（交通运输规划与管理专业论文）200kmh既有线客货列车速度匹配研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 我国铁路大部分线路都是客货列车混合运行，旅客列车提速后与货物列 车的速度差逐渐增大，直接影响到铁路的运输效率和通过能力。尤其是动车 组上线以来，列车的等级进一步增加，铁路运输组织方面出现了很多新的变 化。因此研究客货列车的速度匹配问题非常必要。 基于这样的背景，本文对开行2 0 0 k m h 动车组既有线的客货列车速度匹 配进行了研究，并对实例进行了具体分析，得出了一系列结论。 在本文中，首先介绍了2 0 0 k m h 既有线上的运输组织模式以及通过能力， 着重介绍了列车运行组的概念和通过能力的计算方法，为后续中的研究奠定 基础。以通过能力为研究客货列车速度匹配的主要考虑因素，用不同的计算 方法对客货列车速度匹配进行了探讨。 1 运用直接计算法，利用确定的运行图的列车开行结构，提出了简 单的整数规划模型： 2 运用扣除系数法，通过对单列旅客列车和多列旅客列车扣除系数 的分析，得出了任意旅客列车组扣除系数的表达式，并由此对客 货列车的速度匹配进行了分析； 最后，以宝鸡东一西安段为背景，通过改变该区段上不同等级列车数量、 不同等级列车速度等方法定量地分析了不同等级列车之间的速度匹配关系对 线路通过能力的影响，研究了合理匹配方案。 关键词：速度匹配；直接计算法；扣除系数；通过能力 西南交通大学硕士研究生学位论文第l i 页 a b s t r a c t m o s to fo u r r a i l w a yl i n e sa d o p t e dt h em o d eo f m i x e dr u n n i n gb a s i c a l l y a l o n g w i t ht h es p e e di n c r e a s i n go f p a s s e n g e rt r a i n s ，t h ed i f f e r e n c eo ft h es p e e db e t w e e n p a s s e n g e ra n dr e i g h tt r a i n sh a sb e e ng r a d u a l l yi n c r e a s e d ，a n di ti m p a c e dt h e e f f i c i e n c ya n dc a p a c i t yd i r e c t l y a n dt h e na s e r i e so fn e wc h a n g e sa n dn e w q u e s t i o n sh a v eo c c u r r e de s p e c i a l l yw i t ht h ee m u o n - l i n e s oh o wt oa l l o c a t et h e c a p a c i t yf o r t h ep a s s e n g e rt r a i na n dt h ef r e i g h tt r a i nb e c o m e sap r o m i n e n t q u e s t i o n b a s e do nt h i s b a c k g r o u n d ，t h i sp a p e rs t u d i e st h es p e e dm a t c h i n g o f p a s s e n g e r f r e i g h tt r a i n so ne x i s t i n gl i n e sw i t hm a x s p e e do f2 0 0 k m h ，a n a l y s e s a ne x a m p l ef o rt h i sa n dd r a w ss o m ec o n c l u s i o n s i nt h i sa r t i c l e ，f i r s ti n t r o d u c e dt h em o d eo fo p e r a t i o no r g a n i z a t i o na n dt h e c a r r y i n gc a p a c i t y , f o c u s e do nt h ec o n c e p t so ft r a i n g r o u po p e r a t i o na n d t h e c a l c u l a t i o n so fc a p a c i t yo n2 0 0 k m he x i s t i n gl i n e a n da l lt h i ss e t t l e st h e f o u n d a t i o nf o rt h ef o l l o w i n gr e s e a r c h a n dt h e ns t u d i e dt h es p e e dm a t c h i n go fp a s s e n g e r 仔e i g h tt r a i nt h r o u g ht h e c a r r y i n gc a p