城际铁路开行动态重联解编跨线列车模式研究

徐正夫， 张勤宇， 马庆龙， 张同宇

(1.河北大学网络空间安全与计算机学院，河北 保定 071002；2.慧伊创新科技(北京)有限公司，北京 100084；3.西南交通大学交通运输与物流学院，四川 成都 610031；4.北京交通大学电子信息工程学院，北京 100044；5.北京联合大学城市轨道交通与物流学院，北京 100101)

1 现行列车运用模式的局限性

随着中国高速铁路网络不断发展，客运量逐年增长，开行车次与日俱增。根据购票情况来决定动车组重联或单组运用的“一日一图”已成为高速铁路常态化运营模式[1]。但地区间发展不均衡，同线路乃至同车次不同区间客流差异巨大，“一日一图”无法解决各区段客流分布不均的问题。同时在开行跨线列车时，部分城际铁路没有预留长编组列车开行条件，而干线高速铁路相对饱和，需尽可能使用长编组，二者在列车编组选择上无法兼得，途经繁忙干线的部分列车仍使用短编组，浪费线路资源。近年来客流进一步增长，在铺画运行图时考虑到列车冲突问题可能无法得到兼顾各方面的方案[2]，为提高整体运输效率，开行跨线列车的城际铁路部分不具备越行条件的车站被废弃。各线路独立运行能有效减少线路间干扰，但列车折返、换端长时间占用站台，导致车站折返能力不足，同样限制运能提升，还造成枢纽站点换乘压力过大。通过对城市网络进行分析，根据城市之间的连接关系，判断节点在网络中的拓扑重要性[3]，很多城市之间关系相对紧密，长途列车拆分为多段或完全禁止干线与城际铁路跨线运行并不可取。

缩短发车间隔一定程度上能促进运能提升，但部分建设较早的线路受车站咽喉区长度、股道、站台数量以及道岔、坡度、曲线半径等因素影响，加之列车启动和停车附加时分差距较大，车站接发车能力不对等，当发车间隔小于启停附加时分时，导致条件不足的车站因能力有限，接车数量下降或长时间待避，不能较大幅度提升总体运能；17辆编组动车组在京沪高速铁路等繁忙线路中也有运用，时速350 km/h双层动车组也在研发之中[4]，增加列车载客量可有效提升运能，既降低列车通用性，也对车站客运组织提出更高要求，但部分建设较早的车站承载能力有限，乘降速度下降；灵活编组的可变编组动车组可以提高不同席别客流与动车组编组之间匹配程度[5]，但是在运营中无法动态调整编组，仍不能有效解决单个车次客流不均的问题。日本以及欧洲一些国家，运营模式较为灵活，对于一些客流明显分段的车次，客流较大区间重联运行，到达客流分段点后改为单组运行或两组列车前往不同方向。2021年4月，韩国铁道在部分线路试验在途中重联解编的“综合列车”，此类方法常见于距离相对较短且速度较低的城际与市郊铁路。

2015年“复兴号”中国标准动车组诞生，“复兴号”统一了技术标准与操作界面，遵循中国标准动车组规范生产，从技术层面实现相同速度等级、不同型号的列车相互重联运行，解决了早期各型动车组技术标准不统一无法重联的问题，为实现动态重联解编的运营模式提供技术支撑。中国铁路运输企业也有一些积极尝试，如南昌局和上海局集团有限公司都探索并实际运用某一交路不载客情况下在站台解编与重联，兰州局集团有限公司夜间在同一到发线内存放两组短编组动车组列车。

随着新线路不断开通，线路条件、运能和成本之间的矛盾将愈发凸显，因此亟待找出一个在各方面相对均衡的运能提升方法，结合国外经验和国内实际情况，采用动车组动态重联解编的运用模式是可行的。

