（交通运输规划与管理专业论文）干线提速区段通过能力计算方法研究.pdf

北京交通大学硕士学位论文中文摘要 中文摘要 摘要：自2 0 世纪9 0 年代至今，我国铁路已经先后进行了五次大面积提速调 图，列车运行速度全面提高。提速以来，各种客货列车新产品一。夕发朝至”、。朝 发夕归”列车大量开行，旅客列车呈现出群发、群到、多列追踪的新运行秩序， 既有干线区段客货列车流的开行规律出现了很多新的特点，运行图结构发生了本 质上的变化，不均衡运输现象越来越普遍。基于均衡运输组织理论基础之上的传 统的区间通过能力计算方法已经不能客观地反映区段的实际能力。 针对此问题，论文分析了传统的区间通过能力计算方法存在的缺陷以及提出 新的计算方法的必要性，着重分析了列车提速在行车组织方面对区间通过能力的 影响因素：通过分析京广线、京沪线、京哈线和长大线2 3 个区段的运行图数据总 结出提速区段客货列车流的开行特点；根据车流特点在传统的区间通过能力计算 方法基础上提出了新的计算方法；以京广线、京沪线、京哈线和长大线上2 3 个区 段的实际数据为基础，通过多元线性回归方法得出追踪旅客列车所占比例的经验 公式，计算了平均追踪间隔时间的经验值，为新算法区段通过能力计算提供了可 资使用的数据，并以实际区段为例验证了新公式的可行性。 关键词：提速；客货列车车流；追踪；扣除系数；区间通过能力 分类号：u 2 9 2 4 1 ；u 2 9 2 5 北京交通大学硕士学位论文 a b s t r a i ? n s i n c e1 9 9 0 s ，o u ri a i l w a yh a si m p l e m e n t e ds p e e d - u pa n dt r a i nd i a g r a ma d j u s t m e n t o n al a r g es c a l ef o rf i v et i m e s d i f f r e o tn e wp a s s e n g e rt r a i na n df r e i g h tt r a i nr u n w i d e l y ；p a s s e n g e rt r a i na p p e a r sn e wr u n n i n go r d e rs u c ha sd e n s ef o r w a r d i n gd e n s e a r r i v i n ga n dt r a c k i n g ；t h er u n n i n gr e g u l a t i o no fp a s s e n g e rt r a i na n df r e i g h tt r a i ni n e x s i t i n gm a i nl i n es e c t i o na p p e a r sm a n yn e wf e a t u r e s ，t h et r a i nd i a g r a ms t r u c t u r eh a s c h a n g e d i na t t r i b u t e t h en o n - e q u i l i b r i u mi r a n s p o r t a t i o np h e n o m e n o nb e c o m e sm o r ea n d m o r ef r e q u e n t t h ct r a d i t i o n a ls e c t i o nc a n y i n gc a p a c i t yc a l c u l a d o nm e t h o db a s e do n e q u i h b r i u mu a n s p o r t a t i o no r g a n i z a t i o nt h e o r yc a nn o tr e f l e c la c t u a ls e c t i o nc a r r y i n g c a p a c i t y a i m e da tt h i sp r o b l e m ，t h ep a p e ra n a l y z e st h ee x i s t i n gd e f e c to ft r a d i t i o n a ls e c t i o n c a r r y i n gc a p a c i t yc a l c u l a t i o nm e t h o da n dt h en e c e s s i t yt od e v e l o pan e wc a l c u l a t i o n m e t h o d ；g i v e sm a i na n a l y s i so nt h ei n f e c tf a c t o r so ns e c t i o nc a r r y i n gc a p a c i t y i n o r g a n i z a t i o n o ft r a i no p e r a t