客貨分線條件下既有線列車速度合理匹配研究

馬 駟，李 原，許傳粉

(西南交通大學 交通運輸與物流學院，四川 成都 610031)

客貨分線條件下既有線列車速度合理匹配研究

馬 駟，李 原，許傳粉

(西南交通大學 交通運輸與物流學院，四川 成都 610031)

針對運能釋放后既有線運輸組織工作的變化，在運輸質量和需求特征的基礎上，分析既有線旅客列車合理的速度等級和速度匹配原則，針對不同速度等級的旅客列車進行速度合理匹配問題研究；通過對武廣線“赤壁-岳陽北”區段進行分析，得出匹配方案為：建議保留120、160 km/h這兩種速度等級的旅客列車。

交通運輸工程；速度目標值；分擔率；通過能力；速度匹配

0 引 言

高速鐵路的開通帶動了鐵路發展，釋放了既有線路運能，提出了客貨分線概念。在客貨分線條件下，既有線路上仍然保持著一定量的旅客列車，主要線路還是以客貨混跑運行，目前存在的主要問題是旅客列車速度等級混雜，直接影響到線路的通過能力和運輸效率。因此，在客貨分線條件下研究旅客列車速度匹配問題具有一定的現實意義。

國內外針對既有線運能釋放后的旅客列車速度匹配問題研究較少，主要是針對提速后旅客列車扣除系數的變化，以通過能力分析適合通過能力利用率為目標確定匹配方案。在既有線運輸組織模式方面：徐利民[1]和孫健[2]分別指出客貨分線后，鐵路既有線將會發生較大改變，通過能力在改變后將會得到較大提升；王進勇等[3]強調客運專線運輸要協調好與既有線運輸之間的關系，來達到提高能力利用率，從而增加市場競爭力。在速度目標值選擇方面，鐘晶[4]針對懷邵衡鐵路的速度目標值給出相應的方法；而劉武斌[5]針對既有線速度目標值的特征，給出廣泛適應的選定方法；支東延[6]提出在既有線客貨混跑鐵路中，客貨列車的速度目標值應處于一定的范圍內，并確定了參考范圍；張燕[7]根據旅客列車速度對鐵路運輸市場競爭力有重要影響。在列車運行圖及質量方面：楊鵬程[8]綜合列車運行圖緩沖時間理論與列車晚點傳播理論開發區間占用排隊系統，確定評價線路通過能力體系。在客貨列車速度匹配方面：馬國忠等[9]分析驗證了區間旅客列車數量比重較小時，提高旅客列車速度會較大程度改變扣除系數和通過能力，但客貨列車速度差應在合理范圍內。

在鐵路客運中，既有線客運產品定位不清晰，速度等級混雜，甚至出現動車組列車旅行時間超過普速列車旅行時間的案例。為追求企業效益最大化，在能力達到的情況下，產品合理定位勢在必行。由于旅客列車速度匹配問題涉及到旅客對客運產品選擇的問題，而旅客速度匹配也要滿足人民大眾對出行要求。在既有線中，旅客列車速度等級較多，速度等級之間差距較小，體現不出速度等級高的旅客列車優勢。在客運市場中，火車總是飽受詬病，特別是在票價一樣但速度等級不同，在市場中的反應不夠強烈，無法達到很好的效果。

1 速度目標值選定

我國廣大路網中，既有線鐵路承擔著全部的貨物運輸和大部分的旅客運輸。速度目標值是線路平、縱面設計的標準基礎和主要依據，也應符合我國國情和世界既有線鐵路速度的發展趨勢。

1.1 影響速度目標值因素

1)技術因素：線路線型、路基、橋梁、機車牽引動力、列車控制系統等。

2)經濟因素：速度等級提高產生的固定成本和速度等級提高產生的時間成本。

我國既有線上運行的旅客列車種類多，速度目標值各為不同，在同一條線路不同區段上速度目標值大相徑庭，極大制約了既有線整體的通過能力。因此，制定較好的速度目標值體系顯得尤為重要。

1.2 旅客列車速度目標值確定

筆者基于目前既有線主要干線列車運行圖進行技術資料初步分析統計，得出我國既有線旅客列車主要速度等級為120、140 km/h，所占比重最大；少量開行速度目標值為100、160 km/h的旅客列車。

