高铁夕发朝至列车周期化等线时间研究

任 冲，于 丽

高铁夕发朝至列车周期化等线时间研究

任 冲1，于 丽2

（1. 中铁二院工程集团有限责任公司，交通与城市规划设计研究院，成都 610031；2. 成都交通高级技工学校，成都 610057）

周期化等线模式可以在一定程度上实现高铁夕发朝至列车开行与天窗开设之间的协调。它在高铁夕发朝至列车运营组织中，具有开行数量多、等线时间短、开行距离长、可日常化开行的特点。论文分析发现列车数量、车站分布、到发线数量、天窗设置形式、等线方案等是影响周期化等线模式的主要因素。通过对等线时间与等线车站、天窗开设、区间运行时间关系的深入研究，推导得出了周期化等线模式下，等线作业时间区域、等线列车到达时间范围、等线模式适用条件、等线时间范围等重要时间约束对等线列车的确定、等线车站的选取、等线天窗的设置等均起到决定作用。研究结论可以为高铁夕发朝至列车周期化等线模式的采用和设置提供参考。

高铁夕发朝至列车；周期化等线模式；等线时间；等线天窗；等线车站

0 引 言

随着高速铁路的不断延伸和发展，高铁夕发朝至列车由于其夜间出行、上车休息、下车办公的特性受到广大旅客的青睐。高铁夕发朝至列车为当日19:00~23:00始发、次日6:00~10:00终到，总在途时间7~15 h的高速动车组列车[1]。目前，我国开行的高铁夕发朝至列车，采用以7 d为周期，在列车开行日开设3 h的检修天窗，部分困难区间仅开设2 h的检查天窗，在停运日开设4 h的综合维修天窗的组织方式。它既影响了综合维修总时长，更无法实现高铁夕发朝至列车的日常化开行。

如何解决高铁夕发朝至列车夜间行车需求与高速铁路综合维修作业之间的矛盾，是目前学者们较为关注的问题。孙捷萍[2]在满足安全的前提下，以旅行时间最佳为目标，建模求解了高铁夕发朝至列车在等线模式和转线模式下的最优开行方案，但是并未考虑综合维修作业。张天伟[3-5]基于矩形天窗，分别研究了不同开行距离下，等线、下线、下线—上线模式的适用性，得出了等线模式适用于长距离列车开行的结论。聂磊[6]以矩形天窗位置最佳为目标，研究了天窗开设与夜间行车的相互影响关系，提出了“等线模式”需要在等线时间较短时才能被旅客接受，但并未深入研究等线时间的范围与影响因素。彭其渊[7]研究了不同天窗开设时长下，本线和跨线列车的合理开行距离范围。陶思宇[8]基于2 h的检查天窗，研究了分段矩形天窗在不同分段数下可开行的列车对数。于丽[1]基于周期化等线模式，以等线时间最短为目标，求解了天窗开设与列车开行的协调优化方案。李凯[9]研究了分段垂直矩形天窗的布置形式对列车运行带来的影响。李博[10]以旅行时间最佳为目标，研究了等天窗模式、周期化天窗模式下的列车开行方案。大部分研究都是在保证旅行时间最佳、天窗开设时间满足要求的前提下，直接对等线模式和周期化天窗设置方法进行研究，并未对等线时间的影响因素和等线时间范围等问题进行深入分析和研究。本文在周期化等线模式的基础上，推导等线时间范围，并分析其与天窗设置、等线车站、区间运行时分的关系。

1 高铁夕发朝至列车周期化等线模式

高铁夕发朝至列车的开行，必然会与天窗开设之间产生矛盾，为了在一定程度上实现二者之间的协调，引入“周期化等线模式”的概念。周期化等线模式是指在一个周期内，通过延长或缩短列车运行线，周期性更换高铁夕发朝至列车的等线车站，列车在等线车站等待相邻区段的分段垂直矩形天窗结束后，再继续运行至终到站的天窗开设模式与列车开行模式[1]。可以看出，此模式突破了传统周期化天窗、分段垂直矩形天窗、等线模式的固有形式，实现了天窗开设模式与列车开行模式的结合。为便于分析和叙述，将该天窗设置形式称为周期化等线天窗，列车从到达等线车站时起至离开等线车站时止的时间称为周期化等线时间[1]。

图1 周期化等线车站示意图

2 周期化等线模式的特点和影响因素

2.1 周期化等线模式的特点

（1）周期化等线模式下，高铁夕发朝至列车在周期内，每天在不同车站进行等线；而传统等线模式下，列车每天都在同一个车站进行等线。周期化等线模式在周期内由不同的车站共同分担等线工作量，但是要求各车站必须具备一定的到发线数量以满足等线需求。

（2）虽然等线车站及其所在供电区段不开设综合维修天窗，但采用周期性更换等线车站的方式，可以使所有车站和区段都能满足综合维修作业总时长的要求。而传统的周期性天窗总综合维修作业时长无法满足日常维修养护的需要。

