高速铁路通过能力及影响因素

（一）定义

是指在某一高速铁路线路、方向或区段，根据现有的各种技术设备（如区间正线数量、区间长度、线路纵断面、车站、动车组运用设备，信号、联锁、闭塞方式、列车运行图的类型及电气化铁路线的供电设备等），在采用一定数量和类型的动车组及一定的行车组织方法条件下，单位时间内（通常指一小时或一昼夜）所能通过基准列车的最多列车数或对数。其中基准列车指在通过能力考察区段内开行的速度最高且在沿途中不进行停车作业的列车。

通过能力在一定程度上取决于行车组织水平和铁路固定设备、动车组的合理运用，它不是一成不变的，它会随着技术设备和行车组织方法的改善而提高。

计算通过能力，一般是先计算平行运行图的通过能力，然后在此基础上再计算非平行运行图的通过能力。

（二）高速铁路通过能力利用和计算的特点

高速铁路由于其在列车运行组织等方面与一般的常规铁路有着明显的不同，因而在通过能力的利用和计算上有着自身的特点。

（1）昼夜能力利用的不均衡性。

高速铁路主要为客运服务，旅客出行活动在始发站一般都发生在昼间。一年之内，不同季节之间客流生成和变化规律有所不同；一周之内，工作日与双休日的客流特点不同；一日之内，旅客出行的频率也不同，往往形成旅客出行活动的高峰和低谷。白天和夜间能力不均衡，昼间能力也不均衡。

（2）理论计算能力与实际可利用能力差距较大。

客流特点和昼夜能力不均衡使得实际吸引完成的客运量与预测存在差异。故需较大能力后备。尽管理论上可以在高速铁路运行图上铺画较多的列车运行线，而实际上，各条运行线由于所处的实际时段不同，所能吸引并完成的旅客输送量却大不相同。

（3）B类列车产生的能力扣除也是通过能力计算的一个重要组成部分。

当采用不同速度列车共线运行的运输组织模式时，在高速客运专线上开行的B类列车，由于列车运行速度较A类列车低，而且停站办理的次数也可能较多，因而占用列车运行图的时间较长，亦即开行B类列车将对通过能力产生不利影响。在高速铁路通过能力计算中，若采用扣除系数怯，这一影响可用中速列车扣除系数表示。因此，在研究高速铁路通过能力扣除系数计算法时，还应通过采用分析方法或模拟方法，确定中速列车扣除系数。

（4）长线能力相对不足与短线能力相对富余并存。

（5）客运专线能力计算具有一定的复杂性和某种不确定性。

客运专线的能力计算必须首先以方向上的高速列车运程可达的最大客流区段为基础，从大到小确定其所包含的各个客流区段可能的各种长线和短线能力；因此将形成满足不同客流需求，各具特色的长、短线能力组合方案。

（6）高速客运专线以客流区段为单位计算客流区段别的通过能力。

若以客运站为客流的主要始发和终到站，并将客流主要始发站与终到站之间的铁路区段定义为客流区段，则旅客列车通常应以客流区段为单位制定开行方案，亦即在高速客运专线上通常只开行客运站间的旅客列车，因此应该以客流区段为单位计算客流区段别通过能力。

（7）速度较低的列车对能力产生扣除。

在高速铁路上开行运行速度较低的列车，停站次数较多，占用列车运行图时间较长，将对通过能力产生不利影响。因此，与既有铁路能力扣除不同，在高速铁路上以较低速度等级的列车对高等级的列车进行扣除。在客运专线上，客车停站时分加上起停车附加时分所造成的影响一般已超追踪间隔时间的影响，因停站而产生的能力扣除已经成为能力计算中的重要组成部分。在一个客流区段内，高速列车也可能在途中停车办理客运业务，与不停车高速列车比较，它将产生额外的占用列车运行图的时间，对通过能力产生不利影响。

（8）天窗的设置对运行图和能力造成较大影响。

为使高速铁路技术设备经常处于质量良好的使用状态，以确保行车安全，在高速铁路列车运行图中，一般应为设备日常维修和养护预留出必要时间的“天窗”。“天窗”不仅缩短了可供列车运行的时间段，而且人为地将列车运行图分割为两个隔开的时间段，致使在列车运行图上不能组织列车24 h循环运行，对通过能力造成了相当大的影响。

（9）通过能力具有明显的时段特性。

高速铁路上运行的旅客列车，因市场需求和旅客出行习惯，使得列车运行线不是均匀分布，往往一个时段密集开行，而另一个时段则相对稀疏，使高速铁路通过能力具有明显的时段特征。在编制列车运行图时应尽可能规定适宜的旅客列车始发终到时刻。高速客运专线一般规定在六点至二十四点间在客流区段内到发。受这一到发时间的限制，在列车运行图中除“天窗”时间之外，还将产生一定的被称为无效时间的时间段，它对通过能力也有一定影响。

（三）影响高速铁路通过能力的主要因素

（1）不同运输组织模式对通过能力的影响不同。

（2）高速铁路线上各种列车运行的速差及停站时间。

一是不同高速列车之间因停站次数及其停站时间不同而产生相互间的能力扣除；二是旅行速度不同的列车之间因速度（本质上是区间运行时分）差异而产生相互间的能力扣除，速差越大，能力扣除越大。