在保證制動距離要求下，旅客列車速度越高，基本扣除系數則越小。但在速度和信號系統及制動效果達到一定的關系時，基本扣除系數則不會隨速度的增加而減小。客車的附加扣除系數會隨列車追蹤間隔增加而減小，并且隨列車速度差增大而增大。

筆者將既有線旅客列車速度目標值限定在：最大不超過160 km/h，最低應保證在100 km/h。

2 旅客列車速度匹配方法

鐵路旅客因自身屬性不同，會對鐵路客運產品表現出多層次的需求。目前國內鐵路運輸市場因高鐵開通后對既有線列車影響較大，調整既有線列車速度等級有著現實意義。

安全性、準時性、快速性、經濟性、便捷性和舒適性這6類因素可體現出乘客對運輸產品各方面的評價。這在6類因素中：安全性和準時性在鐵路運輸產品中是沒有差別的；而方便性和舒適性是屬于較高的需求因素；快速性和經濟性是產品的核心因素。故鐵路旅客運輸在設計產品中，應重點考慮乘客對時間和經濟因素的需求，從而達到提升產品競爭力的目的。

筆者采用多元Logit模型(MNL模型)選取特征變量后將其具體量化[10]，利用分擔率計算求解得到客流分擔率。對不同方案下的求解進行分析，從而選擇能夠較大范圍覆蓋不同層次客流的速度方案。

MNL模型具體形式如式(1)：

(1)

式中：Un為n種列車等級的效用值；s為列車等級個數；Pn為列車等級n的客流分擔率。

為保證結果差異不被擴大，可對模型進行改進，把效用值進行均化處理[11]，改進后的模型如式(2)：

(2)

所以，通過效用值可求得客流分擔率。效用值的求解需確定其特定變量以及特定變量的量化處理[12]。特定變量具有如下相關性質。

2.1 快速性

時間是主要衡量標準。筆者采用旅客旅行時間Tn作為衡量快速性指標。

2.2 經濟性

票價En是直觀的數據，它體現出旅客對于出行需求的購買欲望，可將票價作為衡量經濟性的指標。此外，不同席別間的差距較大，可分開考慮。

2.3 舒適性

鐵路運輸中，由于各等級列車的硬件不同、席別不同等因素都會影響舒適度。舒適度亦可理解為旅客在列車上的人均占有空間，人均占有空間越大，舒適性越高。

2.4 便捷性

旅客對于便捷性需求在一般情況下關注重點在于列車到發時刻的合理性。一般而言，夜間乘車或是到站下車都會影響旅客的選擇，長途列車的體現尤為明顯。夕發朝至的長途列車很受歡迎，是因為夜間時間價值相對較低，且夜間換乘不方便。

效用值可用式(3)表示：

(3)

3 旅客列車速度匹配方案

旅客列車速度匹配問題是較為復雜的問題。筆者以“赤壁—岳陽北”區段為例，采用客運分擔率法對旅客列車進行速度匹配。

旅客列車速度等級大致可分為4種：中高速為160、140 km/h，低速為120、100 km/h。旅客可選列車等級集合H為：H={160、140、120、100}。筆者將對武廣線上既有線Logit模型參數標定結果及效用形式進行分析，并預測既有線旅客列車速度對分擔率的影響。

以武漢到廣州既有線為例(在不考慮客票是否充足的條件下)，筆者列出各不同等級旅客列車各影響因素。

3.1 快速性

列車運行時間是直觀衡量旅客列車速度的指標，在此可以作為快速性的衡量指標，如表1。

表1 各速度等級列車運行時間Table 1 Train travel time of each speed level

3.2 經濟性

票價是乘客最為關注的因素，也是經濟性的直觀體現，如表2。

表2 各速度等級列車票價Table 2 Train fares of each speed level

3.3 舒適性

舒適性是現代旅客廣泛追求的服務特性之一，它包含了在旅行途中的多種服務以及列車運行的平穩度。筆者采用旅客人均占有面積作為衡量舒適性的指標。

現在運用較為普遍的旅客列車車廂是25G型客車，各種類型車輛的定員為：硬座118人；軟座72人；硬臥66人；軟臥36人。旅客列車中各個席別的人均占有面積如表3。

表3 既有線旅客列車人均占有面積Table 3 Per capita area of existing line of passenger train

舒適性使用Cn表示，人均占有面積具有一定的經濟意義，因此可用人均占有面積乘以一個常數來表示舒適性，如式(4)：

Cn=C×Sn

(4)

