既有单线铁路开行市郊列车的运输组织方案探讨——以重庆江津线为例

杨廷宇

（1.西南交通大学交通运输与物流学院，四川成都610031；2.西南交通大学交通科技协会，四川成都610031）

0 引言

市郊铁路作为城市轨道交通的重要组成部分，连接着城区、市郊及卫星城，具有运能范围大、客流里程长、客流波动大、安全环保等特征。开行在既有线上并与其他性质列车混跑是国内外众多市郊铁路采取的运输组织模式之一（如北京 S2 线）。市郊铁路通常为双线，但对于客流量不大，却又因各种因素有开行必要的区域，可利用既有单线开行市郊铁路，其运输组织方案值得探讨。

1 方法概述

本文所研究的背景是在既有单线铁路上开行市郊铁路列车，与普通新建的城市轨道交通系统相比，其特殊性体现在以下 2 个方面：

（1）约束条件不同。既有单线铁路在设施设备、通过能力等方面受到更多因素的制约，需要充分地挖掘运能、提高效率；

（2）最终目标不同。在既有单线铁路上开行的市郊铁路列车需要与其他性质列车混跑，其追求的最终目标是包含市郊列车、既有客货列车在内的系统整体最优。

由此可见，合理的组织与协调是解决问题的关键，故提出本文所阐述的方法，分为下文的 3 个步骤。

1.1 编制初始运输组织方案

市郊铁路的运输组织方案包括列车交路方案、列车编组方案、列车停站方案，此外还包括列车折返方式、列车行车计划与运营时段等。客流特性是编制初始运输组织方案的基础，其决定过程如公式（1）、（2）所示。

分时列车开行数（单线铁路一般以列为单位）：

式（1）中，ni为分时开行列车数，列；pmax为分时最大断面客流量，人；p列为列车定员数，人；β 为线路断面满载率。

分时行车间隔时间：

式（2）中，t间隔为分时行车间隔，min；Ti为给定时段时长，min；ni为分时开行列车数，列。

1.2 形成全线新行车计划

搜集既有线现有运输组织方案的相关资料，作出区间分类列车对数统计表，再将编制好的市郊铁路列车初始运输组织方案汇入其中，形成新的整体方案。受通过能力、运行区间、运行时刻等因素制约，新方案与既有方案必然存在一定矛盾，因此需要针对矛盾之处提出解决方案。解决方案往往通过改变线路硬件设施（如正线数目、最小曲线半径）或软件设施（如闭塞方式、开行模式）等方式实现。由于硬件设施成本高、建设周期长，因此通常优先考虑软件设施，当软件改造无法满足需求时再进行硬件改造，追求软硬件结合。

1.3 得出整体最终方案

系统最终目标是得出包括市郊、直通客货运、小运转等各性质列车在内的既有线整体运输组织方案。根据协同调整原则，首先在各子系统（即各种同性质的列车）内部进行调整，然后对各子系统进行综合调整，得出最终方案。

2 实例分析

根据重庆市政府于 2015 年提出的相关规划，拟利用该市铁路枢纽内的既有线路，通过技术改造开行“城市铁路”列车（即市郊铁路）。本文选取拟规划建设的重庆城市铁路江津线为研究对象，改造后的线路基本状况与相关技术标准如表 1 所示，现对其运输组织方案进行探讨。

表1 江津线相关技术标准

2.1 编制江津线初始运输组织方案

2.1.1 列车编组方案

客流、列车间隔、车辆选型、车辆运用适用性、乘客服务水平、行车组织特性都是影响列车编组方案的重要因素，其相互作用过程如图 1 所示。

图1 列车编组方案确定过程

江津线客流里程长，分时客流不均衡程度较大，有必要对编组方案进行比选。调查显示，江津线沿线居民收入水平与消费能力一般，由此可预测其对服务水平的要求相对不高；同时，由于既有成渝铁路能力有限，且还要与其他性质列车共线运行，势必导致列车发车间隔的增加；线路能力有限，必须提高车站作业效率，尤其是折返效率。基于以上 3 点因素，为保证足够的输送能力，需考虑使用满载率较高、非机辆模式的长编组列车。

