魏 然

（中国铁道科学研究院集团有限公司 运输及经济研究所，北京 100081）

尽端式车站一般位于特大型枢纽或大城市地区，单咽喉布置型式可以显著缩短站坪长度，减少设备数量，降低对城市环境的影响，适合作为高速铁路线路的始发(终到)站，如北京北站、原北京站均设置为这种站型。尽端式车站作为高速铁路线路的主要起讫点，其接发列车能力直接影响全线的通过能力和列车组织效率。在图解的基础上，设置仿真关键参数构建仿真模型[1]，研究列车到发需求、到发线数量和平行进路设置、可实现的接发车能力及设计经济性，提出尽端式车站平面布局型式的优化思路，有利于优化车站站型结构的设置及到发线数量和咽喉道岔布置，提高设计效率，同时降低车站建设成本。

1 尽端式高速铁路车站功能分区与总平面布置

尽端式车站的线路设计区域由区间进出站线至到发线尽头，部分尽端式车站会在本站范围内或附近设置动车段(所)。按照列车在站内的技术作业过程，可将车站拆分为到发线区域、咽喉道岔区、进出站线和出入段系统。到发线区域用于列车停靠站台，其线路数量不同，单位时间能够实现的接发列车数也不同；咽喉道岔区由不同道岔组合而成，连接到发线区域、进出站线与出入段系统，可以实现多条列车运行径路；进出站线连接车站与区间，代表着列车进出车站的不同方向；出入段系统包括动车走行线及动车段(所)，负责动车组存车、整备及检修作业。

根据车站到发线区域(以下称为到发场)与连接的动车段(所)的相对位置及动车走行线的设置，车站系统可分为通过式、单侧接单正线、单侧接双正线、单侧接咽喉4种总平面布置情况，车站系统总平面布置情况示意图如图1所示。

方案一的优点是完全避免了动车组出入段与列车到发的进路交叉，咽喉作业简单，可以显著提高区间正线端咽喉接发车能力，但这种布置采用双咽喉型式，站坪长度和站场设备数量与单咽喉相比显著增加，对城市环境带来较大影响，实现难度较大。方案二动车段(所)设置位置距离车站较远，到发场部分线路的动车组出入段可能需要横切咽喉。特殊困难条件下，可将动车段(所)接入前方车站，车底通过区间正线按行车组织输送。这种情况下，列车出入段作业均占用区间正线，影响区间接发列车能力。方案三[2]与方案二相似，列车出入段作业均影响区间接发列车，一般不选择此种布置型式。方案四可以保证动车组出入段与列车到发作业有平行进路，但咽喉交叉干扰大。尽端式车站一般选择方案四的布置型式。

2 尽端式车站接发车能力影响因素

尽端式车站主要办理动车组列车的始发和终到作业(折返列车为始发终到的一种特殊形式)，以及动车底出入段作业，列流结构简单。影响其接发车能力的因素主要有到发线数量、列车追踪间隔时间、咽喉结构和接发列车的到发线占用时间等。

2.1 到发线数量

高速铁路车站到发线数量应满足高峰时段列车密集到发的需要，按照规范要求的时间标准[3]，确定高峰小时每条到发线办理的列车数为2.5列。在站场设计中，一般先按照简单的计算公式，给定到发线数量初设值，然后考虑其他因素综合比对，从而确定到发线数量。到发线数量的计算公式为

式中：N立折为始发终到立即折返列车数；N始终为始发终到列车(出入段)列车数。

图1 车站系统总平面布置情况示意图Fig.1 Schematic diagram of the general layout of the station system

影响到发线数量的因素还有列车追踪间隔，为满足3 min的追踪间隔时间，到发线数量至少要达到6条以上，一个方向6 ～ 8条到发线的咽喉区设计将成为常态[4]。

2.2 列车追踪间隔时间

运行图规定的列车追踪间隔时间为列车最小追踪间隔时间与缓冲时间之和[5]。列车最小追踪间隔时间是指同方向相邻列车在同一区间内运行，且运行过程中互相不受干扰的最小间隔时间。在车站接发车作业时，列车追踪间隔时间应不小于运行图规定的列车追踪间隔时间。站场的设计质量及设备性能对列车追踪间隔时间有直接、甚至是决定性的影响。同时，如果从运营需要角度对列车追踪间隔时间提出要求，又将会对站场设备的设计和配置产生相应的制约和限制。此外，在站场站型的仿真模拟中，列车追踪间隔时间也是一个重要的时间参数[6-8]。