i o nb e c a u s eo ft r a i ns p e e d - u p ；s u n m 3 a r i z et h er u n n i n g f e a t u r e so fp a s s e n g e rt r a i n sa n df r e i g h tt r a i n si ns p e e d u ps e r o u sa c c o r d i n gt ot h e a n a l y s i so nt r a i nd i a g r a md a t ao fp a r ts e c t i o ni nl i n ef r o mb c i j i n gt og u a n g z h o u ，l i n e f r o mb e i j i n gt os h a n g h a i ，l i n ef r o mb e i j i n gt oh a e r b i na n dl i n ef r o mc h a n g c h u nt o d a f i a n ；d e v e l o p san e wc a l c a l a t i o nm e t h o db a s e d0 1 1t r a d i t i o n a ls e c t i o uc a r r y i n gc a p a c i t y c a l c u l a t i o nm e t h o da c c o r d i n gt ot r a i nf l o w ；c a l c u l a t e st h ee m p i r i c a ln u m b e ro fa v e r a g e t i m ei n t e r v a lb e t w e e nt r a i n ss p a c e db ya u t o m a t i cb l o c ks i g n a l sa n dt h ee m p i r i c a l f o r m u l ao fp r o p o r t i o no ft r a c k i n gp a s s e n g e rt r a i nu s i n gm u l t i p l er e g r e s s i o nm e t h o d b a s e do nt h eo r i g i n a ld a t af r o m2 3s e c t i o n si nl i n ea n dc h e c k st h ef e a s i b i l i t yo ft h ef l e w f o r m u l au s i n gp r a c t i c a ls e c t i o na se x a m p l e k e y w o r d s ：s p e e d u p ；p a s s e n g e ra n df r e i g h tt r a i nf l o w ；t r a c k i n g ；d e d u c t i o n c o e f f i c i e n t ：s e c t i o nc a r r y i n gc a p a c i t y c l a s s n o ：u 2 9 2 4 1 ：u 2 9 2 ，5 致谢 在研究生学习期间，导师张超教授在学习、思想和生活等方面给予我无微不 至的关怀，为我的学习和研究刨造了良好的环境；张老师严谨求实的治学态度和 渊博的学识，让我受益匪浅。在此毕业之际，特向张老师致以最诚挚的谢意! 本论文是在导师张超教授的悉心指导下完成的，感谢导师在我的论文上倾注 的心血l 感谢铁道部运输局和铁道科学研究院运经所贾永刚师兄，感谢他们为本论文 的顺利撰写提供了翔实具体的宝贵资料! 感谢师门刘伟和同宿舍各位同学在学习上和生活上的关怀和帮助! 感谢交通运输学院各位老师对我的培养、关心和指导! 特别感谢我的家人和哥哥张建永，他们一直在生活上支持我，在思想上鼓励 我! 使得我能够在学校专心和顺利完成学业! 北京交通大学硕士学位论文 1 1 选题的背景和意义 1 1 1选题的背景 1 绪论 众所周知，铁路的通过能力可随着技术设备和行车组织方式的改善而得到提 耐1 1 。八十年代，国民经济快速发展，铁路运输一度产生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”，铁路主要依靠挖潜、扩能、提效 来满足运输需要。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，打破了铁路的垄断地位，从而使铁路 进入了一个运输市场竞争的时代，这就更加突出了提高列车速度的意义和迫切性。 速度是交通运输的灵魂。在运输市场发展的进程中，各种运输方式之间的竞 争也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 r a h ，年递增率 仅为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。 