在此方面，我国目前没有较为成熟的经验，可参考日本、美国及前苏联相关做法，并结合我国城市地铁相关指标进行论证。可初步确定，列车适宜采用10辆固定编组的近郊通勤型电力动车组。

初步方案确定后，还需进行车辆适用性分析。其相关指标必须满足公式（3）。经检验，该方案符合要求。

该公式是基于同一到发线上可停靠多列市郊铁路列车的情况下建立的。

式（3）中，Lyx为到发线有效长度，取 750 m；N 为到发线上停靠列车数，列；n 为列车编组数，此处为固定值；L0为每节车厢长，m，此处默认 T、M 车等长；La为安全距离，取 30 m；S 为每节车厢间的间隙，m。

综上所述，江津线应采用 10 辆固定编组的近郊通勤型电力动车组，每辆定员 310 人，允许满载率 1.36，平均满载率 1.30，单列单向输送能力 4 030 人。

2.1.2 列车交路方案

初始方案中交路的确定主要依靠客流特性。根据预测客流发现，重庆—江津直通客流较大，又因为终点站西彭站距江津较近且具有良好的折返条件，因此初步确定交路为重庆—西彭的单一交路，如图 2 所示。

2.1.3 列车折返方式

动车组在单线铁路车站办理折返作业时，过程相对简单、灵活，江津线上西彭站、重庆站都为尽头式车站，且设有城市铁路列车固定停靠的股道，折返作业方便。但对于重庆南、江津东等中间车站，在办理折返作业时需要注意与其他列车协调，以免出现进路交叉等问题，影响整体作业。在非常情况下，还可以利用成渝线上非江津线停靠的其他车站或线路所（如石场、伏牛溪等）辅助办理折返作业。

图2 初始交路设计

2.1.4 列车停站方案

城市铁路在开通初期，尽管所预测的长途直通客流较大，但为了培养沿线居民出行习惯，充分发挥城市铁路运力，照顾沿线更多居民，建议统一采用各站停车的模式。另外，由于国内在跨站停车方面没有严格意义上成功的案例，该模式为权宜之策。在运营的中远期，可根据优化思想对数据进行整理分析，采用直通、各站停车、交错停车等多种停站方案。

2.1.5 列车开行计划

根据对江津线沿线客流预测得出的分时客流断面表，结合公式（1）、（2）即可计算出初始计划中分时列车开行数及其行车密度。

由表 2 计算得出，6 ∶ 00～8 ∶ 30，下行列车 13 列，平均密度 11.5 min/列，上行列车1 列，平均密度 150 min/列。

以此类推，江津线各时段列车开行数及其开行密度如表 3 所示（其他时段各区间断面客流表略）。

根据分时列车开行计划，可计算出，江津线下行方向全日开行列车 20 列，上行方向全日开行列车 19 列；全日运营时间 15.5 h；下行方向平均密度 46.5 min/列，上行方向平均密度 48.9 min/列。

表2 江津线分时断面客流表 单位：人

表3 江津线各时段列车开行数及其开行密度

2.2 汇入全线全日行车计划

以 2015 年 7月1日调整后的沿线列车运行图为例（图3），得出各区间列车对数统计表，再将江津线的开行计划汇入其中，得到沿线初始开行计划，如表 4 所示。

图3 2015 年 7 月 1 日沿线列车运行图

在初始总体方案中，成渝线铜罐驿 32# —石场区间每日需行车98 列，负担超出预期，成为能力瓶颈，故考虑改造其硬件设施。如图 4 所示，建议在铜罐驿 32#—石场长约4.30 km 的区间内修建复线，实现市郊列车与其他列车分线运行，以减缓既有线压力。