2 动车组重联解编运用模式分析

动车组动态重联解编运用模式指在动车组载客状态下，根据每一区间客流与具体线路情况，运行中在沿途停靠站点一次或多次进行重联与解编作业，重联动车组可在中途站点解编，分别前往不同方向，降低运用成本；两组动车组也可以在途经干线时重联运行，减少对运行线占用。干线列车跨线进入只有短站台的城际铁路时，在具备条件的车站将重联列车进行拆分，两组短编组列车分别进入城际铁路或开往不同方向并停靠沿途站点，在这里以广珠城际铁路为例分析重联解编列车运用模式的特点。

2.1 车站折返能力分析

广珠城际铁路是国内最繁忙的城际铁路之一，客流量持续攀升，车次开行数量却受到各种因素限制，无法满足实际需求。根据近年来广珠城际各站点客流的数据，对其进行分级，由A到E逐渐减小。选择客流高峰日进行分析，选取2021年5月5日的列车时刻表，各站的停靠列车数量、客流等级如表1(主线)、表2(支线)所示。

表1 广珠城际铁路主线车站数据

表2 广珠城际铁路支线车站数据

广州南至珠海段下行广州南至珠海方向开行64列，其中跨线车17列(佛山西始发3列)，仅停靠中山站1站的跨线列车以及本线仅停靠1站的列车为20列，占全部车次的30.77%；上行珠海至广州南方向共开行66列，其中跨线车19列(终到佛山西5列)，仅停1站的23列，占35.38%。

支线广州南至新会段下行江门方向81列，跨线至干线车次17列(佛山西始发9列)；上行广州南方向91列，跨线至干线车次15列(终到佛山西7列)。为照顾速度，支线大多数列车在广珠城际各站均不停车，仅有少部分车次在小榄至新会段停靠。

广州南至小榄共线段开行车次下行145列上行157列。由于当日处于客流高峰，加开大量临客，上行最后10列临客占用天窗且间隔较大，这里双向均按145对车次计算，运营时间约为16.25 h；广州南至小榄段平均开行9对/h，平均间隔6.7 min，广州南站发出列车小时最大车次12次，平均间隔5 min。

不同的停站方案对运行效能影响很大[6]，尽管既有运行图根据各个站点客流不同“按流开车”，根据客流乘车需求来确定停站[7]，但是枢纽利用率和折返换端的效率也决定着车次数量，是需要考虑的重要因素。广珠城际和贵广高铁各自本线列车均需要在广州南站广珠(贵广)场折返换向，现阶段动车组在枢纽站折返及上下客的时间至少为20 min，广珠(贵广)场规模为5台9线，因始发终到列车过多，股道占用时间长且咽喉通过能力有限，极大限制车次开行数量。

列车在车站折返耗时Δt可以表示为Δt=t停+t换+t启+I。式中：t停为停车附加；t换为停站及换向所需时间；t启为启车附加；I为发车间隔。

对于不同股道t停和t启有所不同，考虑道岔侧向限速和枢纽线路条件限制、乘客乘降速度并结合CTCS-2列控技术标准和管理规程给出平均值，t停取3 min，t启取3 min，t换取20 min，I按当前高峰时段平均间隔5 min计算，计算Δt得31 min，N≈17.4。

结合当日时刻表推断，广州南站广珠(贵广)场含贵广高铁始发终到的车次共进行折返152次，小时最高16次，基本已达上限。

2.2 跨线车对本线车的影响分析

广珠城际铁路仅有顺德、容桂、小榄、中山、珠海北站具备越行条件，中山站具有长编组列车的接发能力。由于沿线经济发达，客流稳定，为增加沿线通达度，需要开行跨线列车，目前广珠城际铁路及江湛铁路开行前往北京、上海、长沙等方向的跨线列车，但跨线车数量远不能满足实际需求，造成广州南站每逢节假日巨大的换乘客流。

