高速鐵路夕發(fā)朝至列車行車組織方式分析

賈 皓,韓寶明,張 琦

(北京交通大學交通運輸學院,北京 100044)

高速鐵路夕發(fā)朝至列車行車組織方式分析

賈 皓,韓寶明,張 琦

(北京交通大學交通運輸學院,北京 100044)

夕發(fā)朝至列車在開行時段上具有很大的固有優(yōu)勢,對中高收入水平且對舒適度和安全性有較高要求的中長距離旅客來說有很大吸引力。目前,高速鐵路綜合維修天窗均設置在夜間,在高速鐵路上開行夕發(fā)朝至列車受到綜合維修天窗的嚴重制約。通過選擇合適的行車組織方式,為夕發(fā)朝至列車在高速鐵路上的開行提供條件?；诖?從綜合維修天窗的設置方式、需要滿足的技術條件和面臨的主要問題等方面,系統(tǒng)分析高速鐵路夕發(fā)朝至列車的3種行車組織方式(即等線、下線和不下線),并對3種方式的適用性提出建議。

高速鐵路;夕發(fā)朝至列車;行車組織;綜合維修天窗;隔日天窗;錯開天窗;日間天窗

夕發(fā)朝至列車是我國鐵路的一種典型客運產(chǎn)品,一般在晚上19～23時始發(fā),早上6～9時終到,全程運行時間在7～14 h,且提供臥鋪席位。對大部分旅行時間在該范圍的中長距離旅客來說,乘坐夕發(fā)朝至列車不會占用白天的時間,且節(jié)省夜晚的住宿費用,對比其他列車,夕發(fā)朝至列車具有很大的固有優(yōu)勢?？紤]我國內(nèi)地的省會城市和直轄市,上述OD之間的客流量一般很大。若在高速鐵路上開行夕發(fā)朝至列車,一般應采用臥鋪動車組,最高速度250 km/h,旅速系數(shù)取0.80,平均速度200 km/h,則距離(基于我國客運專線網(wǎng))在1 400～2 800 km的省會城市和直轄市OD之間適合開行夕發(fā)朝至列車,符合條件的OD(如北京至長沙、北京至廣州)較多[1]。事實上,距離在該范圍內(nèi)且客流量較大的地級市OD更多。因此,考慮夕發(fā)朝至列車的固有優(yōu)勢,以及動車組的安全性和舒適度等因素,在高速鐵路上開行夕發(fā)朝至列車,預計具有較強的競爭優(yōu)勢和一定的市場需求。

目前,夕發(fā)朝至列車在我國高速鐵路上尚未開行,一個主要原因是高速鐵路網(wǎng)的通達范圍還比較有限,這種情況將在最近幾年得到明顯改善。除京沈客運專線預計在2019年通車運營外,在2015年底,我國四縱四橫客運專線網(wǎng)將基本形成。另一個主要原因是高速鐵路綜合維修天窗設置在夜間,全線(或分段)雙向同時停電檢修,直接制約了夕發(fā)朝至列車在夜間的運行。

1 高速鐵路綜合維修天窗

高速鐵路綜合維修指對線路、接觸網(wǎng)、通信信號設備等的日常檢查和定期維修。其中,線路維修工作量大、項目多、設備多,一般要求連續(xù)占用3～5 h。接觸網(wǎng)維修和通信信號設備檢修時間一般在2 h以內(nèi),且可與線路維修平行進行。因此,我國鐵路局設置的高速鐵路綜合維修天窗一般占用4 h。

由于高速鐵路一般只在日間開行高速列車,行車具有高密度、高速度的特點,在世界范圍內(nèi),綜合維修天窗普遍設置在夜間0～6時范圍內(nèi),且一般采用雙向垂直(或分段)矩形天窗方式,全線(或分段)雙向同時停電和復電,以消除觸電隱患和避免行車安全事故。在綜合維修天窗結束后,開行確認車檢查線路。

這種情況下,若在高速鐵路上開行夕發(fā)朝至列車,需要等線或下線運行。此外,也可調(diào)整綜合維修天窗設置方式,為夕發(fā)朝至列車在夜間正常運行(不下線)提供條件。上述3種情況基于不同的綜合維修天窗設置方式,需要滿足的技術條件和面臨的主要問題均不同。

