王 莉 秦 勇 徐 杰 賈利民

(1北京交通大學(xué)軌道交通控制與安全國家重點實驗室，北京 100044)

(2北京交通大學(xué)交通運輸學(xué)院，北京 100044)

近年來，中國鐵路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)快速發(fā)展，并逐漸成為中長途旅客和貨物運輸?shù)闹饕ǖ?與此同時，我國幅員遼闊，鐵路自然災(zāi)害頻發(fā)，鐵路事故與鐵路公共安全事件也偶有發(fā)生，嚴重影響著鐵路運輸系統(tǒng)的效率，給行車組織工作帶來了巨大挑戰(zhàn).由于突發(fā)事件的類型、持續(xù)時間、影響范圍等不同，需采取的行車組織原則和策略有很大區(qū)別，與之相對應(yīng)的行車組織方案的優(yōu)化目標、約束條件和行車組織流程也不同.目前對于行車調(diào)整的研究多集中于列車運行計劃調(diào)整的建模和優(yōu)化過程，這種傳統(tǒng)的、計劃層調(diào)整在一定程度上可以有效地處理列車受到較小干擾的情況，但無法適用于突發(fā)事件條件下的大面積限速和斷路等情況.因此，本文針對突發(fā)事件條件下缺少相應(yīng)的行車組織理論指導(dǎo)的現(xiàn)狀，在深入分析鐵路突發(fā)事件的內(nèi)涵、類型及特點的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)地闡述了突發(fā)事件條件下的鐵路行車組織科學(xué)問題，為形成有效的行車組織方案、減少突發(fā)事件對鐵路運輸?shù)挠绊懙於ɡ碚摶A(chǔ).

1 鐵路突發(fā)事件

突發(fā)事件由于其特有的突發(fā)性、危害性等特點，引起了國內(nèi)外學(xué)者和相關(guān)機構(gòu)的廣泛關(guān)注，并從不同的角度對其內(nèi)涵和外延進行了研究［1-4］.中國對于突發(fā)事件比較完善的闡述是2007年11月1日起施行的《中華人民共和國突發(fā)事件應(yīng)對法》中的定義:突發(fā)事件，是指突然發(fā)生，造成或者可能造成嚴重社會危害，需要采取應(yīng)急處置措施予以應(yīng)對的自然災(zāi)害、事故災(zāi)難、公共衛(wèi)生事件和社會安全事件.鐵路突發(fā)事件作為廣義突發(fā)事件的一個子集，由于其影響對象、處置措施等不同，具有特定的性質(zhì)和內(nèi)涵.

定義1 鐵路突發(fā)事件

本文所述鐵路突發(fā)事件是指任何導(dǎo)致鐵路行車組織策略變化或者行車組織計劃變更的事件.鐵路突發(fā)事件按照影響程度不同可劃分為不同的類型.下文從鐵路突發(fā)事件的持續(xù)時間、客流波動程度和能力下降程度3個屬性描述突發(fā)事件影響嚴重程度.

1)一般性鐵路突發(fā)事件

一般性鐵路突發(fā)事件是指其對鐵路運輸秩序的影響可以通過對運行圖的調(diào)整即可消除的突發(fā)事件，包括導(dǎo)致局部線路能力損失較小、客流波動程度較小和(或者)持續(xù)時間較短的自然災(zāi)害、鐵路交通事故和(或者)公共安全事件.其具有如下特點:

①持續(xù)時間較短.影響鐵路正常行車的持續(xù)時間較短，突發(fā)事件所造成的線路能力損失能夠快速恢復(fù).

②客流波動程度較小.原有計劃中的列車能夠承擔突發(fā)事件引起的客流增量.根據(jù)文獻［5］的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，在平日正常條件下，為了提高旅客舒適度，列車席位利用率一般取0.7～0.8;在節(jié)假日客流波動較大的情況下，我國鐵路席位利用率曾達到1.19.一般性鐵路突發(fā)事件條件下，旅客關(guān)注的重點已經(jīng)轉(zhuǎn)向是否能夠盡快到達目的地，而非對旅行舒適度的需求，故此時的席位利用率可適當提高.

