歐洲快速客運(yùn)網(wǎng)行車組織方案研究

歐洲快速客運(yùn)網(wǎng)行車組織方案研究

根據(jù)中國(guó)中后期網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃，到2020年，中國(guó)將建設(shè)三個(gè).2萬公里的高速客運(yùn)網(wǎng)。其中，運(yùn)營(yíng)中心第二條線路、長(zhǎng)距離客運(yùn)系統(tǒng)和第二條線路的改造和現(xiàn)代化進(jìn)程將形成一個(gè)大規(guī)模的高速客運(yùn)網(wǎng)絡(luò)。此外，要研究網(wǎng)絡(luò)形成規(guī)模后，必須對(duì)特定類型的客運(yùn)組織進(jìn)行配置，以及相應(yīng)的高速列車運(yùn)營(yíng)組織的問題。對(duì)于客運(yùn)專線采用何種運(yùn)輸組織模式,目前國(guó)內(nèi)主要以具體線路如石太、武廣和京滬線為研究背景,通過多種模式之間的利弊分析和比較,提出了多種適合我國(guó)客運(yùn)專線不同時(shí)期的運(yùn)輸組織模式.如文獻(xiàn)提出3種不同類型的客運(yùn)專線:速度在300km及以上的純客運(yùn)專線、城際客運(yùn)專線和速度為200～250km的客貨混跑型客運(yùn)專線,并給出了不同類型線路不同的運(yùn)輸組織模式.對(duì)于高速列車行車組織相關(guān)問題,目前國(guó)內(nèi)的研究也多針對(duì)一條線路,研究方法可分為定性綜述和數(shù)學(xué)定量?jī)?yōu)化,對(duì)高速列車開行方案的一些指標(biāo),如停站方案、列車種類和數(shù)量、服務(wù)頻率等給出建議或某些優(yōu)化目標(biāo)下的求解結(jié)果.我國(guó)將建成大規(guī)模的快速客運(yùn)網(wǎng),基于綜合路網(wǎng)的高速列車行車組織相關(guān)問題,如路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的構(gòu)建、換乘客流組織、列車開行方案和運(yùn)行圖結(jié)構(gòu)、高速列車直達(dá)與中轉(zhuǎn)換乘方案設(shè)計(jì)、高速列車下線運(yùn)行組織等問題就隨之而來,目前尚缺乏這些問題的研究.許多歐洲國(guó)家已具有發(fā)達(dá)的高速鐵路并積累了豐富的路網(wǎng)列車運(yùn)輸組織和運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn),通過分析歐洲國(guó)家實(shí)際路網(wǎng)中列車的相關(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù),總結(jié)主要類型高速列車的行車組織特點(diǎn),可以為我國(guó)未來路網(wǎng)高速列車行車的高效運(yùn)營(yíng)提供參考和依據(jù).基于此,本文作者以歐洲列車時(shí)刻表為主要數(shù)據(jù)來源,深入分析時(shí)刻表中的數(shù)據(jù)并總結(jié)規(guī)律,結(jié)合我國(guó)路情,對(duì)未來客運(yùn)專線不同運(yùn)輸組織模式下的高速列車行車組織的相關(guān)問題提出若干建議.目前歐洲線路上開行的高速列車種類很多,本文主要以典型的德國(guó)ICE和法國(guó)TGV為例,分別分析混跑與全高速兩種模式下的行車組織相關(guān)問題,另外對(duì)其他國(guó)家及歐洲國(guó)際列車如Thalys、Eurostar的行車特點(diǎn)也作一定分析.1綜合運(yùn)行組織特點(diǎn)目前采用混跑模式的歐洲國(guó)家主要有德國(guó)、意大利和西班牙.