基于服务水平的城际铁路通过能力计算

鞠浩然，马 驷

（西南交通大学 交通运输与物流学院，四川 成都 610031）

基于服务水平的城际铁路通过能力计算

鞠浩然，马 驷

（西南交通大学 交通运输与物流学院，四川 成都 610031）

通过分析城际铁路时段性、服务频率、列车运行图可恢复性等服务水平指标，在城际列车高峰时段规格化运行图铺画中合理设置冗余时间，提出高峰时段、非高峰时段和平峰时段下的城际列车开行方案。以珠三角莞惠城际铁路为实例，计算规格化运行图下服务水平指标，得出基于不同服务等级下的通过能力，分析得出二者间的关系。

通过能力；服务水平；冗余时间；晚点恢复

由于区域城际铁路具有运营“公交化”、高峰时段明显、运行列车种类单一等特点，运输组织相对简单，可以开行较为固定的列车组合单元，铺画规格化的列车运行图。城际铁路多为客运专线，在计算其通过能力时要重点考虑服务水平。

1 城际铁路服务水平指标

服务质量是指旅客对运输产品的体验，在运输产品的设计过程中应以高服务质量为前提满足旅客对该运输产品的期望。主要的服务水平指标主要包括时段性 ( 时间性 )、服务频率、列车运行图可恢复性等[1]。

1.1 时段性

城际铁路客流具有明显的高峰时段和平峰时段特点，城际列车的发、到时间应满足旅客的出行需要，以提高旅客的时间利用率来吸引客流。计算通过能力时，考虑时段的划分和列车追踪间隔时间等影响因素[1]，计算公式为

式中：N 为平行运行图通过能力；n 为不同运输需求下划分的时段数；Ti为第 i 个时段的时间；Ii为第 i 个时段的列车发到间隔。

1.2 服务频率

服务频率是指某一方向 ( 甲站—乙站 ) 1 日内提供给旅客乘车选择的车次数，与旅客旅行时间价值密切相关。而根据研究，城际铁路客流多为短途客流，对服务频率高度敏感。

1.3 列车运行图可恢复性

列车运行图可恢复性是指列车在运行过程中承受各种随机事件影响的能力。当意外发生时，一般需要根据列车调度员的调整和自身储备的缓冲时间使列车恢复按图行车或减少偏离程度。列车运行图可恢复性与列车正点率和晚点恢复概率有关。列车晚点恢复主要依靠调度员根据设定的冗余时间进行调整，而冗余时间具有以下 4 种形式：同向列车运行线间的冗余时间、停站预留的冗余时间、运行线上图定运行时分的冗余时间和运行线束间的冗余时间[1]。

列车发生某范围的源晚点时间的概率公式为

式中：α 为晚点时间；my为晚点时间参数。

2 城际列车运输组织

规格化铺画列车运行图首先应确定列车组合单元的形式。根据城际列车开行情况，将速度 200 km/h的城际列车定义为 A 类列车，将速度 140 km/h 的城际列车定义为 B 类列车，主要探讨以 A 类列车为边界，2 列 A 类列车间开行 B 类列车的组合形式。假定各中间站停站时间相同，同一区间上下行纯运行时分相同， 采用分时段法计算某一方向列车通过能力。

2.1 高峰时段规格化运行图铺画

高峰时段是指客流最集中的时段。根据城际列车的客流特点，1 天内有 2 次明显的客流高峰。为确保列车运行图的稳定性，列车单元内部不产生越行。列车组合单元有递远递停和站站停 2 种运行形式，冗余时间包括线间冗余时间 tr1、列车运行线冗余时间 tr2、站点冗余时间 tr3。考虑站间运行时分在 2～5 min 以内，允许的晚点时间为 ty。

2.1.1 B 类列车为递远递停运行形式

列车递远递停运行形式是指先行列车停靠前方较远到达站，后续追踪列车依次停靠在后方站。该运行形式内部无待避，节省停站时间，在最大程度上节省了因停站位置不同而产生的能力浪费。相比于隔站停、站站停等其他停站方式，该运行形式对提高能力最有利，同时能够为旅客节省时间。列车递远递停运行形式的运行图如图 1 所示。

图1 列车递远递停运行形式的运行图

设某区段共有 n 个车站，I0为行车设备所能达到的最小列车间隔时分，Idj为最小列车到达间隔时间，t停取 0～1 min，q 为 B 类列车在某区间内发生源晚点后连续通过中间站个数。列车递远递停组合单元占用总时间计算公式如下[2]。

该类列车组合单元停站次数少，旅行时间短，在高峰时段可以开行更多列车。因此，可以将冗余时间取最大值，在保证可靠性的同时提高能力。而源晚点时间可以分为以下 3 种不同情况。

（1）当源晚点时间小于运行线冗余时间，即 T晚< ( q + 1 ) tr2+ ty时，列车可以完成晚点恢复。

（2）当源晚点时间不超过运行线和站点总冗余时间，即 ( q + 1 ) tr2+ ty< T晚

（3）当源晚点时间超过运行线和站点总冗余时间，即 T晚> tr1+ tr3+ ty+ ( q + 1 ) tr2时，列车会发生到达晚点，造成途中无停站的相邻后续列车到达晚点。

