沿江鐵路通道合武段線路分工方案研究

王勇

（中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司，湖北武漢 430063）

0 引言

長江沿線是我國經(jīng)濟發(fā)展程度較高的區(qū)域，連接長三角、長江中游和成渝三大城市群，是最具發(fā)展活力、最有發(fā)展?jié)摿Φ膮^(qū)域，也是我國主要生態(tài)廊道。2016 年，國家相繼發(fā)布《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》《長江經(jīng)濟帶發(fā)展規(guī)劃綱要》《推動長江經(jīng)濟帶沿江高鐵通道建設(shè)實施方案》《“十四五”現(xiàn)代綜合交通運輸體系發(fā)展規(guī)劃》，規(guī)劃建設(shè)沿江高鐵通道，作為“八縱八橫”高速鐵路通道和長江經(jīng)濟帶綜合立體交通走廊的重要基礎(chǔ)設(shè)施。合肥至武漢段是沿江高鐵通道的重要組成部分，通道內(nèi)形成規(guī)劃合武高鐵和既有合武線兩線高速鐵路并存格局。既有合武線設(shè)計為客貨共線鐵路、規(guī)劃為滬漢蓉雙箱通道，目前運營速度為250km/h；規(guī)劃合武高鐵速度目標值為350km/h。系統(tǒng)研究兩線運輸分工，對確定合武高鐵建設(shè)方案、實現(xiàn)通道綜合效益最大化目標有重要指導意義。

1 兩線概況

目前合肥至武漢段僅有既有合武線，設(shè)計速度250km/h，最大區(qū)段客流密度達2094 萬人/年，存在技術(shù)標準不高、不能適應研究年度客貨運輸需求、既有鐵路貨運功能未得到有效利用等問題。為此，國家規(guī)劃建設(shè)合武高鐵，合武通道內(nèi)將形成合武高鐵、既有合武線兩線并存格局。

1.1 既有合武線

既有合武線是滬漢蓉通道的重要組成部分，于2009 年開通運營，目前列車最高運營速度250km/h；全線運營長度347.5km，共設(shè)車站14 座。主要技術(shù)標準為：國鐵Ⅰ級、雙線、限坡6‰、電力牽引、到發(fā)線有效長度850m、滿足開行雙層集裝箱條件。現(xiàn)狀僅承擔客運功能，2009 年開通以來，合武線客流穩(wěn)步增長，2011 年—2014 年，最大區(qū)段客流密度年均增長19.7%；2014 年底隨著合肥南站啟用，寧蓉鐵路在合肥樞紐銜接更加順暢，客流增長迅猛，2015 年較2014 年最大區(qū)段客流密度增加62%。2015 年—2019 年，合武線客流穩(wěn)步增長，年均增長9.2%，最大區(qū)段（六安至合肥段）客流密度達2094 萬人/年，日均客車對數(shù)68對，圖定客車對數(shù)達80 對。

1.2 規(guī)劃合武高鐵

合武高鐵是《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》“八縱八橫”之一沿江通道的重要組成部分，是武漢城市圈至長三角城市群客運主通道；是長江經(jīng)濟帶綜合立體交通走廊客運骨干，加強了成渝、長江中游與長三角城市群間的聯(lián)系；形成了武漢城市圈與山東半島及京津冀東南部地區(qū)的區(qū)際高鐵通道；是武漢建設(shè)國家中心城市、合肥建設(shè)長三角副中心城市及促進中部地區(qū)崛起、加快大別山革命老區(qū)振興發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施；是一條以承擔中長途客流為主，兼顧城際客流的高速鐵路。線路東起合肥，途經(jīng)安徽省六安市、金寨縣及湖北省麻城市、紅安縣，終至武漢；設(shè)計速度350km/h，全線運營長度360.5km，共設(shè)車站9 座。主要技術(shù)標準：高速鐵路、雙線、最大坡度20‰（局部25‰）、到發(fā)線有效長度650m[1]。

2 通道客流分析

2.1 既有合武線現(xiàn)狀客流特征

既有合武線現(xiàn)狀中長途通過客流占比約65%～82%，各段略有差異。根據(jù)隨車旅客出行及意愿特征調(diào)查，在滬漢蓉鐵路現(xiàn)狀客流構(gòu)成中，以中端客流為主，占總客流50%以上；其次為對旅行時間不敏感客流，約占28%；高端商務客流僅占17%。

2.2 研究年度通道客流特征分析

研究年度合武通道中長途通過客流占比約為68%～84%，隨著高鐵網(wǎng)絡覆蓋面的擴大，居民收入的增加，旅客時間價值的提高，高端商務客流比重呈遞增趨勢，時間不敏感客流呈遞減趨勢。預測通道內(nèi)高端商務客流、中端客流、時間不敏感客流占比分別為30%、50%、20%，沿線地方客流中高端客流占比略低。通道各區(qū)段各類客流構(gòu)成如表1 所示。

表1 通道各區(qū)段各類客流構(gòu)成表 單位：萬人/年

3 兩線分工思路

通道內(nèi)部高速鐵路和既有線分工是否合理，對能否合理利用通道內(nèi)各線路通過能力，能否提高通道內(nèi)客貨運列車運行速度，以及能否改善鐵路運輸服務水平和組織水平等有較大影響。因此，應科學合理地進行通道內(nèi)部的運輸組織分工，以充分發(fā)揮通道整體的運輸能力[2]。該研究從客流特征分析入手，構(gòu)建通道運輸分工方案。采用分層獨立分析方法，從通過、沿線間及對外客流等方面進行分工設(shè)計，致力形成兩線各盡其用、優(yōu)勢互補的運輸格局，以達到通道綜合效益最大化目標。具體分工思路如下：