③線路能力損失較少.線路中的一個區(qū)段或某些區(qū)段因故采取措施，導(dǎo)致列車無法按圖定計劃運行，經(jīng)調(diào)整后，原有計劃中的列車均能在合理的運營時間內(nèi)到達終點車站，無嚴重晚點情況發(fā)生.

在這種情況下，原有計劃中的列車能夠承擔因突發(fā)事件引發(fā)的客流增量，而無需增開新的列車;由于事件持續(xù)時間短，線路能力損失較小，無需對徑路上運行的列車數(shù)量進行調(diào)整，只對列車運行計劃進行時間維度上的調(diào)整即可在合理的時間內(nèi)實現(xiàn)旅客運輸任務(wù).

2)嚴重鐵路突發(fā)事件

嚴重鐵路突發(fā)事件是指其對鐵路運輸秩序的影響無法通過對運行圖的調(diào)整得以消除的突發(fā)事件，包括導(dǎo)致局部線路能力損失較大、客流波動程度較小和(或者)持續(xù)時間較長的自然災(zāi)害、鐵路交通事故和(或者)公共安全事件.其具有如下特點:

①持續(xù)時間較長.影響鐵路正常行車的持續(xù)時間較長.突發(fā)事件所造成的線路能力損失不能及時恢復(fù).

②客流波動程度較小.原有計劃中的列車能夠承擔突發(fā)事件引起的客流增量.

③線路能力損失較大.線路中的大部分區(qū)段因故采取限速措施，或者線路中一個或幾個區(qū)段發(fā)生斷路，路網(wǎng)結(jié)構(gòu)發(fā)生部分改變，導(dǎo)致列車無法按圖定計劃運行，致使原有徑路無法提供足夠的通過能力完成既定運輸計劃.

在這種情況下，原有計劃中的列車能夠承擔因突發(fā)事件引發(fā)的客流增量，無需增開新的列車;但由于突發(fā)事件持續(xù)時間較長，線路能力損失較大，只對列車運行計劃進行時間維度上的調(diào)整已不能在合理的時間內(nèi)實現(xiàn)旅客運輸任務(wù);需采取列車迂回、列車重聯(lián)等調(diào)度策略以減少原有徑路上的列車數(shù)量.

3)惡性鐵路突發(fā)事件

惡性鐵路突發(fā)事件是指其對鐵路運輸秩序的影響必須通過行車組織策略重大調(diào)整和行車組織計劃的相應(yīng)變更以及依靠跨行業(yè)應(yīng)急聯(lián)動機制才能應(yīng)對的突發(fā)事件，包括導(dǎo)致大范圍線路能力損失嚴重、客流波動程度大和(或者)持續(xù)時間長的自然災(zāi)害、鐵路交通事故和(或者)公共安全事件.其具有如下特點:

①持續(xù)時間長.影響鐵路正常行車的持續(xù)時間很長，突發(fā)事件造成的線路能力損失需較長時間才能恢復(fù).

②客流波動程度大.原有計劃不足以承擔突發(fā)事件引起的客流增量，已經(jīng)造成或?qū)⒁斐纱罅柯每蜏?

③線路能力損失大.一個區(qū)域內(nèi)多條線路的大部分區(qū)段因故采取限速措施，或者多條線路中的多個區(qū)段發(fā)生斷路，路網(wǎng)結(jié)構(gòu)發(fā)生較大變化.

在這種情況下，運量與運能之間的矛盾顯著，只調(diào)整列車行走徑路已不能形成有效的行車組織方案;需依靠跨行業(yè)應(yīng)急聯(lián)動，改變行車組織策略并重新編制行車組織計劃，才能有效緩解運量與運能的矛盾.

