车站通过能力计算研究综合分析*

黄凯霍世每熊舒威

（1、2、3西南交通大学交通运输与物流学院硕士研究生，四川成都610031）

车站通过能力计算研究综合分析*

黄凯1霍世每2熊舒威3

（1、2、3西南交通大学交通运输与物流学院硕士研究生，四川成都610031）

随着我国人均出行需求的增加，车站能力供给与运输需求之间的差异逐步增大。车站通过能力的计算涉及车站技术设备的占用情况、技术作业过程和车站行车组织方法的布局与调整，通过对国内外车站通过能力计算的研究综合分析，为车站通过能力的准确计算研究提供一定的参考。

铁路车站；通过能力；计算；综合分析

0 引言

车站通过能力[1]包括咽喉通过能力和到发线通过能力，是车站在现有设备条件下，采用合理的技术作业过程，一昼夜能够接、发各方向的货物(旅客)列车数和运行图规定的旅客(货物)列车数。客运专线客运站通过能力是指在一定设备条件下，一定的列车开行方案(列车运行图的配合)和采用合理的作业方法下，客运站一昼夜能接发(通过)的动车组数。车站通过能力计算研究综合分析主要从咽喉通过能力、到发线通过能力、车站一体化通过能力研究着手。

1 基于不同研究对象的研究现状

1.1 咽喉通过能力研究

前苏联普拉夫金扣除咽喉区所产生的妨碍时间和空费时间，能够对车站的咽喉通过能力进行初步的估算。魏方华[2]对计算车站各部分能力的算法进行改进与优化；同时，针对咽喉区设计一个利用微机动态求得其能力的模拟算法。方惠[3]通过对现有数据的分析，提出对原始数据序列的弱化处理可有效减轻或消除干扰因素的影响，使时间标准的变动更趋于稳定。在此基础上进行时间标准的区间估计，使时间标准的确定更为科学，通过研究咽喉道岔组的间接妨碍时间与咽喉区平行进路的关系，采用平行进路计算表，计算出咽喉道岔组间接妨碍时间的准确值，从而最终确定出空费系数的大小。王南等[4]剖析了以利用率法为代表的传统咽喉能力计算的不适应性，提出咽喉能力可视化计算集成系统的设计思想，给出了系统逻辑结构及算法集。康柳江[5]介绍咽喉利用优化模型，建立基于咽喉道岔组均衡使用的铁路车站咽喉区利用优化模型，设计相应模拟退火算法，并进行基于最小时间费用的铁路车站咽喉区利用优化模型及求解，利用0-1规划模型分配列车进路以最小化咽喉费用和均衡道岔组使用，考虑了列车进路的最小安全时间约束以及资源利用的硬性约束。

1.2 到发线通过能力研究

日本计算到发线的通过能力与我国基本相同，采用直接计算法进行计算。崔炳谋等[6]对客运站到发线空费系数的计算方法进行了研究，提出了很好的插入列车的计算方法，利用在空挡时间插入符合车站作业规律的随机列车，得出更合理的空费系数，缺点是没有考虑咽喉作业和到发线能力的双向影响，插入列车是以现行列车运行图和车站进路图为基础的，若临时增加列车和列车晚点未考虑到。李琦[7]分析了高速铁路客运站到发线运用的影响因素，建立了客运站到发线运用优化模型，提出了求解算法，并以广州南站为实例，对模型算法进行了算例分析。杨运贵等[8]在分析铁路客运站列车到发不均衡性的基础上，提出“空闲时段”的概念，根据空闲时段对车站通过能力的影响，调整车站咽喉和到发线通过能力计算公式，并结合成都东的实际算例说明了该方法的有效性。

1.3 车站通过能力一体化研究

Solomon Kinfe[9]采用时刻表和客货列车共同作用计算车站通过能力，Alex Landex[10]采用UIC对车站进行能力分析。Evangelia Kontaxi等[11]运用合成、分析、优化、建模的方法进行比较，强调铁路系统复杂结构和相关因素的相互作用。Peter J.Zwaneveld等[12]通过对车站的进路进行优化，计算车站通过能力。Petr Veselý[13]找出影响因素，通过计算机模拟对铁路车站通过能力进行计算评估。

