200 km/h客货共线铁路列车结构与天窗设置策略研究

Train Structure and Maintenance Window Setting Strategies for 200 km/h Mixed Passenger and Freight Railway Lines

摘要

列车结构与天窗是为实现铁路列车开行计划和设施设备维修计划而采取的技术策略，是200 km/h客货共线铁路制定运输组织方案的基础，对铁路行车安全、运输效率与运输能力具有重要作用。引入列车种类与速密重、行车组织模式、列车追踪模式要素描述列车结构的特征，引入天窗类型、天窗时长和天窗时段要素刻画天窗的特征，系统梳理我国已投入运营典型200 km/h客货共线铁路(昌福线、青盐线、沪蓉线凉成段、兰渝线、达成线)和兰新客运专线的列车结构与天窗设置现状并提取特征。受典型案例的启发，结合200 km/h客货共线铁路特点与发展趋势，提出6种列车结构策略和5种天窗策略；综合考虑列车结构与天窗相互作用，提出8种列车结构与天窗协同设置策略，分析各策略的特点和适用条件，为新建或改造200 km/h客货共线铁路的列车结构与天窗设置策略决策提供参考。

Abstract

The train structure and maintenance window are technical strategies adopted to facilitate the implementation of the train operation plan and infrastructure maintenance for 200 km/h mixed passenger and freight railway lines. They serve as the cornerstone for formulating transportation organization schemes, playing a pivotal role in railway traffic safety, transportation efficiency, and capacity. This paper firstly introduced train structure characteristics by describing train types, speed-density-weight, train operation organization modes, and train tracking modes. Additionally, it delineated maintenance window features by incorporating window types, window durations, and window time period elements. Furthermore, the paper systematically reviewed the current status of train structure and maintenance window on typical 200 km/h mixed passenger and freight railway lines in China (including the Nanchang-Fuzhou Railway, Qingdao-Yancheng Railway, Shanghai-Chengdu Railway from Liangwu to Chengdudong Station, Lanzhou-Chongqing Railway, Dazhou-Chengdu Railway, and Lanzhou-Urumqi High Speed Railway), and extracted their characteristics. Finally, inspired by the typical cases and considering 200 km/h mixed passenger and freight railway line characteristics and development trends, six train structure strategies and five maintenance window strategies were proposed. Considering the interplay between train structures and maintenance windows, eight synergistic train structure and maintenance window setting strategies were proposed. Each strategy's characteristics and applicable conditions were analyzed to provide a reference for decision-making regarding the setting strategies of train structure and maintenance window for newly constructed or reconstructed 200 km/h mixed passenger and freight railway lines.

Graphical abstract

关键词

铁路运输 / 200 km/h客货共线铁路 / 列车结构 / 天窗 / 策略

Key words

Railway Transportation / 200 km/h Mixed Passenger and Freight Railway Lines / Train Structure / Maintenance Window / Strategy

0　引言

200 km/h客货共线铁路是我国铁路网的重要组成部分，截至2023年，我国已建成开通了一批200 km/h及以上客货共线铁路，共计39条，总运营里程超过1万km，在我国铁路客、货运输中发挥着重要作用。列车结构与天窗是为实现铁路列车开行计划和设施设备维修计划而采取的技术策略，列车结构描述了铁路客货列车开行特征，包括列车种类、速密重、行车组织模式、列车追踪模式等要素，天窗是为保证铁路基础设施的良好状态而预留的施工和维修作业时间，包括天窗类型、天窗时长和天窗时段等要素。在200 km/h客货共线铁路上，可同时开行动车组、普客、快货、普货列车，列车结构与天窗间相互影响、相互制约关系显著。在200 km/h客货共线铁路上，列车结构与天窗是制定运输组织方案的基础，研究列车结构与天窗设置策略，对于充分发挥线路能力、提高运输效率具有重要意义。

目前，既有围绕200 km/h客货共线铁路的研究主要集中在运输组织模式、速度匹配问题，极少数涉及综合维修天窗设置问题。在200 km/h客货共线铁路组织模式方面，户佐安^[1]对200 km/h客货混跑铁路的运输组织模式进行分析，基于分析法计算全天候客货混跑模式下的通过能力。邹明辉^[2]基于200 km/h客货共线铁路特点，提出了以集装箱运输实现货运功能的建议。祝越^[3]、姚清晨^[4]分别总结了高寒艰险山区200 km/h客货共线铁路的运输组织模式、货运组织模式。在200 km/h客货共线铁路速度匹配问题方面，刘宏伟等^[5]在分析速密重与运输能力相互关系的基础上，构建了200 km/h客货共线铁路速密重匹配优化模型。柴冠华和朱海军^[6]、祝越^[3]对200 km/h客货共线铁路客货列车速度匹配问题展开了研究，其中祝越^[3]是针对高寒艰险山区铁路开展的研究。对于200 km/h客货共线铁路综合维修天窗设置问题，相关文献主要是分析并确定其天窗设置规则，为后续开展运输组织模式、速度匹配等研究奠定基础^[7]。

