fm a r s h a l l i n gs t a t i o n , t h ev e h i c l ef l o w s a r es e p a r a t e di n t o 也ed e n s e 、t h en o r m a la n dt h es p a r s eo nt h eb a s i so ft h e i n t e n s i t yo fi n p u tf l o w s ；t h e nt h i sp a p e rt h i n k st h em a r s h a l l i n gs t a t i o nc a p a c i t yi s n o ti m m o v a b l ea n dc h a n g i n gw i t ht h ev e h i c l ef l o w s b yc o m b i n gt h ea n a l y t i c a l c a l c u l a t i o n so fc a p a c i t yw i t ha n a l y z i n gt h e n o n p r o d u c t i v et i m e , s u c ha st h e i m m o v a b l et i m e 、t h ew a i t i n gt i m ef o r b r e a k i n gu p 、t h ew a i t i n gt i m ef o rd e p a r t u r e a n ds oo n b a s i n go nt h ef u n d a m e n t a lo fs y s t e mc o o r d i n a t i o na n df u z z y m a t h e m a t i c s ，t h i sp a p e re x p a t i a t e st h ec o o r d i n a t i o no f m a r s h a l l i n gs t a t i o ns y s t e m a n ds e t su pm e m b e r s h i pf u n c t i o nf o rm a r s h a l l i n gs t a t i o ns y s t e m n ep a p e r e x p o u n d st h eu n b a l a n c e dt r a n s p o r t a t i o nm e t h o do f m a r s h a l l i n gs t a t i o nf r o mt h r e e l e v e l sw h i c ha r em a r s h a l l i n gs t a t i o ns y s t e me n v i r o n m e n t 、m o n o m i a lo p e r a t i o n c a p a c i t ya n dw h o l ec a p a c i t yo f m a r s h a l l i n gs t a t i o n a tl a s t ，i tm a k e sa l le x a m p l e o fc h o n g q i n gw e s ts t a t i o nt oa n a l y z ev e h i c l ef l o w sa n dg i v et h em e a s u r e sf o r c a p a c i t yc o o r d i n a t i o n 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 ii 页 k e yw o r d t h es y s t e mo fm a r s h a l l i n gs t a t i o n ；s y s t e mc a p a c i t y ；u n b a l a n c e d t r a n s p o r t a t i o n ；c o o r d i n a t i o n 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 论文研究的意义 编组站是铁路枢纽内组织货车车流的专业站，通过对所衔接方向的车 流进行改编作业实现枢纽畅通，服务于国民经济建设。它由到达场、驼峰、 调车场、出发场、牵出线、机务、车辆等设备组成动态系统。