突发事件条件下的铁路行车组织

王 莉 秦 勇 徐 杰 贾利民

(1北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室，北京 100044)

(2北京交通大学交通运输学院，北京 100044)

近年来，中国铁路基础设施建设快速发展，并逐渐成为中长途旅客和货物运输的主要通道.与此同时，我国幅员辽阔，铁路自然灾害频发，铁路事故与铁路公共安全事件也偶有发生，严重影响着铁路运输系统的效率，给行车组织工作带来了巨大挑战.由于突发事件的类型、持续时间、影响范围等不同，需采取的行车组织原则和策略有很大区别，与之相对应的行车组织方案的优化目标、约束条件和行车组织流程也不同.目前对于行车调整的研究多集中于列车运行计划调整的建模和优化过程，这种传统的、计划层调整在一定程度上可以有效地处理列车受到较小干扰的情况，但无法适用于突发事件条件下的大面积限速和断路等情况.因此，本文针对突发事件条件下缺少相应的行车组织理论指导的现状，在深入分析铁路突发事件的内涵、类型及特点的基础上，系统地阐述了突发事件条件下的铁路行车组织科学问题，为形成有效的行车组织方案、减少突发事件对铁路运输的影响奠定理论基础.

1 铁路突发事件

突发事件由于其特有的突发性、危害性等特点，引起了国内外学者和相关机构的广泛关注，并从不同的角度对其内涵和外延进行了研究［1-4］.中国对于突发事件比较完善的阐述是2007年11月1日起施行的《中华人民共和国突发事件应对法》中的定义:突发事件，是指突然发生，造成或者可能造成严重社会危害，需要采取应急处置措施予以应对的自然灾害、事故灾难、公共卫生事件和社会安全事件.铁路突发事件作为广义突发事件的一个子集，由于其影响对象、处置措施等不同，具有特定的性质和内涵.

定义1 铁路突发事件

本文所述铁路突发事件是指任何导致铁路行车组织策略变化或者行车组织计划变更的事件.铁路突发事件按照影响程度不同可划分为不同的类型.下文从铁路突发事件的持续时间、客流波动程度和能力下降程度3个属性描述突发事件影响严重程度.

1)一般性铁路突发事件

一般性铁路突发事件是指其对铁路运输秩序的影响可以通过对运行图的调整即可消除的突发事件，包括导致局部线路能力损失较小、客流波动程度较小和(或者)持续时间较短的自然灾害、铁路交通事故和(或者)公共安全事件.其具有如下特点:

①持续时间较短.影响铁路正常行车的持续时间较短，突发事件所造成的线路能力损失能够快速恢复.

②客流波动程度较小.原有计划中的列车能够承担突发事件引起的客流增量.根据文献［5］的数据统计，在平日正常条件下，为了提高旅客舒适度，列车席位利用率一般取0.7～0.8;在节假日客流波动较大的情况下，我国铁路席位利用率曾达到1.19.一般性铁路突发事件条件下，旅客关注的重点已经转向是否能够尽快到达目的地，而非对旅行舒适度的需求，故此时的席位利用率可适当提高.

③线路能力损失较少.线路中的一个区段或某些区段因故采取措施，导致列车无法按图定计划运行，经调整后，原有计划中的列车均能在合理的运营时间内到达终点车站，无严重晚点情况发生.

在这种情况下，原有计划中的列车能够承担因突发事件引发的客流增量，而无需增开新的列车;由于事件持续时间短，线路能力损失较小，无需对径路上运行的列车数量进行调整，只对列车运行计划进行时间维度上的调整即可在合理的时间内实现旅客运输任务.

2)严重铁路突发事件

严重铁路突发事件是指其对铁路运输秩序的影响无法通过对运行图的调整得以消除的突发事件，包括导致局部线路能力损失较大、客流波动程度较小和(或者)持续时间较长的自然灾害、铁路交通事故和(或者)公共安全事件.其具有如下特点:

①持续时间较长.影响铁路正常行车的持续时间较长.突发事件所造成的线路能力损失不能及时恢复.

②客流波动程度较小.原有计划中的列车能够承担突发事件引起的客流增量.

③线路能力损失较大.线路中的大部分区段因故采取限速措施，或者线路中一个或几个区段发生断路，路网结构发生部分改变，导致列车无法按图定计划运行，致使原有径路无法提供足够的通过能力完成既定运输计划.