对于车站通过能力一体化的研究，张戬[14]将咽喉与到发线整合到一起求其通过能力，虽然能比较真实地反映车站的通过能力大小，但是当运行图发生较大变化时，仍然会导致所计算出的能力随之变化，旅客列车的固定作业量并非固定不变。陈海涛等[15]在定量计算的基础上展开定性分析，有针对性地提出扩能措施，直接服务于现场生产需求。只是通过传统的利用率法求出了高峰时期、一般时期和空闲时期下的通过能力值，没有对其有所改进。唐睿等[16]对各种计算方法进行了分析评价，并应用排队理论，将车站看成一个复杂的排队系统，建立排队模型，结合车站固定设备和列车到发间隔数据，计算各子系统的数量指标，最后计算出车站能力。杜文等[17]针对客运专线客运站作业特点，探讨了客运站通过能力的仿真模型以及流程。该通过能力的仿真模型可以计算和仿真出客运站各种设备、列车种类条件下的高峰时间段和各种设定条件时间段的可达的车站通过能力，随所取参数的不同将可得到高峰时间段内不同的车站通过能力模拟结果。如何实现用计算机模拟客运站接发车作业过程，客运站通过能力与动车段、区间能力之间相互协调问题未解决，客运专线客运站通过能力计算仿真流程缺乏实例验证其有效性。刘敏等[18]对车站通过能力进行层次划分，采用仿真方法进行计算，更能有效地反映车站通过能力利用情况。钟俊等[19]提出了客运站通过能力进行一体化（咽喉和到发线）计算的方法及理念，并结合客运专线车站自身的特点，建立了反映客运专线车站咽喉、到发线作业过程及作业之间相互协调的通过能力优化模型，并用计算机模拟了车站的接发车过程，用实际的车站算例验算了一体化计算通过能力的计算模型算法的实用性。文东[20]、钟俊[21]在客运专线客运站通过能力的影响因素基础上，建立一个能真实反映客运专线客运站咽喉、到发线作业过程及作业之间相互协调配合的通过能力数学模型，采用计算机模拟的方法，进行高峰小时通过能力、客运专线客运站通过能力的一体化计算。

2 基于不同研究方法的研究现状

2.1 分析计算法研究

对于分析计算法，杨运贵等[8]在分析铁路客运站列车到发非均衡性的基础上，提出“空闲时段”的概念，根据空闲时段对车站通过能力的影响，调整车站咽喉和到发线通过能力计算公式。陈海涛等[15]通过传统的利用率法求出了高峰时期、一般时期和空闲时期下的通过能力值，在定量计算的基础上展开定性分析，有针对性地提出扩能措施，直接服务于现场生产需求。陈琳等[22]运用到发线通过能力利用率法，考虑到发线的空费时间、相邻股道接发列车可能产生的相互干扰，以及列车到发不均衡等对到发线通过能力的影响，而列入计算中所占的时间比例。北方交大站场学科组[23]运用能力利用率，考虑由于敌对进路造成的咽喉道岔使用中断系数，通过图解法和回归法检验空费系数的正确性。

2.2 图解法研究

对于图解法，计算方法是比较精确的，但其作业量大，比较繁琐，需要花费较多时间，且新建车站因缺少原始资料而不能使用。高世蕊[24]运用图解法求解到发线高峰小时通过能力，比较精确。北方交大站场学科组[23]通过图解法进行回归分析，从而能正确地确定空费系数。

2.3 计算机模拟法研究

对于计算机模拟法，魏方华[2]对计算车站各部分能力的算法进行改进与优化;同时，针对咽喉区设计一个利用微机动态求得其能力的模拟算法。王南等[4]通过分析新形势下客运站咽喉能力的特殊性，剖析了以利用率法为代表的传统咽喉能力计算的不适应性，提出咽喉能力可视化计算集成系统的设计思想，给出了系统逻辑结构及算法集。唐睿等[16]对各种计算方法进行了分析评价，并应用排队理论，将车站看成一个复杂的排队系统，建立排队模型，结合车站固定设备和列车到发间隔数据，计算各子系统的数量指标，最后计算出车站能力。项源金等[25]在分析现行的车站通过能力计算方法的基础上，提出采用计算机进行系统模拟的基本原则和算法：根据车站作业的特点，将车站看作一个整体，车站元素划分为允许产生延误的基本元素和不允许产生延误的中间元素。彭辉等[26]运用排队理论、数理统计方法和计算机仿真模拟相结合，计算编组站到发线通过能力，能反映出不同站型和车流情况下车站设备运用的情况，反映出作业过程中各种因素对等待时间和空费时间的影响，所计算的通过能力为使用能力。