到达场是为 改编列车办理峰上作业的场所：驼峰用于解体列车；调车场供车辆集结、 停留：牵出线牵出列车；出发场发出列车l ”。 编组站是复杂的运输系统，各种设备的需要能力及其工作状态相互关 联，一个环节出现问题就会影响邻接的环节，扩大到全站，进而影响衔接 区间的列车运行和邻站的运输工作。车站工作的质量和能力，在很大程度 上与车站各项技术作业之间的协调，以及车站工作与区问列车运行之间的 配合有密切的关系。 编组站的作业主体有调中转车要完成到达、解体、集结、编组、 出发等一系列作业过程。在完成各项作业过程中，要采取合理的工作组织 和先进的工作方法，以缩短各项作业时间，但是如果这些作业不能紧密地 衔接，而产生作业间的非生产时间，则不仅在单项作业中采取先进方法而 获得的效益将全部化为乌有，而且也将消耗车站通过能力和改编能力，甚 至引起车站堵塞1 2 j 。 改革开放以来，国民经济迅速发展，运能和运量的矛盾突出。特别在 我国国民经济体制由计划经济体制转向社会主义市场经济体制中，人的观 念开始转变，要求越来越高。旅客不仅要求能坐上车，而且要求速度高， 服务质量好。货主不仅要求能运上货，而且要求速度快，服务好。这对整 个铁路提出严峻的要求，为此铁路先后六次大提速。铁道部多次在新列车 运行图的编制理论和实践中将客货列车的分布不再以均衡运输作为基本出 发点，出现了旅客列车在不同地点不同时间段密集到发的新情况。旅客列 车的不均衡到发，最终加剧了编组站货物列车到发不均衡，同时部分货物 列车如五定班列也考虑合理到发时间域或固定线路，因而编组站运输组织 工作面临新的挑战。 不均衡运输对车站运转设备的使用、车站作业组织、车流接续及中转 时间等都产生比较大的影响。编组站车流的变化需要对编组站系统结构重 新认识和划分，打破均衡运输的观念以不均衡运输条件作为研究编组站的 整体协调能力的出发点。研究过程中首先需要系统具体分析各子系统、各 作业环节运输能力情况，再以整体最优原则综合分析研究，从中找出影响 编组站整体能力的不协调因素，加以重点解决，使各子系统、各个作业环 节能力，达到协调一致，满足不均衡运输需求，提高编组站整体运输能力， 保证运输畅通。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 1 2 国内外研究现状 1 2 1 编组站系统结构分析 编组站系统结构一般从列车、车列或车辆在编组站的技术作业过程出 发，将编组站看作一个复杂的、由串联的相互联系的多个子系统组成的服 务系统，这些子系统是：到解子系统、编组子系统、出发子系统。 1 2 2 编组站能力计算 国内外学者在车站能力计算方法进行过很多有益的探索，就车站咽喉 通过能力、到发线通过能力、解体能力、编组能力等各种车站能力组成都 得出了一定的计算方法。我国车站能力计算方法主要分为三大类：分析计 算法、图解计算法、计算机模拟法。 分析计算法简便易行，为通常使用的方法，又可分为直接计算法和利 用率计算法两种，但其关于通过能力利用率与车站作业负荷量成线性关系 的假定，带有一定的近似性和理想化。对此，国内外专家学者都进行了进 一步的深入研究。1 9 9 3 年前能力查定计算中未考虑空费，1 9 9 3 年以来能力 查定中认识到由于列车到发的不均衡、列车作业各环节问不可能完全密切 配合等原因造成到发线产生空费的事实，提出了“未被利用的空闲时问与 列车占用线路总时间之比空费系数；利用计算机模拟结果数据，对列 车待解和空费进行回归分析；利用数理统计理论，对车列在出发场的等待 时间进行回归分析，并通过检验和参考现场实际资料进行修正。最终能力 是在一定的条件下按照可靠性的要求一昼夜的能力，它以车流随机到发为 基础，在车流到发统计规律( 如泊松分布、爱尔兰分布等) 中隐含列车运行 图或列车编组计划信息。 目前铁路编组站列车到发以列车运行图为基础更突出的表现为车流的 阶段不均衡性。文献 5 - 8 针对不均衡运输条件下编组站能力的计算，以 分析计算法为基础提出了新的计算思路。采用“3 h 阶段不均衡系数矿”( 妒= 密集到发3 h 阶段到发列车换算列数全天平均3 h 到发列车换算列数) ，能 力计算主要参数可以在( 1 - 1 $ ) 的基础上加以确定：增加一个新的评价 指标：3 h 密集到发阶段能力及能力利用率，建立新的计算公式。 能力利用率： = 高囊南 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 心，。