（交通运输规划与管理专业论文）市场经济条件下繁忙干线通过能力研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 页 摘要 通过能力问题一直是铁路运输界长期研究的热点和重点课题。市场经济 条件下，铁路运输作为实现社会产品供求平衡、调节经济资源配置的一种手 段，需要对通过能力进行优化利用和配置，对通过能力问题的研究是一个富 有新意和探索性的课题。 本着面向铁路生产现场服务、实用、实效、实际的原则，论文从运输需 求的角度出发，阐明运输需求是对通过能力问题研究的必要条件之一。市场 经济条件下，完整的运输需求应当包括运输数量和结构( 时间、地点、种类 等) 以及运输质量方面的需求，也就决定了铁路运输供给必须具有一定的适 应能力，即铁路通过能力为确保运输数量和结构需求体现在时段上的适应性 以及为确保运输质量在列车运行缓冲时间的设置上具有的适应性，我国铁路 通过能力研究从充分发挥运输效能最大化的理论转化为充分满足运输需求最 大化的理论也就势趋所然。因而，落实到繁忙干线通过能力系列问题即能力 计算、利用、加强与发展等方面的研究中都要体现出这些特征。 在结合我国铁路的实际情况和借鉴国内外铁路运输专家、学者对有关涉及 通过能力问题已经取得卓有成效的研究基础上，论文按照系统分析的方法，综 合分析了各项通过能力的影响因素，阐明了市场经济条件下铁路通过能力的概 念内涵，又具体运用概率论、综合评价等方法，提出了时段性通过能力的计算 方法、高峰小时通过能力的衡量方法、需要通过能力的经济数学模型、列车运 行图质量评价方法等等，在理论和实践上都有所刨新，这也是作者从事铁路运 输工作多年来的经验总结秆长期思考的结果。这些方法的采用能够为市场经济 条件下通过能力问题的研究起到一个很好的借鉴作用。 关键词：市场经济；运输需求；通过能力；列车运行图 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 | 页 a b s t r a c t c a r r y i n gc a p a c i t yh a sb e e nah o t s p o ta r e aa n dak e yp r o b l e mo fr a i l w a y t r a n s p o r t a t i o n f o ral o n gt i m e i nt h ec o n d i t i o no fm a r k e t e c o n o m y , r a i l w a y t r a n s p o r t a t i o ni s ar e s o r tt oa c h i e v et h ee q u a t i o no fs u p p l ya n dd e m a n df o rt h e s o c i a l m a n u f a c t u r e ，a c c o m m o d a t et h ed i s t r i b u t i o no ft h ee c o n o m yr e s o u r c e c a r r y i n gc a p a c i t yn e e d st o b ed i s t r i b u t e da n dt h e u s i n go fw h i c hn e e d st o b e o p t i m i z e da sw e l l t h er e s e a r c ha b o u tt h ec a r r y i n gc a p a c i t yi s a n i n n o v a t i o n ， w h i c hi sa l lo p e nq u e s t i o n a c c o r d i n g t ot h e p r i n c i p l e o fs e r v i c e ，u s e f u l ，e f f e c t i v e ，a n dp r a c t i c a li n r a i l w a ym a n u f a c t u r el o c a l e ，f r o mt h ea n g l eo ft r a n s p o r t a t i o nd e m a n d ，t h i sp a p e r i l l u s t r a t e st h a tt r a n s p o r t a t i o nd e m a n di so n eo ft h en e c e s s a r yc o n d i t i o n sf o rt h e r e s e a r c ho n c a r r y i n gc a p a c i t y i n t h ec o n d i t i o no fm a r k e t e c o n o m y ，a f u l l t r a n s p o r t a t i o nd e m a n ds h o u l di n c l u d eq u a n t i t y ，s t r u c t u r e ( t i m e ，p l a c ea n ds o r t ) a n dt h ed e m a n df o rt h e q u a l i t yo