高速铁路区间通过能力利用优化措施浅析—— 以成绵乐客运专线为例

苏 婕，闫海峰，于汝滨



高速铁路区间通过能力利用优化措施浅析—— 以成绵乐客运专线为例

苏 婕，闫海峰，于汝滨

（西南交通大学，交通运输与物流学院，成都 610031）

随着高速铁路网的不断完善，铁路客运需求日益膨胀，当速度等级、停站方案不同的本、跨线列车共线运行时，区间通过能力紧张与线路能力利用率低的矛盾将日趋激化。因此，如何在固定设备不变的条件下，借助运输组织的调整，提高区间通过能力利用成为我国铁路运营中亟待解决的问题。本文从西南地区高铁路网实际出发，以成绵乐客运专线为例，采用理论分析与图解相结合的方法，筛选出成绵乐区间通过能力的影响因素，结合这些因素，有针对性地提出提高区间通过能力利用的优化措施，研究发现本文提出的优化措施具有普适性。

通过能力利用；优化措施；成绵乐客专

0 引 言

近年来，随着我国高速铁路建设发展的热潮，西南地区高速铁路也迅速发展并有成网趋势。成绵乐客专（线路示意图见图1）作为西南地区首条客运专线，于2014年12月正式投入运营，成渝客专于2015年12月投入运营，西成高铁预计于2017年11月底开通运营，成雅城际预计于2018年通车，成贵客专预计于2019年通车。为打破西南地区的地理区位劣势，将高铁发展快速融入国家“一带一路”及长江经济带战略布局，四川省还将进一步推动对外高铁通道的规划建设，例如成都经达州通往郑州、武汉，经宜宾通往昆明的高铁新通道。随着西南地区高速铁路网的不断完善，成绵乐客运专线作为主干道之一，未来将吸引越来越多来自各地的客流。为满足日益增长的客运需求，该线远期规划中除加开本线列车外还需办理各类跨线列车。如果使不同速度等级、不同停站方案的列车混合开行，势必带来列车通过能力不足、通过能力利用率低的问题，故本文选用远期规划的成绵乐客运专线为研究对象。

依据国内相关研究[1-4]可知，提高高速铁路区段通过能力的有效措施有：调整站间距、取消车站信号延续进路设置、延长车站到发线两端出站信号机间距、旅客高站台尽量不靠正线设置、改变运输组织模式、优化列车运行图、调整混行比例等。本文借鉴已有研究，从优化运输组织的角度出发，针对成绵乐客专提出相应优化措施。

图1 成绵乐客运专线线路示意图

1 成绵乐区间通过能力影响因素分析

高速铁路通过能力的因素大致可以分为固定设备和运输组织两类，结合成绵乐实际运营情况，线路已经成形，固定设备不易改动，因此通过能力主要受运输组织的影响。运输组织对通过能力的影响因素主要包括：速差、停站方案、运行线铺画方式、跨线列车开行、交路方案等，结合成绵乐客专对上述因素逐一进行分析。

（1）共线运行列车存在速差

由既有研究[5]可知速差为区间通过能力的主要影响因素，成绵乐共线运行列车速差产生的原因是跨线列车的开行以及列车停站次数的不同。本、跨线列车共线运行导致了跨线的中速列车扣除高速列车的能力，形成“空费三角区”；同时，运营部门为满足不同旅客出行需求，既要追求旅行速度，又要保证均衡停站，从而引起不同列车停站次数不同，当相邻列车停站次数不一时，停站较多的列车势必扣除停站较少列车的能力。

（2）停站方案复杂

停站方案所涉及的停站次数、停站时间等因素同样影响通过能力[6,7]。而停站次数、时间的不同又是由客流需求引起的，例如成绵乐沿线的双流、德阳、青神等作为重要的旅游客流集散地，虽然客流量不大但仍有停站的必要，因而使得停站方案复杂，不可避免地增加了空耗时间，进而影响通过能力。

（3）运行线铺画无序

高铁线路上列车开行方案种类繁多，列车停站复杂，致使运行线铺画无序，由此产生的前后列车的到、发车间隔受限，追踪间隔时间延长，有停站列车相对无停站列车会产生能力扣除。此外停站疏密不均也会导致列车旅行速度高低不均，从而增大列车扣除系数，降低通过能力。

