京沪高速铁路列车运行模式研究

邹葱聪，吕苗苗，吕红霞，张 姣

（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 综合交通运输智能化国家地方联合工程实验室，四川 成都 610031；3.综合交通大数据应用技术国家工程实验室，四川 成都610031；4.浙江省交通规划设计研究院有限公司 轨道交通与地下工程设计研究院，浙江 杭州 310000)

我国高速铁路网初步建成，高速铁路线路里程长，路网复杂度高，中、长距离客流运输以跨线运输组织模式为主，不同速度等级列车在不同速度等级线路运行[1]。高速铁路列车运行模式的研究包括我国铁路运输组织模式的内涵和影响因素[2]，“高、中速混跑”模式和全高速换乘模式的特点[3-6]，不同列车运行模式对通过能力的影响[7-8]等。何邦模[9]基于高速铁路早期的运营条件，研究和比选京沪高速铁路的不同列车运行模式。目前，我国高速铁路网初步形成，新型动车组技术逐渐成熟，因而有必要分析高速铁路列车运行模式的发展趋势，以应对将来的发展。以京沪高速铁路(北京南—上海虹桥)开通后的历年运行图数据为基础，分析不同速度共线运行模式，以及本线与跨线列车共线运行模式的演变趋势。基于2018年底运行图数据，对各区段通过能力和本线全程列车始发时段与停站次数的关系等现状进行具体分析。针对现行列车运行模式存在的问题，提出“区域路网直达”结合“跨区域换乘”的运行模式是京沪高速铁路的发展方向。

1 京沪高速铁路列车运行模式分析

1.1 基本情况

京沪高速铁路是我国“八纵八横”快速铁路网的纵向长大干线之一，2011 年开通运营，全线1 318 km，设24 个车站，设计速度380 km/h，沿途与多条线路衔接，服务辐射范围基本覆盖沿线各直辖市和省会，承担了大量中、长距离客流[10]。京沪高速铁路日均运送旅客持续增长，由2011 年的13.4 万人次/d，到2017 年的近50 万人次/d，年均复合增长率达到24.3%[11]。

1.2 开行列车数量

为满足不断增长的客流需求，京沪高速铁路2011—2018 年列车开行总数如图1 所示。

在成网的条件下，高速铁路列车运行图编制沿用了“先路网后局部，先直通后管内”的普速铁路列车运行图编制思路。由于受到路网条件限制，京沪高速铁路的运输组织模式是混合运行模式。从列车的运行速度角度看，大部分高速铁路采用不同速度等级列车混合运行模式；从列车的运行径路角度看，高速铁路普遍采用本线列车与跨线列车混合运行模式。

图1 京沪高速铁路2011—2018 年列车开行总数Fig.1 Trains operated on Beijing-Shanghai HSR in 2011—2018

1.3 列车开行速度

不同速度等级列车共线运行的运输组织模式，是指在高速铁路线路上同时运行高速度等级列车和低速度等级列车。在实际运营中，上述2 种速度等级列车以G 类列车和D 类列车区分。京沪高速铁路2011—2018 年不同速度列车开行趋势如图2 所示。

图2 京沪高速铁路2011—2018 年不同速度列车开行趋势Fig.2 Trains operated at different speeds of Beijing-Shanghai HSR in 2011—2018

由图2 可见，京沪高速铁路G 类列车的比例逐年扩大(至2018 年达到99.2%)，D 类列车逐渐缩小(至2018 年不足1%)。

1.4 列车运行径路

本线列车与跨线列车共线运行的运输组织模式，是指在高速铁路线路上同时运行本线高速列车和跨线高速列车。本线高速列车与跨线高速列车共线运行如图3 所示。

图3 本线高速列车与跨线高速列车共线运行Fig.3 Overlapping routes of main line and cross-line high-speed trains

图3 中，A，B表示本线起终站，C，D表示跨线起终站，E，F表示跨线列车上线和下线车站。设路网车站集合{S|s= 1，2，…，m}，列车集合为{T|t= 1，2，…，n}。规定某一高速铁路线路为本线，从起始站到终到站的车站顺序集合为lben= {S1，S2，…，Si}。如果第i列车Ti的运行径路li⊆lben，则称Ti为“本线列车”。其中，li=lben时，称Ti为“本线全程列车”；，li⊂lben时，称Ti为“本线区段列车”。如果第i列车Ti的运行径路li⊈lben且li∩lben≠ 0，则称Ti为“跨线列车”。

