（安全技术及工程专业论文）客运专线列车运行图编制关键问题研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第页 a b s t r a c t l nt h ev i e wo ft h ew o r 】d ，c o n s t r u c t i n gt h eh i g h s p e e dr a i l w a ya n dd e v e l o p i n g t h es p e e do ft h ep a s s e n g e rt r a i ni sc o m m o nt e n d e n c yj nt l i ea l lc o u n t r i e s t h e r a j l r o a di si m p o n a n ti n f t a s t r u c t u r ei no u rc o u t r y ；a n di sp l a y i n gt h eb a c k b o n e r o l ei nt h es y n t h e s i st r a s p o r t a t i o ns y s t e m s i n c e + t h er e f o r ma i l do p e np 0 1 i c y ，o u r c o u n t r yr a j l r o a dh a so b t a i n e dt h er a p i dd e v e l o p m e n t ，b u ts t i l lc a n n o ta d a p tt h e r e q u i r e m e n to ft h en a t i o n a le c o n o m ya l l dt h es o c i e t yd e v e l o p m e n t ；e s p e c i a l l yt h e m a j o ra n dm e d i u mi n t e n l r b a np a s s e n g e rt r a n s p o n a t i o nc a p a c i t yi sl a c k i n g i n 2 0 0 4 “m i d d l ea dl o n g - t e r mr a i l w a y e t w o r kp l a n ”w a sp a s s e da n dc a r r i e di t o e x e c u t i o n ，a c c o r d i n gt ot h e “m i d d l el o n g t e r mr a i l w a yn e t w o r kp l a n ”，s h o u l d d e v e l o ps p e c i a ll i n ef o rp a s s e n g e rt r a f f i ci nt h em a j o ra n dm e d i u mc i t y ，i nt h e d e n s ep o p u l a t i o na r e as h o u l dd e v e l o pi n t e i c i t ys p e c i a ll i n ef o rp a s s e n g e r ，a ss o o n a sp o s s i b l ec o n s t r u c tt h ef a s tp a s s e n g e rt r a n s p o r t a t i o dn e tw h i c hc o v e rw i l ht h e m a i nc i t y o w i n gt ob i g g i s hd i 】：f e r e n c ew h i c hi sc o n l p a r e dt oe x i s t i n gr a i l w a yh a v e b e e ne x i s t e d ，i n c l u d i n gm a n a g e m e n tm o d ，t h et a r g e t e ds p e e d ，t h el i n ec o n d i t i o n ， e a c hk i n do fe q u i p m e n ta n di t so v e r h a u l ，t h e r e f o f ea d 叩tt h e e x i s t i n gr a i l w a y s y s t e mt h e o r yw h i c hh a sb e e ne x i s t e ds t u d yt h es p e c i a ll i n ef o rp a s s e n g e rt r a f f i c i sn o ts u i t a b l e ， s p e c i a l l y w o r ko u tt r a i nd i a g r a mw h i c hi sc o r r e l a t i v ew i t h t r a n s p o r t a t i o no r g a n i z a t i o n s o ，i ti sr e q u i r e dt ot h ed