（3）周期化等线模式可以实现高铁夕发朝至列车的日常化开行，而传统等线模式无法实现日常化开行。

（4）周期化等线模式可以实现高铁夕发朝至列车的网络化开行，而传统的等线模式无法实现跨线运行。

（5）周期化等线模式可以灵活协调安排列车的等线车站，有效缩短等线时间。而传统等线模式下，列车的等线时间一般都大于天窗开设时长。

（6）周期化等线模式下，高铁夕发朝至列车的合理开行距离更长。而传统的等线模式受等线时间限制，合理开行距离较短。

因此，周期化等线模式可以有效降低等线车站的运营组织难度，缩短列车等线时间，提升列车开行数量，增加列车开行距离，实现高铁夕发朝至列车的日常化和网络化开行[1]。

2.2 等线影响因素

（1）列车数量是影响列车等线车站确定的重要因素。在同一车站等线的列车数量受车站到发线数量限制，需要等线的列车数量越多，对车站到发线数量的要求就越高。同时，列车数量的增加也会导致等线时间的增加。

（2）周期内，高铁夕发朝至列车在天窗开设时间段内途经的车站，都是等线车站的候选集。若天窗开设时间段内，区间距离较大、车站数量较少，可供等线的车站数量就较少；反之，可供等线的车站数量就较多。

（3）列车等线车站相邻天窗的开设时间段，限制了列车的等线时间。天窗的设置形式，决定了列车是否可以实现等线，更决定了周期化等线时间的大小。

（4）天窗周期越长，等线车站的数量要求越多，对天窗开设时间段内的车站布局要求也越高；反之，对等线车站的数量要求较少，降低了车站布局的难度。

（5）不同的等线方案，对车站到发线数量、等线车站数量的要求不一样。对向集中等线方案所涉及的等线车站数量最少，但对等线车站的到发线数量要求最多；同向集中等线方案涉及的等线车站数量较多，但对等线车站到发线数量要求较少；同向连续等线方案，可以安排列车在到发线数量不足的相邻车站进行分散等线，减少到发线数量带来的影响。

此外，天窗时长、列车旅行速度、车站布置形式、合理始发终到时间范围、供电臂分布等因素，也会对周期化等线模式有一定的影响。

3 列车等线的到达时间范围

3.1 等线作业时间区域

根据周期化等线模式的定义和特点，等线车站存在一个时间区域，高铁夕发朝至列车在等线车站的到达时刻落入该时间区域后，如果不停车继续运行，列车运行线将进入前方区间的天窗，称该时间区域为等线车站的等线作业时间区域。

图2 等线车站的等线作业时间区域示意图

3.2 考虑等线作业的等线列车到达时间范围

3.3 考虑相邻天窗开设的等线列车到达时间范围

等线列车在等线车站的到达时刻不仅受等线车站的等线作业时间区域的影响，还受等线车站后方车站天窗设置的影响。相邻天窗开设位置按照是否与运行线方向一致，其设置方式主要分为顺向布置和逆向布置两种情况。在这两种情况下，列车都必须在等线车站相邻后方天窗开始之前进入不开设天窗的区间，才能保证列车可以运行至等线车站，如图3和图4所示。

图3 顺向布置下等线列车在等线车站的到达时间范围示意

图4 逆向布置下等线列车在等线车站的到达时间范围示意

等线车站相邻天窗在采用顺向、逆向设置时，对应的列车在等线车站的到达时间范围的结构相同。分析不难得到列车在等线车站的到达时间范围为：

3.4 综合条件下的等线列车到达时间范围

综合以上两个方面，等线列车在等线车站的到达时间范围如式（9）和式（10）所示：

为了保证等线列车在等线车站的到达时间范围有效，必须保证上述时间范围的右端值大于左端值。由此根据式（9）可得到式（11），表示下行方向等线车站相邻天窗的天窗开始时刻之差必须小于其对应车站的区间运行时分：

同理，根据式（10）可得到式（12），表示上行方向等线车站相邻天窗的开始时刻之差必须小于等线车站与其前方车站的区间运行时分：

式（11）和（12）给出了等线车站所在区间长度与相邻天窗开始时间之差的关系，它也是采用周期化等线模式必须满足的适用条件。否则，只有增大等线车站停设天窗的空间长度，才能采用周期化等线模式。

4 周期化等线时间范围

图5 下行列车最早等线情况下周期化等线时间结构示意图

图6 下行列车最晚等线情况下周期化等线时间结构示意图

同理，可得出上行方向等线列车的周期化等线时间范围：

可以看出，等线列车的周期化等线时间与等线车站、安全距离时间的选取直接相关，与天窗开设、周期长度等因素存在一定的内在联系。在等线车站范围确定以后，可以初步对周期化等线时间长度进行测算。