2 突發(fā)事件條件下行車組織

鐵路行車組織是指綜合運用鐵路運輸技術(shù)設(shè)備(機車、車輛、線路、車站、通信、信號等)和統(tǒng)籌協(xié)調(diào)鐵路運輸有關(guān)專業(yè)部門(機務(wù)、車輛、工務(wù)、電務(wù)等)保證安全、準確、迅速、經(jīng)濟地完成人和物的位移［6］.其主要包含運輸組織模式、開行方案、運行計劃、車底(機車、動車組)運用計劃和乘務(wù)計劃5個層次的內(nèi)容.在運力資源充足的情況下，突發(fā)事件條件下的鐵路行車組織主要集中在運行計劃和開行方案2個層次.

2.1 突發(fā)事件條件下鐵路行車組織類型

突發(fā)事件會對鐵路運輸系統(tǒng)中不同的參與對象產(chǎn)生不同程度的影響，行車組織優(yōu)化追求的目標、約束條件和組織內(nèi)容也會發(fā)生變化.本文認為按照突發(fā)事件的影響程度不同突發(fā)事件下行車組織主要分為3種:一般性突發(fā)事件條件下行車組織、嚴重突發(fā)事件條件下行車組織和惡性突發(fā)事件條件下行車組織，如圖1所示.

圖1 突發(fā)事件條件下行車組織類型

2.2 一般性突發(fā)事件條件下行車組織

定義2 一般性突發(fā)事件條件下行車組織

一般性突發(fā)事件條件下行車組織(train operation in general emergency，GETO)，是指局部線路能力損失較小、客流波動程度較小和(或者)持續(xù)時間較短的條件下，對運行計劃進行調(diào)整并實施的過程.

根據(jù)定義可知，一般性突發(fā)事件條件下行車組織的主要內(nèi)容就是傳統(tǒng)的列車運行計劃調(diào)整問題.目前，國內(nèi)外很多學(xué)者對這一類問題進行了大量的研究，本文不再贅述.

2.3 嚴重突發(fā)事件條件下行車組織

定義3 嚴重突發(fā)事件條件下行車組織

嚴重突發(fā)事件條件下行車組織(train operation in serious emergency，SETO)，是指局部線路能力損失較大、客流波動程度較小和(或者)持續(xù)時間較長的條件下，對開行方案及相應(yīng)的運行計劃2個層面進行調(diào)整并實施的過程.根據(jù)定義可知，SETO具有嚴重突發(fā)事件的特點，與傳統(tǒng)的列車運行計劃調(diào)整問題有很大不同，其定位于開行方案和運行計劃調(diào)整2個層面.

2.3.1 嚴重突發(fā)事件條件下行車組織原則和策略

嚴重突發(fā)事件條件下行車組織內(nèi)容包含開行方案和運行計劃2個層面，因此除了運行計劃調(diào)整的相關(guān)原則外，還包含開行方案調(diào)整的原則，主要包含如下內(nèi)容:

1)盡量將晚點時間少、長途、高等級列車維持原徑路運行.

2)本線列車的等級高，迂回到其他徑路上的列車等級低.

3)迂回到其他徑路上的列車可提前到站，但不可提前發(fā)車.

4)重聯(lián)的列車可提前到站，但不可提前發(fā)車.

5)列車迂回時盡量選擇跨鐵路線數(shù)量較少的徑路.

6)調(diào)度策略中，根據(jù)各種策略對旅客出行造成的影響和策略實施時設(shè)備條件及技術(shù)的風(fēng)險不同，列車迂回、折返的優(yōu)先權(quán)最高，列車重聯(lián)次之，列車停運的優(yōu)先權(quán)最低.

7)本線列車等級高，跨線列車等級低;正點列車等級高，嚴重晚點列車等級低;客運列車等級高，貨運列車等級低;有特殊要求的列車可適當優(yōu)先.

8)列車可提前到站，但不可提前發(fā)車.

9)大型樞紐內(nèi)重要站點的正點率重點考慮.

10)必要時可將貨運列車停運，以減少能力占用.

11)低等級列車在同一個車站最多可被3列高等級車越行.

嚴重突發(fā)事件條件下行車組織策略也包含開行方案和運行計劃2個層面，主要包含如下內(nèi)容.