铁路提速产生的效应大大超过提速本身。对于外有航空运输、公路运输市场 夹击，内部正在探寻改革之路的中国铁路来说，提速是目前最可行、必须做、也 是见效最快的抢占市场之路。提速转变了人们的思想观念，不仅为铁路彻底摆脱 计划经济的束缚注入了新的动力，加快了铁路由生产型向经营型的转变，推动了 科技进步，也使铁路贴近了市场，开始真正融入市场经济的海洋，中国铁路己进 入薪的发展阶段j 。 自1 9 9 7 年以来，我国铁路已经先后进行了五次大面积提速调图。目前几大干 线的部分地段线路基本达到时速2 0 0 公里的要求，提速网络总里程达到1 6 5 0 0 公 里，其中时速1 6 0 公里及以上的线路增加到7 7 0 0 多公里，客车平均旅行速度提高 了2 5 ，特快列车最高时速从1 2 0 k i n 提高到目前的1 4 0 k m 1 6 0 k i n ，广州至深圳 最高时速已达2 0 0 k i n ，我国铁路现代化标志性工程秦沈客运专线，试验列车创造 北京交通大学硕士学位论文 了3 2 1 5 k m 的记录【3 j 。五次大提速后，铁路通过开发。夕发朝至”列车、“城际列 车”等快速列车，使距离2 0 0 0 k m 左右的城市一天时间就可到达。铁路经过五次大 提速后，缩小了与世界先进水平的差距，全面提高了工作效率和质量，增强了市 场竞争力，取得了良好的社会和经济效益。 这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0 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。 但是提速所带来的不只是效益的增加，随之而来的还有各种客货列车新产品 的不断开发，运输组织模式的改变。提速以来，客货列车的运行秩序发生了很大 变化，旅客列车往往在一定时间内密集开行，多列追踪；“夕发朝至”、“朝发夕归” 列车的广泛开行使得旅客列车的始发和终到时间多集中在早晚两个时间段内；而 目前正在逐步推行的客货分线运输更是对常规模式的突破这些都加剧了不均衡 运输现象，使运行图发生了本质上的变化。同时，传统的基于均衡理论基础之上 的能力计算方法体系也已不能适应新情况的发展，因此，有必要研究基于干线提 速区段的能够充分体现这些变化因素的新的通过能力计算方法，以适应铁路形势 变化的需要。 1 1 2选题的意义 干线提速区段通过能力计算方法的研究对铁路运输事业的发展有着如下重要 的意义： 1 实践中，为满足运输需求，干线区段铁路提速迫在眉睫。因而急需对于线 区段列车提速对通过能力的影响进行分析与研究，以清晰反映实际区段通过能力 的现状。 2 由于计算方法的偏差，可能引起通过能力计算结果的偏大或偏小，这将造 成铁路运输影响国民经济的发展，或者影响铁路建设资金的投入时机。因此，要 求铁路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。 3 客货列车提速对干线区段通过能力的影响分析，有助于制定合理的提速策 略。从通过能力的角度对列车提速的可行性进行研究，有助于人们明确列车提速 对运输组织会产生什么样的影响，从而对提速后旅客列车方案的确定、运行图的 铺画、机车周转和技术作业等有关的运输组织问题做到心中有数。 4 干线铁路通过能力的研究，也有助于对现有设备的潜力和使用情况有一个 总体认识，确定合理的储备能力，吸引客货流，增加效益，更加适应社会主义市 2 北京交通大学硕士学位论文 场经济的需要。 1 2 铁路提速概况 自2 0 世纪9 0 年代至今，我国铁路发生了巨大的变化。既有线路大面积技术 改造，运输设备不断更新，积极采用技术先进及性能良好的机车、车辆和动车组， 以及广泛推行安全、高效的通信信号系统等，其结果促使各种列车运行速度全面 提高。 1 2 1 国外铁路提速概况 铁路列车的速度，早在2 0 世纪加年代初，就己经达到了较高水平，旅客列 车平均速度达5 5 k m h 。尽管由于第二次世界大战使得列车速度有所下降，但不久 即开始回升，到1 9 6 2 年，己有2 0 多个国家干线铁路的列车平均速度达到6 1 5 k m h ， 较1 9 4 8 年提高约2 3 。列车直达速度和最高速度，有的国家达到更高水乎。如： 美国快速旅客列车最高技术速度1 3 2 k m h ，最高允许速度1 7 0 k m h 1 8 0 k m h ，最 高直达速度l o o k m h 1 2 0 k i n h ；英国铁路列车最高允许速度1 4 0 k m h ，最高直达速 度1 0 5 k m h ；原联邦德国铁路最高直达速度9 0 k m h l l o k m h ；法国铁路最高直达速 度1 0 7 5 k m h ，最高运行速度1 3 6 6 k m h 。此外，日本、法国、原联邦德国、英国和 意大利等国铁路还试运行了最高速度2 0 0 k m h 的列车。 