既有研究尚未对200 km/h客货共线铁路的列车结构与天窗协同优化问题展开针对性研究，但单论列车运行图与天窗协同优化问题，该方面已有较为丰富的成果。穆策等^[8]、兰泽康等^[9]和Zhang等^[10]均研究了双线铁路列车运行图与天窗一体化编制问题。刘磊等^[11]在考虑动货不见面、天窗时段为白天的基础上，研究了高原地区客货共线铁路列车运行图与天窗一体化编制问题。Wang等^[12]、袁博等^[13]研究了高铁夜间动卧列车运行图与天窗的协同优化问题。

综上所述，目前针对200 km/h客货共线铁路的研究主要围绕运输组织模式和速度匹配问题展开，而针对其列车结构与天窗设置问题的研究还处于初步阶段，缺乏对200 km/h客货共线铁路列车结构与天窗设置策略的理论分析。因此，研究首先提出200 km/h客货共线铁路列车结构与天窗要素，并进行分析；其次，归纳典型200 km/h客货共线铁路的列车结构与天窗要素特征；接着，提出可行的列车结构与天窗设置策略，从而为我国新建或改造200 km/h客货共线铁路列车结构与天窗设置策略决策提供参考。

1　列车结构与天窗要素分析

1.1　列车结构要素

1.1.1　列车种类与速密重

列车通常可分为动车组列车(以下简称“动车”)、普客列车、快货列车、普货列车4大类。200 km/h客货共线铁路能够开行的列车种类多样，能同时开行速度高达200 km/h的动车组(以下简称“动车200”)和速度低至80 km/h的普货列车(以下简称“普货80”)，复杂的列车种类构成和较大的列车速差会对铁路行车组织工作提出更高的要求。

速密重分别是指列车运行速度、列车开行密度和牵引质量，综合反映了列车种类、行车组织模式与列车追踪模式实施的效果。200 km/h客货共线铁路采取的速密重应与线路条件、客货运需求、通过能力等方面相匹配。

1.1.2　行车组织模式

按照不同的分类依据，行车组织模式可分为客货分时模式和客货同时段运行模式、全天运行模式和非全天运行模式、动货见面模式和动货不见面模式等，各种模式呈现出不同的特征。

（1）根据客货列车运行时段的不同，行车组织模式包括客货分时模式和客货同时段运行模式。客货分时模式，具体是指旅客列车、货物列车在不同的时段运行，从而避免客货列车间的干扰和列车速差大造成的能力浪费。客货同时段运行模式，即旅客列车、货物列车在同一时段内运行，该模式下客货列车相互影响，货物列车可能会频繁让行旅客列车。

（2）根据客货列车是否在全天运行，行车组织模式包括全天运行模式和非全天运行模式。200 km/h客货共线铁路的定位是优先保证旅客列车开行，同时开行货物列车以满足部分货运需求。因此，200 km/h客货共线铁路开行的动车通常采取非全天运行模式，主要在白天时段开行，货物列车通常采取非全天运行模式，主要在夜间时段开行。

（3）根据动力分散型动车与货物列车在区间交会方式的不同，行车组织模式包含动货见面模式和动货不见面模式。动货见面模式允许动车与货物列车在区间交会，能更加均衡地组织列车运行，有效利用线路能力。动货不见面模式不允许动车与货物列车在区间交会，极大程度保障了列车运行安全。

1.1.3　列车追踪模式

列车追踪模式是指同方向运行列车的追踪和间隔控制模式。常见的列车追踪模式有连续追踪、成组追踪和均衡运行模式，其中连续追踪是指以一定时间间隔向同一方向连续发车，成组追踪是指一组列车连续追踪同时各组列车均衡分布，均衡运行模式是指所有列车在时间段内均衡分布。对于动车、普客列车和货物列车，均可在200 km/h客货共线铁路采用连续追踪、成组追踪和均衡运行模式。

