武广高速铁路跨线列车运输组织模式优化研究

彭文高

（中国铁路广州局集团有限公司 运输处，广东 广州 510088）

近年来随着居民生活水平的不断提升，人们对以高速铁路为主的高端旅行方式需求呈增长趋势，对作为高速铁路骨干运输线路的武广高速铁路(武汉—广州南)提出了更高的要求。从车流组成来看，武广高速铁路的车流可划分为本线列车和跨线列车。其中，跨线列车是指列车途经武广高速铁路线路，并且列车的始发站或终到站不在武广高速铁路上，或者列车的始发终到站都不在武广高速铁路上的列车。当前武广高速铁路面临通过能力受限、繁忙区段列车增开困难的问题，即列车运输组织模式不适应激增的客流需求变化[1-2]。以2017年7月1日武广高速铁路列车运行图为基础，分析跨线列车的特性及其对通过能力的影响，进一步优化武广客运专线运输组织模式。

1 武广高速铁路跨线列车特性分析

1.1 跨线列车比例及速度分析

（1）武广高速铁路跨线列车比例。以跨线点将武广高速铁路划分为3个客流区段，分别为武汉—长沙南、长沙南—衡阳东和衡阳东—广州南，各区段的列车总对数都在100对/d以上，跨线列车均在90对/d以上，长沙南—衡阳东区段达到104.5对/d，所占比例都在80%以上。因此，长沙南—衡阳东区段能力最为紧张，是武广高速铁路线路的限制区段。统计得到武广高速铁路各区段跨线列车比例如表1所示。

表1 武广高速铁路各区段跨线列车比例Tab.1 Proportion of cross-track trains in each section

（2）武广高速铁路列车旅行速度。通过对比跨线列车和本线列车旅行速度，可知跨线列车的平均旅行速度基本上大于本线列车，武广高速铁路列车旅行速度对比情况如表2所示。由于本跨线列车铺画的标尺相同，因而造成差异的主要原因是跨线列车在各区段的停站次数较本线列车少。

表2 武广高速铁路列车旅行速度对比情况 km/hTab.2 Comparison of train travel speed

1.2 跨线列车停站方案分析

停站次数受运行距离影响，不作为对比的依据；但平均停站时间和距离可作为对比的依据，停站时间长和停站距离短都会影响通过能力。本线列车平均停站时间为2.66 min，平均停站距离为156.43 km；跨线列车平均停站时间为3.84 min，平均停站距离为169.64 km。可以看出跨线列车的平均停站时间远高于本线列车，本线列车停站的主要目的是上下客，跨线列车由于运行距离长，停站除了进行上下客作业外，还会进行调向、上水吸污和乘务组换班等作业。以长沙南站为例，跨线列车平均停站时间为6.05 min，远大于本线列车的平均停站时间3.85 min。跨线列车在大站停站时间长，容易产生越行，而越行会对通过能力产生影响，因此对跨线列车的越行方案进行分析。

1.3 跨线列车越行方案分析

武广高速铁路上的越行情况分为一列车被1列(简单越行)、2列、3列车越行等情况，越行车站主要有赤壁北站、岳阳东站、长沙南站、衡阳东站和郴州西站等，武广高速铁路各站越行情况如表3所示。

根据各站的越行情况可知待避列车大多数为跨线，越行列车也大多为跨线列车。因此，武广高速铁路上列车越行方式主要是跨线越跨线(39次)，其次是跨线越本线(7次)，最少的是本线越跨线(2次)和本线越本线(2次)。

2 武广高速铁路跨线列车对通过能力影响分析

武广高速铁路跨线列车数量多、比例高，对武广高速铁路线路能力产生一定影响。以车站和区间为对象，从跨线列车接入时间、运行调整、比例和分布等因素，分析对武广高速铁路通过能力的影响[3-6]。

表3 武广高速铁路各站越行情况Tab.3 Overtaking of stations in Wuhan-Guangzhounan high speed railway