2 高速鐵路夕發(fā)朝至列車行車組織方式

2.1 等線方式

高速鐵路夕發(fā)朝至列車“等線”方式指采用現(xiàn)行的夜間雙向垂直(或分段)矩形天窗,在綜合維修天窗開始前,列車在有條件的臨近車站停車等待,在綜合維修天窗結束,且確認車出清一個區(qū)間后,列車繼續(xù)運行直至終點站,如圖1所示。矩形天窗之間的空白部分表示列車待避車站所在供電臂在天窗時段內(nèi)不停電持續(xù)供電(如下文所述)。

圖1 高速鐵路夕發(fā)朝至列車等線方式

可以看出,在分段矩形天窗下,一方面,利用列車待避車站作為分界點,將全線天窗分段,在時間上平移一段或多段天窗,使各段天窗交錯布置,將縮短列車等天窗時間,減少列車旅行時間;另一方面,接觸網(wǎng)在時間和空間上分段停電和復電,操作復雜,且在時間和空間分界點上存在風險,降低了維修安全性。因此,實際情況下,高速鐵路較多采用雙向垂直矩形天窗。

2.1.1 技術條件

基于現(xiàn)行的夜間雙向垂直(或分段)矩形天窗,采用“等線”方式組織夕發(fā)朝至列車開行,需要滿足如下的技術條件。

(1)待避車站具有一定數(shù)量的股道

夕發(fā)朝至列車在待避車站停車等待天窗作業(yè)完成,待避車站應具有一定數(shù)量的股道,供夕發(fā)朝至列車過夜停留。為此,一般以大中型車站為待避車站。反過來,夕發(fā)朝至列車的開行數(shù)量受到待避車站股道數(shù)量的直接制約。

(2)采用供電臂保障旅客生活用電

由于前方區(qū)段的接觸網(wǎng)雙向停電檢修,夕發(fā)朝至列車在待避車站停車后,需要保障列車上的旅客生活用電。這種情況下,可以待避車站所在供電臂作為分界點,在空間上將區(qū)段分成若干段,為在待避車站等線的列車提供電力供應。

2.1.2 主要問題

基于現(xiàn)行的夜間雙向垂直(或分段)矩形天窗,采用“等線”方式組織夕發(fā)朝至列車開行,面臨的主要問題如下。

(1)夕發(fā)朝至列車的適宜開行距離范圍小

由于列車在車站等待天窗的時間較長,夕發(fā)朝至列車的合理開行距離減少。假定列車在車站的平均等待時間為5 h,根據(jù)夕發(fā)朝至列車的合理運行時間范圍,在“等線”方式下,理論上,夕發(fā)朝至列車的全程在途運行時長應為2～9 h(包括等待時間在內(nèi)的全程運行時長為7～14 h),距離在400～1 800 km的OD之間適合開行夕發(fā)朝至列車。

然而,夕發(fā)朝至列車的合理開行距離急劇減少,大幅涵蓋中短距離,而中短距離的OD旅客一般更愿意選擇日間高速列車。例如,北京至鄭州的OD距離約800 km,假定日間高速列車的平均速度為240 km/h,全程運行時間約3.5 h,旅客一般更愿意選擇日間高速列車。

基于上述分析,假定日間高速列車的全程運行時間在6 h以下時,對比夕發(fā)朝至列車具有絕對的競爭力優(yōu)勢,則在“等線”方式下,夕發(fā)朝至列車的適宜開行距離范圍僅為1 500～1 800 km(在“等線”方式下,距離在400～1 500 km的OD盡管可以滿足夕發(fā)朝至列車的開行時段要求,但旅客一般更愿意選擇日間高速列車;距離在1 800～2 800 km的OD則不再滿足夕發(fā)朝至列車的開行時段要求)。

(2)夕發(fā)朝至列車的旅客安監(jiān)工作

在不低于4h的等待時間內(nèi),如何做好夕發(fā)朝至列車的旅客安監(jiān)工作是另一個主要問題。若允許旅客離開列車進入車站,需要在保證列車上旅客的生命和財產(chǎn)安全的同時,做好車站內(nèi)的旅客候車組織;若不允許旅客離開列車,需要做好宣傳和安撫工作,控制可能產(chǎn)生的安監(jiān)事態(tài)。上述兩種情況都對車站的旅客乘降組織提出了更高要求。

