南京南站到发线运用方案对京沪高速铁路列车追踪间隔时间的影响分析

周芳如，彭其渊，潘槿仪

南京南站到发线运用方案对京沪高速铁路列车追踪间隔时间的影响分析

周芳如，彭其渊，潘槿仪

（1. 西南交通大学，交通运输与物流学院，成都 611756；2. 综合交通运输智能化国家地方联合工程实验室，成都 611756）

本文基于车站进路一次解锁及分段解锁的不同情况，重点研究了南京南站到发线运用方案对京沪高速铁路列车出发及到达追踪间隔时间的影响。在分析到发线运用方案对列车追踪间隔时间影响机理的基础上，对南京南站所有到发线运用方案下的列车追踪间隔时间进行检算。检算结果表明：到发线运用方案主要影响进路分段解锁下的南京南站列车到达追踪间隔时间，通过合理安排进路分段解锁情况下的到发线运用方案可压缩列车到达追踪间隔时间达40s。

京沪高速铁路；南京南站；列车追踪间隔时间；到发线运用方案；分段解锁

0 引 言

京沪高速铁路自2011年开通至今，累计开行列车达110.8万列，是我国最繁忙的高速线路之一，其中，徐州东—蚌埠南段日行车量更是高达155/157列，几乎达到饱和状态。目前，京沪高速铁路区间最小追踪间隔时间为4min，沿线各车站最小到达及出发追踪间隔时间为4～5min，均未实现3min最小追踪间隔。为缓解京沪高速铁路运输能力紧张状况，需进一步压缩列车追踪间隔时间。南京南站是京沪高速铁路的关键控制性车站，通过研究南京南站到发线运用方案对京沪高速铁路列车追踪间隔时间的影响，提出合理的到发线运用方案建议，可压缩列车出发及到达追踪间隔时间，对充分挖掘京沪高速铁路运输潜能、提高运输效率有重要意义。

为优化列车追踪间隔时间，国内外专家学者进行了相关研究。Gill和Goodman通过优化信号系统布局压缩列车追踪间隔时间，并运用多目标优化的方法对各种信号系统进行性能评估[1]；Takagi研究移动闭塞列车控制系统，通过列车群同步控制大大压缩列车追踪间隔时间[2]；张岳松等借鉴普速列车间隔时间的计算方法，采用高速铁路的控车模式，给出高速铁路列车追踪间隔时间的定义和计算方法[3]；凌熙等对列车追踪间隔时间的测试方法进行了规范，使得该方法能很好地应用于实际工作中[4]；韩春明等研究了在给定设备和线路的条件下，固定设备对追踪间隔时间的影响及固定设备的合理设置范围[5]；赵欣苗等计算各类列车追踪间隔时间，提出了压缩追踪间隔时间、提高通过能力的方法[6]；王丹彤利用元胞自动机模型对追踪间隔时间进行仿真模拟，通过提前减速及整体分布优化进站前闭塞分区来压缩追踪间隔时间[7]；杨晓对制动性能、咽喉区长度、允许过岔速度等影响列车追踪间隔时间的重要因素进行分析，并利用仿真软件验证其正确性[8]；聂英杰等在分析京沪高速铁路北京南站发车追踪间隔影响因素的基础上，提出提高道岔侧向通过速度、降低开放UUS码的要求、采用CTCS-3列控系统等压缩追踪间隔时间的方案[9]；胡志垚对大型客站发车追踪间隔时间的主要制约因素进行研究，提出分段办理发车进路的措施以压缩追踪间隔时间[10]；郑云水等基于线路坡度参数对列车制动距离进行多阶段划分，建立了基于动态规划的多阶段决策模型并求解，得到基于列车参数和线路坡度的追踪间隔时间最优解函数[11]；朱子轩对列车追踪间隔时间进行仿真模拟，提出通过列车速度优化控制、CTC系统优化及技术改造、股道运用方案优化等方法压缩追踪间隔时间[12]；彭其渊等利用列车到达进路冲突关系和进路分段解锁原理，研究到发线运用方案对列车到达追踪间隔时间的影响[13]；伍起荣等对成渝高铁线路进行划分并计算每一区间的追踪间隔时间，建立动态规划决策模型求得追踪间隔时间的最优解，在最优解条件下得到区间坡度化简方案和动车组编组方案[14]；郑艺等在传统列车追踪间隔时间模型的基础上提出了基于车车通信的CBTC系统的列车区间追踪间隔模型，仿真结果表明基于车车通信的CBTC系统能有效缩短列车追踪间隔时间[15]。

