鄒蔥聰，呂苗苗，呂紅霞，張 姣

（1.西南交通大學 交通運輸與物流學院，四川 成都 610031； 2.西南交通大學 綜合交通運輸智能化國家地方聯(lián)合工程實驗室，四川 成都 610031；3.綜合交通大數據應用技術國家工程實驗室，四川 成都610031；4.浙江省交通規(guī)劃設計研究院有限公司 軌道交通與地下工程設計研究院，浙江 杭州 310000)

我國高速鐵路網初步建成，高速鐵路線路里程長，路網復雜度高，中、長距離客流運輸以跨線運輸組織模式為主，不同速度等級列車在不同速度等級線路運行[1]。高速鐵路列車運行模式的研究包括我國鐵路運輸組織模式的內涵和影響因素[2]，“高、中速混跑”模式和全高速換乘模式的特點[3-6]，不同列車運行模式對通過能力的影響[7-8]等。何邦模[9]基于高速鐵路早期的運營條件，研究和比選京滬高速鐵路的不同列車運行模式。目前，我國高速鐵路網初步形成，新型動車組技術逐漸成熟，因而有必要分析高速鐵路列車運行模式的發(fā)展趨勢，以應對將來的發(fā)展。以京滬高速鐵路(北京南—上海虹橋)開通后的歷年運行圖數據為基礎，分析不同速度共線運行模式，以及本線與跨線列車共線運行模式的演變趨勢?；?018年底運行圖數據，對各區(qū)段通過能力和本線全程列車始發(fā)時段與停站次數的關系等現狀進行具體分析。針對現行列車運行模式存在的問題，提出“區(qū)域路網直達”結合“跨區(qū)域換乘”的運行模式是京滬高速鐵路的發(fā)展方向。

1 京滬高速鐵路列車運行模式分析

1.1 基本情況

京滬高速鐵路是我國“八縱八橫”快速鐵路網的縱向長大干線之一，2011 年開通運營，全線1 318 km，設24 個車站，設計速度380 km/h，沿途與多條線路銜接，服務輻射范圍基本覆蓋沿線各直轄市和省會，承擔了大量中、長距離客流[10]。京滬高速鐵路日均運送旅客持續(xù)增長，由2011 年的13.4 萬人次/d，到2017 年的近50 萬人次/d，年均復合增長率達到24.3%[11]。

1.2 開行列車數量

為滿足不斷增長的客流需求，京滬高速鐵路2011—2018 年列車開行總數如圖1 所示。

在成網的條件下，高速鐵路列車運行圖編制沿用了“先路網后局部，先直通后管內”的普速鐵路列車運行圖編制思路。由于受到路網條件限制，京滬高速鐵路的運輸組織模式是混合運行模式。從列車的運行速度角度看，大部分高速鐵路采用不同速度等級列車混合運行模式；從列車的運行徑路角度看，高速鐵路普遍采用本線列車與跨線列車混合運行模式。

圖1 京滬高速鐵路2011—2018 年列車開行總數Fig.1 Trains operated on Beijing-Shanghai HSR in 2011—2018

1.3 列車開行速度

不同速度等級列車共線運行的運輸組織模式，是指在高速鐵路線路上同時運行高速度等級列車和低速度等級列車。在實際運營中，上述2 種速度等級列車以G 類列車和D 類列車區(qū)分。京滬高速鐵路2011—2018 年不同速度列車開行趨勢如圖2 所示。

圖2 京滬高速鐵路2011—2018 年不同速度列車開行趨勢Fig.2 Trains operated at different speeds of Beijing-Shanghai HSR in 2011—2018

由圖2 可見，京滬高速鐵路G 類列車的比例逐年擴大(至2018 年達到99.2%)，D 類列車逐漸縮小(至2018 年不足1%)。

1.4 列車運行徑路

本線列車與跨線列車共線運行的運輸組織模式，是指在高速鐵路線路上同時運行本線高速列車和跨線高速列車。本線高速列車與跨線高速列車共線運行如圖3 所示。

圖3 本線高速列車與跨線高速列車共線運行Fig.3 Overlapping routes of main line and cross-line high-speed trains

圖3 中，A，B表示本線起終站，C，D表示跨線起終站，E，F表示跨線列車上線和下線車站。設路網車站集合{S|s= 1，2，…，m}，列車集合為{T|t= 1，2，…，n}。規(guī)定某一高速鐵路線路為本線，從起始站到終到站的車站順序集合為lben= {S1，S2，…，Si}。如果第i列車Ti的運行徑路li?lben，則稱Ti為“本線列車”。其中，li=lben時，稱Ti為“本線全程列車”；，li?lben時，稱Ti為“本線區(qū)段列車”。如果第i列車Ti的運行徑路li?lben且li∩lben≠ 0，則稱Ti為“跨線列車”。