第一，主要由合武高鐵承擔運距較長、時間敏感的高端商務客流，以充分發(fā)揮高鐵客運骨干優(yōu)勢。

第二，主要由既有合武線承擔運距較短、時間不敏感的客流。

第三，根據(jù)兩線能力均衡、通道整體效益最大化等原則，由兩線協(xié)同承擔其余客流，并最終確定兩線的合理分工。

第四，既有線貨運設(shè)施配備齊全，應全面恢復其貨運功能。

4 兩線分工方案綜合比選

4.1 兩線分工原則

第一，兩線各盡其用、路網(wǎng)銜接匹配。充分發(fā)揮兩線各自優(yōu)勢，結(jié)合合武高鐵及既有合武線的路網(wǎng)銜接關(guān)系，保證車流順暢銜接，與路網(wǎng)不同速度等級列車協(xié)調(diào)匹配，提高整體運輸效率和質(zhì)量。

第二，優(yōu)化客流配置、實現(xiàn)最優(yōu)吸引。合武高鐵應合理承擔運距較長、對時間較敏感的商務、公務等客流；既有合武線應合理承擔運距較短、對時間不敏感的務工、就學等客流。其余客流構(gòu)建分工方案，由兩線協(xié)同承擔。兩線存在一定的錯位覆蓋，應承擔各自覆蓋地區(qū)對外客流。

第三，整體效益最大、運輸能力協(xié)調(diào)。高鐵應承擔更多沿江通道中長途客流，以強化其在綜合交通主軸的骨干地位；既有線提供較高服務頻率，以有效承擔武漢都市圈、合肥都市圈城際客流，并滿足通道貨運需求。

4.2 能力均衡性分析

該研究合武高鐵承擔10%～90%中端客流構(gòu)成的9 個方案進行比選。

研究年度行車量最大區(qū)段合武高鐵為武漢至麻城段、既有合武線為六安至合肥段，在既有合武線貨車利用“天窗”前后相對分時段開行的運輸組織方式下，各分工方案兩線行車量最大區(qū)段的能力利用情況（見表2）。

表2 兩線分工方案線路能力利用率情況表

由表2 可知，合武高鐵承擔60%中端客流時，兩線能力利用較均衡。

4.3 與既有合武鐵路現(xiàn)狀客流水平的對比

2017 年，既有合武線最大段客流密度為1766 萬人/年（六安至合肥段），其他段客流密度在1500 萬人/年左右。既有合武線武漢至麻城段、六安至合肥段各方案既有合武線客流與現(xiàn)狀對比情況如圖1所示。

圖1 各方案既有合武線客流與現(xiàn)狀對比圖（單位：萬人/年）

當合武高鐵承擔中端客流50%～80% 時，研究年度兩段客流與既有合武線現(xiàn)狀客流基本相當。

4.4 綜合效益分析

鐵路通道兩線分工是一個動態(tài)決策過程，在盡可能地擴大鐵路運輸效益的同時，還需盡量滿足不同層次旅客出行需求。在一定技術(shù)條件下，以通道預測客流密度為依據(jù)，鐵路運輸企業(yè)效益和旅客出行效益為目標，綜合效益最大化為原則，建立目標函數(shù)尋求合理的分工方案。

鐵路運輸企業(yè)效益是運營收入與運營成本的差，其中運營收入為通道各線運輸收入之和；運營成本僅指與行車量有關(guān)的可變成本支出部分[3]。旅客出行效益包括旅客收益、票價支出、時間價值等，其中旅客收益體現(xiàn)在位移上，不同方式出行產(chǎn)生的位移最終為相同值，記為0；票價支出與運營收入一致；時間價值體現(xiàn)在旅行時間上，是旅行時間的折算費用。

為平衡鐵路運輸效益和旅客出行效益，引入權(quán)重參數(shù)α（0＜α＜1），目標函數(shù)設(shè)計為：

式（1）中：Zα為權(quán)重參 數(shù) 取α 的綜合 效 益；ZK為 旅 客效益；ZT為鐵路企業(yè)效益，P 為鐵路票價收入或旅客票價支出；L 為運營成本；S 為時間價值[3]。

根據(jù)初步測算兩線分擔中端客流比重不同，客流波動有一定差異，進而導致通道客流損失和線路有關(guān)成本增加。根據(jù)上述模型，計算出合武高鐵承擔不同比例中端客流的鐵路效益、旅客效益和綜合效益曲線趨勢（見圖2）。

圖2 合武鐵路通道綜合效益分析趨勢圖

可以看出，合武高鐵承擔60%中端客流方案的鐵路效益最優(yōu)；合武高鐵承擔10%中端客流方案的旅客效益最優(yōu)；當旅客效益權(quán)重為0.55 時，合武高鐵承擔60%中端客流方案的綜合效益最優(yōu)。

5 結(jié)論

第一，在合武高鐵承擔高端客流、既有合武線承擔對旅行時間不敏感客流的前提下，從兩線能力均衡性分析，合武高鐵承擔60%中端客流時兩線能力利用均衡。

第二，從綜合效益分析，合武高鐵承擔中端客流比重在50%～70%時，雖然合武高鐵在運營初期對既有合武線客流有一定影響，但近期之后客流水平將逐步提升，兩線能力匹配性較好，綜合效益最優(yōu)。