高速铁路运输能力瓶颈消除

齐湃权

摘 要：考虑到高速铁路部分车站或区间有多条径路经过，由此造成部分区域通过能力利用率较高，从而出现能力瓶颈。本文利用科学的方法合理调整瓶颈区域的能力利用率，有效消除瓶颈点，并给出具体的消除方案，不仅能够保证线路上列车的正常运行，还能够为高速铁路运输能力的评估提供技术支持。

关键词：高速铁路;能力;改扩建

1 概述

高速铁路能力瓶颈消除是指通过一定的方法，对高速铁路路网上的能力瓶颈提出针对性的消除措施，从而提高整体路网能力。在对高速铁路运输能力瓶颈进行消除时，可以将研究线路上的各车站和区间分别作为一个研究对象，从线路角度出发，考虑点、线能力的协调与匹配，综合车站和区间的通过能力，寻找影响路网运输能力的关键点。由于路网瓶颈最终仍然会体现在线路上。因此，瓶颈的识别过程应以线路为基础。

高速铁路能力瓶颈消除的总体思路为：首先，根据能力利用率的计算方法计算研究对象能力利用率;其次，对比各对象的平均能力利用率，利用率最大的研究对象即为该线运输能力的相对瓶颈点;然后，对瓶颈点进行消除判断，因地制宜提出消除措施。

2 高速铁路理论能力计算

对于高速铁路车站而言，首先根据车站各条股道和道岔组所接发的各种列车的数量，以及各种列车占用设备的时间标准，计算出各条股道和道岔组的利用率。计算股道接发车能力时，将占用该股道的始发列车数、通过列车数、停站列车数和立折列车数相加作为该股道的发车数，将终到列车数、通过列车数、停站列车数和立折列车数作为该股道的接车数。用该股道的接车数除以股道利用率，算出该股道的接车能力，同理算出股道发车能力。将属于某一车场的所有股道的接车能力相加得到该车场的股道接车能力，同理得到车场股道发车能力。将道岔组作业中的停站列车进站次数和通过列车进站次数相加作为该道岔组的接车数，将停站列车出站次数和通过列车出站次数作为该道岔组的发车数。若接车数大于发车数则将该道岔组作为接车道岔组，反之，作为发车道岔组。找出一个咽喉利用率最大的接车道岔组和发车道岔组，计算出其能力，作为该咽喉的能力。然后比较一个车场的股道接车能力及两端咽喉的接车能力，将最小值作为车场的接车能力，同理算出车场发车能力。将车站各车场的接车能力相加得到该车站的接车能力，同理得到车站的发车能力。通过所研究的运行图数据，将各车站实际的接车数量与发车数量分别与计算所得的能力值相除，得到接车能力利用率和发车能力利用率，将其中值较大者作为该车站的能力利用率。

对于高速铁路区间而言，其能力计算主要是扣除系数法。由于高速铁路的特性，可能线路上只运行一种速度等级的高速列车，所以需先将线路分成不同的客运区段来计算区间的通过能力。对于各个区段，采用扣除系数的方法计算其各自的区段通过能力。首先通过列车在一昼夜内的运行时间段、运行间隔时间和各区段的长度计算出平行运行图的能力。其次判断该线路各速度等级列车的比例，通过各比例系数，调整扣除系数。如果只有高速列车一种速度等级的列车运行时，则只考虑不同停站次数和停站方式对能力的影响，即计算时只使用高速列车停站扣除系数;如果有其他速度等级的列车或跨线列车共线运行，计算时还需使用其他速度等级列车的额外扣除系数。通过各区段的平行运行图能力和扣除系数计算得各区段的区段通过能力。然后将各区段的能力值分配给它所包含的区间的通过能力，即所包含区间的通过能力与其所在区段通过能力相同。通过所研究的运行图数据，将各区间实际的通过列车数量计算所得与所得的对应通过能力值相除，得到该区间能力利用率。

3 高速铁路路网能力瓶颈消除

消除高速铁路能力瓶颈，加强高速铁路路网能力的措施多种多样，归纳起来可划分为技术组织措施和改建措施两大类。凡是用改进行车组织方法，或只需用少量投资，就能使通过能力达到需要水平的加强措施，均属于技术组织措施。凡是需要国家大量投资，通过改建或新建铁路技术设备来加强铁路通过能力的措施，均属于改建措施。

3.1 技术组织措施

3.1.1 网络层

（1）合理设计列车运行径路。高速铁路网络较为发达的地区，两个节点城市之间一般存在多条径路，所有列车均采用最短径路，虽然从单個列车的角度看比较经济，但会导致局部能力瓶颈。因此，应该系统优化网络上的列车开行径路，最大限度地发挥运输能力。

（2）合理开行跨线列车。综合开行服务运达范围更广泛、更便利、满足跨线列车开行条件的跨线列车，以及对区间通过能力占用较小的本线短程列车可以较好地利用路网能力。选择比较合理的高铁跨线列车和本线列车开行模式可以：满足跨线客流便捷性的需求;尽可能组织跨线列车在合理时间域跨线，分时段占用主干线能力，减小对干线能力利用的影响，缓解能力利用瓶颈;尽量减少跨线列车运能虚糜情况。

虽然目前主干线能力比较够用，但是出现时段性区段性能力紧张，尤其是在共享区段体现最为明显。在部分时段，列车平均客座率处于较低水平，能力利用效率较低。从运输效率角度来看，跨线列车的客座率的大小会影响输送能力的利用，实际目前部分跨线列车在跨线区段客座率不高，运输效率较低;从运输组织角度来看，跨线列车运行径路跨越几条不同的线路，将增加运输组织难度;从运行图铺画角度来看，跨线列车对于到发时间有一定的要求、影响运行图的结构，增加了运行图的刚性，此外，运行调整比较困难以及晚点影响传播概率较大，其运行线铺画布局将严重影响运行图结构，进而影响能力利用。

