（交通运输规划与管理专业论文）编组站分阶段发展设计若干问题的研究.pdf

西南交通大学研究生学位论文 p3 4 4 8 3 8 摘要 本论文针刈我国铁路编组站建殴过程中存在的问题，从系统工程的角 度出发，对编组站系统构成进行分析，明确厂编组站系统能力的概念，研究 解决厂系统内部各项设备问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 亍了完善，提出了当设备能力不协调以及能 力f i 能满足运输需求时的加强措施。 论文从提高系统能力的角度探讨厂编组站如何分阶段发展，对需解决 的几个理论问题应用排队网络系统和动态规划方法一并给予了解决，获得了 编组站分阶段发展设计优化工作较为完整的理论和方法。同时还以点线系统 为例，从另一角度讨论了系统设备协调发展的原理，研究确定了动态规划过 程中系统最迟扩能时机及系统改造的最优顺序问题。 最后，论文试图从市场经济的角度讨论了一下市场经济体制下有关编 组站分阶段发展设计的几个问题，并对新列车运行图对编组站到发设备配置 的影响交化进行了分析，提出了建议。 ， 【关键词】编组站v ；系统；协调 _ f 二毫_ 。? 分阶段；囊毹市场经济v 西南交通大学研究生学位论文 ab s t r a c t t h i st h e s i sf o c u s e so i lt h ep r o b l e m se x i s t i n gi nt h ec o n s t r u c t i o no fm a r s h a l l i n g s t a t i o n s i t ，f r o m t h e s y s t e m a t i ce n g i n e e r i n gp o i n t o f v i e w ，a n a l y s e s t h e s y s t e m a t i c c o n s t i t u t i o no f m a r s h a l l i n g s t a t i o n s ，c l a r i f i e s t h e c o n c e p t o f s y s t e m a t i cc a p a c i t y s o l v e s t h e p r o b l e m s o fc o o r d i n a t i o no fe a c hi n d i v i d u a l f a c i l i t yi nt h es y s t e m a n do f t h ec o n n e c t i n gs e c t i o n sa sw e l la st h es y s t e ma sa w h o l e ，f u r t h e rp e r f e c t s t h e c a l c u l a t i n g m e t h o df o rt h e c a p a c i t y o fp a r t i a l i n d i v i d u a l f a c i l i t y ，a n dp u t f o r w a r dt h e s t r e n g t h e n i n g m e a s u r e sw h e nt h e f a c i l i t i e sa r en o tc o o r d i n a t eo rw h e nt h ec a p a c i t yi ss h o r to fd e m a n d t h et h e s i sp r o b e si n t oh o wt h em a r s h a l l i n gs t a t i o n sd e v e l o pb ys t a g e sf r o mt h e p o i n to fv i e wo fi m p r o v i n gt h ec a p a c i t y o ft h es y s t e m ，s o l v e st h et h e o r e t i c a l p r o b l e m sb ya p p l y i n g t h em e t h o do fq u e u i n gn e t w o r ks y s t e ma n dd y n a m i c p l a n n i n g ，a c q u i r e s as e to fc o m p a r a b l yc o m p l e t et h e o r i e sa n dm e t h o d so ns t e p - b y - s t e pd e v e l o p m e n to f t h em a r s h a l l i n gs t a t i o n s ，a n dd e f i n e st h el a t e s tt i m ef o r e n l a r g e m e n ta sw e l la so p t i m u m o r d e rf o rs y s t e mt r a n s f o r m a t i o ni nt h ep r o c e s so f ad y n a m i c p l a n n i n g f i n a l l y ，t h et h e s i sa t t e m p t st ot o u c ho nt h ep r o b l e m sc a u s e db ys t a g e sd e v e l o p m e n to fm a r s h a l l i n gs t a t i o n su n d e rt h ec o n d i t i o no f m a r k e te c o n o m y , a n a l y s e st h e i n f l u e n c eo nr e c e p t i o na n dd e p a r t m e n tf a c i l i t i e sc o n f i g u r a t i o nc a u s e db yn e w t r a i nd i a g r a m ，a n dp u tf o r w a r ds o m ea d v i c e k e y w o r d sl m a r s h a l l i n gs t a t i o n s ；s y s t e m ；c o o r d i n a t i o n ；b ys t a g e s d e v e l o p m e n t ；m a r k e te c o n o m y g rg u o l i n 2 0 0 0 3 西南交通大学研究生学位论文第t 页 一概述 ( 一)问题的提出 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 查运昂。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。 铁路编组站是铁路运输的基本生产单位，素有货物列车的“制造。i ：厂” 之称。它对铁路运输生产、对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。 