ft r a n s p o r t a t i o n t h i sd e t e r m i n e st h a tr a i l w a y t r a n s p o r t a t i o ns h o u l db ep r o v i d e dw i t hs t a t e da d a p t a t i o nc a p a c i t y a n di tm e a n s t h a ti no r d e rt oe n s u r et h ed e m a n df o r q u a n t i t ya n ds t r u c t u r eo ft r a n s p o r t a t i o n r a i l w a yc a r r y i n gc a p a c i t ys h o u l di n c a r n a t ea d a p t a b i l i t yf o rt h ep e r i o d so ft i m e ， a n dt h ea d a p t a b i l i t yo nt h es e to ft h et r a i nm o v e m e n t b u f f e r i n gt i m et oe n s u r et h e t r a n s p o r t a t i o nq u a l i t y s oi t i sn a t u r ef o r t h et r a n s f o r mo fr e s e a r c h t h e o r y o n r a i l w a yc a r r y i n gc a p a c i t yi nc h i n a ，w h i c hi so ns a t i s f a c t i o nf o rt h em a x i m i z a t i o n o ft h e t r a n s p o r t a t i o nd e m a n d ，w h i l e o n m a x i m i z i n g o ft h e t r a n s p o r t a t i o n e f f i c i e n c yb e f o r e t h e r e f o r e ，t h es e r i o u sp r o b l e m so fc a r r y i n gc a p a c i t yc a r r i e d o u ti nt h e b u s ym a i nl i n e ，n a m e l yt h a t ，t h er e s e a r c ho n c a l c u l a t i n g ，u s i n g ， r e i n f o r c i n ga n dd e v e l o p i n go fc a p a c i t ys h o u l di n c a r n a t et h e s ec h a r a c t e r i s t i c s b a s e do nt h ea c t u a ls i t u a t i o na n dr e f e r e n c eo fe f f i c i e n tr e s e a r c ho n p r o b l e m s o fc a r r y i n gc a p a c i t yi tc a r r i e db y r a i l w a yt r a n s p o r t a t i o ne x p e r t sa n ds c h o l a r sb o t h i nh o m ea n da b r o a d t h i s t h e s i s a n a l y s e s e a c hi n f e c t i o nf a c t o ro f c a r r y i n g c a p a c i t y , a c c o r d i n g t ot h e s y s t e ma n a l y s i sm e t h o d t h e ni ti l l u m i n a t e st h e c o n c e p to fr a i l w a yc a r r y i n gc a p a c i t yi nt h ec o n d i t i o no fm a r k e te c o n o m y , a n d g i v e s t h e c o m p u t i n gm e t h o d f o r p e r i o dc a r r y i n gc a p a c i t y , t h em e a s u r e m e n t m e t h o df o rr u s hh o u r c a r r y i n gc a p a c i t y , t h ee c o n o m ym a t h e m a t i c sm o d e lf o r 西南交通大学硕士研究生学位论文第| if 页 d e m a n dc a r r y i n gc a p a c i t y , a n dt h eq u a l i t ye v a l u a