e v e l o p m e n to fr a i l w a ya n d o r g a n i z i n gt h e o r y i th a sv e i yi m p o r t a n tr e a i i s t i cm e a n i n ga n dt h e o r e t i c a lv a l u eo n t h ep e r i o do ft h es o m es p e c i a ll i n ef o rp a s s e n g e rt r a 】五cb e g i nc o n s t n l c t i n g t h i sp a p e rp r i m a r i l ym a k eu s eo fq u a l i t a t i v ea n a l y s i sa n dt h eq u a n t i l a t i v e e v a l u a t i o n ，t h ef u n d a m e n t a lr e s e a r c ha n dt h ec o m p u t e fs i m u l a t i o nu n i f vt h e r e s e a r c ht e c h i q u e ，s u mu pc u r r e n tt h ed o m e s t i ca n df b r e i g nr e s e a r c h t e s u l t s ， u s i n gm a t h e m a t i c a lm o d e la n dt h es o f t w a r ef o rt h ec o m p u t e fw o r ko u tt r a i n d i a g r a m ，t h ep a p e rr e s e a r c h e si n f l u e n c ef a c t o ro fw o r “n go u tt r a i d i a g r a m ，t h e c a r r y j n gc a p a c i t yo fs p e c i a ll i n ef o rp a s s e n g e rt r a f f i c ，t h ep r o b l e mo ft h et r a i n d i a 舻a ml i n kw i t he x i s t i n gr a i l w a y ，o p f i m i z et r a i n - s e ts c h e d u l i n g ，a n dt h em o do f t r a i nd i a g r a m m a a g e m e n ta i l dw o r k i n go u t e x c e p tf o ra b o v ep a r a g r a p h s ，s oo n m a n yd o m a i n sh a v e b e e nr e s e a r c h e d ， a n dh a v eo b t a i n e d t h e f r e s p o n d 打l g r e s e a r c hc o n c l l l s i o n 西南交通大学硕士研究生学位论文第i 页 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 sp a p e rh a v ec e r t a i ng u i d a n c ea n d r e f c r e n c em e a n 主n gt ow o r ko u t t r a i nd i a g r a ma n dt r a n s p l a t i o no r 9 8 n i z e 】旺e yw o r d s ：r a i l w a y ；s p e c i a ll i n ef o rp a s s e n g e rt r a f f i c ；t r a i nd i a g r a m ；t h ec a r r y i n g c a p a c i t y ；t r a i n s e ts c h e d u l i n g 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 国内外高速铁路运行图研究概况 当今世界，随着人口的不断增加，土地、能源、环境等的有限性与不断 增长的客货运输需求之间矛盾日益突出，而新的技术和可持续发展的要求， 为在世界范围内调整旧的运输结构和改变传统运输发展模式提供了新的条件 和动力。 高速铁路是当今铁路科学技术一项重大成就，在世界铁路发展史上产生 革命性的影响。日本东海道新干线在技术上、经济上的成功，给铁路注入了 新的活力。可以说，高速铁路掀起了铁路旅客运输业一项技术革命，代表了 铁路客运发展方向。 目前日本、德国、法国和韩国、我国台湾己建成或即将建成高速铁路。 高速铁路的建设和运营极大推动了经济的发展，改善了人们的出行条件，事 实证明高速铁路在运输能力、速度、安全、以及节约资源、保护环境、提高 运输能源利用的合理性与效率等方面具有无可比拟的技术经济优势，高速铁 路对经济增长的巨大贡献及自身的经济效益，已引起各国的高度重视。 