2011—2018 年，京滬高速鐵路的跨線列車開行數量和比例不斷增加。2016 年底運行圖實行后，本線列車全部為G 類列車，線路上運行的D 類列車均為跨線列車。京滬高速鐵路2011—2018 年本線與跨線列車開行趨勢如圖4 所示。

圖4 京滬高速鐵路2011—2018 年本線與跨線列車開行趨勢Fig. 4 Main line and cross-line trains operated in 2011—2018

2 京滬高速鐵路列車開行規(guī)律和特點

2.1 本線全程列車始發(fā)時段與停站次數分布

2018 年底，京滬高速鐵路日常開行跨線列車191.5 對/d，本線列車56 對/d，其中本線全程列車42 對/d，本線區(qū)段列車14 對/d。本線區(qū)段列車的開行可以滿足節(jié)點間的客流需求，優(yōu)化了運行圖結構，提高了高速鐵路通過能力，是對本線全程列車必要的補充。10 對本線全程列車為350 km/h 高速動車組列車，其他本線列車為300 km/h 動車組列車。本線全程列車上、下行的平均停站次數均為7 次。以下行方向為例，下行方向本線全程列車的全天始發(fā)時刻與停站次數如圖5 所示。

圖5 下行方向本線全程列車的全天始發(fā)時刻與停站次數Fig.5 Departure time periods and stopping times of down direction main line trains

由圖5 可見，本線全程列車呈現出較為規(guī)律的周期性，具有以下開行規(guī)律。

（1）全天始發(fā)時段多集中在7 : 00—19 : 00，且始發(fā)時刻的分鐘數多為5 的整倍數。此外，每個小時的50 分鐘至下個小時的5 分鐘的時間范圍內應開行1 列車。

（2）整點始發(fā)的本線全程列車，其停站次數僅為1 ～ 3 次。例如，G17 僅經停南京南站，G1 僅經停南京南站和濟南西站，G9 僅經停天津南站、濟

南西站和南京南站。（3）不同停站次數列車的數量存在較大的差異，停站少的列車數量較少。

2.2 各區(qū)段列車開行密度

京滬高速鐵路2018 年底各區(qū)段列車開行密度如圖6 所示。

由圖6 可知，京滬高速鐵路區(qū)段繁忙程度不同，能力利用不均衡。具體的能力利用情況如下。

（1）各區(qū)段的能力利用不均衡。各區(qū)段列車開行基本在100 對/d 以上，限制區(qū)段為徐州東—蚌埠南，運行的列車超過150 對/d。

圖6 京滬高速鐵路2018 年底各區(qū)段列車開行密度Fig.6 Train density of the sections of Beijing-Shanghai HSR by the end of 2018

（2）各區(qū)段本線與跨線列車比例差距大?？缇€列車開行比例在各區(qū)段均大于本線列車比例，平均跨線列車比例為59.5%。其中，徐州東—蚌埠南是跨線列車比例最高的區(qū)段，跨線列車比例高達70%。

2.3 各區(qū)段上、下行列車均衡性

京滬高速鐵路2018 年底各區(qū)段上、下行列車數量如圖7 所示。由圖7 可知，在京滬高速鐵路線路中間段(濟南西—南京南)，本線的上、下行列車分布較為均衡，而在線路兩端的北京南—濟南西和南京南—上海虹橋區(qū)段，上、下行列車分布的不均衡性較為明顯。

圖7 京滬高速鐵路2018 年底各區(qū)段上、下行列車數量Fig.7 Train operated in each section of Beijing-Shanghai HSR by the end of 2018

3 京滬高速鐵路列車運行模式的發(fā)展方向

3.1 列車運行的特點

（1）列車速度差異變小，且高速度列車規(guī)模擴大。京滬高速鐵路從250 km/h 與300 km/h 列車混跑模式發(fā)展成250 km/h，300 km/h 和350 km/h 列車混跑模式?！皬团d號”動車組上線運營后，350 km/h 列車比例逐年上升，250 km/h 列車規(guī)?？s小至4 列/d。

（2）本線列車呈現周期規(guī)律。大部分整點始發(fā)的本線全程列車具有停站次數少(?？垦鼐€大站)的特點。例如，下行方向的7 : 00，9 : 00，10 : 00，12 : 00，14 : 00，15 : 00，17 : 00，18 : 00，19 : 00 開行的列車平均停站次數為2 次。該列車旅行時間短，發(fā)車時刻方便旅客記憶，滿足大城市間旅客快速出行的需要，因而吸引了主要OD 間的客流，構成京滬高速鐵路的本線核心骨架列車結構。

