大型高速鐵路客運站站場設備能力適應性評估

謝冰如，馬 駟，張 晉

（1.西南交通大學 交通運輸與物流學院，四川 成都 610031；2.北京鐵路局 雙橋站，北京 100023）

大型高速鐵路客運站是高速鐵路引入城市的節(jié)點，高效辦理著客運列車的到發(fā)、通過，承擔了大量客流、車流的集散工作。因此，該類高速客運站一般具有樞紐性質(zhì)，銜接的線路去向多、規(guī)模較大，而且設施、設備復雜，數(shù)量龐大。因此，為提高大型高速鐵路客運站運用效率，在其站場設備投入使用后，應依據(jù)實際運轉(zhuǎn)情況考察設備能力的適應性，分析不足并提出改進建議，為后續(xù)設備的運用安排提供參考。

1 設備能力適應性分析及指標

大型高速鐵路客運站站場的設備能力評估主要考察以下方面：咽喉區(qū)設備與進路的能力適應性、各車場到發(fā)線的能力適應性、折返線的能力適應性及動車組出入段(所)走行線的能力適應性[1]。

1.1 咽喉區(qū)設備及進路的適應性

影響咽喉通過能力主要包括車站站型結(jié)構(gòu)、咽喉區(qū)道岔和渡線等運轉(zhuǎn)設備數(shù)量及其配置形式、咽喉區(qū)進路設計、列車技術(shù)特征(最高運行速度、列車長度、加減速性能)及列車控制系統(tǒng)、列車到發(fā)均衡性、咽喉與其他設備的配合等因素。傳統(tǒng)的咽喉通過能力計算方法是將咽喉道岔進行分組，分別計算各道岔組的占用時間以求得道岔組利用率，從而計算得到咽喉通過能力。咽喉區(qū)設備與進路的設計決定了整個車站設備能力的運轉(zhuǎn)效率，是評估車站能力適應性最重要的部分[2]。咽喉區(qū)設備及進路的適應性評估主要分為咽喉設備能力適應性和咽喉進路適應性2個方面。前者評估指標包括道岔總占用率最大值 Rmax和渡線總占用率最大值 Rdmax；后者包括平行進路效能發(fā)揮水平 η 和車站辦理非基本進路比例 γ[2]。

（1）道岔純占用率 r。

式中：tz為占用時長，s；T 為研究時段長度，h。

（2）道岔總占用率 R。

式中：tf為妨礙時長，s。

同理可計算得到渡線的占用率指標 rd和 Rd。

（3）平行進路效能發(fā)揮水平 η。

式中：tp為平行進路作業(yè)總時長，s。

（4）車站辦理非基本進路比例 γ。

式中：n 為非基本進路辦理次數(shù)，列次；N 為作業(yè)總次數(shù)，列次。

1.2 到發(fā)線的適應性

影響到發(fā)線通過能力的主要因素包括車站所銜接的方向數(shù)、到發(fā)線數(shù)量與固定使用方案、列車在站技術(shù)作業(yè)過程及時間標準、到發(fā)線與咽喉區(qū)及車站其他設備的配合等。到發(fā)線的適應性評估主要是根據(jù)分車場、分時段(高峰時段)對到發(fā)線的時間占用情況進行統(tǒng)計評估，主要的評估指標為到發(fā)場占用率 K、到發(fā)線占用率最大值 kmax與最小值 kmin、各到發(fā)線的占用時長平均值與標準差 σz[2]。

