劉琳玥

（中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 鐵道技術(shù)研修學(xué)院，北京 100081)

列車開行模式是列車開行方案的重要內(nèi)容，決定著旅客直達(dá)或中轉(zhuǎn)換乘方式[1]。目前，我國高速鐵路網(wǎng)基本形成，呈現(xiàn)客流快速增長、通達(dá)里程長、平行線路多、旅客認(rèn)可度高等特點(diǎn)，尤其高速鐵路長距離列車[2]開行能夠滿足中長途旅客的出行需求，開行效益較好；同時(shí)結(jié)合高速鐵路列車運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)，高速鐵路長距離列車開行受到運(yùn)行圖能力、動(dòng)車組檢修等因素制約。因此，隨著高速鐵路網(wǎng)規(guī)模的進(jìn)一步增加，采用長距離直達(dá)還是采用中轉(zhuǎn)換乘列車開行模式，成為高速鐵路成網(wǎng)條件下長距離列車開行方案研究的重點(diǎn)問題。

1 高速鐵路成網(wǎng)條件下長距離列車開行模式影響因素分析

從直達(dá)或中轉(zhuǎn)客流需求、動(dòng)車組運(yùn)用與檢修、運(yùn)輸組織3個(gè)方面，分析高速鐵路成網(wǎng)條件下長距離列車開行模式的影響因素。

1.1 直達(dá)或中轉(zhuǎn)客流需求

列車開行方案編制，要以“按流開車”為原則[3]。高速鐵路成網(wǎng)條件下長距離直達(dá)列車開行需要具備一定的客流條件，即直達(dá)列車的席位利用率應(yīng)不低于一定的水平，以保證運(yùn)能充分利用和滿足鐵路運(yùn)輸企業(yè)收益。與中轉(zhuǎn)換乘模式相比，長距離直達(dá)列車能夠?yàn)槁每吞峁└涌焖?、便捷的運(yùn)輸服務(wù)，通常情況下旅客傾向于選擇直達(dá)列車出行[4]。

高速鐵路列車開行模式選擇需考慮政治、經(jīng)濟(jì)、文化等各方面因素，省會(huì)或處于路網(wǎng)交匯處的重要節(jié)點(diǎn)城市之間，通?？土髁枯^大，為充分滿足旅客出行需求，應(yīng)盡量組織開行直達(dá)列車；當(dāng)城市節(jié)點(diǎn)之間不能滿足開行直達(dá)列車的客流支撐條件時(shí)，為減少列車運(yùn)能虛糜、增加運(yùn)營收益，應(yīng)采用中轉(zhuǎn)換乘模式。

1.2 動(dòng)車組運(yùn)用與檢修

長距離列車開行模式受到動(dòng)車組運(yùn)用與檢修2個(gè)方面因素的影響。

（1）動(dòng)車組運(yùn)用。高速鐵路成網(wǎng)條件下長距離直達(dá)列車或中轉(zhuǎn)換乘模式與動(dòng)車組交路、對(duì)運(yùn)營環(huán)境的適應(yīng)性、運(yùn)用效率[5]等直接相關(guān)。①直達(dá)列車運(yùn)行距離長，通過合理的交路套跑，可節(jié)約動(dòng)車組數(shù)量、提高動(dòng)車組利用率[6]，而中轉(zhuǎn)換乘模式下動(dòng)車組交路縮短、立即折返時(shí)間增加，導(dǎo)致動(dòng)車組使用效率降低。因此，在列車開行數(shù)量一定的情況下，動(dòng)車組交路長度越接近一級(jí)檢修里程，越能節(jié)約動(dòng)車組數(shù)量。②不同類型動(dòng)車組與特定運(yùn)營環(huán)境相適應(yīng)，動(dòng)車組設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)備配置、環(huán)境適應(yīng)性等不斷加強(qiáng)，為高速鐵路成網(wǎng)條件下長距離直達(dá)列車開行創(chuàng)造了條件，如哈大高速鐵路(哈爾濱西—大連北)采用的CRH380BG型高寒動(dòng)車組在哈爾濱至上海間往返運(yùn)行。③300 km/h速度級(jí)動(dòng)車組下線到設(shè)計(jì)速度200 km/h線路運(yùn)行時(shí)，車底運(yùn)用效率降低，如某高速列車在滬漢蓉高速鐵路漢宜段按線路允許速度運(yùn)行，車底運(yùn)用效率有損失。

