基于周期天窗的高速铁路分号运行图研究

2013-11-28屈明月黄树明

铁道运输与经济 2013年12期

屈明月，黄树明

（西南交通大学交通运输与物流学院，四川成都 610031）

近年来，夕发朝至列车作为铁路成功的客运品牌，备受旅客青睐。而我国高速铁路白天行车密度大，一般选择在夜间 0 : 00 — 6 : 00 时段开设综合维修天窗，与夕发朝至列车的开行产生矛盾，国内许多专家学者针对这些问题进行了相关研究[1-5]，但大多数集中于在现有天窗开设形式的基础上分析比选，设计协调性较好的天窗开设方案，而很少涉及天窗开设形式的优化及其相应的运输组织问题。为此，通过重点研究在周期天窗开设形式下分号列车运行图的实行条件及其对高速铁路运输组织的影响，为夕发朝至列车的开行提供参考。

1 既有天窗开设形式的适应性分析

目前，我国高速铁路一般在夜间 0 : 00 — 6 : 00时段开设 4 h 垂直矩形天窗或分段矩形天窗，2种天窗示意图分别如图1、图2 所示。通过比较图1 与图2 可知，相对于垂直矩形天窗，分段矩形天窗的设置方式比较灵活，可以根据需要采用不同的天窗分段、错位时间、倾斜斜率。但是，为了不影响白天正常的行车秩序，相邻分段矩形天窗的最大错位时间不能超过 2 h，这样大大恶化了逆天窗倾斜方向的列车运行条件[3]。无论是垂直矩形天窗还是分段矩形天窗均将列车运行图分成了 2个不能互通的部分，当夕发朝至列车遇到天窗时，只能采用等天窗( 等线)、下既有线运行( 转线) 和旅客换乘既有线列车(换乘) 3种运输组织方式。等线方式造成列车在站的等待时间(4 h) 过长，不仅增加了旅客的旅行时间，而且使部分列车的始发终到时间超出了夕发朝至列车的合理始发终到时间范围，适应性不强；转线和旅客换乘方式对固定设备、移动设备和运输组织的要求较高，极大地降低了旅客服务水平，实际操作性不强[6]。

图1 垂直矩形天窗

图2 分段矩形天窗

2 基于周期天窗的高速铁路分号运行图概述

为适应夕发朝至列车开行的需要，高速铁路开设周期天窗以完成总检修工作量为前提，一周内分日期正常开设不少于 4 h 的综合维修天窗(垂直矩形天窗或分段矩形天窗)，另一段时间只开设 2 h 左右的检查天窗(见图3)，以实现周期性地开行夕发朝至列车。该天窗设置形式要求在编制基本运行图( 考虑综合维修天窗) 的同时编制分号运行图(不预留综合维修天窗)，在天窗开设日使用基本运行图，而在非天窗开设日使用分号运行图。

图3 2 h 检查天窗

为方便旅客出行，铁路旅客列车一般都有固定的车次、停站和时刻表，其变化周期为 24 h。为此，高速铁路分号运行图的编制应以基本运行图为基础，按列车等级顺序添加夕发朝至列车运行线，同时尽可能使原列车运行线保持不变或移动最少。

3 高速铁路分号运行图的实行条件

3.1 天窗开设方式

高速铁路实现周期天窗是实行分号运行图的必要条件。以武汉铁路局为例，以完成总工作量为前提，在保证人员和机具配置数量的条件下，工务部门需要每周检修 4次；电务部门信号专业需要每周检修 4次，通信专业需要每周检修 2次，供电专业需要每周检修 5次。因此，高速铁路周期天窗的开设方式受到供电专业的限制，最终可以实行“5+2”的周期天窗开设形式，即每周 5 天的周期化天窗。每周中不开设天窗的时间应根据客流的夜间出行需求确定。由于不同铁路局的天窗作业内容和要求不同，对于不能实现周期天窗的铁路局( 段)，应优化其检修项目与周期，合理增加人员和机具配置数量。

3.2 客流需求

客流需求是制订列车开行方案的一个重要参数，而且决定了实施分号运行图的必要性和经济性，即所谓的“按流开车”。

（1）夜间行车需求。日本、法国、德国等发达国家的高速铁路及我国的城际高速铁路，旅客在高速线上的旅行时间较短，而且多集中于白天，夜间出行需求较少，没有必要使用分号运行图。随着长距离高速铁路的相继开通和高速铁路的逐步成网，旅客的夜间出行需求必然会随之产生。从客观性和经济性的角度出发，只有当旅客夜间出行的需求形成一定规模时，才有必要使用分号运行图。