1.2　天窗要素

天窗是指为开展铁路施工作业、维修作业而在区段、车站预留的一段时间，实质上是铁路的综合维修计划，亦可视作一项占用线路时空资源的任务，主要由天窗类型、天窗时长和天窗时段3个要素构成。目前，我国不存在200 km/h客货共线铁路天窗设置的指导意见和明确规定，现场更依赖人工经验确定天窗方案^[14]。200 km/h客货共线铁路天窗要素的确定受到多方面因素影响，不能简单地直接确定为某一种天窗类型，天窗时长与时段也需综合考虑后确定。

1.2.1　天窗类型

天窗类型是指天窗在列车运行图上呈现的形式，常见的天窗类型如矩形天窗、分段矩形天窗、V型天窗、R型天窗、X型天窗、组合天窗等。对于200 km/h客货共线铁路，综合考虑到天窗特点与实施难度等因素，矩形天窗、分段矩形天窗、V型天窗以及组合天窗均适用。各天窗类型表现出不同的特征，其适用条件也不同。

1.2.2　天窗时长

天窗时长通常与施工维修作业要求、线路条件、列车结构、行车组织需要等因素相关，国外学者^[15-16]常压缩天窗时长以满足铁路开行列车结构的要求，但在我国铁路运营实践中，不常采用该种做法，而是采用较为固定的天窗时长，根据实际行车组织需要，可适当调整天窗时长。200 km/h客货共线铁路在运营实践中常采用的天窗时长为180 min，240 min等。

1.2.3　天窗时段

天窗时段即铁路综合维修作业计划所处的时段，通常天窗开设在夜间时段以保证白天顺利行车，当铁路沿线环境特殊、地理条件艰险且气候复杂多变时，在夜间开展综合维修作业的难度极高，亦可在白天时段开设天窗。

2　典型铁路列车结构与天窗要素特征梳理

200 km/h客货共线铁路既具有客货共线、可开行列车种类多样的特点，又具有开行较高速度等级动车(动车200/160)、动货列车速差大的特点。因此，解决其列车结构和天窗设置问题具有较高的难度。既有200 km/h客货共线铁路的运营实践对新建、改造200 km/h客货共线铁路有极高的参考价值，因此，有必要对既有200 km/h客货共线铁路的列车结构与天窗设置现状展开分析。现有典型的200 km/h客货共线铁路包括昌福线(南昌西—福州)、青盐线(青岛北—盐城北)、沪蓉线凉成段(凉雾—成都东)、兰渝线(兰州东—重庆北)、达成线(三汇镇—成都)等。此外，综合对铁路线路条件、列车运行图等多方面资料的分析得到，兰新客运专线(兰州西—乌鲁木齐)的运营里程极长，且具备开行较高等级动车(动车200/250)的条件，其列车结构与天窗设置策略非常典型，对于新建运营里程较长的200 km/h客货共线铁路也具有重要的参考意义。

2.1　典型案例

2.1.1　昌福线

昌福线全长548.2 km，共设车站20座，根据列车结构与天窗特征将其划分为2段，包括南昌西—三明北段、三明北—永泰—莆田段。两区段均开行动车200/160、普客160/120、快货120、普货90，分别采用分段矩形天窗、矩形天窗。全线列车结构呈现出客货分时运行、货物列车夜间(连续)追踪、动货区间不见面的特点。

2.1.2　青盐线

青盐线全长427.9 km，共设车站24座，根据列车结构与天窗特征将其划分为4段，包括青岛北—董家口段、董家口—日照西段、日照西—赣榆北段、赣榆北—盐城北段。青岛北—董家口段、董家口—日照西段开行动车200/160、快货120、普货90，日照西—赣榆北段开行动车200，赣榆北—盐城北段开行动车200/160，分别采用分段矩形天窗、矩形天窗、矩形天窗和分段矩形天窗。其中，洋河口—日照西段列车结构呈现客货分时运行、货物列车成组追踪、动货区间不见面的特点。

2.1.3　沪蓉线凉成段

沪蓉线凉成段全长549.6 km，共设车站23座，根据列车结构与天窗特征将其划分为3段，包括凉雾—重庆北段、重庆北—新桥所段、新桥所—成都东段。凉雾—重庆北段开行动车200/160、普客160/120，重庆北—新桥所段开行动车200、普客160/120、快货120、普货90，新桥所—成都东段开行动车200/160、普客160/140/120、快货120、普货90，凉雾—重庆北段和重庆北—新桥所段均采用分段矩形天窗，新桥所—成都东段采用V型天窗。重庆北—新桥所段、新桥所—成都东段的列车结构均呈现客货分时运行、货物列车夜间连续追踪、动货区间不见面的特点。