在这种情况下，原有计划中的列车能够承担因突发事件引发的客流增量，无需增开新的列车;但由于突发事件持续时间较长，线路能力损失较大，只对列车运行计划进行时间维度上的调整已不能在合理的时间内实现旅客运输任务;需采取列车迂回、列车重联等调度策略以减少原有径路上的列车数量.

3)恶性铁路突发事件

恶性铁路突发事件是指其对铁路运输秩序的影响必须通过行车组织策略重大调整和行车组织计划的相应变更以及依靠跨行业应急联动机制才能应对的突发事件，包括导致大范围线路能力损失严重、客流波动程度大和(或者)持续时间长的自然灾害、铁路交通事故和(或者)公共安全事件.其具有如下特点:

①持续时间长.影响铁路正常行车的持续时间很长，突发事件造成的线路能力损失需较长时间才能恢复.

②客流波动程度大.原有计划不足以承担突发事件引起的客流增量，已经造成或将要造成大量旅客滞留.

③线路能力损失大.一个区域内多条线路的大部分区段因故采取限速措施，或者多条线路中的多个区段发生断路，路网结构发生较大变化.

在这种情况下，运量与运能之间的矛盾显著，只调整列车行走径路已不能形成有效的行车组织方案;需依靠跨行业应急联动，改变行车组织策略并重新编制行车组织计划，才能有效缓解运量与运能的矛盾.

2 突发事件条件下行车组织

铁路行车组织是指综合运用铁路运输技术设备(机车、车辆、线路、车站、通信、信号等)和统筹协调铁路运输有关专业部门(机务、车辆、工务、电务等)保证安全、准确、迅速、经济地完成人和物的位移［6］.其主要包含运输组织模式、开行方案、运行计划、车底(机车、动车组)运用计划和乘务计划5个层次的内容.在运力资源充足的情况下，突发事件条件下的铁路行车组织主要集中在运行计划和开行方案2个层次.

2.1 突发事件条件下铁路行车组织类型

突发事件会对铁路运输系统中不同的参与对象产生不同程度的影响，行车组织优化追求的目标、约束条件和组织内容也会发生变化.本文认为按照突发事件的影响程度不同突发事件下行车组织主要分为3种:一般性突发事件条件下行车组织、严重突发事件条件下行车组织和恶性突发事件条件下行车组织，如图1所示.

图1 突发事件条件下行车组织类型

2.2 一般性突发事件条件下行车组织

定义2 一般性突发事件条件下行车组织

一般性突发事件条件下行车组织(train operation in general emergency，GETO)，是指局部线路能力损失较小、客流波动程度较小和(或者)持续时间较短的条件下，对运行计划进行调整并实施的过程.

根据定义可知，一般性突发事件条件下行车组织的主要内容就是传统的列车运行计划调整问题.目前，国内外很多学者对这一类问题进行了大量的研究，本文不再赘述.

2.3 严重突发事件条件下行车组织

定义3 严重突发事件条件下行车组织

严重突发事件条件下行车组织(train operation in serious emergency，SETO)，是指局部线路能力损失较大、客流波动程度较小和(或者)持续时间较长的条件下，对开行方案及相应的运行计划2个层面进行调整并实施的过程.根据定义可知，SETO具有严重突发事件的特点，与传统的列车运行计划调整问题有很大不同，其定位于开行方案和运行计划调整2个层面.

2.3.1 严重突发事件条件下行车组织原则和策略

严重突发事件条件下行车组织内容包含开行方案和运行计划2个层面，因此除了运行计划调整的相关原则外，还包含开行方案调整的原则，主要包含如下内容:

1)尽量将晚点时间少、长途、高等级列车维持原径路运行.

2)本线列车的等级高，迂回到其他径路上的列车等级低.

3)迂回到其他径路上的列车可提前到站，但不可提前发车.

4)重联的列车可提前到站，但不可提前发车.

5)列车迂回时尽量选择跨铁路线数量较少的径路.

6)调度策略中，根据各种策略对旅客出行造成的影响和策略实施时设备条件及技术的风险不同，列车迂回、折返的优先权最高，列车重联次之，列车停运的优先权最低.

7)本线列车等级高，跨线列车等级低;正点列车等级高，严重晚点列车等级低;客运列车等级高，货运列车等级低;有特殊要求的列车可适当优先.

