重载铁路列车重量、速度、密度与运输组织模式的关系

贾传峻，胡思继，杨宇栋

（1.北京交通大学 交通运输学院，北京 100044；2.中铁快运股份有限公司，北京 100055）

当今世界各国铁路根据客货运输需求的特征，通过研究和探索，已由原来的单纯增加路网密度转向了优化路网结构，如通过修建高速干线、客货分流、改进车流组织方式等以提高铁路运输业的竞争能力。随着各国铁路运输业的发展，逐渐形成了客运高速化、货运重载化两大发展趋势，货运重载化已经成为包括我国在内的大多数国家铁路货物运输发展现代化的重要标志。铁路列车重量、速度、密度是铁路技术政策的主要内容之一，是重载铁路相关技术政策和标准的重要组成部分，也是当前关系到重载运输发展方向的关键问题之一。而实现重载铁路列车重量、速度、密度的合理匹配是一个复杂的系统问题，铁路运输组织模式是影响三者间相互关系的主要因素。

1 铁路运输组织模式的分类

世界各国的运输组织工作基本原理大致相同，但依据各国对于行车组织工作的两个组成部分，年度性工作——列车运行图和编组计划及日常性工作——行车调度指挥的设计和处理方法不同，可分为规划型行车组织体制和组织型行车组织体制两类[1]。基于这两类行车组织体制，各国铁路所采用的运输组织模式也分为基于规划型行车组织体制的运输组织模式和基于组织型行车组织体制的运输组织模式，简称规划型运输组织模式和组织型运输组织模式。

规划型运输组织模式是指，以年度规划性的运输组织基本技术文件为基础，以日常组织性的运输组织具体工作为辅的模式。该运输组织模式严格地按照列车编组计划和列车运行图组织运输。

组织型运输组织模式是指，以年度规划性的运输组织技术文件为依据，以日常组织性的运输组织文件组织具体工作的运输组织模式。在该运输组织模式下，列车运行图是列车运行和运输组织的基本文件，列车运行调度指挥是运输组织的核心，要求货物列车必须满重或满轴集结后方能开行。

2 不同运输组织模式下重载铁路列车重量、速度、密度的特点

2.1 组织型运输组织模式

目前，我国和部分东欧国家采用了组织型运输组织模式，在这种运输组织模式下，铁路大多为客、货混跑，线路行车密度大、列车种类多、列车运行过程中干扰因素多，“按图行车”仅在一定程度上对旅客列车有意义，旅客列车等级越高，其按列车运行图运行的概率越大；而对于货物运输而言，其运输组织主要是在基本运行图提供的运输能力下，按照日班计划和阶段计划对运输工作进行组织指挥，“按图行车”情况较不理想。

在组织型运输组织模式下，货物列车的运输组织方式是在货物列车编组计划的基础上，将组织货物列车运输的整个过程分为若干个列车运行区段，依照货物列车编组计划规定的各类列车的编组要求组织满重或满轴，根据列车运行图提供的列车运行线组织货物列车运行。但是，由于为满足充分利用运输能力的要求，按照满重或满轴集结方式对列车重量或换长的规定，使列车牵引重量的可调整性被控制在一个较为严格的范围内，即组织型运输组织模式下的重载列车重量在运输过程中可调整性较小。尤其在客货混跑的情况下，由于要求重载列车具有较高的速度，列车重量应较小，而在同样运量需求下要求列车的行车密度较高。因此，在组织型运输组织模式下，重载列车的重量较大、速度高、密度高。

2.2 规划型运输组织模式

在规划型运输组织模式下，发展重载运输的条件限制较大。目前，美国及西欧等国家基本采用规划型运输组织模式。规划型运输组织模式严格地按照列车编组计划和列车运行图组织运输，列车运行图是列车运行组织的核心，调度指挥是辅助性工作，其职责在于根据列车运行图组织行车，维护列车的正常运行秩序，保证“按图行车”正常工作。

在规划型运输组织模式下，由于能够充分保证运能，要求货物列车应严格根据预先确定的列车运行线运行。因此，由于运能相对充分，该运输组织模式对于列车满重或满轴要求相对较低，列车牵引重量的可调整性范围相对较大，即这种模式下重载列车重量在运输过程中可调整性较大，通常开行重载运输的线路能够实现客货分线，列车的速度要求相对不是很高，列车的行车密度可根据列车重量的变化进行调整。通常情况下，由于列车重量较大，其行车密度较小，重载运输线路列车重量大、速度较低、密度较低。目前，我国大秦铁路初步实现了客货分线。虽然大秦铁路采用组织型运输组织模式，但由于前方衔接港口，运输组织具有一定的独立性，该线路在一定程度上带有规划型组织模式的雏形。