（3）客运专线列车运行图的铺画方式。

采用不同列车分区集中铺画方式：相同速度的列车间可以集中地平行铺画；不同速度的列车在占用区间能力上的相互影响较小，采用均衡铺画方式时，情况正好相反。

阶段均衡铺画方式：介于两者之间的阶段均衡铺画方式，是一种随不同种类列车的数量比例和速度差异而合理进行的选择。

不同种类列车在运行图中的布局关系、列车时空分布及运行线间的交错关系的铺画方式。这种铺画方式，较能够适应客运专线不同发展阶段的能力。

（4）站间距离及区间的不均等性、车站数量。

在不同列车的速度差异比较大的时候，影响会很大。一般来说，在保证一定的高速能力条件下缩小站间距，会提高较低速度列车的通过能力。

（5）综合维修“天窗”。

一是长达4～6 h的天窗时间行车中断产生直接的能力损失，二是这种天窗方式在运行图四个边角时空上产生特殊的三角区，使全线能力利用有了“长线”和“短线”之分。而且线路里程越长，长线能力越小。这使客运专线的方向通过能力与其所包含的各区段通过能力随线路里程的增大，差别越来越大。(www.xing528.com)

（6）旅客列车在始发终到站的有效到发时段。

（四）高速铁路通过能力的计算方法

1．平行运行图通过能力计算

公式如下：

式中：N——平行运行图的通过能力（对数或列数）；

Tw——维修天窗时间（分）；

I——列车最小追踪间隔时间（分）；

S——客运区段长度（km）；

V——旅客列车平均运行速度（km/h）。

2．非平行运行图通过能力计算法

非平行运行图的通过能力是指：在不同速度旅客列车数量既定条件下，该区段一昼夜所能通过的基准列车的最多对数（或列数）。

对于采用多种列车共线运行的运输组织模式的高速铁路，通过能力比较复杂，没有一个十分精确又简单的计算方法，计算方法需要更新。

综上所述，高速铁路通过能力的计算方法主要有以下三种。

（1）图解法。

按照运行图的铺画顺序和原则，先铺画给定数量的非基准列车运行线，然后在列车间隔内铺画基准列车运行线（速度最高，不停站）。在运行图上所能最大限度铺画的基准列车数量和非基准列车数量的总和即为该高速铁路区段的非平行运行图通过能力，图解法比较精确，但较繁琐，故只在特殊需要时采用。

（2）分析计算法。

主要是把各种情况下列车的能力占用归为一定的模式，如果是规格化运行图，这种方法较为简单直观，但实际的运行图其停站比、越行模式可能非常灵活，如果要归纳为各种模式，组合方案会太多，对于不同的运行图结构，该方法的适用性必然受到限制，只能近似地计算非平行运行图的通过能力。越行与待避过多的铺画如图6-4-7所示。

图6-4-7　越行与待避过多的铺画

根据计算的原理不同，分为扣除系数法和平均最小间隔法。

① 扣除系数计算法。

扣除系数是指因铺画一对或一列停站高速列车、较低速度列车、跨线列车、货物列车等，需从平行运行图上扣除的基准列车的对数或列数。是低等级、低速度列车对该线路区段运行最高速度等级列车的能力扣除。

扣除系数计算法属于静态的确定型的计算方法，它只有在严格“按图行车”、设备无故障、工作不中断、列车占用时间均等及运行无延误的条件下才是正确的。用该方法计算的通过能力一般偏大，很难实现，其所取得的通过能力增加也是以牺牲客货运输质量为代价的。

② 平均最小列车间隔法。

平均最小列车间隔时间计算法，属动态的不确定型的计算方法，它是在分析研究各区段当前实际列车运行状态的基础上，依据列车晚点概率、列车平均晚点时间和平均最小列车间隔时间，按给定反映列车运行工作质量要求水平的允许列车后效晚点时间总值等条件计算区间通过能力。

这种方法注重服务质量，与扣除系数法相比，它相对比较能在实际中使用，不需要理想条件，解决了分布不均匀、弹性较弱等方面的缺点。考虑到晚点时间，具有一定的可调节性等条件下得出的通过能力，在运输市场更具有竞争力。

（3）计算机模拟法。

计算机模拟法是由计算机模拟人工铺图，严格按铺图标尺，通过紧密铺画A、B类列车运行线，进而精确确定高速铁路区段或全线通过能力的方法。

计算机模拟法对区间或全线通过能力的确定，都是在某种条件下进行的，都是根据某种原则，在固定某些种类列车数量的前提下，通过计算机模拟人工铺画满表运行图。

用计算机模拟法确定高速铁路区段或全线通过能力的计算过程如图6-4-8所示。

由于满足铺图标尺约束条件的可行方案数量巨大，因此方案的比选和优化算法相当复杂。此类问题属于非结构化或半结构化问题，一般只能应用专家系统方法或借助人机对话的方式进行，寻求问题的近似最优解或满意解。

图6-4-8　计算机模拟法计算过程