京滬高鐵開行時(shí)速350 km動(dòng)車組列車通過能力評(píng)估分析

曲思源， 施俊泉， 徐瑞華

（1.中國鐵路上海局集團(tuán)有限公司 運(yùn)輸部，上海 200071；2.南京鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院 高鐵安全協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 南京 210031；3.同濟(jì)大學(xué) 交通運(yùn)輸工程學(xué)院，上海 201804）

0 引言

全長1 308 km 的京滬高鐵作為連接我國東部發(fā)達(dá)地區(qū)的關(guān)鍵通道型線路，是連接區(qū)域中心（城市群）或大城市的運(yùn)輸能力強(qiáng)大的高鐵線路，是構(gòu)成高鐵運(yùn)輸網(wǎng)乃至整個(gè)綜合運(yùn)輸網(wǎng)的主骨架。為滿足旅客的不同出行需求，2017 年9 月21 日起，設(shè)計(jì)最高速度為380 km/h 的京滬高鐵率先實(shí)現(xiàn)7 對時(shí)速350 km“復(fù)興號(hào)”動(dòng)車組列車運(yùn)營；2018年4月10日起，時(shí)速350 km動(dòng)車組列車開行對數(shù)增加至19 對。時(shí)速350 km 動(dòng)車組列車的開行品質(zhì)高、速度快、客運(yùn)需求大，具有相對固定的發(fā)車時(shí)間，與時(shí)速300 km動(dòng)車組列車共線運(yùn)行，形成了速度差，但同時(shí)也給京滬高鐵通過能力的利用帶來是了一定困難，部分區(qū)段通過能力已接近飽和。但隨著旅客運(yùn)輸需求的不斷增長，時(shí)速350 km 動(dòng)車組的列車對數(shù)還需增加，這就需要合理評(píng)估列車增加數(shù)量對通過能力的影響程度，科學(xué)合理地提出運(yùn)行圖結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案及相關(guān)運(yùn)營組織措施。

1 京滬高鐵列車開行組織方式與運(yùn)行特征

1.1 客流特征分析

作為我國最繁忙的高鐵線路，設(shè)有24 個(gè)車站的京滬高鐵自2011 年6 月30 日開通以來，客流逐年快速攀升，年均增長率為15%~20%，現(xiàn)客座率基本保持在70%~73%。

2021 年7 月，正式通車十周年，全線累計(jì)開行近120萬列，安全運(yùn)送旅客13.5億人次。京滬高鐵客流具有商務(wù)出差客流為主體（商務(wù)出差客流占52.1%，旅游和訪友客流占30.8%，通勤及通學(xué)客流占6.4%）、跨線客流漸漸大于本線客流（跨線客流占總客流量67.7%）等特征［1］。京滬高鐵旅客的主要需求和主要出行特征如下：

（1）高速優(yōu)質(zhì)是京滬高鐵這樣的通道型高鐵旅客的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)需求。不同運(yùn)行速度列車客票預(yù)售期數(shù)據(jù)分析表明，最高時(shí)速350公里動(dòng)車組列車各區(qū)段的車票在預(yù)售期內(nèi)更早售罄，是旅客出行的首選。旅客出行意愿調(diào)查顯示，旅客認(rèn)為的高鐵優(yōu)勢出行時(shí)間是3~5 h。另外，同一列車不同等級(jí)坐席的銷售數(shù)據(jù)顯示，排除掉票額差異，一等座比二等座更早售罄，說明更舒適的旅行體驗(yàn)也是高鐵旅客的重要追求。

（2）跨線直達(dá)是跨線客流的主要出行偏好方式?？推睌?shù)據(jù)顯示，京滬高速鐵路上的跨線客流量大，占到總客流量的近50%，而且點(diǎn)多面廣，其到發(fā)站點(diǎn)覆蓋了與京滬高鐵直接或間接聯(lián)通的14 條干線高鐵上的150多個(gè)車站。因此，跨線出行是高速鐵路成網(wǎng)后的重要客流出行組成，通道型高鐵應(yīng)把跨線客流作為重要的服務(wù)對象，提供同樣高速優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。同時(shí)，從客流意愿調(diào)查可以看出，鑒于現(xiàn)階段中轉(zhuǎn)換乘時(shí)間較長、列車銜接的可靠性不高以及我國旅客傳統(tǒng)的出行習(xí)慣，高鐵旅客的中轉(zhuǎn)換乘意愿不強(qiáng)，傾向于選擇跨線直達(dá)。

