突發事件條件下的鐵路行車組織

王 莉 秦 勇 徐 杰 賈利民

(1北京交通大學軌道交通控制與安全國家重點實驗室，北京 100044)

(2北京交通大學交通運輸學院，北京 100044)

近年來，中國鐵路基礎設施建設快速發展，并逐漸成為中長途旅客和貨物運輸的主要通道.與此同時，我國幅員遼闊，鐵路自然災害頻發，鐵路事故與鐵路公共安全事件也偶有發生，嚴重影響著鐵路運輸系統的效率，給行車組織工作帶來了巨大挑戰.由于突發事件的類型、持續時間、影響范圍等不同，需采取的行車組織原則和策略有很大區別，與之相對應的行車組織方案的優化目標、約束條件和行車組織流程也不同.目前對于行車調整的研究多集中于列車運行計劃調整的建模和優化過程，這種傳統的、計劃層調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，本文針對突發事件條件下缺少相應的行車組織理論指導的現狀，在深入分析鐵路突發事件的內涵、類型及特點的基礎上，系統地闡述了突發事件條件下的鐵路行車組織科學問題，為形成有效的行車組織方案、減少突發事件對鐵路運輸的影響奠定理論基礎.

1 鐵路突發事件

突發事件由于其特有的突發性、危害性等特點，引起了國內外學者和相關機構的廣泛關注，并從不同的角度對其內涵和外延進行了研究［1-4］.中國對于突發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事件應對法》中的定義:突發事件，是指突然發生，造成或者可能造成嚴重社會危害，需要采取應急處置措施予以應對的自然災害、事故災難、公共衛生事件和社會安全事件.鐵路突發事件作為廣義突發事件的一個子集，由于其影響對象、處置措施等不同，具有特定的性質和內涵.

定義1 鐵路突發事件

本文所述鐵路突發事件是指任何導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.下文從鐵路突發事件的持續時間、客流波動程度和能力下降程度3個屬性描述突發事件影響嚴重程度.

1)一般性鐵路突發事件

一般性鐵路突發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整即可消除的突發事件，包括導致局部線路能力損失較小、客流波動程度較小和(或者)持續時間較短的自然災害、鐵路交通事故和(或者)公共安全事件.其具有如下特點:

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

②客流波動程度較小.原有計劃中的列車能夠承擔突發事件引起的客流增量.根據文獻［5］的數據統計，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事件條件下，旅客關注的重點已經轉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.線路中的一個區段或某些區段因故采取措施，導致列車無法按圖定計劃運行，經調整后，原有計劃中的列車均能在合理的運營時間內到達終點車站，無嚴重晚點情況發生.

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

2)嚴重鐵路突發事件

嚴重鐵路突發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整得以消除的突發事件，包括導致局部線路能力損失較大、客流波動程度較小和(或者)持續時間較長的自然災害、鐵路交通事故和(或者)公共安全事件.其具有如下特點:

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

②客流波動程度較小.原有計劃中的列車能夠承擔突發事件引起的客流增量.

③線路能力損失較大.線路中的大部分區段因故采取限速措施，或者線路中一個或幾個區段發生斷路，路網結構發生部分改變，導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事件引發的客流增量，無需增開新的列車;但由于突發事件持續時間較長，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整已不能在合理的時間內實現旅客運輸任務;需采取列車迂回、列車重聯等調度策略以減少原有徑路上的列車數量.

3)惡性鐵路突發事件

惡性鐵路突發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整和行車組織計劃的相應變更以及依靠跨行業應急聯動機制才能應對的突發事件，包括導致大范圍線路能力損失嚴重、客流波動程度大和(或者)持續時間長的自然災害、鐵路交通事故和(或者)公共安全事件.其具有如下特點:

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

②客流波動程度大.原有計劃不足以承擔突發事件引起的客流增量，已經造成或將要造成大量旅客滯留.

③線路能力損失大.一個區域內多條線路的大部分區段因故采取限速措施，或者多條線路中的多個區段發生斷路，路網結構發生較大變化.

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;需依靠跨行業應急聯動，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設備(機車、車輛、線路、車站、通信、信號等)和統籌協調鐵路運輸有關專業部門(機務、車輛、工務、電務等)保證安全、準確、迅速、經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)運用計劃和乘務計劃5個層次的內容.在運力資源充足的情況下，突發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 突發事件條件下鐵路行車組織類型

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

圖1 突發事件條件下行車組織類型

2.2 一般性突發事件條件下行車組織

定義2 一般性突發事件條件下行車組織

一般性突發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)持續時間較短的條件下，對運行計劃進行調整并實施的過程.

根據定義可知，一般性突發事件條件下行車組織的主要內容就是傳統的列車運行計劃調整問題.目前，國內外很多學者對這一類問題進行了大量的研究，本文不再贅述.

2.3 嚴重突發事件條件下行車組織

定義3 嚴重突發事件條件下行車組織

嚴重突發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)持續時間較長的條件下，對開行方案及相應的運行計劃2個層面進行調整并實施的過程.根據定義可知，SETO具有嚴重突發事件的特點，與傳統的列車運行計劃調整問題有很大不同，其定位于開行方案和運行計劃調整2個層面.

2.3.1 嚴重突發事件條件下行車組織原則和策略

嚴重突發事件條件下行車組織內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整的相關原則外，還包含開行方案調整的原則，主要包含如下內容:

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，但不可提前發車.

4)重聯的列車可提前到站，但不可提前發車.

5)列車迂回時盡量選擇跨鐵路線數量較少的徑路.

6)調度策略中，根據各種策略對旅客出行造成的影響和策略實施時設備條件及技術的風險不同，列車迂回、折返的優先權最高，列車重聯次之，列車停運的優先權最低.

