高速铁路成网条件下长距离列车开行模式研究

刘琳玥

（中国铁道科学研究院集团有限公司 铁道技术研修学院，北京 100081)

列车开行模式是列车开行方案的重要内容，决定着旅客直达或中转换乘方式[1]。目前，我国高速铁路网基本形成，呈现客流快速增长、通达里程长、平行线路多、旅客认可度高等特点，尤其高速铁路长距离列车[2]开行能够满足中长途旅客的出行需求，开行效益较好；同时结合高速铁路列车运营经验，高速铁路长距离列车开行受到运行图能力、动车组检修等因素制约。因此，随着高速铁路网规模的进一步增加，采用长距离直达还是采用中转换乘列车开行模式，成为高速铁路成网条件下长距离列车开行方案研究的重点问题。

1 高速铁路成网条件下长距离列车开行模式影响因素分析

从直达或中转客流需求、动车组运用与检修、运输组织3个方面，分析高速铁路成网条件下长距离列车开行模式的影响因素。

1.1 直达或中转客流需求

列车开行方案编制，要以“按流开车”为原则[3]。高速铁路成网条件下长距离直达列车开行需要具备一定的客流条件，即直达列车的席位利用率应不低于一定的水平，以保证运能充分利用和满足铁路运输企业收益。与中转换乘模式相比，长距离直达列车能够为旅客提供更加快速、便捷的运输服务，通常情况下旅客倾向于选择直达列车出行[4]。

高速铁路列车开行模式选择需考虑政治、经济、文化等各方面因素，省会或处于路网交汇处的重要节点城市之间，通常客流量较大，为充分满足旅客出行需求，应尽量组织开行直达列车；当城市节点之间不能满足开行直达列车的客流支撑条件时，为减少列车运能虚糜、增加运营收益，应采用中转换乘模式。

1.2 动车组运用与检修

长距离列车开行模式受到动车组运用与检修2个方面因素的影响。

（1）动车组运用。高速铁路成网条件下长距离直达列车或中转换乘模式与动车组交路、对运营环境的适应性、运用效率[5]等直接相关。①直达列车运行距离长，通过合理的交路套跑，可节约动车组数量、提高动车组利用率[6]，而中转换乘模式下动车组交路缩短、立即折返时间增加，导致动车组使用效率降低。因此，在列车开行数量一定的情况下，动车组交路长度越接近一级检修里程，越能节约动车组数量。②不同类型动车组与特定运营环境相适应，动车组设计标准、设备配置、环境适应性等不断加强，为高速铁路成网条件下长距离直达列车开行创造了条件，如哈大高速铁路(哈尔滨西—大连北)采用的CRH380BG型高寒动车组在哈尔滨至上海间往返运行。③300 km/h速度级动车组下线到设计速度200 km/h线路运行时，车底运用效率降低，如某高速列车在沪汉蓉高速铁路汉宜段按线路允许速度运行，车底运用效率有损失。

（2）动车组检修。高速铁路成网条件下长距离直达列车或中转换乘模式选择受到动车组检修的制约。近年来高速动车组列车运行里程范围不断扩大，而动车组一级检修修程为4 000 km[7]，即长距离列车运行里程超过4 000 km时产生非配属地检修，会增加因异地停靠检修带来的修理设备、人员等成本支出。如果采用中转换乘模式，可以避免动车组列车因超过检修里程带来的检修成本增加。

1.3 运输组织

长距离列车开行模式受到乘务组织、车站旅客换乘、通过能力利用等高速铁路运输组织因素的影响。

（1）乘务组织。中转换乘模式下乘务员值乘交路缩短，无需在异地公寓住宿或休息，可以有效避免乘务员超劳，并且降低了乘务管理复杂性。但是，高速铁路实际运营中存在较多在23 ∶ 00以后终到和6 ∶ 00前始发的短交路列车，也需要为乘务员安排公寓住宿。