（2）周客流分布规律。分号运行图的使用具有一定的规律性，只有当客流的分布规律与分号运行图的开设周期相互吻合时，才是最经济有利的方案。基于对京沪、京广、东南沿海等已开通运营的高速铁路电子客票数据统计，高速铁路周客流分布规律大致如图4 所示。

图4 高速铁路周客流分布规律

由图4 可知，高速铁路周客流分布具有明显的规律性：周一至周四客流量较小，波动不大；周五、周六、周日客流量明显增大；但周六的客流量有所回落。显然，这一分布符合旅客的客观出行规律。以京广高速铁路为例，旅客倾向于周五下班后乘坐夕发朝至列车去广州(北京) 探亲访友，并于周日晚返回北京(广州)，在列车上休息一晚后直接上班。对于这类高速铁路应在周五、周日使用分号运行图。如果某高速铁路的周客流分布比较均衡，并且需求量较小，则没有必要实行分号运行图。

4 分号运行图对高速铁路运输组织的影响

4.1 夜间通过能力

高速铁路使用分号运行图时，也存在检查天窗与夕发朝至列车之间的协调问题，只是由于天窗时间缩短为 2 h，调整的灵活性增大。实际上，由于列车在站等待天窗的时间也相应缩短，可以考虑采用等线的运输组织方式。垂直矩形天窗下夕发朝至列车等线的列车运行图如图5 所示，在图5 中 A、B分别为夕发朝至列车的始发站和终到站，列车按先到先发的原则组织运行。

图5 夕发朝至列车等线示意图

在垂直矩形天窗下夕发朝至列车等线的列车运行图中，部分天窗三角区的能力可以得到利用，增加的通过能力为其中，m 为高速铁路上允许列车等线的车站数量，车站一般为大型站；ni为每个车站允许等线的列车数(分为上、下行方向分别计算)，受车站到发线数量和夕发朝至列车合理始发、终到时间等条件的约束。与基本运行图开设的 4 h 垂直矩形天窗相比，该情况下可以增加的通过能力为其中，I 为列车追踪间隔，min为向下取整符号。

夕发朝至列车等线运行图虽然弥补了列车不能“跨过”天窗的缺点，但存在列车在站等待 2 h 的弊端，需要提前对旅客做好相关宣传工作，并保证车站停电维修时列车的生活供电，尽可能地提高动车组车厢的舒适度。

以上分析主要针对垂直矩形天窗，如果采用分段矩形天窗，还可以利用天窗分段时的错位时间组织列车不等线通过(见图3)。

4.2 确认车

确认车主要用于维修天窗后对轨道几何状态进行检查，以确保高速列车的运行安全[7]。采用分号运行图时开设的检查天窗主要是对线路轨道等设备的检查，较少涉及维修工作。因此，在该情况下开行确认车不具有实际意义，反而会造成天窗时间的额外延长。因此，在分号运行图仅开设检查天窗条件下不宜开行确认车。

如果需要开行确认车，为了减少确认车对天窗时间的占用，应尽量利用天窗后形成的三角区，而且宜分区段开行。只有当确认车开行完毕，并将信息反馈至调度中心后，才能放行旅客列车。利用三角区开行确认车的运行图如图6 所示，虚线为确认车运行线，实线为天窗后开行的第一列旅客列车运行线。

图6 利用三角区开行确认车

4.3 客运组织

采用分号运行图时，图定夕发朝至列车数量将大于基本运行图，可以将增开的这部分列车称为分号列车。由于分号列车并不是每天开行，因而旅客在出行前必须了解铁路使用分号运行图的日期，以及这部分增开列车的信息。

需要明确分号列车与临时旅客列车的区别，分号列车不是临时旅客列车，为使旅客掌握分号列车的开行周期，铁路部门应提前做好宣传工作，保证分号列车有稳定的车次，并且使分号运行图与基本运行图同时发布。在运输组织上铁路部门可以适当延长客票预订时间，鼓励旅客预订分号运行图车票，以便铁路提前掌握客流情况[8]。否则由于分号列车间隔开行造成的混淆，可能会引起其客流吸引量减少，给铁路客运收入带来损失。