8)列车可提前到站，但不可提前发车.

9)大型枢纽内重要站点的正点率重点考虑.

10)必要时可将货运列车停运，以减少能力占用.

11)低等级列车在同一个车站最多可被3列高等级车越行.

严重突发事件条件下行车组织策略也包含开行方案和运行计划2个层面，主要包含如下内容.

1)根据受影响线路能力损失和其他线路的剩余能力，列车可迂回到其他线路以减少对本线的占用.

2)可改变机车或动车组交路、选择合适的中间站折返，充分利用线路剩余能力和运力资源.

3)两列短编组、停站相似、类型相同的列车可重联运行，以减少对本线能力的占用.

4)在能力损失较大的情况下，列车迂回和列车重联之后，线路能力仍不足以生成有效的行车组织方案时，可取消某些低等级列车.

在开行方案完成调整的情况下，对相应的列车到发时刻进行调整时可采取以下策略:

1)根据机车技术状态、司机技术水平、列车编组情况、线路允许速度和自然环境，组织列车加速运行，减少区间运行时分，使晚点列车恢复正点运行［7］.

2)根据车站内设备布局和列车作业情况，组织车站快速作业，减少列车停站时分.

3)高等级列车可在车站或区间利用渡线越行低等级列车.

4)正点列车可在车站或区间利用渡线越行严重晚点列车，以减少晚点传播.

5)变更到发线使用，以充分发挥车站接发车能力.

6)变更列车会让站或越行站，以减少晚点列车对其他列车的影响.

2.3.2 严重突发事件条件下行车组织优化目标和约束

严重突发事件条件下行车组织包含开行方案调整和运行计划调整2个层面，故其优化的目标首先要顾及宏观层面的社会效益、旅客满意度和运输任务的最终实现;在此基础上，还要关注微观层面的列车晚点时间和列车正点率.此外，严重突发事件条件下，线路能力损失较大、持续时间较长，大多数列车都会发生或多或少的晚点，此时追求所有列车的正点率已没有意义，因此在运行计划调整层面可尽量减少被严重晚点的列车数量和大型枢纽站的晚点时间，这与传统的列车运行计划调整追求的目标有很大不同.

严重突发事件条件下，可采取列车迂回、折返、列车重联和列车停运等组织策略调整开行方案，因此除了列车区间运行时分、车站作业时分和列车追踪间隔等运行计划调整层面的约束以外，还包含开行方案层面中迂回径路的能力约束、列车重联的技术和设备约束，列车折返站约束、迂回列车和重联列车的停站约束以及列车停运约束等内容.

2.3.3 严重突发事件条件下行车组织流程

相对于传统的列车运行图调整，SETO的流程较为复杂，如图2所示.突发事件发生后首先判断铁路线路是否连通，如果发生断路则判断是否能够短时间修复，然后根据修复时间的长短选择直接调整运行计划，或者采取列车迂回策略后调整运行计划;如果线路连通，则根据突发事件的类型、级别及具体属性和行车规则，对受影响的区段进行限速，然后计算线路通过能力，对能力损失极大的区段生成迂回径路，采取列车迂回策略，如果新生成的迂回径路仍不能弥补损失的能力，则需采用列车折返、重联或者停运策略，直至能够形成有效的行车组织方案.

图2 严重突发事件条件下行车组织流程

综上，优化问题的多层次性、行车组织策略和原则的复杂性、优化目标和约束条件的多样性以及组织流程的复杂性都决定了严重突发事件条件下的行车组织与传统的列车运行计划调整存在显著区别.

2.4 恶性突发事件条件下行车组织

定义4 恶性突发事件条件下行车组织

恶性突发事件条件下行车组织(train operation in catastrophic emergency，CETO)，是指大范围线路能力损失严重、客流波动程度大和(或者)持续时间很长的条件下，调整行车组织策略并且对行车组织计划进行相应变更并实施的过程.

根据定义可知，CETO具有严重突发事件的特点，由于其造成的影响十分恶劣，往往会上升至国家层面，需成立应急救援机构，调动铁路外部资源(如当地驻军、武装警察部队等)实施应急救援，减少旅客滞留，尽快恢复正常行车.

2.4.1 恶性突发事件条件下行车组织原则和策略

恶性突发事件条件下行车组织以应急救援和客流疏散为目标，其行车组织原则和策略与上述2种相比有较大改变.其行车组织原则包括如下内容:

1)行车组织计划的制定需在应急机构统一指挥下进行.

