我国高速铁路夜间行车方法

我国高速铁路夜间行车方法
朱绪斐
【摘要】随着客运专线网络日趋完善,我国高速铁路夜间行车具备时空条件、线网条件和旅客出行需求条件.本文运用定性分析和图示说明相结合的方法,重点研究等线、转线、一线维修一线行车和周期性行车四种行车方法的列车运行过程、技术条件、组织特点以及与综合维修天窗的协调方法,最后总结得出各自的适用条件.【期刊名称】《交通运输工程与信息学报》
【年(卷),期】2019(017)002
【总页数】9页(P98-105,114)
【关键词】高速铁路;夜间行车;综合维修天窗;协调方法;适用条件
【作者】朱绪斐
【作者单位】西南交通大学,交通运输与物流学院,成都 611756
【正文语种】中文
【中图分类】U292
我国幅员辽阔，主要中心城市之间的距离和通达时间远大于发达国家，在由主要节点城市构成的1000多个客流OD中，大约有三分之一的距离超过2000 km，约有二分之一的通达时间超过7h[1]。

同时截至2018年底，随着高铁线路逐步建设和开通运营，我国客运专线网络日趋完善，高铁运营向多条线路互相衔接的方向发展。

高速列车运营里程和运行时间越来越长，高铁服务范围越来越广，这些为高速铁路夜间行车创造了线网条件和时空条件[2-3]。

我国又是人口众多的发展中国家，出行需求总量大，分布范围广，迫切要求充足的铁路输送能力。

同时，随着我国经济发展，各地区之间交流日益密切，人们出行需求发生新变化，仅在白天开行高速列车已不能完全满足人们的出行需求。

基于上述背景，组织高铁夜间行车势在必行，这既是线网发展的结果，也满足了旅客夜间出行的需求，还可以提高线路通过能力，使客运产品更加丰富。

从旅客出行客流特征、客运专线网络建设和运营情况来看，高速铁路夜间行车具备时空条件、线网条件和旅客出行需求条件。

组织高速铁路夜间行车不仅可以提高线路的通过能力，满足人们增长的出行需求，缓解铁路在客运方面的压力，为客货分线创造良好的条件；而且还可以利用睡眠时间输送旅客至目的地，满足人们新的出行需求，提供更加丰富的客运产品。

由于高速铁路速度高、行车密度大，难以利用白天列车行车间隔设置维修天窗，普遍将维修天窗设置在夜间。

而维修作业和列车运行均需占用线路资源，二者具有排他性，故列车的夜间运行会和综合维修天窗互相干扰。

组织高铁夜间行车，其中最重要的就是要协调好与天窗的关系，在保证维修作业完成的前提下，更有效地组织夜间行车，降低相互之间的干扰影响，保证行车和维修作业安全[4-6]。

高速铁路夜间行车方法主要包括等线、转线、一线维修一线行车和周期性行车组织方法四种方式。

不同的夜间行车方法具有不同的列车运行过程、组织特点和适用条件，设置的综合维修天窗也有所差异，需采取不同的协调方法[7]。

本文采用定性
分析和图示说明相结合的方法，研究高铁夜间行车方法，分析各自的列车运行过程、技术条件和组织特征，总结得出适用条件，为我国组织高铁夜间行车提供一定的理论基础。

等线行车组织方法是在综合维修天窗开始前，高速列车在车站停车等待，待天窗结束后高速列车继续在高速线路上运行至目的地的行车组织方法。

高速铁路夜间等线行车组织方法的运行过程为天窗开始前列车在高速线路上运行；
天窗时间内列车在车站停车等待；天窗结束后列车继续在高速线路上运行。

运行过程如图1所示：
由此可见，高速铁路夜间等线行车组织方法的特点为列车始终在高速线路上运行，不改变运行线路。

列车在天窗时间内需要在车站停车等待，会造成列车全程的旅行时间增加，导致列车的旅行速度降低。

因此，在保证维修作业完成的前提下，最大限度地降低天窗对列车运行的影响，使得列车的旅行时间增加量尽量小，将会是等线行车组织方法关注的重点。

采用等线行车组织方法时，列车没有改变运行线路，始终在高速线路上运行，列车的运行环境没有变化，对信号设备、供电设备以及线路条件的要求不变，与既有线路的运行互不干扰，没有影响。

仅在天窗时间内需要在车站停车等候，因此列车需要占用车站的到发线，要求车站具备足够的到发线数量。

同时，列车在车站停车等待时，由于前方区段处于综合天窗维修时间内，车站应该能保证列车基本生活用电的供应[8]。

下面将对天窗时长与列车运行的旅行时间、旅行速度的关系进行分析。

其中：为天窗开设时长；为天窗开始前行车间隔时分；为天窗结束后行车间隔时分；为等线车站同方向等线列车数；为追踪间隔时分；为列车等待时间；为列车运行时间；为列车运行距离；为速度系数；为列车最大运营速度；为列车全程旅行时间；为等线列车旅行速度。