（2）動(dòng)車組檢修。高速鐵路成網(wǎng)條件下長距離直達(dá)列車或中轉(zhuǎn)換乘模式選擇受到動(dòng)車組檢修的制約。近年來高速動(dòng)車組列車運(yùn)行里程范圍不斷擴(kuò)大，而動(dòng)車組一級(jí)檢修修程為4 000 km[7]，即長距離列車運(yùn)行里程超過4 000 km時(shí)產(chǎn)生非配屬地檢修，會(huì)增加因異地?？繖z修帶來的修理設(shè)備、人員等成本支出。如果采用中轉(zhuǎn)換乘模式，可以避免動(dòng)車組列車因超過檢修里程帶來的檢修成本增加。

1.3 運(yùn)輸組織

長距離列車開行模式受到乘務(wù)組織、車站旅客換乘、通過能力利用等高速鐵路運(yùn)輸組織因素的影響。

（1）乘務(wù)組織。中轉(zhuǎn)換乘模式下乘務(wù)員值乘交路縮短，無需在異地公寓住宿或休息，可以有效避免乘務(wù)員超勞，并且降低了乘務(wù)管理復(fù)雜性。但是，高速鐵路實(shí)際運(yùn)營中存在較多在23 ∶ 00以后終到和6 ∶ 00前始發(fā)的短交路列車，也需要為乘務(wù)員安排公寓住宿。

（2）車站旅客換乘組織。高鐵車站便捷換乘是中轉(zhuǎn)換乘模式的基礎(chǔ)，一是要增強(qiáng)專門換乘通道、引導(dǎo)標(biāo)識(shí)、候車區(qū)及站臺(tái)等設(shè)施設(shè)備建設(shè)，二是要加強(qiáng)運(yùn)輸組織方案優(yōu)化，從換乘流線設(shè)計(jì)上避免交叉干擾，到發(fā)線運(yùn)用時(shí)盡量使換乘接續(xù)列車?？肯噜彽桨l(fā)線，并做好列車晚點(diǎn)情況下應(yīng)急處置預(yù)案，保障中轉(zhuǎn)換乘模式的實(shí)施。

（3）通過能力利用及晚點(diǎn)運(yùn)行調(diào)整。高速鐵路成網(wǎng)條件下長距離直達(dá)列車開行受到始發(fā)、終到站時(shí)間域限制，不利于能力的有效利用，容易造成運(yùn)行圖空費(fèi)，而中轉(zhuǎn)換乘模式恰好能夠有效緩解高速鐵路繁忙區(qū)段通過能力緊張狀況[8]，使運(yùn)行圖各區(qū)段能力得到充分利用。

高速鐵路長距離直達(dá)列車多數(shù)為跨線列車，難免會(huì)對(duì)經(jīng)行線路的運(yùn)行秩序產(chǎn)生影響，特別是長距離列車在能力緊張區(qū)段運(yùn)行時(shí)，列車晚點(diǎn)影響將進(jìn)一步傳播[9]。與中轉(zhuǎn)換乘模式相比，直達(dá)模式對(duì)區(qū)間運(yùn)行秩序魯棒性要求較高，即列車運(yùn)行圖編制時(shí)需要預(yù)留一定的緩沖時(shí)間，在列車晚點(diǎn)情況下，列車調(diào)度員采取有效的運(yùn)行調(diào)整措施，盡快恢復(fù)列車正常運(yùn)行秩序。但長途客流對(duì)中轉(zhuǎn)接續(xù)的要求更加嚴(yán)格，如果換乘接續(xù)列車發(fā)生晚點(diǎn)，旅客將無法實(shí)現(xiàn)接續(xù)目標(biāo)。

2 高速鐵路成網(wǎng)條件下長距離直達(dá)或中轉(zhuǎn)換乘選擇模型

2.1 前提條件

（1）OD客流歸并及乘車節(jié)點(diǎn)選取。高速鐵路直達(dá)列車輸送的客流既包括始發(fā)站與終到站之間客流，也包括任意2個(gè)站停節(jié)點(diǎn)之間的客流，但其僅在部分較大車站節(jié)點(diǎn)設(shè)置停站，對(duì)旅客來說稱為“乘車節(jié)點(diǎn)”。因此，編制列車開行方案需要按照就近歸并原則，將小節(jié)點(diǎn)的客流向乘車節(jié)點(diǎn)歸并。乘車節(jié)點(diǎn)的選取主要考慮節(jié)點(diǎn)在高速鐵路路網(wǎng)中的位置、客流密度、車站能力等因素，一般直轄市、省會(huì)等大城市應(yīng)作為乘車節(jié)點(diǎn)；地級(jí)市、縣等節(jié)點(diǎn)應(yīng)結(jié)合具體情況確定是否作為乘車節(jié)點(diǎn)；縣級(jí)以下節(jié)點(diǎn)一般不作為乘車節(jié)點(diǎn)。