德國(guó)有5條高速鐵路,既要運(yùn)行ICE列車,又要運(yùn)行地區(qū)、短途列車和貨物列車,運(yùn)輸組織相對(duì)復(fù)雜.以下從停站方案、列車之間的接續(xù)和換乘、時(shí)刻表結(jié)構(gòu)3方面分析ICE采取此種模式的行車組織特點(diǎn).1.1德國(guó)列車停站結(jié)構(gòu)德國(guó)客流的特點(diǎn)是分散在全國(guó)各個(gè)城市,為擴(kuò)大服務(wù)范圍,ICE列車大量下線運(yùn)行,運(yùn)行線幾乎遍布整個(gè)德國(guó).對(duì)時(shí)刻表中各次列車的起迄點(diǎn)和停站方式進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,其停站方案具有如下特點(diǎn).1)ICE列車起迄點(diǎn)數(shù)量不多.主要選在科隆、柏林、多特蒙德、法蘭克福、曼海姆、紐倫堡、慕尼黑、斯圖加特、杜伊斯堡、德累斯頓、漢堡、漢諾威、萊比錫和其他一些國(guó)家的城市:布魯塞爾、因斯布魯克、阿姆斯特丹、蘇黎世、巴塞爾和維也納等20多個(gè)城市.德國(guó)這些主要城市的人口為8萬～300萬左右,大部分是金融、商業(yè)、文化或工業(yè)中心.ICE列車連接的其他國(guó)家的幾個(gè)城市主要為這些國(guó)家的首都或最大城市.2)一站直達(dá)列車比例不高,大部分為中途停站的ICE列車.一般運(yùn)距在200km以內(nèi)時(shí)才考慮開行一站直達(dá)列車,如法蘭克福與曼海姆(88km),萊比錫與德累斯頓(120km),慕尼黑與紐倫堡(199km)等城市之間.列車旅行時(shí)間在6h以上時(shí)停站都在4次及以上.另外ICE列車在相同起迄點(diǎn)之間的停站次數(shù)也不完全相同.3)停站結(jié)構(gòu)有一定規(guī)律.德國(guó)列車時(shí)刻表中大多數(shù)是ICE和IC列車,相互間形成的停站結(jié)構(gòu)可大致歸結(jié)為3類:①“包含/重疊型”停站方式:ICE和IC列車的起迄點(diǎn)不同,但中途停站部分有重疊,見圖1和圖2;②“交錯(cuò)/互補(bǔ)型”停站方式:同一時(shí)段ICE與IC或EC等其他列車在同一或不同運(yùn)行線上的停站區(qū)段互不相同,見圖3;③短途ICE列車的直達(dá)模式:相同起迄點(diǎn)之間的短途ICE列車的停站次數(shù)明顯少于IC和RE等列車,有較多的一站直達(dá)列車.ICE列車起迄點(diǎn)數(shù)量不多,與其他等級(jí)列車之間的停站形成互補(bǔ)配合的關(guān)系(ICE列車之間也有這幾類停站結(jié)構(gòu)),便于旅客在不同列車之間選擇和換乘.4)運(yùn)距和平均停站距離的設(shè)計(jì).為了適應(yīng)國(guó)內(nèi)客流分散的特點(diǎn),德國(guó)很少組織開行國(guó)內(nèi)的長(zhǎng)途直達(dá)ICE列車,旅行時(shí)間在6.5h以上的運(yùn)行線集中于國(guó)際列車:漢堡至維也納、布里格、巴塞爾、蘇黎世,慕尼黑至蘇黎世等.ICE列車的平均停站距離一般設(shè)置為200km以下,最小為20km左右,大多數(shù)為100km左右.1.2接發(fā)式點(diǎn)間接由于各種列車的起迄點(diǎn)、停站方式和運(yùn)距不同,ICE列車與ICE、IC、EN、EC、RE、IRE等列車以及地鐵之間有良好的接續(xù)和換乘,此處“接續(xù)”指兩列列車分別在同一車站先后終到與始發(fā);“換乘”指兩列列車先后在同一車站停站而不同時(shí)為始發(fā)和終到停車.