则它们之间的关系式如下[9]：
、各取10min，取为0.9，取为250 km/h，暂时不列入考虑。

代入数值计算，可以得出采用等线行车组织方法时，不同运行距离、不同天窗开设时长下列车旅行速度情况，如表1所示：
由上表可知，当列车运行距离一定时，天窗开设时长越大，等线列车全程运行时间越长，受天窗影响程度增加，其旅行速度越小；当天窗开设时长一定时，等线列车运行距离越大，受天窗影响程度降低，其旅行速度增加。

高速铁路夜间采用等线行车组织方法，最大的问题是列车在车站停车等待增加了列车的全程运行时间，降低了列车的旅行速度[10]。

通过分析，总结得出其适用条件：（1）通过对各种天窗进行比对分析，发现分段矩形天窗对于等线这种行车组织方式有良好的适用性，如图2所示。

可以有效缩短列车等待时间，提高列车旅行速度，对于列车夜间运行有积极的作用。

（2）等线行车组织方法下，列车全程在高速线路上运行，列车不需要改变线路，所以对于没有修建平行既有线路的高速铁路，或者说现有平行既有线路通过能力较为紧张的高速铁路来说，可以采用等线方式组织列车夜间运行。

（3）对于夕发朝至列车中那些旅行距离较长的列车，由于运行时间较长，可以降低天窗对旅行速度的影响，保证较高的旅行速度，等线行车组织方法比较适用。

（4）由于在天窗时间内，列车需要在车站停车等候，增加了全程运行时间，可以扩大夕发朝至列车的运行范围，增加了一些距离较短的城市之间开行夕发朝至列车的可能性。

（5）为了保证列车的旅行速度，采用等线行车组织方法时，可以考虑集中分散相结合的原则。

当列车夜间行车密度较大时，列车可以选择在大型车站进行停车等待，因为大型车站的到发线数量相对充足，设备完善，便于进行运输组织工作；当列车夜间行车密度较小时，为了减少列车平均等待时间，可以将列车分散到不同的车站停车等待，以减少各个车站同方向列车等待数量。

转线行车组织方法是在综合维修天窗开始前，高速列车利用联络线进入既有线路上运行，待天窗结束后高速列车继续在既有线路上运行至目的地或者利用联络线返回到高速线路上运行至目的地的行车组织方法。

高速铁路夜间转线行车组织方法的运行过程为天窗开始前列车在高速线路上运行；天窗时间内列车在既有线路上运行；天窗结束后列车继续在既有线路上运行至目的地或者利用联络线返回至高速线路上运行至目的地。

运行过程如图3所示。

由此可见，高速铁路夜间转线行车组织方法的特点为列车有时在高速线路上运行，有时在既有线路上运行，需要改变运行线路。

列车在天窗时间内利用联络线进入既有线路上运行，会影响既有线列车的运行。

因此，在保证维修作业完成的前提下，最大限度地降低高速列车对既有线列车运行的影响，保证高速列车的正点运行，将会是转线行车组织方法关注的重点。

高速铁路夜间采用转线行车组织方法时，列车需要改变运行线路。

当运行环境发生变化时，对信号设备、供电设备以及线路条件的要求也会发生变化。

在天窗时间内利用联络线进入既有线路上运行，会与普速列车的运行互相影响。

因此，要求高速线路有可利用的平行既有线路及与其相衔接的联络线。

同时，由于列车的运行环境发生变化，列车有时在高速线路上运行，有时在既有线路上运行，对平行既有线路的信号设备、供电设备、线路条件、列控系统等技术条件提出要求。

在全线矩形天窗或者分段矩形天窗情况下，转线行车组织方法下的列车在天窗开始之前，需要运行至某一沿线车站利用联络线转入既有线，在天窗时间内利用既有线继续运行，待天窗结束后，列车可以选择某一车站利用联络线再转回高速线路运行，也可以继续在既有线运行至目的地[11]。

这个转线车站称为关键地点，需要满足一定条件，可以看出在图4（a）的情况下，只有一个转线车站（关键地点）；在图
4（b）的情况下，有两个转线车站（关键地点）。

在开设全线矩形天窗情况下，所有列车均需在天窗开始之前，到达转线车站，利用联络线转入既有线运行，等待天窗结束后，才可以在另一转线车站，利用联络线转回高速线路上运行至目的地。

如图4（a）所示，对于1、3次列车来说，它们的
转线车站均为CZ5，转入既有线运行后，速度受到限制降低。

对于5次列车来说，其转线车站为CZ4，此时它有两种选择：当以正常速度运行至CZ5时，天窗仍未
结束，不能转线，只能继续在既有线上运行至目的地；当降低速度慢行，到达车站CZ5时，天窗已经结束，此时列车可以利用联络线，转回到高速线路上运行至目
的地，转回高速线路后，速度限制取消。