（4）跨线列车开行

跨线列车的开行会产生速差；同时，长途跨线列车对始发终到时间有明确要求，在运行图上形成固定运行线，因此难以通过调整列车上线时间优化能力利用；再者，跨线列车还受本线外运行情况影响，由此引起接入点时间不定，会对整个运行图的铺画产生不利影响，进而影响能力。

（5）列车交路复杂

随着路网的完善，跨线列车上线后交路日趋复杂，不同交路间行车间隔相互影响，从而导致线路部分运能浪费。

2 成绵乐客专通过能力利用优化措施

2.1 统一速度等级

为体现速差对通过能力的影响，以成绵乐客专的实际运营数据为基础设计算例进行分析。已知江油—成都东、成都东—峨眉山客流区段距离分别为151.6 km和161.7 km，可近似地按200 km计算，列车追踪间隔时间为4 min。由此分析在不同速差条件下成绵乐低速列车对高速列车的扣除系数变化，为增加所分析的速差样本量，以300 km/h为A类车，依次降低B类车速度求得扣除系数变化如表1所示。

表1 200 km区段追踪间隔4 min时不同速差下的列车扣除系数

Tab.1 The removal coefficients under different speed differentials with 200 km section and 4 min tracking interval

表2 不同速差及不同B类列车比例下平图与非平图的通过能力

Tab.2 The carrying capacity of train timetable under different speed differentials and percentage of type B trains

分析表2可知，在客运区段里程和B类列车所占比例均不变的条件下，平行运行图（即全高速）的通过能力最高，速差分别为0、50 km/h、100 km/h时，通过能力呈递减趋势，即通过能力随速差增大而减小。

由于受川渝地区地形条件限制，西南片区客运专线设计时速多为250 km/h。因此，从优化通过能力利用角度考虑，建议该片区本线均采用250km/h列车，少量高速跨线列车降速至250km/h上线运行，不开行既有线低速跨线列车，从而统一速度等级。

2.2 实现节奏化停站

为实现节奏化停站，首先要明确在开行方案中大站直达、择站停和站站停列车的对数。其中，站站停列车最大的优势在于可使本线各站间客流在不换乘条件下互通，缺点是对直达列车的扣除系数过大。由于列车追踪间隔时间较小，运行速度普遍较高，使得列车停站时分与起停附加时分之和对通过能力影响突出。就成绵乐客运专线而言，站站停与大站直达列车间的空费时间如图2所示。

图2 成都东—江油大站直达列车与站站停列车运行线

图中平均站间距约20 km，在运行速度为160~200 km/h的条件下，站站停列车两站间平均运行6~7.5 min，若起=3 min，停=2 min，停站=2 min，则每停站一次需额外耗费7 min。可以看出，站站停列车的平均区间运行时分与每次停站所耗时间大致相等，严重影响列车旅行速度，因而其非但不能体现出高速铁路的优越性，还将造成大量空费时间。因此从提高通过能力利用角度出发，不建议开行站站停列车，列车停站方案在大站直达或择站停中选择。

其次，具体确定成绵乐大站停和择站停的列车开行方案。假定江油—峨眉山区段内所有列车（含跨线）的运行速度均相等，在不设站站停列车的前提下，将列车的速度等级按停站次数多少划分为高速列车和中速列车。高速列车采取大站直达的停站方式，只在客流吸引量大的车站停车；中速列车采取择站停的停站方式，除在客流量大的车站停靠外，选择性地停靠客流量较小的车站。

若到通=通发=3 min，高速列车每越行中速列车一次，中速列车需等待至少6 min，且为达到提高通过能力的目的，一列中速列车需被越行多次。因此，为保证中速列车的旅客服务质量，设定高速列车不越行中速列车。