1 9 6 3 年开始，一些国家在经济发达地区各大城市间的运输通道中，首先是改 造客货运输繁忙的既有干线，侵旅客列车最高速度提高到1 4 0 k n g h 1 6 0 k m h 。发 达国家修建高速新线的同时，仍在大力改造铁路既有干线，以建立和扩大本国的 和国际的快速( 含高速) 旅客列车系统，其中既有干线提速的发展更为迅速。据 不完全统计，至1 9 9 4 年初，已有2 5 个国家的旅客列车最高速度达到和超过 1 4 0 k m h ，旅行速度超过l o o k m h 。一些暂时没有计划修建高速铁路专线的国家， 非常重视既有铁路列车提速。如波兰，于1 9 9 8 年，成功地改造了华沙卡托维兹 2 5 5 k m 的中央干线，其运行最高速度为1 6 0 k m h ，旅行速度为1 2 7 7 k m f h ；到2 0 0 1 年，已经改造既有铁路使列车最高速度大于1 6 0 k m h 的线路长度为l l o o k m ， 1 4 0 k m h 1 6 0 k m h 为2 0 0 0 k i n ，1 2 0 k m h 1 4 0 k m h 为2 8 0 0 k i n 。布达佩斯，维也纳 国际干线，早在1 9 9 8 年底就实现列车速度达到1 6 0 k m h 。2 0 世纪8 0 年代以来， 既有铁路的提速改造得到普遍的重视。北美和欧洲各国也积极进行列车提速，旅 客列车最高速度达到或超过1 4 0 k m h 和旅行速度在l o o k m h 的，除了欧洲铁路及 美、日等国外，还有亚洲的韩国、印度和非洲的埃及。 3 北京交通大学硕士学位论文 值得注意的是，一些国家在与高速铁路接壤和延伸的既有铁路线上大范围地 进行了配套提速，从而实现铁路的快速运输目前，从世界范围来说，铁路提速 己形成高潮，并成为各国铁路发展的共同趋势 4 1 1 5 1 。 1 2 2 国内铁路提速概况 快速化、高速化是铁路现代化的重要标志，而我国铁路旅客列车运营速度长 期徘徊在低水平，列车运行速度低一直是制约铁路发展的重要因素。八五”末期， 铁道部党组做出抉择：在主要的繁忙干线上把旅客列车时速提到1 4 0 公里1 6 0 公 里。1 9 9 5 年9 月，首次客货列车提速试验在沪宁线进行后，各大干线的提速试验 此起彼伏，重载列车提速试验、电气化铁路提速试验也相继宣告成功。“九五”第 一年1 9 9 6 年1 0 月，铁道部党组决定，1 9 9 7 年4 月1 日，全路实施新的列车运行 图，京广、京沪、京哈三大干线全面提速，中国铁路波澜壮阔的大提速正式启动。 第一次大面积提速后，铁路旅客列车最高时速达到1 4 0 公里，打破了我国铁路列 车运行速度长期在低水平徘徊的局面。我国铁路开始融入了世界既有铁路提速浪 潮，缩短了与发达国家既有线列车运行速度的差距。 1 9 9 8 年1 0 月1 日，第二次大面积提速使京广、京沪、京啥三大干线客车最高 时速达到1 6 0 公里，广深线采用摆式列车最高时速达到2 0 0 公里。 为支持西部大开发，2 0 0 0 年1 0 月2 1 日，铁路以西部地区为重点，实施第三 次大面积提速。陇海、兰新线的提速大大缩短了旅行时间，北京西至乌鲁木齐全 程旅行时问不到4 8 小时，上海至乌鲁木齐全程旅行时间不到5 l 小时。旅行时间 分别缩短约1 2 小时和1 4 小时。 2 0 0 1 年1 0 月2 1 日，中国铁路实施第四次大提速。我国旅客列车平均旅行速 度每小时提高2 公里，达到6 1 9 2 公里d , 时，其中，特快列车为8 8 0 1 公里4 , 时， 快速列车6 3 7 1 公里4 , 时，普通快车5 8 9 4 公里d , 时。提速延展里程增加到1 3 万公里，覆盖了全国主要大、中城市。 前三次提速，带来铁路旅客和货物周转量连年增长，平均增长率达到6 8 ， 其中客票收入的年增长率高达1 1 8 ，超过了公路、水运的增长幅度。1 9 9 7 年2 0 0 0 年四年累计增收8 3 8 亿元，1 9 9 9 年提前一年实现扭亏目标，2 0 0 0 年实现赢利5 亿 元，2 0 0 1 年1 月9 月铁路运输收入创历史最高水平，并实现了税收的相应增长。 2 0 0 3 年6 月2 8 日，铁路跨越式发展研讨会在北京召开，铁道部党组书记、部 长刘志军提出实现铁路跨越式发展的总体思路、重点任务和工作措施。刘部长具 体提出了八方面重点任务，第一项重点任务就是建设发达的铁路网，即以“扩大 路网规模，完善路网结构，提高路网质量”为主攻方向。在该项重点任务的第一 4 北京交通大学硕士学位论文 个内容：建设快速客运网中明确提出要进一步推进既有线列车提速。1 9 9 7 年以来， 我国铁路连续进行了四次大面积提速，基本形成了“四纵两横”的提速网络。下 一步，要继续以主要干线为重点，推进列车提速，力争使我国铁路既有线列车速 度达到发达国家水平，进一步提高提速干线客车运行速度。2 0 0 3 2 0 0 7 年，京沪、 京广、京啥、京九、陇海、浙赣、胶济等有条件的干线，提速客车最高时速达到 2 0 0 公里，并逐步向其他干线扩展，扩大提速范围。2 0 0 4 年以京沈快速客运通道 建成和京沪、京广、京九、陆桥通道改造为主要内容，结合株六复线的投产，实 施第五次大面积提速。