t i o nm e t h o df o rt r a i nd i a g r a m ， t h r o u g hu s i n g t h e p r o b a b i l i t y a n d s y n t h e s i s e v a l u a t i o n t h e p a p e r i sa n i n n o v a t i o nf o rt h et h e o r ya n dp r a c t i c e a l s oi ti st h es u m m a r yo ft h ew r i t e r sl o n g r a i l w a yw o r k i n ge x p e r i e n c ea n dt h er e s u l to fh i sc o n s t a n tt h o u g h t t h ea d o p t i o n o ft h e s em e t h o d sa b o v ew i l lb eag o o dr e f e r e n c ef o rt h er e s e a r c ho nc a r r y i n g c a p a c i t yi nt h ec o n d i t i o n o fm a r k e te c o n o m y k e y w o r d s ：m a r k e te c o n o m y ；t r a n s p o r t a t i o nd e m a n d ；c a r r y i n gc a p a c i t y ；t r a i n d i a g r a m 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 页 1 1 问题的提出 第1 章绪论 铁路是国家重要的基础设施，国民经济的大动脉，交通运输体系的骨干 l “。市场经济对我国铁路运输能力的冲击主要表现在运输需求波动加剧和流 向随机性加大。随着市场经济的发展完善以及运输市场竞争不断加剧，在日 盏严峻的市场挑战面前，铁路的经营管理思想、方式和行为都必须适应市场 经济规律和要求。铁路运输业的生存和发展的关键是充分利用相关资源，实 现安全、高效、快捷的客流和物流，在满足运输需求的前提下实现自身的效 益。 通过能力问题一直是铁路运输界长期研究的热点和重点课题。对铁路通 过能力问题的研究，目前国际上存在着两种不同的理论体系：一种是以充分 发挥铁路运输设备效能为出发点( 以中国、前苏联为代表) ，采取组织型行车 组织体制；另一种是以保证实现一定的运输工作质量要求为出发点( 以德国、 日本为代表1 ，基本采取规划型行车组织体制。我国铁路采用前者通过能力理 论，既是受前苏联的影响，也是受到我国铁路运能长期短缺的现实制约影响。 长期运输实践证明，这种理论体系和行车组织方式对充分挖掘运输潜力、扩 大运输能力、最大限度地满足客货运输数量需求方面曾起过积极的作用，表 现在列车运行图上就是要在满表条件下铺画的尽可能多的列车数量，这是一 种负荷为l o o 的运输能力。这种研究运营组织思路在实际应用中产生的后 果是：一旦列车运行晚点，列车运行恢复可能性几乎为零，而且在列车调度 调整过程中，经常造成列车越晚越多的局面，大幅度降低了运输产品的服务 质量。市场经济条件下，如果还要采取片面追求运输设备最大效能的发挥的 通过能力理论，必然会造成设备超负荷运转、列车晚点多、运输秩序混乱、 运输质量下降等不良后果，而且运输的可靠性、灵活性和适应性等均较低， 这种状况已经不适应运输市场竞争的需要，难以保证运输需求的需要。 长期以来，我国铁路建设严重滞后于国民经济发展，运输能力远不篚满 足运输需求的增长，运输需求与供给之间的矛盾焦点主要集中在繁忙干线。 繁忙干线是指连接经济发达地区或经济大区，是路网中的重要骨干，而且客货 行车量双线达到或超过6 0 对的线路i s j 。我国铁路繁忙干线大多是双线自动闭 塞区段，所经地区大都是经济发达、人目稠密的地区，这些地区客货运输需 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 求增长迅速、客货运输具有很强的随机性而且不均衡、旅客和货主对运输质 量的要求期望值逐步增加等等都表现出明显的运输需求特征。要想较好地实 现这些运输需求，就要合理地安排通过能力。因此，运输需求是研究通过能 力问题的必要前提条件之一。还应当看到，市场经济条件下，铁路运输作为 调节经济资源配置、实现运输产品供求平衡的一种有效手段，需要对通过能 力进行优化利用和配置。所以，通过能力研究问题值得高度重视，市场经济 条件下的铁路通过能力问题研究是一个富有新意和探索性的课题。加强繁忙 干线通过能力问题的研究越来越成为运输理论和实践发展的迫切需要，具有 重要的现实意义。 1 2 研究现状综述 铁路通过能力问题包括能力计算、利用、加强与发展等方面的系列研究。 国内外铁路运输专家、学者对有关涉及通过能力问题已经进行了卓有成效的 研究，研究成果各有侧重和特色。 在通过能力计算方面，德国铁路以列车运行图结构为基础，也就是以各 种类列车的开行数量以及在运行图上排列顺序的随机组合因素为基础，充分 考虑一定的运输质量要求，系统的研究了通过能力计算方法l 6j 。借鉴其理论 和方法对我国铁路通过能力的研究具有重要的意义。 