魏 然

（中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 運(yùn)輸及經(jīng)濟(jì)研究所，北京 100081）

盡端式車站一般位于特大型樞紐或大城市地區(qū)，單咽喉布置型式可以顯著縮短站坪長度，減少設(shè)備數(shù)量，降低對城市環(huán)境的影響，適合作為高速鐵路線路的始發(fā)(終到)站，如北京北站、原北京站均設(shè)置為這種站型。盡端式車站作為高速鐵路線路的主要起訖點(diǎn)，其接發(fā)列車能力直接影響全線的通過能力和列車組織效率。在圖解的基礎(chǔ)上，設(shè)置仿真關(guān)鍵參數(shù)構(gòu)建仿真模型[1]，研究列車到發(fā)需求、到發(fā)線數(shù)量和平行進(jìn)路設(shè)置、可實(shí)現(xiàn)的接發(fā)車能力及設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)性，提出盡端式車站平面布局型式的優(yōu)化思路，有利于優(yōu)化車站站型結(jié)構(gòu)的設(shè)置及到發(fā)線數(shù)量和咽喉道岔布置，提高設(shè)計(jì)效率，同時(shí)降低車站建設(shè)成本。

1 盡端式高速鐵路車站功能分區(qū)與總平面布置

盡端式車站的線路設(shè)計(jì)區(qū)域由區(qū)間進(jìn)出站線至到發(fā)線盡頭，部分盡端式車站會(huì)在本站范圍內(nèi)或附近設(shè)置動(dòng)車段(所)。按照列車在站內(nèi)的技術(shù)作業(yè)過程，可將車站拆分為到發(fā)線區(qū)域、咽喉道岔區(qū)、進(jìn)出站線和出入段系統(tǒng)。到發(fā)線區(qū)域用于列車?？空九_(tái)，其線路數(shù)量不同，單位時(shí)間能夠?qū)崿F(xiàn)的接發(fā)列車數(shù)也不同；咽喉道岔區(qū)由不同道岔組合而成，連接到發(fā)線區(qū)域、進(jìn)出站線與出入段系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)多條列車運(yùn)行徑路；進(jìn)出站線連接車站與區(qū)間，代表著列車進(jìn)出車站的不同方向；出入段系統(tǒng)包括動(dòng)車走行線及動(dòng)車段(所)，負(fù)責(zé)動(dòng)車組存車、整備及檢修作業(yè)。

根據(jù)車站到發(fā)線區(qū)域(以下稱為到發(fā)場)與連接的動(dòng)車段(所)的相對位置及動(dòng)車走行線的設(shè)置，車站系統(tǒng)可分為通過式、單側(cè)接單正線、單側(cè)接雙正線、單側(cè)接咽喉4種總平面布置情況，車站系統(tǒng)總平面布置情況示意圖如圖1所示。

方案一的優(yōu)點(diǎn)是完全避免了動(dòng)車組出入段與列車到發(fā)的進(jìn)路交叉，咽喉作業(yè)簡單，可以顯著提高區(qū)間正線端咽喉接發(fā)車能力，但這種布置采用雙咽喉型式，站坪長度和站場設(shè)備數(shù)量與單咽喉相比顯著增加，對城市環(huán)境帶來較大影響，實(shí)現(xiàn)難度較大。方案二動(dòng)車段(所)設(shè)置位置距離車站較遠(yuǎn)，到發(fā)場部分線路的動(dòng)車組出入段可能需要橫切咽喉。特殊困難條件下，可將動(dòng)車段(所)接入前方車站，車底通過區(qū)間正線按行車組織輸送。這種情況下，列車出入段作業(yè)均占用區(qū)間正線，影響區(qū)間接發(fā)列車能力。方案三[2]與方案二相似，列車出入段作業(yè)均影響區(qū)間接發(fā)列車，一般不選擇此種布置型式。方案四可以保證動(dòng)車組出入段與列車到發(fā)作業(yè)有平行進(jìn)路，但咽喉交叉干擾大。盡端式車站一般選擇方案四的布置型式。

2 盡端式車站接發(fā)車能力影響因素

盡端式車站主要辦理動(dòng)車組列車的始發(fā)和終到作業(yè)(折返列車為始發(fā)終到的一種特殊形式)，以及動(dòng)車底出入段作業(yè)，列流結(jié)構(gòu)簡單。影響其接發(fā)車能力的因素主要有到發(fā)線數(shù)量、列車追蹤間隔時(shí)間、咽喉結(jié)構(gòu)和接發(fā)列車的到發(fā)線占用時(shí)間等。