（3）跨區(qū)長途客流和經(jīng)濟(jì)區(qū)內(nèi)短途客流需求旺盛。通過客票數(shù)據(jù)中的旅客出行距離分析（乘距）可發(fā)現(xiàn)，通道型高鐵的跨區(qū)和全程長途客流以及經(jīng)濟(jì)區(qū)內(nèi)短途客流均占到較大比重，說明京滬高鐵這樣的通道型高鐵應(yīng)長短途客流兼顧。

1.2 列車運(yùn)行特征

（1）從列車運(yùn)行速度看，開行時(shí)速300、350 km的2 種速度等級(jí)列車，屬于多種速度等級(jí)列車共線運(yùn)行，存在速度差。時(shí)速350 km 動(dòng)車組列車旅行速度快，服務(wù)水平高，客流需求大，是提升旅客出行體驗(yàn)、打造京滬高鐵精品的重要舉措之一。

（2）從列車運(yùn)行徑路看，開行了始發(fā)站、終到站均為京滬高鐵車站的本線列車和途經(jīng)至少2條線路的跨線列車，并且是分區(qū)段跨線列車運(yùn)行，跨線列車在不同區(qū)段的數(shù)量、開行區(qū)間、開行距離、接入站分布、接入時(shí)間分布等特征較為復(fù)雜，導(dǎo)致不同區(qū)間通過能力受到跨線列車的影響不同。

（3）從列車運(yùn)行距離看，開行了全程全線列車和通道內(nèi)一段距離的區(qū)段列車，而且列車停站方案多樣。對不同停站次數(shù)的本線列車和跨線列車比例進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，大部分本線列車停站次數(shù)較多，而大部分跨線列車停站次數(shù)較少。

（4）從各站停站優(yōu)先級(jí)別看，根據(jù)客票數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)可知，京滬通道各站的到發(fā)客流量可分為3個(gè)級(jí)別：上海虹橋、蘇州北、南京南、徐州東、濟(jì)南西、天津南、北京南等站到發(fā)客流量大；昆山南、無錫東、常州北、鎮(zhèn)江南、蚌埠南、宿州東、曲阜東、泰安等站到發(fā)客流量較大；丹陽北、滁州、定遠(yuǎn)、棗莊西、滕州東、德州東、滄州西、廊坊等站到發(fā)客流量較少。

1.3 列車運(yùn)行圖鋪畫

以京滬高鐵為代表的通道型高鐵上開行較多數(shù)量、較多去向的跨線列車，也有很充分的客流基礎(chǔ)。通道型高鐵應(yīng)在優(yōu)先開行本線最高時(shí)速350 km 列車的基礎(chǔ)上開行一定數(shù)量的各類跨線列車。但受限于通道的通過能力，應(yīng)有控制地開行跨線列車。在此基礎(chǔ)上，通過優(yōu)化本線及銜接線路的列車開行方案，提供便捷的中轉(zhuǎn)換乘服務(wù)［2-4］。目前，京滬高鐵在鋪圖時(shí)采用一次鋪化按需開行列車編制方法，即：設(shè)計(jì)日常線、周末線、高峰線3種開行規(guī)律的列車，并一次鋪畫完成，再根據(jù)需要組合形成日常圖、周末圖、高峰圖3個(gè)不同運(yùn)力水平的運(yùn)行圖。日常圖原則上于日常（周二、三、四）實(shí)施，啟動(dòng)日常運(yùn)行線，保證基本客流需要。周末圖原則上于周末（周五、六、日、一）實(shí)施，在日常圖基礎(chǔ)上增加啟動(dòng)周末運(yùn)行線，滿足個(gè)性需求。高峰圖于春節(jié)、暑期、小長假和黃金周等客流高峰期實(shí)施，在周末圖基礎(chǔ)上增加啟動(dòng)高峰運(yùn)行線。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)線路上長短途客流的長短周期波動(dòng)，分季節(jié)、分日期考慮列車開行方案和能力配置，實(shí)現(xiàn)“一日一圖”的運(yùn)行圖動(dòng)態(tài)編制和精準(zhǔn)服務(wù)。

1.4 區(qū)段和列車優(yōu)選順序

將通道上接入跨線列車的車站作為分界點(diǎn)，分界點(diǎn)之間稱為通道型高鐵區(qū)段，京滬高鐵的通道型高鐵區(qū)段可分為：上海虹橋—南京南、南京南—蚌埠南、蚌埠南—徐州東、徐州東—濟(jì)南西、濟(jì)南西—天津西、天津西—北京南6個(gè)區(qū)段。根據(jù)現(xiàn)有的運(yùn)行條件，京滬通道上開行三大類列車，其優(yōu)先級(jí)別分別為：最高時(shí)速350 km 的高速度等級(jí)本線列車、最高時(shí)速300 km 的本線列車以及以最高時(shí)速300 km為主的跨線列車［5-6］。