在能力利用方面，国外主要运用运筹学和模拟方法进行列车运行组织和 线路通过能力的研究，已经发展到路网运行图情形。近年来，借助计算机技 术，利用系统论、控制论、信息论等现代化科学理论与方法，考虑各种运输 设备数量和时空配置、运营特点以及生产过程管理等要素，还针对各种变化 条件下的可实现性( 比如合理的机车交路等) ，取得了丰硕的成果。例如，德 国铁路为合理开行高等级旅客列车适应铁路运输技术的发展和营销市场的变 化需要在路网上重新合理布局、调配运力资源以便充分发挥更大的运输效益。 目前，已研究设计出列车运行图结构调整方案，能够对每个主要运输方向线 路区段的通过能力利用研究采用的数学模型进行逐个检查调整，即在对客流 进行预测分析的基础上，利用先进的客车开行方案模拟系统，设计出既符台 旅客运输需求，又能实现运能与运量最佳匹配的客车开行方案。再如，日本 高速铁路为适应任何时段的客流需求，在路网通道能力设计上具有超前和富 余性，而且在主要干线上大都采取了依据日期、时段的不同客流需求来制定 不同时期的列车运行图，这就为铁路市场竞争和大能量输送提供足够的保证。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第3 页 国内学者从9 0 年代初开始引进德国铁路通过能力的计算方法m ，并应 用排队论方法探索和研究铁路运输能力利用和协调问题，还从经济学的角度 探索能力发展问题，成果显著。在通过能力利用方面，杨浩等人首次提出能 力利用中的无效能力概念，迸一步指出无效能力的客观性、产生的不可避免 性、变化的动态性和随机性、影响的后效性以及转化为有效能力的特性，特 别论述了能力损失具有延迟、吸收和迭加的传递规律，提出建立动态能力储 备以增强运输系统稳定性的观点【2 “。郝国旗等人通过构筑模拟试验系统，从 列车流的产生到消失的全过程模拟列车运行，运用稳态和终态模拟技术研究 了能力损失传递的规律，提出用延迟概率、延迟时间、恢复时间、恢复系数 等参数作为衡量能力损失传递性盼定量指标【2 。徐瑞华运用动态系统理论， 从区段站和技术站的角度对铁路运输能力利用问题进行了数学构模，建立了 系统车流状态平衡方程，分析了计划安排即改变车流数量能力前提下能力损 失的含义及其表现形式，并且在能力损失的定量描述中将能力损失分为中断 型和延误型，从系统可靠性方面进行了定量探讨p 。张星臣等人首先提出能 力储备的概念，并对储备能力的基本内涵及特征进行了深刻的分析，认为储 备能力是铁路通过能力系列问题研究的重要组成部分1 3 1 j 。张星臣等人还采用 模拟方法研究了铁路运输的能力利用问题，从列车运行图铺画的角度提出了 能力合理分配的方法，部分结论在市场经济条件下仍具有实用价值，为能力 储备问题提供了良好的参照p “。在通过能力加强和发展方面，杨华龙等人首 次运用市场供求均衡原理以及风险分析方法，建立了铁路运输需要通过能力 的数学模型，并提出我国铁路适应型运输能力发展战略驯。 1 3 存在问题及难点 国外现代化铁路大多属于规划型行车组织体制，与我国有较大差异，线 路能力利用率达n 7 0 ，即视为处于饱和状态。所以在运能富裕条件下建立 的模型与方法难以适用于我国铁路的实际情况。 在通过能力计算方面引进的德国铁路计算方法，是在确保一定运输工作 质量的前提下的进行的，很有借鉴性，但是运输质量只是运输需求的一个方 面，我国铁路繁忙干线时段性特征明显，应根据实际情况改进和确定适应我 国铁路的通过能力计算方法。如何从运输需求的角度全面研究通过能力计算 方法是问题研究存在的难点之。 7 0 年代末到8 0 年代初兴起的、应用排队论方法探索研究铁路通过能力 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 利用和协调问题，已经在车流与固定设备的结合上迈出了一大步。但是，将 运输组织系统视为一个完全随机系统，忽略了我国铁路组织型体制中的组织 管理因素以及各种计划的调控作用，所以建立在此基础上的计算机模拟模型 和算法，很难以从整体上把握通过能力利用的系统性和有效性，需要进一步 改进和完善或从其它角度去研究，研究重点应当继续在理论上研究能力利用 中的无效能力及其变化规律，所采用的研究方法上应当解决运输系统随机性 和受控性相结合的问题，这也是研究课题的难点之一。 1 4 主要工作及创新性 1 4 1 主要工作 论文紧紧围绕市场经济条件下的运输需求特征，对我国铁路繁忙干线通 过能力的系列问题作了较深入的研究和探讨，以期待能够在运输生产实际中 提供一定的参考价值，对我国铁路通过能力的研究提供一些借鉴方法。所作 的工作主要有以下几个方面： ( 1 ) 研究市场经济条件下铁路通过能力的概念以及特征分析； ( 2 ) 通过能力时段性计算方法和高峰小时通过能力的衡量方法； ( 3 ) 通过能力利用过程中储备能力、无效能力、有效能力等方面的特征分 析； ( 4 ) 通过能力加强和发展中需要通过能力的经济模型的初步确定； ( 5 ) 列车运行图的质量评价。 1 4 2 创新性 ( 1 ) 市场经济条件下铁路通过能力概念以及特征分析； ( 2 ) 通过能力的时段性计算方法； ( 3 ) 通过能力利用过程中，无效通过能力衡量方法； ( 4 ) 列车运行图质量的多项指标评价以及综合评价方法等方面的内容。 