第五次大提速后，推出了1 9 对直达特快列车，这是一个新 的列车品牌，浓缩了铁路运输管理的新成果，展示了铁路运输生产力发展的新水 平，体现了“以人为本”的新理念以陇海线郑徐段电化，兰新线全线贯通复线， 沪杭线电化，浙赣线电化，渝怀线、遂渝线建成投产，达成线改造，武九线建成 复线，胶济线电化等为主要内容，实施第六次大面积提速。 铁路再次提速后，将1 6 0 k a n 提速线路资源增加到6 0 0 0 多k m ，大量开行时速 1 6 0 k i n 的旅客列车，部分货运列车速度也相应提高。以大的中心城市为支点，在 半径1 5 0 0 k i n 左右范围内增加夕发朝至特快旅客列车数量；在主要城市之问将开行 一站直达夕发朝至特快列车。货运方面，将增开京哈、京沪、京广特快行邮专列， 增开货运“五定”班列；开行站与站之间的大宗货物直达列车和远程直达列车1 6 j 。 第五次大面积提速和调图后，部分提速干线列车时速将提高到2 0 0 k m h , ，达到发 达国家既有铁路线提速目标值。经过这两次大面积提速，使全国铁路快速线路总 里程达到2 万公里左右1 7 1 。 与提速前相比，5 次大面积提速调图在运输组织和运输生产力布局上发生了许 多重大变化。 1 全面提高了列车运行速度。提高列车速度是编制新运行图的一项重要目标， 通过几次大提速，我国铁路多年来列车速度徘徊不前的局面已经得到了逐步的改 变，尤其是第5 次提速，列车运行速度有3 个方面的新突破： ( 1 ) 时速1 6 0 k i n 提速线路资源大幅度增加，铁路新增提速线路3 0 0 0 k i n 左右， 提速网络总里程将达到1 6 5 0 0 k i n 。其中，时速1 6 0 k i n 及以上提速线路资源增加到 7 7 0 0 k i n 。 ( 2 ) 列车平均旅行速度进一步提高。全路大量开行时速1 6 0 b n 的旅客列车， 同时部分货物列车速度也相应提高。全路旅客列车平均旅行速度达到6 5 7 k m h ， 平均技术速度达到7 5 6 k m h 。 ( 3 ) 主要城市间旅行时间迸一步缩短。北京至上海、哈尔滨、武昌、西安分 别压缩2 h 左右。 2 大幅度扩充了运输能力。几次提速调图，增加了繁忙干线分界口客货列车 5 北京交通大学硕士学位论文 对数，优化了车流径路和货物列车编组计划，扩大了路网整体运输能力。主要干 线列车密度加大，采取压缩追踪问隔等措施，使全路主要干线都不同程度的增加 了客货列车对数，各线列车密度有新的提高。 第五次提速共安排旅客列车1 1 7 2 对，在主要干线上开行了1 9 对7 分钟追踪 运行直达特快列车；安排货物列车1 5 3 4 0 对，增加1 8 4 0 对。主要干线列车密度进 一步加大，铁路局问5 5 个分界口中，有2 1 个增加了列车对数；以大秦线开行万 吨重载列车为标志，铁路重载运输得到较快发展。 3 大范围调整了运输生产力布局。旅客慢车逐渐削弱，而直通、特直快和管 内特快、快车有了较大幅度的增长。机车长交路实现了全新布局，6 大干线客运机 车交路由平均4 9 8 k m 延长到9 0 5 k m ，直通货物列车机车交路由2 8 2 k m 延长到 5 1 9 k m 。 4 扩大了直通旅客运输能力。与公路等其他运输方式相比，铁路在中长途旅 客运输中的优势明显。提速后新运行图重点安捧了主要通道的直通客运能力，使 客运能力紧张状况明显好转此次提速对旅客列车开行结构作了较大调整，共开 行直通客车4 0 7 对新增开的直通快车基本安捧在北京、上海、广州、武汉、西 安、成都6 大客运中心城市，将有效缓解这些地区能力紧张的状况。 5 货运能力进一步提高。几次提速调图在增加客运能力的同时，还大量增加 货物运输能力，为国民经济发展提供了强大的运力支持。此次提速全路共开行货 物列车1 5 3 4 0 对，比2 0 0 1 年的1 3 5 0 0 对增加了1 8 4 0 对。安排大宗货物直达列车 运行线1 8 1 条，增加1 0 0 条，增长1 2 1 ，总运量将达到1 1 4 3 3 万吨。 1 3 论文结构及研究思路 在已有通过能力概念及其计算方法的基础上，论文将对京广、京沪、京哈， 长大既有铁路干线提速后的列车运行图及数据进行初步的分析计算，总结出新情 况下的客货列车流开行规律，分析其对通过能力产生的影响，然后，在此基础上 针对提速区段提出新的区间通过能力计算方法。 文章的大体结构如下：第一章为绪论部分，介绍选题的背景和意义以及国内 外提速概况；第二章介绍通过能力的概念，分析铁路区段传统的区间通过能力计 算方法存在的缺陷并提出研究新能力计算公式的必要性；第三章对提速条件下客 货列车流的开行规律进行总结，分析既有干线区间通过能力的变化趋势；第四章 提出新的区间通过能力计算方法，进行经验公式的回归并以实际区段为例验证新 公式的可行性；第五章为结论与展望。 