基于客流需求分析的高速铁路谱系化列车产品设计

胡弼丞，聂 磊，朱 恺，梅正男

（北京交通大学 交通运输学院，北京 100044)

传统的铁路旅客运输产品从“核心产品”“形式产品”和“附加产品”3 个层次进行定义，“谱系化”定义一般存在于相对技术方面的研究。“谱系”中的“谱”有传承性的含义，“系”有系列化的含义。从纵向的时间角度来讲，某一“谱”下的列车产品，随着历次的调图，列车属性应对先前的列车有继承、保持一定的稳定性；从横向的差别角度来讲，不同“系”中的列车产品，形式层和附加层产品的属性组合应有显著的区别。铁路谱系化旅客列车产品是服务于多种需求和不同类型的旅客，同时具有旅客辨识度的旅客列车产品组合。同一谱系内各种产品应当具有类似的组成[1]，可以采用惟一的产品结构树进行管理，通过构型树实现配置管理。国外铁路由于市场竞争激烈，旅客列车有较为明确的产品谱系划分，而我国高速铁路列车起讫点多、停站模式多、停站规律性较弱、开行时刻不够规律化，不同列车在装备设施、客流组织、服务水平、票价方面区别较小，列车产品谱系化不明晰，不同层级客流与列车种类匹配关系不够明确。因此，通过分析国外铁路谱系化列车产品经验，为我国高速铁路谱系化列车产品设计提供借鉴。

1 国外铁路谱系化列车产品分析

国外很多国家采用周期性列车开行方式，每个周期时间内(通常为1 h)的列车开行数量、等级、停站和到发顺序等基本是相同的；并且普遍划分车站节点等级，对应开行停靠车站等级和次数不同的列车；国外的普速列车种类多，高速列车种类较少，一般按停靠车站的等级和数量不同分为不同层次的列车，分别服务不同节点等级间的客流。

1.1 荷兰铁路

（1）列车产品。荷兰铁路主要列车产品有高速铁路列车(国际)和普速铁路列车[2]，NS 公司是荷兰国营铁路公司，负责荷兰铁路运营。高速铁路列车包含许多跨国列车，例如连接阿姆斯特丹、布鲁塞尔和巴黎的Thalys 列车；普速铁路列车包含服务于大城市间客流的快速列车Inter City (IC)和服务于大到小城市客流的慢速列车Sprinter 等。荷兰铁路列车开行规律，而且票制灵活，提供通票等服务，同时提供租车、打车和车站停车等一般性服务和车站自行车租赁等特色服务。

（2）列车产品谱系分析。荷兰铁路列车产品谱系结构主要为：“谱”层级根据出行需求划分维度，包括高速列车和普速列车的日常出行需求；“系”层级根据停站模式划分维度；“子系”层级根据一日内开行时间划分维度。荷兰铁路列车产品的谱系划分维度如表1 所示。

表1 荷兰铁路列车产品的谱系划分维度Tab.1 Spectrum and dimensions of train products in the Netherland

1.2 德国铁路

（1）列车产品。德国铁路主要客运产品有高速列车、普速列车、国际列车和夜间列车等[3]。德国铁路列车分为长途列车、短途列车2 种体系。在长途体系中，ICE (Inter City Express)，即城际特快列车不是所有线路均有，停站主要为大站，ICE 是德国境内最快的列车，其停站一般为2 ～ 3 站；IC (Inter City)即城际列车，停站与班次比ICE 多，列车速度比ICE 稍慢；EC (Euro City)即欧洲城市列车，连接了很多欧洲的大城市。在短途体系中，有RE(Regional Express)、RB (Regional Bahn)等列车类型，还有市郊列车S-bahn，其具有城市公交的特性。

（2）列车产品谱系分析。德国铁路列车产品谱系结构主要为：“谱”层级根据出行需求划分维度，主要针对有周一到周日的每日出行、周一到周五的工作日出行、不定期时间出行等需求，以及夜间、国际出行需求，与荷兰铁路“谱”层级划分维度相比，德国铁路“谱”层级划分维度更为细致；“系”层级与荷兰相同，根据列车停站模式划分维度；“子系”层级根据列车运距范围划分维度，其中全程与区间以不同列车开行线路为准。德国铁路列车产品的谱系划分维度如表2 所示。