以上研究表明列车出发及到达追踪间隔时间是高速铁路列车追踪间隔时间的瓶颈[7, 12]，而到发线运用方案则是影响列车出发及到达追踪间隔时间的重要因素[12]。因此，通过优化南京南站到发线运用方案压缩列车追踪间隔时间，缓解京沪高速铁路“过负荷”的研究是必要且可行的。同时，本文重点研究南京南站到发线运用方案对京沪高速铁路列车追踪间隔时间的影响，以改进运输组织的方式缩短列车追踪间隔时间，无须改变当前设施设备，可更加经济有效地提高京沪高速铁路通过能力，满足日益增长的运输需求。

1 到发线运用方案对列车出发及到达追踪间隔时间的影响分析

1.1 到发线运用方案对列车出发追踪间隔时间的影响分析

列车出发追踪间隔时间指从前行列车由车站出发时开始，到车站向同方向再发出另一列车时为止的最小间隔时间，计算公式为：

图1 不同到发线运用方案对列车出发追踪间隔时间的影响

1.2 到发线运用方案对列车到达追踪间隔时间的影响分析

列车到达追踪间隔时间是指从前行列车到达车站时起，到同方向后行列车到达该车站时止的最小间隔时间，其计算公式为：

为压缩列车追踪间隔时间，有的车站已采用分段解锁这种更为高效的进路解锁方式。分段解锁与一次解锁的区别在于进路解锁时间的不同：一次解锁在列车出清一条进路上的所有道岔轨道电路区段后才能解锁该条进路；而分段解锁则是列车每出清进路上的某一段道岔轨道区段就可以解锁该道岔轨道区段。对于到达追踪运行过程，进路解锁时间的不同会造成列车到达追踪间隔时间有所不同，因此下面分别对进路一次解锁及分段解锁下的列车到达追踪间隔时间进行研究。

1.2.1 进路一次解锁情况

到发线运用方案的不同导致后行列车在咽喉区的走行距离不同，从而影响列车到达追踪间隔时间。不同到发线运用方案下的列车到达追踪过程对比如图2所示，到发线运用方案2中后行列车在咽喉区的走行距离更短，其在咽喉区的走行时间也更短，与方案1相比压缩了列车到达追踪间隔时间。一般来说，接车股道离正线较近时列车在咽喉区的走行距离较短，因此车站可考虑尽量安排后行列车接车股道靠近正线，以缩短列车到达追踪间隔时间。

图2 不同到发线运用方案对列车到达追踪间隔时间的影响（进路一次解锁）

1.2.2 进路分段解锁情况

在进路分段解锁的条件下，当前行列车出清与后行列车的最后一个关联道岔后，即可为后行列车办理接车进路，此时前行列车还未完全进入股道，因此与一次解锁相比，采用分段解锁可以进一步压缩列车到达追踪间隔时间。进路一次解锁及分段解锁条件下到达追踪间隔时间构成分别如图3、图4所示。

图3 进路一次解锁情况下列车到达追踪间隔时间构成

图4 进路分段解锁情况下列车到达追踪间隔时间构成

采用进路分段解锁时不同到发线运用方案下的列车到达追踪过程对比如图5所示。车站通过安排两到达追踪列车的接车股道，一方面使得后行列车接车股道接近正线，即减小后行列车在咽喉区的走行距离；另一方面使得前行列车尽早出清与后行列车的最后一个关联道岔，提前进路解锁时间，可进一步压缩列车到达追踪间隔时间。

图5 不同到发线运用方案对列车到达追踪间隔时间的影响（进路分段解锁）

2 南京南站到发线运用方案对京沪高速铁路列车出发及到达追踪间隔时间的影响分析

2.1 南京南站列车追踪间隔时间通用参数说明

南京南站京沪场主要接发京沪线列车，本文以南京南站京沪场下行方向的列车出发及到达追踪间隔时间为例，利用牵引计算软件对其进行检算，分析到发线运用方案对京沪高速铁路列车追踪间隔时间的影响。

