怀衡铁路运营合理分工与旅客列车开行方案优化设计

李 俊， 李夏苗

(1.中国铁路广州局集团有限公司， 广州 510088； 2.中南大学 交通运输工程学院， 长沙 410075)

2018年12月怀衡铁路正式开通客运运营，是湖南省境内一条东西走向的大能力运输通道，将西南、东南部间的高速铁路、普速铁路沟通联系为整体，湖南的铁路运输网络更加完善。合理确定怀衡铁路的运营分工和优化旅客列车开行方案，既有利于发挥新建铁路的经济与社会效益，也有助于提高湖南省中西部铁路网及关联线路的运输效果。

1 怀邵衡铁路概况

1.1 线路情况

该线西起焦柳线怀化西编组站，东至衡茶吉线颜家垄站，自湖南省西北部的怀化市，沿东南方向经邵阳市至衡阳市，沿途经过14个县(区)。全线共设怀化西编组站(在建)、怀化南怀邵衡场、杨村所、安江东、月溪、洞口、隆回西、隆回、邵阳西、邵阳、邵阳东、邵东、杨桥、库宗桥、西渡、松木、咸塘、长塘所、颜家垄共17个车站、2个线路所。最大站间距29.992 km(邵东～杨桥)，最小站间距9.788 km(邵阳站～邵阳东站)，平均站间距22.9 km。

怀邵衡铁路主要技术标准[1]：

1)铁路等级：电气化Ⅰ级铁路；

2)正线数目：双线；

3)设计行车速度：200 km/h；

4)机车类型：货机HXD3，客车：SS9、动车组；

5)牵引定数：4 000 t；

6)到发线有效长度：850 m(双机880 m)；

7)闭塞类型：自动闭塞。

1.2 在路网的地位与特征

怀衡铁路连通了京广、沪昆高速线和京广、渝怀、焦柳、益湛、衡柳线共7条线路，向东连接吉衡线、京九、赣瑞龙线，直达东南沿海，是连接西南地区、西北地区至东南沿海地区和珠三角地区一条快捷运输通道，也是一条重要的国土开发和旅游观光线。线路开通运营显著地提升了怀化、邵阳和衡阳三市的交通区位优势。

1.3 沿线主要地区经济社会状况

2018年，怀衡铁路沿线三市常住人口1 984.91万人，三市共完成GDP 6 341.95亿元，占湖南全省的17.4%；三次产业结构为20.5：40.8：38.6，第一产业比重较高，第二、三产业比重较低，沿线地区农业基础较好，但工业、服务业等发展相对滞后。

沿线所处湘西南地区也是江南丘陵向云贵高原的过渡地带，雪峰山脉横亘其中，丹霞和喀斯特地貌均有分布，旅游资源十分丰富，拥有众多的自然景观、人文景观和名胜古迹。2018年沿线三市共接待游客14 986.53万人次，占湖南全省接待游客总量的23.8%、旅游总收入占18.5%。

表1 怀衡铁路沿线三市2018年经济社会主要指标[2]

1.4 线路定位与基本分工

怀衡铁路是连接西南地区与珠三角及东南沿海地区的快捷铁路运输通道的重要组成部分，本线既衔接高标准的客运专线又衔接普速铁路，线路定位为客货并重的快速区域铁路干线。

线路以输送西南地区与珠三角及东南沿海间的长途跨线客流为主，其次为怀化、邵阳地区与珠三角及东南沿海间的客流。开行的客车主要为成都、重庆(其次怀化、邵阳)与广州、深圳、厦门等城市间的列车，以跨线客车为主。

2 线路合理分工与客车开行方案优化的原则与方法

线路合理分工的目的是区域路网关联线路上客流组织使得线路的效能得到充分利用、客流得到更高效用的输送，实现运营企业增加收入、旅客降低出行成本。客车开行方案优化的目的是在合理的线路分工前提下，依据客流的结构与规模，合理利用铁路运输资源组织旅客列车输送，实现客运综合效果最大化。

2.1 优化原则

从列车开行方案的内涵可知，线路分工的具体内容包含在列车开行方案之中。线路合理分工与列车开行方案优化的原则主要是[3]：

1)以铁路线路资源可用性为基本条件，旅客列车开行方案分析基于怀化枢纽联络线修建好考虑。

2)以已有旅客列车开行方案作为客流分析的基础，优化开行方案能最大化铁路客运效益。

3)旅客列车开行方案要符合客流特点，尽量提高列车开行的综合效用。

2.2 优化方法

分析可知，怀衡铁路的旅客列车开行方案优化是一个多目标问题，既要考虑铁路企业运营效益又要考虑旅客的综合效益。一般优化过程是以客流为依据、旅客列车开行条件为约束，优化开行方案。

怀衡铁路的客车开行方案可分为3部分：一是跨线列车方案(列车的始发、终到站都不在本线范围内)；二是部分跨线(简称半跨线)列车方案(列车的始发或终到站只有一个在本线范围内)；三是本线列车方案(列车的始发站或终到站都在在本线范围内)。