2.1.2 B 类列车为站站停运行形式

在站站停运行形式下，B 类列车无论是大站还是中间站，停车次数均最多，列车站站停运行形式的运行图如图 2 所示。该组合单元占用总时间也可以采用公式⑶进行计算。

图2 列车站站停运行形式的运行图

站站停列车开行方案可充分满足旅客对服务频率的要求，但是该形式缺点十分明显：总运行时分长，不能为旅客节省时间；一旦发生 ( tr2+ ty) 以上的源晚点，会造成到达晚点；若发生 ( I - Idj) 以上源晚点，就会引起后续列车的到达晚点，从而导致需要在运行线上和运行线间预留更多的冗余时间，来保证后续列车的正点率，避免后续列车到达晚点。

2.2 各时段下列车开行方案

根据相关研究，在能力比较紧张的高峰时段，宜选用对能力有利的停站方案，同时为满足短编组列车的总停站次数要求，可以采用长编组停站列车，以减少能力损失；在能力比较富余的非高峰时段，则可以选用沿途停站次数多的列车停站方案，以方便旅客乘降；在平峰时段选择以多停站为主、直达为辅的方案，列车单元设计为站站停形式，单元内部 B 类列车增多，其占用总时间计算公式与高峰时段相同。

3 实例计算

以珠三角莞惠城际铁路为例进行研究，惠州—东莞为上行方向，东莞—惠州为下行方向。莞惠城际铁路共有 15 个车站，其中始发站为洪梅站，大站为新城中心站、常平站、惠州大道站，终到站为客运北站。本线列车运营时间为 6 : 00—24 : 00，高峰时段为 16 : 00—17 : 00，线上运行速度分别为200 km/h 和 140 km/h 的 A 类列车和 B 类列车，A 类和 B 类列车在大站均停站，B 类列车在大站采取递远递停的停站方式。大站 t停取 40 s、小站 t停取 30 s，A 类列车 t起停取2 min、B类列车 t起停取 1 min，最小到达间隔时间 Idj为 1 min，最小追踪间隔时间 I0为 2 min。

将一定程度内可恢复晚点概率和服务频率作为服务水平指标，在算例中以通过能力最大的方案作为服务频率的最小值，计算不同服务水平等级的通过能力，并分析二者之间的关系。

3.1 组合方案通过能力计算

在设计的规格化运行图中，高峰时段列车运行单元以递远递停为主，平峰时段列车运行单元以站站停为主、递远递停单元为辅。由于每个方案均满足服务频率的要求，按照可恢复晚点概率90%～50% 将服务水平分为Ⅰ～Ⅴ5 个等级。高峰时段递远递停设计单元运行图如图 3 所示。

在满足服务频率的情况下，不同服务等级所对应的可控制晚点时间如表 1 所示。

规格化铺画运行图后无法铺画 1 个单元的盈余时间，可以加铺间隔时间为 10 min 的 A 类列车，服务等级与冗余时间设置大小如表 2 所示，通过能力计算结果如表 3 所示。

图3 莞惠城际铁路递远递停设计单元运行图

表1 服务等级所对应的可控制晚点时间

表2 运行图单元冗余时间设置

表3 各服务水平等级下的通过能力

3.2 通过能力与服务水平关系

图4 通过能力与服务水平等级关系图

根据上述计算结果，绘制通过能力与服务水平关系如图 4 所示，通过分析得出以下结论：在满足服务频率的条件下，服务水平每上升 1 等级，可控制晚点恢复时间增加 1～3 min；在服务频率一定的情况下，城际铁路通过能力与服务水平成反比例关系。服务水平每上升 1 等级，通过能力损失1.5%～6.7%，并且服务水平等级越高，通过能力损失越多；服务水平等级由等级Ⅱ上升至等级Ⅰ时，通过能力损失率达到 6.7%，因此需要重点考虑此区间下的能力损失；服务水平在Ⅲ～Ⅴ等级时，通过能力变化波动较小，可暂不考虑该区间方案；线间冗余时间每增加 2 min，服务水平可相应提高10%；递远递停与站站停列车开行单元相比，在相同服务水平下递远递停列车单元占用时间更小，即通过能力高于站站停列车单元。因此，在满足服务频率的条件下可优先铺画递远递停列车单元。

4 结束语

由于城际铁路的站间距较小，相邻两站之间运行时分一般为 2～5 min，停站时间在 1 min 以内，而服务水平与冗余时间的设置密切相关，其中冗余时间设置主要指线间冗余时间设置，应在进一步的研究中可以考虑事故晚点发生的随机性，探究更贴近实际的服务水平与通过能力关系。

[1] 周青峰. 考虑一定服务质量的铁路通过能力计算研究[D]. 成都：西南交通大学，2007.

[2] 张 晋，马 驷. 城际客运专线分时段通过能力计算方法初探[J]. 交通运输工程与信息学报，2011(3)：87-92.

Calculation of Carrying Capacity of Inter-city Railways based on Service Level

JU Hao-ran, MA Si

(School of Transportation and Logistics, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, Sichuan, China)

Through analyzing the service level indices of inter-city railways, such as time period,service frequency and recoverability of train working diagram, the redundancy time was reasonably set during drawing normalization train working diagram in peak period of inter-city trains, and the inter-city train operation program under peak period, non-peak period and fl at peak period was put forward. Taking Dongguan-Huizhou inter-city railway in Pearl River Delta as example, the service level index under normalization train working diagram was calculated, the carrying capacity based on different service grade was achieved, and the relationship between service level and carrying capacity was achieved.

Carrying Capacity; Service Level; Redundancy Time; Delayed Recovery

1003-1421(2014)01-0018-04

U292.5

B

2013-05-27

2013-12-16

责任编辑：吴文娟