国情差异决定了各国从本国具体情况出发选择不同的高速铁路发展模 式，并在运输组织中有着鲜明的体现。 日本高速铁路采用新建高速线路，且高速线网自成系统，高速线组织全 高速列车运行。高速线上开行三种等级客车，时速分别为2 7 0 k m h ，2 4 0 k m l l ， 2 2 0 k m l l ，少量高速列车以“一分为二”或“合二为一”的编组方法上下既 有线。由于日本新干线客车旅速差别不大，基本按照平图来运行，故新干线 能力大，速度高，密度大。法国采取新建高速线和改造利用既有线建设模式， 运输组织上高速列车可下高速线运行，延长高速动车组( t g v ) 运行距离。 德国也是新建和改造利用结合，运输组织上采取了大量i c e 列车和i c 列车 下高速线方法。目前白天全部开行客车，其中单向每小时1 列时速2 5 0 k m h 的i c e 列车和若干列时速2 0 0 k m h 的i c 列车，夜间全部开行货车，货车分 为1 6 0 k m 1 1 的快运货物列车和1 2 0 k m h 一般货物列车，且为防止货车对线路 的损害，严格限制货车总重不得超过2 5 0 0 t 。 根据德国和日本运营经验表明，高速线上运行不同等级客车是可行的， 只是其运行的客车速度差别都不大。但一些德日专家认为不同速度级别客车 运行会降低线路能力，同时既有线上速度低的客车上高速线由于其运行状态 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 不好会导致高速线上列车运行秩序混乱乃至列车大面积晚点和引发不安全因 素。 日本高速铁路采用规格化运行图，即高速列车的开行数量、运行顺序、 运行速度、越行或待避车站都基本相同，且安排较多假日运行线作为备用运 行线，所以日本高速铁路的运输组织可调整性比较强，其正点率也很高。德 国高速铁路采用分块式运行图。按每个线路方向来编制列车运行图，且每个 线路方向列车运行线布局和铺画采用数学模型进行定量和定性的优化。其主 要考虑每个线路方向高速列车在主要城市的无缝换乘和最短接续来方便旅 客，最大可能实现高速铁路可靠性、实效性和舒适性，力争在旅客需求、通 过能力、最高运行速度和站间距问实现完美统一。法国高速铁路尽管运行着 不同速度的列车，但速度均在2 0 0 k m h 以上，速度等级差别不大，全部是高 速列车。高速列车追踪间隔4 m i n ，但列车实际运行间隔时间较大，旅客出行 高峰时段高速列车密集发车，非高峰时段列车密度较小，列车运行图能力较富 余，做到了既照顾旅客的出行需要，又有较大的运行调整余地。 世界各国高速铁路线路及设备维修作业均采用在运行图上开“天窗”的 办法。有关研究表明，高速铁路一般都是电气化线路，线路维修工作量大， 项目多，维修设备多，一般至少要求天窗连续时间在3 5 小时，才能保证大 型综合维修机械的作业时间和作业效率。国外高速铁路一般将天窗设计为综 合维修天窗( 矩形) ，且安排在行车量很少的夜间时段，如法国高速铁路采用 的就是o 6 点综合维修天窗【”。 根据国家中长期路网规划，我国计划修建京沪高速铁路和一批客运专线， 预计2 0 2 0 年将形成快速客运网络。目前郑西客运专线、武广客运专线已相继 动工建设。客运专线的运输组织问题作为客运专线建设论证重要部分得到比 较深入的研究。 除此之外通过能力确定、客车开行模拟方案等也做了大量的研究。许多 学者提出客运专线通过能力是在开行一定数量较低速度列车基础最大放行高 速度列车数量，并取得了相应的计算方法。 对天窗的开设借鉴国外经验，部分学者提出由基本的矩形天窗分区断组 合成v 型，x 型和y 型以及隔日单向矩形天窗，并就各种天窗开设形式探讨 其运输组织办法。 我国对高速客运专线采用的运行图模式，运行图编制原则、方法和顺序 取得了丰硕的成果，并有学者提出客运专线运行图应纳入路网编图范围。对 计算机编图提出了有效时间链法，回溯算法，有效插入时刻法等，从计算机 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 角度对编制列车图进行了研究。 铁路工作者围绕着运输组织相关技术问题进行了广泛的研究，提出了我 国客运专线运输组织的若干设想，但是一些问题的研究角度和深度还有待发 展。其中，从路网角度来解决客运专线与既有铁路衔接并合理分配运力问题； 准确确定客运专线的开行能力；各列车上下客运专线时如何制定合理客车开 行方案并编制实用的列车运行图，如何确定动车组配属数量并合理运用等是 一系列需要深化研究内容。 研究客运专线运输组织、编制实用高效列车运行图，对于组织列车合理 运行，以稳定、可靠的列车运行计划最大限度满足旅客运输需求并实现客运 专线的经济效益和社会效益有着重要意义。 1 2 本论文主要研究内容 结合国外高速铁路和我国既有铁路运营经验，客运专线运输组织是指在 一定运输需求和硬件设备条件下，在不同发到站之间为旅客提供一定数量旅 客列车，满足旅客旅行过程对旅行、购票、乘降、托运行包、候车换乘、其 它服务等多方面的需求的车( 动车) 、辆、工、电、运输等部门一系列的组织、 调度、管理和指挥工作。 客运专线运输组织依靠在列车运行图来实现。因此研究列车运行图的编 制问题是列车的运行组织问题重要一部分。 本文研究内容主要包括编制客运专线( 本文所指客运专线均指纯客运专 线) 列车运行图的影响因素，客运专线通过能力确定，窖专线路与既有客货 混运线路的衔接问题，客运专线动车组运用优化问题，客运专线列车运行图 管理、编制等问题。 