2 通過能力利用特征與仿真鋪圖分析方法

2.1 京滬高鐵通過能力的利用特征

除了與傳統(tǒng)區(qū)段通過能力影響因素相似的特點(diǎn)外，京滬高鐵通過能力還具有以下特征：

（1）時(shí)速350 km 列車開行對通過能力的影響。時(shí)速350 km 列車的開行品質(zhì)高、速度快、客運(yùn)需求大，具有相對固定的發(fā)車時(shí)間，與普通高速列車共線運(yùn)行，形成了速度差。

（2）多站接入跨線列車對通過能力的影響。接入多種跨線列車，其接入時(shí)間、接入地點(diǎn)、開行距離等特征復(fù)雜，在通道內(nèi)各個(gè)區(qū)段對本線列車開行造成較大的沖擊。

（3）停站方案多樣對通過能力的影響。由于不同速度列車共同運(yùn)營，多種跨線列車接入，通道跨越距離長，不同區(qū)段客運(yùn)需求復(fù)雜，因此通道內(nèi)列車的停站方案也較為復(fù)雜。針對高速鐵路上列車停站對于通過能力的影響，許多學(xué)者從理論層面進(jìn)行了分析，指出單次停站的空費(fèi)時(shí)間，提出優(yōu)化停站方案能夠減少停站對通過能力的浪費(fèi)。京滬高鐵時(shí)速350 km 列車每次停站，都會(huì)產(chǎn)生約2倍發(fā)車間隔I的空費(fèi)時(shí)間（I=4 min，t停=t起停+t站=8 min）（見圖1，圖中虛線表示不停站通過列車運(yùn)行線）。列車停站對通過能力影響較大，實(shí)際運(yùn)行圖編制中，通過優(yōu)化不同列車的停站方案，可以減少空費(fèi)時(shí)間的累積，“由遠(yuǎn)及近”的停站方案能夠顯著減少停站帶來的空費(fèi)時(shí)間（見圖2）［1，7-10］。

圖1 停站產(chǎn)生的空費(fèi)時(shí)間

圖2 停站方案的組合減少停站空費(fèi)

2.2 京滬高鐵仿真鋪圖分析方法

為更好地分析通道型高鐵通過能力，按照京滬高鐵的6 個(gè)通道型高鐵區(qū)段，結(jié)合其實(shí)際開行情況，提出京滬高鐵通道型高鐵通過能力的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)通道型高鐵通過能力的仿真鋪圖分析方法，具體思路如下：

（1）通過調(diào)研、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、問卷調(diào)查等形式分析京滬高鐵通道型高鐵運(yùn)行圖鋪畫的基礎(chǔ)條件，包括主要列車開行方案、列車鋪畫順序、基礎(chǔ)停站方案等。

（2）考慮速差、跨線列車對通過能力的影響，利用計(jì)算機(jī)根據(jù)基礎(chǔ)條件進(jìn)行運(yùn)行圖模擬鋪畫，充分利用長大三角區(qū)的通過能力，評(píng)估當(dāng)前條件下能夠開行的最大列車數(shù)。

（3）根據(jù)現(xiàn)有研究成果中停站對于通過能力的影響分析與計(jì)算公式，修正評(píng)估結(jié)果，獲得考慮停站方案下的通過能力。

（4）按照“段·列”單位對通過能力進(jìn)行研究分析。結(jié)合以上分析，單一的全線列車開行數(shù)量難以體現(xiàn)通道整體通過能力中不同開行區(qū)段和距離的列車之間的不同，因此以通道上始發(fā)車站或跨線列車接入站為節(jié)點(diǎn)，將整個(gè)通道劃分為若干“區(qū)間段”。將開行在這些“區(qū)間段”上的1 列車定義為1 個(gè)“段·列”車，作為用于通過能力研究分析的一種單位。由于大多數(shù)列車都至少開行1個(gè)“區(qū)間段”的距離，且始發(fā)和終到站也與“區(qū)間段”的節(jié)點(diǎn)重合，因此以“段·列”為單位對通過能力進(jìn)行分析，可以更好地體現(xiàn)實(shí)際開行的列車數(shù)量和開行距離?！岸巍ち小边€可以分為組成全程列車的“全程段·列”和組成跨線列車、區(qū)段列車的“區(qū)段段·列”?！叭潭巍ち小敝腥我? 個(gè)“段·列”被占用，將帶來同一全程列車的其他“段·列”也被占用，而“區(qū)段段·列”中任意1 個(gè)被占用，其他“區(qū)段段·列”可能屬于其他區(qū)段列車或跨線列車則不受影響。2種“段·列”的劃分能夠更好地分析跨線列車、區(qū)段列車的鋪畫對通道整體通過能力的影響。