圖4為時(shí)刻表中各主要區(qū)段的部分車次接續(xù)或換乘的時(shí)間差和地點(diǎn)(直線上的數(shù)字代表車次,換乘或接續(xù)弧線上的數(shù)字單位為分鐘;空心圓代表未標(biāo)明實(shí)際換乘和接續(xù)列車運(yùn)行線的城市;城市位置按照路網(wǎng)圖中城市的實(shí)際位置標(biāo)定).1.3h行車了ICE列車采取節(jié)拍式開行方案,各條運(yùn)行線上列車的始發(fā)時(shí)刻每小時(shí)都基本固定不變,且發(fā)車間隔也比較規(guī)律.主要車站各方向的列車服務(wù)頻率見圖5.有些運(yùn)行線在一天中的非高峰時(shí)期3h或4h開行一列,高峰時(shí)期1h開行一列或者30min就開行一列.雖然ICE列車運(yùn)行遍布全國(guó),但主要的列車運(yùn)行數(shù)量有限,根據(jù)客流情況各個(gè)區(qū)段一天內(nèi)的行車密度有所不同.客流密度較高的區(qū)段在一天中的各小時(shí)都有列車,始發(fā)列車在凌晨4點(diǎn)以后,終到列車至第2天凌晨2點(diǎn)之前;客流密度較低的區(qū)段列車始發(fā)終到時(shí)間的范圍要窄一些,有的區(qū)段往返列車的始發(fā)時(shí)間采取奇數(shù)與偶數(shù)時(shí)刻交叉的形式(如法蘭克福去往德累斯頓的列車始發(fā)時(shí)間為5:21、7:21、9:21…17:21,德累斯頓返回法蘭克福的列車始發(fā)時(shí)間為6:06、8:11、10:11…18:11).2全高速駕駛組織分析采取全高速運(yùn)輸組織模式的國(guó)家是法國(guó),高速線上只運(yùn)行TGV列車,列車大量下線運(yùn)行.2.1直達(dá)與中轉(zhuǎn)換乘方案1)TGV列車起迄點(diǎn)數(shù)量不多.包括里爾、巴黎、里昂、第戎、雷恩、南特、圖盧茲、波爾多、蒙彼利埃、尼斯、馬賽以及比利時(shí)的布魯塞爾、瑞士的洛桑、日內(nèi)瓦、布里格、蘇黎世和意大利的米蘭等城市.這些城市也是法國(guó)和TGV列車連接的其他國(guó)家的重要城市,人口規(guī)模一般都在幾十萬至幾百萬之間.除此之外,也包括位于法國(guó)國(guó)境邊緣地區(qū)的二十幾個(gè)城市,如納澤爾、阿卡雄、昂達(dá)伊、熱爾韋等.2)一站直達(dá)列車較少.TGV一站直達(dá)列車集中于國(guó)際車次的里爾和布魯塞爾、巴黎和日內(nèi)瓦、巴黎和蘇黎世之間;其他法國(guó)城市之間開行一站直達(dá)列車的數(shù)量很少.3)直達(dá)與中轉(zhuǎn)換乘方案相結(jié)合.運(yùn)距較長(zhǎng)的運(yùn)行線上(如里爾至昂達(dá)伊)既有直達(dá)列車,也有組合的中轉(zhuǎn)換乘列車,但直達(dá)列車數(shù)量不多,旅客通過不同車次在不同時(shí)間的換乘組合也可以到達(dá)目的地.圖6為直達(dá)與中轉(zhuǎn)換乘方案結(jié)合的一個(gè)實(shí)例(注:圖中點(diǎn)代表列車起迄點(diǎn)).4)運(yùn)距與停站方式設(shè)計(jì)靈活.由于高速線上只運(yùn)行TGV列車且開行數(shù)量較多,所以一方面設(shè)計(jì)了長(zhǎng)短運(yùn)距不同的運(yùn)行線,另一方面設(shè)計(jì)了多樣的停站方式.其中列車停站方式中比較規(guī)律的是長(zhǎng)運(yùn)距的列車,一般在里爾、巴黎、里昂、馬賽以及運(yùn)行線上的其他一些大城市如蒙彼利埃、波多爾和阿維尼翁都有停站,能為旅客提供去往其他方向的換乘條件;在某些區(qū)段,TGV列車與普速列車的停站設(shè)置基本相同.2.2路網(wǎng)主要節(jié)點(diǎn)法國(guó)列車時(shí)刻表中只有TGV和普速列車.