1 3 本论文研究意义和要达到的目标 运输组织水平的高低、运行图的适用程度等将会直接反映到现有条件下 旅客的运输需求能否得到满足，高速线路能力能否最大程度利用，动车组能 否合理接续和利用最少的动车组完成运输任务，能否尽快收回铁路投资并发 挥客运专线最大效益。因此研究运输组织的合理性是利用好客运专线的必然 出路，与客运专线运营有现实意义的运输组织理论研究将是一项崭新的课题， 特别是作为运输组织理论重要组成部分之一的客运专线运行图的编制，需要 从理论与实践角度对客运专线运行图编制进行深入的研究。 本文通过定性和定量研究编制列车运行图一系列影响因素，为编制合理 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 高效运行图提供有力依据。对于通过能力研究，在现有研究基础上，将通过 能力，站间距，客车开行方案结合起来研究，使得通过能力的结果更趋于合 理。将动车组运用问题抽象成数学模型并提出相应算法，结合动车组优化利 用以及与既有线路运行图衔接，提出运行图编制管理模式。对部分研究内容 和结论采用西南交通大学计算机编制列车列车运行图软件加以模拟分析和验 证，使列车运行图编制更趋于实用性。 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 第2 章客运专线列车运行图编制影响因素分析 2 1 客运专线列车运行图的特点 1 全日列车开行高峰时段更加突出 客运专线为旅客出行提供快捷、舒适的旅行条件是其运输组织工作的出 发点。我国铁路客流平均行程为4 0 0 多公里，这说明大部分旅客的出行距离 在4 0 0 k m 以内；这部分旅客的出行规律大体上是早出晚归。客运专线也符合 这一规律。客运专线的列车运行图其列车运行线的安排必须满足旅客出行规 律的要求。这样早( 6 ：3 0 9 ：3 0 ) 晚( 1 7 ：0 0 2 0 ：0 0 ) 将形成列车密集发车及到 到达的高峰时间带。对于一条普通铁路而言，由于旅客列车对数较少，高峰 时段旅客列车密集到发的情况不十分明显，而客运专线在高峰时段旅客列车， 尤其是短途旅客列车几乎是按最小列车追踪问隔密集到发。 由于高峰时段大量列车密集到发，造成运力资源利用极不均衡，高峰时 段全部投入运用，非高峰时段大量闲置。因此，客运专线应对其高峰时段的 运输能力( 如到发线通过能力) 、供电能力、动车组需要最进行检算。 2 列车旅行速度受到严格限制 若在客运专线上运行的是速度高的本线列车( 为叙述方便可称高速列车) 和速度较低跨线旅客列车( 町称中速) ，则中速列车旅速有要求。旅客之所以 要花较多的钱乘坐这些列车，其主要原因是为了缩短旅途时间。客运专线的 晶高运行速度，综合反映了其技术水平，也为缩短旅客途中旅行时间提供了 保障条件。因此，客运专线的最高运行速度是最具魅力的技术指标。但最高 运行速度并不等于可直接获得最短的旅行时问：只有旅行速度与旅行时间才 存在这种直接关系。因此，在客运专线上运行时旅客列车都应有一定的旅行 速度要求，比如，京沪高速铁路北京一一上海间要求6 小时以内到达。其相 应的旅行速度必须在2 2 0 k m h 以上；跨线中速列车的旅行速度不应低于既有 京沪线z 1 3 1 4 和z 2 1 2 2 次列车的旅行速度，即不得低于1 2 0 k m h 。 在一定技术条件下，列车旅行速度与停站次数和停站时问有关。为提高 服务频率，缩缅旅客候车时间，中间站要求有较多的列车停站；为使旅客有 充裕的时间上、下车，停站时间应长一点。客运专线列车运行图的编制要妥 善解决保证一定的旅行速度与提高服务频率之间的矛盾。为保证跨线中速列 车一定的旅行速度，必须尽可能减少高速列车越行中速列车的次数，且尽可 能使客运停站与越行相结合。 3 运行线具有较高弹性 3 运行线具有较高掸性 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 为保证列车的高正点率，列车运行图必须要有足够的应变能力，即 具有高度的弹性：当列车运行紊乱时，要能尽快恢复正常，以保证能经 常处于按图行车的状态。为此，列车运行线间要预留一定的冗裕时间， 以减少个别列车晚点的影响；或者预留一定数量的备用线，让晚点列车 按就近的备用线运行1 2 j 。 4 列车运行图上出现有效时间带 客运专线一般以夜间某个时间段作为“天窗”时间( 以0 6 点为例) ， 一来供线路及牵引供电设备的养护维修用，二来在客运专线未成网前，客专 上列车的运行时间都比较短，o 6 点无人乘车。由于“天窗”多采用矩形， 列车在0 6 点内无法行车，因此，对不同运行距离的列车就形成了有效时间 带，见图2 1 。设列车运行在a b 间，平均旅行时间为4 小时，则6 点自a 站发出的列车，1 0 点到b 站，零点到b 站的列车在a 站必须在2 0 点发出。 图2 1 客运专线客车时刻点有效时间带 该种列车只能铺画在6 2 0 点间。图2 1 中的三角区对该种列车是无效 的，只能用于铺画运行时间较短的列车。客运专线列车运行图的铺画必须遵 守并充分运用这一规律，以充分利用其区间通过能力。 2 2 编制客运专线列车运行图的制约因素 1 充分保证列车运行安全、正点 客运专线上运行的都是旅客列车，而且运行速度又比较高，行车安全是 至关重要的。