（2）換乘節(jié)點(diǎn)[10]選取。在高速鐵路中轉(zhuǎn)換乘模式下，需要選取換乘節(jié)點(diǎn)。換乘節(jié)點(diǎn)的選取需要考慮客流需求、地理位置、換乘設(shè)施設(shè)備、換乘方便性等多方面因素，一般情況下選取2條以上線路相銜接的車站節(jié)點(diǎn)作為換乘節(jié)點(diǎn)，大量客流在換乘節(jié)點(diǎn)集散，不同方向客流去往換乘節(jié)點(diǎn)均具有較好的通達(dá)性。

2.2 直達(dá)或中轉(zhuǎn)換乘選擇模型

構(gòu)建直達(dá)或中轉(zhuǎn)換乘選擇模型，主要通過直達(dá)與中轉(zhuǎn)換乘模式的運(yùn)輸效益比較，確定高速鐵路成網(wǎng)條件下長距離列車開行模式。運(yùn)輸效益可以用運(yùn)輸收入和成本的差值來表示，其中運(yùn)輸成本又分為時(shí)間成本和技術(shù)成本2部分。從直達(dá)模式和中轉(zhuǎn)換乘模式的差異出發(fā)，技術(shù)成本主要包括直達(dá)模式帶來的運(yùn)行秩序干擾成本(以受晚點(diǎn)干擾旅客的時(shí)間價(jià)值總和表示)、300 km/h速度級(jí)動(dòng)車組列車下到設(shè)計(jì)速度200 km/h線路運(yùn)行時(shí)的客票損失、直達(dá)模式增加的維修成本等；時(shí)間成本主要包括中轉(zhuǎn)換乘時(shí)旅客換乘的便利性以及中轉(zhuǎn)成本，以旅客換乘時(shí)間價(jià)值、晚點(diǎn)時(shí)的等待時(shí)間價(jià)值來表示。

假設(shè)同一起訖點(diǎn)之間采用中轉(zhuǎn)換乘模式時(shí)，換乘節(jié)點(diǎn)固定且惟一；旅客在旅行全程中至多換乘1次；旅客單位公里票價(jià)率是與線路、動(dòng)車組、運(yùn)行距離等因素相關(guān)的變量；同一通道不同OD客流的換乘損失率相等。高速鐵路成網(wǎng)條件下直達(dá)模式與中轉(zhuǎn)換乘模式運(yùn)輸效益之差的計(jì)算公式為

式中：Y為直達(dá)模式與中轉(zhuǎn)換乘模式運(yùn)輸效益之差；Uz，Iz，Sz分別表示直達(dá)模式的運(yùn)輸效益、收入、技術(shù)成本；Uh，Ih，Th分別表示中轉(zhuǎn)換乘模式的運(yùn)輸效益、收入、時(shí)間成本；Rod，Roh，Rhd分別表示起點(diǎn)O與訖點(diǎn)D之間、起點(diǎn)O與換乘節(jié)點(diǎn)H之間、換乘節(jié)點(diǎn)H與迄點(diǎn)D之間的節(jié)點(diǎn)集合；Qij，Qih，Qhj，Qk，Qod分別表示任意i與j節(jié)點(diǎn)之間、i節(jié)點(diǎn)與換乘節(jié)點(diǎn)H之間、換乘節(jié)點(diǎn)H與j節(jié)點(diǎn)之間客流量、區(qū)段k的直達(dá)客流量、起訖點(diǎn)OD之間被高速鐵路直達(dá)列車輸送的客流；lij，F(xiàn)ij分別表示任意i與j節(jié)點(diǎn)之間線路長度、票價(jià)率；n表示各區(qū)段所有列車數(shù)量；ρ表示換乘損失率；e，Ae，γe，ΔTe，We分別表示因高速鐵路直達(dá)列車發(fā)生晚點(diǎn)的列車、定員、客座率、晚點(diǎn)時(shí)間、旅客時(shí)間價(jià)值；δ表示受高速鐵路直達(dá)列車影響發(fā)生晚點(diǎn)的概率，一般取0.03；lk，，，，分別表示區(qū)段k的長度、設(shè)計(jì)速度、動(dòng)車組允許速度、按設(shè)計(jì)速度運(yùn)營的票價(jià)率、實(shí)際票價(jià)率；ΔVk，ΔCk分別表示區(qū)段k允許速度與動(dòng)車組設(shè)計(jì)速度之差、區(qū)段k實(shí)際氣溫與動(dòng)車組適宜氣溫之差；φ表示單位高速鐵路直達(dá)列車比中轉(zhuǎn)換乘模式增加的維修成本；Qh，th，Wh分別表示換乘客流總量、中轉(zhuǎn)換乘時(shí)間、換乘旅客時(shí)間價(jià)值；Ph，ΔTh分別表示換乘前列車發(fā)生晚點(diǎn)的概率、接續(xù)列車的平均發(fā)車間隔；Az，γz，lod，L分別表示高速鐵路直達(dá)列車定員、盈虧平衡點(diǎn)客座率、運(yùn)行里程、動(dòng)車組一級(jí)檢修里程周期。