卺 窑= 峦， 式中k 窑一各车场密集到发3 h 能力利用率； 珞一密集到发3 h 到发场到发线的总占用时间； e t 密一密集到发三小时固定作业占用到发线的时间； 一密集到发3 h 车场作业线空费系数； i 一各车场密集到发3 h 内办理的第f 种列车数： 戤一各车场第f 种列车的3 h 密集到发阶段能力。 车站咽喉通过能力： 接= 寒 舻寒 口：丝 p 式中栉接密一密集到发3 h 内办理的第f 方向的接车列数； 刀发峦一密集到发3 h 内办理的第i 方向的发车列数； 所一密集到发3h 阶段到发列车换算对数； p 全天平均3h 到发列车换算对数。 到达场到发线通过能力： 如= 竺掣 ( 1 - 2 ) ( 1 - 3 ) ( 1 _ 4 ) ( 1 - 5 ) ( 1 甸 ( 1 - 7 ) 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 式中 一到达场到发线数量； 白占平均每列车占用到发线时间 出发场到发线通过能力： 吆= 竺磐 o - 8 ， 式中m 发一出发场到发线数量； 嚷占平均每列车占用到发线时间； 编发场编发线通过能力； k 竺铲 m 9 ， 式中 肘- 置一绢发线效置； 发平均每列车占用编发线时间 驼峰解体能力： i t - - - - 业掣 m 式中 壤：采用单推单溜方式解体一列车平均占用驼峰的时间 罐廿乍，( 与产+ 学r 1 m 式中 懈一双推单溜作业方式解体一列车占用驼峰的时间 调车场尾部编组能力： 心= ( 1 4 4 0 m g 石- - t m ) ( 1 - r z ) + 心( 1 - 1 2 ) 式中 尾部配备的编组调车机台数： 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 缸。平均编组一列车的时间。 这套能力计算公式以编组站车流输入密集阶段为基础计算编组站整体 能力，强调了密集阶段，这是可取的，但用密集阶段到发线空费系数代替 编组站全部作业设备空费系数，忽略了设备之间、非密集阶段与密集阶段 之间不同的运输组织方法，有待进一步改进。 1 2 3 编组站系统能力协调 目前编组站系统能力协调研究主要集中在编组站能力与路网之间的点 线协调和编组站系统设计优化方面。 点线能力协调主要是随着网络的建设和发展规模的增大，相对于点的 引入线增多或线的能力增强，处理好点的各类配套设备和建筑的预留和建 设时序以及能力的匹配，并与城市综合交通枢纽和城市市政建设协调发展， 同时包含对既有运行系统采取有效的调整和控制，使运输工作均衡，点、 线设备能力充分利用。 编组站系统设计优化方面包括编组站系统作业仿真、运输组织设计优 化，以及在运输组织设计优化基础上的站场工程设计优化。大量研究和实 践表明，编组站系统设计优化，不仅可以通过运输组织优化，达到各个子 系统作业过程彼此协调、设备能力相互匹配，充分发挥技术设备作用，压 缩非生产时间，而且可使新建和改建编组站通过站场设计优化，达到用最 少的工程投资和运营费用。 1 3 论文研究的主要内容 1 、运用系统思想对编组站系统的环境和功能进行分析，介绍传统的按 车辆作业流程划分编组站子系统的方法，提出根据编组站实现的功能来划 分编组站子系统的新思路，从另一个角度对编组站系统进行结构分析。 2 、针对目前我国铁路运输组织现状，通过车流分析将编组站到发的车 流划分为密集、正常和稀疏三种状态，提出车流强度隶属于各种状态程度 的计算公式，与编组站设备能力相联系，提出对应的三个阶段能力计算公 式。 3 、应用系统协调理论和模糊数学理论知识，从动态角度阐述编组站系 统能力协调，提出协调度计算公式和协调度计算修正原刚。 4 、从编组站系统外部环境、编组站单项作业设备、编组站整体能力三 个层次研究编组站系统不均衡运输组织方法。 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 第2 章编组站系统结构分析 2 1 编组站系统 系统是由若干个可以相互区别、相互联系而又相互作用的要素组成， 在一定的层次结构形式中分布，在给定一定环境约束下，为达到整体的目 的而存在的有机集合体9 3 。铁路编组站就是由到达场、驼峰、调车场、出 发场、牵出线，机务、车辆等设备相互联系和相互作用实现在铁路网上办 理货物列车解体、编组作业的系统，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实现车流在系统内的快速流动。 2 1 1 编组站系统边界和环境分析 任何一个客观存在的对象总有其独立性，即存在一个边界，依据这一 边界可以将此对象与其他的事物作出彼与此的区分，这是人们认识事物的 最基本特征，也是事物存在的方式。 