2.1 到發(fā)線數(shù)量

高速鐵路車站到發(fā)線數(shù)量應(yīng)滿足高峰時(shí)段列車密集到發(fā)的需要，按照規(guī)范要求的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)[3]，確定高峰小時(shí)每條到發(fā)線辦理的列車數(shù)為2.5列。在站場設(shè)計(jì)中，一般先按照簡單的計(jì)算公式，給定到發(fā)線數(shù)量初設(shè)值，然后考慮其他因素綜合比對，從而確定到發(fā)線數(shù)量。到發(fā)線數(shù)量的計(jì)算公式為

式中：N立折為始發(fā)終到立即折返列車數(shù)；N始終為始發(fā)終到列車(出入段)列車數(shù)。

圖1 車站系統(tǒng)總平面布置情況示意圖Fig.1 Schematic diagram of the general layout of the station system

影響到發(fā)線數(shù)量的因素還有列車追蹤間隔，為滿足3 min的追蹤間隔時(shí)間，到發(fā)線數(shù)量至少要達(dá)到6條以上，一個(gè)方向6 ～ 8條到發(fā)線的咽喉區(qū)設(shè)計(jì)將成為常態(tài)[4]。

2.2 列車追蹤間隔時(shí)間

運(yùn)行圖規(guī)定的列車追蹤間隔時(shí)間為列車最小追蹤間隔時(shí)間與緩沖時(shí)間之和[5]。列車最小追蹤間隔時(shí)間是指同方向相鄰列車在同一區(qū)間內(nèi)運(yùn)行，且運(yùn)行過程中互相不受干擾的最小間隔時(shí)間。在車站接發(fā)車作業(yè)時(shí)，列車追蹤間隔時(shí)間應(yīng)不小于運(yùn)行圖規(guī)定的列車追蹤間隔時(shí)間。站場的設(shè)計(jì)質(zhì)量及設(shè)備性能對列車追蹤間隔時(shí)間有直接、甚至是決定性的影響。同時(shí)，如果從運(yùn)營需要角度對列車追蹤間隔時(shí)間提出要求，又將會(huì)對站場設(shè)備的設(shè)計(jì)和配置產(chǎn)生相應(yīng)的制約和限制。此外，在站場站型的仿真模擬中，列車追蹤間隔時(shí)間也是一個(gè)重要的時(shí)間參數(shù)[6-8]。

當(dāng)前高速鐵路車站設(shè)計(jì)時(shí)，一般是按3 ～ 5 min的間隔時(shí)間設(shè)計(jì)，部分車站困難方向可取6 min。在不考慮交叉干擾(出發(fā)列車不受到達(dá)列車的干擾，可以實(shí)現(xiàn)到點(diǎn)直接發(fā)車)的情況下，參考日本新干線的時(shí)間參數(shù)[9]，按照4列車(或3列車)為1群組，每2個(gè)群組間預(yù)留緩沖時(shí)間的接發(fā)列車規(guī)律進(jìn)行相應(yīng)圖解，可得到單方向不同列車間隔時(shí)間對應(yīng)的高峰小時(shí)檢算列車情況如表1所示。

2.3 咽喉結(jié)構(gòu)

咽喉布置要滿足到發(fā)列車的平行作業(yè)及動(dòng)車組出入段與到發(fā)作業(yè)的平行作業(yè)2點(diǎn)要求，因而需要設(shè)置一定的平行進(jìn)路，目前較多使用的是單渡線、八字渡線或交叉渡線。以一個(gè)簡單的車站模型為例，計(jì)算不同渡線布置型式下動(dòng)車組列車的走行時(shí)間差，通過查閱規(guī)范及繪制比例尺圖，確定各項(xiàng)距離參數(shù)，不同渡線布置型式的車站模型如圖2所示。18號道岔側(cè)向限速為80 km/h，12號道岔考慮到轍叉有害空間存在，側(cè)向限速取45 km/h。

假設(shè)動(dòng)車組列車減速度為0.6 m/s2，在進(jìn)站信號機(jī)處降至第一目標(biāo)速度(80 km/h或45 km/h)，其后勻速運(yùn)行，再以0.6 m/s2減速度運(yùn)行至站臺(tái)停車標(biāo)處(距離站臺(tái)盡端20 m)停車，2種布置型式下動(dòng)車組列車進(jìn)站停車距離、時(shí)間檢算結(jié)果如表2所示。

表1 單方向不同列車間隔時(shí)間對應(yīng)的高峰小時(shí)檢算列車情況Tab.1 Peak hour train in a single direction with different time intervals

圖2 不同渡線布置型式的車站模型Fig.2 Station model with different crossing layout types

表2 2種布置型式下動(dòng)車組列車進(jìn)站停車距離、時(shí)間檢算結(jié)果Tab.2 Calculation results of train parking distance and time under two types of layout