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先.

8)列車可提前到站，但不可提前發車.

9)大型樞紐內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，主要包含如下內容.

1)根據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.

在開行方案完成調整的情況下，對相應的列車到發時刻進行調整時可采取以下策略:

1)根據機車技術狀態、司機技術水平、列車編組情況、線路允許速度和自然環境，組織列車加速運行，減少區間運行時分，使晚點列車恢復正點運行［7］.

2)根據車站內設備布局和列車作業情況，組織車站快速作業，減少列車停站時分.

3)高等級列車可在車站或區間利用渡線越行低等級列車.

4)正點列車可在車站或區間利用渡線越行嚴重晚點列車，以減少晚點傳播.

5)變更到發線使用，以充分發揮車站接發車能力.

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 嚴重突發事件條件下行車組織優化目標和約束

嚴重突發事件條件下行車組織包含開行方案調整和運行計劃調整2個層面，故其優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的最終實現;在此基礎上，還要關注微觀層面的列車晚點時間和列車正點率.此外，嚴重突發事件條件下，線路能力損失較大、持續時間較長，大多數列車都會發生或多或少的晚點，此時追求所有列車的正點率已沒有意義，因此在運行計劃調整層面可盡量減少被嚴重晚點的列車數量和大型樞紐站的晚點時間，這與傳統的列車運行計劃調整追求的目標有很大不同.

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

2.3.3 嚴重突發事件條件下行車組織流程

相對于傳統的列車運行圖調整，SETO的流程較為復雜，如圖2所示.突發事件發生后首先判斷鐵路線路是否連通，如果發生斷路則判斷是否能夠短時間修復，然后根據修復時間的長短選擇直接調整運行計劃，或者采取列車迂回策略后調整運行計劃;如果線路連通，則根據突發事件的類型、級別及具體屬性和行車規則，對受影響的區段進行限速，然后計算線路通過能力，對能力損失極大的區段生成迂回徑路，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 嚴重突發事件條件下行車組織流程

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

2.4 惡性突發事件條件下行車組織

定義4 惡性突發事件條件下行車組織

惡性突發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)持續時間很長的條件下，調整行車組織策略并且對行車組織計劃進行相應變更并實施的過程.

根據定義可知，CETO具有嚴重突發事件的特點，由于其造成的影響十分惡劣，往往會上升至國家層面，需成立應急救援機構，調動鐵路外部資源(如當地駐軍、武裝警察部隊等)實施應急救援，減少旅客滯留，盡快恢復正常行車.

2.4.1 惡性突發事件條件下行車組織原則和策略

惡性突發事件條件下行車組織以應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容:

1)行車組織計劃的制定需在應急機構統一指揮下進行.

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，不考慮經濟成本.

惡性突發事件條件下行車組織策略包含如下內容:

1)對大型樞紐站點滯留的旅客進行疏導，提供退票服務.

2)預測客流波動趨勢，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，根據突發事件的類型和級別，延長或縮短列車運行區段.

2.4.2 惡性突發事件條件下行車組織優化目標和約束

惡性突發事件影響十分惡劣，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速度，盡快疏散滯留旅客、恢復正常行車為目標.

此外，惡性突發事件條件下行車組織涉及應急救援、客流預測、開行方案編制、運行計劃編制等多個層面的優化，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種情況將更為復雜.

2.4.3 惡性突發事件條件下行車組織流程

CETO涉及應急救援、客流預測、開行方案編制、運行計劃編制等多個層面的內容，其主要環節如圖3所示.突發事件發生后首先判斷鐵路線路是否通暢，根據限速條件和應急救援實施要求設置維修天窗，并判斷是否需要開行救援列車，然后計算路網能力，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，此時需進行突發事件下的客流預測和疏散，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，然后根據開行方案重新編制列車運行計劃，動車組運用計劃和乘務計劃.

圖3 惡性突發事件條件下行車組織流程

圖3展示了惡性突發事件條件下行車組織中的關鍵環節，各層次行車方案的制定涉及基礎設施、技術設備和突發事件的大量靜態屬性和動態屬性.正常條件下的行車組織本身就是一個非線性、多層次、循環優化的復雜問題，惡性突發事件條件下行車組織由于涉及到應急救援、應急疏散等環節，其方案和計劃的制定更為復雜，可作為該領域未來的重要研究內容.

2.5 不同類型行車組織的關系

根據上述研究，隨著突發事件影響程度的升級，其相應的行車組織內容也越來越復雜，3種不同類型突發事件條件下的行車組織之間存在相互聯系，如圖4所示.根據歷年對鐵路突發事件的統計［8］，嚴重突發事件發生的情況較為普遍，應引起相關工作者的高度重視.根據嚴重突發事件的特點及其行車組織原則和策略可知，SETO只涉及鐵路內部資源的優化，其形成的組織方案的實施相對容易;而CETO需成立跨行業應急聯動機構，涉及大量路外資源的調用以及應急救援等復雜的環節，組織方案的實施更加困難.綜上，3種不同類型突發事件條件下行車組織的研究具有密切的聯系，GETO的內容是SETO的重要組成部分，與SETO共同形成CETO的關鍵環節，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 不同類型突發事件下行車組織之間的關系

3 結語

本文首先對鐵路突發事件的內涵及特點進行了分析，在此基礎上，根據鐵路突發事件影響程度不同，將突發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、優化目標、行車組織原則、策略及組織流程.突發事件條件下行車組織由于具有多層次性、涉及對象多樣、所處環境多變等特點，很難找到一個能夠適應所有類型突發事件的標準化的統一模型和實現算法，需要針對問題特點探索新的研究方法.突發事件條件下行車組織問題的研究將從一定程度上豐富現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.

References)

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