高铁车站通过能力仿真研究

李卫华 赵文强 王淑姗

摘 要 随着我国高速铁路的飞速发展，客流需求不断扩大，高速铁路车站的作业负荷也日益增加，高速铁路通过能力特别是车站通过能力紧张的问题日益突出。通过仿真结果建议案例中的高铁站只接发动车组列车，以提高作业效率，增大通过能力。

关键词 通过能力；高铁；车站

中图分类号 U2 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2019）231-0109-02

1 研究背景

根据《中长期铁路网规划（2016调整）》，铁路网要扩大规模，完善结构，提高质量，快速扩充运输能力，迅速提高装备水平，到2020年，一批重大标志性项目建成投产，铁路网规模达到15万千米，其中高速铁路3万千米，覆盖80%以上的大城市；到2025年，铁路网规模达到17.5万千米左右，其中高速铁路3.8万公里左右。网络覆盖进一步扩大，路网结构更加优化，骨干作用更加显著，更好发挥铁路对经济社会发展的保障作用。展望到2030年，基本实现内外互联互通、区际多路畅通、省会高铁连通、地市快速通达、县域基本覆盖[1]。

最新版的规划在原规划京沪高铁、京广高铁等“四纵四横”主要高铁线路构架的基础上，满足发展的需要，并且根据客流情况，修建适合当地标准的高速铁路，并且充分结合既有铁路，打造以“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[1]。做到特大城市辐射全国，省会城市辐射周边，形成连接主要城市群以及超过50万人口的大中型城市的高速铁路网。

2 研究意义

由于高速铁路车站集中的大量的车流、人流，承担着旅客集散的任务，并且要进行各种列车作业，同时负责列车的到发和周转。所以高速铁路车站的通过能力成为制约高速铁路客运服务发展的重要瓶颈，而高铁车站通过能力则是重中之重，并且，高速铁路车站通过能力计算方法及理论不能等同于既有铁路，所以不能仅仅将既有铁路的方法理念移植到高铁车站中来，所以，如何提高高速铁路车站通过能力，是提高铁路客运服务质量水平，增大高速铁路网客运能力亟待解决的问题。

3 车站通过能力研究目前存在的问题

同其他铁路客运站通过能力一样，高速铁路车站通過能力主要包括到发线通过能力和咽喉区通过能力两个部分，而咽喉区由于比较复杂，加之各种列车作业繁多，往往会成为限制高速铁路车站通过能力的瓶颈。由于咽喉区作业的复杂性与实时动态性，以平均、估计、定性分析、套用公式等方法为主的传统的方法必然会造成结果与现实生产之间的差距，并且模拟不够精细，计算量大而且较为繁琐。本文的目的在于要结合铁路运输组织、系统科学、仿真理论、计算机技术、图论等相关技术理论对高速铁路车站仿真系统进行研究，用于研究高速铁路车站固定设备配备及通过能力等方面的问题。

4 国内外现状研究

高速铁路车站通过能力是指在现有的设备条件下，采用合适的技术作业过程，某车站一昼夜能够接发各个方向的动车组的数量。车站通过能力包括到发线通过能力和咽喉通过能力[2]。近年来，为了适应高速铁路的飞速发展，国内学者对于如何结合咽喉区和到发线的运用来计算车站通过能力提出了许多新的解决思路和方法。在建模方面、数据查定与处理方面、计算机仿真模拟方面都取得了一定的成果。

史峰等[3]认为到发线的确定取决于进路的确定，进路一旦确定，到发线必然确定，在此理论基础上，以列车等级总权重为第一级优化目标，到发线运用效用最大化为第二优化目标，对咽喉区和到发线进行了一系列约束，建立起到发线和某一端咽喉的优化模型，采用0-1规划，利用模拟退火法求解，随后以某一高铁车站咽喉区验证了其模型和算法的合理性与实用性。

夏超[4]运用了一种新的方法，从微观的角度，结合车站各到发线能力和咽喉区的能力，为了估计出合理的插值区间，对设备占用时间进行了详细的分析，随后根据此区间的取值下限和取值上限得出整个车站的总体的通过能力范围，这相比于一般传统的计算方法更加准确有效。

鲁工圆[5]把每条到发线以及正线视为源点，用源点和道岔来表示每条进路，通过矩阵建立起进路之间的冲突关系，并通过寻找最大平行进路以及列车等级与线路等级相符合来设计算法，并通过编程开发仿真软件来模拟接发列车过程，最终达到对列车开行方案的优化分析。