广珠城际铁路广州南至小榄段不同列车停站对运行图的影响如图1所示。

图1 不同列车停站对运行图的影响

增加跨线列车存在诸多障碍，不仅干扰本线列车的运行图铺画，且包括佛山西站始发终到至广珠城际的跨线列车在内的部分车次，这些列车经由南广线进广州南站京广场，再由联络线至广珠城际碧江站，运行效率较低，相较广珠场始发耗时增加3 min，还影响京广场运营秩序。

除此之外还存在长时间待避和增加缓行的现象，C7613(广州南-珠海)与C7205(佛山西-茂名)间隔2 min从广州南站广珠场/京广场发出，C7613次在顺德站停车13 min，待避C7205次；C7649(广州南-珠海)与G6085(汕头-珠海)间隔2 min从广州南站发出，C7649次在容桂站停车11 min，待避G6085；D921次广州南至江门间运行时间为37 min，其他跨线车最短耗时34 min，有3 min的增加；仅停靠中山站的跨线列车广州南至珠海所需最短时间为56 min，而停靠3站的本线列车最短只需62 min，仅相差6 min，部分停靠2站的本线列车耗时甚至短于停靠1站的跨线列车，明显可以看出部分跨线列车在途中增加缓行来调节列车间距。

2.3 动态重联解编时间分析

需要解编的时候，在所有旅客乘降完毕且车门关闭后进行，解编之后，前序列车直接发车，后续列车待前序列车发车之后根据相应时刻发车，所需时间Δt解编可以表示为：Δt解编=t停+t站+t解+2(t启+I)。式中：I为发车间隔，因拆分后需要两次发车，因此启车附加和间隔需要计算两次。

当列车需要重联时，前序列车到达后先办理旅客乘降，待办理完毕后关闭车门，等待后续列车进站，后续列车到达后直接与前序列车进行重联，完成重联后再进行旅客乘降，这样能够有效避免旅客上错车，也可以避免旅客在站台围观列车重联的过程造成意外，所需时间Δt重联可以表示为：Δt重联=2(t停+I)+t站+t联+t启。式中：t联为重联之后进行检查及后车办客时间。

假设车站全部车次全部为动态重联解编，则车站小时最大开行能力用N1表示，则有：

式中：R为车站的股道数。

其中t停和t启取3 min不变；t站取一般动车组停站时间2 min；t解和t联国内现阶段暂无参考值，根据国外相关经验并结合国内实际情况，理想状态t解取2 min，t联取5min，随着技术水平的发展，还可以进一步降低；由于此时车站并不再是限制线路能力的瓶颈，I取理想间隔3 min，计算得理想状态下Δt解编= 19 min，Δt重联= 22 min。当R=9时，N1≈24.5。由此可以看出，N1>N。

根据实际情况，可以安排更多跨线列车进入广珠城际铁路，将部分南广、贵广等方向终到广州南的车次延伸至珠海或江门方向，利用既有的购票数据对数据进行分析并给出合理预测，将与需求相符的车次贯通运行，旅客可根据实际需求选择就近站点乘车，减少旅客实际出行时间，尽管会造成跨线列车总运行时间有6～18 min增加，但是节约乘客往来枢纽车站和换乘的时间，在很大程度上缓解广州南站枢纽车站的换乘压力，避免枢纽站过于拥挤而部分小站门可罗雀现象发生，将有效拉动沿途中小站点周边经济发展。待未来广珠城际铁路沿线发展更加均衡后，在高峰时段实行“平图运行”，运能达到最大化。还可以利用珠三角地区密集的铁路网络，增开管内跨线车次，把耗时相对较多的换端作业分散到多个压力较小的管内车站，充分利用与干线贯通的城际铁路运能。

若使用低速度等级列车开行跨线车次在高等级线路运行时，高等级列车可能会多次越行低速度等级列车[8]，运行效率较低，由于快车追踪慢车在任何区间内都有可能发生，在各站都可能存在一定的空费时间，对整体通过能力造成影响[9]。因此，低等级动车组列车可在时速无法达速的区段重联合并运营，减少对高等级线路运行秩序的干扰。