3 京滬高鐵通過能力仿真評(píng)估系統(tǒng)研發(fā)及能力評(píng)估

3.1 系統(tǒng)研發(fā)需求

高速鐵路通過能力計(jì)算方法不同于普速鐵路，我國高速鐵路通過能力計(jì)算方法主要有扣除系數(shù)法、平均最小間隔法和計(jì)算機(jī)模擬法，此外還有處于起步應(yīng)用階段的仿真計(jì)算法。仿真計(jì)算法通過不斷增加列車數(shù)量直至某個(gè)子系統(tǒng)能力無法滿足的情況出現(xiàn)，以此求解高速鐵路運(yùn)輸能力的直觀計(jì)算方法［4］。通道型高鐵通過能力的影響因素較多，其中速度差，跨線列車與停站方案等因素相互關(guān)聯(lián)，彼此影響，且全線里程較長，開行列車種類與數(shù)量多，條件復(fù)雜，單純的理論分析難以直觀地顯示通過能力與各影響因素間的綜合關(guān)系。同時(shí)傳統(tǒng)的區(qū)段通過能力計(jì)算方法已經(jīng)不適用于通道型高鐵的行車組織特點(diǎn)，單一區(qū)段的通過能力計(jì)算分析也無法體現(xiàn)京滬高鐵全線開行列車和跨線列車運(yùn)行的相互制約與協(xié)調(diào)關(guān)系。為統(tǒng)籌考慮各類因素對通過能力的影響，需要研發(fā)適應(yīng)通道型高鐵特點(diǎn)的通道型高鐵通過能力仿真評(píng)估程序（簡稱通過能力評(píng)估程序），利用計(jì)算機(jī)容量大、速度快的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)不同行車組織條件下通過能力的評(píng)估，針對未來發(fā)展趨勢，研究通過能力與主要變化條件間的關(guān)系，為通道型高鐵運(yùn)營管理部門的開行方案制定，運(yùn)行圖鋪畫提供數(shù)據(jù)支撐與決策輔助。

3.2 程序總體設(shè)計(jì)

通過能力評(píng)估程序應(yīng)能夠管理相關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，結(jié)合實(shí)際行車組織方式提供多種列車開行模式的選擇，并在考慮各種通過能力影響因素的條件下，運(yùn)用運(yùn)行圖模擬鋪畫功能評(píng)估通過能力，進(jìn)行結(jié)果展示和統(tǒng)計(jì)分析。因此充分考慮以上各環(huán)節(jié)和問題，合理組織程序結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了以下模塊與功能。

通過能力評(píng)估程序主要由基礎(chǔ)參數(shù)設(shè)置、評(píng)估方案設(shè)計(jì)、運(yùn)行圖模擬鋪畫、仿真鋪畫模塊、能力統(tǒng)計(jì)展示這四大模塊組成，由此構(gòu)成了程序的總體功能和總體模塊結(jié)構(gòu)（見圖3）。

圖3 通過能力評(píng)估程序總體模塊結(jié)構(gòu)

基礎(chǔ)參數(shù)設(shè)置模塊（見圖4）管理的對象包括運(yùn)行圖基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和列車開行方案數(shù)據(jù)管理：

圖4 基礎(chǔ)參數(shù)設(shè)置模塊界面

（1）運(yùn)行圖基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理。包括京滬高速鐵路上的車站、區(qū)間信息管理，主要有：車站名稱、區(qū)間距離、不同速度等級(jí)列車的區(qū)間運(yùn)行時(shí)分、開行時(shí)間段等。在沿線各站中，北京南、天津西、濟(jì)南西、徐州東、蚌埠南、南京南、上海虹橋7 個(gè)車站為跨線列車接入接出的主要車站或通道內(nèi)的始發(fā)車站，選擇這些車站作為“區(qū)間段”的分界點(diǎn)，將全線分為6個(gè)“區(qū)間段”。根據(jù)目前列車實(shí)際發(fā)車時(shí)間分布，將運(yùn)行圖時(shí)間設(shè)置為6：00—24：00，剩余時(shí)間為維修保養(yǎng)天窗。