以最高初速度300 km/h為例，動(dòng)車組列車(初速度300 km/h)速度距離曲線計(jì)算如圖3所示。

圖3 動(dòng)車組列車(初速度300 km/h)速度距離曲線計(jì)算Fig.3 Calculation of speed distance curve of EMU train (initial speed 300 km/h)

由圖3可知，交叉渡線有利于縮短站坪長度，但列車進(jìn)站停車時(shí)間長短取決于列車進(jìn)站停車全程運(yùn)行的距離及速度，車站按照八字渡線型式布置比全部選用12號道岔的交叉渡線型式時(shí)，動(dòng)車組列車進(jìn)站停車所需運(yùn)行時(shí)間短。交叉渡線型式的缺點(diǎn)在于轍叉中心有菱形位置，存在有害空間，危害較多且有些危害不易被發(fā)現(xiàn)，如線間距不合、菱形延長邊的直線段內(nèi)方向偏向不良、交叉渡線道岔不在同一平面上、輪緣撞擊鈍角轍叉尖等危害[10]，動(dòng)車組列車經(jīng)過時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)踏面損傷，并且其養(yǎng)護(hù)維修標(biāo)準(zhǔn)也較高。

綜上，優(yōu)先推薦使用18號道岔的八字渡線，同時(shí)交叉渡線的使用需綜合考慮站坪長度、進(jìn)站速度、維修保養(yǎng)成本等因素。

2.4 接發(fā)列車的到發(fā)線占用時(shí)間

除了到發(fā)線數(shù)量、列車追蹤間隔時(shí)間和咽喉結(jié)構(gòu)等因素外，還有其他一些因素會(huì)影響車站接發(fā)列車能力，如接發(fā)列車的到發(fā)線占用時(shí)間等。根據(jù)現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)，單條到發(fā)線立折列車主要作業(yè)占用時(shí)間如圖4所示，動(dòng)車組列車在到發(fā)線上停留時(shí)間應(yīng)不少于12 min，仿真時(shí)立折列車到發(fā)線停留時(shí)間取值一般為18 min。

到發(fā)線占用時(shí)間對車站能力的影響主要體現(xiàn)在單位時(shí)間內(nèi)每條到發(fā)線可以接發(fā)的列車數(shù)量上，列車到發(fā)線占用時(shí)間壓縮后，每條到發(fā)線單位小時(shí)可以接入的列車數(shù)有所增加，單條到發(fā)線不同列車占用時(shí)間可以接發(fā)的列車數(shù)量如圖5所示。

圖4 單條到發(fā)線立折列車主要作業(yè)占用時(shí)間Fig.4 Main operation occupancy time of a quick turnaround train on the single receiving-departure track

圖5 單條到發(fā)線不同列車占用時(shí)間可以接發(fā)的列車數(shù)量Fig.5 Number of trains that can be delivered at different train occupancy times on a single receiving-departure track

3 各影響因素仿真分析

3.1 仿真模型設(shè)置遵循的基本原則

（1）進(jìn)出站線路按照接入方向以及進(jìn)站、出站分別設(shè)置，如**方向進(jìn)站、**方向出站。

（2）咽喉道岔進(jìn)行編號及分組，不同的進(jìn)路由不同道岔的各種組合表示。接車進(jìn)路由列車進(jìn)站方向經(jīng)過的第一組道岔至停穩(wěn)前經(jīng)過的最后一組道岔的組合來表示，發(fā)車進(jìn)路由列車出站經(jīng)過的第一組道岔至駛離車站經(jīng)過的最后一組道岔的組合來表示。

（3）出入段線參考進(jìn)出站線路設(shè)置。

（4）到發(fā)線設(shè)一個(gè)集合，按照順序進(jìn)行編號，可以按照使用頻率進(jìn)行權(quán)重設(shè)置。

（5）預(yù)設(shè)各項(xiàng)作業(yè)時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)，可根據(jù)需要更改參數(shù)。

3.2 仿真車站建模

按照6條、7條、8條到發(fā)線的數(shù)量要求，逐步增加咽喉區(qū)的道岔和渡線設(shè)置，對不同的車站設(shè)計(jì)類型進(jìn)行仿真分析，車站仿真模型不同設(shè)計(jì)方案如圖6所示。由于研究重點(diǎn)是高峰時(shí)段高鐵車站接發(fā)車作業(yè)能力，而動(dòng)車組出入段一般在早晨和晚上集中辦理，因而日間高峰時(shí)期作業(yè)仿真不考慮動(dòng)車組出入段作業(yè)。