但在编组站建设和发展的过程中，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，使本已 趋于饱和的作业能力更趋于紧张。另外，我国传统的编组站设计和相关技术 是针对以前我国计划经济体制的，随着我国社会主义市场经济体制的逐步确 立和不断完善，随着现代数学方法和电子计算机技术在各个工程领域中的普 遍应用和不断推广，势必要对编组站的建设和发展在市场经济浪潮中出现的 新问题、新情况给予清楚的认识和合理的评价，并将新的设计方法和原则用 于编组站的建设和发展中去。 为了，解决编组站设备能力问题，减少发展过程中对现有正常生产的干 扰，合理确定分阶段发展过程中的发展阶段数目及相应的投资数额，保证编 西南交通大学研究生学位论文第。页 组站发展速度_ l i 需要能力速度相适应，以及市场经济条件下开行重载列车、 “血定班列”及实现编组站的综合自动化等系列方面，沦文拟在对编组站作 业细纵进行系统地分柝，对上述方面提出解决的思路，为研究编组站合理的 分阶段发展设计优化方案提供借鉴。 ( 二)国内外编组站发展概况 l固外编组站发展概况 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l o o o 辆以上) 的主要编组站只占3 0 左右，约l o o o 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 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， 一砦生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： ( i ) 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 l o 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，其殷道有效长通常比到发场股道有效长增加l o 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( 一一般每 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。 西南交通大学研究生学位论文第。页 火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腱 达剑用较少的1 i 程投资和运营费用，获得较人的设备能力、较高的作业效率、 较好的安全条什和较多的经济效益的目的。因而近年来，世界各国铁路都非 常苹视编组站分阶段发展没计优化的研究工作。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。 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。 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，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，建成了一批 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 4 9 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 4 9 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 西南交通大学研究生学位论文箱a 页 编组站的改编能力和作业效率，加速厂机车、车辆周转，改善了调车人员的 作业安伞条件，减轻了调车人员的作业强度。 ( 4 ) 编组站在发展过程中，参考了国外的+ 些方法，合理调整r 编组站 的布局，明确 r 编组站的分工，科学地确定，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 效率和工作质量。 减然，编组站的建设是一项复杂的工程，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。分为几个阶段，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，一百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 成必需，而具有中国特色的编组站，也将展现在中国的铁路网上。 ( 三)我国编组站的分类及设置条件 l现行铁路车站及枢纽设计规范( 以下称站规) 中编组站的分类 现行站规将编组站分为路网性和区域性编组站两种；并规定路网性 编组站应设计为大、中型编组站，区域性编组站应设计为中、小型编组站。 2铁道部1 9 8 9 年1 0 月3 1 日发布，1 9 9 0 年6 月1 日实施的标准t b 2 1 0 7 8 9 铁路编组站、区段站技术( 分类) 条件对编组站的分类 ( 1 ) 路网性编组站 是位于路网、枢纽地区的重要地点，承担大量中转车流改编作业，编组 大量技术直达列车和直通列车的大型编组站。 ( 2 ) 区域性编组站 是位于铁路干线的重要地点，承担较多中转车流解编作业，编组较多的 技术直达列车和直通列车的中型编组站。 ( 3 ) 地方性编组站 是承担中转车流改编作业，编组定数量技术直达列车和直通列车的小 型编组站。 3 对现行站规修订后( 1 9 9 7 年) 的编组站分类 西南交通大学研究生学位论文第。页 根据对全路8 0 9 0 年代初的车流及伞路编组站的位置、性质、站型、 作业最等资料进行综合分析表明：我国铁路平均运程已从5 0 0 公里提高到7 5 8 公里；铁路运景巾半均运程比例，从大于5 0 0 公里占3 0 发展到大于7 5 8 公里占3 16 。山于远程车流有了较大增加，对路网车流组织影响人，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 术直达列车和苴通列车是必要的。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： ( 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 卜去向技术直达或技术直达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 和凋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于支线交会或铁路枢纽地区、大宗车流集散的 港口、工业区，手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 达和赢通列车：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 西南交通大学研究生学位论文第s 页 的站场，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 j ! 要编组站的作用，即辅助性编组站。 明确，编组站的分类及其设置条件，存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。 ( 四)我国铁路编组站现状及存在闯题分析 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l 所示。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4 6 处编组站分类表表i 淤 地位和作用分布地区采用图型 路区地东 垡垡由 西西横列式纵列式混合式 网域方堇 双 苴 双 苴 双 性性性 北北东南南北 向向向向向向 数量 ( 处) j31 6 i7i o6i l1 1538465158 所占比例 2 83 53 72j81 302 392 391 09651 74871 30l o93 26l74 ( ) 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 殷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 31 。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 69 ，表明我国驼峰现代化已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。 西南交通大学研究生学位论文第，页 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，站内调乍无线通信设备，用内燃调机取代蒸汽调机等已 在我国编组站卜推广应用。但其股道数量，根据现场情况表明，普遍偏少， l l 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项投资火、时间长、范围广的系统l ：程， 涉及面广，影响凶素多，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： l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，外部连接邻接区问，内部又含有许多子 系统，邻接区间与子系统间及子系统间是互相联系、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、缩短区间追踪间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 e 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 西南交通大学研究生学位论文 第8 页 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 技术设备的三人要素，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，研究解决各项设备问能力的协调问题；分析编组站分阶段 发展设计的优化原理，对分阶段发展数目的选择和指标计算作出数学描述， 并提出系统内部协调发展的基本思想；分析社会主义市场经济条件卜编组站 发展的大致思路。 西南交通大学研究生学位论文第。贞 二编组站系统分析 ( 一)系统的概念 所谓系统是混乱、无秩序的反义词，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。对于系统这概念有各种定义，但代表性的说法 是：有若干个可以相互区别而又相瓦联系和相互作用的组成部分( 单元) 结 合而成的，且处十一定环境中具有特定功能的有机整体。 由系统的这概念，可以看出，作为一个系统，一股地说具备下述几个 特征： l 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 的交换，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。 ( 二) 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 西南交通大学研究生学位论文 第。o 贝 各单元都有它特殊的功能，而且这些单元都是为了个共同的目的一一车辆 改编作业而设置的。铁路编组站在路网系统中也只是个属于更大系统的子 系统。l 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，凶为它 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，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 展使资源得以丌发，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) 子系统，并建立予系统的排队模型如下( 图1 ) ： 出发子系统 编组子系统 到解子系统 服务员3 服务员】服务员2 编组线甲牵出线甲、 ! 泛 到达场 列检驼峰 、编组线乙专牵出线乙 服务员5 出发区间甲一 j x 出发区间乙一 图l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， 西南交通大学研究生学位论文 第。页 有关其内部特觚后面叙述。现将各子系统构成分析如f ： 1到解子系统 由列车白区问到达时起，经过列检、推峰至车列解体完毕为止。可视为 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：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，可将编组站看作由一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。 ( 三) 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 部环境的相互影响。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。 l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。编 西南交通大学研究生学位论文 第，。贞 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。 编组站系统是山许多予系统、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：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 及行车组织方法，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，而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。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，后面详述。 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 西南交通大学研究生学位论文第t s 页 止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 是相马：联系的，也就是说任何了系统的技术设备和工作组织的改变都会引起 其他子系统1 作条件的变化。