（2）列車開行方案管理。時(shí)速350 km 動(dòng)車組列車開行方案：包括時(shí)速350 km 列車開行數(shù)量、基本停站方案；由于2018 年4 月10 日運(yùn)行圖中，15 列時(shí)速350 km 的“復(fù)興號(hào)”動(dòng)車組列車共在南京南和濟(jì)南西停站各13 次，在其他車站只有少量停站，因此默認(rèn)設(shè)置中時(shí)速350 km動(dòng)車組列車只在南京南和濟(jì)南西停站?？缇€列車開行方案包括跨線列車接入車站、接入數(shù)量及時(shí)間等。

3.3 列車開行評(píng)估方案設(shè)計(jì)

為分析計(jì)算時(shí)速350 km列車、跨線列車對通過能力的影響，評(píng)估程序主要針對下述2個(gè)問題進(jìn)行仿真分析：

（1）時(shí)速350 km 列車開行的數(shù)量對通過能力的影響：通過改變時(shí)速350 km 列車開行的數(shù)量，研究通過能力的變化規(guī)律，并給出不同開行數(shù)量條件下的可能接入的跨線列車數(shù)量；

（2）跨線列車開行比例對通過能力的影響：在時(shí)速350 km 列車開行數(shù)量一定的條件下，通過輸入設(shè)定的跨線列車數(shù)量、接入交出車站及時(shí)刻，評(píng)估在提前確定跨線列車開行情況的條件下，通道型高鐵的通過能力。

目前京滬高鐵上時(shí)速350 km 動(dòng)車組本線列車開行方案大致是從7∶00—19∶00 每整點(diǎn)開行1 趟，若嚴(yán)格按照此標(biāo)準(zhǔn)，則開行數(shù)量為13 列（實(shí)際本線“復(fù)興號(hào)”列車10 列）。以7：00—19：00 的13 h 準(zhǔn)點(diǎn)發(fā)車為基礎(chǔ)，根據(jù)開行數(shù)量的情況，采用以下3種列車運(yùn)行線鋪畫方式（以下方案中列車指時(shí)速350 km 動(dòng)車組列車，其數(shù)量為N，N>13）：

方案1：均衡鋪畫方案。列車全體運(yùn)營時(shí)段在始發(fā)站均勻間隔發(fā)車，開行時(shí)間均勻分布，以此作為列車基準(zhǔn)運(yùn)行線，研究在完全均衡鋪畫的情況下，通過能力的變化。該鋪畫方案條件下，設(shè)列車發(fā)車間隔為I350，I350=（13×60）/N（min）。

方案2：小時(shí)均衡-集中鋪畫方案。當(dāng)列車開行數(shù)量大于13 列時(shí)，以1 h 為追蹤列車組間隔，追蹤列車數(shù)盡可能均衡。例：N= 13 ×m+n(m，n∈N*n<13），（13-n）個(gè)非高峰小時(shí)中按4 min 間隔追蹤開行m列車，n個(gè)高峰小時(shí)中按4 min 間隔追蹤開行m+1列車。

方案3：半小時(shí)均衡-集中鋪畫方案。當(dāng)列車開行數(shù)量大于26 列時(shí)，追蹤列車組間隔為0.5 h，其他部分與方案2相同。例：N= 26 ×m+n(m，n∈N*n< 26），（26-n）個(gè)非高峰半小時(shí)中按4 min間隔追蹤開行m列車，n個(gè)高峰半小時(shí)中按4 min間隔追蹤開行m+1列車。

評(píng)估方案設(shè)置與結(jié)果輸出界面見圖5。

圖5 評(píng)估方案設(shè)置與結(jié)果輸出界面

3.4 滿表運(yùn)行圖鋪畫

通過鋪畫滿表列車運(yùn)行圖仿真分析和評(píng)估通道型高鐵通過能力，具體流程如下（見圖6）：

圖6 通過能力評(píng)估流程

（1）按照設(shè)置的開行數(shù)量和開行模式鋪畫時(shí)速350 km列車運(yùn)行線。

（2）若選擇不載入預(yù)設(shè)跨線車，則根據(jù)設(shè)置的跨線列車相關(guān)信息，按照接入時(shí)間從早到晚鋪畫跨線列車運(yùn)行線。當(dāng)與時(shí)速350 km 列車相遇且不滿足開行間隔時(shí)，則在前方站停站，被時(shí)速350 km 列車越行后繼續(xù)鋪畫。