表2 德国铁路列车产品的谱系划分维度Tab.2 Spectrum and dimensions of train products in Germany

德国铁路列车产品开行模式相较于荷兰更加灵活，列车种类较多。发达的换乘服务在乘客无法选择最适合自己的直达列车时，可以选择其他谱系或中转，有效提供了多样的乘车方案。列车发车频率越高，周期内能够提供换乘的列车越多，大大减少了旅客的等待时间，提高了出行灵活性。由于部分高速铁路列车在普速铁路上运行，部分普速列车也在高速铁路上运行，表2 的列车产品仅为高速列车和普速列车的代表客运产品。

1.3日本铁路

（1）列车产品。日本铁路客运公司是以原日本国铁民营化改革后成立的6 家JR 客运公司为主[4]，重点以JR 东海公司新干线列车产品为日本高速列车为代表，以JR 西日本公司的梓号列车为普速列车为代表，主题列车多家JR 客运公司都有，旅游列车产品JR 西日本公司的伊豆蟹号为代表等。其中，日本特色列车产品紧密结合本国文化，如普速线上的Hello Kitty 列车与皮卡丘列车均出自日本设计师，各观光列车结合沿途风景及旅游服务，许多列车上均印有列车主题相关LOGO；针对亲子旅客的东海道新干线亲子列车等创意充满人文特色；同时，新干线可以直接通过地铁换乘，虽然票价较贵，仍然有很多旅客选择乘坐新干线列车出行。

（2）列车产品谱系分析。日本铁路列车产品谱系结构主要为：“谱”层级根据出行需求划分维度，需求针对有每日出行需求、周末出行需求、旅游季+特定时间出行等需求的旅客，与荷兰和德国“谱”层级划分维度的依据相同，和德国一样划分细致，但是又各有特色；“系”层级，大部分列车根据停站模式划分维度，还有一些列车根据开行主题或开行目的划分维度；“子系”层级根据列车运距范围划分维度，与德国相同。日本铁路列车产品的谱系划分维度如表3 所示。

表3日本铁路列车产品的谱系划分维度Tab.3 Spectrum and dimensions of train products in Japan

1.4 启示

国外铁路在设计客运产品之前就制定谱系，列车开行方案和运行图的编制与调整形成约束的做法值得借鉴。尽管我国对货运物流产品谱系化已经进行研究[5]，而由于高速铁路客流服务对象多，高速列车产品谱系规律较弱、列车之间的特征模糊。因此，需要结合不同高速铁路特征的差异性，深入研究客流特征与列车属性之间的关系，提出高速铁路列车产品谱系。例如，可以按周期模式开行的列车和按非周期模式开行的列车进行设计，而周期开行列车又可以按节点等级划分为停站规律化列车和非规律停站列车，还有服务于夜间长距离出行旅客的夜间动卧列车，服务于通勤通学客流的通勤通学列车，以及服务于旅游客流的区域旅游列车，服务跨方式出行的联程运输列车等多种类型列车等。同时，利用高速铁路不同技术类型的车底，如新型动卧、双层动车组、动力集中型动车组和灵活编组动车组等，配备相应的设备设施，设计相应的丰富服务项目和票制票价，提供高品质、多样化和个性化的综合列车服务产品。

2 我国高速铁路客流需求分析

高速铁路谱系化列车产品设计时，需要考虑起讫点、停站、列车种类和列车编组以适应不同的客流需求，而且针对客流需求进行分析是高速铁路谱系化列车产品设计的基础。

2.1 按出行目的

一般情况下，高速铁路包含的客流成分有商务流、通勤通学流、探亲流和学生流等。商务流大多往返于大城市之间，部分往返于中小城市，商务流一般承受票价水平较高，也更愿意上停站较少的列车以更快达到目的地，对出行服务质量要求高；探亲、旅游流等则在大中小城市均有往返，由于自费为主，除了少量收入较高旅客外，通常要求票价适中，有一定的舒适度；通勤通学流主要分布在大中城市之间，随着新型城镇化的发展，小城市往大中城市的通勤通学流会逐步增加，对票价经济性要求高，更希望票制灵活。高速铁路客流需求如表4 所示。

表4 高速铁路客流需求Tab.4 High speed rail passenger flow demand

2.2 按节点等级

（1）高速铁路车站节点等级划分。设计停站首先应划分车站等级，对车站所在城市节点进行等级划分，根据节点等级确定列车开行原则，是重要的求解策略之一[6]。基于我国高速铁路网中各车站的日均客流量、现有服务水平、车站规模、所在城市的行政属性和动车段所布局等相关指标，运用聚类分析将我国高速铁路网中的车站进行分级。一般车站等级包括一级节点车站(以下简称“大站”)、二级节点车站(以下简称“中站”)和三级节点车站(以下简称“小站”) 3 个等级，也可根据需要增加等级。其中，大站所在节点为省级或副省级行政中心，中站所在节点通常为地级市或者客流量较大的县级市，小站所在节点一般为县级市及其以下的行政中心。划分车站等级后，可以根据各等级节点出行旅客更好地确定客流流向。