（3）跨線客流組織復雜?？缇€客流比例高是我國鐵路旅客運輸的重要特征，路網條件下旅客列車運行組織非常復雜。以京滬高速鐵路為例，跨線列車與本線列車開行比例從開通初期的約4 : 6 發(fā)展到2018 年底的約8 : 2。銜接線路的開通，進一步促進跨線客流需求，導致跨線開行比例進一步增加，對跨線客流組織的要求越來越高。

（4）區(qū)段通過能力緊張。高速鐵路全路網的列車運行線互相交織，具有很強的耦合關系?？缇€列車與本線列車運行線相互影響和制約，跨線列車對本線列車的開行影響顯著，導致區(qū)段能力不均衡等問題出現。例如，在徐州東—蚌埠南區(qū)段，自津秦客運專線(天津西—秦皇島)、膠濟客運專線(青島—濟南西)、鄭徐高速鐵路(鄭州東—徐州東)接入的下行跨線列車，以及自合蚌高速鐵路(合肥—蚌埠南)、滬寧城際鐵路(上海—南京)接入的上行跨線列車在該區(qū)段集中運行，導致該區(qū)段通過能力緊張，運行列車數量達到153 對/d。

3.2 高速鐵路列車運行模式發(fā)展方向

跨線列車對本線列車的開行產生很大的影響，是京滬高速鐵路當前列車運行模式的突出問題，也是我國高速鐵路普遍存在的癥結。跨線列車的運行距離較長，在多條線路上運行，與各條線路上的本線列車相互交織。為此，在列車運行圖鋪畫時，需要充分協(xié)調本線列車和跨線列車之間的關系，本線列車需要為跨線列車的順利鋪畫提供有利條件，能力損失難以避免。在實際運行中，某條線路上的列車延誤容易隨跨線列車傳播到路網的其他線路上，影響路網的運輸秩序。此外，跨線列車的上座率在不同運行區(qū)段存在不均衡現象，某些區(qū)段上座率較低，造成運輸能力浪費。為滿足旅客日益增長的出行需求和對旅行速度的追求，可以考慮控制跨線列車數量，縮短列車運行距離，提高區(qū)段通過能力的均衡性，釋放高速鐵路線路通過能力。為此，可以將全路網合理劃分為若干個區(qū)域路網，在區(qū)域路網內開行直達列車，同時組織跨區(qū)域路網換乘?！皡^(qū)域直達+跨區(qū)域換乘”列車運行模式的具體實現如下。

（1）區(qū)域路網劃分。我國路網規(guī)模龐大，線路及車站錯綜復雜。區(qū)域路網的劃分可以將整體路網劃分為若干獨立的子網，減小路網規(guī)模，降低運行圖鋪畫復雜性。為此，可以基于圖論及復雜網絡，研究我國路網結構特征，建立以車站和線路重要度為基礎的路網劃分理論。

（2）“區(qū)域路網直達”和“跨區(qū)域路網換乘”。在合理劃分路網的基礎上，在區(qū)域路網范圍內的客流可以乘坐直達列車出行，跨區(qū)域路網客流可以在區(qū)域間的銜接節(jié)點換乘直達列車，實現區(qū)域路網開行直達列車結合跨區(qū)域路網換乘的運行模式。

在這種模式下，由于路網規(guī)模龐大導致的列車運行圖編制困難可以得到一定程度的緩解，依照區(qū)域路網的劃分，全路網列車運行圖可以分解為若干個相對獨立的區(qū)域路網運行圖，將列車運行圖編制的“緊耦合問題”轉變?yōu)椤八神詈蠁栴}”，有利于鐵路部門提高適應客運市場動態(tài)需求的能力。此外，該模式可以根據各區(qū)域路網的需求情況，靈活調整運能結構，釋放能力緊張線路的通過能力，提升整體路網的運輸能力。為了使區(qū)域路網能力最大化，應根據客流需求，盡可能開行同速度等級列車，或開行速度差異較小的列車，以減小能力損失。

4 研究結論

（1）分析京滬高速鐵路不同速度列車的運能結構變化以及本線與跨線列車的開行數量和比例的變化，表明列車運營速度提高，且列車速度差異變小，同時跨線列車對本線運輸能力造成了顯著影響，導致本線各區(qū)段通過能力的不均衡。

（2）針對目前列車運行模式的現狀和問題，提出基于區(qū)域路網的“區(qū)域直達+跨區(qū)域換乘”模式是將來的發(fā)展方向。

（3）在該模式下，路網的合理劃分、區(qū)域路網列車運行圖編制優(yōu)化、換乘方案編制優(yōu)化、換乘列車運行線接續(xù)方案等問題，都是值得深入研究的問題。