2.1.4　兰渝线

兰渝线全长827.3 km，共设车站27座，根据列车结构与天窗特征将其划分为2段，包括渭沱—羊木段、羊木—兰州段，目前未开行动车200，全线开行动车160、普客160/140/120、快货120、普货90，分别采用复杂V型天窗、V型天窗。兰渝线列车结构呈现出客货同时段运行、少量货物列车夜间连续追踪运行的特点。

2.1.5　达成线

达成线全长332.2 km，共设车站29座，根据列车结构与天窗特征将其划分为2段，包括三汇镇—遂宁段、遂宁—成都北段。三汇镇—遂宁段为双线铁路，开行动车160、普客160/140/120、快货120、普货90，列车结构呈现出客货同时段运行、货物列车夜间连续追踪的特点，采用V型天窗。遂宁—成都北段为单线铁路，专用于开行货物列车，采用分段矩形天窗。

2.1.6　兰新客运专线

兰新客运专线全长约1 786 km，共设车站41座，根据列车结构与天窗特征将其划分为4段，包括兰州西—西宁段、西宁—石板墩南段、石板墩南—哈密段、哈密—乌鲁木齐段。兰州西—西宁段开行动车250、普客160/140，西宁—石板墩南段和石板墩南—哈密段开行动车200、普客160/140，哈密—乌鲁木齐段开行动车250/160、普客160/140/120。兰新客运专线开行全程“朝发夕至”动车、“夕发朝至”普客列车连续追踪运行，采用分段矩形+V型的组合天窗，兰新客运专线列车结构与天窗方案如图1所示。

综上所述，研究对既有典型200 km/h客货共线铁路和兰新客运专线的列车结构与天窗设置现状进行分析与总结。首先，根据铁路列车结构特点、天窗特点，将线路合理划分为若干个区段。其次，针对划分后的线路区段，整理区段长度和车站数，基于各线路2024年一季度列车运行图、维修施工计划，统计动车、普客列车、快货列车、普货列车的速度、开行对数和牵引定数。最后，整理线路区段内的天窗类型、天窗时长和天窗时段，典型线路列车结构与天窗要素现状总结如表1所示。

2.2　启示

通过整理并分析昌福线、青盐线、沪蓉线凉成段、兰渝线、达成线、兰新客运专线的列车结构与天窗设置现状，从列车结构要素和天窗要素出发，总结典型200 km/h客货共线铁路采用的动车种类、行车组织模式、列车追踪模式、天窗类型、天窗时长、天窗时段的特点，典型线路列车结构与天窗要素特征总结如表2所示。

3 200 km/h客货共线铁路列车结构与天窗 要素设置策略

3.1　列车结构设置策略

参考典型铁路的列车结构设置现状及特征总结，综合考虑客货共线区段长度、客货运速度要求、运量需求等影响因素，针对不同条件提出6种200 km/h客货共线铁路的列车结构设置策略，200 km/h客货共线铁路列车结构设置策略如表3所示，分析如下。

（1）结构策略1。针对不同长度的客货共线区段，考虑客运需求多样、货运需求小的情况，以提高客运效率、保障运输安全、提供多种货运产品为目标，提出列车结构设置策略1。该策略采取客货分时模式，同时开行快货和普货列车，货物列车夜间追踪，动货区间不见面，采取该策略呈现出以下特点。①由于货运需求小，实施客货分时模式的难度低。②客货分时运行时，旅客列车不受夜间追踪的货物列车影响，客运效率高、运输安全性高、应急调度难度低。③同时开行快货和普货列车，即提供不同速度等级的货运产品，覆盖差异化的货运需求，但货物列车间的速差限制了最大开行对数。为降低货物列车间速差对列车开行数量的影响，应适当调整快货列车的占比。

（2）结构策略2。针对长度较短的客货共线区段，考虑客运速度要求较高、货运时段范围广的情况，以充分利用线路能力、满足全天多时段货运需求为目标，提出列车结构设置策略2。该策略采用客货分时模式，客运仅采用动车，货物列车全天成组追踪运行，呈现出以下特点。①客货共线运行时，客货分时模式的实施难度较低。②在旅客运输方面，仅采用动车提供了高质量客运服务，并有效利用线路能力。③全天开行快货和普货列车，即在不同时间段提供多种速度级别的货运产品，以满足广泛而多样的货运需求。④在长度较短的区段，货物列车全天多时段成组追踪运行，确保了货运速度和运量，进而实现高质量货运服务。同时，在短区段内实施该策略，对旅客列车到发时域和开行数量的影响有限，具备可实施性。