2.1 跨线列车对车站能力影响

以长沙南站为例分析跨线列车对车站通过能力的影响。受咽喉区道岔限制，跨线列车在长沙南站京广场某些股道接发时无法实现平行进路，会产生交叉，最严重的有3种情况，分别是东接南发与北接西发、南接东发与西接北发、南接西发与西接南发(“东”指杭州方向，“南”指广州方向，“西”指昆明方向，“北”指武汉方向)，长沙南站咽喉区交叉最严重的3种情况如表4所示。

表4 长沙南站咽喉区交叉最严重的3种情况Tab.4 The three most severe cases of throat cross in Changshanan station

（1）东接南发与北接西发交叉：在10道至15道中，东接南发16列，北接西发12列。这2种接发方向在站场内形成固定交叉，无法安排平行进路，编制列车运行图时只能满足接车或发车平行。

（2）南接东发与西接北发交叉：在1道至7道中，南接东发15列，西接北发15列。交叉情况与10道至15道的东接南发、北接西发情形相同。

（3）南接西发与西接南发交叉：在1道至7道中，南接西发10列，西接南发10列。列数看似不多，但由于都是调向作业，每趟列车占用股道至少20 min，因而对接发列车股道运用的影响更为严重。因此，由于较多的交叉，使得跨

线列车在长沙南站接发时占用咽喉及股道的时间较长，进而影响车站的通过能力。

2.2 长途跨线列车接入时间对通过能力影响

（1）跨线列车在长沙南站高峰期接入对能力的影响。取行车密度最大的14 ∶ 00 — 17 ∶ 00 时间段列车进行分析 。14 ∶ 00 — 17 ∶ 00 时 段 ， 京 广 场 共 办 理81列，其中上行43列，下行38列。上行平均4 min 12 s办理1列，下行平均4 min 45 s办理1列。其中14 ∶ 00—15 ∶ 00时段为最高峰，办理30列，即每2 min办理1列，上下行平均就是上行每4 min办理1列，下行每4 min办理1列，已超过了列车运行图设置的发车间隔时间标准(5 min)。其中，终到始发列车有6对，占用股道时间较长，至少20 min，且需切割正线，干扰较大。G576/7 —G580 (15 ∶ 16 — 16 ∶ 42)占用股道时间长达1 h 26 min，造成股道浪费，严重影响高峰期的股道运用。调向列车共6列，每列占用股道平均20 min，且都为南接西发和西接南发，对接发车的干扰最严重。

（2）跨线列车接入导致的空费时间。通过对各区段相邻跨线列车的时间间隔、中间包含的本线列车数、所在时段、能力利用情况、额外空余时间和空费时间进行统计得到由于跨线列车时间固定而产生的空费时间和对应的跨线列车数如表5所示。

由表5看出，各区段空费时间占总间隔时间的比例在10%以上，最高达到17.17%。跨线列车接入时间的固定造成了本线列车在铺画时的局限，因而形成了许多空费时间，影响了能力的利用。

2.3 跨线列车运行调整对通过能力影响

统计2017年8月1日下行列车在长沙南站、衡阳东站和广州南站的晚点情况，可以看出虽然武广高速铁路上列车晚点率在10%以上，但晚点时间一般较短，跨线晚点率比本线低或相差不大，晚点时间相差不大。接入晚点的情况极少，造成的影响较小，因而跨线列车的运行调整对能力的影响不大。平均到达及出发晚点时间统计如表6所示。

2.4 跨线列车比例对通过能力影响

由于长沙南—衡阳东区段属能力紧张区段，因此以长衡段为例，分别计算各小时的跨线列车比例，并以压缩运行图的方式得到各小时的能力利用率，长沙南—衡阳东区段各小时跨线比及能力利用率如表7所示。

表5 由于跨线列车时间固定而产生的空费时间和对应的跨线列车数Tab.5 Time spent on cross-line trains and the corresponding number of cross-line trains due to the fi xed time of cross-line trains