对于一个系统来说，与之存在实质性联系而又不属于该系统的一切对 象的总体叫做该系统的环境。任何系统都是在一定的环境中产生又在一定 的环境中运行、演化，不存在没有环境的系统“”。 2 1 1 1 编组站系统边界与环境 从地理位置上说编组站系统的边界是站界。为保证行车安全和分清工 作责任，车站和它所衔接的区间应有明确的界限。车站管辖范围的界限称 为站界。单线区段以进站信号机柱中心线为界；双线或多线区段以各该线 的进站信号机柱或站界标的中心线为界8 ”。 由于编组站系统在讨论时是一个车站系统，而非编组站的集合系统， 其作为铁路点线系统中一个子系统点系统的元素。凡与编组站存在关 系的都是它的环境，比较密切的有铁路局调度所、相邻技术站，邻接车站、 机务、车辆、工务、电务等部门。 2 1 1 2 编组站系统与环境的交换 如图2 1 所示编组站系统与环境的交换主要是两个部分：一是信息交 换，包括区间车流信息，到达、出发车流编组顺序预确报，区间施工，意 外事故等；二是车流交换，主要是车流输入和车流输出，包括改编中转货 物列车，无改编中转货物列车，部分改编中转货物列车，本站作业车，客 车。 图2 1 编组站系统与环境交换 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 2 1 1 3 编组站系统与环境的关系认识 编组站系统与环境相互作用和影响。编组站系统因为环境的需要( 车 辆改编作业) 而产生，则编组站系统要适应环境的要求和环境的变化。同 时编组站系统对环境也产生影响，主要是编组站系统的适应性限制，需要 环境通过信息和车流输入输出调整、机列有效衔接等使编组站系统更好发 挥功能，如编组站接车能力紧张，可以通过改变车流无调比缓解。 2 1 2 编组站系统功能分析 凡系统都具有功能，功能是刻划系统行为、特别是系统与环境关系的 重要概念，系统的任何行为都会对环境产生影响，体现了物质、信息的输 入输出变化关系。系统行为所引起的、有利于环境中某些事物乃至整个环 境存续和发展的作用，成为系统的功能n “。 2 1 2 1 编组站系统基本功能分析 编组站主要是通过解体货物列车结合枢纽内车流，按照列车编组计划 的要求，编组各种类型的列车，实现车流交换。根据编组站在路网和枢纽 内的作用和所承担的任务及其作业对象，编组站主要办理的作业内容有： 1 、改编中转货物列车作业 改编中转货物列车作业包括解体列车的到达作业和解体作业，始发列 车的集结、编组和出发作业。这些作业是在编组站的不同系统内办理的， 改编中转货物列车作业是编组站最主要的作业，占用编组站大部分时间和 设备。 2 无改编中转货物列车作业 无改编中转货物列车作业比较简单，内容少且时间短，地点仅限于到 发场或通过场，主要是换挂机车和列车技术检查作业。 3 部分改编中转货物列车作业 部分改编中转货物列车除进行无改编中转货物列车的作业外，有时还 要变更列车重量、运行方向或者进行甩挂等调车作业，一般在到发场或通 过场进行。 4 本站作业车作业 本站作业车是指到达本枢纽或本站货物线或其他专用线进行货物装卸 或倒装车辆，相对于有调中转车而言，其作业过程增加了送车、装卸和取 车等内容。 5 其他相关技术作业 其他相关作业还包括机务作业、车辆检修作业、客货运作业等。 2 1 2 2 编组站系统附加功能分析 环境总是变化的，系统功能要适应环境变化。由于区间车流、区间施 工、区间意外事故等所引发的环境变化，编组站系统为实现合理的车流组 织同时应该考虑其车流存储功能。 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 车流存储功能是指编组站具有线路存储现车适应环境变化的功能。具 体表现为货物列车密集到达阶段、区段施工前可以实现多接车：在旅客列 车密集通过造成区间无线发车阶段、区间施工或区间中断时可以不发车或 少发车。由于其前提条件为保持编组站运输组织工作正常进行，能力具有 一定的限制，与车站到达场、出发场、调车场线路数量、有效长度等有关 存车能力的因素有关。 2 2 按照技术作业过程的编组站系统结构分析 从列车、车列或车辆在编组站的技术作业过程上看，编组站实际上是个 复杂的、有串联的相互联系的各个子系统组成的排队服务系统，这些子系 统是：到解子系统、编组子系统和出发子系统。 2 2 1 排队论 图2 - 2 为排队过程的一般模型，排队系统一般由“顾客”( 输入流) 和 “服务员”( 服务机构) 组成。为了获得某种服务而到达的“顾客”，在不 能立即获得服务时( “服务员”未空闲) ，就须排队等待( 允许排除等待时) ， “顾客”获得服务之后即离开系统o ”。 