因为一旦发生事故都将是毁灭性的，将造成上百人的伤亡。另 外随着时间观念的增加，人们越来越注重时间的充分利用，因此除提高速度 外，列车的正点运行已成为运输质量的重要内容。只有列车运行正点，旅客 才能合理安排和利用自己的时间。 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 为保证列车运行安全，编制列车运行图时必须严格遵守各种间隔时间标 准及运行时分的限制。如果客运专线引入既有铁路枢纽后，客专上列车运行 与接发列车进路有交叉干扰，列车运行线的安排，应避免敌对进路的出现。 为提高列车运行正点率，列车运行线间要留一定的冗余时间，保留一定的应 变弹性，一旦个别列车晚点，有调度调整的余地。在运行图上还应设置若干 备用线，有的晚点列车可利用备用线运行。 2 最大限度地为旅客提供方便 由于列车运行图是行车组织工作的核心，除列车运行的安全，正点外， 一张好的运行图还能为旅客提供极为方便的乘车条件。这些条件包括为不同 旅客服务的列车其运行线的安排要符合其出行规律。比如上班、上学客流以 及早出办事或旅游，傍晚回归的客流，在相应的车站应安排早( 6 ：3 0 9 ：o o ) ， 晚( 1 6 ：3 0 1 9 ：o o ) 列车密集到发；白天办完事愿意夜间返回的旅客应安排相应 的夕发朝至列车，这种列车的夜间运行时间一般应在9 小时以上，以保证旅 客有足够的睡眠时间。为便于旅客乘座自己认为合适的车次，些核心列车 的到发点宜多年固定不变；同类列车在运行图上应尽可能均衡排列，并且要 有规律，比如每隔一小时一趟，或每隔两小时一趟。列车运行图还必须 保证各车站的旅客一天中有较多可乘座的车次供其选择，即必要的服务频率。 由于必须保证旅客列车有较高的旅速，要限制列车的停站次数；相同发到站 的列车可采取交替停站的办法，但是交替停站要注意避免出现两站( 尤其客流 到发量较少的两站) 间的到发客流无车可乘f 有出发列车无到达列车，或有到 达列车无出发列车) 的现象，即所谓的“盲点”。运行图的编制中必须注意消 灭“盲点”。 3 统筹协调客运专线与既有线的衔接问题 我国客运专线建设一般都与铁路扩能相结合，都是沿特别繁忙干线而修 建。因此，客运专线一般都要与既有线相连接，是铁路网的组成部分，而不 是独立性很强的系统。为输送跨线客流，无论采取跨线列车上、下客运专线 还是客专本线列车下客运专线的方式，都存在着客运专线与既有线列车运行 线的衔接问题。即使是采取换乘方式，接续车次也有衔接问题。 客运专线与既有线列车运行线的衔接，涉及全路旅客列车运行方案的编 制问题，不可能要求凡与客运专线有关的列车，都服从客运专线的安排。如 果是以客运专线为中心，既有线服从客运专线，则既有线上旅客列车的运行 方案可能很不合理，甚至不可行。因此客运专线与既有线相关的列车运行线 必须统筹安排、互相照顾i 上客运专线的中速列车，在客运专线任何时间都 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 可能存在，因此，客运专线维修天窗的设置必须考虑这一因素。客运专线与 既有线列车运行线的衔接是个复杂的统筹优化问题，是谋求两者最好的经 济及社会效益问题，涉及两线运输资源的有效利用及对客流的吸引能力。 4 合理利用运输能力 我国客运专线客源十分充足，一建成客流量可能就比较大，因此列车运 行图的编制必须考虑合理利用运输能力问题。为合理利用运输能力，在满足 旅客出行规律需求前提下，必须处理好以下问题； 高中速列车运行线的排列 客运专线区间长，丽高、中速列车的速差又比较大，因而前后两高、中 速列车所形成的空费时间较长，能力损失很大。为减少其损失，可组织两列 中速列车追综运行，但这要受到全路客车方案的约束：实际编制中，中速列 车追踪运行几乎是随机的。在某些情况下，前后两列高、中速列车所造成的 空费时间，可以被短途本线高速列车或空车底回送利用。凡可利用的空费时 间应充分利用。 长、短途高速列车运行线的排列 在非天窗时间( 如6 ：0 0 2 4 ：0 0 ) 内，不同运行距离的列车都有自己的有 效时间带。在有效时间带内应优先安排长途列车。剩余的短途列车运行线可 利用长途列车有效时间带以外的三角区。 动车组的套用 动车组的套用不仅能节省投入运用的车组数量，也能提高运输能力。列 车运行图的编制中要尽可能杜绝空车底的回送和调配。为此，动车组要灵活 运用，可反向( 折返) 套用，也可顺向( 同一方向的两列车) 套用。非枢纽站夜 问最后一班车应尽可能驻留该站，以供次日首发列车使用。 上述列车运行图的编制原则是互相制约的，编制列车运行图的技巧和艺 术，就是巧妙地贯彻上述原则，处理好各种关系。 在贯彻上述原则时，关键是对上述编制列车运行图的影响因素有一个清 楚的认识。因此研究编制列车运行图影响因素，例如线路的最大通过能力、 客车合理始发终到点、动车组的运用等，对于编制一个高质量的运行图有着 直接的影响。 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 第3 章客运专线通过能力研究 3 1 客货混运线路通过能力研究方法 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拟定的条 件下，该区段一昼夜内所能通过的货物列车和旅客列车对数( 或列数) 。