1 5 研究方法及可行性分析 1 5 1 研究方法 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 1 系统分析方法 系统分析适应实际问题的需要，在选定系统目标的基础上，从系统长远 和总体最优出发，把问题作为一个整体来处理，在整体最优的前提条件下， 全面考虑各主要因素及其相互影响。而系统中的各组成部分，都具有各自特 定的功能和目标，只有相互分工协作，才能发挥系统的整体效能。系统分析 的基本手段是采用定量与定性分析相结合的基本方法，分析中要利用各种定 量资料和模型优化或仿真计算的结果，以定量分析为基础，同时充分利用分 析者、决策者和其它有关人员的直观判断和经验，进行综合分析与判定。论 文具体运用系统分析方法探讨了通过能力系列问题以及列车运行图质量评价 问题。 - 2 概率论方法 概率论是研究大量随机事件基本规律的学科。以指数分布为基础的经典 随机过程，是分析处理随机现象的基本工具之一。众所周知，对各种随机模 型进行解析处理的主要障碍是条件概率引起的高度复杂性，经典随机模型理 论中广泛使用的指数分布的随机变量通过指数分布的无后效性绕过这一困 难。论文在讨论为确保运输质量的必要缓冲时间过程中，是按照指数分布的 模型来确定的，而且利用该模型还求得了高峰小时通过能力的能力衡量方法。 3 综合评价方法 综合评价是较常用的一种模糊数学方法。实践证明，综合评价结果的可 靠性和准确性取决于合理选取因素、因素的权重分配和综合评价的合成算子 以及知识表示与模型选择等。所以，必须根据具体评价模型的目的、要求及 其特点，从中选取合适的评价模型和算法，使所选择的数学模型更加客观、 科学和有针对性。论文在探讨列车运行图质量评价的过程中，运用多层次模 型，采用加权平均的算法提出了其质量的综合评价方法。 1 5 2 可行性分析 1 市场经济条件下，结合运输生产过程的实际情况，全面理解和研究运 输需求和运输供给包含的主要内容，从而作为研究铁路通过能力的切入点是 可行的、也是必要的。 2 从运输需求的角度出发，通过能力在各个时段是不同的。所以，研究 通过能力计算方法时从时段性入手符合市场经济的实际情况。另外，从运输 需求和运输供给的角度来确定需要通过能力也是适应市场经济的需要，对此 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 方面的研究是可取的。 3 在保证运输质量的列车缓冲时间服从广泛使用的指数分布的经典随机 模型分析中，利用指数分布的随机模型具有易于进行解析处理的优点，能够 从数学推理中得出相关结论。 4 通过能力最终要经过列车运行图铺画体现出来，在评价运行图质量时， 目前的情况是编图技术人员往往凭经验来确定，缺乏科学依据，为适应市场 经济需要，进行多指标单项评价以及综合评价是必要的，可以在实际编图过 程中广泛推广。 1 6 论文结构 论文编排的基本结构如图1 1 所示为 图1 1 论文基本结构图 西南交通大学硕士研究生学位论文 第7 页 第2 章通过能力内涵分析 铁路通过能力内涵分析是研究通过能力系列问题的前提。市场经济条件 下，通过能力的概念、特征等方面具有了新的内容，需要重新分析和界定。 2 1 我国铁路的通过能力 我国铁路采用以充分发挥铁路运输设备效能为出发点的通过能力理论。 在铁路实际工作中，通常又把通过能力分为三个不同的概念，即设计通过能 力、现有通过能力和需要通过能力川。通过能力一般指区段通过能力，影响 因素包括： ( 1 ) 区间通过能力。其通过能力主要决定于区间正线数、区间长度、线路 纵断面、机车类型、信联闭设备的种类等。 ( 2 ) 车站通过能力。其通过能力主要决定于车站到发线数，咽喉道岔的布 置，驼峰货物牵出线的类型、数量与技术设备，信联闭设备的种类以及车站 技术作业过程等。 ( 3 ) 机务段设备能力。其能力主要决定于内燃或电力机车的定修台位，机 车整备和转头设备及段内走行线和整备线等。 ( 4 ) 给水设备能力。其能力主要决定于水源，扬水管道及动力机械设备。 ( 5 ) 牵引供电能力。电气化铁路的供电设备，其能力主要决定于牵引变电 所和接触网，即牵引变电所( 牵引变压器) 容量和接触网供电能力。 根据以上固定设备计算出来的通过能力，遵循“木桶理论”，其中能力最 薄弱的设备限制了整个区段的能力，即为该区段的最终通过能力。在整个运 输系统中，运输能力最薄弱的环节总是对运输能力起决定性的限制作用或所 谓“瓶颈”作用。各种固定设备的通过能力，应力求相互协调，综合发展， 使之发挥最大效能。 由于通过能力着重从固定设备方面衡量铁路线路可能通过的列车数，并 未考虑移动设备数量和职工配备情况等的因素，而通过能力的实现将受这些 因素的制约。为了从移动设备和职工配备方面规定铁路线路能够通过的列车 数或货物吨数又引入输送能力的概念，输送能力以通过能力为依托并受其限 制，一般小于或等于通过能力。通过能力和输送能力共同构成运输能力。通 过能力具有地区固定性的特点，不能调拨，其发展一般里阶跃式增长；而输 西南交通大学硕士研究生学位论文 第8 页 送能力大多是分散、流动的，其数量的增长一般是渐进式的。在同一线路， 不同方向的以列车数统计的区段通过能力可能是相同的，而以货物吨数统计 的同一线路不同方向的输送能力受货流条件影响。 铁路运输生产要求输送能力与通过能力相互适应。