高鐵車站通過能力仿真研究

李衛華 趙文強 王淑姍

摘 要 隨著我國高速鐵路的飛速發展，客流需求不斷擴大，高速鐵路車站的作業負荷也日益增加，高速鐵路通過能力特別是車站通過能力緊張的問題日益突出。通過仿真結果建議案例中的高鐵站只接發動車組列車，以提高作業效率，增大通過能力。

關鍵詞 通過能力；高鐵；車站

中圖分類號 U2 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2019）231-0109-02

1 研究背景

根據《中長期鐵路網規劃（2016調整）》，鐵路網要擴大規模，完善結構，提高質量，快速擴充運輸能力，迅速提高裝備水平，到2020年，一批重大標志性項目建成投產，鐵路網規模達到15萬千米，其中高速鐵路3萬千米，覆蓋80%以上的大城市；到2025年，鐵路網規模達到17.5萬千米左右，其中高速鐵路3.8萬公里左右。網絡覆蓋進一步擴大，路網結構更加優化，骨干作用更加顯著，更好發揮鐵路對經濟社會發展的保障作用。展望到2030年，基本實現內外互聯互通、區際多路暢通、省會高鐵連通、地市快速通達、縣域基本覆蓋[1]。

最新版的規劃在原規劃京滬高鐵、京廣高鐵等“四縱四橫”主要高鐵線路構架的基礎上，滿足發展的需要，并且根據客流情況，修建適合當地標準的高速鐵路，并且充分結合既有鐵路，打造以“八縱八橫”主通道為骨架、區域連接線銜接、城際鐵路補充的高速鐵路網[1]。做到特大城市輻射全國，省會城市輻射周邊，形成連接主要城市群以及超過50萬人口的大中型城市的高速鐵路網。

2 研究意義

由于高速鐵路車站集中的大量的車流、人流，承擔著旅客集散的任務，并且要進行各種列車作業，同時負責列車的到發和周轉。所以高速鐵路車站的通過能力成為制約高速鐵路客運服務發展的重要瓶頸，而高鐵車站通過能力則是重中之重，并且，高速鐵路車站通過能力計算方法及理論不能等同于既有鐵路，所以不能僅僅將既有鐵路的方法理念移植到高鐵車站中來，所以，如何提高高速鐵路車站通過能力，是提高鐵路客運服務質量水平，增大高速鐵路網客運能力亟待解決的問題。

3 車站通過能力研究目前存在的問題

同其他鐵路客運站通過能力一樣，高速鐵路車站通過能力主要包括到發線通過能力和咽喉區通過能力兩個部分，而咽喉區由于比較復雜，加之各種列車作業繁多，往往會成為限制高速鐵路車站通過能力的瓶頸。由于咽喉區作業的復雜性與實時動態性，以平均、估計、定性分析、套用公式等方法為主的傳統的方法必然會造成結果與現實生產之間的差距，并且模擬不夠精細，計算量大而且較為繁瑣。本文的目的在于要結合鐵路運輸組織、系統科學、仿真理論、計算機技術、圖論等相關技術理論對高速鐵路車站仿真系統進行研究，用于研究高速鐵路車站固定設備配備及通過能力等方面的問題。

4 國內外現狀研究

高速鐵路車站通過能力是指在現有的設備條件下，采用合適的技術作業過程，某車站一晝夜能夠接發各個方向的動車組的數量。車站通過能力包括到發線通過能力和咽喉通過能力[2]。近年來，為了適應高速鐵路的飛速發展，國內學者對于如何結合咽喉區和到發線的運用來計算車站通過能力提出了許多新的解決思路和方法。在建模方面、數據查定與處理方面、計算機仿真模擬方面都取得了一定的成果。

史峰等[3]認為到發線的確定取決于進路的確定，進路一旦確定，到發線必然確定，在此理論基礎上，以列車等級總權重為第一級優化目標，到發線運用效用最大化為第二優化目標，對咽喉區和到發線進行了一系列約束，建立起到發線和某一端咽喉的優化模型，采用0-1規劃，利用模擬退火法求解，隨后以某一高鐵車站咽喉區驗證了其模型和算法的合理性與實用性。

夏超[4]運用了一種新的方法，從微觀的角度，結合車站各到發線能力和咽喉區的能力，為了估計出合理的插值區間，對設備占用時間進行了詳細的分析，隨后根據此區間的取值下限和取值上限得出整個車站的總體的通過能力范圍，這相比于一般傳統的計算方法更加準確有效。

魯工圓[5]把每條到發線以及正線視為源點，用源點和道岔來表示每條進路，通過矩陣建立起進路之間的沖突關系，并通過尋找最大平行進路以及列車等級與線路等級相符合來設計算法，并通過編程開發仿真軟件來模擬接發列車過程，最終達到對列車開行方案的優化分析。