南京南站列车追踪间隔时间通用参数取值为：

（1）南京南站京沪场能够办理下行发车进路的股道共8条，编号为1～8；能够办理下行接车进路的股道共10条，编号为1～10，其中第Ⅴ、Ⅵ条分别为下行正线和上行正线。

（2）选取16节编组的CRH380BL型动车组进行实例检算，列车长度为400m；列车到达车站的初速度取300km/h；列车出发作业时间取51s，到达作业时间取40s。

（3）南京南站京沪场下行发车进路及接车进路信息分别如表1、2所示。

表1 南京南站京沪场下行发车进路表

表2 南京南站京沪场下行接车进路表

（4）南京南站京沪场下行咽喉区平面示意图如图6所示。

图6 南京南站京沪场下行咽喉区平面示意图

2.2 南京南站列车出发追踪间隔时间检算及到发线运用方案影响分析

不考虑正线发车，在1、2、3、4、7、8股道中任意选取两个股道，分别作为前后行列车从车站发车时的所在股道，遍历所有到发线运用方案，共有30种。利用牵引计算软件检算不同到发线运用方案下的列车出发追踪间隔时间，结果如表3所示。

表3 南京南站列车出发追踪间隔时间检算结果

对列车出发追踪间隔时间检算结果进行分析，可以得出如下结论：

（1）到发线运用方案对列车出发追踪间隔时间的影响体现在前行列车在咽喉区的走行距离上，由于南京南站京沪场的结构设计比较特殊，车场右端咽喉所有发车进路长度均相等，即不同到发线运用方案下前行列车在咽喉区的走行距离相等。因此对南京南站而言，不同到发线运用方案的下行列车出发追踪间隔时间均相等，即到发线运用方案对南京南站下行列车出发追踪间隔时间无明显影响。

2.3 南京南站列车到达追踪间隔时间检算及到发线运用方案影响分析

2.3.1 进路一次解锁情况

不考虑正线接车，在1、2、3、4、7、8、9、10股道中任意选取两个股道，分别作为前后行列车的接车股道，遍历所有到发线运用方案，共有56种。利用牵引计算软件检算不同到发线运用方案下的列车到达追踪间隔时间，结果如表4所示。

表4 南京南站列车到达追踪间隔时间检算结果（进路一次解锁）

续表4

前行列车占用股道后行列车占用股道/m/s前行列车占用股道后行列车占用股道/m/s 79986229310986229 89986229410986229 109986229710986229 110986229810986229 210986229910986229

分析进路一次解锁下列车到达追踪间隔时间的检算结果，可以得出以下结论：

（1）进路一次解锁条件下，到发线运用方案对列车到达追踪间隔时间的影响在于后行列车在咽喉区的走行距离，由于南京南站京沪场左端咽喉接车进路长度均相等，即不同到发线运用方案下后行列车在咽喉区的走行距离均相等。因此，采用进路一次解锁时，南京南站不同到发线运用方案下的下行列车到达追踪间隔时间相等，即进路一次解锁时到发线运用方案对南京南站下行列车出发追踪间隔时间无明显影响。

