城際鐵路開行動態(tài)重聯(lián)解編跨線列車模式研究

徐正夫， 張勤宇， 馬慶龍， 張同宇

(1.河北大學(xué)網(wǎng)絡(luò)空間安全與計算機學(xué)院，河北 保定 071002；2.慧伊創(chuàng)新科技(北京)有限公司，北京 100084；3.西南交通大學(xué)交通運輸與物流學(xué)院，四川 成都 610031；4.北京交通大學(xué)電子信息工程學(xué)院，北京 100044；5.北京聯(lián)合大學(xué)城市軌道交通與物流學(xué)院，北京 100101)

1 現(xiàn)行列車運用模式的局限性

隨著中國高速鐵路網(wǎng)絡(luò)不斷發(fā)展，客運量逐年增長，開行車次與日俱增。根據(jù)購票情況來決定動車組重聯(lián)或單組運用的“一日一圖”已成為高速鐵路常態(tài)化運營模式[1]。但地區(qū)間發(fā)展不均衡，同線路乃至同車次不同區(qū)間客流差異巨大，“一日一圖”無法解決各區(qū)段客流分布不均的問題。同時在開行跨線列車時，部分城際鐵路沒有預(yù)留長編組列車開行條件，而干線高速鐵路相對飽和，需盡可能使用長編組，二者在列車編組選擇上無法兼得，途經(jīng)繁忙干線的部分列車仍使用短編組，浪費線路資源。近年來客流進一步增長，在鋪畫運行圖時考慮到列車沖突問題可能無法得到兼顧各方面的方案[2]，為提高整體運輸效率，開行跨線列車的城際鐵路部分不具備越行條件的車站被廢棄。各線路獨立運行能有效減少線路間干擾，但列車折返、換端長時間占用站臺，導(dǎo)致車站折返能力不足，同樣限制運能提升，還造成樞紐站點換乘壓力過大。通過對城市網(wǎng)絡(luò)進行分析，根據(jù)城市之間的連接關(guān)系，判斷節(jié)點在網(wǎng)絡(luò)中的拓?fù)渲匾訹3]，很多城市之間關(guān)系相對緊密，長途列車拆分為多段或完全禁止干線與城際鐵路跨線運行并不可取。

縮短發(fā)車間隔一定程度上能促進運能提升，但部分建設(shè)較早的線路受車站咽喉區(qū)長度、股道、站臺數(shù)量以及道岔、坡度、曲線半徑等因素影響，加之列車啟動和停車附加時分差距較大，車站接發(fā)車能力不對等，當(dāng)發(fā)車間隔小于啟停附加時分時，導(dǎo)致條件不足的車站因能力有限，接車數(shù)量下降或長時間待避，不能較大幅度提升總體運能；17輛編組動車組在京滬高速鐵路等繁忙線路中也有運用，時速350 km/h雙層動車組也在研發(fā)之中[4]，增加列車載客量可有效提升運能，既降低列車通用性，也對車站客運組織提出更高要求，但部分建設(shè)較早的車站承載能力有限，乘降速度下降；靈活編組的可變編組動車組可以提高不同席別客流與動車組編組之間匹配程度[5]，但是在運營中無法動態(tài)調(diào)整編組，仍不能有效解決單個車次客流不均的問題。日本以及歐洲一些國家，運營模式較為靈活，對于一些客流明顯分段的車次，客流較大區(qū)間重聯(lián)運行，到達客流分段點后改為單組運行或兩組列車前往不同方向。2021年4月，韓國鐵道在部分線路試驗在途中重聯(lián)解編的“綜合列車”，此類方法常見于距離相對較短且速度較低的城際與市郊鐵路。