l 服 巨圈里型 务 机 l排队规则 盟 图2 - 2 排队系统一般模型 在各种排队系统中，“顾客”相继到达的间隔时间与为顾客服务的时间 往往是随机的，因此，随机性是排队系统的一个共性。正因为如此，排队 系统有时又称为随机服务系统，而且任何一个排队系统都可用下列三个要 素来反映其特征。 l 、输入过程反映“顾客”按怎样的规律到达系统，即“顾客”的总 体是有限的还是无限的，“顾客”是以单个形式到达还是以成批形式到达， “顾客”相继到达间隔时间是服从什么样的概率分布。 2 、排队规则反映“顾客”接受服务的制度和次序。当“服务员”没 有空闲时，到达的“顾客”即离去或排队等待，前者即为损失制，后者即 为等待制。“顾客”排队等待服务还可以分为先到先服务，后到先服务，随 机服务，优先权服务等等。在多服务员的情况下，“顾客”可能要排成一个 队列等待服务，或者在每个“服务员”前分别排成一队等待服务。 3 、服务机构反映多少“服务员”可以同时向“顾客”提供服务，对 “顾客”采取什么样方式的服务( 单个服务还是成批服务) 和服务时问服 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 从什么样的分布规律。 2 2 2 编组站排队系统 编组站各作业系统具有一般排队系统的特征。从总体上看，它的“顾 客”( 即列车) 是无限的，并且以单个到达的等待制的排队系统。前一子系 统的输出流就是后一子系统的输入流，因此前一子系统的工作状况会影响 后一子系统的工作条件，而后一子系统的工作状况在一定条件下也会影响 前一子系统的工作状态。各个子系统都具有排队系统的三个基本组成部分： 输入流、服务机构和所遵循的排队规则。编组站排队系统见图2 3 。 蕊 嬲唑苎苎! ! 脯 到臊壤 簟组磊 8 生f 鬯堕 墨! 触 出爱缱 图2 - 3 编组站排队系统 1 、到解子系统：由列车白区问到达时起，经列检、推峰至车列解体 为止，可视为二级排队服务系统。第1 级为到达作业系统，其输入流为各 方向接入到达场解体的列车，服务机构为办理到达作业的各种作业人员， 其中主要是列检组，服务时间为列检作业时间，排队规则为等待制。改编 列车到达后，基有列检组空闲，则立即进行列检作业，否则，列车或车列 必须在到达场排队等待。根据列检组的数量，到达作业系统可能是单通道 ( 一个列检组) 或多通道( 几个列检组) 排队服务系统。第2 级为解体系 统，其输入流为到达作业完毕的车列，服务机构为驼峰，服务时间为解体 时间，排队规则也是等待制。列检作业完毕后，若驼峰空闲，车列可立即 推峰解体；若驼峰不空闲，则车列在到达场排队等待。当实行单推单溜或 双推单溜时，该系统为排成一队的单通道服务系统；当实行双推双溜时， 该系统为排成两队的单通道服务系统“”。 2 、编组予系统：车列由调车场集结完毕至调车机将车列转线至出发 场为止，可视为编组排队服务系统，集结完毕的车列为该系统的输入流， 担任编组作业的调车( 牵出线) 为该系统的服务机构。若牵出线调车机空 闲，则立即编组：若牵出线调车机不空闲，则车列在调车线上等待。车列 编组和转线时间为服务时间。当调车场尾部由几台调车机固定区域作业时， 该系统为几个平行分布的单通道服务系统；当几台调车机不固定区域作业 时，该系统为不能完全自由出入的多通道服务系统“。 3 、出发子系统；由编成车列转入出发场和无调中转列车接入通过场 ( 通过场与出发场设在一处时) 时起，至列车出发时止，可视为两级排队 服务系统。第1 级为出发作业系统，其输入流为编组的车列和到达的无调 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 中转列车，服务机构为办理出发作业的各种作业人员，其中主要是列检组， 服务时间为列检作业时间。按照列检组的数量，该系统可能是单通道系统， 也可能是多通道系统。第2 级为发车系统，它的输入流是技术检查完了的 车列，服务机构为出发场衔接的各区间，服务时间是各区间的发车间隔。 根据衔接出发场的区段数( 方向数) ，发车系统可能是排成一队或是排成几 队等待制的单通道系统“。 2 3 按照功能实现的编组站系统结构分析 从编组站系统功能和系统环境的关系上看，编组站系统内部实际上是 一个相互联系、相互调节、侧重不同实现系统功能的适应性系统，这些子 系统是接发子系统、解编子系统。 2 3 1 编组站系统功能再认识 系统功能的实际表现与具体的环境条件相关，环境条件不同，系统可 以表现出不同的功能。编组站系统基本功能是通过改编作业实现车流有效 接续。