吳　琪

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司，天津　300142)

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城際鐵路車站分布方法研究

吳琪

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司，天津300142)

摘要：城際鐵路是我國當前城市群交通基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展的重要方式，而合理的車站分布方案直接影響著城際鐵路對客流的吸引強度、運輸功能與輸送能力的發(fā)揮及運輸企業(yè)運營效益的增長。文章以此為研究對象，結(jié)合我國城際鐵路規(guī)劃與設(shè)計現(xiàn)狀，分析車站布局的影響因素，確定滿足不同速度列車的車輛性能、通過能力、旅速系數(shù)及列車間隔等站間距范圍，提出以站間距范圍為依據(jù)的城際鐵路車站分布方案。

關(guān)鍵詞：城際鐵路；車站分布；站間距；大站直達列車；站站停列車

鐵路運輸?shù)姆?wù)載體主要體現(xiàn)在兩大設(shè)施設(shè)備上，即車站和列車。隨著城際鐵路的發(fā)展，車站不僅僅是傳統(tǒng)意義上辦理列車作業(yè)、組織旅客乘降的場所，更是作為直接引發(fā)和誘增客流產(chǎn)生的基點以及城市群聯(lián)系的關(guān)鍵節(jié)點，而車站分布是否合理將直接影響著客流的吸引強度、運輸功能與輸送能力的發(fā)揮以及運輸企業(yè)運營效益的增長。

1我國城際鐵路發(fā)展現(xiàn)狀

我國城際鐵路的規(guī)劃與建設(shè)旨在服務(wù)于城市群內(nèi)的中心城市之間以及與中小城鎮(zhèn)間的旅客運輸，同時承擔超大城市、特大城市至其郊區(qū)或近郊衛(wèi)星城市等外圍組團的旅客運輸[1]。

縱觀我國城市群的發(fā)展，以廣州、深圳超大城市為中心的珠江三角洲、以上海、南京為中心的長江三角洲、以北京、天津為中心的京津冀地區(qū)為代表的三大都市經(jīng)濟圈已經(jīng)形成，而以鄭州、沈陽等大城市為中心的如中原城市群、遼中南城市群等區(qū)域也正在迅速崛起。

本文根據(jù)各城市群城際鐵路網(wǎng)的規(guī)劃研究報告，分析其規(guī)劃的主要線路長度及設(shè)站情況，具體數(shù)據(jù)見表1所列。

由表1可以看出，以上五大城市群城際鐵路線路長度大多在50～200 km，僅有個別線路長度超過200 km，站間距在5～20 km范圍內(nèi)所占比例較大。符合我國城市群發(fā)展特點，大城市的郊區(qū)與周邊的中小城鎮(zhèn)已連成一片，形成都市連綿帶，沿線城鎮(zhèn)分布密集，人口相對集中，人員交流頻繁。

表1　相關(guān)城市群主要城際鐵路客運系統(tǒng)建設(shè)及規(guī)劃情況

2車站分布影響因素

(1) 客流出行需求。城際鐵路主要服務(wù)于城市群內(nèi)大城市間及大城市周邊的短途客流，其沿線經(jīng)過的城鎮(zhèn)人口數(shù)量的多少，能夠大體反映城鎮(zhèn)內(nèi)存在的城際客流的大小。沿線人口數(shù)量越多，發(fā)生量就越多，即客流量就越多。對于出行需求較大的城市，往往作為城際鐵路設(shè)站的首選。

(2) 與其他運輸方式接駁。城際鐵路的主要功能是滿足城際間通勤、通學(xué)、商務(wù)、探親及旅游客流，由于大部分客流的到達地并不是目的地，因此，必然會存在旅客換乘問題，這也使城際鐵路與其他交通方式的協(xié)調(diào)，尤其是與城市公共交通及客運專線的合理接駁，成為影響車站設(shè)置的一個因素[2]。

(3) 工程實施。從工程實施角度看，城際鐵路車站布設(shè)主要考慮工程可行性及工程投資及運營的經(jīng)濟性影響。車站在選址時往往受到地形、地勢等條件的限制[3]；車站作為城市中重要的基礎(chǔ)設(shè)施，建設(shè)與運營的成本投入巨大。因此，在車站分布中既要考慮設(shè)站所產(chǎn)生的工程投資費用，又要考慮運營成本和產(chǎn)生的收益。