3.1.2 线路层

通常情况下，通过改善措施来提高通过能力的方法成本较高，实施难度较大。当高速铁路铁路能力未达到饱和时，应着重对现有运输潜力的挖掘，即采用改善行车组织的方法使通过能力达到需要水平。

（1）改善运输组织模式。减少天窗时长、优化开设模式（周期化开行）增加三角区列车开行能力（高铁快运）和高铁夜行列车开行能力。减少中速列车被越行次数，能力紧张区段尽量采取单一速度等级列车，减少由于速差带来的扣除系数，运行单一速度等级的列车，列车之间的相互影响最小，其通过能力最大;不同速度等级列车速差过大，会大幅度降低线路通过能力或者造成越行、待避次数增多，降低旅行速度，增加运输组织的复杂度。提高列车平均运行速度，提升有效时间域内区间通过能力。优化列车停站方案，减少列车停站数量、种类和停站时间，降低相应的扣除系数。提升运行图编制的精细程度，使跨线列车的上、下线所带来的运行图后续空间得到有效利用。

（2）调整低速度等级列车比例。当高速度等级列车和低速度等级列车比例大致相同时，二者的干扰程度最大，线路通过能力最小。所以，应当尽量增加高速度等级列车比例，减少低速度等级列车比例，来提高线路通过能力。

（3）采用相对集中铺画方式的精细化运行图。当列车运行间隔时间缩短时，只有采用精细化的运行图，才能保证列车运行秩序的稳定。列车运行图采用集中铺画方式时，线路的通过能力最大。但是，集中铺画方式与实际运输需求情况的差别很大，与运输需求不相符。因此在编制运行图时，在满足运输需求的前提下，尽量采用同种速度等级列车相对集中的铺画方式。

（4）提高运行图和客流的匹配度。在既有客流一定的情况下，如果客座率提升，会减少列车开行数量，达到少开车、多载客的目的，进而减少列车对干线能力的占用而缓解目前共享区段能力利用紧张的情况。而空余出来的能力，也可以更好适应客流的增长，如果有运输需求，则可以继续加开列车，提升整个路网的输送能力;而如果运输需求较低，则可以减少列车开行，从运行图角度来看，释放出来的能力，可以看作是列车开行之间的冗余时间的增加，列车运行图刚性减小，进而减小列车延误概率以及晚点传播影响，提升整个路网能力的利用效率。

（5）减少低速度等级列车停站次数及时间。当低速度等级列车的非待避停站比例过高时，对高速铁路线路通过能力的影响很大。在当前采用高中速列车混跑运输组织模式的情况下，适当减少低速度等级列车的停站次数和停站时间，可以提高高速铁路線路的通过能力。

3.1.3 车站层

（1）缩短列车出发追踪间隔时间，具体措施包括：优化列控系统作业流程，将现行前行列车越过一离去作为后行列车出发进路办理的出发条件，改为以前行列车尾部越过反向进站信号机作为触发条件;缩短CTC、联锁系统进路轮询时间;提升动车组牵引性能，提高动车组牵引效率;缩短车站咽喉长度、取消咽喉限制速度，减少咽喉占用时间。

（2）缩短列车到达追踪间隔时间，具体措施包括：提升动车组制动性能，提高动车组制动效率，减少制动距离;提升ATP列控软件的制动效率，减少动车组制动距离;有条件情况下，在到达进站减速区段设置平坡或上坡;缩短车站咽喉长度，取消咽喉限制速度，减少咽喉占用时间;减少CTC、联锁系统进路轮询时间，采用分段解锁的进路开放模式;有条件情况下，进站前设置限速区段;启用咽喉区内的进路信号机，将咽喉区段分段，提升咽喉占用利用率。

优化到发线运用方案，前行到达列车尽最安排在远离正线的股道接车（分段解锁后继续运行时间较长）、后行到达列车尽量与正线邻近（减少进站时间）。

3.2 改建措施

3.2.1 改善信联闭塞设备

改善信联闭塞设备可以缩短追踪列车间隔时间，增加在单位时间内开行的列车数。以列车控制系统为例，目前我国高速铁路采用的基于轨道传输信息的CTCS-2级列控系统，列车最高允许运行速度为250 km/h，列车最小追踪间隔5 min。而CTCS3级列车控制系统，它是基于准移动闭塞方式和无线通信的列车控制系统，列车最高允许速度为350 km/h，最小追踪间隔可以达到3 min。CTCS4级列车控制系统是一种基于移动闭塞方式和无线通信的列车控制系统，该系统可以进一步缩短列车的追踪间隔时间，提高列车在区间追踪运行的密度，从而大大提高铁路运输效率，提高通过能力。

3.2.2 改善移动设备

改善移动设备主要是提高列车的最高运行速度、加速性能和制动性能。列车运行速度越快，则占用线路区间的时间越短，线路利用率越高，能够增加单位时间开行的列车数量。提高列车的加速性能和制动性能可以缩短列车的起停车附加时分，从而缩短列车的区间运行时分，达到提高高速铁路通过能力的目的。

3.2.3 增加联络通道

枢纽内多个客站之间、同一个车站不同车场之间增加必要的联络通道，可以提高线路的灵活运用，从而使一个站（车场）能力利用率较高时可以较好地分流到另一个站（车场）上。

4 结语

高速铁路的先进性不仅依赖于基础设施和技术装备，还需要先进的运输组织技术。高速铁路运输能力是保证高速铁路高效运转的重要概念之一，反映了高速铁路系统对各种运输资源的协同优化配置程度，对运输服务产品设计、运输计划制定和运行控制与调度指挥等具有至关重要的意义。

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