一般 情况下，铁路上开行的旅客列车和快运货物列车数远比一般货物列车数少， 在运行图上只占较小部分，而运行图大部分仍然具有平行运行图特征。因此 计算非平行运行图的通过能力时，仍可以利用非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，然后根据开行客车及快货对货物列 车影响，扣除由于这种影响而不能开行货物列车数，以及由于开行摘挂列车 而减少开行的货物列车数，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，但比较繁琐。 ( 2 ) 分析法。首先是计算平图能力，然后将开行的客车折算成一定货车 后，减去该折算对数即得可开行货车对数，客货车总的对数即为非平图通过 能力。其中折算规则是引入国内通用的扣除系数法【。 两种方法对于确定货车开行能力各有特点。分析法( 扣除系数法) 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( 试铺运行图法) 结论较可靠，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。 3 2 客运专线通过能力研究总体思路 客运专线通过能力是指放行旅客列车的能力。根据运输组织模式的需要， 客运专线可能开行一种速度目标值列车，也可能开行几种速度目标值列车。 我国客运专线可能的客运专线运输组织模式主要有： 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 方案( 1 ) ：客运专线只开行本线( 为叙述方便将其定义为a 类车，时速 3 0 0 一3 5 0 k m h ) 列车，铁路不组织换乘方案，旅客在衔接站自发选择换乘，跨 客运专线客流全由既有线承担； 方案( 2 ) ：客运专线只开行本线a 类列车，且对跨线客流组织换乘： 方案( 3 ) ：客运专线上除开行全部本线列车外，部分跨线客流由客专列 车下线承担，本线车和下客运专线的跨线车在客专上均为a 类车，下客运专 线的跨线车采用高速动车组在既有线以其限速开行，其余跨线客流由既有线 承担； 方案( 4 ) ：客运专线上开行全部本线车和承担所有跨线客流的跨线车。 本线车和跨线列车在客专上均采用为a 类车开行，且所有跨线车均为客运专 线下线，跨线车采用高速动车组在既有线以其限速开行； 方案( 5 ) ：客运专线上开行本线车和承担所有跨线客流的跨线车。本线 车为a 类车，跨线车为b 类车( 时速2 0 0 k m h 以上) ，且所有跨线列车均由既 有线上客运专线，a 、b 类车在客专上混跑； 方案( 6 ) ：客运专线上开行本线车和承担部分跨线客流的跨线车。本线 车为a 类车，跨线车为b 类车，且跨线列车均由既有线上客运专线，a 、b 类 车在客专上混跑，其余跨线客流由既有线承担； 方案( 7 ) ：客运专线上开行本线列车和承担部分跨线客流的跨线车，且 在客专上采用a 、b 类车混跑，除本线列车全为a 类车外，有条件也组织a 类车由客运专线下到既有线跨线开行，同时也组织b 类车由既有线上客运专 线跨线开行，并兼顾少量换乘，剩余少量跨线客流车仍由既有线承担。 对于仅开行一种速度目标值列车，列车仅有有无停站区别，其通过能力 确定较简单，采用有停站列车扣除系数法在平图基础上可得出( 下文将阐述) 。 若客运专线上开行不同种类旅客列车，则通过能力将变得复杂。不同种类旅 客列车差别主要体现在客车速度等级、停站比例等方面。由于列车存在速度 差别，导致客运专线列车运行图是不规格非平行运行图。借鉴既有线不同速 度列车混运通过能力计算办法，结合客运专线所有列车均为旅客列车特点， 本文对客运专线通过能力拟采用分析法和图解法两种方法来研究，并以具体 实例图解来证明分析法正确性。 3 3 分析法计算客运专线通过能力 分析法计算通过能力的基本思路是以a 类列车平行运行图为基础，计算 开行b 类列车对a 类列车的扣除，即在开行一定数量b 类列车条件下确定a 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 1 页 类列车的最大开行数量。计算通过能力首先需要确定扣除系数，而扣除系数 的取值又与客车开行方案、客车分布结构和越行段( 连续不被越行区间集合) 长度有关。因此，本文提出的计算客运专线通过能力分析法是在客车分布结 构和越行段长度的基础上推导出扣除系数，进而计算出客运专线通过能力， 为使计算能力更具实际意义还验算了b 类车是否满足旅速要求。 3 3 1 客车方案分析 客车开行方案反映到运行图上就是运行线在图上粗略分布，对于客运专 线，不同客车方案其运行线在运行图上分布除满足客流规律特征外，主要差 别体现在越行分布上。 l 制定客车开行方案影响因素 1 1 行车密度的要求 若日行车量密度很高，能力紧张，则必须利用一切尽可能少占用能力的 越行方案，如几列同等级客车追踪连发。若日行车量较少，可尽量避免产生 越行，按客流要求设置停站，这也便于运输组织和控制列车晚点。 2 1 旅行速度的要求 客运专线均是开行旅客列车，若客专上客车旅速低于客货混跑线路上的 客车旅速，则客专的客车在旅行时间上没有任何优势，这是应当避免的。因 此客运专线上运行列车有旅行时间限制，必须控制其被越行的次数。 