(4) 城市化發(fā)展。隨著城市化發(fā)展，人們的活動范圍和產(chǎn)業(yè)布局逐漸擴大，出行需求不再局限城市內(nèi)部，而是更趨向于城市之間、城鎮(zhèn)之間，形成具有一定規(guī)模的城際客流，且城市化程度越高，城市間的交流與聯(lián)系就越緊密[4]。因此，車站分布應(yīng)與城市發(fā)展充分協(xié)調(diào)，結(jié)合城市群的發(fā)展方向、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)特征以及資源分布等因素合理確定。

3城際鐵路合理站間距確定

合理的站間距取值是確定車站分布方案的基礎(chǔ)，影響著項目綜合效益的發(fā)揮。站間距越大，對列車的運行有利，站間距越小，對客流的吸引和誘導(dǎo)有利。因此，站間距的確定應(yīng)綜合多方面因素，從不同的角度出發(fā)。以下主要針對線路長度在50～200 km范圍內(nèi)的城際鐵路車站分布方法進行研究。

3.1基于列車性能的站間距離l1

城際列車種類主要是大站直達列車和站站停列車。大站快車主要?？靠土髁枯^大的車站，其運行中跨越多座車站，區(qū)間距離通常滿足車輛性能的要求，因此，車站分布的站間距主要受站站停列車的影響[5]。列車在區(qū)間運行中需經(jīng)過加速和減速的過程，通常速度等級越高的動車組，其對應(yīng)的平均加速度和減速度就越小，啟動加速和制動減速所需走行的距離就越長，所需的站間距就越大。

不同速度目標值下的動車組加減速性能存在一定差異，本次研究以CRH6型動車組為例，列車加減速距離見表2所列。

由表2可以看出，速度目標值越高，列車加速、制動距離也越長。如果站間距較短，選擇過高的速度目標值，列車頻繁起動、制動，速度優(yōu)勢不能充分發(fā)揮，不僅影響運輸效率，而且增加工程投資。

根據(jù)運營經(jīng)驗，通常認為列車在區(qū)間以速度目標值運行的距離占整個區(qū)間的50%以上，即站間距應(yīng)大于列車加減速距離合計的2倍以上，車站分布與速度目標值是相適應(yīng)的。因此，對于站站停列車的停站方案，120 km/h速度目標值的合理站間距離在4.1 km以上，140 km/h的合理站間距離在6.1 km以上，160 km/h的合理站間距離約為9 km以上，而200 km/h的合理站間距離約為17.5 km左右。

表2　不同速度目標值對應(yīng)的列車加減速距離　　　　m

3.2基于通過能力的站間距離l2

由于大站直達列車和站站停列車的停站方案不同，在運行中必然會出現(xiàn)大站快車越行站站停列車的情況。越行次數(shù)由列車開行比例和追蹤間隔決定，在某處發(fā)生越行時，就需要在此設(shè)置車站及配線以滿足越行需要。因此，車站設(shè)置的數(shù)量和位置會對線路的通過能力產(chǎn)生一定影響，即在車站分布中應(yīng)結(jié)合運營要求，保證必要的通過能力。

根據(jù)相關(guān)研究，在已知大站快車與站站停列車的開行比例時，合理站間距的計算公式[6]為

(1)

(1) 速度匹配方案。根據(jù)確定的大站快車和站站停列車速度目標值，列舉4種可行的速度匹配方案，即250 km/h與200 km/h、250 km/h與160 km/h、200 km/h與160 km/h、200 km/h與140 km/h。

(2) 列車追蹤間隔。在滿足技術(shù)條件下，參考國內(nèi)外取值，城際鐵路的列車追蹤間隔最短按3 min考慮；同時，為了達到較好的服務(wù)水平，追蹤間隔以不超過6 min為宜。因此，本次研究將追蹤間隔取值范圍確定為3～6 min。

(3) 大站快車所占比重。通常情況下，新建線路要求大站快車達到一定比重，才能滿足運輸組織需要，取得良好的營運效果。在本次研究中，為方便比較不同情況下的車站分布情況，按整數(shù)對開行比例取值，即10%～90%。