另外，对比1、3、5次列车可以看出，当列车始发时间推迟后，转线车站也可能发生变化，可知转线车站的地点与列车始发时间和列车运行时分有关。

在开设分段矩形天窗情况下，由于各天窗分段之间调整产生错位时间，列车可利用错位时间运行通过，导致部分列车可以不用慢行通过。

如图4（b）所示，5次列车以正常速度运行至CZ5时，天窗已经结束，可以选择转线或者继续在既有线运行，无须降低速度慢行。

高速铁路夜间采用转线行车组织方法，最大的问题是在天窗时间内列车利用联络线转入到既有线路上运行，会影响既有线上列车的运行。

通过分析，总结得出其适用条件：
（1）转线行车组织方法下，列车需要改变运行线路，所以对于有修建平行既有线路、具备与平行既有线路相衔接的联络线以及平行既有线路通过能力较为充足的高速铁路来说，可以采用转线方式组织列车夜间运行。

（2）转线方式下，由于高速列车利用联络线需要转入到既有线上运行，所以对于电气化的既有线路，具备运行高速列车条件的平行既有线来说，可以采用转线方式组织列车运行。

（3）相比等线行车组织方法，转线行车组织方法在天窗时间内可以利用平行既有线路运行，所以列车全程运行时间增加量较小，列车旅行速度的损失较小。

对于天窗持续时间较长，以及对列车旅行速度要求较高的列车运行来说，采用转线行车组织方式还是比较适用的。

（4）为了降低高速列车转线对平行既有线路列车运行的影响，采用转线行车组织方法时，确定转线区段和转线时间尤为重要。

不同的转线方案会造成平行既有线路不同的通过能力利用率，对列车运行产生不同影响。

转线区段的基本条件为高速列车运行时间应大于天窗开设时间及其前后允许的间隔时间之和。

一线维修一线行车组织方法是在综合维修天窗开始之前，高速列车在高速线路上运行，在综合维修天窗时间内，将一条线路封闭进行线路以及设备维修作业，另一条线路按单线组织列车双向运行，待天窗结束后高速列车继续在高速线路上运行至目的地的行车组织方法。

高速铁路夜间一线维修一线行车组织方法的运行过程为天窗开始前列车在高速线路上运行；天窗时间内列车在高速线路上按单线进行双向运行；天窗结束后列车继续在高速线路上运行至目的地。

运行过程以上行线路进行维修为例，如图5所示：高速铁路夜间采用一线维修一线行车组织方法时，列车始终在高速线路上运行，但在天窗时间内，一线需要封闭进行维修作业，同时相邻另一线路需要按单线组织列车双向运行。

所以，维修作业的进行会和列车运行互相影响[12]。

为了保证维修作业的安全，一方面要求列车通过维修作业区段时降低速度；另一方面需要采取防护措施保证维修作业安全。

同时，在天窗时间内一线需要按单线组织列车双向行车，即上行或者下行列车需要转入运行线路进行反向行车，这就要求高速铁路两侧线路具备反向行车的技术条件，对沿线的信号设备、供电设备、列控系统等技术提出要求[13]。

高速铁路夜间采用一线维修一线行车组织方法，最大的问题是在天窗时间内，列车运行与维修作业互相影响。

通过分析，总结得出其适用条件：
（1）在天窗时间内，维修线路上运行的列车需要转入相邻线路上进行反向行车，所以对于两侧线路具备双向行车条件的高速铁路来说，可以采用一线维修一线行车方式组织列车夜间运行。

（2）在天窗开始之前，高速铁路按双线组织列车单向运行；在天窗时间内，需要封闭一侧线路，而相邻线路变为按单线组织列车双向运行，待天窗结束后，又恢复如初。

因此，在天窗前后，需要不断变化行车组织方法，相对比较复杂，对铁路运输组织水平提出较高要求。

（3）一线封闭进行维修作业，同时另一线路按单线组织列车双向行车。

保证了列车的连续性运行，为列车提供了夜间运行通道，与等线行车方式相比，列车不需要停车等待，全程列车运行时间增加量小，保证了列车的旅行速度及铁路运输生产的连续性。

（4）列车运行与维修作业互相影响，一方面列车需降低通过维修区段的运行速度；另一方面，当列车通过时，维修人员不得站立在两侧线路之间，为保证作业安全，要求停止部分维修项目，增加了作业时间，降低了作业效率，对维修人员人身安全造成危险隐患。