6 北京交通大学硕士学位论文通过能力的概念及传统计算方法分析 2 通过能力的概念及传统计算方法分析 2 1 通过能力的概念及其影响因素 铁路运输生产过程与其它行业相比有着自己的特殊性：一是它的运输生产对 象( 旅客或货物) 的所有权不属于运输部门，因而运输产品不具有事物形态，边生产 边消费，不能储存和调拨；二是运输产品是在多部门、多工种配合下，经过多道 工序或环节，在动态过程中实现的；三是运输生产固定设备( 区段、车站、机务段、 供电、通讯设施和给水设备等) 和活动设备( 机车、车辆) 的能力取决于二者的匹配； 四是运输基础设施建设周期长，运输需求和运输能力的匹配必须超前考虑。因而， 研究铁路运输能力必须充分考虑上述特点在运输生产过程中所产生的正负方面的 影响。 按照文献【8 】的说法，铁路线路( 或区段) 的通过能力是指在采用一定类型的机车 车辆和一定的行车组织方法条件下，铁路线路( 或区段) 的各种固定设备在单位时闻 内( 通常指一昼夜) 所能通过的最多列车数或对数。 通过能力在一定程度上取决于铁路工作者的协同动作和铁路固定设备、机车 车辆的合理运用。因此，通过能力会随着技术设备和行车组织方法的改善而提高 【捌。对铁路通过能力的定义，实际上存在着两种不同的理论体系。其一，以最有 效地发挥铁路运输设备效能为理论依据，将其定义为每一铁路区问，根据现有固 定设备。在一定类型机车、车辆和一定的行车组织方法的条件下，于单位时间内 每一正线所能通过的最大列车数；其二，以保证实现对铁路列车工作的一定质量 要求为理论依据，将其定义为每一铁路区间，在一定列车运行条件和区段设备条 件下，按照一定的列车工作质量要求，于单位时间内每一正线所能通过的最大列 车数。 影响铁路区段通过能力有许多因素，如区段内的区间数及各区间的距离，列车 在各站的追踪、到达和出发问隔时分，客货列车在各站的起停附加时分，客货列车运 行速度，旅客列车对( 列) 数和旅客列车的分布等f 9 l 。 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 7 北京交通大学硕士学位论文通过能力的概念及传统计算方法分析 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 旅客列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、线路及电气化铁路接触网维修 “天窗”时间等影响因素。区闻通过能力是受以上诸因素的综合影响的。 2 2 我国铁路传统通过能力计算方法 从运行图角度考虑，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。所谓平行运行图是指在运行图上，同一区间内同方向列车的运行速度 都相同，并且上下行方向列车在同一车站都采取相同的交会方式，即列车在区间 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，这种条件 下的通过能力称为平行运行图通过能力。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。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 非平行运行图上，铺画有速度较高的旅客列车和快运货物列车，也有一般货物列 车，以及停站次数较多和停站时间较长的摘挂列车等。 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。 在单线铁路上，平行运行图通过能力是通过寻找限制区间的方法来求解的。 在平行运行图上，同一区间内各方向列车的运行速度是相同的，并且上下行方向 列车再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。非平行 8 北京交通大学硕士学位论文通过能力的概念及传统计算方法分析 运行图的通过能力是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) 。我们以下所说的通过能力主要是指 非平行运行图通过能力 由于本文的研究对象为干线提速区段的通过能力，绝大多数为装有自动闭塞 的双线铁路，所以在此我们主要介绍双线自动闭塞区段通过能力的计算方法。 2 2 1平行运行图区间通过能力计算方法 在装有自动闭塞的双线区段，采用追踪运行图。如图所示，列车占用区间的 时间等于列车追踪间隔时间j ，即- i 。于是自动闭塞区段的区间通过能力，每 一方向为“”： 。1 4 - 4 0 ( 列) ， ( 2 1 ) 图2 一l 双线追踪运行图周期 t r a i nd i a g r a mp e r i o df o r a u t o m a t i cb l o c ks i g n a l si nd o u b l eu n e 当考虑毛及d 有效时为： n - 坐鼍些血( 列) ( 2 - 2 ) j 属 毛一固定作业占用时间，包括为进行线路养护维修、技术改造施工、电力牵 引区段接触网检修等，须预留的固定占用区间时间龟晾，以及必要的列车慢行和其 他附加时分，但双线区段施工期间组织反向行车，应扣除利用非施工方向放行列 车所节省的时间( m i n ) ； 一平行运行图周期； 一一个运行图周期内所包含的列车对数或列数； d 有效一有效度系数，d 有敲= 卜口技损： a t t t i 一因设备故障及运行线偏离和调度调整等因素所产生的技术损失系数。 