2011—2018 年，京沪高速铁路的跨线列车开行数量和比例不断增加。2016 年底运行图实行后，本线列车全部为G 类列车，线路上运行的D 类列车均为跨线列车。京沪高速铁路2011—2018 年本线与跨线列车开行趋势如图4 所示。

图4 京沪高速铁路2011—2018 年本线与跨线列车开行趋势Fig. 4 Main line and cross-line trains operated in 2011—2018

2 京沪高速铁路列车开行规律和特点

2.1 本线全程列车始发时段与停站次数分布

2018 年底，京沪高速铁路日常开行跨线列车191.5 对/d，本线列车56 对/d，其中本线全程列车42 对/d，本线区段列车14 对/d。本线区段列车的开行可以满足节点间的客流需求，优化了运行图结构，提高了高速铁路通过能力，是对本线全程列车必要的补充。10 对本线全程列车为350 km/h 高速动车组列车，其他本线列车为300 km/h 动车组列车。本线全程列车上、下行的平均停站次数均为7 次。以下行方向为例，下行方向本线全程列车的全天始发时刻与停站次数如图5 所示。

图5 下行方向本线全程列车的全天始发时刻与停站次数Fig.5 Departure time periods and stopping times of down direction main line trains

由图5 可见，本线全程列车呈现出较为规律的周期性，具有以下开行规律。

（1）全天始发时段多集中在7 : 00—19 : 00，且始发时刻的分钟数多为5 的整倍数。此外，每个小时的50 分钟至下个小时的5 分钟的时间范围内应开行1 列车。

（2）整点始发的本线全程列车，其停站次数仅为1 ～ 3 次。例如，G17 仅经停南京南站，G1 仅经停南京南站和济南西站，G9 仅经停天津南站、济

南西站和南京南站。（3）不同停站次数列车的数量存在较大的差异，停站少的列车数量较少。

2.2 各区段列车开行密度

京沪高速铁路2018 年底各区段列车开行密度如图6 所示。

由图6 可知，京沪高速铁路区段繁忙程度不同，能力利用不均衡。具体的能力利用情况如下。

（1）各区段的能力利用不均衡。各区段列车开行基本在100 对/d 以上，限制区段为徐州东—蚌埠南，运行的列车超过150 对/d。

图6 京沪高速铁路2018 年底各区段列车开行密度Fig.6 Train density of the sections of Beijing-Shanghai HSR by the end of 2018

（2）各区段本线与跨线列车比例差距大。跨线列车开行比例在各区段均大于本线列车比例，平均跨线列车比例为59.5%。其中，徐州东—蚌埠南是跨线列车比例最高的区段，跨线列车比例高达70%。

2.3 各区段上、下行列车均衡性

京沪高速铁路2018 年底各区段上、下行列车数量如图7 所示。由图7 可知，在京沪高速铁路线路中间段(济南西—南京南)，本线的上、下行列车分布较为均衡，而在线路两端的北京南—济南西和南京南—上海虹桥区段，上、下行列车分布的不均衡性较为明显。

图7 京沪高速铁路2018 年底各区段上、下行列车数量Fig.7 Train operated in each section of Beijing-Shanghai HSR by the end of 2018

3 京沪高速铁路列车运行模式的发展方向

3.1 列车运行的特点

（1）列车速度差异变小，且高速度列车规模扩大。京沪高速铁路从250 km/h 与300 km/h 列车混跑模式发展成250 km/h，300 km/h 和350 km/h 列车混跑模式。“复兴号”动车组上线运营后，350 km/h 列车比例逐年上升，250 km/h 列车规模缩小至4 列/d。

（2）本线列车呈现周期规律。大部分整点始发的本线全程列车具有停站次数少(停靠沿线大站)的特点。例如，下行方向的7 : 00，9 : 00，10 : 00，12 : 00，14 : 00，15 : 00，17 : 00，18 : 00，19 : 00 开行的列车平均停站次数为2 次。该列车旅行时间短，发车时刻方便旅客记忆，满足大城市间旅客快速出行的需要，因而吸引了主要OD 间的客流，构成京沪高速铁路的本线核心骨架列车结构。