（1）到發(fā)場占用率 K。

式中：M 為到發(fā)場中到發(fā)線數(shù)量，條；為到發(fā)線i 在研究時段內(nèi)的占用時長累計，s；T 為研究時段長度，h。

（2）到發(fā)線占用率 k。

式中：n 為占用目標到發(fā)線的列車數(shù)量，對；為列車 n 在研究時段內(nèi)所占用到發(fā)線時長累計，s。

（3）各到發(fā)線的占用時長平均值 tz，s。

（4）各到發(fā)線的占用時長標準差 σz，s。

1.3 折返線的適應性

折返線主要為折返列車轉(zhuǎn)線所設計，一般在盡頭式車站應用較多。由于高速鐵路行車密度大，要求列車具備短時間折返的能力。采用折返線折返時列車需要一定距離的折返走行，對于行車量較大的車站，其咽喉區(qū)能力緊張，可能會因不能及時安排折返走行進路產(chǎn)生等待時間，從而造成不必要的時間浪費。從提高作業(yè)效率角度考慮，采用本線立折模式簡單有效。目前高速鐵路動車組列車在相關(guān)車站進行折返作業(yè)時，普遍采用本線立折模式。因此，折返線的折返能力影響因素包括車站所接發(fā)列車的折返模式，折返線的數(shù)量及運用方式的選擇，列車種類、數(shù)量及折返作業(yè)過程與時間標準等。與到發(fā)線類似，折返線適應性主要評估指標為折返線總占用率 D、轉(zhuǎn)線折返列車占研究時段內(nèi)列車總數(shù)的比例 Dz、研究時段內(nèi)等待折返列車占轉(zhuǎn)線折返列車數(shù)的比例 Dw[2]。

1.4 動車組出入段(所)走行線的適應性

影響車站動車組出入段(所)走行線能力的主要因素有出入段走行線數(shù)量、動車組出入段間隔時間、動車組出(入)段走行時間、動車組出入段(所)走行線的運用形式及動車組運行方式等，其中動車組出入段(所)走行線的運用形式及動車組運行方式影響因素比較復雜。動車組出入段(所)走行線的主要適應性指標為動車組走行線的最大能力利用率 θmax；動車組運行方式分為單向自動閉塞追蹤運行和半自動閉塞雙向運行2種，不同運行方式下通過能力不相同，計算時應分開考慮。

由于動車組出入段(所)走行線存在動車組追蹤運行，即一條線同一時間可能有多列動車組占用的情況，運行線在時間上會產(chǎn)生重疊。因此，不能沿用到發(fā)線和折返線采用的時間能力利用率方法來分析走行線的適應性，需要采用數(shù)量能力利用率的方法進行分析[2]。

2 成都東站站場設備能力適應性評估

成都東站是成都鐵路樞紐城際列車和高速動車組列車的主要始發(fā)、終到站，辦理北京、重慶、上海方向動車、成(都)綿(陽)樂(山)城際、成(都)渝(重慶)城際、達(州)成(都)、成(都)遂(寧)渝(重慶)始發(fā)、終到及寶(雞)成(都)、達成、成渝環(huán)線列車通過客運作業(yè)。

2.1 成都東站現(xiàn)狀

成都東站站型為雙向橫列式一級二場，采用達成、城際二場布置方案，西側(cè)達成場兼辦樞紐內(nèi)環(huán)線列車，規(guī)模為5臺9線；東側(cè)車場為成綿樂城際與成渝城際共場布置，規(guī)模為9臺17線。由于成綿樂客運專線和成渝客運專線尚未完工，成(都)昆(明)鐵路成都東站至成都南站區(qū)間改造，目前成都東站只啟用了達成車場，且僅開放北端咽喉，實行普速與高速列車混合接發(fā)模式，在評估時要考慮普速列車與動車組列車之間的折算?，F(xiàn)每日接發(fā)的31對列車為3對特快列車、11對快速列車、15對高速列車、1對固化臨客，以及1對動車組檢測車，全部采用到站立折方式。

從成都東站目前的運營情況分析，其相當于1個盡頭式客運站，所承擔的作業(yè)量還處于不飽和狀態(tài)。因此，采用評估體系對其進行評價時主要從咽喉區(qū)設備及進路能力適應性與到發(fā)線能力適應性2個方面進行考察。

2.2 普速列車與動車組列車折算系數(shù)