（3）在6 個(gè)“區(qū)間段”內(nèi)，以最小發(fā)車間隔4 min鋪畫時(shí)速300 km 列車運(yùn)行線，若與時(shí)速350 km 列車或跨線列車相遇且不滿足開行間隔，則在前方站停站，被越行后繼續(xù)鋪畫。

（4）遍歷各個(gè)“區(qū)間段”分界點(diǎn)上的列車運(yùn)行線到達(dá)時(shí)刻與發(fā)車時(shí)刻，若后方“區(qū)間段”某條運(yùn)行線的發(fā)車時(shí)刻與前方“區(qū)間段”最接近運(yùn)行線的到達(dá)時(shí)刻之差符合停站時(shí)間要求，則將2條運(yùn)行線連接，視為同一列車在分界點(diǎn)上發(fā)生了停站；

（5）按照“段·列”標(biāo)準(zhǔn)對全圖運(yùn)行線進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。能夠連接為本線全程列車的各個(gè)“段·列”車記為“全程段·列”數(shù)，剩余的“段·列”車記為“區(qū)段段·列”數(shù)。

根據(jù)通過能力評(píng)估模塊的結(jié)果，顯示該開行方案下的各類“段·列”車數(shù)，并將鋪畫的運(yùn)行圖展示出來（見圖7）。

圖7 運(yùn)行圖展示

3.5 通過能力評(píng)估分析

3.5.1 評(píng)估方案

針對通過能力評(píng)估程序仿真分析的2個(gè)問題，設(shè)計(jì)了以下評(píng)估方案，并對結(jié)果進(jìn)行了分析研究。

評(píng)估方案：采取默認(rèn)的時(shí)速350 km 列車停站方案，不預(yù)先設(shè)定跨線車，不斷調(diào)整時(shí)速350 km 列車數(shù)量；從13 列開始間隔增加至滿鋪數(shù)量195 列，以“均衡鋪畫”“小時(shí)均衡集中鋪畫”和“半小時(shí)均衡集中鋪畫”3 種鋪畫方式分別進(jìn)行鋪畫；對通過能力進(jìn)行評(píng)估。

3.5.2 鋪畫方式對通過能力的影響

不同鋪畫方案的通過能力（“段·列”數(shù)）隨列車數(shù)量的增加的變化趨勢見圖8。評(píng)估方案1 的“全程段·列”數(shù)和“區(qū)段段·列”數(shù)隨列車數(shù)量增加的變化趨勢見圖9和圖10。

圖8 評(píng)估方案通過能力結(jié)果顯示

圖9 方案1的“全程段·列”變化

圖10 方案1的“區(qū)段段·列”展示

可以看出評(píng)估方案中，在目前時(shí)速350 km列車每小時(shí)發(fā)車的基礎(chǔ)上（13列），對于均衡鋪畫來說，以時(shí)速350 km 列車數(shù)量變化分界，京滬高鐵通道型高鐵通過能力的變化可以分為以下階段：

（1）13~52 列：隨著時(shí)速350 km 列車數(shù)量（物理列）的增加，能夠鋪畫的時(shí)速300 km 列車數(shù)（“全程段·列”）不斷減少，跨線列車和區(qū)段·列車數(shù)量“區(qū)段段·列”在一定值內(nèi)波動(dòng)。

（2）52~58列：在達(dá)到一定數(shù)量后，無法鋪畫時(shí)速300 km列車，“全程段·列”數(shù)量下降，剩余空間全部用于鋪畫跨線和區(qū)段列車，因此“區(qū)段段·列”數(shù)量增加。

（3）58~78 列：數(shù)量繼續(xù)增加時(shí)，“全程段·列”全部由時(shí)速350 km 列車組成。模擬在其不斷增加的同時(shí)，鋪畫的跨線列車和“區(qū)段·列”車不斷減少，最終只有三角區(qū)內(nèi)能夠鋪畫區(qū)段列車，“區(qū)段段·列”數(shù)量減少并達(dá)到穩(wěn)定。在71列時(shí)，通過能力（“段·列”數(shù)）達(dá)到最低。

（4）78 列至滿鋪時(shí)速350 km 列車：除長大三角區(qū)外，時(shí)速350km 列車密集鋪畫，當(dāng)達(dá)到169 列（物理列）時(shí)，與最初的通過能力相當(dāng)，之后通過能力大于最初能力。