当前高速铁路车站设计时，一般是按3 ～ 5 min的间隔时间设计，部分车站困难方向可取6 min。在不考虑交叉干扰(出发列车不受到达列车的干扰，可以实现到点直接发车)的情况下，参考日本新干线的时间参数[9]，按照4列车(或3列车)为1群组，每2个群组间预留缓冲时间的接发列车规律进行相应图解，可得到单方向不同列车间隔时间对应的高峰小时检算列车情况如表1所示。

2.3 咽喉结构

咽喉布置要满足到发列车的平行作业及动车组出入段与到发作业的平行作业2点要求，因而需要设置一定的平行进路，目前较多使用的是单渡线、八字渡线或交叉渡线。以一个简单的车站模型为例，计算不同渡线布置型式下动车组列车的走行时间差，通过查阅规范及绘制比例尺图，确定各项距离参数，不同渡线布置型式的车站模型如图2所示。18号道岔侧向限速为80 km/h，12号道岔考虑到辙叉有害空间存在，侧向限速取45 km/h。

假设动车组列车减速度为0.6 m/s2，在进站信号机处降至第一目标速度(80 km/h或45 km/h)，其后匀速运行，再以0.6 m/s2减速度运行至站台停车标处(距离站台尽端20 m)停车，2种布置型式下动车组列车进站停车距离、时间检算结果如表2所示。

表1 单方向不同列车间隔时间对应的高峰小时检算列车情况Tab.1 Peak hour train in a single direction with different time intervals

图2 不同渡线布置型式的车站模型Fig.2 Station model with different crossing layout types

表2 2种布置型式下动车组列车进站停车距离、时间检算结果Tab.2 Calculation results of train parking distance and time under two types of layout

以最高初速度300 km/h为例，动车组列车(初速度300 km/h)速度距离曲线计算如图3所示。

图3 动车组列车(初速度300 km/h)速度距离曲线计算Fig.3 Calculation of speed distance curve of EMU train (initial speed 300 km/h)

由图3可知，交叉渡线有利于缩短站坪长度，但列车进站停车时间长短取决于列车进站停车全程运行的距离及速度，车站按照八字渡线型式布置比全部选用12号道岔的交叉渡线型式时，动车组列车进站停车所需运行时间短。交叉渡线型式的缺点在于辙叉中心有菱形位置，存在有害空间，危害较多且有些危害不易被发现，如线间距不合、菱形延长边的直线段内方向偏向不良、交叉渡线道岔不在同一平面上、轮缘撞击钝角辙叉尖等危害[10]，动车组列车经过时可能会出现踏面损伤，并且其养护维修标准也较高。

综上，优先推荐使用18号道岔的八字渡线，同时交叉渡线的使用需综合考虑站坪长度、进站速度、维修保养成本等因素。

2.4 接发列车的到发线占用时间

除了到发线数量、列车追踪间隔时间和咽喉结构等因素外，还有其他一些因素会影响车站接发列车能力，如接发列车的到发线占用时间等。根据现有经验，单条到发线立折列车主要作业占用时间如图4所示，动车组列车在到发线上停留时间应不少于12 min，仿真时立折列车到发线停留时间取值一般为18 min。

到发线占用时间对车站能力的影响主要体现在单位时间内每条到发线可以接发的列车数量上，列车到发线占用时间压缩后，每条到发线单位小时可以接入的列车数有所增加，单条到发线不同列车占用时间可以接发的列车数量如图5所示。

图4 单条到发线立折列车主要作业占用时间Fig.4 Main operation occupancy time of a quick turnaround train on the single receiving-departure track

图5 单条到发线不同列车占用时间可以接发的列车数量Fig.5 Number of trains that can be delivered at different train occupancy times on a single receiving-departure track