Y≥0時(shí)，開行長距離直達(dá)列車，否則采用中轉(zhuǎn)換乘模式，以此為基礎(chǔ)，很容易計(jì)算出直達(dá)或中轉(zhuǎn)換乘模式下列車開行數(shù)量。

表1 2020年新增高速鐵路長距離列車開行模式設(shè)計(jì)Tab.1 Operation mode design of new high-speed long-distance train in 2020

3 實(shí)例分析

以2020年新增高速鐵路長距離列車開行模式為例，研究長距離直達(dá)或中轉(zhuǎn)換乘選擇模型及求解。

結(jié)合“十三五”中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃，到2020年，我國高速鐵路里程將達(dá)到3萬km，形成以“八縱八橫”主通道為骨架、區(qū)域連接線銜接、城際鐵路補(bǔ)充的高速鐵路網(wǎng)?？紤]主要高速鐵路線路技術(shù)條件及沿線客流特征，選取武漢—包頭、上?！^、蘭州—青島等新增加的22個(gè)長距離起訖點(diǎn)，進(jìn)行高速鐵路長距離列車開行模式設(shè)計(jì)。

以2017年高速鐵路日均OD客流為基礎(chǔ)，經(jīng)客流調(diào)查，“十三五”期間高速鐵路客流增長率取20%，新線客流誘增率取50%，既有鐵路客流轉(zhuǎn)移率取25%，計(jì)算得出2020年新增高速鐵路長距離起訖點(diǎn)客流量。結(jié)合高速鐵路客流調(diào)查和長距離列車晚點(diǎn)統(tǒng)計(jì)，動(dòng)車組定員取1 000人，平均客座率取70%，旅客平均時(shí)間價(jià)值取83元/h，旅客換乘時(shí)間取20 min，列車平均晚點(diǎn)時(shí)間取15 min，列車晚點(diǎn)概率取0.2，旅客換乘損失率取9.5%[11]。北京—烏魯木齊、廣州—烏魯木齊、徐州—烏魯木齊、上海—烏魯木齊、烏魯木齊—成都、哈爾濱—深圳之間高速鐵路列車全程運(yùn)行時(shí)間達(dá)到18 h以上，超出列車到發(fā)時(shí)間域范圍，可以通過鄭州、西安、蘭州、杭州等大節(jié)點(diǎn)進(jìn)行換乘，實(shí)現(xiàn)長途旅客輸送；而其余16個(gè)長距離起訖點(diǎn)之間列車開行模式，采用模型進(jìn)行計(jì)算求解。2020年新增高速鐵路長距離列車開行模式設(shè)計(jì)如表1所示。

經(jīng)計(jì)算，新增高速鐵路長距離列車開行模式為：蘭州—青島、北京—蘭州、北京—銀川等12個(gè)起迄點(diǎn)之間開行長距離直達(dá)列車，北京—烏魯木齊、廣州—烏魯木齊、徐州—烏魯木齊等6個(gè)起迄點(diǎn)之間采用中轉(zhuǎn)換乘模式。

4 結(jié)束語

直達(dá)或中轉(zhuǎn)換乘選擇是高速鐵路成網(wǎng)條件下長距離列車開行方案設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，針對(duì)22個(gè)新增高速鐵路長距離起訖點(diǎn)之間列車直達(dá)或中轉(zhuǎn)換乘選擇的分析和計(jì)算，結(jié)果表明高速鐵路成網(wǎng)條件下長距離列車開行模式選擇是一個(gè)與旅客時(shí)間價(jià)值及便利性、動(dòng)車組檢修成本、通過能力及晚點(diǎn)運(yùn)行調(diào)整等因素相關(guān)的多約束規(guī)劃問題，可以通過構(gòu)建高速鐵路長距離直達(dá)或中轉(zhuǎn)換乘選擇模型來解決，并在此基礎(chǔ)上確定高速鐵路長距離列車開行方案，一方面能夠提升高速鐵路運(yùn)輸效益，另一方面能夠提升高速鐵路客運(yùn)產(chǎn)品供給質(zhì)量和效率，為更好滿足廣大旅客的出行需要提供有力保障。