Zwaneveld等[6]把接车进路和发车进路都视为车站的设备，并且用自己的判断方法为各个设备赋予不同的权重，然后以权重最大的设备为目标函数建立优化模型，并把该模型抽象为点包装的0-1整数规划问题，并利用运筹学算法求解。Gulbrodsen[7]运用了运筹学相关知识理论，借鉴其思路，对大型编组站的列车作业过程中的进路选择问题进行了讨论，建立了相关模型并进行求解。

刘源[8]构建了进路分配问题优化模型。通过划分时间片，并设计了相关算法，而且对其进行图形化表示，得出了动车组与到发线占用的时空约束关系。以到发线运用均衡、到发线缓冲时间均衡和旅客走行时间最短为目标函数，并运用层次分析法确定各个优化目标的权重。

钟俊[9]研究了基于到发线作业和咽喉区相互协调配合的高速铁路车站通过能力，并且以高速铁路车站的运输组织模式、车站站型、固定设备为基分析基础，同时考虑到发线和咽喉区，使之作业相互配合，构建进路关系矩阵，建立以最大平行进路为基础的通过能力模型。

5 仿真结果分析

本文先对案例高铁站现有的动车组列车的运行图进行了模拟仿真，以13：00-15：00为计算时间段，得到了案例高铁站在实际生产中的通过列车数；接下来为了求得案例高铁站车站的最大通过能力，通过逐渐缩小列车固定时间间隔的方法，分别仿真模拟了在固定时间间隔为5分钟和1分钟的情况下，车站可以接发的列车数量，由于在固定时间间隔为1分钟的情况下，在处理仿真得到的初始作业计划的冲突过程中，删除了若干因车站能力限制而不能安排接发车作业的列车车次，所以最终疏解进路之后得到的车站作业计划中的列车数量70列即为案例高铁站在13：00-15：00两个小时内的最大通过能力。如图1所示，易知案例高铁站在最大通过能力的条件下，股道利用率也不是很高，比如4G、6G、7G等股道在两个小时内几乎没有被列车占用过，也就是说，在此情况下，到发线并不是案例高铁站通过能力的限制因素，可想而知，此时的限制因素在咽喉区。

6 建議

针对本文得出的仿真结果，提出如下建议：

1）2018年年底该段相关线路的高铁即将开通，并且会接入既有线客专，建议案例高铁站只接发高铁列车、城际客专和动车组列车，取消普速列车的接发车作业。这样列车作业形式比较集中统一，作业时间基本一致，便于管理和协调，更有利于安排接发车作业，增大车站通过能力，以便更好地适应该段相关线路的高铁接入后的高速、高密度列车流。

2）2018年年底段相关线路的高铁接入既有线客专，势必会对案例高铁站进行改扩建，针对本章得出的案例高铁站通过能力瓶颈在咽喉区的结论，建议改扩建时重点注意对咽喉区的改扩建，在技术允许的范围内尽可能的增大两端咽喉区的平行作业数量，增大案例高铁站车站通过能力。

3）由仿真结果可知，切割咽喉区的作业进路极其容易和其他作业产生冲突，对咽喉区通过能力影响极大，所以，要合理安排列车作业，尽量减少切割咽喉区的列车作业。

参考文献

[1]中国铁路总公司.《中长期铁路网规划》（2016-2030）[R].北京：中国铁路总公司，2016.

[2]杨运贵.铁路车站能力的计算方法与查定技术研究[D].成都：西南交通大学，2010.

[3]史峰，陈彦，秦进，等.铁路客运站到发线运用和接发车进路排列方案综合优化[J].中国铁道科学，2009（6）：108-113.

[4]夏超.高速铁路车站通过能力查定及软件开发研究[D].成都：西南交通大学，2015.

[5]鲁工圆.客运专线车站作业仿真系统的研究及应用[D].成都：西南交通大学，2008.

[6]Zwaneveld P J， Ambergen H W. Routing Trains Through Railway Stations： Model Formulation and Algorithms[J]. Transportation Science，1996，30（3）：181-194.

[7]Gulbrodsen. Optimal planning of marshalling yard by operation research [J]. PROC，1963（963）：226-233.

[8]刘源.高速铁路车站进路分配问题优化研究[D].兰州：兰州交通大学，2015.

[9]钟俊.高速铁路客运站通过能力计算方法[D].成都：西南交通大学，2012.