吲此，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2 所示。 图2编组站系统综合能力层次结构图 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： 综= r a i n ，”，心j 式( 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 编组能力一 解体能力一 到发线能也 咽喉能力一 系统综合能力设备能力 各单项 西南交通大学研究生学位论文第1 4 页 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h 最小的原则来确定。剥所有摔制变量计算每一力案的年度换算 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： v = 爿| 7 1 一( t f ) | - a t ( 千元月)式( 2 ) 式中： ，具有能力发展速度，千7 i 月； 爿一一保证车站需要能力的每阶段投资额，千元； 7 一一车站每阶段发展周期，月； r 车站每阶段建设周期，月； ( t - t ) 一一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，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。影响货物运量生成 的丰要因素如下： 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 西南交通大学研究生学位论文第- s 页 度之间有着密切关系，般情况卜，它总是给货运量带来正增长。 2 ) 经济结构的变动，特别是工业内部结构的变动对货运量有重要的影 u 向。 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 i 恂着货运量的增长。 4 ) 冶金l 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1 程数量和货运量增长也密切相关。随着建筑 材料、建筑 ：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。 现今，我国正处于由计划经济体制向市场经济体制转变的过程中，中 央“九五”计划中有关对工业、农业、能源、交通、基建及国民经济发展速 度的规定，势必会加快“九五”计划实施过程中货运量的增长速度。另一方 面，“重车流由北向南、由西向东，经主要干线和枢纽集散，空车流由南向 北、由东向西，向主要装车地回送”的车流结构虽然在短时期内不会改变， 但随着国家经济政策的倾斜，实施西部大开发战略已得到全国各界人士的高 度关注，国家整个国民经济重点将会逐步西移，运量也会随着西部大开发的 进行进t 一步上升。这给整个铁路运输网中编组站的组织工作提出了严峻的挑 战，编组站究竟需要具备多大的能力才能跟得上运量的动态增长，或者说， 车站的发展速度应该如何与车站需要能力增长速度相适应，这是以下将要研 究的内容之1 。 2能力协调与编组站分阶段发展的关系 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 于合理负荷鼍( 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 西南交通大学研究生学位论文第，e 页 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，将枢纽看作放人了的点系统，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。综合能力的人小取决于点线及编组站内部主要设备间能力的合理匹配， 凶此从系统j 二程的角度出发，在分析点线及编组站内部主要设备间在运输过 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 卜，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、发间及编组站与所衔接区间问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。 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、出发设备 合理负荷的比值。 ( 1 ) 到解子系统的协调 到解子系统能力协调主要是在列检组合理配备的情况下，到达场到发线 通过能力、驼峰解体能力以及相邻区间通过能力相互之间的协调。该系统的 能力与列车到达间隔分布、驼峰能力负荷、允许接车延误率以及占用到发线 的合理负荷等因素有关。在保证一定的接车可靠性的条件下，到解子系统能 力协调的基本条件是：一昼夜到达解体的列车数。应小于驼峰的解体能 力。当需要接入的列车数一定时，如驼峰解体能力愈小，则到达场需要 的到发线数愈多，否则，将会使接车延误率不断增加，破坏到解子系统工作 的稳定性。另外，到达场到发线需要的通过能力也不宜大于驼峰的解体能力， 召：则，将会造成铺设过多的到发线而浪费国家的投资。一般地到达场每条到 发线的能力控制在9 5 l o 5 列范围内是合适的。 西南交通大学研究生学位论文 第。7 页 1 ) 驼峰能力的合理负荷 从乍辆停留费和驼峰闲置费的角度研究驼峰合理的经济负荷，其值为 07 6 。 鸵峰技术卜可靠性的负荷可按到达延误接车概率p 延计算，一般保证接 1 ：可靠性9 5 ，即p 蜒= o 0 5 。 由珞= p 峰挂刊+ ”( y 到2 + 飞2 ) 2 得 ，) 峰技2 ” 式( 3 ) 式中：p 峰技一驼峰合理技术负荷； m 到到达场用于接车的线路数量； v “一中转列车到达间隔时间变异系数，取0 7 7 5 0 8 7 5 ； v “一一驼峰解体作业时间变异系数，取0 3 04 5 。 当m 到= 8 1 4 时，p 峰技的上限值介于o 8 1 0 8 8 之间。取驼峰合理技术 负荷最小上限值，并结合驼峰合理的经济负荷值考虑，驼峰合理负荷范围为： p 峰合理。o 7 6 0 8 1 。 2 ) 到达场到发线的合理负荷 到达场到发线合理负荷可由下式确定： 尸到合理= ( a ，到，占) u 4 4 0 m 到台理) = i n 到( ，接+ ，待检+ ，检+ ，持解+ ，腾) p ( 1 4 4 0 m 到合理) 式( 4 ) 式中：| v 。一一到达场昼夜到达的列车数，列； m 到合理相应于到的合理到发线数目； t 。、一一到达列车占用该到发线的时间，分钟； 分析t ；中各项时间标准： t 接一一按6 8 分钟计； ：丛薯善2 l 式( 5 ) 待检一= f j 一 nl ) j ( c - 1 ) ! ( c p ) 2 告+ p 。( c p ) 式中：p 一一列检时间内到达的列车数，即一组列检组作业时的负荷； v b 一列检作业时间变异系数，取0 3 0 4 5 ； v 到一一列车到达间隔时间变异系数，取0 7 7 5 0 8 7 5 ； t 。列检作业时间，取3 5