（2）基于高速铁路OD 等级划分客流。通过确定每个OD 对起讫点的节点等级，得到OD 等级的分类。针对3 级节点系统，客流OD 有以下9 类：大站—大站、大站—中站、大站—小站、中站—大站、中站—中站、中站—小站、小站—大站、小站—中站和小站—小站客流。然后计算不同OD 类型的客流量，作为不同等级列车的开行依据。

（3）高速铁路车流匹配。研究车流匹配有利于确定每个谱系下的客流需求、不同客流层级的服务指标和各层级的划分标准，为谱系化列车产品下分析客流需求提出方法论，是高速铁路谱系化产品建模的基础。基于高速铁路OD 等级划分的客流类别，确定每类客流的车流匹配原则如下。①大站—大站客流：一般由大站车直达输送，客流较小的可由大带中列车直达输送、不具备直达条件的可由大站车中转。②中站—中站客流：一般由大带中列车直达输送，客流小的可由大中小列车直达输送、不具备直达条件的可由大带中列车中转。③小站—小站客流：一般由大中小列车输送，不具备直达条件的可由大中小列车中转。④大站—中站客流：一般由大带中列车直达输送；客流较小的可由大中小列车直达输送、不具备直达条件的可由大站、大带中列车中转。⑤大站—小站客流：尽量由大中小车列车直达输送；不具备直达条件的可由大站、大中、大中小列车中转。⑥中站—小站客流：尽量由大中小车列车直达输送、不具备直达条件的可由大站、大中、大中小列车中转。

3 我国高速铁路谱系化列车产品设计

我国高速铁路谱系化列车产品设计是向不同客流需求的旅客群体提供差异化的铁路客运产品，基于旅客自身属性和出行目的，不同类型列车对应不同的需求。根据车站节点等级划分，一般可开行大站车、大中站车、大中小站车3 类列车。此外，还有部分特殊需求的列车比如针对季节增开的旅游列车、针对夜间出行需求开行夜间车等。

3.1 高速铁路谱系化列车产品框架设计

（1）总谱模块。谱模块包含两个层级：“总层级”和“谱层级”。总层级是谱系化设计的研究对象，即为高速铁路旅客列车产品。谱层级将旅客按不同出行需求划分，然后设计相应“谱”层级列车服务一定类别的客流。按目前国内外开行高速列车种类和服务的大类旅客需求，结合“一日一图”，谱层级列车包括日常、周末、节假日等列车。

（2）总系模块。系模块可纵深式划分为“系”“子系”和“孙系”等层级，每层级对应一种或几种形式高速列车产品维度。总系模块设计的目的，是将每个谱层级对应的旅客需求进一步细分，使各系列的高速列车能更好地满足特定类型的旅客需求。总系模块中的层级依照谱层级列车特性而定。

（3）谱系化列车产品设计。以高速列车日常谱为例，其总系模块自上而下纵深扩展可设计为根据列车停站模式划分“系”层级、根据运距划分“子系”层级、根据开行规律划分“孙”系层级。形成类似日本新干线“希望号”“光号”和“回声号”系列列车，本质上为起讫点不同、停站不同的列车产品，高速铁路谱系化列车产品设计如表5 所示。

表5 高速铁路谱系化列车产品设计Tab.5 Train product lineage design of high-speed railway

3.2 京沪高速铁路谱系化列车产品设计分析

3.2.1 京沪高速铁路车站节点分级

基于京沪高速铁路车站节点分级形成停站等级和次数差别化的列车产品，车站按3 级节点划分，以某年客流为基础，得到京沪高铁23 个车站节点等级及客流占比，京沪高速铁路节点等级及客流占比如表6 所示。

表6 京沪高速铁路节点等级及客流占比Tab.6 Beijing - Shanghai line node grade and passenger flow ratio

3.2.2 列车谱系划分

根据京沪高速铁路列车开行情况分析，京沪高速铁路列车产品的谱系划分情况如表7 所示。

表7 京沪高速铁路列车产品的谱系划分情况Tab.7 Lineage of Beijing-Shanghai High-Speed Railway train products

3.2.3 客流密度分层级分析

客流密度指在一定时期内，某条线路(区段)或某铁路运输企业及全国路网平均每公里营业线上所承载的旅客周转量。选取2018年某段时间下行方向平均的客流数据，得出京沪高速铁路总区段客流密度图。京沪高速铁路总客流密度图如图1 所示。