为满足不断增长的运 输需求，铁路不仅要强化固定设备，适时修建新线和对既有线进行技术改造 来提高通过能力，而且也要相应的增加机车车辆，组织人员培训，并大力加 强运输组织工作，充分挖掘现有技术设备的潜力来提高输送能力，从而实现 最大的运输能力。 我国铁路采用的通过能力理论，人为地割裂了固定和移动设备的有机联 系，片面地追求铁路运输设备效能的最大发挥，甚至不惜以浪费其它运输资 源，降低以致牺牲运输质量和运输安全为代价，这在铁路实践中会产生有害 的后果，造成铁路能力在实际运用中利用率过大，而且铁路日常运营组织和 运输调整弹性较差、难度较大。 2 2 德国铁路的通过能力 为了确保运输工作质量，德国铁路首先对区段和区间的划分作了新的规 定。区段是指接车能力不致影晌及时接车的两车站间的铁路地段，通常由一 个或多个区间组成。区间是区段的一部分，区间的划分以在一个区间内运行 的列车数和旅客列车与货物列车数比例关系不发生变化为原则。区间可以由 一个或多个越行区间组成，越行区间以越行站为界，越行站必须具有能容纳 该区间标准长度被越行列车的越行线。在此基础上，铁路区间通过能力是指 在一定时间内、在_ 定运营和设备条件下，按照一定的列车运行质量要求， 区间在单位时间内每一正线所能通过的最大列车数，它与如下因素有关： ( 1 ) 铁路设备条件，包括铁路线路和信号设备； ( 2 ) 列车运营条件，包括最小列车追踪间隔时间、列车追踪运行关系、列 车的等级顺序、双向行车时的列车束、列车追踪时间的概率分布、列车晚点 的概率分布和晚点时间、缓冲时间的概率分布及时间、对列车运行流水性方 面要求的质量标准、列车运行图施工“天窗”、夜间休息时间等。 区间通过能力包括通过能力、最小通过能力、受施工影响的限制通过能 力、受夜间休息影响的限制通过能力、小时通过能力、没有缓冲时间的小时 通过能力和固定缓冲时间的小时通过能力等七项。 通过能力是指根据安排的列车运行顺序确定的最小列车间隔时间、按方 西南交通大学硕士研究生学位论文 第9 贞 向和密度确定的列车束、列车等级顺序、区段列车晚点时间标准和运输质量 标准，区间在一昼夜内所能放行的列车数。 最小通过能力是指包括所有列车在区间内发生任意晚点时间在内的最不 合理列车运行条件下所能实现的通过能力。 限制通过能力是指因考虑区间旋工和夜间休息而产生运行图“天窗”之 后的通过能力。 小时通过能力是指在保持正常列车运行条件下，在最紧张区间小时所能 放行的列车数。 没有缓冲时间的小时通过能力是指区间紧张阶段，不考虑列车等级顺序 和列车运行质量要求条件下，按运行列车追踪关系紧密安排列车运行，在一 小时内区间所能放行的列车数。 固定缓冲时间的小时通过能力是指在缓冲时间固定的条件下，根据最小 列车追踪间隔时间、根据列车等级顺序、区间列车晚点时间和列车运行质量 标准，区间在一小时内所能放行的列车数。 可见，德国铁路的通过能力理论与列车运行工作质量要求密切相关，充 分考虑到实际运用条件，能够比较确切反映客观运输市场的要求，从而可增 强铁路运输对国民经济发展的适应程度。 2 3 市场经济条件下铁路通过能力 2 3 1 研究问题概述 在铁路通过能力系列问题研究中，如图2 1 所示，能力计算提供铁路运 输生产能力的评价标准，是定量化衡量能力利用、确定能力加强和发展的重 要依据，是对能力利用水平和限度的真实计量和评价。因此，能力计算是研 究能力问题的基础；能力利用问题是能力问题研究的核心内容，也是能力问 题的研究关键。无论制定能力利用标准、研究运输能力负荷的转化规律、运 用组织管理手段实现运能的合理利用，还是研究运能与运量发展的动态适应、 确定合理的能力储备、规划运能加强与发展，其基础工作是全面深入地研究 和探索能力利用客观规律“。能力加强和发展是着眼于系统能力利用中的薄 弱环节，规划和设计能力利用过程中各相关环节的负荷转化及能力转化的可 能性。能力加强和发展是两个既有联系又有区别的概念，加强是微观局部性 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 0 页 的扩能，发展则是宏观性整体性的扩能，能力加强和发展方面的研究旨在正 确地揭示运量和运能在时间和空间上的动态适应关系，把握通过能力各阶段 在空间和时间配置上的薄弱环节。 2 3 2 影晌因素 图2 1 能力问题系列研究相互关系图 市场经济条件下，铁路通过能力是运输需求与运输供给综合影响的结果。 1 运输需求 运输需求是由于社会经济活动( 包括生产活动、消费活动) 所引起的潜 在的物流、客流。影响运输需求的动因包括经济增长、经济发展阶段、区域 间的经济社会联系、对外开放、技术进步等因素。随着我国改革开放和社会 主义市场经济的建立，社会经济活动发生阶段性巨变，铁路运输的服务对象 发生了很大变化，人际间的交往更加频繁，物资交流也随之增加，人们生活 节奏加快，时间价值观念越来越强，对运输实效和运输质量都提出了新要求。 运输市场由单纯的数量需求开始转向数量和结构以及质量的双重要求，计划 经济时代运能与运量的矛盾已经转化为日益增长的运输需求与铁路运输供给 之间的矛盾。运输需求既包含对运输数量和结构的需求，又包含对运输质量 的需求n ”。新的矛盾要复杂的多，其内涵要丰富的多。只是由于运能不适应 运量增长需求这一矛盾已长期化和明显化，所以长期以来一直掩盖了运输质 量需求与铁路不相适应这一深层次的矛盾。 数量需求是指需要空间移动的人和货的数量及空间移动的距离等方面。 