（3）结构策略3。针对长度超长的客货共线区段，考虑货运速度要求高、货运需求小的情况，以满足全程运输需求、保证货运速度为目标，提出列车结构设置策略3。该策略采用客货分时模式，开行动车“朝发夕至”、快货列车“夕发朝至”，呈现出以下特点。①由于货运需求小，实施客货分时模式的难度低。②实施动车“朝发夕至”、快货列车“夕发朝至”的策略，有效满足了超长线路的全程客货运输需求。然而，由于全程列车运行时间长以及动货列车间速差大，列车最大开行数量受到限制。③在货物运输方面，仅采用快货列车确保货运速度要求得到满足，但相应地会增加货运成本。同时，快货列车“夕发朝至”可能被夜间天窗中断，导致其实际旅行速度远低于速度标准，使得货运的运营投入与预期成效不相匹配。

（4）结构策略4。针对长度超长的客货共线区段，考虑货运速度要求低、货运需求小的情况，以满足全程运输需求、降低货运成本为目标，提出列车结构设置策略4。该策略采取客货分时模式，开行动车“朝发夕至”、普货列车“夕发朝至”，呈现出以下特点。①由于货运需求小，实施客货分时模式的难度低。②实施动车“朝发夕至”、普货列车“夕发朝至”的策略，有效满足了超长线路的全程客货运需求。然而，由于普货列车速度标准低以及动货列车间速差进一步增大，货物列车最大开行数量受到限制。③在货物运输方面，仅采用普货列车即可满足货运需求，且相较于快货列车，普货列车的运营成本更低。

（5）结构策略5。针对长度较长的客货共线区段，考虑客运速度要求低、货运需求大的情况，以满足大规模客货运需求及高效利用线路能力为目标，提出列车结构设置策略5。该策略采用客货同时段运行模式，开行动力分散型动车160时允许动货区间见面，呈现出以下特点。①实施动货区间见面的客货同时段运行模式难度较高，旅客列车运行受到货物列车的显著影响。②客货同时段运行时，列车到发时段相对集中，为天窗预留的时段也相对集中，因此确定综合维修计划的难度低。③客运速度等级低，但能满足较大的货运需求。在暂无其他线路分担大量货运需求时，可考虑采用本策略作为过渡策略。

（6）结构策略6。针对长度较短的客货共线区段，考虑客运速度要求高、货运速度要求低、货运需求小的情况，以保证客运质量和运输安全为目标，提出列车结构设置策略6。该策略采用客货同时段运行模式，动货区间不见面，呈现出以下特点。①动货区间不见面的客货同时段运行模式的实施难度高，但运输安全性高。②客货同时段运行时，列车到发时段相对集中，确定综合维修计划的难度低。③在旅客运输方面，开行动车200或动车200/160均能有效满足客运需求，无需考虑普客列车。④在货物运输方面，客货同时段运行时，实施动货区间不见面的策略，使货物列车频繁让行动车，即便开行快货也无法实现较快旅行速度，因此仅采用普货列车即可满足货运要求。同时，普货列车的旅行速度降低，导致最大开行数量受限。

3.2　天窗设置策略

200 km/h客货共线铁路的天窗设置策略从天窗类型、天窗时长、天窗时段3方面考虑，确定各要素时应综合考虑多方面影响因素。200 km/h客货共线铁路应综合考虑线路条件、维修需求和列车结构等因素选用天窗类型，综合考虑列车种类构成、维修计划要求、行车组织需要确定天窗时长，兼顾线路特点、维修难度、列车结构等因素明确天窗时段。

基于200 km/h客货共线铁路天窗设置现状分析与特征总结，提出5种200 km/h客货共线铁路天窗设置策略，200 km/h客货共线铁路天窗设置策略如表4所示，分析如下。

（1）天窗策略1。夜间矩形天窗适用于线路条件较为简单、维修任务集中的线路。在客货分时模式下，特别是当旅客列车日间运行，而货物列车夜间运行时，其优势尤为显著。此外，矩形天窗还能满足长时间连续维修作业的需求。对于运输需求保持相对稳定、突发情况较少的线路，应用矩形天窗更能发挥其效能。然而，矩形天窗因时间段固定且中断列车运行的特点，在灵活性方面存在局限，体现为对列车结构的适应性较弱。该策略的适用性主要取决于维修任务的集中程度与行车组织模式。