2.3.2 进路分段解锁情况

进路分段解锁下的到发线运用方案与进路一次解锁一致，共有56种，计算不同到发线运用方案下的列车到达追踪间隔时间，结果如表5所示。

表5 南京南站列车到达追踪间隔时间检算结果（进路分段解锁）

续表5

前行列车占用股道后行列车占用股道关联道岔/m/s 23101/103，105/107，117/119396.9195 43101/103，105/107，117/119，113/115，125/127，12936.0219 73101/103，105/107，113/115398.3195 83101/103，105/107，113/115398.5195 93101/103，105/107603.7186 103101/103，105/107604.6186 14101/103，105/107，117/119397.8195 24101/103，105/107，117/119396.9195 34101/103，105/107，117/119，113/115，125/127，12936.2219 74101/103，105/107，113/115398.3195 84101/103，105/107，113/115398.5195 94101/103，105/107603.7186 104101/103，105/107604.6186 17101/103，105/107570.0187 27101/103，105/107569.0187 37101/103，105/107，113/115363.9196 47101/103，105/107，113/115363.7196 87101/103，105/107，109/111，113/115，131/133，13536.2219 97101/103，105/107，109/111481.9191 107101/103，105/107，109/111482.8191 18101/103，105/107570.0187 28101/103，105/107569.0187 38101/103，105/107，113/115363.9196 48101/103，105/107，113/115363.7196 78101/103，105/107，109/111，113/115，131/133，13536.0219 98101/103，105/107，109/111481.9191 108101/103，105/107，109/111482.8191 19101/103，105/107570.0187 29101/103，105/107569.0187 39101/103，105/107567.9187 49101/103，105/107567.7187 79101/103，105/107，109/111533.3189 89101/103，105/107，109/111533.5189 109101/103，105/107，109/111，137，139169.3207 110101/103，105/107570.0187 210101/103，105/107569.0187 310101/103，105/107567.9187 410101/103，105/107567.7187 710101/103，105/107，109/111533.3189

续表5

前行列车占用股道后行列车占用股道关联道岔/m/s 810101/103，105/107，109/111533.5189 910101/103，105/107，109/111，137，139168.4207

对进路分段解锁下的列车到达追踪间隔时间进行分析，可得出以下结论：

（1）进路分段解锁时，到发线运用方案对列车到达追踪间隔时间的影响体现在后行列车在咽喉区的走行距离及前行列车出清与后行列车最后一个关联道岔的时间上。由于南京南站京沪场左端咽喉接车进路长度均相等，因此到发线运用方案对到达追踪间隔时间的影响仅体现在前行列车出清与后行列车最后一个关联道岔的时间上。图7给出了前行列车出清最后一个关联道岔前在咽喉区的走行距离与到达追踪间隔时间的关系。由图7可以看出，前行列车出清与后行列车最后一个关联道岔前走行距离越短，即前行列车越早出清与后行列车的最后一个关联道岔，列车到达追踪间隔时间越短，反之列车到达追踪间隔时间越长。不同到发线运用方案下列车到达追踪间隔时间检算结果如图8所示，可以看出到发线运用方案在进路分段解锁情况下对南京南站列车到达追踪间隔时间有较大影响，到发线组合最优方案与最劣方案的列车到达追踪间隔时间相差33s。

图7 前行列车出清最后一个关联道岔前走行距离与列车到达追踪间隔时间关系

图8 不同到发线运用方案下的列车到达追踪间隔时间

（2）对所有检算结果进行分析，统计不同关联道岔数量下的平均到达追踪间隔时间如图9所示。由图9可以看出，一般而言前后行两列车的关联道岔越少，前行列车越早出清与后行列车的最后一个关联道岔，到达追踪间隔时间也就越短。因此南京南站在压缩到达追踪间隔时间时，应使前行列车提早出清与后行列车的最后一个关联道岔，也即应尽量减少前后行两列车的关联道岔数。

图9 不同关联道岔下平均列车到达追踪间隔时间

（3）与进路一次解锁相比，采用进路分段解锁的方式能够有效缩短列车到达追踪间隔时间。以后行列车占用股道为1、3、7、9为例，不同进路解锁方式下到达追踪间隔时间对比如图10～13所示。由图10～13可知，采用分段解锁方式与一次解锁相比至少能缩短10s的列车到达追踪间隔时间。若将进路分段解锁与到发线运用方案相结合考虑，则能缩短到达追踪间隔时间多至40s。因此，车站应考虑进路分段解锁与到发线运用方案的配合，最大程度压缩列车到达追踪间隔时间。

图10 后车股道为1时不同解锁方式下的列车到达追踪间隔时间对比

图11 后车股道为3时不同解锁方式下的列车到达追踪间隔时间对比

图12 后车股道为7时不同解锁方式下的列车到达追踪间隔时间对比

图13 后车股道为9时不同解锁方式下的列车到达追踪间隔时间对比

3 结 论

列车追踪间隔时间是限制京沪高速铁路通过能力提高的关键因素之一，缩短列车追踪间隔时间可以有效缓解京沪高速铁路运输供给与运输需求之间的矛盾。本文以京沪高速铁路重要节点车站南京南站为例，通过理论分析与实例检算相结合的方式重点研究南京南站到发线运用方案对京沪高速铁路列车追踪间隔时间的影响，提出合理的到发线运用方案以压缩列车追踪间隔时间，经济合理地提高京沪高速铁路运输效率。得出的结论主要有：