2.3 调整优化后得出最终方案

2.3.1 市郊列车子系统协调

在完成江津线初始运输组织方案编制后，可根据公式（4）对其进行检验与优化。

表4 沿线初始开行计划 单位：列

图4 成渝线铜罐驿枢纽示意图

式（4）中，R 为调整后的方案，C 为车底周转能力，N 为线路通过能力，S 为车站硬件设施能力。

式（5）中，pf为方向不均衡系数；n0上为上行方向理论开行列车数，列；n0下为下行方向理论开行列车数，列。

江津线经行的线路均为单线，且要与其他性质列车混跑，为了在有限的条件下满足系统整体通过能力，需要“舍弃”市郊铁路初始开行方案中部分列车。“舍弃”原则可参考方向不均衡系数（其求法参考公式（5）），当 pf＞x 时，则直接不开行小客流方向列车。此处 x 取 10，根据图 5，则 6 ∶ 00～8 ∶ 30上行方向、17 ∶ 30～19 ∶ 30 下行方向将不开行市郊列车。

图5 初始开行计划

图6 调整后的开行计划

由于始发终到站重庆站能力十分有限，在研究客流特性后，建议将部分列车按一定比例改由重庆南站始发终到。同时，重庆南站至重庆站走向大致平行于重庆轨道交通 2 号线且分别属于杨家坪、渝中两大人口密集的组团，具有良好客流条件，可考虑平峰时期利用部分闲置列车在“重庆南-重庆”区间运行，形成图 7 所示的综合交路，这样既可以分担轨道交通 2 号线的压力，又可以提高车辆利用率。

图7 综合交路方案

2.3.2 既有线客、货运子系统协调

既有的客、货运是既有线运输任务的重要组成部分，也是铁路收益的主要来源。它们往往通达范围长、影响范围广，在运行径路上要跨越所研究线路的一个或多个区间。因此，协调过程中，必须充分考虑各方因素，兼顾各方利益。

货物运输因其自身工作具有的复杂性与特殊性，建议其维持基本状况。旅客运输因其计划性强，班次、交路相对固定，是协调的重点。既有的旅客列车与市郊铁路列车的矛盾主要体现在交路、运行时刻、运行方向上。结合两大子系统特征可知，市郊铁路列车需要在双峰时段（6 ∶ 00～8 ∶ 30、17 ∶ 00～19 ∶ 30）保证优先开行，普通旅客列车则需要保证车底周转与车次接续正常。

以 2015 年 7 月1日经由成渝线黄磏—重庆区段为研究对象，协调结果如表 5 所示，其手段大致为以下 3 类。

（1）基本不变。与市郊列车没有冲突，不变或仅微调。

表5 开行计划协调结果

（2）取消或变更交路。此类车或与市郊列车在功能（如停站、运行区段）上有较大重叠（如 5611/5612次），或在时刻方面存在较大矛盾且无法协调（如T257/T258 次），建议取消或变更交路。

（3）具体协调。对于使用以上 2 种方法仍然无法有效解决的车次（多数运行在市郊列车双峰时段，却又因各种因素无法调开），需要在具体时刻上协调。

2.3.3 小运转及其他子系统协调

开行小运转列车（或单机）是维持区段或枢纽作业正常必需的手段，合理安排小运转列车（或单机）与能产生直接经济效益的市郊铁路列车协调开行具有重要意义。其他包括单机、确认车、试运转列车、轨道车、路用、救援列车等，确认车、轨道车一般只在夜间天窗开行，试运转列车、路用、救援列车等不会常态化开行，因此可不考虑。对于在区段内走行的单机，可以采用“组合列车”的方法，使其与市郊列车组合开行，以节省通过能力，提高经济效益。

2.3.4 总体协调

由于线路里程不长、设站不多，通过模拟运行图的方式可以精确地表示出系统最终的开行方案。以国内已实现的单线自闭区段的追踪间隔时间（表 6）为参考依据，在运行图上首先铺画旅客列车与市郊铁路列车，然后在其间隔铺画其他货物列车（包括摘挂列车），得出最终运行图如图 8 所示。

表6 单线自闭区段的追踪间隔时间标准

图8 模拟运行图（不含货运）

3 结语

本文虽强调系统整体，但是在协同调整过程中，仍有强烈的决策偏好，即一切调整都是为了满足市郊铁路列车开行，而不是完全以互利双赢为原则进行的。其次，本文给出的方案过于理想，没有充分考虑铁路部门的收益，因此还需要进一步分析与探讨。

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