對于追蹤鋪畫來說，由于時(shí)速350 km 列車追蹤運(yùn)行，增加的列車數(shù)產(chǎn)生的能力扣除影響較小，同時(shí)時(shí)速350 km和時(shí)速300 km列車發(fā)車間隔都設(shè)為4 min，且按照類似平行運(yùn)行圖的模式鋪畫，因此初期通過能力基本不發(fā)生變化，而當(dāng)不再鋪畫時(shí)速300 km 列車時(shí)，排除了速度差影響，通過能力（段·列）隨時(shí)速350 km列車數(shù)的增加而增加。

3.5.3 跨線列車比例對通過能力的影響

以最繁忙區(qū)段“蚌埠南—徐州東”（簡稱徐蚌段）為例，研究跨線列車比例對通過能力的影響。增加僅開行在徐蚌段內(nèi)的列車數(shù)量，則對應(yīng)的全程列車通過能力（“全程段·列”數(shù)）、跨線列車段列數(shù)比例（“跨線段·列”/總“段·列”）、跨線列車數(shù)比例（跨線列車數(shù)/總列車數(shù)）變化見圖11?？梢钥闯?，當(dāng)開行在徐蚌段的跨線列車數(shù)增加時(shí)，還主要分為以下幾個(gè)階段：

圖11 徐蚌段通過能力隨跨線列車增加

（1）當(dāng)徐蚌段增加列車數(shù)小于70 列：可以分解其他跨線或區(qū)段列車，剩余區(qū)段仍可以開行跨線或區(qū)段列車，具體分解情況見圖12，如“上海虹橋—徐州東”分解為“蚌埠南—徐州東”和“上海虹橋—蚌埠南”，因此不影響“全程段·列”數(shù)，跨線列車段列數(shù)比例不變，跨線列車數(shù)增加。

圖12 跨線列車數(shù)量隨“蚌埠南—徐州東”列車數(shù)量變化

（2）當(dāng)徐蚌段增加列車數(shù)大于70 列：沒有對應(yīng)的跨線或區(qū)段列車可以分解，開始停開全程列車給徐蚌段列車增加空間，此時(shí)“全程段·列”數(shù)下降，跨線列車段列比例上升，跨線列車數(shù)增加。

由此可見，當(dāng)跨線列車數(shù)量在一定范圍內(nèi)時(shí)，通過能力的下降較小，當(dāng)增加到一定程度，影響全程列車的開行時(shí)，通過能力下降較大。

3.5.4 評(píng)估方案比較

對于方案2（小時(shí)均衡-集中鋪畫）來說，由于時(shí)速350 km 列車追蹤運(yùn)行，增加的列車數(shù)產(chǎn)生的能力扣除影響較小，同時(shí)時(shí)速350 km 和時(shí)速300 km 列車發(fā)車間隔都設(shè)為4 min，且按照類似平行運(yùn)行圖的模式鋪畫，因此初期通過能力基本不發(fā)生變化，而當(dāng)不再鋪畫時(shí)速300 km 列車時(shí)，排除了速差影響，通過能力（段列）隨時(shí)速350 km 列車數(shù)的增加而增加。

對于方案3（半小時(shí)均衡-集中鋪畫）與方案2 相比，由于不同組追蹤列車之間的間隔更小，因此容易產(chǎn)生更多空費(fèi)時(shí)間，能夠鋪畫的全程列車數(shù)較少，區(qū)段列車較多，總段列數(shù)也更少。隨著時(shí)速350 km列車數(shù)的增加，2種鋪畫方式趨近相同。

綜合考慮3 種方案，雖然方案2 與方案3 對通過能力的影響較小，在一定的范圍內(nèi)能夠鋪畫的列車數(shù)更多，但高鐵旅客的出行意愿調(diào)查顯示，旅客對優(yōu)質(zhì)高鐵列車的需求是單位時(shí)間內(nèi)的均衡開行，而非僅在某段時(shí)間內(nèi)集中開行，因此選用方案1 進(jìn)行結(jié)論分析。

3.6 結(jié)論分析

根據(jù)評(píng)估方案1 的分析，速度差是影響線路通過能力的重要因素。京滬高鐵時(shí)速350、300 km 兩類動(dòng)車組列車共線開行的情況下，2 類列車的數(shù)量關(guān)系決定了通過能力的數(shù)量級(jí)和變化趨勢。在時(shí)速350 km列車數(shù)量增加的過程中，通過線路的能力會(huì)有一個(gè)先降后升的過程，因此，對于時(shí)速350 km 動(dòng)車組列車開行數(shù)量不斷增加的情況下，應(yīng)在進(jìn)一步量化評(píng)估的基礎(chǔ)上采取最佳的時(shí)間方案。在盡量減少對通過能力影響的目標(biāo)下，時(shí)速350 km 動(dòng)車組列車的增加可劃分為3 個(gè)階段：