a c i t yi nd if f e r e n tm e t h o d s 1 d i r e c tc a l c u l a t i o n as i m p l ei n t e g e r - p r o g r a m m i n gm o d e lw a ss t r u c t u r e db y t h ed e c i d e ds t r u c t u r eo ft h et r a i nd i a g r a m 2 d e d u c t i o nc o e f f i c i e n t t h r o u g ht h ed e d u c t i o nc o e f f i c i e n ta n a l y s i so fa s e p a r a t ep a s s e n g e rt r a i na n dp a s s e n g e rt r a i n ，a ne x p r e s s i o no fg r o u p p a s s e n g e r t r a i nw a sd e d u c t e d a n ds o m ec o n c l u s i o n sa b o u tt h es p e e dm a t c h i n gw e r ec a r r i e d o u t a tl a s t ，b yu s i n go fc o m p u t e rs i m u l a t i o ns y s t e m ，o nt h eb a s i so ft h ed a t ao f 西南交通大学硕士研究生学位论文第l il 页 t h eb a o j ie a s t x i a nr a i l w a yl i n e ，t h r o u g hc h a n g ed i f f e r e n tc l a s st r a i n s s p e e d ， n u m b e ro rt r a c k i n gi n t e r v a l ，w eg e tas e r i e so fr e s u l t sw h i c hh a v eb e e na n a l y z e d a n dr e v i s e da f t e rt h a t k e y w o r d s ：s p e e dm a t c h i n g ；d i r e c tc a l c u l a t i o nm e t h o d ；d e d u c t i o nc o e f f i c i e n t ； c a r r y i n gc a p a c i t y 西南交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查 阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入 有关数据库进行检索，可以采用影印、缩微或扫描等复制手段保存和汇编本 学位论文。 本学位论文属于： 1 保密口，在年解密后使用本授权书； 2 不保密伊，使用本授权书。 ( 请在以上方框内打“4 ”) 学位论文作者签名：雀奁霞 日期：2 叫6 ，ic 西南交通大学学位论文创新性声明 本认证重申明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下独立进行研究 所得的成果，除文中已经注明引用的内容外，本文不包括任何其他个人或集 体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均 已在文中作了明确的说明。本人完全意识到本申明的法律结果由本人承担。 本论文的创新性包括以下内容： 本论文首次提出了直接计算法确定客货列车速度匹配的概念，并建立了 简单的优化模型。 学位论文作者签名：键奁霞 日期：加7 年占月f 7r 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 1 1 世界铁路发展趋势 第1 章绪论 铁路旅客列车平均速度在2 0 世纪4 0 年代初就已经达到5 5 k m h 。尽管第 二次世界大战使得列车速度有所下降，但不久即开始回升，1 9 6 2 年已有2 0 多个国家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 。如表1 - 1 所 示。日本、法国、原联邦德国、英国和意大利等国还试运行了最高速度2 0 0 k m h 的列车。 表1 - 1 上世纪六十年代初部分西方发达国家铁路列车最高速度心铂 国别最高技术速度最高允许速度最高直达速度 美国1 3 2 k m h17 0 k m h 一1 8 0 k m hlo o k m h 一12 0 k m h 英国1 4 0 k m h1 0 5 k m h 原联邦德国 9 0 k m h 一1 1o k m h 法国1 3 6 6 k m h1 0 7 5 k m h 到了2 0 世纪6 0 年代中期，随着列车速度达2 0 0 k m h 以上的高速铁路投 入运用及其发展，使铁路又出现了新的生机，从此，铁路进入了高速化发展 的阶段1 。 