(3)列車晚點

考慮列車晚點的影響,列車到達待避車站的時刻和天窗開始時刻之間,應預留足夠的冗余時間,保證列車在天窗開始時刻之前到達待避車站。否則,若列車晚點時間過大,綜合維修天窗時段需要后延,打亂正常的檢修計劃。顯然,冗余時間對延長夕發(fā)朝至列車在待避車站的等待時間也有一定的影響。

(4)維修作業(yè)安全

在綜合維修天窗時間內(nèi),區(qū)間接觸網(wǎng)停電,而待避車站所在供電臂需要為車站內(nèi)的列車持續(xù)供電,保障旅客生活用電需要,這種情況下,會對區(qū)間的維修作業(yè)帶來較嚴重的安全隱患。

2.2 下線方式

我國高速鐵路開行夕發(fā)朝至列車也可考慮采用“下線”方式,在綜合維修天窗開始前下到既有線運行(避開既有線天窗時段),在綜合維修天窗結束后上到高速鐵路繼續(xù)運行[2],主要實現(xiàn)在現(xiàn)行日間綜合維修天窗方式下,開行夕發(fā)朝至列車的現(xiàn)實需要,如圖2所示。

圖2 高速鐵路夕發(fā)朝至列車下線方式

2.2.1 技術條件

高速鐵路夕發(fā)朝至列車下線運行,首先需要在高速鐵路與既有線之間設置聯(lián)絡線,方便夕發(fā)朝至列車下線和上線。目前,大型鐵路樞紐內(nèi)均設置了聯(lián)絡線,連接既有線車站和高速鐵路車站,高速列車可直接接入既有站(如京廣高速鐵路的部分高速列車接入北京西站、鄭州站)。

其次,既有線應為電氣化鐵路,且受電弓高度、站臺高度、建筑限界等均應滿足夕發(fā)朝至列車的運行要求。此外,列控系統(tǒng)也應兼容。高速鐵路夕發(fā)朝至列車一般應采用最高速度為250 km/h的臥鋪動車組,采用CTCS-2級列控系統(tǒng)。經(jīng)過六次提速,繁忙干線旅客列車時速可達200～250 km,在借鑒歐洲和日本列控系統(tǒng)的基礎上,引進、消化、研發(fā)了我國既有線200 km/h動車組列控系統(tǒng)(CTCS-2)。這些線路上的信號系統(tǒng)基本可以滿足下線高速列車的運行要求。

2.2.2 主要問題

在上述技術條件滿足的情況下,采用“下線”方式開行夕發(fā)朝至列車,首先需要選擇下線時間和地點。在下線時間的選擇上,必須避開天窗時段[3]。既有線一般采用V形天窗,在天窗時段內(nèi),按單線組織雙向行車;在下線地點的選擇上,應選擇通過能力較為充裕的既有線區(qū)間[4],同時,還考慮下線距離的經(jīng)濟合理范圍[5]。這是因為,受到線路條件的限制,夕發(fā)朝至列車在既有線上只能降速運行。若下線距離過長,一方面,可能超出夕發(fā)朝至列車的合理到發(fā)時段范圍;另一方面,夕發(fā)朝至列車在時間方面的優(yōu)勢降低,列車開行不經(jīng)濟,且直接影響客流量。

其次,與“等線”方式一樣,同樣需要考慮列車晚點的影響,列車到達下線車站的時刻和天窗開始時刻之間應預留足夠的冗余時間,保證列車在天窗開始時刻之前到達下線車站。顯然,冗余時間的存在對下線時間和地點的選擇也會產(chǎn)生一定的影響。

2.3 不下線方式

高速鐵路夕發(fā)朝至列車除采用上述兩種方式外,還可以采用不下線方式組織行車,即通過調(diào)整夜間綜合維修天窗,改變天窗設置方式、設置時間等,為夕發(fā)朝至列車在高速鐵路上的運行提供條件。以垂直矩形天窗和“垂”型天窗為基礎,調(diào)整后常見的天窗方式有隔日單向矩形天窗、雙向分段錯開矩形天窗和日間天窗,分別對這3種天窗方式下的行車組織方式進行分析。

2.3.1 采用隔日單向垂直矩形天窗

若使夕發(fā)朝至列車全程均在高速鐵路上開行(即不下線),需要對現(xiàn)行的雙向垂直(或分段)矩形天窗進行調(diào)整,可考慮采用隔日單向垂直矩形天窗,即按上下行隔日安排綜合維修,在一線按垂直矩形天窗組織綜合維修的情況下,另一線按單線組織雙向行車[6,7],如圖3所示。