3 各影响因素仿真分析

3.1 仿真模型设置遵循的基本原则

（1）进出站线路按照接入方向以及进站、出站分别设置，如**方向进站、**方向出站。

（2）咽喉道岔进行编号及分组，不同的进路由不同道岔的各种组合表示。接车进路由列车进站方向经过的第一组道岔至停稳前经过的最后一组道岔的组合来表示，发车进路由列车出站经过的第一组道岔至驶离车站经过的最后一组道岔的组合来表示。

（3）出入段线参考进出站线路设置。

（4）到发线设一个集合，按照顺序进行编号，可以按照使用频率进行权重设置。

（5）预设各项作业时间标准，可根据需要更改参数。

3.2 仿真车站建模

按照6条、7条、8条到发线的数量要求，逐步增加咽喉区的道岔和渡线设置，对不同的车站设计类型进行仿真分析，车站仿真模型不同设计方案如图6所示。由于研究重点是高峰时段高铁车站接发车作业能力，而动车组出入段一般在早晨和晚上集中办理，因而日间高峰时期作业仿真不考虑动车组出入段作业。

3.3 基本参数设置

参考相关实测运行试验数据及大中型客运站列车作业过程仿真参数，仿真参数设置如表3所示。根据表3中各项参数，对6条到发线、7条到发线及8条到发线各车站设计方案进行仿真计算。

3.4 仿真结果对比

以2 h为可循环铺图周期，仿真计算车站不同到发线数量按照3 min、4 min、5 min间隔时间在高峰小时可以接发的最大列车对数，不同间隔时分车站高峰小时接发车仿真对比如图7所示。

通过仿真，可以得到以下结论：①当列车到发间隔为3 min时，合理的到发线数量为6～7条，应通过设置咽喉平行进路提高车站接发车能力；②当列车到发间隔为4 min时，合理的到发线数量为6～7条，咽喉平行进路为3条；③当列车到发间隔为5 min时，影响车站接发车能力的瓶颈是咽喉平行进路；④列车到发间隔时间是影响车站接发车能力的主要因素。

图6 车站仿真模型不同设计方案Fig.6 Different design scheme for station simulation model

表3 仿真参数设置 minTab.3 Simulation parameter settings

图7 不同间隔时分车站高峰小时接发车仿真对比图Fig.7 Simulation comparison of number of train receiving and departure each hour with different intervals during peak hours

综上所述，列车到发间隔作为影响车站接发车能力的主要因素，与车站咽喉平行进路数量之间具有一定的关联性，其与到发线数量之间应有合理的配比关系。

3.5 仿真结论对车站设计的建议

根据仿真结果对比，合理的到发线及咽喉平行进路的数量与高峰期列车间隔、列车对数的匹配关系如下。

（1）3 min的列车追踪间隔，单位小时最多能接入15对列车，需要到发线数量不少于7条，需设置平行进路4条。从经济角度考虑，设置2条平行进路的6条到发线方案(6线方案3)依然可以实现高峰小时接发13.5对列车。

（2）4 min的列车追踪间隔，单位小时最多能接入11.5对列车，需要到发线数量为8条，平行进路设置4条。从经济角度考虑，设置3条平行进路的6条到发线方案(6线方案4)依然可以实现高峰小时接发11对列车。

（3）5 min的列车追踪间隔，单位小时最多接发10对列车，4条平行进路的6条到发线方案(6线方案5)即可实现高峰小时接发10对列车。

（4）如果没有特殊需求，4条平行进路的6条到发线方案(6线方案5)即可实现3～5 min列车追踪间隔条件下，接发的列车对数均较优。

4 结束语

针对尽端式车站接发车能力影响因素，结合仿真建模，计算不同车站方案高峰期最大接发列车对数，提出尽端式车站设计的首选方案，可以为设计院车站设计提供参考，提高设计效率。通过优化到发线数量和咽喉道岔布置，还可以降低车站建设成本。目前车站全天接发车作业关键时段有3个，除高峰期外，还包括早上的动车组车底出段高峰期与晚上的动车组车底入段高峰期。在一早一晚的2个出入段高峰期时，动车组车底出入段对咽喉能力、到发线接发车能力的影响，还需做进一步深入研究。