2 0 世纪8 0 年代以来，随着高速铁路的迅速发展，既有铁路的提速改造得 到普遍的重视。除了已发展高速铁路的日本、法国和德国等主要国家外，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 的，除了西欧及美、日等国家外，还有亚洲的韩国、印度和非洲的埃及。 速度是一切交通工具为之追求的目标。纵观世界铁路发展的历史，就是 一部速度的竞争史。从1 8 2 5 年英国斯托克顿开出世界上第一列火车到本世纪 初，火车以其快捷的优势很快进入鼎盛时期。6 0 年代的r 本、7 0 年代的法国 和德国等西欧国家，又以开行时速为2 0 0 - 2 5 0k m 以上的高速列车，遏制了高 速公路和航空运输咄咄逼人的势头，使即将成为“夕阳工业”的铁路运输焕 发了新的生机。时至今日，西方国家都竞相将发展高速铁路作为一项长远发 展战略，就连从3 0 年代开始大拆铁路、素有“汽车王国”之称的美国，也对 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 铁路进行了重新评估，正筹划建设高速铁路。欧洲共同体成员国还制定了规 划，将在整个欧洲大陆建成四通八达的高速铁路网。由此可见，提高列车速 度，发展高速技术，是全球铁路发展的趋势，也是中国铁路发展的必由之路。 值得注意的是，一些积极发展高速铁路的国家，为了充分发挥高速的优 势，在与高速铁路衔接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。 在国外，修建高速铁路的同时，仍在大力改造繁忙铁路干线，以建立和 扩大本国、本地区的快速或高速旅客列车系统。其中既有铁路繁忙干线提速 的发展更为迅速，如法国，全国共建有2 7 0 - 3 0 0 k m h 的高速线约1 3 0 0 k m ，但 最高速度达1 6 0 k m h 及其以上的既有线路达1 1 0 0 0 k m 以上，t g v 列车下高速线 在既有线上运行的长度往往是通过高速线长度的几倍，所以必须使在这些既 有线上运行的t g v 列车也保持较高的运行速度乜4 j 。 目前，从世界范围来说，铁路提高列车速度己形成高潮，并成为各国铁 路发展的共同趋势。 1 2 我国铁路提速的研究及现状 1 2 1 我国铁路提速的现状 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，提出了“在主要的繁忙干线上把旅客列车时速提到1 4 0 - 1 6 0 公里” 的提速目标。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。 1 9 9 7 年4 月1 日零时，铁路第一次大面积提速调图全面实施，拉开了铁 路提速的序幕。全路实施新的列车运行图，在京广、京沪、京哈三大干线， 提速列车最高运行时速达到了1 4 0 公里。全国铁路旅客列车旅行速度由1 9 9 3 年的时速4 8 1 公里，提高到时速5 4 9 公里，增加了6 8 公里。打破了我 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 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 日零时，中国铁路第二次大面积提速调图丌始实施。这次 提速调图，以京广、京沪、京哈三大干线为重点，进一步扩大了提速范围。 快速列车最高运行速度达到了时速1 6 0 公里，非提速区段快速列车最高速度 达到了时速1 2 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，铁路以西部地区为重点，实施第三次大面积提速。 2 0 0 0 年1 0 月2 1 日零时，中国铁路第三次大面积提速在陇海、兰新、京九、 浙赣线顺利实施。在前两次大面积提速的基础上，初步形成了中国铁路提速 网络。这次调图，夕发朝至列车达到2 6 6 列；同时为适应假同经济和旅游业 的发展，安排了跨局旅游专列运行线2 8 对。提速延展里程增加到1 3 力公里， 覆盖了全国主要大、中城市。 铁路提速产生的效应大大超过提速本身。提速转变了人的观念，不仅为 铁路彻底摆脱计划经济的束缚注入了动力，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，中国铁路已进入新的发展阶段。 2 0 0 1 年1 0 月2 1 日零时，经过充分准备之后，中国铁路第四次大面积提 速调图开始实施。这次提速的重点区段为京九线、武昌一成都( 汉月、襄渝、 达成) 、京广线南段、浙赣线和哈大线。在京沪线北京至上海间白1 8 ：o o 一2 0 ： 0 0 两小时之内连续开行了4 对夕发朝至特快列车。 2 0 0 3 年6 月2 8 日，铁路管理部门提出了进一步的提速目标。2 0 0 3 2 0 0 7 年，京沪、京广、京哈、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，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。 