（2）天窗策略2。夜间分段矩形天窗适用于线路条件复杂、维修任务分散的线路，其通过分时段、分区段的维修作业，有效适应客货分时/同时段运行模式或高密度的列车结构。此外，对于运输需求波动较大、突发情况较多的线路，该策略具备动态调整维修时段的优势，能更好地平衡维修需求与运营效率。然而，分段矩形天窗的协调难度较大，对分段处车站的能力有要求，且频繁的天窗设置可能对夜间列车运行造成干扰。采用该策略的关键因素是维修任务的分散程度和列车开行密度。

（3）天窗策略3。全天V型天窗适用于线路条件复杂、维修任务分散且需要频繁维护的线路，其通过短时、高频的维修作业，能够在无需中断列车运行的情况下，有效应对客货同时段运行模式或高密度的列车结构。此外，对于运输需求波动较大、突发情况较多的线路，该策略具备灵活调整时段、不中断列车运行的优势，能有效平衡维修需求与运输连续性。然而，采用该策略的前提是线路需具备V型天窗开设的基本工程条件。此外，V型天窗的协调难度较大，可能增加调度工作的复杂性。又因其天窗时间内对列车运行限速，可能会降低列车的运行效率。该策略的适用性主要由线路条件、维修任务的分散程度、行车组织模式以及列车开行密度决定。

（4）天窗策略4。夜间V型天窗适用于维修任务分散的线路。在客货分时模式下，特别是当白天列车开行密度较高、夜间列车开行密度较低时，该策略优势显著，能够在不影响列车结构的情况下，尽量保证夜间列车运行的连续性。对于运输需求保持相对稳定、突发情况较少的线路，适宜应用该策略。然而，V型天窗要求线路需具备开设的基本工程条件，且其协调难度较大。此外，因其时段限制在夜间，该策略相较于天窗策略3的维修作业灵活性更差。该策略的适用性主要由线路条件、行车组织模式和夜间列车运行需求决定。

（5）天窗策略5。全天组合天窗适用于线路条件复杂、维修任务多样化的线路，其通过灵活组合不同的维修作业方式，能够有效支持客货同时段运行模式或高密度的列车结构。同时，该策略在运输需求波动大、突发情况频繁的线路上，能够动态调整维修计划，对列车结构的适应性很强。然而，组合天窗的协调难度极大，对调度工作提出了更高的要求。该策略的适用性主要由维修任务多样性、行车组织模式和列车开行密度决定，但其实施还需综合考虑线路条件以及现场编制/调整维修计划的技术水平。

3.3　列车结构与天窗协同设置策略

目前，在以200 km/h客货共线铁路标准建设的铁路中，仅部分线路的部分区段采取了客货共线运输模式。随着运输组织水平的提升和客货运需求的增长，实际采用200 km/h客货共线运行模式的区段和线路也将随之增加，可以充分参考相关铁路的运营实践，综合考虑线路条件、车站能力、功能定位、运输需求等因素，确定200 km/h客货共线铁路列车结构与天窗协同设置策略。

研究考虑不同情况分别提出了6种列车结构设置策略、5种天窗设置策略，确定列车结构与天窗协同设置策略并非是简单地组合列车结构设置策略和天窗设置策略，而是应以有效利用运输能力、保证运输安全、列车结构与天窗相协同等目标为导向，充分考虑二者的相互作用机理，从而制定可行的协同设置策略。

对于200 km/h客货共线铁路，列车结构与天窗设置之间存在复杂的相互作用关系。列车种类与速密重、行车组织模式及列车追踪模式直接影响天窗设置的类型和时段；同时，天窗的类型与时段又反作用于列车结构，进而影响其组织模式与运行效率。

3.3.1 列车结构与天窗设置相互作用机理

（1）列车结构对天窗设置的影响。①列车种类与速密重对天窗设置的影响。在列车种类方面，动车运行速度高且时段集中，通常要求天窗避开其运行时段，优先采用夜间矩形天窗；普客列车运行速度较低且时段分散，对天窗设置的灵活性要求较高；货物列车优先级较低，与天窗设置的冲突较小，其运行需确保天窗时间充足。在速密重方面，速度较高的列车(如动车200/250)对线路条件要求较高，天窗需确保对沿线设备的高效维护；高密度运行线路对天窗时间的灵活性要求较高，可能需采用分段或V型天窗；重载列车对线路磨损较大，可能需延长天窗时间以确保安全。②行车组织模式对天窗设置的影响。在客货分时模式下，动车与货物列车的运行时段严格分离，天窗设置需与其相协同，并根据不同的维修需求和运行需求确定天窗的具体要素，优先考虑夜间矩形/分段矩形/V型天窗。而在客货同时段运行模式下，要求天窗更具灵活性，以兼顾客货列车的运行需求，通常采用分段矩形、全天V型天窗或组合天窗。③列车追踪模式对天窗设置的影响。当列车高密度追踪时，列车的追踪间隔较小，天窗时段需精确规划，需采用短时、高频的天窗时段，如V型天窗、分段矩形天窗。