表6 平均到达及出发晚点时间统计表 min Tab.6 Statistical table of average arrival and departure delay

由此可知跨线列车比例在65%左右时，能力利用率最低，仅为70%左右。

2.5 跨线列车分布对通过能力影响

武广高速铁路上跨线列车数量多，分布规律与时间有关。统计相邻跨线列车时间的间隔及间隔的能力利用情况发现各区段跨线列车分布不均衡，相邻跨线列车间隔时间波动性大，以长衡段上行为例，长沙南—衡阳东段上行相邻跨线列车间隔时间和能力利用率与时间关系如图1所示。

可以看出，在早上9点之前和晚上 10点之后，相邻跨线列车的间隔很大，能力利用率低；从10点开始，间隔时间变小，能力利用率升高。跨线列车分布越密集，间隔时间越短，能力利用率越高。

3 武广高速铁路跨线列车运输组织模式优化分析

结合武广高速铁路高峰期和非高峰期的行车特点，分别提出高峰期和非高峰期跨线列车组织模式的优化建议。

3.1 高峰期与非高峰期的行车特点

统计武广高速铁路各客流区段分时段的客流量，得出各区段的客流高峰小时与非高峰期，并将客流高峰小时与行车量高峰小时、跨线列车行车量高峰小时对比，武广高速铁路各区段高峰小时对比如表8所示。

由3个区段上下行的客流量高峰小时与行车高峰小时、跨线列车高峰小时对比分析可看出，武广高速铁路线路的行车高峰、跨线高峰与客流高峰基本重合，客流高峰主要出现在 13 ∶ 00 — 16 ∶ 00，这与跨线列车数量大有关，高峰期行车量大，跨线列车开行数量也多，跨线比例高，都在75%以上。即武广高速铁路高峰小时的行车特点为行车量大、跨线比例大。

表7 长沙南—衡阳东区段各小时跨线比及能力利用率Tab.7 Cross-line ratio per hour and capacity utilization ratio between Changsha Nan- Hengyang Dong

图1 长沙南—衡阳东段上行相邻跨线列车间隔时间和能力利用率与时间关系Fig.1 Relationship between interval time and capacity utilization ratio and time of upstream adjacent cross-line trains in the eastern section of Changsha Nan-Hengyang Dong

由于行车高峰期的时间范围比客流高峰的范围更广，并且客流高峰与行车高峰不一定完全重合，因而客流非高峰期的行车特点呈现出不均衡性，有些时段行车量大，有些时段行车量小。各区段非高峰期跨线列车比例大多在70%以上，小部分在60% ～ 70%之间和60%以下，且各时段之间的跨线比波动性较大。

表8 武广高速铁路各区段高峰小时对比Tab.8 Peak hour comparison among sections

3.2 高峰期与非高峰期跨线列车组织模式优化分析

通过跨线列车在始发终到时间域的随机分布对跨线列车在跨线点的接入时间进行分布统计，得到各区段跨线列车各小时行车量的分布，发现实际跨线列车开行情况和理论跨线列车开行情况重合度不高，说明跨线列车的实际开行均衡性不高。