2 0 0 7 年4 月1 8 日，全国铁路开始第六次大提速，提速在京哈、京沪、京 广、京九、陇海、浙赣、兰新、广深、胶济等干线展开。时速达2 0 0 公罩 线路，部分区段时速将达到2 5 0 公里。此次提速中开行动车组1 4 0 对，在0 7 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 年底时动车组已达到2 5 7 对。经过这两次大面积的提速，全国铁路快速线路 总里程达到2 万公里左右。 1 2 2 既有线客货列车速度匹配的研究现状 关于不同等级列车速度匹配的问题，国外由于客流量小，线路能力充裕， 且高速线路已建设成网，不同等级列车间的相互影响较小，因此对速度匹配 方面的研究涉及较少。而国内目前专门研究这方面的文章也比较少，国内大 部分与速度匹配相关的研究都是从扣除系数入手的，例如列车速度与扣除系 数和通过能力的关系。 国内与速度匹配相关的研究，一般来说，都是从线路的通过能力着手， 以提速后的旅客列车框架为研究对象，讨论其中不同速度等级的旅客列车的 数量变化或速度变化对扣除系数的影响。 我国铁路运输领域对扣除系数的研究主要集中在双线自动闭塞区段的旅 客列车扣除系数，研究方法主要有分析法和模拟法两大类，分析法主要针对 单列旅客列车越行方案，分析旅客列车扣除系数的影响因素及构成，将客车 扣除系数分为基本最小扣除系数、基本补充扣除系数和额j , b l i ：i 除系数三部分， 这种方法原理和思路清晰，充分反映客车扣除系数的影响因素，但是仅局限 于单列客车，对于多列客车来说，这种方法的精度比较差。模拟法的基本原 理是以建立“规格化”铺画的单列旅客列车越行方案为基础，进而分析作为 基本单元的旅客列车组的越行方案，确定扣除系数及其变化规律，模拟法在 理论和方法上比分析法更符合实际，也更为严谨，但需要进行大量的计算机 模拟，其原理和应用都较为复杂。 以下为国内一些学者在与速度匹配相关的方面研究的一些成果： 张玲在文献 8 中，提出了绘制全区段越行图并根据理想越行图及偏移量 确定使占基补最小的最优越行方案的方法，并提出了6 基补的值的范围以及计算 公式。不过该文对6 外扣的计算并没有深入的涉及。 刘卫华在文献 1 0 】中，根据提速不同阶段，设置九个不同的列车开行方案， 计算不同方案下的旅客列车扣除系数，计算各方案理论上的区间通过能力，分 析了提速对区间通过能力的影响。 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 贾华强、王建军、雄伟在文献 1 9 1 更是定量地算出，货物列车速度不变 的情况下，汉丹线的快速旅客列车每提高速度l o k m h ，快速旅客列车的基本 扣除系数将减小约o 0 3 ，快速旅客列车的额外扣除系数将增加，增加的幅度 为0 2 - 0 7 。快速旅客列车间的会让使快速旅客列车的扣除系数平均增加 o 0 5 0 1 0 。综合考虑，汉丹线快速旅客列车扣除系数在1 6 左右。 文献 1 9 的结论“随着客货列车速度差的增大，旅客列车的扣除系数也增 大，区间通过能力降低。”在宋艳等所作的文献 4 8 1 中也有直接的体现，该文 主要针对车流变化对通过能力的影响展开研究，得出了客货列车的速度差减 小，会导致旅客列车的扣除系数减少，即区间通过能力增大的结论。文中还 提出了新的通过能力计算的方法，该方法主要是考虑前面所说的种种因素的 影响，在传统计算公式上加入这些因素产生的变量。这些变量以实际数据回 归求出。 郝立光在文献 i s 】中则是研究单独某一等级列车速度的改变对通过能力 产生的影响，并对这些影响做了定量的分析，得出了货物列车提速对通过能 力的影响比旅客列车提速要明显得多的结论。虽然这一结论是在单线铁路上 得出，但他的研究方法，值得我们在研究双线提速线路时借鉴。 马国忠、王云在文献 1 6 】中从客货车的速度差值出发，详细讨论了客货列 车速度差与通过能力的关系，就复线铁路旅客列车提速引起客货列车速度差 增大对区间通过能力的影响进行了讨论。针对旅客列车提速，货物列车不提 速以及旅客列车与货物列车都提速两种情况进行了理论与实例分析，确定了 基于区间通过能力影响极小化条件的客货列车速度差合理范围，并在此基础 上提出了客货列车速度合理匹配的原则与方案。 孙焰、季令、张国宝在文献 1 2 】中，用数学方法分析和推导了双线区段内 各种因素对旅客列车扣除系数的影响关系，给出了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，并通过大量的实例计算，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。 在彭其渊、阎海峰、殷勇所作文献 1 1 中，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， 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 为铁路单线区段开行快速列车的提供了理论依据，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。 马驷、倪少权在文献 9 】中，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 踪列车间隔下的扣除系数取值。 