将京沪高铁9 类OD 客流分3 个层级，得出其区段客流密度图及最大最小客流区段。

（1）第一层级。仅有大站，客流OD 为大站—大站客流。北京—天津南为最大客流密度区段，南京南—上海虹桥为最小客流密度区段。第一层级客流总密度图如图2 所示。

（2）第二层级。仅考虑大站与中等站及中等站间客流，客流OD为大站—中站、中站—大站、中站—中站客流。第二层级最大最小客流区段如表8 所示。第二层级总客流密度图如图3 所示。

图1 京沪高速铁路总客流密度图Fig.1 Total passenger flow density of Beijing-Shanghai High-Speed Railway

图2 第一层级总客流密度图Fig.2 Level 1 total passenger density map

表8 第二层级最大最小客流区段Tab.8 Level 2 maximum/minimum passenger flow section

图3 第二层级总客流密度图Fig.3 Level 2 total passenger density map

（3）第三层级。大中小站均有，客流OD 为小站—小站、大站—小站、小站—大站、中站—小站、小站—中站客流。第三层级最大最小客流区段如表9 所示。第三层级总客流密度图如图4 所示。

3.2.4 按停站的列车分类设计

分层级的车客流密度分层级分析对9 类客流OD 分3 个层级对京沪高速铁路各客流区段密度进行了分析。第一层级客流主要由大站车输送、少量由大中站车输送；第二层级客流主要由大中站车输送、少量由大中小站车输送；第三层级客流主要由大中小站车输送。大站车通常在客流区段较大的大站间开行，一般起讫点间的大站均停站，个别客流超大的起讫点间可考虑开行直达列车；大中站车一般在客流区段较大的大站间、或有始发终到技术条件的大站与中等站间开行，一般客流交换频繁的大中站车在起讫点间的大站、中站均停站，如果停站过多影响旅速，可以大站均停站、中等站择站停；大中小站车一般在客流交换频繁的大站间、或有始发终到技术条件的大站与中等站间开行，但开行距离不宜过长，有条件的应该站站停，如果停站过多影响旅速，可以大站均停站、中小站择站停。

（1）根据第一层级设计京沪高速铁路间的大站车。建议开行北京南—上海虹桥间大站均停列车及直达列车；北京南—济南西间客流相对较大，可开行北京南—济南西间大站均停列车；为保证大城市早晚客流出行，可开行少量济南西—南京南、济南西—上海虹桥、徐州东—上海虹桥、南京南—上海虹桥间的大站车。

（2）根据第二层级设计京沪高速铁路间的大中站车。图3 显示北京南往各中等站的客流明显多，建议开行北京南—上海虹桥间大中站车，如果大中站均停，停站过多、旅速偏低，建议大站均停，中站选择4～6 站停；为保证中等城市早晚客流出行，可开行少量济南西—南京南、济南西—上海虹桥、徐州东—上海虹桥、南京南—上海虹桥间的大中站车，在旅速允许情况下尽量大中站均停，也可大中站择站停。

表9 第三层级最大最小客流区段Tab.9 Level 3 maximum/minimum passenger flow section

图4 第三层级总客流密度图Fig.4 Level 3 total passenger density map

（3）根据第三层级设计京沪高铁间的大中小站车。图4 显示出第三层次客流大致可划分为3 个客流密度区段，分别为：北京南—济南西、济南西—南京南、南京南—上海虹桥，建议开行北京南—济南西、济南西—南京南、南京南—上海虹桥之间大中小站列车。其中北京南—济南西间客流密度差异较大，可择站停；济南西—南京南、南京南—上海虹桥间客流密度相对均衡，考虑站站停。鉴于北京南—枣庄、枣庄—上海虹桥间小站客流较多，如果枣庄有夜间驻留条件可考虑开行1～2 列北京南—枣庄、枣庄—上海虹桥间的大中小站车，择站停车。

4 结束语

基于京沪高速铁路列车谱系划分标准，按停站结构设计京沪高速铁路谱系化列车，可能有少量本线客流需要中转，但能保证绝大部分不同层级的旅客由相应层级的列车输送，客流总体旅速提升、列车频率提高、服务水平适应，即使中转也能保证较高频率的中转服务，从而大大提高客流的匹配效用，提升高速铁路的市场竞争力。然而，还应进一步对谱系方案提出优化，同时设计相应的服务项目和票制票价，进一步提高高速铁路谱系化列车产品的品牌效应[7]，加强高速铁路列车开行方案与客流需求匹配程度进行科学评价[8]。