有別于ICE不同種類列車之間的換乘模式,法國(guó)列車之間的接續(xù)和換乘基于路網(wǎng)主要節(jié)點(diǎn),主要集中在里爾、巴黎和里昂等一些大城市的幾個(gè)大站.對(duì)時(shí)刻表中列車起迄點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)表明,幾乎所有TGV列車的起點(diǎn)或終點(diǎn)都在里爾、巴黎和里昂.為了保證旅客換乘的方便,大城市的綜合交通樞紐使得旅客可以實(shí)現(xiàn)列車與各種城市交通方式的同站換乘.由于列車的準(zhǔn)時(shí)性較高,TGV換乘列車之間的時(shí)間差一般設(shè)置為10min左右.2.3tgv列車下線運(yùn)行目前法國(guó)有6條高速線,從圖7中可以清晰地看到以巴黎為中心向四周放射的高速線能通往6個(gè)方向的不同地區(qū)和城市;雖然高速線路里程只有1800km,但TGV列車的通達(dá)范圍達(dá)到7000km以上,幾乎所有的高速列車都下線運(yùn)行,使高速列車通達(dá)很多沒有高速線路的城市.圖7為各個(gè)方向TGV列車下線運(yùn)行的情況.TGV列車的下線特點(diǎn):①TGV列車下線距離短則幾十千米,長(zhǎng)則幾百千米,原因是不同方向高速線的延伸范圍不同,法國(guó)西南部是TGV列車下線范圍最廣的區(qū)域,從圖爾往南,最遠(yuǎn)可通達(dá)到伊倫、塔爾布等城市.②TGV列車下線的終點(diǎn)城市數(shù)量有限,中途停站城市較多,但較相同區(qū)段普速列車的停站要少.③起迄點(diǎn)都在高速線上的TGV列車僅限于巴黎至里昂、圖爾、馬賽、阿維尼翁,布魯塞爾至馬賽等高速線上的主要車站之間,數(shù)量不多;由于TGV列車幾乎都下線運(yùn)行,根據(jù)統(tǒng)計(jì),起迄點(diǎn)之一或起迄點(diǎn)都不在高速線上的列車占80%左右.2.4tgv列車TGV國(guó)際列車和中長(zhǎng)途列車的始發(fā)時(shí)刻不規(guī)律,但運(yùn)距在400km左右或某些客流較多的城市間列車的開行基本也采用周期性開行方案,如巴黎和里昂之間每天開行21列列車,非高峰時(shí)期1列/h,高峰時(shí)期2列/h,特別高峰時(shí)期每15min就開行1列(其他TGV列車服務(wù)頻率較高的區(qū)段如圖7中虛線箭頭所示).所以TGV列車時(shí)刻表具有非周期性與周期性開行方案相結(jié)合的特點(diǎn).服務(wù)時(shí)間一般分布在早4點(diǎn)至第2天凌晨3點(diǎn)之間,一些長(zhǎng)運(yùn)距的線路也開行夜間列車,第2天早上到達(dá)目的地.2.5其他國(guó)際列車荷蘭鐵路旅客列車行車組織的主要特點(diǎn)是采用分級(jí)節(jié)點(diǎn)停站系統(tǒng)方案,將路網(wǎng)中的車站劃分為不同等級(jí),不同列車具有不同但相對(duì)固定的停站方式.如IC列車只在IC車站停站,IR列車在IR和IC車站停站,AR列車則為站站停列車.其他國(guó)際列車如Thalys和Eurostar列車,由于它們的運(yùn)行線服務(wù)于幾個(gè)國(guó)家的首都或重要城市之間,所以行車組織相對(duì)于ICE和TGV簡(jiǎn)單很多,高速列車具有旅速高、停站少、數(shù)量少、間隔時(shí)間較規(guī)則等特點(diǎn).國(guó)際列車對(duì)歐洲國(guó)家之間的往來發(fā)揮重要作用,其行車組織方法對(duì)我國(guó)一些中心城市之間高速列車的運(yùn)行組織有一定的借鑒意義.3對(duì)我國(guó)高速列車行車組織模式的啟示到2020年,我國(guó)的快速客運(yùn)網(wǎng)主要由“四縱四橫”客運(yùn)專線、城際軌道客運(yùn)系統(tǒng)及改造提速線路組成(見圖8、圖9).