（5）有些设备的维修需要同时封闭两侧线路进行，比如说渡线、道岔、部分供电设备等，这样采用一线维修一线行车时，无法同时封闭两侧线路，这些设备的维修条件不能满足。

周期性行车组织方法是基于高速铁路客流周期性规律，设置不同的天窗方案，并相应采取上述等线、转线或者一线维修一线行车当中任意一种或者几种方法组合的行车组织方法。

按流开车是确定旅客列车运行区段和行车量的基本原则，是我国高速铁路行车组织的依据。

其中的流是指客流，要按照客流的流量、流向、流程、流时等特征来组织行车工作。

根据调查和研究发现，我国高速铁路客流具有明显的周期性规律：一周之中，从周一到周四工作日客流相对稳定，周五和周日两天客流显著增加，周六的客流相对较小[14]。

以京广高铁为例，图6为京广高铁一周内客流比例分布情况，发现符合客流周期性规律。

根据上述高速铁路客流规律，可以针对性设置“5+2”周期性天窗或者“4+3”周期性天窗，这样不仅可以满足维修作业的需要，同时在客流量大时设置时长较短的巡检天窗，在客流量小时正常设置时长较长的综合维修天窗，适应不同行车量的运行情况，为高速铁路夜间行车创造良好条件。

（1）“5+2”周期性天窗
“5+2”周期性天窗是指以一周为单位时间，一周之内，在客流量相对较小的五天（周一到周四的四天工作日以及周六）夜间正常设置时长4h的综合维修天窗；而在客流量较大的两天（周五和周日）夜间设置时长较短的2h巡检天窗，用于夜间列车运行。

（2）“4+3”周期性天窗
“4+3”周期性天窗是指以一周为单位时间，一周之内，在客流量相对较小的三天（周二到周四的三天工作日）夜间正常设置时长4h的综合维修天窗；而在客流量较大的四天（周五到周日以及周一工作日）夜间设置时长较短的2h巡检天窗，用于夜间列车运行。

在设置巡检天窗时，由于天窗时长明显减小，可以采取设置分段矩形天窗的方法，使相邻天窗错开，这样部分列车可以不停车通过，保证运行连续性，为列车提供运行通道，创造良好的夜间运行条件。

而在设置综合维修天窗时，由于天窗时长较长，可以根据不同的运行环境和线路技术条件，采取上述不同的行车组织方法。

以等线方法为例，如图7所示：
周期性行车组织方法从客流出发，针对客流规律开设相应天窗，构成周期性天窗方案[15]。

其优点是（1）可以满足维修作业需要。

（2）从客流规律出发，周期性
夜间行车适用于满足不同时段旅客出行需求，保证一定上座率，降低运能浪费，确保铁路效益。

周期性天窗方案适用于满足不同行车量的夜间运行情况，为夜间行车创造良好条件。

（3）采取周期性天窗一定程度上降低了对列车运行的影响。

等线行车组织方法适用于无平行既有线或者其能力较紧张的高铁组织夜间行车，如何在保证维修作业完成的前提下，保证等线列车全程旅行时间增加量尽量小，是等线行车组织方法的关键。

通过对比分析，发现开设分段垂直矩形天窗较适用，列车可利用天窗错位时间运行通过，提高旅行速度。

当天窗时长较短或者列车运行里程
较长时，一定程度上降低天窗对列车运行的影响，保证列车旅行速度不至于过低，可以考虑采用等线行车组织方法。

同时采用等线行车组织方法，增加全程运行时间，扩大夕发朝至列车运行范围，增加距离较短城市间开行夕发朝至列车的可能性。

转线行车组织方法适用于有平行既有线及联络线，并且既有线能力较富余的高铁组织夜间行车。

如何选择转入区段和时间，保证高速列车正点运行，降低对普速列车运行影响，是转线行车组织方法的关键。

当天窗时长过长时，由于列车不需在车站停车等待，与等线相比，可保证较高的列车旅行速度。

在天窗时间内，列车需改变运行线路，运行环境发生变化，与普速列车运行互相影响，运输组织相对复杂。

一线维修一线行车组织方法适用于具备双向行车技术条件的高铁组织夜间行车，如何在天窗时间内保证维修作业的安全性，提高维修作业的效率，是一线维修一线行车组织方法的关键。

在一定程度上，将列车运行与维修进行平行作业处理，保证列车运行的连续性。

但是列车运行与维修作业相互影响，维修人员作业安全存在隐患，天窗时间前后运输组织方法也要求不断变化。

因此，三种行车组织方法有各自的适用范围和优缺点，但是不能很好地体现行车量动态变化。

周期性行车组织方法基于客流周期性规律，根据客流设置不同的天窗方案，相应选择上述适用的行车组织方法，充分发挥各自的优点，规避缺点，降低夜间行车与综合维修天窗之间的互相影响，灵活性大，较好适用客流变化，为列车夜间运行创造良好的条件。

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