2)救援列车等级最高，救援物资列车次之，其他列车等级相对较低.

3)能力计算时需考虑应急救援和救援列车开行耗费的线路能力.

4)以快速疏散旅客为目标，不考虑经济成本.

恶性突发事件条件下行车组织策略包含如下内容:

1)对大型枢纽站点滞留的旅客进行疏导，提供退票服务.

2)预测客流波动趋势，重新制定开行方案.

3)列车可绕行到其他径路，以充分利用路网上的能力.

4)尽量开行长编组列车，提高旅客运送能力.

5)可重新制定列车交路，根据突发事件的类型和级别，延长或缩短列车运行区段.

2.4.2 恶性突发事件条件下行车组织优化目标和约束

恶性突发事件影响十分恶劣，需要快速展开救援，将损失减少至最低;从行车组织的角度而言则以提高旅客周转速度，尽快疏散滞留旅客、恢复正常行车为目标.

此外，恶性突发事件条件下行车组织涉及应急救援、客流预测、开行方案编制、运行计划编制等多个层面的优化，每个层面都有其各自的约束条件，且上层方案为下层计划提供约束条件，同时下层计划为上行方案提供可行性验证.由于涉及大量铁路外部资源，其约束条件相比前2种情况将更为复杂.

2.4.3 恶性突发事件条件下行车组织流程

CETO涉及应急救援、客流预测、开行方案编制、运行计划编制等多个层面的内容，其主要环节如图3所示.突发事件发生后首先判断铁路线路是否通畅，根据限速条件和应急救援实施要求设置维修天窗，并判断是否需要开行救援列车，然后计算路网能力，这里需注意的是，若开行救援列车能力计算时需要扣除救援列车开行占用的能力，并生成救援列车径路.此外，某些大型枢纽站点可能滞留了大量旅客，此时需进行突发事件下的客流预测和疏散，整合具有迫切出行需求的OD客流，生成列车径路，计算列车开行频次，停站方案，进行客流分配，然后根据开行方案重新编制列车运行计划，动车组运用计划和乘务计划.

图3 恶性突发事件条件下行车组织流程

图3展示了恶性突发事件条件下行车组织中的关键环节，各层次行车方案的制定涉及基础设施、技术设备和突发事件的大量静态属性和动态属性.正常条件下的行车组织本身就是一个非线性、多层次、循环优化的复杂问题，恶性突发事件条件下行车组织由于涉及到应急救援、应急疏散等环节，其方案和计划的制定更为复杂，可作为该领域未来的重要研究内容.

2.5 不同类型行车组织的关系

根据上述研究，随着突发事件影响程度的升级，其相应的行车组织内容也越来越复杂，3种不同类型突发事件条件下的行车组织之间存在相互联系，如图4所示.根据历年对铁路突发事件的统计［8］，严重突发事件发生的情况较为普遍，应引起相关工作者的高度重视.根据严重突发事件的特点及其行车组织原则和策略可知，SETO只涉及铁路内部资源的优化，其形成的组织方案的实施相对容易;而CETO需成立跨行业应急联动机构，涉及大量路外资源的调用以及应急救援等复杂的环节，组织方案的实施更加困难.综上，3种不同类型突发事件条件下行车组织的研究具有密切的联系，GETO的内容是SETO的重要组成部分，与SETO共同形成CETO的关键环节，但无论是那种类型的行车组织最终都要落实到运行计划层面.

图4 不同类型突发事件下行车组织之间的关系

3 结语

本文首先对铁路突发事件的内涵及特点进行了分析，在此基础上，根据铁路突发事件影响程度不同，将突发事件条件下行车组织分为3种，然后分别阐述了不同类型行车组织问题的定义、优化目标、行车组织原则、策略及组织流程.突发事件条件下行车组织由于具有多层次性、涉及对象多样、所处环境多变等特点，很难找到一个能够适应所有类型突发事件的标准化的统一模型和实现算法，需要针对问题特点探索新的研究方法.突发事件条件下行车组织问题的研究将从一定程度上丰富现有铁路运输组织理论和方法，并为将来进一步提高我国铁路运营效率提供基础.

References)

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［7］杨浩.铁路运输组织学［M］.北京:中国铁道出版社，2007:545-546.

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