（3）跨线客流组织复杂。跨线客流比例高是我国铁路旅客运输的重要特征，路网条件下旅客列车运行组织非常复杂。以京沪高速铁路为例，跨线列车与本线列车开行比例从开通初期的约4 : 6 发展到2018 年底的约8 : 2。衔接线路的开通，进一步促进跨线客流需求，导致跨线开行比例进一步增加，对跨线客流组织的要求越来越高。

（4）区段通过能力紧张。高速铁路全路网的列车运行线互相交织，具有很强的耦合关系。跨线列车与本线列车运行线相互影响和制约，跨线列车对本线列车的开行影响显著，导致区段能力不均衡等问题出现。例如，在徐州东—蚌埠南区段，自津秦客运专线(天津西—秦皇岛)、胶济客运专线(青岛—济南西)、郑徐高速铁路(郑州东—徐州东)接入的下行跨线列车，以及自合蚌高速铁路(合肥—蚌埠南)、沪宁城际铁路(上海—南京)接入的上行跨线列车在该区段集中运行，导致该区段通过能力紧张，运行列车数量达到153 对/d。

3.2 高速铁路列车运行模式发展方向

跨线列车对本线列车的开行产生很大的影响，是京沪高速铁路当前列车运行模式的突出问题，也是我国高速铁路普遍存在的症结。跨线列车的运行距离较长，在多条线路上运行，与各条线路上的本线列车相互交织。为此，在列车运行图铺画时，需要充分协调本线列车和跨线列车之间的关系，本线列车需要为跨线列车的顺利铺画提供有利条件，能力损失难以避免。在实际运行中，某条线路上的列车延误容易随跨线列车传播到路网的其他线路上，影响路网的运输秩序。此外，跨线列车的上座率在不同运行区段存在不均衡现象，某些区段上座率较低，造成运输能力浪费。为满足旅客日益增长的出行需求和对旅行速度的追求，可以考虑控制跨线列车数量，缩短列车运行距离，提高区段通过能力的均衡性，释放高速铁路线路通过能力。为此，可以将全路网合理划分为若干个区域路网，在区域路网内开行直达列车，同时组织跨区域路网换乘。“区域直达+跨区域换乘”列车运行模式的具体实现如下。

（1）区域路网划分。我国路网规模庞大，线路及车站错综复杂。区域路网的划分可以将整体路网划分为若干独立的子网，减小路网规模，降低运行图铺画复杂性。为此，可以基于图论及复杂网络，研究我国路网结构特征，建立以车站和线路重要度为基础的路网划分理论。

（2）“区域路网直达”和“跨区域路网换乘”。在合理划分路网的基础上，在区域路网范围内的客流可以乘坐直达列车出行，跨区域路网客流可以在区域间的衔接节点换乘直达列车，实现区域路网开行直达列车结合跨区域路网换乘的运行模式。

在这种模式下，由于路网规模庞大导致的列车运行图编制困难可以得到一定程度的缓解，依照区域路网的划分，全路网列车运行图可以分解为若干个相对独立的区域路网运行图，将列车运行图编制的“紧耦合问题”转变为“松耦合问题”，有利于铁路部门提高适应客运市场动态需求的能力。此外，该模式可以根据各区域路网的需求情况，灵活调整运能结构，释放能力紧张线路的通过能力，提升整体路网的运输能力。为了使区域路网能力最大化，应根据客流需求，尽可能开行同速度等级列车，或开行速度差异较小的列车，以减小能力损失。

4 研究结论

（1）分析京沪高速铁路不同速度列车的运能结构变化以及本线与跨线列车的开行数量和比例的变化，表明列车运营速度提高，且列车速度差异变小，同时跨线列车对本线运输能力造成了显著影响，导致本线各区段通过能力的不均衡。

（2）针对目前列车运行模式的现状和问题，提出基于区域路网的“区域直达+跨区域换乘”模式是将来的发展方向。

（3）在该模式下，路网的合理划分、区域路网列车运行图编制优化、换乘方案编制优化、换乘列车运行线接续方案等问题，都是值得深入研究的问题。