基于“按流开车”原则制定列车停站方案，按客流量大小将车站分为三类，以江油—峨眉山区段为例，车站类型划分如下：

（1）① 类站：线路的起点站、终点站、枢纽站及客流吸引量十分大的车站，如成都东站、江油站、绵阳站、乐山站、峨眉山站；

（2）② 类站：客流吸引量较大的沿线停靠站，如德阳站、广汉北站、青白江东站、成都南站、双流机场站、眉山站；

（3）③ 类站：客流吸引量较小的沿线停靠站，如青莲站、罗江东站、新都东站、新津站、彭山北站、青神站。

另外，在考虑客流量的基础上，划分车站类型还需考虑相同类型两车站的站间距，应尽量使站间距均匀分布。例如成都东站与南站的客流吸引量均十分巨大，但两站站间距过小，若都划分为第①类车站，高等级列车将在短时间内连续停站两次，十分影响列车旅行速度，为此将成都南站设为第②类车站，使高等级列车只在成都东站停车。

划分车站类型后，依据列车速度等级制定列车停站原则如下：

（1）高速列车仅停靠①类站，且每列列车在所有①类站均停车；

（2）中速列车固定停站次数为9次，除停靠①类站外，选择性停靠②、③类站。

由上述原则可知，任意高速列车仅有唯一停站方案；而对于中速列车，可将其停站次数记为，从而有任意中速列车停靠①、②、③类站的次数分别为1、2、3，由前文可知1=3，则：

2+3=6，2≥3（2）

由上式得②、③类站停站次数解集为{(2,3)}={(3, 3)，(4, 2)，(5, 1)，(6, 0)}，进一步结合成绵乐实际客流，为保证直达客流最大，最终选用(2,3)=(3, 3)或(6, 0)。因此，得旅客列车停站方案如表3所示。

表3 成绵乐旅客列车停站方案

注：方案g中部分列车可将成都东停站变为成都南停站。

对于跨线列车，若其上线后，仍依照该停站方式节奏化停站，跨线列车在本线区间的通过能力利用将更为优化。

2.3 改进运行线铺画顺序

不同停站方案运行线的组合顺序会对区段通过能力利用情况造成影响，若采用“递远递停”的方式排列运行线，则能良好利用通过能力，如图3所示。此外，为充分利用大站直达与扣除系数最大的择站停列车间形成的“三角区”，可将择站停列车按停站次数（扣除系数）由小到大排列，在大站直达列车后按扣除系数由小到大、“递远递停”的方式铺画列车运行线，再在扣除系数最大的择站停列车后按扣除系数由大到小、“递远递停”的方式继续铺画，当再次铺画至大站直达列车时，即完成了一次循环。按如此方式铺画运行图，最利于通过能力有效利用。

图3 “递远递停”铺画节约通过能力

根据表3中成都东—峨眉山区段列车停站方案，采取上述方法排列列车开行顺序，在各列车不追踪运行的情况下，铺画出的运行列车运行图如图4所示。

图4 峨眉山—成都东区段上行列车铺画方案

2.4 合理安排高峰期和非高峰期运行图铺画方式

列车铺画方式包括集中铺画、均衡铺画和介于两者之间的阶段均衡铺画，如图5所示。同等级列车集中铺画、不同等级列车分时段铺画时，列车间相互影响最小，通过能力最大，但该方式不符合客流到达车站的实际情况；不同等级列车均衡铺画时通过能力最小；阶段性均衡铺画由于可根据不同等级列车比例及速差合理设置布局关系，能综合考虑实际运营和能力利用。

图5 集中铺画、均衡铺画以及阶段均衡铺画示意图

高速铁路高峰时段应组织密集发车，因此可在兼顾不同种类列车发车间隔条件下，合理组织同类列车集中铺画。集中铺画的列车数越多，平均一列车占用运行图时间越少，通过能力利用率越高。此外高峰期应尽量避免跨线列车上线运行；在非高峰时段，则阶段性均衡铺画不同等级列车以更好地适应客流需求。

2.5 合理组织跨线列车的运行

为满足不同长途客流出行需求，运输部门在路网中设计了复杂交错的交路，若各交路上的列车在时间和空间上合理配合，则能大大提高线路通过能力利用率。组织交路跨多区段的列车上线运行时，容易出现某区段一部分被占用，另一部分能力空费的情况。为避免这样的能力浪费，可以考虑以下两点措施：第一，安排未被占用的区段利用跨线交路列车的开行时间组织小交路列车运行，例如：组织“重庆—江油”跨线列车时，同时组织“峨眉山—成都”短交路；第二，在路网中组织不同跨线交路良好衔接，例如：当组织“重庆—江油”跨线列车时，可同时组织“峨眉山—雅安”跨线列车，以有效利用“峨眉山—成都”区间的通过能力，如图6所示。