怀衡铁路旅客列车开行方案问题可分三个部分分析。跨线列车的方案主要是优化列车的运行路径；本线与半跨线列车的方案是分析的主要内容。

考虑到怀衡铁路旅客列车开行方案的特征，方案优化是在可能方案中选优。故此，列车开行方案优化采用帕累托选优的原理。即，以增加目标函数为导向，在不减少关联方利益的前提下设计可行且目标值最大的方案[3]。

1)优化设计目标。列车开行方案优化目标主要考虑铁路运营方和旅客方的利益。即：

MaxZ=F铁+F客

(1)

s.t. {列车开行方案可行}

式中，F铁表示铁路运营企业的利益；F客表示旅客的综合效益。

2)优化设计策略。铁路运输企业的主要效益因素：①川渝、云贵和湘西北与珠三角间的普速直通旅客径路调整，减少普速京广铁路株洲-衡阳间能力占用；同时缩短列车运行距离250 km以上。高铁旅客列车径路调整，即京广高铁长衡段的能力占用，缩短湘西至广州、深圳间列车运行距离100 km以上。②增加了湘西南、湘中与长株潭间铁路联系通道，以及湘西南与广州、深圳间铁路联系可增加旅客发送量。

旅客出行的主要效益因素：①川渝、云贵、湘西、湘中与珠三角地区间旅客出行，高速列车出行减少1 h、普速列车出行减少3 h。②湘西南、湘中地区与长株潭间、广州和深圳间联系更加方便，相对公路运输旅客出行广义费用减少。

优化设计策略。结合湖南省境内主要铁路线路的运营的实际，从提高路网总体效能的角度，怀衡铁路列车开行方案优化的策略是：①因为“长沙/株洲——衡阳”间普速铁路、高速铁路的能力释放，就可增开路网上其他的旅客列车、增加运营收入；尽可能减少通过普速京广铁路和高速京广铁路“长沙/株洲-衡阳”间的列车流，以缓解其通过能力的压力[4]。②保证不同线路区域间铁路客运直达服务网络的覆盖；客运服务网络的覆盖是客源的基础，同时也是为社会提供运输服务的公益性要求[5]。

3 近期列车开行方案优化设计

3.1 跨线列车方案优化设计

跨线旅客列车的始发终到站都不在本线上，优化设计的主要内容是径路的设计问题。现有关联旅客列车的开行情况见表2。

表2 现有关联跨线列车开行情况(2018年)

依据优化设计策略，比较分析后的调整方案建议见表2。由于赣厦间的线路条件，东南沿海与西南间的列车运行径路不做调整。川渝区域与广深汕地区普速列车转移6对，高速列车转移2对。方案效果是释放“长沙/株洲—衡阳”间普速铁路线路通过能力6对，川渝区域与广深汕间的客流节约旅行时间3小时。增加了邵阳—怀化区域与贵昆区域的直达联系，有利于增加客流量。长株潭间与川渝地区的联系频率降低了，但不影响地区间铁路客运直达联系。

3.2 半跨线列车方案优化设计

怀衡铁路开通增加了怀化、邵阳地区更便捷到达珠三角地区的径路，现有关联列车运行径路见表3。

表3 现有关联半跨线列车开行情况(2018年)

现状开行的列车方案是具有客流基础和合理运营效果，怀衡铁路开通进一步优化了湖南的区域路网结构，但关联区域诱增客流量有限。

将半跨线列车方案分为两类：一是跨省列车组织，即怀化、邵阳与珠三角地区间列车组织；二是省内跨线列车组织，即怀化、邵阳、长沙三地间列车组织。依据优化策略，跨线列车组织优化途径应是省内客流输送与省外客流输送相对独立分析。即，邵阳与珠三角间的列车主要承担邵阳地区与珠三角间的客流输送，怀化与珠三角间的列车主要承担怀化、娄底及部分湘潭地区与珠三角间的客流输送。服务吸引区人口数量是影响客流的主要因素，相关地区的常住人口情况见表4[2]。

表4 相关地区的常住人口情况(2018年)

1)跨省列车组织方案优化设计。从人口分布情况可以看出，客流的终到始发节点主要是怀化市、邵阳市，旅客列车开行的径路结构主要是：

怀化市—娄底—株洲—衡阳—珠三角

怀化市—洞口—隆回—邵阳—邵东—衡阳—珠三角

邵阳—邵东—衡阳—珠三角

既有方案的优化：根据客流与吸引区域人口数量间关系，怀化、娄底、湘潭三个地区的人口总量为1 177.64万人，其中怀化占42.3%、娄底与湘潭占57.7%。故此可推断，选择(怀化市—娄底—株洲—珠三角)路径的列车数量应占60%(考虑服务覆盖怀化部分人口)，另外40%可选择(怀化—邵阳—衡阳—珠三角)。故此，调整怀化始发/终到普速旅客列车2对中的1对进径路改由怀衡；高速列车5对中2对进径路改由怀衡。类似，邵阳始发/终到旅客列车全部改由怀衡铁路。

新增客流的解决：怀衡铁路开通使怀化市部分、洞口、隆回等地方有了便捷铁路交通条件，将增加沿线的铁路客流。服务覆盖人口在300万左右，依据类比原理，可增加1对怀化—珠三角普速列车、1～2对高速列车。