以上的文献虽然很少有直接研究多种速度列车速度匹配方案的，但它们 都从不同的侧面指出了研究这个问题的思路和方法。以上的文献虽然对多等 级速度的列车相互影响没有涉及，但它们的方法和思路对我们的研究有着十 分重要的参考价值，特别是其中一些论文还根据具体问题给出了相应算法和 模型，这对于本论文研究既有线提速之后客货列车混跑时的速度匹配方案有 很大的启示作用。 1 3 选题背景、意义以及本论文的研究内容 1 3 1 选题背景 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 到提高。在八十年代，随着国民经济的快速发展，铁路运输一度产生过供给 与运输需求之间的突出矛盾，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。 随着铁路运输技术的发展，世界发达国家的铁路纷纷采取修建高速铁路 和既有线提速改造并重的方针，依靠科技进步和研制生产具有世界先进水平 的运输技术设备，努力实现高速度( 或快速度) 、高效率、大运量、高服务质量 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 的现代化铁路运输。发展时速2 0 0 k m 客货共线铁路，是我国经济和社会发展 的需要，是铁路积极参与运输市场竞争的必然，是铁路实现跨越式发展的重 大步骤，也是我国铁路既有线列车速度走向国际先进水平的历史性突破。 我国铁路已经实施了第六次大面积提速，2 0 0 k m h 客货混跑模式的铁路 也已经随之出现。在京哈、京沪、京广、陇海、沪昆( 浙赣段) 、胶济线等既有 干线己经实施2 0 0 k m h 的提速，部分有条件区段列车运行速度可达2 5 0 k m h 。 无论是新线设计，还是既有线提速，速度达到2 0 0 k m h 的客货混跑情况下的 运输组织模式和相应问题的研究，如列车提速带来的运输能力影响问题、高 速旅客列车速度影响问题、客货列车速度的相互匹配、客货列车的开行数量 及方案、列车运行图编制、天窗的开设形式及开设时间等都将是一个崭新的 课题，需要从理论上进行认真的分析研究和解决，这既是铁路跨越式发展战 略的需要，也是铁路运输组织理论发展的需要。这些问题的研究不仅对于确 定2 0 0 k m h 铁路客货列车运行方案及相关运输组织设计有重要的指导意义和 实际应用价值，而且也是铁路运输组织理论发展的需要，具有十分重要的现 实意义和理论研究价值。 由于我国铁路大部分线路都是客货列车混合运行，旅客列车提速后与货 物列车的速度差逐渐增大，直接影l h j n 铁路的运输效率和通过能力。本课题 将着重研究2 0 0 k m h 既有线客货列车的速度匹配问题。通过对提速线路通过 能力的分析研究，来获得各种列车速度的合理匹配，使铁路能够更好地为国 民经济的发展服务。 1 3 2 选题意义 我国铁路采用是的客货列车共线的运输组织模式，对于某一线路而占， 其区间通过能力是一定的。客货运量的不断增长使得铁路运能长期以来不能 满足运量需求，在这种限制型运输的形势下，客货列车之间在能力的占用方 面存在着相互“争嘴”的关系，多开了客车就必须少开货车，反之亦然。同 时，由于客货列车间速度差的影响，导致开行一列客车将扣除2 3 列货车。 客货速差越大，旅客列车扣除系数就越大，线路总能力就越小【9 】o 因此，要提高线路通过能力，就要缩小客货列车的速度差。显而易见， 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 最大的线路通过能力是尽量减少客货列车的速差，使运行图近于平行运行图。 但由研究可知，并非是客货速差越小，通过能力就越大，当货物列车速度达 到某一值后，再增加货物列车的速度，反而会降低通过能力【z o | 。 同时，在目前我们面临的问题不仅仅是提高通过能力，还有更重要的是 满足旅客运输对旅行速度的要求，而且还不想降低运输能力。 在这种既要能力又要速度的情况下，我们就不能再以过去那种旅客列车 照顾货物列车，“跑平图”的办法来组织运输生产，而应考虑在现阶段货物列 车速度可能达到的水平的条件下来提高旅客列车的速度。需要说明的是，提 高运行速度和提高运输能力本不矛盾，对于双线铁路来说，就一种列车而言， 提高运行速度，改善信号系统和列车制动系统，可以进一步减小列车的追踪 间隔，从而大幅度地提高运输能力，但是由于既有线是客货列车混跑的，致 使客货列车速差的大小限制了运输能力的提高，因此，提速线路上快速旅客 列车、普通旅客快车、旅客慢车、货物列车等多种列车的开行方案合理匹配 问题的研究对运输组织工作来说就显得尤为迫切了。 1 3 3 本文研究的主要内容 本论文探讨了2 0 0 k m h 既有线的客货列车速度匹配的问题。在使2 0 0 k m h 既有线线路通过能力最大的情况下，研究客货列车速度的最佳匹配。 