在实际计算过程中，可以根据需要确定是否考虑固定作业占用时间、有效度系数。 9 北京交通大学硕士学位论文 通过能力的概念及传统计算方法分析 2 2 2 非平行运行图区间通过能力计算方法 每一单项技术设备通过能力的计算方法，有图解法和分析计算法。图解法比 较精确，当因其作业量大，费时费力，一般只用于通过能力利用程度接近饱和时 或个别特殊情况的图解验算。近年来，图解法已经被计算机模拟法取代。 2 2 2 1 图解法 图解法是以人工模拟运输生产实际，用特定图形表示和确定通过能力的方法， 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f 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，即用人工铺画区段( 区间) 最大运行图的方法来确定区段( 区间) 通 过能力。图解法的最大优点是综合考虑各种影响因素，计算结果比较可靠和精确。 但是，图解法比较繁琐，工作量比较大，结果因人而异，具有一定的近似性，并 且只反映结果而不反映过程，难以分析影响因素，所以一般只在特殊需要时才采 用。 2 2 2 2 分析计算法 分析计算法是在对实际情况进行分析研究的基础上，建立数学模型公式，利 用公式求解的方法。它根据旅客列车和摘挂列车的扣除系数，近似的计算非平行 运行图的通过能力。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。 所以分析法研究最多的就是铁路区间通过能力扣除系数计算方法，这种方法是以 最大限度地发挥铁路运输设备潜能为理论依据所建立的方法。其计算结果表现为 在理想条件下，铁路区间的最大通过能力，属于静态的确定型的计算方法，它只 有在严格的“按图行车”、设备无故障、工作不中断、列车占用时间均等及运行无 延误的条件下才是正确的。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。分析计算 法的优点是，计算简便易行，通用性强并可以据此分析各种因素的影响。缺点是， 由于对研究对象和影响因素都进行了一定的简化处理，不可能完全符合实际。 分析计算法又可以分为以下三类： 1 直接计算法 中国、前苏联和东欧国家( 德国除外) 都采用这种方法计算。 计算通式是 1 0 北京交通大学硕士学位论文 通过能力的概念及传统计算方法分析 1 4 4 0 露= 一 ( 2 3 ) 或 钕= 1 4 4 _ o - 一毛 占 ( 2 4 ) 其中： 名每放行一个规定列车所占用的时间； 毛昼夜内未用于放行规定列车的总时间。 在直接计算法中，把计算非平行运行图通过能力的方法称为借助扣除系数的 计算方法。 扣除系数是指因铺画一对或一列旅客列车、快运货物列车和摘挂列车等非平 行于直通货车运行线的列车，需从平行运行图上扣除的货物列车对数或列数【堋。 根据旅客列车和特殊列车的扣除系数，可以近似地计算非平行运行图的通过能力， 计算公式为： n 非货一万一手客，l 客一( 占快货一1 ) 货一( f 奠挂一1 冲_ 挂 ( 2 5 ) 忍非_ 万事货+ 珂客 式中： ( 2 - 6 ) 撑非货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 车和撼挂列车在内) ； n 平行运行图列车区间通过能力； 蚀在运行图上铺画的旅客列车对数或列数： 疗辑挂在运行图上铺画的摘挂列车的对数或列数； 龟旅客列车的扣除系数； 6 恢叠快运货物列车的扣除系数； 8 蔫挂摘挂列车的扣除系数。 扣除系数法属于静态的确定型的计算方法，是以最大限度地发挥铁路运输设 备潜能为理论依据所建立的方法，其精确性在于扣除系数取值的合理性。而扣除 1 1 北京交通大学硕士学位论文通过能力的概念及传统计算方法分析 系数则决定于客货列车运行时间比( 速差) ，限制区间运行时问差、追踪间隔时间。 铁道部科学研究院年代给出经验公式为1 1 1 j ： 分散铺画时： s 快。穹。- 2 a + 。s 一。7 s t 苎+ 三竿 。一， 旅客列车数量较大时( 一般定义为每组追踪运行不超过2 3 列) ，可以用下式近 似计算旅客快车扣除系数的均值： e 侠i 口快- 0 0 7 - 0 0 0 5 3 n 客+ 1 0 疗委5 ) 占快 ( 2 - 8 ) 其中： 丢旅客快车扣除系数均值； 旅客快车扣除系数； 一列旅客快车占用运行图的时间； a 全区段客货列车运行时间之比； f 。限制区间货客列车运行时间之差5 ，列车追踪间隔时间。 同时建议式中的系数a 按表2 - 2 取值，取表2 - 1 的数值作为基数，旅客快 车每增加l o 列，扣除系数相应的减小0 1 。 