3.3 基本參數(shù)設(shè)置

參考相關(guān)實(shí)測運(yùn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)及大中型客運(yùn)站列車作業(yè)過程仿真參數(shù)，仿真參數(shù)設(shè)置如表3所示。根據(jù)表3中各項(xiàng)參數(shù)，對6條到發(fā)線、7條到發(fā)線及8條到發(fā)線各車站設(shè)計(jì)方案進(jìn)行仿真計(jì)算。

3.4 仿真結(jié)果對比

以2 h為可循環(huán)鋪圖周期，仿真計(jì)算車站不同到發(fā)線數(shù)量按照3 min、4 min、5 min間隔時(shí)間在高峰小時(shí)可以接發(fā)的最大列車對數(shù)，不同間隔時(shí)分車站高峰小時(shí)接發(fā)車仿真對比如圖7所示。

通過仿真，可以得到以下結(jié)論：①當(dāng)列車到發(fā)間隔為3 min時(shí)，合理的到發(fā)線數(shù)量為6～7條，應(yīng)通過設(shè)置咽喉平行進(jìn)路提高車站接發(fā)車能力；②當(dāng)列車到發(fā)間隔為4 min時(shí)，合理的到發(fā)線數(shù)量為6～7條，咽喉平行進(jìn)路為3條；③當(dāng)列車到發(fā)間隔為5 min時(shí)，影響車站接發(fā)車能力的瓶頸是咽喉平行進(jìn)路；④列車到發(fā)間隔時(shí)間是影響車站接發(fā)車能力的主要因素。

圖6 車站仿真模型不同設(shè)計(jì)方案Fig.6 Different design scheme for station simulation model

表3 仿真參數(shù)設(shè)置 minTab.3 Simulation parameter settings

圖7 不同間隔時(shí)分車站高峰小時(shí)接發(fā)車仿真對比圖Fig.7 Simulation comparison of number of train receiving and departure each hour with different intervals during peak hours

綜上所述，列車到發(fā)間隔作為影響車站接發(fā)車能力的主要因素，與車站咽喉平行進(jìn)路數(shù)量之間具有一定的關(guān)聯(lián)性，其與到發(fā)線數(shù)量之間應(yīng)有合理的配比關(guān)系。

3.5 仿真結(jié)論對車站設(shè)計(jì)的建議

根據(jù)仿真結(jié)果對比，合理的到發(fā)線及咽喉平行進(jìn)路的數(shù)量與高峰期列車間隔、列車對數(shù)的匹配關(guān)系如下。

（1）3 min的列車追蹤間隔，單位小時(shí)最多能接入15對列車，需要到發(fā)線數(shù)量不少于7條，需設(shè)置平行進(jìn)路4條。從經(jīng)濟(jì)角度考慮，設(shè)置2條平行進(jìn)路的6條到發(fā)線方案(6線方案3)依然可以實(shí)現(xiàn)高峰小時(shí)接發(fā)13.5對列車。

（2）4 min的列車追蹤間隔，單位小時(shí)最多能接入11.5對列車，需要到發(fā)線數(shù)量為8條，平行進(jìn)路設(shè)置4條。從經(jīng)濟(jì)角度考慮，設(shè)置3條平行進(jìn)路的6條到發(fā)線方案(6線方案4)依然可以實(shí)現(xiàn)高峰小時(shí)接發(fā)11對列車。

（3）5 min的列車追蹤間隔，單位小時(shí)最多接發(fā)10對列車，4條平行進(jìn)路的6條到發(fā)線方案(6線方案5)即可實(shí)現(xiàn)高峰小時(shí)接發(fā)10對列車。

（4）如果沒有特殊需求，4條平行進(jìn)路的6條到發(fā)線方案(6線方案5)即可實(shí)現(xiàn)3～5 min列車追蹤間隔條件下，接發(fā)的列車對數(shù)均較優(yōu)。

4 結(jié)束語

針對盡端式車站接發(fā)車能力影響因素，結(jié)合仿真建模，計(jì)算不同車站方案高峰期最大接發(fā)列車對數(shù)，提出盡端式車站設(shè)計(jì)的首選方案，可以為設(shè)計(jì)院車站設(shè)計(jì)提供參考，提高設(shè)計(jì)效率。通過優(yōu)化到發(fā)線數(shù)量和咽喉道岔布置，還可以降低車站建設(shè)成本。目前車站全天接發(fā)車作業(yè)關(guān)鍵時(shí)段有3個(gè)，除高峰期外，還包括早上的動(dòng)車組車底出段高峰期與晚上的動(dòng)車組車底入段高峰期。在一早一晚的2個(gè)出入段高峰期時(shí)，動(dòng)車組車底出入段對咽喉能力、到發(fā)線接發(fā)車能力的影響，還需做進(jìn)一步深入研究。