由于車站同時辦理普速列車與動車組列車的接發(fā)作業(yè)，二者占用咽喉與到發(fā)線的作業(yè)時間存在較大差異。針對這一情況，仿照計算列車運行圖通過能力所采用的扣除系數(shù)定義，提出普速列車與動車組列車折算系數(shù)概念：車站因辦理接發(fā)1對或1列動車組列車，需從基于只接發(fā)普速列車的車站通過能力中扣除的普速列車對數(shù)或列數(shù)。該折算系數(shù)主要分為咽喉區(qū)折算系數(shù)與到發(fā)線折算系數(shù)，計算公式如下。

（1）咽喉區(qū)折算系數(shù) εy。

式中：tyd為1列動車組列車占用咽喉區(qū)時間，min；typ為1列普速列車占用咽喉區(qū)時間，min。

（2）到發(fā)線折算系數(shù) εx。

式中：εx為1列動車組列車占用到發(fā)線時間，min；txp為1列普速列車占用到發(fā)線時間，min。

2.3 咽喉區(qū)設備及進路能力適應性

根據(jù)所查資料標準和成都東站數(shù)據(jù)計算得到東站北端咽喉長度為950m，再結(jié)合現(xiàn)場統(tǒng)計的計時數(shù)據(jù)，經(jīng)過后期相關(guān)公式的計算，可得到接發(fā)列車道岔咽喉區(qū)占用時間表，如表1所示。

表1 成都東站接發(fā)車道岔咽喉區(qū)占用時間表 min

根據(jù)公式⑴、⑵可以計算成都東站咽喉區(qū)設備及進路能力的適應性，如表2所示。

表2 成都東站咽喉區(qū)設備及進路適應性分析 %

通過計算咽喉道岔通過能力利用率，再結(jié)合咽喉區(qū)折算系數(shù)公式⑼可以計算得到：εyj=0.6，εyf=0.75。計算基于只接發(fā)普速列車的咽喉區(qū)通過能力：n接車=78列/d，n發(fā)車=86列/d。根據(jù)成都東站目前接發(fā)的普速列車與動車組列車近似比例1:1，可以得到該比例下車站咽喉通過能力為48對/d 普速列車和50對/d 動車組列車。

2.4 到發(fā)線能力適應性

根據(jù)成都東站的現(xiàn)行技術(shù)作業(yè)表及相關(guān)數(shù)據(jù)，可以統(tǒng)計計算出各車次列車在成都東站的到發(fā)時間及占用到發(fā)線的時間。依據(jù)公式⑸、⑹、⑺、⑻及統(tǒng)計所得數(shù)據(jù)計算到發(fā)線能力適應性如表3所示。

通過能力利用率計算公式并結(jié)合到發(fā)線折算系數(shù)公式⑽可以計算得到：εx=0.41；計算基于只接發(fā)普速列車的到發(fā)線通過能力 n =54對/d。根據(jù)成都東站現(xiàn)在接發(fā)的普速列車與動車組列車近似比例為1:1，可以得到在該比例下車站到發(fā)線通過能力為37對/d 普速列車和42對/d 動車組列車。

2.5 成都東站評估分析

根據(jù)相關(guān)資料顯示，成都站共接發(fā)71對/d 普速列車和35對/d 動車組列車。從上述計算結(jié)果分析，在成都站改造期間，大量列車始發(fā)終到作業(yè)轉(zhuǎn)移至成都東站后，成都東站現(xiàn)行能力將遠不能滿足需求，其實際運轉(zhuǎn)中主要存在以下問題。

（1）成都東站僅開放單向咽喉區(qū)，發(fā)揮著單向盡頭式車站的功用，其咽喉區(qū)僅設置1組轉(zhuǎn)線道岔，不支持咽喉區(qū)的平行作業(yè)，很大程度上限制了車站的咽喉能力。

（2）從到發(fā)場能力的適應性進行分析，高峰時段到發(fā)線的使用率較大，而全天的到發(fā)線使用出現(xiàn)較大的不均衡性，存在列車占用到發(fā)線時間過長的問題。