2.4 其他方法研究

方惠[3]分析了由原始时间数据形成的冲击扰动序列的波动规律与作业时间标准的本质特征，结合灰色系统理论中弱化缓冲算子的性质，采用加权弱化缓冲算子对数据样本的波动进行弱化，消除了异常值对数据序列的影响。重新确定出计算咽喉道岔组空费系数的思路，并提出了一套具体完整的计算方法。张戬[14]分析现行到发线通过能力空费系数的确定方法及弊端，并结合图解法和计算机模拟法，通过车站作业动态网络模型得出科学合理的列车插入原则和方法，在车站作业空档中插入列车直至铺满，由此计算出车站到发线空费系数的精准值，通过此空费系数计算出的能力即为车站最大通过能力。文东[20]、钟俊[21]在客运专线客运站通过能力的影响因素基础上建立一个能真实反映客运专线客运站咽喉、到发线作业过程及作业之间相互协调配合的通过能力数学模型，采用计算机模拟的方法，进行高峰小时通过能力、客运专线客运站通过能力的一体化计算。张嘉敏等[27]通过解决列车在全局和局部资源双层规划问题计算车站通过能力，未考虑局部资源对全局资源时序占用的影响，影响求解的准确性。杨运贵[28]结合分析计算法、图解计算法、计算机模拟法的优缺点，以具体设备及其占用过程为依托，介绍车站设备能力计算的图解插值法，将此方法具体应用于通过能力计算中，提出咽喉通过能力和到发线通过能力的图解插值法。以设备占用进路分析为基础，提出设备作业过程表示的复杂性相关概念和方法；以车站作业不均衡分析为基础，提出车站能力不均衡性的指标和计算方法；以车站作业不确定性分析为基础，提出车站能力的区间表示法。赵王梓等[29]运用灰色系统理论中缓冲弱化的思想和方法改造数据序列，同时应用数理统计方法计算权重系数，给出了改进算法，运用改进算法确定接车占用咽喉道岔时间标准。唐金金等[30]运用计算机自动绘制运行图和计算机模拟求解车站通过能力。

综上所述，利用率法和直接法虽然简单易行，但是不容易确定两种计算法中的参数和修正系数，不适合计算高速铁路客运站的通过能力。图解计算法比较精确，但其作业量大，比较繁琐，需要花费较多的时间，且新建车站因缺少原始资料而不能使用。而以计算机为工具模拟车站接发车作业所得出的车站通过能力，能避免现有数据中由于列车到发的不均衡产生的影响，可反映车站各设备配合下的实际能力。

3 车站通过能力相关研究

3.1 车站通过能力影响因素分析

王相平等[31]对客运专线车站通过能力影响因素进行了详细分析。车站通过能力与众多因素有关，主要有车站站型布置形式、列车等级、速度及比例、列车停站方案、列车到发均衡程度（区间通过能力）、动车段及存车线、维修天窗、列车长度和列车进路解锁方式。

3.1.1 车站站型布置形式

车站站型布置形式不同，导致咽喉区布置和到发线数量、动车段位置不同，咽喉区道岔的不同型号的选择和不同形式的配置对车站通过能力有很大影响。道岔允许列车通过的侧向的最高速度对通过能力的影响很大。同时咽喉区的长度对通过能力也有很大的影响，长度越短，列车通过的时间越少，通过能力越大。到发线数目越多，接发列车越多，车站咽喉区的复杂程度越高，同时道岔数目也会增多，会使咽喉区长度增大。动车段位置对列车出入段的时间和与其他列车进路是否冲突影响很大，从而影响高速铁路车站通过能力。

3.1.2 列车等级、速度、比例及停站方案

列车速度等级不一样，占用车站的到发线和咽喉区的时间标准不同，速度等级低的列车在站通过和作业时间更长，导致通过能力越低；不同类型的旅客列车占用车站设备时间不同，通过列车占用车站时间较短，始发、终到列车占用车站时间较长；列车比例不同通过能力不同，通过列车越多，车站通过能力越大；始发终到列车越多，敌对进路越多，车站通过能力越小。

3.1.3 列车到发均衡程度

为满足旅客出行需求，车站接发列车会出现高峰时段和非高峰时段，高峰时段车站咽喉和到发线能力利用率高，非高峰时段动车组减少，造成车站能力浪费。列车在区间间隔时间越短，区间通过能力越大；在车站能力范围内，车站接发列车越多，高速铁路车站通过能力越大。