车流储存作为系统功能，正常情况下我们可以不考虑，只有在环境 变化需要、非正常情况下才会体现而不是始终贯穿整个系统作业过程，大 于正常接车能力的车流和需要发车但发不出的部分车流都要进行存储。存 储功能有一定的限度，如果超出就会出现系统故障。此时编组站系统需要 快速的作业满足到达场、出发场和整个环境的接发需求( 需接能力、可发 能力) 。 2 3 2 编组站功能系统 从环境变化和系统功能的实现上看。编组站系统内的各个元素所处的 地位是不同的，与环境紧密连接，首先受到影响的子系统是接发子系统， 由到达场和出发场组成；在系统内部进行调节缓冲部分称为改编子系统， 由驼峰、调车场和牵出线组成。车流要完成车流接续即从到达场一驼峰一 调车场一牵出线一出发场；同时接发子系统成为编组站系统的外层系统， 改编子系统成为编组站系统的内层系统，编组站功能系统见图2 - 4 。 ，摊黧者水i弧缝子系统i 图2 4 编组站功能系统 西南交通大学硕士研究生学位论文第li 页 1 、接发子系统：由到达场和出发场组成，对应的是车站通过能力。在 环境发生变化时，接发子系统直接面对的是区间，因而首先受到影响。如 在旅客列车密集到发阶段，到达场无车可接，空费增大，出发场集结列车 无线发车：在货物列车密集到发阶段，到达场股道紧张，可能造成堵塞， 而出发场又发车不足，丢线严重。接发子系统是环境与编组站系统矛盾冲 突直接反映地带。 2 、改编子系统：由驼峰、调车场和牵出线、调机组成，对应的是车 站改编能力。改编是编组站的主要任务，这是衡量编组站而不是区段站的 最大区别，因而改编子系统作为车站的中心系统，在环境变化时候首先要 改变的是改编能力，减少环境变化对接发子系统的影响。驼峰、调车场和 牵出线分别对应的是驼峰解体能力、调车场容车能力、尾部编组能力。改 编子系统是环境和编组站矛盾缓冲地带。 2 3 3 两种结构划分的异同 1 、按技术作业流程划分子系统和按功能划分子系统两者都考虑到车辆 在车站内的作业过程，但前者主要按照作业过程流水性；后者更突出考虑 到制约车流作业过程的“瓶颈”环节。 2 、环境方面。前者将车流看作随机行为，环境单一：后者主要是考虑 车流阶段不均衡性，环境动态变化。 3 、前者主要考虑编组站系统的设备配置；后者更主要考虑固定编组设 备下的运输组织对编组站系统内部和环境的相互调节。 2 4 本章小结 车流阶段不均衡是编组站系统环境变化的主要方面，为此本章首先运 用系统学知识从编组站系统、编组站系统环境、编组站系统功能、编组站 系统环境和功能的关联上对编组站进行阐述，提出编组站功能系统结构， 并与传统的排队系统结构进行比较。编组站功能系统结构的提出对编组站 车流分析、能力分析和不均衡条件下编组站运输组织方法层次研究提供了 一定的理论依据。 西南交通大学硕士研究生学位论文第12 页 第3 章编组站车流和能力分析 均衡运输可以充分利用铁路运输能力，保证良好的运输工作秩序，同 时对有效利用运输资源、缓解“瓶颈”制约、提高经济效率和效益具有重 要意义。目前，我国铁路运输的市场化经营处在一个运输能力与运输需求 局部结构性失衡、运输生产与市场营销错综复杂的不均衡运输阶段，编组 站能力能否满足需求，是不确定的，因而需要研究不均衡运输条件下编组 站能力计算方法，为编组站运输组织提供依据。 3 1 不均衡运输分析 3 1 1 编组站车流不均衡的原因 由于运输市场需求不断变化及其他因素影响，铁路运输不均衡是长期 存在的。编组站运输不均衡的原因是多方面的，主要的因素有： 1 日装车辆波动 在市场经济的大环境下，运输需求的变化造成主要货物站有不同的旺 季和淡季，特别是一些国防、抢险物资运量更是不可确定的。e l 装车辆的 不断减少和增加，必然使列车编发、挂运、运行、到达、卸车产生相应的、 不断的变化，导致编组站车流的非均衡“”。 2 旅客列车的影响 货车的开行受制于客车的开行，客车运行线的过度集中，客观上对货 车的开行造成不利影响。在市场竞争过程中，主要干线上客货争能争量的 矛盾突出，由于运输市场发展不均衡，客运造成的压力比货运提前。铁道 部为提高运输服务质量采取旅客列车提速、黄金时段旅客列车的大量开行 等措施，增开新类型的旅客列车，如朝发夕至快速列车、旅游列车、临时 特种列车等“1 。由于旅客列车运行线优先铺画，直接造成阶段时间内旅客 列车密集通过编组站，货物列车不均衡到达编组站，如干线的两端枢纽， 白天货物列车到发较少，夜晚则出现密集到发的情况，对站场设备运转使 用、车站作业组织及中转时间都产生了较大影响。 3 货物列车的原因 货物车流结构同样发生深刻变化，相继推出的货运新产品如：五定班 列、行邮和行包专列、快运货物列车等客车化开行数量和品类越来越多。 