主要包括运输客货流的流量、流向、流程等；结构需求是指客货流时间、地 点、种类等方面的需求，主要包括客货流种类、流时以及运到期限等特殊要 西南交通大学硕士研究生学位论文第”页 求等内容。 质量需求是指不同旅客群体和不同种类货物在安全的条件下，要求提供 快速、舒适、方便的运输服务以及通达程度、畅通程度等方面的需求。铁路 运输质量是指铁路运输企业围绕旅客和货物运输组织工作所进行的各项生产 经营活动满足旅客、货主所需求的程度，也可以指铁路完成旅客、货物位移 的优劣程度。铁路运输质量事关铁路运输业的形象，并在很大程度上决定着 自身竞争力。为此，我国铁路将要全面提高客货运输质量，突出“以人( 用 户) 为本”的理念。 2 运输供给 市场经济以流通为前提，流通叉以运输为基础，迫切需要铁路提供足够 的运力支持。铁路运输系统提供的运输供给应符合客流、物流系统的要求， 因为只有向社会提供的运力只有被运输需求所接受才能转化为运输产品，所 以铁路运输业担负着提高运输能力和提高运输质量的双重任务。运输供给既 包含提供的运输能力( 固定设备、移动设备以及运输组织方式等方面的供给) ， 又包含保证运输质量的适应能力。 社会经济活动中的人与货物位移是通过运输量的形式反映出来的。运输 量是指在一定的运输供给条件下所能实现的人与货物的空间的位移量。运输 量可以是旅客人数或是铁路列车运送的货物吨数。运输需求能否实现要取决 于运输供给的状况，在运输能力完全满足需求的情况下，运输量可以基本上 反映运输需求，当运输供给不足时，铁路运输业完成的运输量仅是社会经济 运输需求的一部分，如果增加运输设施、扩大运输能力，被不正常抑制的运 输需求就会迅速变成实际的运输量，形成诱发运量。可见，运输需求的真正 实现即运输量的形成受运输供给制约。 西方发达资本主义国家市场经济成熟，供给与需求基本相符合，而且供 给大于需求。我国由于市场经济处于发展初期，一般而言，运输供给不能满 足运输需求，满足的运输需求可以成为有效需求，铁路运量是指在具体的运 输生产活动中已经实现的运输需求，而没有被满足的需求成为无效需求。目 前，我国铁路的运输组织方式基本上还是生产型的，与市场营销的要求还有 差距，主要表现在：与市场衔接能力较差，对市场的变化反映迟钝，不能随 着市场的变化及时调整产品结构。经常出现有能力无货源，有货源无能力或 无适当的有效供给等情况。 铁路运输业为满足运输市场的需求，必须要有充足的通过能力作后盾。 西南交通大学硕士研究生学位论文第12 页 运输供给所提供的运输产品数量和质量，决定于相关运输资源的数量和质量。 从运输市场的供需情况看，铁路运输业所提供的运输产品并不一定都是能够 满足市场需求，这就出现了有效供给问题。有效供运输给是符合运输需求的 供给，有效运输供给小于总的运输供给，因为市场上总存在一部分不符合市 场需求的供给。因此，随着市场的不断变化，铁路运输业也应不断调整，以 使提供的产品更符合运输市场需求，提供更多的有效供给。 2 3 3 概念提出 通过能力是指铁路区段在单位时间内通常是一昼夜所能通过的最大行车 量或列车数、列车对数，是制定运输计划、新建、改建铁路线路、装备运输 设备的重要依据和指标。它表明每一线路所能完成的旅客列车、货物列车、 快运货物列车、摘挂列车以及路用列车等各种行车量的程度。更确切的说， 铁路通过能力是车流结构、客货列车分布、技术设备、作业组织、运行图结 构、机车运用等的综合反映，前两项属于运输需求范畴，后四项属于运输供 给范畴。所以，市场经济条件下铁路通过能力应当是在充分考虑运输需求， 确保一定的运输质量的条件下，铁路区段一昼夜所能通过的行车量的最大值。 即各种运输设备、移动设备以及运输组织管理等运输供给方式有机结合而形 成的综合有效的运输能力。 2 3 4 特征分析 运输需求的两方面内容决定了通过能力也具有两方面的特征。 1 时段性特征 运输数量和结构方面的需求决定了通过能力具有时段性特征。表现在一 昼夜内运输需求不能等同，会出现高峰和低谷各个不同的需求时段，导致列 车运行线不均衡。运输需求日趋多样化彻底改变了基于传统客货并重为基本 出发点的均衡性理论，即强调旅客列车间、货物列车间及客货列车间的运输 都要均衡进行，也彻底打破了计划经济时代均衡配置资源的思想。尤其在繁 忙干线上，客货运输竞争质量的矛盾更加突出，为提高运输质量，采取了客 车提速、黄金时段客车的大量开行等运输产品结构的重大调整，对货车在技 术站的到发均衡性产生了较大影响；而且行包专列、“五定班列”、快运货物 列车等合理时间区域的图定运行线列车的存在，致使其他货物列车更不可能 均衡运行。可见，为增强铁路的竞争能力，味追求客货均衡运输已经不再 西南交通大学硕士研究生学位论文 第 3 页 可能。 时段性是市场经济条件下通过能力的一个重要特征，表现在列车运行图 上，列车运行线在一个时段内紧密到发，一个时段平缓，而且交替出现，不 同时段的价值不同，不同时段的通过能力相互间不能转移和替代。时段通过 能力可以定义为某一线路在一定的机车车辆类型和一定的行车组织方法条件 下，在保证一定运输质量的条件下，在某一时间段内最多通过的列车数。 2 适应性特征 运输质量的需求决定通过能力要具有一定的适应性特征，适应性特征决 定了通过能力理论要以提高运输质量为根本出发点。从行车组织的角度说， 运输质量是指运输秩序和运输效率，包括线路畅通、运力资源配置、运用车 分布、车流组织、客货列车正点率、列车晚点恢复可能性等，运输质量的好 坏将直接影响铁路通过能力。