實(shí)際路情有別于許多歐洲國(guó)家,表現(xiàn)在路網(wǎng)規(guī)模大、主要城市之間距離長(zhǎng),客流結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)條件、人口分布也與歐洲國(guó)家有較大差異,因此任何一個(gè)歐洲國(guó)家的高速列車運(yùn)輸組織模式都無法完全適應(yīng)我國(guó)的情況.對(duì)于上述德國(guó)ICE與法國(guó)TGV的行車組織特點(diǎn)需要結(jié)合我國(guó)實(shí)際有選擇地借鑒.3.1混跑運(yùn)輸組織模式1)起迄點(diǎn)的選擇.德國(guó)ICE與法國(guó)TGV列車的起迄點(diǎn)數(shù)量都不多,且選擇重要城市,利于減少直達(dá)旅客的中轉(zhuǎn)次數(shù)和集中布置車輛檢修基地以充分利用檢修設(shè)備,簡(jiǎn)化高速列車運(yùn)輸組織.我國(guó)高速列車的起迄點(diǎn)數(shù)量也不宜過多,應(yīng)根據(jù)城市區(qū)位特點(diǎn)合理地選取與布局.可作為高速列車起迄點(diǎn)的城市包括:“四縱四橫”客運(yùn)專線所連接的主要城市,如北京、上海、廣州、成都等;客運(yùn)專線與既有線連接或相交點(diǎn)的主要大、中城市或客運(yùn)樞紐;高速列車下線的主要城市;其他重要城市如旅游城市等.2)停站方案.德國(guó)ICE與法國(guó)TGV列車的停站方式雖然不同,但都利于吸引客流.對(duì)于我國(guó)的混跑運(yùn)輸組織模式,由于高速線上運(yùn)行不同種類的列車,一方面可借鑒ICE列車的幾種停站結(jié)構(gòu),本線列車與跨線列車、既有線列車的停站形成互補(bǔ)配合的關(guān)系和時(shí)間、空間上的銜接;另一方面可通過采用分級(jí)節(jié)點(diǎn)停站系統(tǒng)方案簡(jiǎn)化ICE的停站模式,根據(jù)各個(gè)車站的等級(jí)設(shè)計(jì)不同等級(jí)列車的停站方案,如高速列車在高速站或重要樞紐城市停站,中速和普速列車在其他等級(jí)車站停站.對(duì)于全高速運(yùn)輸組織模式,在運(yùn)輸能力充足時(shí)可根據(jù)客流特點(diǎn)設(shè)置多種停站方式,借鑒TGV中長(zhǎng)途列車一般在線路上客流集散較多的大城市均設(shè)置停站、為旅客提供便捷換乘條件的方法,設(shè)置我國(guó)高速列車的停站方案.3)接續(xù)和換乘.不論對(duì)于何種運(yùn)輸組織模式,主要樞紐換乘站各方向、各等級(jí)列車接續(xù)和換乘設(shè)計(jì)方案將直接影響旅客出行的便捷性,德國(guó)ICE與法國(guó)TGV的經(jīng)驗(yàn)值得借鑒:一是注重車站的換乘功能,高速鐵路與既有鐵路及城市交通網(wǎng)絡(luò)很好地結(jié)合;二是接續(xù)或換乘列車的時(shí)間充分優(yōu)化.4)時(shí)刻表結(jié)構(gòu).周期性列車運(yùn)行方案由于具有便于旅客記憶的時(shí)刻表、易于運(yùn)營(yíng)者管理、有效利用運(yùn)輸能力等優(yōu)點(diǎn),被歐洲國(guó)家廣泛地采用.由于我國(guó)快速客運(yùn)網(wǎng)具有“點(diǎn)多、線長(zhǎng)、面廣”的特點(diǎn)并且客流結(jié)構(gòu)復(fù)雜,全部采用周期性運(yùn)行方案有一定困難,必須考慮其合理使用范圍.