（3）由于成都東站在設計時只針對動車組列車的接發(fā)情況，所以在實際兼辦普速列車后，出現(xiàn)站臺長度不足的問題。

3 車站設備運用與作業(yè)組織調(diào)整方案

根據(jù)現(xiàn)階段的評估結(jié)果，針對車站現(xiàn)階段的運轉(zhuǎn)作業(yè)中出現(xiàn)的諸多問題，有必要對站場的運轉(zhuǎn)作業(yè)方案進行調(diào)整。針對車站兼辦普速列車后出現(xiàn)的站臺長度不足的情況，第一種方法是從減少普速列車的編組輛數(shù)方面考慮，由于涉及全路列車編組計劃的改變，不易實行，可不予考慮；第二種方法是對現(xiàn)有站場站臺進行長度改造，將一些站臺適當加長以滿足普速列車對站臺長度的需求，提出以下3種調(diào)整方案。

（1）將占用到發(fā)線時間過長的列車由本線整備改為入段整備。調(diào)整列車為 K577/K488、K529/K530、K723/K724、K1093/K1094、T8899/T8900(其中09021/09022為熱備車在此不作調(diào)整)。根據(jù)成都東站列車由本線整備改為入段整備后的情況，計算各項設備能力適應性如表4所示。

（2）在條件允許時對現(xiàn)有的到發(fā)線使用進行調(diào)整。由于到發(fā)線的占用率最大值和最小值差異大，占用時長標準差大，造成目前到發(fā)線的使用很不均衡。因此，擬將 K577/K488由2道調(diào)至6道、T251/T252由Ⅲ道調(diào)至2道、09021/09022由6道調(diào)至 Ⅲ 道。根據(jù)成都東站調(diào)整到發(fā)線使用后的情況，其設備能力適應性如表5所示。

表3 成都東站到發(fā)線適應性分析

表4 成都東站改為入段整備后設備能力適應性(僅列舉變化值)

表5 成都東站調(diào)整到發(fā)線使用后設備能力適應性(僅列舉變化值)

（3）緩解咽喉區(qū)的能力運用狀況。由于普速列車到站后需要換掛機車，因此在換掛機車時產(chǎn)生的咽喉區(qū)單機走行會占用咽喉，影響咽喉區(qū)的能力。針對這一問題可在咽喉區(qū)加設1組轉(zhuǎn)線道岔，使換掛機車與接發(fā)車作業(yè)能夠同時進行，從而緩解咽喉區(qū)的能力運用狀況。

4 結(jié)束語

通過對兼辦普速列車的高速鐵路客運站成都東站進行實例分析計算，發(fā)現(xiàn)車站設備能力不滿足成都站改造期間承接大量普速旅客列車始發(fā)、終到作業(yè)的需求，主要存在到發(fā)線運用不均衡、列車占用到發(fā)線時間過長、咽喉區(qū)道岔設置不支持平行作業(yè)、站臺長度不滿足普速列車接車等問題。針對上述問題，在假定站臺經(jīng)過改造滿足普速列車接車長度要求的基礎上提出3個調(diào)整方案。通過對前2個調(diào)整進行預計算，可以看到設備能力適應性指標明顯提高，說明所擬方案可行。但上述方案的調(diào)整較為單一，在制訂調(diào)整方案時還需綜合考慮。

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[1]張 晉，馬 駟. 大型客運站站場設計方案仿真評估指標體系研究[J]. 高速鐵路技術(shù)，2011(2)：339-343.

[2]張 晉. 客運專線客運站場設計方案評估指標體系研究[D]. 成都：西南交通大學，2012.

[3]劉其斌，馬桂貞. 鐵路車站及樞紐[M].2版. 北京：中國鐵道出版社，2002.

[4]彭其淵，王慈光. 鐵路行車組織[M]. 北京：中國鐵道出版社，2010.