（1）到发线运用方案对出发追踪间隔时间的影响表现在前行列车在咽喉区的走行距离上。其他条件相同时，前行列车在咽喉区的走行距离越短，出发追踪间隔时间越小，反之出发追踪间隔时间越大。通过合理安排到发线运用方案，缩短前行列车在咽喉区的走行距离，可压缩出发追踪间隔时间。

（2）进路一次解锁条件下，到发线运用方案对到达追踪间隔时间的影响体现在后行列车在咽喉区的走行距离上。其他条件相同时，后行列车在咽喉区的走行距离越短，到达追踪间隔时间越小，反之到达追踪间隔时间越大。通过合理安排到发线运用方案，缩短后行列车在咽喉区的走行距离，可优化进路一次解锁下的到达追踪间隔时间。

（3）进路分段解锁条件下，到发线运用方案对到达追踪间隔时间的影响不但在于后行列车在咽喉区的走行距离，还在于前行列车出清与后行列车最后一个关联道岔的时间。其他条件相同时，后行列车在咽喉区的走行距离越短，前行列车越早出清与后行列车的最后一个关联道岔，到达追踪间隔时间越小，反之到达追踪间隔时间越大。一般而言，前后行两列车的关联道岔数越少，前行列车越早出清与后行列车的最后一个关联道岔，通过合理安排到发线运用方案，缩短后行列车在咽喉区的走行距离，同时减少前后行列车的关联道岔数，可压缩进路分段解锁下的到达追踪间隔时间。

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Impact Analysis of Arrival-departure Track Utilization in Nanjing South Railway Station on Train Tracing Interval Time of Beijing-Shanghai High-speed Railway

ZHOU Fang-ru, PENG Qi-yuan, PAN Jin-yi

(1. School of Transportation and Logistics, Southwest Jiaotong University, Chengdu 611756, China; 2. National United Engineering Laboratory of Integrated and Intelligent Transportation, Chengdu 611756, China)

Based on the principle of the one-time route and sectional route releases, this paper studied the impact of arrival-departure track utilization in Nanjing South Railway Station on train departure and arrival interval time of Beijing-Shanghai High-speed Railway. In addition, based on the analysis of the influence mechanism of arrival-departure track utilization on train tracing interval time, we studied the impact of arrival-departure track utilization on train tracing interval time. We calculated the train tracing interval time of all arrival-departure track utilization in this station. Our results show that train arrival interval time is the key limiting factor for shortening the train tracing interval time of Nanjing South Railway Station, and arrival-departure track utilization primarily affects the arrival interval time under sectional route release. Therefore, the arrival interval time of this station can be compressed up to 40 s by reasonably arranging the arrival-departure track utilization under sectional route release.

Beijing-Shanghai high-speed railway; Nanjing South Railway Station; train tracing interval time; arrival-departure track utilization; sectional route release

1672-4747（2021）02-0025-12

U292

A

10.3969/j.issn.1672-4747.2021.02.003

2020-09-14

国家自然科学基金项目（U1834209）

周芳如（1997—），女，江苏盐城人，硕士研究生，研究方向为交通运输规划与管理，E-mail：2098046796@qq.com

彭其渊（1962—），男，重庆涪陵人，博士生导师，教授，研究方向为交通运输规划与管理，E-mail：qiyuan-peng @home.swjtu.edu.cn

周芳如，彭其渊，潘槿仪. 南京南站到发线运用方案对京沪高速铁路列车追踪间隔时间的影响分析[J]. 交通运输工程与信息学报，2021, 19(2): 25-36.

ZHOU Fang-ru, PENG Qi-yuan, PAN Jin-yi. Impact Analysis of Arrival-departure Track Utilization in Nanjing South Railway Station on Train Tracing Interval Time of Beijing-Shanghai High-speed Railway [J]. Journal of Transportation Engineering and Information, 2021, 19(2): 25-36.

（责任编辑：李愈）