3 重载铁路列车重量、速度、密度匹配的多目标优化模型

发展重载运输，不同运输组织模式下重载列车重量、速度、密度的发展条件不同，形成了不同的列车重量、速度、密度特点，确定三者合理关系涉及铁路的车、机、工、电、辆等各个生产部门。

线路的实际情况不同，列车重量、速度、密度合理匹配的目标是提高铁路运量和铁路运输企业的经济效益。在技术、设备等条件允许的情况下，重载线路列车重量、速度、密度合理配置的主要影响因素涉及供给和需求两个方面：①货运需求的影响。重载列车是为货物运输需求服务的，因此货流需求是影响重载列车开行的主要因素。具体包括区段货流密度，货物的流量、流向，货物的品类，货主对运到时间的要求等，铁路运输企业必须考虑货主需求的差异。②重载运输供给的影响。从重载运输供给方面考虑，铁路运输能力是重载列车开行方案的保证。重载运输供给包括铁路运能 (线路、车辆等运输设备能力) 及运输企业的经济效益等。

对重载线路列车重量、速度、密度的组合方案进行优化的目标很多，但这些目标之间往往存在相互依存的联系，从中挑选出具有代表性的目标，有利于对问题的求解。通过建立多目标优化模型，将优化指标转化为重载列车重量、速度、密度的有关函数F(G，v，ρ)，结合运力规划发展的特点，运用动态规划的方法进行求解。

对于铁路运输企业而言，其运量将直接影响货物运输收入，货物运输收入由运费和杂费两部分组成，主要与运量和运输距离有关。对于一个区段，其运输距离相对固定，货物运输收入可转化为运量的函数，而运量为列车重量、速度、密度的函数，则运输收入可以表示为列车重量、速度、密度的函数。同时，货物运输成本也与运量有关，按其与运量的关系，可以划分为随运量的变化而变化的变动成本，以及随运量变化很小或不变的固定成本。变动成本和固定成本的划分具有一定的相对性，某些成本在一定时间或范围内可能是不变的，但随着条件的变化也会发生改变，转为变动成本，因而变动成本又可分为短期变动成本和长期变动成本[2]。货物运输成本可以转化为运量的函数，而运量为列车重量、速度、密度的函数，故货物运输成本可以表示为列车重量、速度、密度的函数。由此可见，运输收入与运输支出的差额，即运输利润可以作为衡量列车重量、速度、密度匹配情况的主要指标之一。

另外，市场占有率和需求满足率是衡量其运输服务质量的主要指标，由于铁路运输运量大、运输稳定、运价低等特点和优势，使铁路运输在市场占有方面处于一定的优势地位，从而使需求满足率指标较市场占有率更具有代表性，可以作为重载铁路运输企业提供服务的主要指标。

设区段内重载列车牵引重量为Q，限制区段重载列车平均速度为v，区段行车密度为N，ρ=/N(表示区段实际运行列车数或对数)，则此3项指标优化可表示为某个函数，设此函数为：L(G，v，ρ)。3 项优化指标函数确定后，可根据重载线路相关的技术、设备及经济情况确定约束条件，如一定牵引功率下列车重量与速度的函数关系，重载列车在区间运行的最大、最小限速等。这些约束条件可归纳为如下3种情况：

从理论上讲，铁路运输部门的决策者希望各项优化指标都能够达到最优，但实际情况下由于各项指标可能相互制约，以及各种约束条件的存在，需要决策者根据不同时期的运输需求和不同情况下的约束条件，在多个优化指标之间进行比选。重载铁路列车重量、速度、密度匹配的优化问题是一个动态性的多目标和多阶段优化问题，即需要同时实现多个目标，假设除L(G,v,ρ) 之外有另一优化指标函数Z(Q,v,ρ)，在求解重载铁路列车重量、速度、密度相互匹配的多目标优化问题时，运用了多目标动态规划方法，通过各项指标在不同线路、不同条件和不同时期的重要程度，根据函数的数量，分别赋予各函数目标权重系数，在此设为w1、w2，然后将经过处理后的各项指标函数加权求和，构造优化目标函数。重载铁路列车重量、速度、密度匹配的多目标优化模型为：

4 结束语

通过对不同运输组织模式下重载铁路列车重量、速度、密度的特点及其关系的分析，提出运用多目标规划方法建立模型，对三者合理匹配进行求解的基本方法。我国重载铁路发展有着很大的空间及广阔的市场，特别是随着货物重载运输技术的不断改进，重载列车“重量、速度、密度”的合理组合将成为货运重载技术体系的核心。

[1] 胡思继. 列车运行及通过能力理论[M]. 北京：中国铁道出版社，1993.

[2] 李岱安. 中国铁路成本计算[M]. 北京：中国铁道出版社，1999.