这需要考虑列车合理到发时间区域或固定运行线，致使其他货物列车不可 能均衡运行。 4 其他原因 相邻区段电化天窗维修、运输设施设备施工、设备故障、行车事故、 自然环境以及行车人员组织等偶然因素也会造成阶段性的非均衡运输。天 窗前后一段时间，编组站不是无车可按就是列车密集到达：施工及设备维 西南交通大学硕士研究生学位论文第13 页 修，特别是线路施工维修，慢行点多，距离长对运行秩序干扰大，影响也 大“”；车站信号设备、装卸设备等进行临修或大中修，也会影响调车作业 和装卸作业。这些因素与本来就不均衡的列车运行线相互交织，使得不均 衡运输程度进一步加剧。 3 1 2 车流不均衡对编组站运输组织和能力的影响 列车到发的不均衡最终会导致编组站各项作业组织工作的不均衡，而 且随着列车到发不均衡性的增加，编组站的车辆在站停留时间、咽喉和到发 线占用时间的不均衡性及驼峰和牵出线调机运用的不均衡性都呈增大的趋 势。在车流强度增大到一定程度时，等待作业的车流量过多会引起车流作 业速度降低，出现车站作业不协调，而不协调的出现进一步降低编组站作 业能力，从而导致了各项设备有效能力的降低，引发车站堵塞。 1 对到达场影晌 到达列流不均衡的加剧，对到达场产生直接影响。当货物列车密集到 达阶段，会因接车能力不足出现满线、接不进车造成列车到达延误现象， 从而形成堵塞”1 。此时列车在前方站停车等线或接入本站其它车场处理， 扰乱了正常的工作秩序，而且会蒙受较大的经济损失。当列流强度小或在 较长时间内，没有列车到达，接车股道产生空闲，严重时出现到达场空场 现象，降低了到达场的能力利用率 2 对驼蜂影响 受列车到达非均衡的影响，驼峰时忙时闲，列车密集到达时阶段驼峰 能力不足，驼峰解体工作量有一定比例要高负荷运行，密集时间长时造成 车列在到达场排队等待，待解时间延长，相应降低到达场到发线通过能力： 在空闲时间，又会出现驼峰停轮的现象。 3 对尾部牵出线的影响 在货物列车密集到发时，调车场尾部牵出线的编组作业繁忙，负荷过 大，车流积压，直接造成待编时间延长，影响出发场发车能力，间接造成 到达场车流等待，使待解时间延长，进而限制编组站的接车能力。 4 ，对出发场的影响 与出发场衔接的列车运行线不均衡表明了出发列流的不均衡程度”。 受旅客列车和摘挂列车的影响，则会产生大量货物列车长时间停留在出发 场待发，停留时间延长，出现压轴现象，从而对出发场通过能力产生影响； 出发货物列车出发线路密集时，因编组、转线不及时、或阶段性列检作业 能力不足，“丢线”现象时有发生，降低了出发场能力利用率。同时由于机 车不均衡到发、机列不衔接造成列车在站停留时间延长，也会影响出发能 力。 5 空费系数增大 空费系数是指到发线未被利用的空闲时间与货物列车占用线路的总时 西南交通大学硕士研究生学位论文第14 页 问之比。空费时间是由于列车到达不均衡，车站作业各环节间不可能完全 密切配合等原因产生的。列车到达的不均衡，使空费系数增大，导致到发线 的通过能力降低n ，。 3 1 3 以郑州北为例说明不均衡性影晌刚 表3 - 1 一表3 - 6 是郑州北站1 9 9 7 年、2 0 0 2 年提速后，由于不均衡运输 设备运用情况，表1 、2 、4 、5 的空闲时间中包括交接班、吃饭、调机整备 及作业整理时间等，表3 、6 ( 到发场占用) 不包括解交换车流等因素对到 发场股道的影响。最大列车数为最大同时停放列车数。 表3 - 11 9 9 7 年的驼峰运用情况 时问阶段h1 1 8 2 12 1 oo 33 6 6 9 9 1 21 2 1 51 5 1 8 汇总 空闲时间m i n6 05 80 0 4 55 7 1 5 1 02 4 5 空闲比倒2 4 4 92 3 6 7o 0 1 8 3 72 3 2 66 1 24 0 81 0 0 表3 - 21 9 9 7 年牵出线运用情况 时间阶段h 1 8 2 12 l o0 33 66 99 1 21 2 1 51 5 1 8汇总 空闱时问t i n7 04 24 84 31 4 06 76 93 25 l l l # 空闻比例1 3 78 2 2 9 3 9 8 4 2 2 7 4 1 3 1 l 1 3 56 2 6 1 0 0 空闲时间m i n 4 0 1 4 0 1 4 47 71 4 7 8 2 6 74 8 7 4 5 2 # 空闲比倒5 3 71 8 7 9 1 9 3 31 0 3 71 9 7 31 1 0 l8 9 96 “1 0 0 空闲时间m i n 1 0 0 1 1 5 1 2 3 9 7 1 1 11 0 18 15 47 8 2 3 # 空闲比例 1 2 7 91 4 7 11 5 7 31 2 41 4 1 91 2 9 21 0 3 66 91 0 0 空用时间m i n 7 0 09 9 o1 0 5 07 2 3 13 2 7 8 3 37 2 34 4 76 7 9 3 平均 空闲比例 l o 3 l 1 4 5 7 1 5 4 61 0 ，6 11 9 5 41 2 2 61 0 ，6 46 5 81 0 0 表3 - 31 9 9 7 年到发场股道占用情况 时间阶段h 1 8 2 l2 l 00 33 66 99 1 21 2 1 51 5 1 8股道教 最大车列数 4 74 75 74 74 75 86 94 71 3 到迭场3 0 7 73 0 7 73 8 4 63 0 7 73 0 7 73 8 4 64 6 1 53 0 7 7 占用比倒 5 3 8 55 3 8 5 5 3 8 5 5 3 8 5 5 3 8 56 1 5 46 9 2 35 3 8 5 最大车，数 6 78 99 1 0 6 7 5 89 1 0 7 8 6 7 1 5 出发场 4 0 5 3 ，3 36 04 03 3 3 3 6 04 6 6 74 0 占用比倒 4 6 6 76 06 6 6 74 6 6 75 3 3 36 6 6 75 3 3 3 4 6 6 7 西南交通大学硕士研究生学位论文第15 页 表3 42 0 0 2 年驼峰运用情况 时间阶段h1 8 2 12 l 00 33 66 99 1 21 2 1 51 5 1 8汇总 空闲时间mi n4 03 2 8 2 34 07 31 41 02 4 0 空闲比例1 6 6 71 3 3 33 3 39 5 81 6 6 73 0 4 2 5 8 34 1 71 0 0 表3 - 52 0 0 2 年牵出线运用情况 时间阶段h 1 8 2 12 l 00 33 66 99 1 21 2 1 51 5 1 8 汇总 空闲时甸m i n7 01 1 57 45 51 3 44 66 93 25 9 5 l 群 空闲比例1 1 7 61 9 3 31 2 4 49 2 42 2 5 27 7 31 1 65 3 81 0 0 空闲时间i n9 09 01 2 86 81 5 87 26 74 87 2 l 2 # 空闱比例1 2 5 51 2 ，5 51 7 8 59 4 82 1 4 8l o 0 49 3 5 6 7 1 0 0 空闲时间m i n 1 0 08 5 1 4 8 1 0 01 4 7 9 1 8 l5 48 0 6 3 # 空闲比例1 2 4 1 0 5 1 8 41 2 4 1 8 21 1 31 0 16 71 0 0 0 空圜时间mi n8 6 6 7 9 6 6 7 1 1 6 6 77 4 3 31 4 6 3 3 6 9 6 77 2 3 34 4 6 7 7 0 7 平均 空闻比例1 1 2 61 3 6 8l6 5 l1 0 5 l2 0 79 8 5 l o 2 36 3 2 1 0 0 表3 - 62 0 0 2 到发场股道占用情况 时间阶段h1 8 2 12 l o o 33 66 99 1 21 2 1 5 1 5 1 8股遵数 最大车列致5 9 3 66 】o2 65 85 b3 64 71 3 到达场 3 8 4 62 3 0 84 6 1 51 5 3 83 8 4 63 8 4 62 3 0 83 0 7 7 占用比例 6 9 2 34 6 1 57 6 9 24 6 1 56 1 5 46 1 5 44 6 1 55 3 8 5 最大车列数 6 78 99 1 i6 77 88 97 86 71 5 出发场4 05 3 3 36 04 04 6 6 75 3 3 34 6 6 7 4 0 占用比例 4 6 6 76 07 3 3 34 6 6 75 3 3 36 05 3 3 34 6 6 7 通过数据我们明显看出，由于列车提速后编组站货物列车到发均衡性 破坏，编组站运输工作组织也受到一定的影响。以下从编组站设备利用的 均衡性作进一步分析。 i 、驼峰运用选择每日各阶段驼峰空闲时间占总空闲时间比例的变 化情况进行分析，驼峰阶段空闲时间占总空闲时间的最大最小比例差2 0 0 2 年较1 9 9 7 年增加2 1 9 。此外，阶段驼峰空闲绝对时间的最大值也逐步增 加，这表明由于列车到达的不均衡性，驼峰运用的不均衡性也呈增大趋势。 2 、牵出线运用选择每目各阶段牵出线平均空闲时间占总空闭时间比 例的变化情况进行分析，牵出线运用的阶段空闲时间占总空闲时间最大最 小比例差，2