（2）天窗设置对列车结构的影响。不同天窗类型的时段和时长具有显著差异，这些特点直接影响其对列车结构的作用。因此，有必要针对各天窗类型对列车结构的影响展开深入分析。具体而言，矩形天窗通过固定时段中断列车运行，限制了列车的到发时域，在一定程度上削弱了列车结构中时段调整的灵活性，并在天窗与列车运行的相邻处限制了列车的追踪运行。长区段内应用矩形天窗对列车结构的影响尤为显著。对于分段矩形天窗，当列车开行密度极高且急需维修作业时，部分天窗仍可能会造成局部列车运行中断，进而影响列车结构的速度和密度。对于V型天窗，其在天窗时间内保留一侧列车运行并限制运行速度，直接对列车结构的速度和密度产生影响。

基于典型线路列车结构与天窗设置特征，综合列车结构设置策略、天窗设置策略的特点以及二者间的相互作用机理，提出8种200 km/h客货共线铁路列车结构与天窗协同设置策略，200 km/h客货共线铁路列车结构与天窗协同设置策略如表5所示，分析如下。

3.3.2 列车结构与天窗协同设置策略

（1）协同策略1。针对短区段，考虑货运需求小的情况，为满足多样的运输需求并提高运输效率，提出协同策略1，由结构策略1和天窗策略1构成。一方面，结构策略1兼顾了不同的货运需求，同时通过客货分时模式提高了运输效率。另一方面，天窗策略1虽具有中断夜间列车运行的缺点，但在短区段内应用该策略能有效避免该缺点，有利于列车高效运行。协同策略1呈现出运输效率高、运输安全性高的优点，但存在无法满足夜间客运需求、维修作业灵活性较弱、货运时段限制在夜间的缺点。该策略中旅客列车仅在白天运行，支持的客运能力有限，可能无法有效应对突发客流，又因其维修作业灵活性较弱，无法及时响应设备故障等情况。

（2）协同策略2。针对长区段，考虑货运需求小的情况，为满足多种客货运需求、提高运输效率并促进列车结构与天窗相协同，提出协同策略2，由结构策略1与天窗策略2构成。一方面，结构策略1覆盖较全的列车种类并采用客货分时模式，从而满足全面的运输需求，确保列车高效运行。另一方面，天窗策略2采用的分段矩形天窗对列车结构适应性较强，有利于在长区段与结构策略1相协同。同时，货运需求较小时，采用天窗策略2对分段处车站能力要求不高，弱化了分段矩形天窗的缺点，充分运用其较强的适应性。协同策略2呈现出运输效率高、运输安全性高、维修作业灵活性较强的优点，存在无法满足夜间客运需求、天窗协调难度较大等缺点。该策略中旅客列车仅在白天运行，支持的客运能力有限，可能无法有效应对突发客流。但因其维修作业具备一定灵活性，对设备故障等情况时的处理能力相较于协同策略1更好。

（3）协同策略3。针对短区段，考虑日间货运需求大的情况，为提供高质量客货运服务、满足全天多时段货运需求、保证策略可行性，提出协同策略3，由结构策略2与天窗策略1构成。一方面，在短区段内采用结构策略2，有效弱化了日间成组货物列车对旅客列车的影响，便于提供高质量客运服务并满足日间货运需求。另一方面，天窗策略1与结构策略2在短区段内的协同度高，确保了协同策略的可行性。协同策略3呈现出客运服务质量高、货运时段范围广的优点，存在客运能力受限、维修作业灵活性较弱的缺点。该策略由于日间开行货物列车对客运能力的限制，导致其应对突发客流的能力较弱。此外，该策略维修作业灵活性的不足制约了其在面对设备故障等情况下的应对能力。

（4）协同策略4。针对长区段，考虑全程动车运行时间长、货运速度标准高、客货运输需求小的情况，为满足长区段运输需求并提供高质量货运服务，提出协同策略4，由结构策略3和天窗策略5构成。一方面，结构策略3本质是实施了客货分时模式，以便于列车高效运行并满足全程运输需求。另一方面，天窗策略5采用的组合天窗对列车结构的适应性很强，符合长区段内结构策略3对天窗适应性的高要求，尽量避免快货列车因天窗而中断运行的情况，从而提供高质量货运服务。协同策略4呈现出满足长区段运输需求、列车运行高效、维修作业非常灵活的优点，存在全程列车开行量少且天窗实施难度大的缺点。该策略能支持的整体客运能力有限，难以应对长区段的突发客流，但因其维修作业灵活性强，能快速响应并处理设备故障等情况。