2015年“復(fù)興號”中國標(biāo)準(zhǔn)動車組誕生，“復(fù)興號”統(tǒng)一了技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與操作界面，遵循中國標(biāo)準(zhǔn)動車組規(guī)范生產(chǎn)，從技術(shù)層面實現(xiàn)相同速度等級、不同型號的列車相互重聯(lián)運行，解決了早期各型動車組技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一無法重聯(lián)的問題，為實現(xiàn)動態(tài)重聯(lián)解編的運營模式提供技術(shù)支撐。中國鐵路運輸企業(yè)也有一些積極嘗試，如南昌局和上海局集團有限公司都探索并實際運用某一交路不載客情況下在站臺解編與重聯(lián)，蘭州局集團有限公司夜間在同一到發(fā)線內(nèi)存放兩組短編組動車組列車。

隨著新線路不斷開通，線路條件、運能和成本之間的矛盾將愈發(fā)凸顯，因此亟待找出一個在各方面相對均衡的運能提升方法，結(jié)合國外經(jīng)驗和國內(nèi)實際情況，采用動車組動態(tài)重聯(lián)解編的運用模式是可行的。

2 動車組重聯(lián)解編運用模式分析

動車組動態(tài)重聯(lián)解編運用模式指在動車組載客狀態(tài)下，根據(jù)每一區(qū)間客流與具體線路情況，運行中在沿途?？空军c一次或多次進行重聯(lián)與解編作業(yè)，重聯(lián)動車組可在中途站點解編，分別前往不同方向，降低運用成本；兩組動車組也可以在途經(jīng)干線時重聯(lián)運行，減少對運行線占用。干線列車跨線進入只有短站臺的城際鐵路時，在具備條件的車站將重聯(lián)列車進行拆分，兩組短編組列車分別進入城際鐵路或開往不同方向并?？垦赝菊军c，在這里以廣珠城際鐵路為例分析重聯(lián)解編列車運用模式的特點。

2.1 車站折返能力分析

廣珠城際鐵路是國內(nèi)最繁忙的城際鐵路之一，客流量持續(xù)攀升，車次開行數(shù)量卻受到各種因素限制，無法滿足實際需求。根據(jù)近年來廣珠城際各站點客流的數(shù)據(jù)，對其進行分級，由A到E逐漸減小。選擇客流高峰日進行分析，選取2021年5月5日的列車時刻表，各站的?？苛熊嚁?shù)量、客流等級如表1(主線)、表2(支線)所示。

表1 廣珠城際鐵路主線車站數(shù)據(jù)

表2 廣珠城際鐵路支線車站數(shù)據(jù)

廣州南至珠海段下行廣州南至珠海方向開行64列，其中跨線車17列(佛山西始發(fā)3列)，僅?？恐猩秸?站的跨線列車以及本線僅?？?站的列車為20列，占全部車次的30.77%；上行珠海至廣州南方向共開行66列，其中跨線車19列(終到佛山西5列)，僅停1站的23列，占35.38%。

支線廣州南至新會段下行江門方向81列，跨線至干線車次17列(佛山西始發(fā)9列)；上行廣州南方向91列，跨線至干線車次15列(終到佛山西7列)。為照顧速度，支線大多數(shù)列車在廣珠城際各站均不停車，僅有少部分車次在小欖至新會段?？?。

廣州南至小欖共線段開行車次下行145列上行157列。由于當(dāng)日處于客流高峰，加開大量臨客，上行最后10列臨客占用天窗且間隔較大，這里雙向均按145對車次計算，運營時間約為16.25 h；廣州南至小欖段平均開行9對/h，平均間隔6.7 min，廣州南站發(fā)出列車小時最大車次12次，平均間隔5 min。

不同的停站方案對運行效能影響很大[6]，盡管既有運行圖根據(jù)各個站點客流不同“按流開車”，根據(jù)客流乘車需求來確定停站[7]，但是樞紐利用率和折返換端的效率也決定著車次數(shù)量，是需要考慮的重要因素。廣珠城際和貴廣高鐵各自本線列車均需要在廣州南站廣珠(貴廣)場折返換向，現(xiàn)階段動車組在樞紐站折返及上下客的時間至少為20 min，廣珠(貴廣)場規(guī)模為5臺9線，因始發(fā)終到列車過多，股道占用時間長且咽喉通過能力有限，極大限制車次開行數(shù)量。