怀化、邵阳2地始发/终到列车的协调：怀化始发/终到珠三角普速列车2对、邵阳始发/终到珠三角普速列车1对，建议将邵阳始发/终到调整到怀化。根据实际运营过程中客流变化相应调整列车的开行数量。

最终的跨省列车方案优化结果如下：

怀化市—娄底—株洲—衡阳—珠三角(普速1对+高速3对)

怀化市—洞口—隆回—邵阳—邵东—衡阳—珠三角(普速2对+高速4对)

邵阳—邵东—衡阳—珠三角(高速2对)

2)省内跨线列车组织方案优化设计。旅客列车开行的径路结构是：

邵阳—娄底—株洲—长沙(既有：普速1对、高速列车7.5对)

怀化—娄底—株洲—长沙(既有：普速1对、高速列车4对))

怀化—洞口—隆回—邵阳—娄底—株洲—长沙(高速列车)

对于湖南省内跨线列车，怀衡铁路无径路优化作用，重点是新增服务区客运服务覆盖与列车始发/终到站之间的协调。

新增客流的解决：即要满足怀化—邵阳间普速客运需求与高速客运需求，依据服务覆盖人口，类比可知，怀化—邵阳间至邵阳—长沙间需要开行1对列车、高速列车2～3对提供服务覆盖。既有邵阳—长沙间的高速列车7.5对明显与服务覆盖人口不成比例，合理数量应是3～4对。

列车始发/终到间协调：依据优化策略，延长邵阳到长沙的普速列车的始发/终到站位“怀化——长沙”，解决普速客运覆盖。延伸邵阳—长沙间高速列车的始发/终到站“怀化南—长沙南”，开行7-8对。优化设计结果如下：

怀化—娄底—株洲—长沙(既有不变：普速1对、高速列车4对)

邵阳—娄底—株洲—长沙(调整：普速0对、高速列车0对)

怀化—洞口—隆回—邵阳—娄底—株洲—长沙(新增：普速列车1对、高速列车7～8对)

3.3 本线列车开行方案优化设计

客流调查分析结果表明，怀衡铁路开通后客流变化有3个基本特点：一是新增的客运需求和客运量不大；二是客流的发生/吸引的主要节点是怀化与邵阳；三是转移客运量主要来自公路运输。考虑到沿线地区的经济社会条件、旅游资源和交通条件等因素，怀衡铁路开通诱增客源主要在怀化-邵阳间。通过调查分析，预计怀邵衡间的铁路近期本线最大断面日客流量在1 500人左右。

由此，在跨线列车开行方案的基础上，结合客流状态，建议在怀化南—衡阳东之间开行动车组列车2～3对。

依据优化策略，采用类比原理，从三个层次优化怀邵衡铁路的旅客列车开行方案，优化设计的开行方案导向了{F铁+F客}最大化的效果。半跨线和本线近期的旅客列车开行方案见表5。

表5 怀衡铁路本线、半跨线旅客列车开行优化方案

4 主要结论与建议

以上述研究为基础，对怀衡铁路运行图进行了优化。2019年10月11日零时执行的列车运行图[6]，开行动车组列车20对、快速列车1对；其中，本线车2对、跨线车4对、半跨线15对。相对开通初期方案，调减怀化南到衡阳东本线车6对，增加怀化南到长沙南列车6对，体现了本线客流特征与主要流向。

4.1 优化方案主要效果

4.1.1 铁路运输企业的主要效果

1)川渝、云贵和湘西北与珠三角间的普速直通旅客有8对转移，减少普速京广铁路株洲-衡阳能力占用；同时缩短列车运行距离250 km以上。高铁旅客列车转移7对，即京广高铁长-衡段释放6对列车的能力，而且缩短湘西至广深间列车运行距离100 km以上。

2)增加了湘西南、湘中与长株潭间铁路联系通道，可增加日均旅客发送人1 500人；增加湘西南与广深间铁路联系可增加日均旅客发送人1 000人。

4.1.2 旅客出行的主要效果

1)川渝、云贵、湘西、湘中与珠三角地区间旅客出行，高速列车出行减少1个小时、普速列车出行减少3 h。

2)湘西南、湘中地区与长株潭间、广深间联系更加方便，相对公路运输旅客出行广义费用减少。

4.2 主要建议

1)优化设计方案是基于怀化站与怀化南之间的联络线建成。从分析结果可以看到，加快怀化枢纽联络线建设，将更好地发挥怀邵衡铁路的综合社会经济效果。

2)从客流增长的发展趋势来讲，一定时期内怀邵衡铁路线路通过能力的利用率还偏低；定位怀邵衡铁路“网络意义大于区域作用”，注重跨线旅客列车的组织，以提高线路的利用率，增加运营收入。

3)从运营层面试验总结，推广集中动力型动车组在客货共线铁路上的运用，解决普速客车在动车组运行线路的机车换挂问题，同时优化“客货共线快速铁路”的客货共线行车组织办法，是提高线路运用效率的、增加运营收入的必须探索课题。