文章的大体结构如下： 第一章为绪论部分，介绍国内外的提速状况以及客货列车速度匹配的研 究现状，引出本课题的研究意义和内容； 第二章分别介绍了既有线运输组织模式和通过能力的相关概念，为后面 的研究奠定基础： 第三章通过直接计算法研究客货列车的速度匹配，在介绍旅客列车开行 方案和列车开行结构确定的基础上，研究通过能力最大的情况下不同速差列 车的优化组合； 第四章利用扣除系数的计算公式对速度匹配进行理论分析，通过对运行 图上任意列车组扣除系数公式的归纳分析，得出了速度匹配方案的一些通用 性结论； 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 第五章是实例分析，根据已有的资料，在不同的提速方案下，通过分析 改变列车追踪时间、提速旅客列车数量、旅客列车框架、客货列车速度差等 因素，得出了旅客列车扣除系数和通过能力与这些影响因素之间的变化关系， 从而得到合理的客货列车速度匹配的结论。 本文的主要结构如图1 1 所示： 图1 1 本文结构图 沦 绪1 专 西南交通大学硕士研究生学位论文第10 页 第2 章2 0 0 k m h 既有线行车组织模式及通过能力 速度匹配是指客货列车等不同等级的列车之间的速度搭配关系。速度匹 配研究主要是确定在如何的速度搭配关系下线路能达到最大的通过能力。研 究既有线提速之后不同等级列车的速度匹配方案，必须首先明确一些基本概 念。 本文中以通过能力为主要考虑因素来寻求合理的客货列车速度匹配，而 线路的通过能力又与行车组织方法或模式密切相关，在其他固定设备相同的 情况下，铁路线路采用不同的行车组织模式，其通过能力就不同。因此，我 们有必要先对2 0 0 k m h 既有线的运输组织及通过能力进行介绍。 2 12 0 0 k m h 既有线运输组织特点 1 列车种类增多：有摘挂列车、普通货物列车、快运货物列车、1 2 0 k m h 左右的普通旅客列车、1 4 0 - 1 6 0 k m h 的快速旅客列车、2 0 0 k m h 左右的特快旅 客列车和直达特快列车，列车种类达7 类甚至更多。 2 列车速度差异增大：在2 0 0 k m h 客货混跑的线路上，有列车速度在 l o o k m h 以下的低速列车( 如普通货物列车、摘挂列车) ，有列车速度在1 2 0 k m h 左右的中速列车( 普通旅客列车) ，也有列车速度在1 6 0 k m h 左右的中高速列 车( 快速旅客列车) ，还有列车速度达到2 0 0 k m h 的特快旅客列车，列车间的 速度差异将达到一倍以上，速度差异的绝对值将达到l o o k m h 以上。 3 行车组织模式有待研究：在列车种类多、列车速度差异大的客货混跑 线路上组织行车，既不能用高速铁路的行车组织模式和秦沈客运专线的行车 组织模式，也不能照搬列车速度相对较低的现有客货混跑模式，如何组织行 车尚无成熟的经验借鉴，有待进行深入的研究。 4 运输日常调度难度较大：由于列车种类多、列车速度差异大，也就使 得日常运输组织的难度加大，在设计时就必须考虑日常运输组织和列车运行 调整的需要，给日常运输组织留有足够的余地。 西南交通大学硕士研究生学位论文第11 页 2 22 0 0 k m h 既有线运输组织基本模式 2 2 1 客货分线模式 客货分线运行模式就是根据客货列车之间对速度和线路要求的不同，同 一方向上的旅客列车与货物列车分别走不同的线路，货物列车和旅客列车的 运行互不干扰，每条线路都能最大程度地发挥自己的能力。一般来说，以下 几种情况采用分线运行比较合适。 ( 1 ) 高速铁路及高速客运线路 这是由于高速铁路及高速客运线路一般设在两个经济较发达的城市之 间，存在着大量稳定的客流量，客流对时间要求比较严格。分线运行可以保 证列车的准时性。同时，高速铁路及高速客运线路旅客列车运行速度高，对 线路要求相对较高，与普通列车对线路的质量、曲线半径等的要求都有所不 同，同时与其他普通列车存在的速度差过大，如果不分线将对线路的整体通 过能力影响巨大。 所以从列车的安全性与运行可靠性出发，高速铁路及高速客运线路应该 分线进行。分线运行可以保证列车的准时性、安全性，提高线路的通过能力 与设备的利用率，但要充分考虑到旅客的换乘问题。 ( 2 ) 路网主要的干线通道 路网内的主要干线通道，往往由多条平行线路组成，具有强大的运输能 力。如果采用客货混跑模式，客货列车速差大，对通过能力、线路及设备的 利用及损耗会造成很大影响。对于路网内的主要干线运输通道，客货列车应 采用分线运行的模式。 目前我国客货分线运行比较典型的是广深线，该线特快旅客列车丌行量 大，已经在实际上形成了特快旅客列车和部分直达旅客列车集中开行的形势。 2 2 2 客货混跑模式 客货混跑模式即客货共线运行模式，就是同方向的旅客列车与货物列车 在同一条线路上运行，根据旅客列车与货物列车的特点与需要按不同的组织 西南交通大学硕士研究生学位论文第12 页 方式组织列车运行。 客货共线模式又可以分为如下两种模式： 1 全天候客货共线 全天候客货共线，也就是客货列车全天候开行。由于2 0 0 k m h 客货共线 铁路列车速差大，如组织客货列车全天候共线，从能力上来说，影响较大。 对于客货列车共线线路，客货列车运行速度差越大，旅客列车扣除系数就越 大，区间货物列车通过能力就越小。按照这一规律，当旅客列车提速、货物 列车不提速，或者是旅客列车提速比货物列车提速力度更大，区i 日j 的通过能 力将下降。 全天候客货共线下列车的运行又可以分为客货列车分散分布和部分客货 列车速度相近集中分布两种。客货列车分散分布时，当客货列车速差增大时， 货物列车通过能力将大大降低，从而使得整个线路的通过能力降低。 