列車在車站折返耗時Δt可以表示為Δt=t停+t換+t啟+I。式中：t停為停車附加；t換為停站及換向所需時間；t啟為啟車附加；I為發(fā)車間隔。

對于不同股道t停和t啟有所不同，考慮道岔側(cè)向限速和樞紐線路條件限制、乘客乘降速度并結(jié)合CTCS-2列控技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和管理規(guī)程給出平均值，t停取3 min，t啟取3 min，t換取20 min，I按當(dāng)前高峰時段平均間隔5 min計算，計算Δt得31 min，N≈17.4。

結(jié)合當(dāng)日時刻表推斷，廣州南站廣珠(貴廣)場含貴廣高鐵始發(fā)終到的車次共進行折返152次，小時最高16次，基本已達上限。

2.2 跨線車對本線車的影響分析

廣珠城際鐵路僅有順德、容桂、小欖、中山、珠海北站具備越行條件，中山站具有長編組列車的接發(fā)能力。由于沿線經(jīng)濟發(fā)達，客流穩(wěn)定，為增加沿線通達度，需要開行跨線列車，目前廣珠城際鐵路及江湛鐵路開行前往北京、上海、長沙等方向的跨線列車，但跨線車數(shù)量遠不能滿足實際需求，造成廣州南站每逢節(jié)假日巨大的換乘客流。

廣珠城際鐵路廣州南至小欖段不同列車停站對運行圖的影響如圖1所示。

圖1 不同列車停站對運行圖的影響

增加跨線列車存在諸多障礙，不僅干擾本線列車的運行圖鋪畫，且包括佛山西站始發(fā)終到至廣珠城際的跨線列車在內(nèi)的部分車次，這些列車經(jīng)由南廣線進廣州南站京廣場，再由聯(lián)絡(luò)線至廣珠城際碧江站，運行效率較低，相較廣珠場始發(fā)耗時增加3 min，還影響京廣場運營秩序。

除此之外還存在長時間待避和增加緩行的現(xiàn)象，C7613(廣州南-珠海)與C7205(佛山西-茂名)間隔2 min從廣州南站廣珠場/京廣場發(fā)出，C7613次在順德站停車13 min，待避C7205次；C7649(廣州南-珠海)與G6085(汕頭-珠海)間隔2 min從廣州南站發(fā)出，C7649次在容桂站停車11 min，待避G6085；D921次廣州南至江門間運行時間為37 min，其他跨線車最短耗時34 min，有3 min的增加；僅停靠中山站的跨線列車廣州南至珠海所需最短時間為56 min，而停靠3站的本線列車最短只需62 min，僅相差6 min，部分?？?站的本線列車耗時甚至短于?？?站的跨線列車，明顯可以看出部分跨線列車在途中增加緩行來調(diào)節(jié)列車間距。

2.3 動態(tài)重聯(lián)解編時間分析

需要解編的時候，在所有旅客乘降完畢且車門關(guān)閉后進行，解編之后，前序列車直接發(fā)車，后續(xù)列車待前序列車發(fā)車之后根據(jù)相應(yīng)時刻發(fā)車，所需時間Δt解編可以表示為：Δt解編=t停+t站+t解+2(t啟+I)。式中：I為發(fā)車間隔，因拆分后需要兩次發(fā)車，因此啟車附加和間隔需要計算兩次。

當(dāng)列車需要重聯(lián)時，前序列車到達后先辦理旅客乘降，待辦理完畢后關(guān)閉車門，等待后續(xù)列車進站，后續(xù)列車到達后直接與前序列車進行重聯(lián)，完成重聯(lián)后再進行旅客乘降，這樣能夠有效避免旅客上錯車，也可以避免旅客在站臺圍觀列車重聯(lián)的過程造成意外，所需時間Δt重聯(lián)可以表示為：Δt重聯(lián)=2(t停+I)+t站+t聯(lián)+t啟。式中：t聯(lián)為重聯(lián)之后進行檢查及后車辦客時間。