其中，客货列车正点率在运输秩序上起着重要 作用，正点率可以用列车终到晚点来描述，列车终到晚点是由于列车出发晚 点、原因晚点和列车后效晚点形成的。当前，我国铁路在确保运输秩序上紧 紧围绕列车正点率的影响原因采取必要的技术手段来提高列车的正点率；在 运输效率方面主要采取客车大面积范围内提速的技术措施，并且取得了良好 的经济效益和社会效益。 在研究通过能力计算、利用、加强和发展以及运行图质量评价过程中， 应当充分体现时段性和适应特征要求，以便更好地适应市场经济发展的需要。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第14 页 第3 章通过能力计算 通过能力计算的目的，就在于能胸中有数地安排运输生产，保证铁路运 输适应国民经济不断发展和人民生活不断提高地需要。 3 1 通过能力计算的影响因素 为实现运输生产过程，铁路必须具备一定的通过能力。运输设备是形成 铁路通过能力的物质基础，行车组织方式则是通过能力的“活的”即组织管 理因素，包括行车作业组织、列车运行图类型、车流结构、客货列车分布、 机车运用计划等方面。根据铁路运输生产的特点，运输设备可以分为两大类： 一类是不能移动的固定设备，是指形成铁路运输通道的基础设施，如铁路区 间、车站、机务段等生产设施和供电、给水固定设备；另一类是能够移动的 移动设备，是指实现铁路运输生产( 或服务) 对象位移所需的运载动力和运 载工具，如机车、车辆、动车组等。铁路通过能力既取决于固定设备的设置 数量和相互配置结构，又取决于移动设备的时空配置，还取决于固定设备和 移动设备的相互适配。 通过能力一般要通过区段表现出来，运输设备和行车组织方式都是通过 能力不可缺少的组成部分，二者共同作用、相互影响最终形成区段通过能力。 区段通过能力可以定义为在单位时间内通常是一昼夜某一区段所能通过的最 大行车量或列车数、列车对数，是制定运输计划、新建、改建铁路线路、装 备运输设备的重要依据和指标。 区段通常由多个区间组成，一般可分别就每一区间研究列车对区间的占 用，从中找出列车运行最困难的区间，并把这一区间作为整个区段通过能力 的标准区间。区段通过能力是区间通过能力的整体反映。区段内中间站的数 量及各区间的距离即区间大小不均衡性、列车在各站的追踪、到达和出发间 隔时分、客货列车在各站的起停车附加时分、客货列车运行速度、旅客列车 对数和旅客列车的分布结构等是通过能力计算应当考虑的因素。铁路区间通 过能力是指铁路区段的每一区间在一定的行车组织条件下，一昼夜最多所能 通过的列车数量( 列数或对数) 。区间通过能力主要受下列因素影响： ( 1 ) 区间内的正线数目。显然，双线、三线或四线区间的通过能力将大于 单线区问的通过能力。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第15 页 ( 2 ) 区间长度。当客货列车运行速度一定时，区间长度的大小对区间的通 过能力往往起着决定性的影响。 ( 3 ) 线路平纵断面。当列车重量一定时，线路的坡度和曲线半径的不同将 影响列车的运行速度，从而影响列车占用区间的时间。 ( 4 ) 牵引机车类型。各类机车在牵引性能、构造速度、计算速度、制动等 方面存在着差别，因此，各种不同类型的机车牵引一定重量的列车在同一区 间运行时，将有不同的速度，从而产生不同的运行时间。 ( 5 ) 信、联、闭设备。各种类型的信联闭设备制式的性能、操纵方式、办 理作业时间很不相同，从而影响区间通过能力大小不同。 ( 6 ) 施工“天窗”设置。使用大型机械进行线路整修以及电气化铁道的供 电设备需要停电进行维修时，需要在列车运行图上设置固定的施工“天窗”， 对区间通过能力的影响很大。 ( 7 ) 行车组织方式。具体体现在列车运行图类型。比如，我国铁路传统的 列车运行图的基本分类是根据各种列车运行速度的对比关系，可以分为平行 运行图和非平行运行图。平图能保证最充分地利用区段通过能力，并作为研 究各种类型运行图性质和规律性的基础。 计算区间通过能力所需要考虑的时间因素主要有：列车区间运行时分和 起停车附加时分、列车技术作业停站时间、车站间隔时间、追踪列车间隔时 间、施工“天窗”时间等。这些因素也是列车运行图的主要组成因素。 3 2 现有铁路通过能力计算方法 每一单项技术设备通过能力的计算方法，有图解法和分析计算法两种。 图解法比较精确，当因其作业量大，费时费力，一般只用于通过利用程度接 近饱和时或个别特殊情况的图解验算。近年来，图解法已经被计算机模拟法 取代。分析计算法中有扣除系数法、平均最小列车间隔法和利用率法等。 3 2 1 扣除系数法 此法是我国采用的通过能力计算方法。沿袭传统的非平行运行图通过能 力计算法，先根据线路上占优势的列车数确定最大通过能力，然后以该种列 车占用能力为标准，确定其它列车与该标准列车在能力占用上的换算关系， 即所谓扣除系数，从而确定出非平行运行图通过能力的理论计算值。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第16 页 首先计算平行运行图的通过能力，既在平行运行图上，同一区间内同方 向列车的运行速度相同，而且上下行方向列车在同一车站上都采取相同的交 会方式，因而同方向列车的运行线相互平行。 平行运行图区间通过能力计算如下式： ：g ! 竺二鱼蔓