（2）车站旅客换乘组织。高铁车站便捷换乘是中转换乘模式的基础，一是要增强专门换乘通道、引导标识、候车区及站台等设施设备建设，二是要加强运输组织方案优化，从换乘流线设计上避免交叉干扰，到发线运用时尽量使换乘接续列车停靠相邻到发线，并做好列车晚点情况下应急处置预案，保障中转换乘模式的实施。

（3）通过能力利用及晚点运行调整。高速铁路成网条件下长距离直达列车开行受到始发、终到站时间域限制，不利于能力的有效利用，容易造成运行图空费，而中转换乘模式恰好能够有效缓解高速铁路繁忙区段通过能力紧张状况[8]，使运行图各区段能力得到充分利用。

高速铁路长距离直达列车多数为跨线列车，难免会对经行线路的运行秩序产生影响，特别是长距离列车在能力紧张区段运行时，列车晚点影响将进一步传播[9]。与中转换乘模式相比，直达模式对区间运行秩序鲁棒性要求较高，即列车运行图编制时需要预留一定的缓冲时间，在列车晚点情况下，列车调度员采取有效的运行调整措施，尽快恢复列车正常运行秩序。但长途客流对中转接续的要求更加严格，如果换乘接续列车发生晚点，旅客将无法实现接续目标。

2 高速铁路成网条件下长距离直达或中转换乘选择模型

2.1 前提条件

（1）OD客流归并及乘车节点选取。高速铁路直达列车输送的客流既包括始发站与终到站之间客流，也包括任意2个站停节点之间的客流，但其仅在部分较大车站节点设置停站，对旅客来说称为“乘车节点”。因此，编制列车开行方案需要按照就近归并原则，将小节点的客流向乘车节点归并。乘车节点的选取主要考虑节点在高速铁路路网中的位置、客流密度、车站能力等因素，一般直辖市、省会等大城市应作为乘车节点；地级市、县等节点应结合具体情况确定是否作为乘车节点；县级以下节点一般不作为乘车节点。

（2）换乘节点[10]选取。在高速铁路中转换乘模式下，需要选取换乘节点。换乘节点的选取需要考虑客流需求、地理位置、换乘设施设备、换乘方便性等多方面因素，一般情况下选取2条以上线路相衔接的车站节点作为换乘节点，大量客流在换乘节点集散，不同方向客流去往换乘节点均具有较好的通达性。

2.2 直达或中转换乘选择模型

构建直达或中转换乘选择模型，主要通过直达与中转换乘模式的运输效益比较，确定高速铁路成网条件下长距离列车开行模式。运输效益可以用运输收入和成本的差值来表示，其中运输成本又分为时间成本和技术成本2部分。从直达模式和中转换乘模式的差异出发，技术成本主要包括直达模式带来的运行秩序干扰成本(以受晚点干扰旅客的时间价值总和表示)、300 km/h速度级动车组列车下到设计速度200 km/h线路运行时的客票损失、直达模式增加的维修成本等；时间成本主要包括中转换乘时旅客换乘的便利性以及中转成本，以旅客换乘时间价值、晚点时的等待时间价值来表示。

假设同一起讫点之间采用中转换乘模式时，换乘节点固定且惟一；旅客在旅行全程中至多换乘1次；旅客单位公里票价率是与线路、动车组、运行距离等因素相关的变量；同一通道不同OD客流的换乘损失率相等。高速铁路成网条件下直达模式与中转换乘模式运输效益之差的计算公式为