可借鑒法國(guó)TGV列車時(shí)刻表的非周期性與周期性開行方案相結(jié)合的方式,除城際鐵路之外,有客流條件的短途或重要區(qū)段(主要城市之間)的高速列車也采取周期性開行方案,列車服務(wù)頻率依客流量而定;客流密度不太高的區(qū)段往返列車服務(wù)時(shí)間可采取ICE的奇偶交叉形式,實(shí)現(xiàn)動(dòng)車組的循環(huán)使用從而節(jié)省車底.3.2路網(wǎng)樞紐組合1)一站直達(dá)列車的開行.ICE與TGV共同點(diǎn)之一是一站直達(dá)列車比例不高,一般在短運(yùn)距或國(guó)際運(yùn)行線上才開行,大量開行中途停站列車,以適應(yīng)德法客流較分散的特點(diǎn).這種行車方式雖然符合我國(guó)近期高速線路里程不多、動(dòng)車組數(shù)量較少的實(shí)際,但我國(guó)主要樞紐城市間客流量較大、距離較長(zhǎng)(如北京、上海、廣州、武漢4個(gè)客運(yùn)樞紐的距離都在1000～2000km范圍內(nèi)),高速列車在我國(guó)區(qū)域間主要城市的旅行時(shí)間要遠(yuǎn)大于歐洲國(guó)家,頻繁停站會(huì)降低旅速,不利于體現(xiàn)高速列車高速度的優(yōu)勢(shì),因此應(yīng)在客流量較大的城市之間組織一定數(shù)量的中長(zhǎng)途一站直達(dá)高速列車.2)換乘客流組織.與許多歐洲國(guó)家不同,我國(guó)客運(yùn)專線路網(wǎng)上將修建許多客運(yùn)新站,混跑模式的高速列車與既有線列車之間的接續(xù)和換乘客流組織較為復(fù)雜.除了高速列車之間、下線高速列車與既有線列車之間、高速列車與跨線列車之間可以實(shí)現(xiàn)部分換乘客流在不同車次之間的同站換乘之外,其余本線與跨線客流的換乘需借助城市交通,因此客運(yùn)新站的綜合樞紐功能很重要.未來實(shí)現(xiàn)全高速模式后基本只考慮高速列車之間的換乘,所以按照法國(guó)TGV的做法,選取一些重要城市作為換乘樞紐站十分必要.從圖8可以看出我國(guó)客運(yùn)專線網(wǎng)沒有像法國(guó)以巴黎為中心的輻射結(jié)構(gòu),而是多交叉結(jié)構(gòu),路網(wǎng)規(guī)模、密度和線路分布也不同于德國(guó).因此換乘樞紐站的布局還需結(jié)合我國(guó)實(shí)情,選取路網(wǎng)中的部分重要城市構(gòu)建路網(wǎng)換乘節(jié)點(diǎn)系統(tǒng),借鑒德國(guó)ICE與法國(guó)TGV基于路網(wǎng)重要節(jié)點(diǎn)的換乘方案.3)直達(dá)與中轉(zhuǎn)換乘方案設(shè)計(jì).歐洲國(guó)家雖然運(yùn)行線跨度范圍不大,但較少組織長(zhǎng)途直達(dá)列車,如法國(guó)TGV就采取直達(dá)加中轉(zhuǎn)換乘方案相結(jié)合的方式.直達(dá)與中轉(zhuǎn)換乘有機(jī)結(jié)合開行方案的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)于直通客流較小的區(qū)段,換乘組織可以發(fā)揮路網(wǎng)樞紐站的輻射作用;實(shí)現(xiàn)不同OD量的運(yùn)行線與列車服務(wù)頻率的協(xié)調(diào)配合;提高旅客在時(shí)間和地點(diǎn)上選擇車次的機(jī)動(dòng)性.另外直達(dá)與中轉(zhuǎn)換乘方案對(duì)高速列車服務(wù)時(shí)間有影響,德法高速列車的服務(wù)時(shí)間基本始于早4點(diǎn)止于凌晨2點(diǎn)左右,法國(guó)各個(gè)較長(zhǎng)客流區(qū)段的夜間TGV列車不是每天都開行,并且有取消的趨勢(shì).從這個(gè)方面來講,目前我國(guó)長(zhǎng)大距離的運(yùn)行線通常組織開行夕發(fā)朝