基于以上分析，通過計算后，可得到不同情況下城際鐵路應(yīng)滿足通過能力的合理站間距離，其取值見表3所列。

表3　不同情況下城際鐵路的車站距離　km

3.3基于旅速系數(shù)的站間距離l3

對城際鐵路而言，不論是大站快車，還是站站停列車，其旅速都應(yīng)比既有通道內(nèi)其他種類列車要高，以突出城際鐵路的優(yōu)勢。若站間距較小，停站次數(shù)較多，則會降低列車的旅行速度。為保障合理的旅速系數(shù)，城際鐵路車站分布宜設(shè)置較大的站間距。

定義城際鐵路線路長度為L，站站停列車的最高運行速度為V站站停，則列車旅行時間[7-8]為

(2)

其中，r為既有線相同速度的旅速系數(shù)。

列車運行的可松弛時間Δ及停站次數(shù)n為

(3)

(4)

其中，Δt為列車起停附加時間與平均停站時間之和。

滿足旅速系數(shù)的合理站間距為

(5)

通常情況下，大站快車的旅速可以滿足旅速系數(shù)的要求，本次研究主要分析站站停列車的旅速系數(shù)對于站間距的限制，選取3種速度目標值方案，為便于比較，旅速系數(shù)取值范圍設(shè)定在0.60～0.95之間[9]。起停附加時間與平均停站時間分別取1 min，計算結(jié)果如圖1所示。

圖1　旅行速度與站間距離的關(guān)系

由圖1可以看出，最高列車運行速度若為定值，旅速系數(shù)越大，站間距則越大；但當旅速系數(shù)較小時，站間距的增幅較緩，隨著旅速系數(shù)的增大，站間距變化的幅度也隨之變大；對于不同速度的列車，旅速系數(shù)較小，滿足其合理站間距差別也較小；當旅速系數(shù)增大時，差別就會越來越明顯。

3.4基于列車間隔的站間距離l4

城際鐵路通常采用大站直達列車、站站停列車以及跨線城際列車共線運行，且大站快車可越行站站停列車的運輸組織模式。大站快車的發(fā)車間隔受站間距最大的區(qū)間限制，適當?shù)卦O(shè)置越行站，可縮短大站快車的發(fā)車間隔，利于運輸組織的均衡。因此，通過大站快車發(fā)車間隔對站間距的影響分析，可確定列車間隔與城際鐵路車站分布的內(nèi)在聯(lián)系。

大站快車的間發(fā)時間[10]為

(6)

由此得出滿足列車間隔的合理站間距為

(7)

針對4種速度匹配方案得出計算結(jié)果，如圖2所示。

圖2　列車發(fā)車間隔與站間距離的關(guān)系

由圖2可以看出，站間距隨著列車間隔的增加而增大。因此，城際鐵路中大站快車發(fā)車間隔嚴格制約著車站分布，在發(fā)車間隔確定的情況下，站間距以不超過表中數(shù)據(jù)為宜。

3.5合理站間距的確定l

城際鐵路的合理站間距應(yīng)結(jié)合車輛性能要求，并滿足一定的通過能力，保證站站停列車的旅速系數(shù)大于既有線的同時，盡可能縮短大站快車的發(fā)車間隔?；诓煌瑮l件下的站間距分別為l1、l2、l3、l4，則合理的站間距離l應(yīng)滿足為

max(l1,l2,l3)≤l≤l4

(8)

由(8)式確定的站間距為一個區(qū)間范圍，在進行車站分布設(shè)計時，可將其作為重要依據(jù)，并根據(jù)具體實際情況進行適當調(diào)整。

4結(jié)束語

本次研究在分析車站分布的影響因素基礎(chǔ)上，從車輛性能、通過能力、旅速系數(shù)及列車間隔4個方面，分別對站間距的要求進行探討，綜合確定城際鐵路合理站間距范圍。

在進行車站分布設(shè)計時，可在遵循車站分布設(shè)計原則基礎(chǔ)上，初步確定合理站間距范圍，綜合考慮各方面因素，以客流需求為主，結(jié)合城市發(fā)展、工程條件及投資估算等實際情況，采用定性與定量分析的方法進行站點布設(shè)，從而確定城際鐵路車站分布合理方案。

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收稿日期：2016-2-19;修改日期：2016-02-23

作者簡介：吳琪(1988-)，男，遼寧葫蘆島人，碩士，鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司助理工程師．

中圖分類號：U239.5

文獻標識碼：A

文章編號：1673-5781(2016)01-0016-04