式中：Y为直达模式与中转换乘模式运输效益之差；Uz，Iz，Sz分别表示直达模式的运输效益、收入、技术成本；Uh，Ih，Th分别表示中转换乘模式的运输效益、收入、时间成本；Rod，Roh，Rhd分别表示起点O与讫点D之间、起点O与换乘节点H之间、换乘节点H与迄点D之间的节点集合；Qij，Qih，Qhj，Qk，Qod分别表示任意i与j节点之间、i节点与换乘节点H之间、换乘节点H与j节点之间客流量、区段k的直达客流量、起讫点OD之间被高速铁路直达列车输送的客流；lij，Fij分别表示任意i与j节点之间线路长度、票价率；n表示各区段所有列车数量；ρ表示换乘损失率；e，Ae，γe，ΔTe，We分别表示因高速铁路直达列车发生晚点的列车、定员、客座率、晚点时间、旅客时间价值；δ表示受高速铁路直达列车影响发生晚点的概率，一般取0.03；lk，，，，分别表示区段k的长度、设计速度、动车组允许速度、按设计速度运营的票价率、实际票价率；ΔVk，ΔCk分别表示区段k允许速度与动车组设计速度之差、区段k实际气温与动车组适宜气温之差；φ表示单位高速铁路直达列车比中转换乘模式增加的维修成本；Qh，th，Wh分别表示换乘客流总量、中转换乘时间、换乘旅客时间价值；Ph，ΔTh分别表示换乘前列车发生晚点的概率、接续列车的平均发车间隔；Az，γz，lod，L分别表示高速铁路直达列车定员、盈亏平衡点客座率、运行里程、动车组一级检修里程周期。

Y≥0时，开行长距离直达列车，否则采用中转换乘模式，以此为基础，很容易计算出直达或中转换乘模式下列车开行数量。

表1 2020年新增高速铁路长距离列车开行模式设计Tab.1 Operation mode design of new high-speed long-distance train in 2020

3 实例分析

以2020年新增高速铁路长距离列车开行模式为例，研究长距离直达或中转换乘选择模型及求解。

结合“十三五”中长期铁路网规划，到2020年，我国高速铁路里程将达到3万km，形成以“八纵八横”主通道为骨架、区域连接线衔接、城际铁路补充的高速铁路网。考虑主要高速铁路线路技术条件及沿线客流特征，选取武汉—包头、上海—包头、兰州—青岛等新增加的22个长距离起讫点，进行高速铁路长距离列车开行模式设计。

以2017年高速铁路日均OD客流为基础，经客流调查，“十三五”期间高速铁路客流增长率取20%，新线客流诱增率取50%，既有铁路客流转移率取25%，计算得出2020年新增高速铁路长距离起讫点客流量。结合高速铁路客流调查和长距离列车晚点统计，动车组定员取1 000人，平均客座率取70%，旅客平均时间价值取83元/h，旅客换乘时间取20 min，列车平均晚点时间取15 min，列车晚点概率取0.2，旅客换乘损失率取9.5%[11]。北京—乌鲁木齐、广州—乌鲁木齐、徐州—乌鲁木齐、上海—乌鲁木齐、乌鲁木齐—成都、哈尔滨—深圳之间高速铁路列车全程运行时间达到18 h以上，超出列车到发时间域范围，可以通过郑州、西安、兰州、杭州等大节点进行换乘，实现长途旅客输送；而其余16个长距离起讫点之间列车开行模式，采用模型进行计算求解。2020年新增高速铁路长距离列车开行模式设计如表1所示。

经计算，新增高速铁路长距离列车开行模式为：兰州—青岛、北京—兰州、北京—银川等12个起迄点之间开行长距离直达列车，北京—乌鲁木齐、广州—乌鲁木齐、徐州—乌鲁木齐等6个起迄点之间采用中转换乘模式。

4 结束语

直达或中转换乘选择是高速铁路成网条件下长距离列车开行方案设计的关键，针对22个新增高速铁路长距离起讫点之间列车直达或中转换乘选择的分析和计算，结果表明高速铁路成网条件下长距离列车开行模式选择是一个与旅客时间价值及便利性、动车组检修成本、通过能力及晚点运行调整等因素相关的多约束规划问题，可以通过构建高速铁路长距离直达或中转换乘选择模型来解决，并在此基础上确定高速铁路长距离列车开行方案，一方面能够提升高速铁路运输效益，另一方面能够提升高速铁路客运产品供给质量和效率，为更好满足广大旅客的出行需要提供有力保障。