图6 西南地区高速铁路网

2.6 采用大节点换乘方式简化列车交路

随着路网日益完善，跨线客流需求也不断攀升，交路越来越复杂。复杂的交路不仅增大运输组织难度，且极易造成铁路通过能力利用率大幅下降，因此可以考虑在跨线客流组成复杂的大型车站实行部分线路“大节点换乘”，即部分线路不组织途经该节点站的长途跨线客流，使跨线客流在该节点站通过换乘的方式到达目的地，将该部分线路长程车流的停站通过作业改为始发终到作业。

西南地区高速铁路网形成后（如图6所示），若远期成绵乐客专出现通过能力难以满足客流需求的现象，则可以考虑取消“重庆—成都—西安”及“贵州—成都—西安”长交路，只开行“贵州—成都”、“成都—重庆”与“成都—西安”短交路，组织客流在成都站进行换乘，使成绵乐区段内列车均按照固定的节奏与时间间隔节拍化运行，这样便可有效利用高速铁路繁忙区段的通过能力，消除“瓶颈”。

3 结 论

高速铁路客运专线通过能力不足时，在不变更固定设备使用情况的条件下，可在运输组织方面采取以下措施来优化通过能力利用状况：

（1）统一速度等级，本、跨线列车均以250 km/h速度开行，不开行低速跨线列车；

（2）固定停站次数，合并停站方案，从而确定成绵乐旅客列车开行方案，使本、跨线列车均实现节奏化停站；

（3）在繁忙区段采用先“停站次数由少至多”、“递远递停”，再“停站次数由多至少”、“递远递停”的顺序依次铺画运行线；

（4）高峰期组织同类列车成组集中铺画，非高峰期组织阶段均衡铺画；

（5）合理利用跨线列车剩余区段通过能力，使各交路列车在时间和空间上合理配合；

（6）采用大节点换乘方式简化列车交路，消除跨线列车对能力利用的影响。

通过以上优化措施，密铺得成绵乐客运专线列车运行图如图7所示。

图7 成绵乐客运专线列车运行密铺图

将图7与压缩运行线后的2018年成绵乐客专实际运行图对比发现，在上述优化措施的作用下，成绵乐客专高峰小时（8:00~9:00）区间通过能力提高了7对。研究发现，成绵乐客专所存在的能力利用问题在我国铁路网中普遍存在，因此，上述优化措施具有普适性。

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（中文编辑：李愈，英文审改：占曙光）

Analysis on Optimizing Utilization of High-speed Railway Carrying Capacity an Example of Cheng-Mian-Le Passenger Dedicated Line

SU Jie，YAN Hai-feng，YU Ru-bin

（School of transportation and logistics, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China）

The demand of railway passenger is growing with the continuous improvement of high-speed railway network. When trains with different speeds and different stop patterns that belong to different lines operate together, high-speed railway will inevitably encounter problems about carrying capacity lack and operational difficulties. Therefore, how to propose optimization measures through adjusting the transport organization and optimizing the utilization of carrying capacity without changing the fixed equipment is an important topic. Starting from the real case of southwest railway network, taking Cheng-Mian-Le Passenger Dedicated Line as an example, this paper adopts the method of combining theoretical analysis with illustration to screen out the influencing factors of capacity. Then the optimizing measures combining these factors are put forward. We found that the optimization measures proposed in this paper are universal.

carrying capacity utilization; optimizing measures; Cheng-Mian-Le passenger dedicated line

1672-4747（2018）03-0131-07

U292.5

A

10.3969/j.issn.1672-4747.2018.03.020

2017-04-18

苏婕（1993—），女，内蒙古人，硕士研究生，研究方向为交通运输规划与管理。

苏婕，闫海峰，于汝滨. 高速铁路区间通过能力利用优化措施浅析[J]. 交通运输工程与信息学报, 2018, 16（3）: 131-137.