1)根據(jù)受影響線路能力損失和其他線路的剩余能力，列車可迂回到其他線路以減少對本線的占用.

2)可改變機車或動車組交路、選擇合適的中間站折返，充分利用線路剩余能力和運力資源.

3)兩列短編組、停站相似、類型相同的列車可重聯(lián)運行，以減少對本線能力的占用.

4)在能力損失較大的情況下，列車迂回和列車重聯(lián)之后，線路能力仍不足以生成有效的行車組織方案時，可取消某些低等級列車.

在開行方案完成調(diào)整的情況下，對相應(yīng)的列車到發(fā)時刻進行調(diào)整時可采取以下策略:

1)根據(jù)機車技術(shù)狀態(tài)、司機技術(shù)水平、列車編組情況、線路允許速度和自然環(huán)境，組織列車加速運行，減少區(qū)間運行時分，使晚點列車恢復(fù)正點運行［7］.

2)根據(jù)車站內(nèi)設(shè)備布局和列車作業(yè)情況，組織車站快速作業(yè)，減少列車停站時分.

3)高等級列車可在車站或區(qū)間利用渡線越行低等級列車.

4)正點列車可在車站或區(qū)間利用渡線越行嚴重晚點列車，以減少晚點傳播.

5)變更到發(fā)線使用，以充分發(fā)揮車站接發(fā)車能力.

6)變更列車會讓站或越行站，以減少晚點列車對其他列車的影響.

2.3.2 嚴重突發(fā)事件條件下行車組織優(yōu)化目標和約束

嚴重突發(fā)事件條件下行車組織包含開行方案調(diào)整和運行計劃調(diào)整2個層面，故其優(yōu)化的目標首先要顧及宏觀層面的社會效益、旅客滿意度和運輸任務(wù)的最終實現(xiàn);在此基礎(chǔ)上，還要關(guān)注微觀層面的列車晚點時間和列車正點率.此外，嚴重突發(fā)事件條件下，線路能力損失較大、持續(xù)時間較長，大多數(shù)列車都會發(fā)生或多或少的晚點，此時追求所有列車的正點率已沒有意義，因此在運行計劃調(diào)整層面可盡量減少被嚴重晚點的列車數(shù)量和大型樞紐站的晚點時間，這與傳統(tǒng)的列車運行計劃調(diào)整追求的目標有很大不同.

嚴重突發(fā)事件條件下，可采取列車迂回、折返、列車重聯(lián)和列車停運等組織策略調(diào)整開行方案，因此除了列車區(qū)間運行時分、車站作業(yè)時分和列車追蹤間隔等運行計劃調(diào)整層面的約束以外，還包含開行方案層面中迂回徑路的能力約束、列車重聯(lián)的技術(shù)和設(shè)備約束，列車折返站約束、迂回列車和重聯(lián)列車的停站約束以及列車停運約束等內(nèi)容.

2.3.3 嚴重突發(fā)事件條件下行車組織流程

相對于傳統(tǒng)的列車運行圖調(diào)整，SETO的流程較為復(fù)雜，如圖2所示.突發(fā)事件發(fā)生后首先判斷鐵路線路是否連通，如果發(fā)生斷路則判斷是否能夠短時間修復(fù)，然后根據(jù)修復(fù)時間的長短選擇直接調(diào)整運行計劃，或者采取列車迂回策略后調(diào)整運行計劃;如果線路連通，則根據(jù)突發(fā)事件的類型、級別及具體屬性和行車規(guī)則，對受影響的區(qū)段進行限速，然后計算線路通過能力，對能力損失極大的區(qū)段生成迂回徑路，采取列車迂回策略，如果新生成的迂回徑路仍不能彌補損失的能力，則需采用列車折返、重聯(lián)或者停運策略，直至能夠形成有效的行車組織方案.