表2 - l8 快的经验值 e m p i r i c a lv a l u eo f 快 i ， 6 78 9 1 0 1 11 2 卜快 2 8 2 62 4 2 32 2 52 1 52 0 5 表2 - 2 口经验值 n 客 1 02 03 04 05 06 0 卜 1 0o 9 7 o 9 20 8 7o 8 3 0 7 9 关于国内对扣除系数计算法的研究现状，文献 1 2 1 ( 2 0 0 3 年1 分析了双线自动闭 塞区段单列旅客列车及复合客车组扣除系数的构成和影响因素，针对具体区段通 过计算机铺画满表运行图，采用图解法分析各种因素对客车扣除系数和通过能力 北京交通大学硕士学位论文通过能力的概念及传统计算方法分析 影响的变化关系，通过不同区段大量的模拟分析，得出不同客车速度、不同客车 对数和不同追踪列车阃隔下的扣除系数取值；文献 1 3 】( 2 0 0 2 年) 通过分析单线提速 区段开行快速列车对通过能力的影响，建立了单线区段快速列车扣除系数的计算 模型，为了提供在铁路单线区段开行快速列车的理论依据，并通过单线区段快速 列车会车和越行次数的关系分析，提出了快速列车开行数量和开行速度对单线区 段货物列车旅行速度影响的一般性结论；文献【1 4 】( 2 0 0 1 年) 用数学方法分析和推导 双线区段内各种因素对旅客列车扣除系数的影响关系，给出旅客列车在多种不同 场合下求扣除系数的数学模型和计算公式，设计了求双线区段旅客列车扣除系数 和区段通过能力的多项式算法，通过大量实例计算，分析了客货列车速度、追踪 列车间隔、旅客列车对数等各种因素对通过能力影响的变化关系。 2 利用率法 德国和日本采用这种方法。其实用通过能力为极限通过能力与利用率的乘积。 计算通式是： - ：生一 。甩 ( 2 9 ) 现行运行图中某种列车的行车量； 利用区间通过能力利用系数，为各种列车占用区间总时间与一昼夜可利 用时间之比。 3 平均最小列车间隔时间计算法 此法是德国铁路采用的通过能力计算方法。最小列车追踪间隔时间是指从前 行列车占用区间时间始点致邻接后行列车占用区间时间始点止的时间间隔，可以 用图解法或计算法就所有可能出现的相邻两列车的列车种类组合分别确定。 在确定最小列车追踪间隔时问的基础上，可以用运行图相关法和不相关法确 定平均最小列车间隔时间。 ( 1 ) 运行图相关法 根据每种相邻两列车i 和i 列车种类组合的组数”及其相应的最小列车追踪 间隔时间，列车占用区间的总时间b 可按下式计算： 肛私，f j 式中： 卜一列车种类组合的现行列车； ，一列车种类组合的后行列车； ( 2 1 0 ) 北京交通大学硕士学位论文通过能力的概念及传统计算方法分析 珥一列车种类组合数。 若全部列车数用表示，则平均最小列车追踪问隔时间7 一导。 ( 2 ) 运行图不相关法 当所研究区段还没有运行图提供时，那么可以认为相邻两列车i 和j 列车种类组 合的出现是随机的。在这一情况下，以每一种列车的列车数为依据，并按下式计 算平均最小列车追踪间隔时间： 7 娑 磊蚋 ( 2 _ 1 1 ) 式e p ：吩，玎j 列车种类i ，j 的列车数。 要计算区间通过能力，还要引进缓冲时间的概念，是保证运行质量的主要因 素。缓冲时间即在计算区间通过能力时，为保证列车运行质量要求，在列车运行 图上两相邻列车间，除最小列车追踪间隔时间相隔外，还应该保有一定的时间空 隙，这一时间空隙被称为缓冲时间，它可以使因列车晚点所造成的列车运行困难 被限制在可以容许的程度之内。 计算区间通过能力时，采用一定列车运行质量要求所需要保有的平均缓冲时 问t ，町，这一时间的大小取决于：平均最小列车追踪间隔时间7 、具有相同列车种 类的列车组合出现概率、列车平均晚点时间己、发生列车晚点概率形、列车晚 点的允许值弓等，其中： 肜，生 5 芝疗； - 岩二l _ 善峨 1 4 ( 2 - 1 2 ) ( 2 - 1 3 ) 北京交通大学硕士学位论文 通过能力的概念及传统计算方法分析 式中： p p n t 形生 虬 肌意毫1 4 4 0 ( 呒一二 ) u 上 巴 ( 2 - 1 4 ) ( 2 - 1 5 ) ( 2 - 1 6 ) ( 2 - 1 7 ) r ：一日常实际列车运行中遇到的相同列车种类的列车组合数； 只札、虬一在选定时间范围后，选择约1 0 0 0 列车运行的期间的晚点时间总 值、晚点列车数和运行的列车数； 只一考虑到通过能力要求，一个区间每天允许的列车晚点时间应控制在 2 0 0 m i n 之内； 日、u 一流水性系数和列车晚点扩散系数。 根据系数日和【，的取值，利用缓冲时间系数相关曲线图可查定缓冲时间系 数鼋，则；，吖一9 7 。或者查表确定孙碍l ，并按下式确定必要的平均列车运行图缓 冲时间 耐，t m l = l q o 一( q o g t ) l 计算区间通过能力的基本公式：为确保一定的列车运行质量，区间通过能力l 应按照下式计算： 1 4 4 0 lo = = 一 ，+ f r 吖 ( 2 1 8 ) 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别平均最小列车间隔时间