2.4 适用性分析

受车站各线路联络线与渡线的影响，动态重联解编适用范围有限，并非适用于所有车站和所有线路。

2.4.1 列车晚点的影响

若列车晚点，将影响整个交路，尤其是列车需要重联时前车晚点、后车先到达时，虽然可以通过临时交换检票口等措施引导旅客，但是依然会造成客运组织的混乱，还会对列车出入库和检修造成影响。此外，因后车司机交路到重联站时已经结束，需要前车司机继续驾驶，此时前车晚点，司机未到达，待后车到达后，将出现前车到达后司机需要下车步行前往另一组列车继续驾驶的情况。

若某组列车晚点超过一定阈值，调度人员需要视情况决定是否单组发车或等待晚点列车；若单组发车，需要启用热备司机。因此，动态重联解编尽可能选在司机交接班的站点，运行图编制时需要充分考虑各种情况，还可以通过机器学习模型进行精准预测晚点[10]，结合高速铁路晚点预测模型[11]，适当增加冗余。

2.4.2 对于车站及列车客运组织的影响

结合现阶段客运站客运管理的情况，需要动态重联解编的各组动车组在全程均使用独立车次，即在重联区段仍使用两个车次，分开进行客运组织，前后两列动车组的车厢号均显示为1-8节车厢。对于较大规模的车站，尤其是具有双侧检票口的高架车站，两个车次由两侧检票口分别独立检票进站，对旅客基本没有影响；对于只有一个检票口的车站，需要加强引导，适当增加提示，如增加地面显示设施，通过不同颜色来引导旅客前往相应的列车，如有需要可适当增设隔离设施。

动态重联解编势必会增加列车在重联或解编站点的停站时间，尤其是对于重联时，前车需要等候后车重联并办理旅客乘降后才能够发车，至少需要增加5～10 min停站时间，由于停站时间增加，可能会对车站及同站台相邻股道列车的客运组织产生负面影响。

2.4.3 其他应用场景下

除城际铁路开行跨线列车外，还能够在不同场景实现降本增效，例如客运和货运动车组重联运行。“复兴号”货运动车组与客运动车组采用相同技术平台，可重联运行。货运动车组开行方案与运行图编制受制于高速铁路能力和客运动车组限制，货运动车组开行不能影响客运动车组开行，在部分有条件或货运量较少的站点可以在站台增设货运设施，在站台装卸货，部分货运量较大的站点则进入新建的货运作业地点进行[12]。为充分利用线路能力，货运动车组在繁忙干线可与等级较低、停站时间较长且中途需要多次或长时间待避的客运动车组重联运行，充分利用待避及换向的时间进行装卸货。

另外，不同技术标准的“复兴号”动车组可在繁忙区段重联，如耐高寒动车组在未进入高寒区域的区段与一组普通动车组重联运行。还有粤海铁路轮渡可使用多组4辆编组混合动力动车组重联运行开行跨海动车组，在通过轮渡前进行解编，无须调车机车即可完成。

3 结束语

动车组动态重联解编的运用模式是一种在不提升成本甚至降低成本的情况下提升线路运能行之有效的方法，能够充分发挥出重联动车组列车灵活的特性，充分挖掘高速铁路的潜能。动车组载客在站台解编与重联，在国外实际运用中是可行的，原则上在技术方面并无难度和安全性问题，但动车组动态重联解编尤其是载客进行重联解编与现行的《铁路技术管理规程》等内容存在冲突，随着技术的不断发展，需要对管理改革创新，需要破除既有思维模式，结合实际情况对现有管理机制等进行优化与完善。

随着技术发展还可以实现根据列车实时运行状态，动态调整能够相互重联的车次，减少晚点和其他因素对线路整体影响。随着自动驾驶技术的发展，更加高效、安全的动车组自动重联解编将会得到运用，重联与解编将不再需要人工干预、必定可以实现动车组在运行中自动重联与解编，进而为广大人民群众出行创造更大的便利。