3.2.1 优化跨线列车接入交出时间

为使跨线列车的开行时间更均衡，建议对当前的跨线列车接入交出时间进行调整，优化高峰期跨线列车行车量。

例如，调整长沙南站高峰期跨线列车的接入交出时间：①上行列车。广州南、深圳北、南宁东始发列车分别为14列、8列、6列，共28列，占上行总数43列的65%。广州南的14列在广州南始发点在11 ∶ 20—14 ∶ 20之间；深圳北的8列在深圳北始发点在10 ∶ 40—13 ∶ 40之间；南宁东的6列在南宁东始发点在8 ∶ 00—11 ∶ 00之间，南宁东始发每日10列，3个小时占了6列。以上3个始发站的列车可以考虑调整始发点均衡发车。②下行列车。北京西、武汉始发列车分别为9列、7列，共16列，占下行总数38列的42%。北京西的9列在北京西始发点在7 ∶ 30—10 ∶ 30之间，占全天始发总数18列的50%，可以考虑优化北京西发车点。武汉的7列在武汉始发点12 ∶ 30—15 ∶ 30之间，武汉全天始发共38列，可以考虑优化武汉发车点。③长沙南站高峰期 (14 ∶ 00 — 17 ∶ 00)进行调向作业的列车有6列，对接发车干扰严重，应重点考虑错开 14 ∶ 00 — 17 ∶ 00 高峰时间段。

3.2.2 优化高峰期和非高峰期跨线列车组织模式

（1）高峰期采用单一组织模式。即在高峰小时采用以最小发车间隔时间5 min追踪运行的方式只开行跨线列车。由表7可知，长沙南—衡阳东区段下行客流高峰小时15 ∶ 00—16 ∶ 00的行车量最大，在该时段的列车平均发车间隔为5.18 min，跨线列车比例为90.91%，在这种组织模式下，能力利用率是最高的[7]。

（2）非高峰期采用混合模式。即非高峰期开行本线和跨线混行的组织模式。非高峰期可安排较多的跨线列车，对于在合理始发终到范围内和合理接入跨出范围内的车都可在非高峰期接入，跨线列车比例既可以达到100%，又可在客流量小时，低于50%。

3.2.3 优化列车开行方案和运行图编制

（1）合理安排列车停站和越行方案。目前武广高速铁路开行300 km/h速度等级的高速列车(250 km/h速度等级的动车组卧铺列车在天窗及早晚时段运行，对区间能力影响小)，因列车运行间隔小、运行密度大，列车停站和越行导致的列车起停附加时间及停站时间之和要远大于正常列车运行间隔时间。因此，高速列车停站对能力的影响非常大，可采取列车递远递停和列车追踪停站这2种方式[8]，使列车的停站对能力造成的影响相互重叠(但不会消失)，从而降低平均每次停站对能力的影响。

（2）优化运行图铺画方式。为了避免跨线列车对能力的影响，应该逐步探索以繁忙干线——武广高速铁路为中心的运行图编制方式。在编制列车运行图时，跨线列车的开行时刻应优先考虑能力较为紧张的武广高速铁路区段，在编制完成武广高速铁路区段的运行时刻后，再继续编制跨线列车在其他能力不紧张区段的运行时刻，保证武广高速铁路的列车开行时刻不会受制于其他线路。

（3）压缩列车追踪间隔、起停车附加时分及停站时间。目前武广高速铁路运行图编制采用的技术标准，动车组列车追踪发车间隔5 min、追踪到达间隔4 min、起停车附加时分起2 min停3 min、中间站停车2 min，根据相关理论研究，武广高速铁路追踪间隔时间如压缩为4 min，长沙南—衡阳东这一能力最紧张区段的通过能力可提高25%左右；列车起停车附加时分及停站时间由目前7 min压缩至5 ～ 6 min，通过能力可提高8% ～ 10%。由此可见压缩列车追踪间隔时间、起停车附加时分及停站时间能有效提高区段通过能力。

4 研究结论

（1）跨线列车是高速铁路车流的重要组成部分，是推动跨区域间客流交互的重要载体。通过对武广高速铁路跨线列车运输组织模式优化分析，武广高速铁路列车区间通过能力及车站通过能力明显提升，区间能力紧张区段长衡段增加6对/d列车，长沙南站和广州南站分别增开23对/d和36对/d列车。

（2）由于高速铁路运输组织模式是涉及客流、车流、信号等多要素的系统性问题[9]，是影响高速铁路通过能力的重要因素，还需要以具体的客流变化情况为基础，考虑高速铁路网络不断完善的发展要求，从整体上形成跨线列车运输组织优化技术及方案，为进一步提升高速铁路运输能力提供技术支撑。