圖3 隔日單向垂直矩形天窗

德國高速鐵路采用“客貨混跑”的列車開行模式,日間開行高速旅客列車,夜間開行快速貨運列車,綜合維修天窗開設在夜間3:30～6:00(周一至周五,由于周末開行的貨車較少,周末的天窗時間較長),一線維修時,鄰線不允許160 km/h以上的快速貨物列車通過。對于160 km/h的快速貨物列車,要求在3:00前通過[3,8]。同時,區(qū)間平均每6 km設1處渡線,滿足一線維修時,鄰線雙向行車的需要。對我國高速鐵路而言,若采用隔日單向垂直矩形天窗方式,一線維修,鄰線行車,則牽引供電系統(tǒng)能按上下行線路分別供電,保持同相位,且同時安裝分段開關。同時,通信信號設備能保證雙向行車安全,即上下行線路均能按單線組織行車。此外,站間距較大時,設置必要的區(qū)間渡線,便于雙向行車和提高區(qū)間通過能力等。德國高速鐵路在區(qū)間平均每6 km設1處渡線,滿足一線維修時鄰線雙向行車的需要。

在上述技術條件滿足的情況下,維修作業(yè)安全是最主要問題[9,10],分為兩方面。

(1)鄰線限速

若采用隔日單向垂直矩形天窗方式,研究顯示[11],在非橋梁等特殊路段,當一線進行線路維修和供電維修,鄰線列車運行速度應不超過160 km/h;在橋梁等特殊路段,允許鄰線列車最高運行速度一般更低。在鄰線列車限速通過時,需采取嚴格的安全管理措施,包括:及時掌握高速列車的通過時刻和晚點信息,及時組織維修作業(yè)人員下道,以及維修作業(yè)人員不得在兩線間站立等。

(2)消除電磁感應

由于鄰線正常供電,還需要考慮電磁感應帶來的維修作業(yè)人員安全問題。電磁感應包含靜電感應電壓、磁感應電壓和地面跨步電壓等。理論上,前2種可通過將作業(yè)現(xiàn)場的接觸網(wǎng)兩端掛接地線予以基本消除;跨步電壓則與大地的電導率等地質條件有關,一般情況下,跨步電壓小于人體允許值,不會對人體造成傷害。

實際情況下,高速鐵路采用高壓供電(一般為25 kV),感應電壓也非常高(6～10 kV),為保障維修作業(yè)安全,需要每隔200 m接掛地線,作業(yè)時間長,作業(yè)防護多,安全距離也更短(距離帶電接觸網(wǎng)30 cm即可能引發(fā)觸電)。無論對電力專業(yè)人員(接觸網(wǎng)維修人員)和非電力專業(yè)人員(工務維修人員),都需要與接觸網(wǎng)保持一定的安全距離(專業(yè)人員在1 m以上,非專業(yè)人員在2 m以上)。基于上述因素,一線行車,鄰線正常供電引發(fā)的維修作業(yè)人員觸電隱患難以徹底消除。

2.3.2 采用雙向分段錯開矩形天窗

對于采用無砟軌道的高速鐵路(或短距離的城際鐵路),綜合維修天窗時間較短。若綜合維修作業(yè)可控制在2 h左右,則可考慮采用雙向分段錯開矩形天窗方式,以方便夕發(fā)朝至列車的開行[12],如圖4所示。

圖4 雙向分段錯開矩形天窗

采用雙向分段錯開矩形天窗,由于接觸網(wǎng)分段停電和復電,對維修作業(yè)人員帶來一定的安全隱患。此外,還需要考慮夕發(fā)朝至列車的通過能力。首先,一般依據(jù)客流區(qū)段分割垂直矩形天窗。對特定的分段方法,由于特定OD夕發(fā)朝至列車的運行時段相對固定,只能通過特定OD的夕發(fā)朝至列車。其次,分段矩形天窗的錯開時長直接影響夕發(fā)朝至列車的通過能力,但錯開時長又受到夜間0～6時范圍的限制,不能過長。最后,在鋪畫列車運行圖時,必須考慮列車晚點的影響,在夕發(fā)朝至列車運行線與天窗之間預留一定的冗余時間?；谏鲜龇治?采用雙向分段矩形天窗,夕發(fā)朝至列車的通過能力較小。