3 1 停站时问要求 停站时间要求一方面反映在旅行时间和车站到发线占用上，另一方面反 映在旅客心理和生理承受能力上。停站时间过长会造成旅时延长，占用到发 线时间过长，造成旅客心理急躁和不安。停站时间要求需严格限制低等级客 车同时被几列高等级客车连续越行的方案出现。 4 1 越行点的限制 客运营业车站能够实现列车之间越行。若所有的越行均选择在车站进行， 则越行方案数量有限，且方案僵化可调整性不强。若在客运区段增加越行站 或在区间增加越行线、渡线( 利用对向线路组织反向行车越行) ，越行的灵活 性会改善，可选择的方案增多，但是会增加工程投资和造价。因此越行点对 客车方案制定有限制性的影响。 2 典型客车方案分析 根据客运专线客流、行车组织的需要，旅速的要求以及通过能力限制， 可确定一些具有代表性的典型客车开彳亍方案。 1 ) 纯集中方案 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 2 页 该方案下，各类列车分别集中开行，在每类列车开行区域内运行图可以 看作平行运行图。如图3 1 所示 客运站 中问站 中问站 中间站 客运站 图3 1 客车纯集中开行方案示意图 图3 2 部分集中开行方案示意图 2 ) 部分集中方案( 均衡一集中) 纯集中方式虽然可以较充分利用线路能力，却忽视了均衡运输的要求。 均衡一集中方式则在采用集中的同时，适当考虑均衡运输生产的要求，该方 案将运行图可用时间区域划分为若干相等的单元时间区域，在每个单元时间 区域内仍然采用集中方式依次分布a 、b 类列车，见图3 2 所示。均衡一集 中方案划分区域越多，均衡性越高。 3 ) 均衡方案 均衡一集中方案所考虑是区域均衡分布，在区域内仍然是集中分布。均 衡方案则要求各类车不但区域均衡，区域内也需要均衡。在具体的结构上是 将a 类车平均分散在运行图上，在a 类车中间插入b 类车组成均衡的列车 组，使得各类车在发站的时间间隔尽量相等，列车组就会在全日运行图上周 期性出现，从全图上看就是全天各类列车均匀开行，见图3 3 所示。采用均 衡方式铺画方案数较多，最均衡的铺画就是一类列车的任意两列车在车站发 车时间间隔是相等的。采用在a 类车之间均匀的插入b 类车由于列车级别不 同会造成越行，为了提高b 类车旅速和便于调整，b 类车尽量不被较多的a 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 3 页 类车越行。 客运站 中间站 中间站 中间站 客运站 图3 3 ：客车均衡开行方案示意图 4 ) 阶段均衡方案 客运专线高速运输大大缩短了旅客在各城市间旅行时间，1 0 0 0 多公里的 路程完全可以实现朝发夕归。随着经济发展和人民生活水平提高，相距几百 公里的大城市将会大量产生通商、通勤及通学客流，旅客全日出行分布会既 不是绝对均匀的，也不是绝的集中的。即在某时段例如早晚有大量的高速客 流，则会出现a 类车集中开行，其他的时段如上下午则a 、b 类列车较均衡 的开行。将这种客车开行方案定义为阶段均衡方案。示意图见图3 4 。 图3 4 ：客车阶段均衡开行方案示意图 3 3 2 客车运行线分布结构分析 不同种类的列车运行线在运行图上的分布位置是不固定的，具有一定的 随机性。客车运行线在运行图上分布不确定性主要是由客车开行方案决定的， 而客车方案又决定了客运专线开行能力。客车运行线分布结构对分析客运专 线各类列车扣除系数、开行能力有着直接影响。 1 ) 无越行分布 a 、b 类列车在各自区域内运行，相互之间不产生越行，如图3 5 所示。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 客运站 中间站 中间站 客运站 图3 5 a 、b 类列车相互不越行集中分布示意图 2 ) 单列客车越行分布 单列客车越行分布有较大的随意性，从有无停站上可分为两类；见图3 6 和3 7 。 图3 6 无停站的单列高等级客车越行图图图3 7 有停站的单列高等级客车越行图 3 ) 多列客车越行分布( 客车组越行分布) 多列客车的分布具有多种组合方式，可以从不同组合方式构成的列车组 分布来分析列车分布规律。 若几列车客车铺画影响区不重合，则相当于单列车分布，见图3 6 和3 7 。 若几列车客车铺画影响区重合，则分析扣除系数应从该列车组着手分析 图3 8 客车组越行示意图图3 9 客车组越行示意图 才会比较准确，见图3 8 和3 9 。图3 - 8 所示两高等级客车连发，高等级 客车越行组内不能铺画低等级客车；图3 9 所示在两高等级客车内还可以插 入等级客车，该种情况也可看作是两单列车越行时相互影响。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 5 页 3 3 3 客运专线通过能力计算方法 1 ) 客运专线平行运行图区间通过能力 客运专线平行运行图区间通过能力按下式计算： ：! ! ! ! 二二互或：! 竺壁= & 一亘堕 ( 3 1 ) l iv l 式中，一平行运行图区间通过能力( 对数或列数) ；凡综合维修天 窗时间( m i n ) ；乃，一a 类列车区间运行时分( m i n ) ，当采用垂直天窗时，珂 为a 类列车区段运行时分；，a 类列车最小追踪间隔时间( m i n l ，卜客运 区段长度( k m ) ，y - a 类列车平均运行速度( k m m ) 2 ) 客运专线非平行图区间通过能力 非= + 口 ( 3 2 ) - 乩q + 口8 口 ( 3 3 ) 式中，m 一非平行运行图区间通过能力，。