3.4 便捷性

列車便捷性是影響旅客選擇出行的一個重要因素，與該列車夜間運行時間有關。筆者將23:00到次日06:00設定為夜間運行時間范圍，如表4。

表4 各速度等級列車夜間運行時間Table 4 Train travel time of each speed level at night

3.5 時間價值

時間價值采用工資法計算，如式(5)、式(6)：

(5)

(6)

2013年武漢地區人均GDP為88 933元，2013年廣州地區人均GDP為120 105元，可得武漢、廣州旅客時間價值如表5。

表5 武漢、廣州兩地居民時間價值Table 5 Time value of residents in Wuhan and Guangzhou

根據調查問卷數據統計快速性、經濟性、舒適性的權重分別為：0.460 8、0.308 8、0.230 4。由于旅客列車主要是經濟活動，旅客所在意的也是經濟性，因此可將費用統一量綱，如表6。

表6武漢、廣州各個等級列車效用值

Table6UtilityvalueofeachgradetraininWuhanandGuangzhou

列車速度等級/(km·h-1)效用值/元座席臥席160234．3(硬臥)231．1(軟臥)140183．9181．1120126．1123．21002．21．6

在對變量量化后，對武廣既有線中現運行的各速度等級旅客列車進行分擔率計算，如表7。

表7 武漢—廣州各速度等級列車客流分擔率Table 7 Passenger sharing rate of Wuhan-Guangzhou passenger train with various speed levels

從上述各種客運產品的服務屬性可知，若只保留兩種速度等級的旅客列車；則應使兩種速度等級的旅客列車有顯著差異，而兩種列車的速度差為20 km/h時，不能拉開速度等級差異，存在著不能符合民眾出行需求的因素。除速度等級為100 km/h的客運產品外，其他3種速度等級的旅客列車除旅行時間不同，其他差異較小。而旅行時間則與速度、停站次數及停站時間等有關，如表8。

表8 既有線各速度等級旅客列車客流分擔率計算結果Table 8 Calculations results of passenger sharing rate of existing line of passenger trains with various speed levels

通過表8可看出：保留兩種速度等級的旅客列車，速度差在20 km/h的情況下，不能很好區別客運產品，達不到預期效果。在既有線旅客列車僅保留兩種速度等級的情況下，保留120、160 km/h這兩種速度等級的旅客列車方案，能讓通道內客流分擔率結果最為理想，盡量滿足各層次的客流需求。

4 結 語

在客貨分線背景下，筆者提出速度合理匹配問題。指出既有線速度匹配應在符合運輸能力條件的基礎上，以市場需求作為制定客運產品的導向來滿足市場需求。

筆者以京廣線上“赤壁—岳陽北”區段為研究對象，從分擔率的角度出發，選擇較好的旅客列車開行組合，針對既有線運能釋放后的運輸組織特點及新的市場目標，分析不同速度匹配方案對既有線通過能力的影響，從而得到旅客列車速度匹配方案為：旅客列車保留120、160 km/h兩種速度等級。

[1] 徐利民．我國鐵路客貨分線運輸發展研究[J]．鐵道運輸與經濟，2012，34 (11)：20-27．

XU Limin. Study on development of separated line between passenger and freight transportation in China [J].RailwayTransportandEconomy, 2012, 34(11): 20-27.

[2] 孫健．客貨分線后既有線運輸組織研究[J]．鐵道運輸與經濟，2009，31(4)：43-44．

SUN Jian. Study on transportation organization of existing line after passenger and freight distribution[J].RailwayTransportandEconomy, 2009, 31(4): 43-44.

[3] 王進勇，閆海峰，任其亮．客運專線與既有線運輸組織協調的探討[J]．鐵道運輸與經濟，2009，31(5)：27-30．

WANG Jinyong, YAN Haifeng, REN Qiliang. Discussion on coordination between passengers dedicated line and existing railway transportation organization [J].RailwayTransportandEconomy, 2009, 31(5): 27-30.