3.1.4 动车段及存车线

动车组出入段、存车线时，均要占用到发线，且占用时间较长，造成敌对进路增多，降低车站通过能力。

3.1.5 维修天窗

为保证高速铁路线路及车站设备安全，我国高速铁路在夜间0：00—6：00预留天窗进行维修作业，降低车站通过能力。由于高速夜间动卧的开行，列车夜间运行与维修作业相互影响，维修天窗的时间合理配置对高速铁路车站通过能力有很大的影响。

3.1.6 列车进路解锁方式

我国部分高速铁路站既开行普速列车也开行高速列车，普速列车和高速列车进路解锁方式不同，高速列车进路为分段解锁，普速列车进路为一次性解锁。分段解锁相对一次性解锁效率高，普速列车和高速列车的比例对高速铁路车站通过能力影响很大。

3.1.7 列车长度

列车的长度和车站长度的比值过大，不能将在车站运行的列车看成一个质点，在计算车站通过能力时，需准确考虑列车长度对车站通过能力的影响。

3.2 主要研究目标函数及其约束条件

国内外研究车站通过能力主要目标函数及约束条件如表1所示。

表1 车站通过能力主要目标函数及约束条件

在现有的研究成果中，对车站通过能力的计算主要是对车站作业、咽喉、到发线进行优化，通过对列车在车站的时间和空间上进行约束，求解出车站最大通过能力。未将车站通过能力影响因素全部考虑，故计算得出的车站通过能力是不准确的。

3.3 研究总结及存在问题

国内外专家对车站通过能力的研究主要为单独到发线通过能力或咽喉通过能力的研究，将咽喉通过能力和到发线通过能力进行简单的叠加得出车站通过能力；将到发线和咽喉进行合并，以整个车站为研究对象，对车站“一体化”进行计算，且主要集中于既有线车站通过能力的研究，对于高速铁路车站通过能力的研究较少。车站通过能力的计算方法主要采用的是分析计算法、图解法、计算机模拟法，综合比较得知计算机模拟法计算车站通过能力较为科学合理。我国高速铁路车站只办理客运作业，运输组织模式简单，停站时间短，车站接发车能力大。在研究高速铁路车站通过能力时，考虑到客运列车的到发，列车速度高，占用咽喉时间短等特点，不能采用传统的计算方法进行计算，需研究出适用于速铁路车站的通过能力计算方法。

国内外研究已日趋完善，但存在以下问题：1）列车在站内走行未精确计算，不能准确计算车站通过能力；2）不同车场的通过能力不能通过单纯的叠加得出车站通过能力，需通过当量换算；3）车站通过能力是一个范围，不是一个固定的值，需求出能力范围；4）不同列车停站方案不同，不同的停站方案对车站通过能力影响较大。

为准确计算车站通过能力，需综合考虑车站通过能力各影响因素，将车站看成一个整体，采用站内牵引计算方法准确计算列车在站内走行时间，结合扣除系数法将不同车场的不同列车进行当量换算，结合不同的列车停站方案、列车比例求出车站通过能力的范围，准确计算出车站通过能力，为协调车站工作组织和制定列车开行方案提供理论依据和支持。

4 结语

通过对既有咽喉通过能力、到发线通过能力、车站一体化通过能力的研究进行综合分析，并对车站通过能力影响因素进行详细阐述，发现既有研究存在的问题，提出准确计算车站通过能力应考虑的因素，为车站通过能力的进一步研究提供一定的理论依据。

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（责任编辑：魏艳红）

Comprehensive Analysis of Railway Station's Carrying Capacity Calculation

HUANG Kai1,Huo Shimei2,Xiong Shuwei3
(1,2,3 Southwest Jiaotong University，School of Transportation and Logistics,Graduate Student,Sichuan Chengdu 610031，China)

With the increase of travel demand in China，differences between carrying capacity and transportation demand of railway station are obvious.The carrying capacity is related to the occupation condition，technical operation process and the layout of station.By the analysis of domestic and international carrying capacity calculation，the advice on calculating carrying capacity accurately is proposed.

railway station;carrying capacity;calculation;comprehensive analysis

A

：1004-9746（2016）06-0042-05

2016-10-20）

*中国铁路总公司科技研究计划项目“高速铁路列车追踪间隔技术管控及运行图编制关键问题研究”（2015X008-B）