当前，我国铁路各干线能力十分紧张，如采用客货列车无规律分散分布， 对线路能力影响将会较大；但是客货列车分散分布均衡性好，每个车站股道 数的设置比较均匀，也不会对车站的接发车等作业产生很大的影响，尤其是 不会对编组站造成大的冲击。 部分客货列车速度相近集中分布时，由于减少了越行次数，客货列车之 间的行车干扰有所降低，进而提高了路的通过能力。不过这种方式造成一定 程度的不均衡，列车在各站的越行有一定的波动，对编组站也造成一定程度 的影响，但是总体上影响不是很大，在线路的行车量较大时，可以在一定程 度上缓解能力的紧张。 2 分时段客货共线 在列车运行图上某区段端点站将一天2 4 小时分成几个时间段，按时间段 安排列车运行称为分时段运行。一般是一个时段安排旅客列车或主要安排旅 客列车，称为旅客列车开行时段；下个时段安排货物列车或主要安排货物列 车，称为货物列车开行时段，如图2 1 所示。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 3 页 三角 客车时段货车时段 图2 1 区段a b 客货列车开行时段 时段的划分类似天窗，而且划分时段时一天2 4 小时只能划分成偶数个时 段，客货列车开行时段数相等且相间隔布置，即“旅客列车时段一货物列车 时段一旅客列车时段。分时段运行主要目的是为了减少客货列车之间的 行车干扰，降低不同速度列车间的越行次数，从而提高线路的通过能力。 在运行图上划分时段后旅客列车时段和货物列车时段之间有一个三角 区，如图2 1 的阴影部分，这样就造成一定的能力浪费，但是对于划分时段 后带来的能力增加而言浪费的能力并不多，划分时段仍然是有利的。三角区 能力浪费与区段的长度有密切的关系，区段越长能力浪费的越多，反之则少。 三角区内的列车运行线起讫点只有其中的一点是区段的端点站，也就是说运 行线将是一些“短线 ，这些运行线可用来开行小运转列车或其他短途车【2 6 | 。 划分时段时客货列车时段的个数不宜太多，一般两个时段或者四个时段。 时段划分过多不利行车组织和调整，增加日常行车工作的难度，而且时段划 分过多所带来的能力浪费也多。 划分时段时，旅客列车时段和货物列车时段的时间长度一般按行车量的 比例来安排。也可按照天窗安排、客货列车速度、客货列车开行对数的合理 匹配等具体情况调整时段的大小，如下式： 西南交通大学硕士研究生学位论文第14 页 三客fn ，z 客；( 1 4 4 0 一一r 角)( m i n ) ( 2 - 1 ) 三鲍= 导( 1 4 4 0 一一毛角) ( r n i n ) ( 2 - 2 ) 式中三客，第i 个旅客列车开行时段长度； 货，第个货物列车开行时段长度； 刀客，第i 个旅客列车时段列车开行对数； 刀货，第个货物列车时段列车开行对数； n 全天各种列车开行总对数； 综合天窗时间； 疋囱三角区总时间。 分时段开行又可以分为两种方式：一是客货列车时段严格区分，在旅客 列车时段绝不能有货物列车运行线，同样在货物列车时段也绝不能有旅客列 车运行，这样客货列车之间就没有越行；二是客货列车时段部分交叉，在旅 客列车时段和货物列车时段的衔接处周围允许一定的客货列车运行线交叉， 即客货列车间可以有越行，但只在客货列车时段的衔接处周围存在。 在这两种方式下，同种类列车又可以集中开行从而进一步减少不同速度 的旅客列车或货物列车之间的干扰。 分时段开行后旅客列车和货物列车之间越行将大为减少，原来用货物列 车对数描述通过能力已经显得不适应，需要分为旅客列车通过能力和货物列 车通过能力。另外，旅客列车时段内不同速度的旅客列车之间也将产生一定 的扣除，货物列车时段内也是如此。 现在沪杭线已经形成了旅客列车连续开行的旅客列车时间段，而且部分 同类旅客列车集中开行，是比较典型的客货列车分时段运行模式。而沪宁线 则不存在明显的旅客列车连续开行的旅客列车时间段，旅客列车运行线较为 西南交通大学硕士研究生学位论文第15 页 分散，而且同类旅客列车也较少集中开行。我国目前大多数线路仍然采用的 是沪宁线的模式，但是客货分线运行和客货共线分时段运行会在越来越多的 线路，尤其是东部新建线路上采用。 2 3 客货混跑模式 2 3 1 随意组合 顾名思义，随意组合就是说在一个运行图周期里，客车和货车完全随意 混合开行，这种开行模式的特点是客货列车开行没有特别的规律性，按照发 车的需要随意安排开行。 在最高速度2 0 0 k m h 的客货混跑铁路上运行的列车种类多，而且各种列 车的速差可能会很大，再加上不同等级列车对停站地点和时间上的不同要求， 组织多速差列车的混合开行难度很大，而随意组合开行模式不会考虑太多对 能力利用方面的因素，满足列车间隔时间即可开行列车。 开行列车随意组合的优点： ( 1 ) 均衡性好。列车在各站的越行不会出现大的波动，因此每个站股 道数的设置比较均匀； ( 2 ) 客货列车随意组合不会对车站的接发车等作业产生很大的影响， 尤其不会对编组站的接发车作业和调车场的利用造成大的冲击。 随意组合的缺点： ( 1 )列车发出的随意性强，某时刻线路上运行的列车种类多、变化大， 这对车站工作人员尤其是调度人员的要求较高，要随时注意各种列 一 车的越行、停站等，因此运输组织难度较大。 ( 2 )由于多种列车短间隔内在同一条线路上运行，很多设备系统的状态 转换频率高，相关工作人员的思维转换也要快，这也对运输安全提 出了较高的要求。 ( 3 ) 不利于通过能力的优化。 在计算线路通过能力时，如果采用客货列车随意组合的行车组织模式， 当旅客列车提速、货物列车不提速，或旅客列车提速程度大于货物列车时， 西南交通大学硕士研究生学位论文第16 页 货物列车通过能力反而会降低，从而使得整个线路的通过能力降低。当旅客 列车速度大幅度提高，快慢车的速差增大，快车越行慢车的次数增加，虽然 慢车的速度较以前有较大的提高，但由于其停站时间无法保证，旅行速度仍 将会受到很大的影响。可见客货列车随意组合的行车组织模式，会限制线路 运输能力的提高。 从客货列车随意组合对线路的能力及固定设备的影响看，该种模式在线 路行车量不大，能力不紧张时采用比较有利。而随着客货列车运输量的不断 增大，这种组织模式就不能适应运输能力的需要了。 2 3 2 成组开行 在列车运行图上相同或者不相同运行方向两相邻列车所组成的列车运行 图结构单元称为运行列车组。如图2 2 所示。由图显然可知，当区段一同内 运行列车数为时，可以有( n 一1 ) 组运行列车组。若将当日最后- - n 车与次 日第一列车也组成为一运行列车组，则可构成一循环的运行列车组体系。 图2 2 运行列车组构成图 某时间段内，铁路线路上连续开行性质相同或相近的具有固定结构的多 列列车称为一个列车组，列车组在运行图上表现出来的是结构相同或相似， 而且可能在运行图上多次出现。在这里，为进一步简化列车分类、减少列车 种类数，可以规定在区间内平均运行时分之差小于1 0 的列车可以归并为同 一种类列车，某一种类列车数不足全部列车数的5 时可以归并为区间运行时 分相近的列车种类【1 】。 为方便说明以及后面讨论问题的需要，现对成组开行的列车进行一些定 义： 西南交通大学硕士研究生学位论文第17 页 列车组内包含的某- n 车种类，称为列车元；列车组内包含的列车种类 数称为元数，数量最多的列车元称为主元。如由5 列特快旅客列车，3 列快速 旅客列车和2 列普通旅客列车组成的列车组为三元列车组，主元为特快旅客 列车。 列车组是一种或多种列车的组合，对于列车组的性质，可以从四个方面 来描述元数、主元、每元列车数量、列车的开行时间要求。相同组是指组内 列车种类及数量均相同的列车组【1 1 。 列车组内，列车种类和数量的组合，结合我国实际情况应遵循以下原则： 1 列车性质相同或相似，速度相差不大； 2 相近速度列车归在同一元内，组内列车元数不宜过多，一般不超过3 元； 3 每个列车组内列车数量也不宜过多，一般不超过7 列。 所有列车共构成m 种列车组，总组数为，每种列车组的组数为m ，每 种列车组内列车数量为k i ( 扣1 , 2 ，m ) ，在完全成组的情况下则有如下的关系 式： n i = n ( 2 - 3 ) i = l 定义列车组的元数为j ( j = 1 , 2 ，3 ) ，组内每元列车的数量k i ，有： 3 k 扩= k ， ( 2 - 4 ) j = l 如果每个相同列车组在单位时间内( 2 4 小时) 均衡分布称该相同列车组 均衡开行，如果所有的列车组都均衡开行，则该行车组织模式是均衡完全成 组模式。对于某种列车组i ，如果i 组都均衡开行，天窗时间为丁，则组间 的间隔时间为i m = ( 1 4 4 0 - t ) n i ，这是该种列车组均衡开行的理想情况，在 实际运行中，这种情况是很难出现的，其间隔不可能完全相同。如果间隔时 间在某个范围之内变动，且其变动幅度不大时，也可以视作均衡开行。 按一定要求将铁路区段内运行的不同等级的列车归并组合成列车组的方 法称为成组开行。 西南交通大学硕士研究生学位论文第18 页 成组开行的简单形式就是在整条线路或者线路的某个区段，连续开行同 种类的列车。 例如，以追踪的形式连续开行几列特快旅客列车，然后再连续开行几列 快速旅客列车，也可以几种不同速度的列车在一个组罩混合丌行，再在一个 运行图周期内多次出现。将同等级的列车追踪成组开行对减小扣除系数、提 高区间通过能力有很大的帮助。 按行车量成组开行旅客列车的行车组织模式是目前我国大多数繁忙干线 提速后可采用的一种比较理想的模式，它不仅能克服共线模式所带来的弊端， 又能使线路及铁路设备的利用率达到较佳状态，线路通过能力达到最大，同 时还能较好地满足人们出行的要求。 通常情况下，线路在成组开行模式下的通过能力大于随意组合模式下的 通过能力。因此确定一组合适的列车开行结构就成了成组开行模式中重要的 问题。这也是我们在后续中要继续研究的问题。 2 4 通过能力 2 4 1 概念 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矛d , t 7 - 车组织 方法下，铁路线路或区段的各种固定设备在单位时间内( 通常指一昼夜) 所 能通过的最多列车数或者对数。 根据列车框架的不同，通过能力又分为平行运行图通过能力和非平行运 行图通过能力。 平行运行图是指在同一区间内，同一方向列车的运行速度相同，而且列 车在区间两端站的到、发或通过的运行方式也相同，其直观表现就是在列车 运行图上，各列车的运行线互相平行。 非平行运行图是指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也不尽相同，其