[4] 鐘晶．懷邵衡鐵路速度目標值方案比選分析[J]．交通科技，2015(3)：123-125．

ZHONG Jing. Comparison and analysis of speed target value schemes for Huai-Shao-Heng Railway[J].TransportationScience&Technology, 2015(3): 123-125.

[5] 劉武斌．既有鐵路干線提速改造速度目標值選擇[J]．鐵道標準設計，2006(9)：6-7．

LIU Wubin. Target value selection of speed improvement for existing trunk railway speed increase [J].RailwayStandardDesign, 2006(9): 6-7.

[6] 支東延．鐵路速度目標值的選擇[J]．鐵道標準設計，2005(3)：6-8．

ZHI Dongyan.Selection of speed target value of railway[J].RailwayStandardDesign, 2005(3): 6-8.

[7] 張燕．客運速度對區域市場份額的影響分析[D]．成都：西南交通大學，2008．

ZHANG Yan.AnalysisontheImpactsoftheSpeedofPassengerTraffictotheMarketShareoftheRegionalApproach[D]. Chengdu: Southwest Jiaotong University, 2008.

[8] 楊鵬程．全路通道、線路通過能力利用狀態評價研究[D]．北京：北京交通大學，2007．

YANG Pengcheng.TheResearchandEstimateontheUtilizationaboutallChannelsandLinesCapacity[D].Beijing: Beijing Jiaotong University, 2007.

[9] 馬國忠，王云．提速復線鐵路客貨列車速度差合理范圍的確定[J]．交通運輸工程與信息學報，2006，4(3)：24-29．

MA Guozhong, WANG Yun.Reasonablerangerdeterminationofspeeddifferencebetweenpassengerandfreighttrainsinspeedrisingdoubletrackrailway[J]. Journal of Transportation Engineering and Information, 2006, 4(3): 24-29.

[10] 溫旭麗，張振宇，楊濤．大城市公交分擔率測算模型構建與實證研究[J]．重慶交通大學學報(自然科學版)，2016，35(4)：127-132．

WEN Xuli, ZHANG Zhenyu, YANG Tao. Research on public transportation share rate calculation model construction and empirical [J].JournalofChongqingJiaotongUniversity(NaturalScience), 2016, 35(4): 127-132.

[11] 馬波濤，張于心，趙翠霞．運用Logit模型對高速客流分擔率的估計[J]．北方交通大學學報，2003，27(2)：66-69．

MA Botao, ZHANG Yuxin, ZHAO Cuixia. Estimation of the distributing rates of high-speed passenger flows with the Logit model [J].JournalofNorthernJiaotongUniversity, 2003, 27(2): 66-69.

[12] 馬書紅，付建川，姚志剛．基于家庭屬性和Nested Logit模型的學生出行選擇特性分析[J]．重慶交通大學學報(自然科學版)，2015， 34(4)：122-127．

MA Shuhong, FU Jianchuan, YAO Zhigang. Choice characteristics of students travel behavior based on household characteristics and nested Logit model [J].JournalofChongqingJiaotongUniversity(NaturalScience), 2015, 34(4): 122-127.

ReasonableMatchingofTrainSpeedofExistingLineofPassengerandFreightTrains

MA Si, LI Yuan, XU Chuanfen

(School of Transportation and Logistics, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, Sichuan, P.R.China)

According to the change of the transport organization of existing lines after releasing the transport capacity, the reasonable speed level and speed matching principle of existing passenger lines were analyzed on the basis of the transportation quality and demand characteristics. According to the passenger line with different speed levels, the reasonable speed matching was studied. By analyzing “Chibi-Yueyang North” section in Wuhan-Guangzhou Line, a matching scheme that the passenger lines were proposed to retain the speed levels of 120 km/h and 160 km/h was obtained.

traffic and transportation engineering; speed target value; sharing rate; carrying capacity; speed matching

10.3969/j.issn.1674-0696.2017.11.18

2015-11-25；

2016-08-17

馬 駟(1969—)，男，安徽濉溪人，副教授，博士，主要從事交通運輸規劃及管理方面的研究。E-mail: masi24@263.net。

李 原(1990—)，男，山西晉城人，碩士研究生，主要從事交通運輸規劃及管理方面的研究。E-mail: 1198996958@qq.com。

U292.4+3；O319.56

A

1674-0696(2017)11-096-04

(責任編輯：劉韜)