5 结 论

通过对高铁夕发朝至列车周期化等线模式下相关时间因素的研究分析，得到以下结论：

（1）周期化等线模式可以在一定程度上实现高铁夕发朝至列车开行与天窗开设之间的协调。

（2）对于高铁夕发朝至列车的运营组织，周期化等线模式具有开行数量多、等线时间短、开行距离长、可日常化开行的特点。

（3）列车数量、车站分布、到发线数量、天窗设置形式、等线方案等是影响周期化等线模式的主要因素。

（4）等线作业时间区域、等线列车到达时间范围、周期化等线模式适用条件、周期化等线时间范围是周期化等线模式下的重要约束条件，对等线列车的确定、等线车站的选取、天窗设置等均起到决定作用，如表1所示。

表1 周期化等线模式下的重要时间约束

（5）周期化等线模式适用条件是确定和判断有效等线车站的依据，决定了周期化等线天窗与列车开行的关系。

（6）等线列车到达时间范围是确定等线列车和相邻天窗开设形式的依据，其范围越大允许等线的列车数量就越多，在一定程度上影响着周期化等线模式的能力。

（7）周期化等线时间范围，受天窗开设时段、周期长度和等线车站范围的影响，它是影响高铁夕发朝至列车旅行时间的主要因素。

[1] 于丽. 高速铁路周期化等线天窗优化设置研究[D]. 成都: 西南交通大学, 2019.

[2] 孙捷萍, 张弛, 张天伟. 基于安全行车的高铁夕发朝至列车开行方案编制优化[J]. 中国安全生产科学技术, 2014, 10(7): 5-10.

[3] 张天伟, 聂磊, 贺振欢. 基于全线矩形天窗的高铁夕发朝至列车开行模式选择优化模型[J]. 铁道学报, 2015, 37(2): 1-9.

[4] 张天伟, 聂磊, 路晋. 高铁夕发朝至列车开行模式综合比选[J]. 交通运输系统工程与信息, 2014, 14(4): 209-216.

[5] 张天伟. 高铁夕发朝至列车开行模式优化理论与方法[D]. 北京: 北京交通大学, 2015.

[6] 聂磊, 胡必松, 付慧伶, 等. 客运专线夜间行车与天窗的相互影响分析[J]. 交通运输系统工程与信息, 2010, 10(5): 66-72.

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[8] 陶思宇, 黄树明, 屈明月. 基于周期天窗的高铁夕发朝至列车通过能力研究[J]. 铁道运输与经济, 2014, 36(1): 9-13.

[9] 李凯, 杨彬, 张亚兰. 高速铁路分段垂直矩形天窗设置的探讨[J]. 交通运输工程与信息学报, 2014, 12(2): 90-95.

[10] 李博. 成网条件下高铁夕发朝至列车开行方案编制关键问题研究[D]. 北京: 中国铁道科学研究院, 2017.

Study on the Periodic Waiting Time of Sunset-departure and Sunrise-arrival Trains on High-speed Railway

REN Chong1, YU Li2

( 1. Communication and Urban Planning Research Institute, China Railway Eryuan Engineering Group CO. LTD, Chengdu 610031, China; 2. Chengdu Institute of Rail Technology, Chengdu 610057, China )

The periodic waiting mode can achieve the coordination between the operation of sunset- departure and sunrise arrival trains and the opening of skylight. In the operation ofsunset-departure and sunrise-arrival trains, periodic waiting mode has the advantages such as the large number of operated trains, short waiting time, long traveling distance and daily operation. This paper finds that the number of trains, the distribution of stations, the number of arrival and departure tracks, the setup form of skylights and the train waiting plan are the main factors that affect the periodic waiting mode. Through an in-depth study of the relationship among train waiting time, waited station, skylight opening and section traveling time, some important time constraints on the waiting time area, the arrival time interval of the waiting train, the condition of waiting mode, the time interval of train waiting are concluded, which plays a decisive role in the determination of waiting trains, waited stations and the setting of waited skylights. The conclusions of the study can provide a reference for the adoption and setting of periodic waiting mode for sunset-departure and sunrise-arrival trains.

sunset-departure and sunrise-arrival high speed train; periodic waiting mode; train waiting time; waited skylight; waited station

1672-4747（2020）02-0170-07

U292

A

10.3969/j.issn.1672-4747.2020.02.021

高铁夕发朝至列车日常化和网络化开行的运营组织技术研究（KYY2018052（18-19）

任冲（1982—），女，四川仁寿人，高级工程师，研究方向：铁路行车组织, E-mail: 410315427@qq.com

于丽（1993—），女，硕士，成都交通高级技工学校助理工程师，E-mail：825891269@qq.com

任冲，于丽. 高铁夕发朝至列车周期化等线时间研究[J]. 交通运输工程与信息学报，2020，18（2）：170-176.

（责任编辑：李愈）