假設(shè)車站全部車次全部為動態(tài)重聯(lián)解編，則車站小時最大開行能力用N1表示，則有：

式中：R為車站的股道數(shù)。

其中t停和t啟取3 min不變；t站取一般動車組停站時間2 min；t解和t聯(lián)國內(nèi)現(xiàn)階段暫無參考值，根據(jù)國外相關(guān)經(jīng)驗并結(jié)合國內(nèi)實際情況，理想狀態(tài)t解取2 min，t聯(lián)取5min，隨著技術(shù)水平的發(fā)展，還可以進一步降低；由于此時車站并不再是限制線路能力的瓶頸，I取理想間隔3 min，計算得理想狀態(tài)下Δt解編= 19 min，Δt重聯(lián)= 22 min。當(dāng)R=9時，N1≈24.5。由此可以看出，N1>N。

根據(jù)實際情況，可以安排更多跨線列車進入廣珠城際鐵路，將部分南廣、貴廣等方向終到廣州南的車次延伸至珠?；蚪T方向，利用既有的購票數(shù)據(jù)對數(shù)據(jù)進行分析并給出合理預(yù)測，將與需求相符的車次貫通運行，旅客可根據(jù)實際需求選擇就近站點乘車，減少旅客實際出行時間，盡管會造成跨線列車總運行時間有6～18 min增加，但是節(jié)約乘客往來樞紐車站和換乘的時間，在很大程度上緩解廣州南站樞紐車站的換乘壓力，避免樞紐站過于擁擠而部分小站門可羅雀現(xiàn)象發(fā)生，將有效拉動沿途中小站點周邊經(jīng)濟發(fā)展。待未來廣珠城際鐵路沿線發(fā)展更加均衡后，在高峰時段實行“平圖運行”，運能達到最大化。還可以利用珠三角地區(qū)密集的鐵路網(wǎng)絡(luò)，增開管內(nèi)跨線車次，把耗時相對較多的換端作業(yè)分散到多個壓力較小的管內(nèi)車站，充分利用與干線貫通的城際鐵路運能。

若使用低速度等級列車開行跨線車次在高等級線路運行時，高等級列車可能會多次越行低速度等級列車[8]，運行效率較低，由于快車追蹤慢車在任何區(qū)間內(nèi)都有可能發(fā)生，在各站都可能存在一定的空費時間，對整體通過能力造成影響[9]。因此，低等級動車組列車可在時速無法達速的區(qū)段重聯(lián)合并運營，減少對高等級線路運行秩序的干擾。

2.4 適用性分析

受車站各線路聯(lián)絡(luò)線與渡線的影響，動態(tài)重聯(lián)解編適用范圍有限，并非適用于所有車站和所有線路。

2.4.1 列車晚點的影響

若列車晚點，將影響整個交路，尤其是列車需要重聯(lián)時前車晚點、后車先到達時，雖然可以通過臨時交換檢票口等措施引導(dǎo)旅客，但是依然會造成客運組織的混亂，還會對列車出入庫和檢修造成影響。此外，因后車司機交路到重聯(lián)站時已經(jīng)結(jié)束，需要前車司機繼續(xù)駕駛，此時前車晚點，司機未到達，待后車到達后，將出現(xiàn)前車到達后司機需要下車步行前往另一組列車?yán)^續(xù)駕駛的情況。

若某組列車晚點超過一定閾值，調(diào)度人員需要視情況決定是否單組發(fā)車或等待晚點列車；若單組發(fā)車，需要啟用熱備司機。因此，動態(tài)重聯(lián)解編盡可能選在司機交接班的站點，運行圖編制時需要充分考慮各種情況，還可以通過機器學(xué)習(xí)模型進行精準(zhǔn)預(yù)測晚點[10]，結(jié)合高速鐵路晚點預(yù)測模型[11]，適當(dāng)增加冗余。