（1）平穩(wěn)投放階段。該階段列車上線15~26 對，通過能力隨時(shí)速350 km 動(dòng)車組列車增加而有一定程度下降，應(yīng)控制時(shí)速350 km 動(dòng)車組列車上線數(shù)量，采取均衡鋪畫，以保證服務(wù)質(zhì)量，并通過調(diào)整跨線車和時(shí)速300 km 本線車的方案減少通過能力降低影響。同時(shí)，建議部分跨線列車也升級(jí)為時(shí)速350 km動(dòng)車組列車。

（2）快速布局階段。該階段的上線數(shù)為27~142對，通過合理的開行方案保證穩(wěn)定的通過能力?？芍饕扇“胄r(shí)均衡鋪畫和小時(shí)均衡鋪畫，并加快時(shí)速350 km 動(dòng)車組列車上線數(shù)量，盡快度過可能存在的服務(wù)不均衡時(shí)期。同時(shí)建議主要銜接通道跨線列車也升級(jí)為時(shí)速350 km 動(dòng)車組列車。

（3）全面換代階段。該階段根據(jù)需要投放上線到143~195對，在京滬高鐵通道全面淘汰時(shí)速300 km動(dòng)車組列車，運(yùn)行速度和線路通行能力全面達(dá)到新的平臺(tái)。同時(shí)建議大部分跨線列車升級(jí)為時(shí)速350 km 動(dòng)車組列車。

綜上，京滬高鐵列車開行方案優(yōu)化主要體現(xiàn)在有計(jì)劃增加時(shí)速350 km 動(dòng)車組列車開行數(shù)量、合理控制跨線列車開行比例、優(yōu)化列車停站方案等統(tǒng)一構(gòu)建方面。根據(jù)客流需求和通過能力評(píng)估，京滬高鐵通道型高鐵列車開行方案的設(shè)置在現(xiàn)有運(yùn)行條件基礎(chǔ)上，按照一定的優(yōu)先順序，協(xié)調(diào)配置不同速度列車的數(shù)量以及本線列車和跨線列車的開行比例，再以客流需求為主要約束優(yōu)化全線的列車停站方案，盡量挖掘線路通過能力潛能，提高對增長的客流需求的適應(yīng)性［11］。建議根據(jù)各站客流分級(jí)確定停站比例和服務(wù)頻率，適當(dāng)增加上海虹橋、南京南、蚌埠南、徐州東、濟(jì)南西、天津南、北京南等跨線列車接入接出車站的停站，以方便跨線客流的中轉(zhuǎn)換乘，作為跨線直達(dá)方式的補(bǔ)充和拓展。

4 成果運(yùn)用

研究結(jié)果用于2021 年6 月25 日第3 季度調(diào)整運(yùn)行圖（簡稱“6.25”調(diào)整圖）編制上，將京滬高鐵上時(shí)速350 km 列車由19 對增加至30 對，從7：00—19：00，時(shí)速350 km 列車均衡鋪畫，時(shí)速300 km 列車按能力最大化見縫插針式鋪畫，從整體上提高了京滬高鐵列車的旅行速度。

2021 年“6.25”調(diào)整圖通過提高京滬高鐵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（虹橋站連發(fā)間隔由5 min 壓縮至4 min，中間站同方向先通后發(fā)間隔由2 min 壓縮至80 s），進(jìn)一步優(yōu)化列車運(yùn)行線鋪畫方式，提高了京滬高鐵列車開行密度，徐蚌段凈增加列車3 對（達(dá)到160 對）、增加時(shí)速350 km 動(dòng)車組列車11 對（達(dá)到30 對，含6 對使用CR400BF-BZ 型智能動(dòng)車組）。通過對東部高鐵網(wǎng)列車開行方案優(yōu)化，增加了管內(nèi)地區(qū)經(jīng)京滬高速去北京列車密度，新增8 對始發(fā)進(jìn)京列車（含蘇州—北京南1 對首開），通過調(diào)整運(yùn)行區(qū)段首開無錫、連云港、永康進(jìn)京列車；上海虹橋站增加列車14 對。

2022年“1.10”調(diào)整圖通過進(jìn)一步優(yōu)化列車運(yùn)行線鋪畫方式，再次提高了京滬高鐵列車開行密度，徐蚌段在2021 年“6.25”圖基礎(chǔ)上凈增加列車2 對（達(dá)到162 對），其中增加調(diào)整時(shí)速350 km 列車1 對（達(dá)到31 對）。