Zwaneveld等[6]把接車進路和發車進路都視為車站的設備，并且用自己的判斷方法為各個設備賦予不同的權重，然后以權重最大的設備為目標函數建立優化模型，并把該模型抽象為點包裝的0-1整數規劃問題，并利用運籌學算法求解。Gulbrodsen[7]運用了運籌學相關知識理論，借鑒其思路，對大型編組站的列車作業過程中的進路選擇問題進行了討論，建立了相關模型并進行求解。

劉源[8]構建了進路分配問題優化模型。通過劃分時間片，并設計了相關算法，而且對其進行圖形化表示，得出了動車組與到發線占用的時空約束關系。以到發線運用均衡、到發線緩沖時間均衡和旅客走行時間最短為目標函數，并運用層次分析法確定各個優化目標的權重。

鐘俊[9]研究了基于到發線作業和咽喉區相互協調配合的高速鐵路車站通過能力，并且以高速鐵路車站的運輸組織模式、車站站型、固定設備為基分析基礎，同時考慮到發線和咽喉區，使之作業相互配合，構建進路關系矩陣，建立以最大平行進路為基礎的通過能力模型。

5 仿真結果分析

本文先對案例高鐵站現有的動車組列車的運行圖進行了模擬仿真，以13：00-15：00為計算時間段，得到了案例高鐵站在實際生產中的通過列車數；接下來為了求得案例高鐵站車站的最大通過能力，通過逐漸縮小列車固定時間間隔的方法，分別仿真模擬了在固定時間間隔為5分鐘和1分鐘的情況下，車站可以接發的列車數量，由于在固定時間間隔為1分鐘的情況下，在處理仿真得到的初始作業計劃的沖突過程中，刪除了若干因車站能力限制而不能安排接發車作業的列車車次，所以最終疏解進路之后得到的車站作業計劃中的列車數量70列即為案例高鐵站在13：00-15：00兩個小時內的最大通過能力。如圖1所示，易知案例高鐵站在最大通過能力的條件下，股道利用率也不是很高，比如4G、6G、7G等股道在兩個小時內幾乎沒有被列車占用過，也就是說，在此情況下，到發線并不是案例高鐵站通過能力的限制因素，可想而知，此時的限制因素在咽喉區。

6 建議

針對本文得出的仿真結果，提出如下建議：

1）2018年年底該段相關線路的高鐵即將開通，并且會接入既有線客專，建議案例高鐵站只接發高鐵列車、城際客專和動車組列車，取消普速列車的接發車作業。這樣列車作業形式比較集中統一，作業時間基本一致，便于管理和協調，更有利于安排接發車作業，增大車站通過能力，以便更好地適應該段相關線路的高鐵接入后的高速、高密度列車流。

2）2018年年底段相關線路的高鐵接入既有線客專，勢必會對案例高鐵站進行改擴建，針對本章得出的案例高鐵站通過能力瓶頸在咽喉區的結論，建議改擴建時重點注意對咽喉區的改擴建，在技術允許的范圍內盡可能的增大兩端咽喉區的平行作業數量，增大案例高鐵站車站通過能力。

3）由仿真結果可知，切割咽喉區的作業進路極其容易和其他作業產生沖突，對咽喉區通過能力影響極大，所以，要合理安排列車作業，盡量減少切割咽喉區的列車作業。

參考文獻

[1]中國鐵路總公司.《中長期鐵路網規劃》（2016-2030）[R].北京：中國鐵路總公司，2016.

[2]楊運貴.鐵路車站能力的計算方法與查定技術研究[D].成都：西南交通大學，2010.

[3]史峰，陳彥，秦進，等.鐵路客運站到發線運用和接發車進路排列方案綜合優化[J].中國鐵道科學，2009（6）：108-113.

[4]夏超.高速鐵路車站通過能力查定及軟件開發研究[D].成都：西南交通大學，2015.

[5]魯工圓.客運專線車站作業仿真系統的研究及應用[D].成都：西南交通大學，2008.

[6]Zwaneveld P J， Ambergen H W. Routing Trains Through Railway Stations： Model Formulation and Algorithms[J]. Transportation Science，1996，30（3）：181-194.

[7]Gulbrodsen. Optimal planning of marshalling yard by operation research [J]. PROC，1963（963）：226-233.

[8]劉源.高速鐵路車站進路分配問題優化研究[D].蘭州：蘭州交通大學，2015.

[9]鐘俊.高速鐵路客運站通過能力計算方法[D].成都：西南交通大學，2012.