2.3.3 采用日間天窗

由于高速鐵路一般只在日間開行高速列車,行車具有高密度、高速度的特點,在世界范圍內(nèi),除法國高速鐵路外,高速鐵路綜合維修天窗普遍設置在夜間0～6時范圍內(nèi)。法國高速鐵路的綜合維修天窗時段為23:30～5:30,實際維修作業(yè)時間在4 h左右,同時開設日間1 h V形天窗[3,8],用于道岔控制設備的調(diào)整、潤滑和線路、供電設備的步行巡視。開設日間1 h V形天窗主要為彌補夜間視線不足的問題,夜間檢測車只檢測線路,道岔區(qū)只相信日間的人工檢查結果。事實上,由于維修手段的更新,法國高速鐵路正逐步取消日間1 h V形天窗。

為組織夕發(fā)朝至開行,我國高速鐵路可考慮將夜間綜合維修天窗完全移至日間(與法國高速鐵路開設日間1 h V形天窗不同)。由于維修條件得到明顯改善(尤其對我國高寒地區(qū)的高速鐵路,如哈大高速鐵路),或可顯著縮短綜合維修時間,顯著提高綜合維修效率。

開設日間天窗的主要問題在于線路通過能力轉移到夜間。一方面,由于夜間0～6時不設置天窗,夜間夕發(fā)朝至列車的通過能力過于充裕;另一方面,由于日間綜合維修天窗時間較長(考慮到綜合維修效率的提高,至少需要3～4 h),且日間行車時段被分割,日間高速列車的通過能力大量減少。

在開行效果上,中長距離高速列車的日間開行時段受到很大限制,短途高速列車則不能提供全天的日間客運服務;在通過能力利用方面,日間天窗產(chǎn)生的三角區(qū)的通過能力較難以被完全利用;在動車組運用效率方面,開設日間天窗增加了動車組的休時,動車組運用效率下降,直接影響鐵路經(jīng)營效益。

3 總結和建議

目前,在高速鐵路上開行夕發(fā)朝至列車具有較大的困難,夜間綜合維修天窗是最直接和主要的限制因素?；谏鲜鰧οΠl(fā)朝至列車3種行車組織方式(即等線、下線、不下線)的分析,總結和建議如下。

(1)在等線方式下,夕發(fā)朝至列車的適宜開行距離范圍小。同時,旅客安監(jiān)工作也難以開展。在技術條件上,采用供電臂分段供電,存在較大的維修安全隱患。綜合而言,不推薦采用。

(2)在下線方式下,技術條件較容易滿足,夕發(fā)朝至列車的通過能力主要受到既有線區(qū)間剩余通過能力的制約。因此,可在技術條件滿足,且剩余通過能力較大的既有線區(qū)間上采用。

(3)不下線方式有3種實現(xiàn)方法。第一種采用隔日單向垂直矩形天窗,由于鄰線行車和電磁感應帶來的維修作業(yè)人員安全難以保證,不推薦采用;第二種采用雙向分段錯開矩形天窗,通過能力較小,只適用于綜合維修時間短的高速鐵路(如部分采用無砟軌道的高速鐵路或較短的城際鐵路);第三種采用日間雙向垂直矩形天窗,可在日間高速列車開行數(shù)量較少的高速鐵路上采用。

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Organization of Night Train Starting at Dawn and Arriving at Dusk on High-Speed Railway

JIA Hao,HAN Bao-ming,ZHANG Qi
(School of Traffic and Transportation,Beijing Jiaotong University,Beijing 100044,China)

Trains leaving in the evening and arriving in the morning attracts passengers with high and medium income by offering comfort and safety.The maintenance time window of high-speed railway is conducted at night,which leads to a severe conflict between the maintenance and train operation.In order to facilitate the train operation on high-speed railway lines,the paper analyzes three train operation organization methods(waiting at station,shifting to other existing lines and changing maintenance time window)in terms of the mode of maintenance window,technical requirements and existing problems,and proposes recommendations to the applicability of the three methods.

High-speed railway;Train leaving in the evening and arriving in the morning;Traffic organization;Maintenance time window;Tertian maintenance time window;Staggered maintenance time window;Daytime maintenance time window

U292

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2014.12.003

1004-2954(2014)12-0009-05

2014-07-15;

2014-08-13

國家科技支撐計劃(2009BAG12A10)

賈 皓(1990—),女,碩士研究生,E-mail:13120854@bjtu. edu.cn。