：a 类车对数，。：b 类车对数，# 。：a ，b 类列车平均扣除系数； 3 3 4 客运专线列车扣除系数分析 不同速度旅客列车共线运行，列车存在速度差别，速度差别会导致开行 一定数量某类客车会扣除不同数量其他类客车。同理，若相同种类客车有停 站，该停站列车也会产生一个扣除。根据可能采用的几种运输组织模式，来 分析各类列车扣除系数，各列车扣除均是相对于无停站高速列车( a 类车) 扣除。 1 ) 有停站a 类车扣除系数 虽然全a 类车运行方案的列车运行速度相同，但列车通过某一车站时， 有停站的列车由于起停车附加时间和停站时间的影响，会多占用线路通过能 力，相对于无停站的a 类列车将会产生扣除，如图3 1 0 所示。列车停站一 次产生的扣除时间是： 珏 图3 1 0 a 类列车停站产生扣除时间示意图 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 6 页 l = 瑶+ 瑶+ f 蠡 式中，五a 类列车停站扣除时间( m i n ) ； 瑶一a 类列车停站时间( m i n ) ；瑶，f 曼一分别为a 类列车停、起车附加时间 ( m i n ) 。 由于同类车等级一样，一般不产生越行，假设无停站a 类车不越行有停 站的a 类车，则a 类列车停站一次产生的扣除系数为： s 扣；1 + ( f 停+ f 姑+ f 起) ， ( 3 - 4 ) 列车停站七次的扣除系数为( 假设每次停站时间相等) ： 扣罱1 + 七( f 停+ f 站+ f 起) ， ( 3 - 5 ) 有停站a 类车的扣除系数与其是否停站及停站次数有关。 若某客运专线区段有，个中间站，在某时间段内有m 列a 类列车在此区 段运行，且各站的停车次数相对均匀，此时第f 站有停站a 类列车的扣除系 数： ? ：1 + 垫业二垒堂( 3 6 ) m j 式中p r 是第f 个中间站列车停站次数；q f 是第j 个中间站前后列车追踪停站 次数；卢是追综停站a 类列车组数；f * ，是第f 个中间站一次停站时间。 一般说来，各中间站a 类列车的停站比例g ) 要小于5 0 ，且在均衡停 站条件下不应出现a 类列车追踪停站的情况( 即玎，趋为o ) ，此时a 类列车 扣除系数的计算可简化为： o ：1 + 坐( 3 7 ) 式中f ”为a 类列车平均停站时间。从以上分析，全a 类非平行运行图 条件下，有停站a 类列车的扣除系数受到列车停站比例和停站时间、起停附 加等因素的影响。 如果有停站的a 类列车采取最不利的交错停站方式( 如图3 1 1 ( a ) ) ， 则后面的a 类列车不能利用前面每一列的停站时间，这种方案引起的扣除时 间最大，扣除系数也最大；如果有停站的a 类列车采取最有利的交错停站方 式( 如图3 1 1 ( b ) ) ，则后面的a 类列车可以利用最前面那一列的停站时间， 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 7 页 这种方案引起的扣除时间最小，有停站a 类列车扣除系数也最小。 a 类列车平均扣除系数为： ( a ) ( b ) 图3 1 1 a 类列车停站分布图 纠+ 半 小生半 ( 3 8 ) ( 3 9 ) 式中5 为有停站需求的车站数，z 。，工。，f 毒，嚷，f 毛为a 类列车在f 站的 停站率、所有停站中的最大停站率、停车附加时间、停站时间和起车附加时 间，其他符号意义同前。 2 ) b 类车扣除系数分析 采用a 、b 类列车共线运行的模式下，b 类列车速度低且办理的作业次 数多而占用运行图的时间较长。 b 类车的铺画方案有很多，如完全均衡、部分追踪、完全追踪等。在确 定铺画方案时，需要考虑以下因素： 1 ) 为了便于客流组织及运输的均衡性，a 、b 类列车连续追踪有限制； 2 ) 对于b 类车较多时，有条件可组织b 类列车集中到发，减少b 类列 车扣除系数，提高线路通过能力。但是b 类列车集中到发会造成a 类列车间隔时间较长，在此时段内降低a 类列车服务频率。 3 ) 对于同类列车，若某列车有停站要求，而另一列通过该站列车无停 站要求，则有停站列车在不超过停站时间内可组织同类越行，否 则需要慎重考虑。 4 ) 运行图要有一定的弹性，使调度指挥有一定的灵活性。 假若b 类列车在客运区段不被a 类列车越行且不停站( 如图3 1 2 所示) ， 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 8 页 其运行区段愈长，运行图空费愈大，单列b 类车扣除系数e 。扣愈大，可用下 式表示： s 砌2 ，+ 孚c 老一去， c ，。， 工为客运区段的距离( k m ) ，、瞻分别为b 、a 类列车的运行速度( k m h ) 。 图3 1 2 a 、b 类列车速差引起的扣除时间 图3 1 3b 类列车被越行引起的扣除时间 在实际运行中，部分b 类列车通常是被a 类列车越行的，如图3 1 3 所 示。当被a 类列车越行，越行次数为k ，时，单列b 类列车的扣除系数为： 。= 笔鱼+ 告一丢拯聃僻+ 9 m 式中玮为b 类列车在越行