圖2 嚴重突發(fā)事件條件下行車組織流程

綜上，優(yōu)化問題的多層次性、行車組織策略和原則的復(fù)雜性、優(yōu)化目標和約束條件的多樣性以及組織流程的復(fù)雜性都決定了嚴重突發(fā)事件條件下的行車組織與傳統(tǒng)的列車運行計劃調(diào)整存在顯著區(qū)別.

2.4 惡性突發(fā)事件條件下行車組織

定義4 惡性突發(fā)事件條件下行車組織

惡性突發(fā)事件條件下行車組織(train operation in catastrophic emergency，CETO)，是指大范圍線路能力損失嚴重、客流波動程度大和(或者)持續(xù)時間很長的條件下，調(diào)整行車組織策略并且對行車組織計劃進行相應(yīng)變更并實施的過程.

根據(jù)定義可知，CETO具有嚴重突發(fā)事件的特點，由于其造成的影響十分惡劣，往往會上升至國家層面，需成立應(yīng)急救援機構(gòu)，調(diào)動鐵路外部資源(如當?shù)伛v軍、武裝警察部隊等)實施應(yīng)急救援，減少旅客滯留，盡快恢復(fù)正常行車.

2.4.1 惡性突發(fā)事件條件下行車組織原則和策略

惡性突發(fā)事件條件下行車組織以應(yīng)急救援和客流疏散為目標，其行車組織原則和策略與上述2種相比有較大改變.其行車組織原則包括如下內(nèi)容:

1)行車組織計劃的制定需在應(yīng)急機構(gòu)統(tǒng)一指揮下進行.

2)救援列車等級最高，救援物資列車次之，其他列車等級相對較低.

3)能力計算時需考慮應(yīng)急救援和救援列車開行耗費的線路能力.

4)以快速疏散旅客為目標，不考慮經(jīng)濟成本.

惡性突發(fā)事件條件下行車組織策略包含如下內(nèi)容:

1)對大型樞紐站點滯留的旅客進行疏導(dǎo)，提供退票服務(wù).

2)預(yù)測客流波動趨勢，重新制定開行方案.

3)列車可繞行到其他徑路，以充分利用路網(wǎng)上的能力.

4)盡量開行長編組列車，提高旅客運送能力.

5)可重新制定列車交路，根據(jù)突發(fā)事件的類型和級別，延長或縮短列車運行區(qū)段.

2.4.2 惡性突發(fā)事件條件下行車組織優(yōu)化目標和約束

惡性突發(fā)事件影響十分惡劣，需要快速展開救援，將損失減少至最低;從行車組織的角度而言則以提高旅客周轉(zhuǎn)速度，盡快疏散滯留旅客、恢復(fù)正常行車為目標.

此外，惡性突發(fā)事件條件下行車組織涉及應(yīng)急救援、客流預(yù)測、開行方案編制、運行計劃編制等多個層面的優(yōu)化，每個層面都有其各自的約束條件，且上層方案為下層計劃提供約束條件，同時下層計劃為上行方案提供可行性驗證.由于涉及大量鐵路外部資源，其約束條件相比前2種情況將更為復(fù)雜.

2.4.3 惡性突發(fā)事件條件下行車組織流程

CETO涉及應(yīng)急救援、客流預(yù)測、開行方案編制、運行計劃編制等多個層面的內(nèi)容，其主要環(huán)節(jié)如圖3所示.突發(fā)事件發(fā)生后首先判斷鐵路線路是否通暢，根據(jù)限速條件和應(yīng)急救援實施要求設(shè)置維修天窗，并判斷是否需要開行救援列車，然后計算路網(wǎng)能力，這里需注意的是，若開行救援列車能力計算時需要扣除救援列車開行占用的能力，并生成救援列車徑路.此外，某些大型樞紐站點可能滯留了大量旅客，此時需進行突發(fā)事件下的客流預(yù)測和疏散，整合具有迫切出行需求的OD客流，生成列車徑路，計算列車開行頻次，停站方案，進行客流分配，然后根據(jù)開行方案重新編制列車運行計劃，動車組運用計劃和乘務(wù)計劃.