2.4.2 對于車站及列車客運組織的影響

結(jié)合現(xiàn)階段客運站客運管理的情況，需要動態(tài)重聯(lián)解編的各組動車組在全程均使用獨立車次，即在重聯(lián)區(qū)段仍使用兩個車次，分開進行客運組織，前后兩列動車組的車廂號均顯示為1-8節(jié)車廂。對于較大規(guī)模的車站，尤其是具有雙側(cè)檢票口的高架車站，兩個車次由兩側(cè)檢票口分別獨立檢票進站，對旅客基本沒有影響；對于只有一個檢票口的車站，需要加強引導(dǎo)，適當(dāng)增加提示，如增加地面顯示設(shè)施，通過不同顏色來引導(dǎo)旅客前往相應(yīng)的列車，如有需要可適當(dāng)增設(shè)隔離設(shè)施。

動態(tài)重聯(lián)解編勢必會增加列車在重聯(lián)或解編站點的停站時間，尤其是對于重聯(lián)時，前車需要等候后車重聯(lián)并辦理旅客乘降后才能夠發(fā)車，至少需要增加5～10 min停站時間，由于停站時間增加，可能會對車站及同站臺相鄰股道列車的客運組織產(chǎn)生負(fù)面影響。

2.4.3 其他應(yīng)用場景下

除城際鐵路開行跨線列車外，還能夠在不同場景實現(xiàn)降本增效，例如客運和貨運動車組重聯(lián)運行?！皬?fù)興號”貨運動車組與客運動車組采用相同技術(shù)平臺，可重聯(lián)運行。貨運動車組開行方案與運行圖編制受制于高速鐵路能力和客運動車組限制，貨運動車組開行不能影響客運動車組開行，在部分有條件或貨運量較少的站點可以在站臺增設(shè)貨運設(shè)施，在站臺裝卸貨，部分貨運量較大的站點則進入新建的貨運作業(yè)地點進行[12]。為充分利用線路能力，貨運動車組在繁忙干線可與等級較低、停站時間較長且中途需要多次或長時間待避的客運動車組重聯(lián)運行，充分利用待避及換向的時間進行裝卸貨。

另外，不同技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的“復(fù)興號”動車組可在繁忙區(qū)段重聯(lián)，如耐高寒動車組在未進入高寒區(qū)域的區(qū)段與一組普通動車組重聯(lián)運行。還有粵海鐵路輪渡可使用多組4輛編組混合動力動車組重聯(lián)運行開行跨海動車組，在通過輪渡前進行解編，無須調(diào)車機車即可完成。

3 結(jié)束語

動車組動態(tài)重聯(lián)解編的運用模式是一種在不提升成本甚至降低成本的情況下提升線路運能行之有效的方法，能夠充分發(fā)揮出重聯(lián)動車組列車靈活的特性，充分挖掘高速鐵路的潛能。動車組載客在站臺解編與重聯(lián)，在國外實際運用中是可行的，原則上在技術(shù)方面并無難度和安全性問題，但動車組動態(tài)重聯(lián)解編尤其是載客進行重聯(lián)解編與現(xiàn)行的《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》等內(nèi)容存在沖突，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，需要對管理改革創(chuàng)新，需要破除既有思維模式，結(jié)合實際情況對現(xiàn)有管理機制等進行優(yōu)化與完善。

隨著技術(shù)發(fā)展還可以實現(xiàn)根據(jù)列車實時運行狀態(tài)，動態(tài)調(diào)整能夠相互重聯(lián)的車次，減少晚點和其他因素對線路整體影響。隨著自動駕駛技術(shù)的發(fā)展，更加高效、安全的動車組自動重聯(lián)解編將會得到運用，重聯(lián)與解編將不再需要人工干預(yù)、必定可以實現(xiàn)動車組在運行中自動重聯(lián)與解編，進而為廣大人民群眾出行創(chuàng)造更大的便利。