圖3 惡性突發(fā)事件條件下行車組織流程

圖3展示了惡性突發(fā)事件條件下行車組織中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，各層次行車方案的制定涉及基礎(chǔ)設(shè)施、技術(shù)設(shè)備和突發(fā)事件的大量靜態(tài)屬性和動態(tài)屬性.正常條件下的行車組織本身就是一個非線性、多層次、循環(huán)優(yōu)化的復(fù)雜問題，惡性突發(fā)事件條件下行車組織由于涉及到應(yīng)急救援、應(yīng)急疏散等環(huán)節(jié)，其方案和計劃的制定更為復(fù)雜，可作為該領(lǐng)域未來的重要研究內(nèi)容.

2.5 不同類型行車組織的關(guān)系

根據(jù)上述研究，隨著突發(fā)事件影響程度的升級，其相應(yīng)的行車組織內(nèi)容也越來越復(fù)雜，3種不同類型突發(fā)事件條件下的行車組織之間存在相互聯(lián)系，如圖4所示.根據(jù)歷年對鐵路突發(fā)事件的統(tǒng)計［8］，嚴重突發(fā)事件發(fā)生的情況較為普遍，應(yīng)引起相關(guān)工作者的高度重視.根據(jù)嚴重突發(fā)事件的特點及其行車組織原則和策略可知，SETO只涉及鐵路內(nèi)部資源的優(yōu)化，其形成的組織方案的實施相對容易;而CETO需成立跨行業(yè)應(yīng)急聯(lián)動機構(gòu)，涉及大量路外資源的調(diào)用以及應(yīng)急救援等復(fù)雜的環(huán)節(jié)，組織方案的實施更加困難.綜上，3種不同類型突發(fā)事件條件下行車組織的研究具有密切的聯(lián)系，GETO的內(nèi)容是SETO的重要組成部分，與SETO共同形成CETO的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，但無論是那種類型的行車組織最終都要落實到運行計劃層面.

圖4 不同類型突發(fā)事件下行車組織之間的關(guān)系

3 結(jié)語

本文首先對鐵路突發(fā)事件的內(nèi)涵及特點進行了分析，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)鐵路突發(fā)事件影響程度不同，將突發(fā)事件條件下行車組織分為3種，然后分別闡述了不同類型行車組織問題的定義、優(yōu)化目標、行車組織原則、策略及組織流程.突發(fā)事件條件下行車組織由于具有多層次性、涉及對象多樣、所處環(huán)境多變等特點，很難找到一個能夠適應(yīng)所有類型突發(fā)事件的標準化的統(tǒng)一模型和實現(xiàn)算法，需要針對問題特點探索新的研究方法.突發(fā)事件條件下行車組織問題的研究將從一定程度上豐富現(xiàn)有鐵路運輸組織理論和方法，并為將來進一步提高我國鐵路運營效率提供基礎(chǔ).

References)

［1］秦啟文，李天安，陸林.突發(fā)事件的管理與應(yīng)對［M］.北京:新華出版社，2004:2-30.

［2］王盛.突發(fā)事件應(yīng)對中的政府信息公開研究［D］.天津:天津師范大學(xué)，2007.

［3］計雷，池宏，陳安，等.突發(fā)事件應(yīng)急管理［M］.北京:高等教育出版社，2006:8-11.

［4］Firenze B.Labor safety system research ［J］.Safety Science Journal，2001，45(2):31-37.

［5］王海志.客運專線旅客列車開行方案研究［D］.北京:中國鐵道科學(xué)研究院，2006.

［6］許慶斌，楊肇夏.中國鐵道百科全書(運輸與經(jīng)濟卷)［M］.北京:中國鐵道出版社，2000.

［7］楊浩.鐵路運輸組織學(xué)［M］.北京:中國鐵道出版社，2007:545-546.

［8］中國鐵道學(xué)會安全委員會，《百年鐵路安全大事記》編委會.百年鐵路安全大事記(1876—2008)［M］.上海:上海交通大學(xué)出版社，2009:218-510.