（5）协同策略5。针对长区段，考虑全程动车运行时间长、货运速度标准低的情况，为满足长区段运输需求、降低货运成本，提出协同策略5，由结构策略4与天窗策略1构成。一方面，结构策略4以动车承担客运任务保证了高质量的客运服务，由普货列车承担货运任务降低了货运成本，能有效满足长区段运输需求。另一方面，天窗策略1对列车结构的适应性弱，夜间矩形天窗会造成大量普货列车被天窗中断运行。对于长区段，采用天窗策略1与结构策略4协同是以增加货运时间为代价，保证旅客运输效率并实现低货运成本。协同策略5呈现出旅客列车高效运行、货运成本低的优点，存在货物列车开行量少、旅行速度低且维修作业灵活性较弱的缺点。该策略在长区段采用普货列车，可能会挤占旅客列车运行时间并限制客运能力，导致其对突发客流的应对能力弱。同时，灵活性较弱的天窗策略难以及时响应设备故障等情况。

（6）协同策略6。针对长区段，考虑全程动车运行时间长、货运速度标准低的情况，为满足长区段运输需求、降低货运成本并保证策略可行性，提出协同策略6，由结构策略4与天窗策略2构成。一方面，结构策略4实现了高质量的客运和低成本的货运，以满足长区段运输需求。另一方面，天窗策略2采用对列车结构适应性较强的分段矩形天窗，与结构策略4相协同有利于夜间连续追踪的普货列车高效运行。协同策略6呈现出客货列车高效运行、货运成本低、维修作业灵活的优点，存在货运能力有限、旅行速度较低且协调难度较大的缺点。与协同策略5相似，该策略对突发客流的应对能力弱。但因其天窗灵活性较强，相较于协同策略5，该策略能较好地应对设备故障等情况。

（7）协同策略7。针对较长的区段，考虑动车速度要求低、货运需求大的情况，为提高运输能力、促进列车结构与天窗相协同，提出协同策略7，由结构策略5与天窗策略3构成。一方面，结构策略5覆盖多种客货运输需求，开行动力分散型动车160时实施动货区间见面，有利于满足较大货运需求。另一方面，天窗策略3采用的V型天窗对列车结构的适应性强，保证了列车运行的连续性，适用于列车开行密度大的列车结构。同时，天窗时段扩展至全天，更有利于与列车结构相适配。协同策略7呈现出货运量大、行车组织与维修作业灵活的优点，存在客货列车相互影响、动车速度等级低、协调难度大的缺点。该策略因旅客列车速度低且客货同时段运行，导致对突发客流的应对能力较弱。但其天窗灵活性较强，能及时响应设备故障等情况。

（8）协同策略8。针对较长的区段，考虑优先保证动车运行、货运需求小的情况，为实现高质量客运服务、兼顾同时段货运需求，提出协同策略8，由结构策略6与天窗策略1构成。一方面，结构策略6以动车200/160承担客运任务并采取动货区间不见面模式，便于实现速度快且安全的高质量客运服务。此外，该策略实施客货同时段运行，既保证了客运质量，又兼顾了同时段的货运需求。另一方面，天窗策略1虽然对列车结构的适应性弱，但结构策略6呈现出列车到发时段明确的特点，对天窗适应性的要求降低。因此，天窗策略1与结构策略6相互协同仍能降低实施难度。协同策略8呈现出客运服务质量高、货运时段范围广的优点，存在客货总行车量小、客货列车相互影响、货物列车旅行速度低、维修作业灵活性弱的缺点。根据该策略的客货运能力和维修作业特点可知，其应对突发客流、设备故障等情况的能力均较弱。

4　结束语

目前，随着200 km/h客货共线铁路的不断发展，既有200 km/h客货共线铁路已初步形成了适应其线路条件和运输需求的列车结构与天窗方案。为满足新建、改造200 km/h客货共线铁路对列车结构与天窗设置提出的要求，通过分析200 km/h客货共线铁路列车结构的要素和天窗的要素，系统梳理了6条典型线路的列车结构与天窗设置现状并总结特征。在此基础上，提出200 km/h客货共线铁路列车结构设置策略、天窗设置策略。最后，针对不同线路条件、运输需求，提出实现不同目标的列车结构与天窗协同设置策略，为高效、合理地确定200 km/h客货共线铁路列车结构和天窗协同设置策略提供理论依据，有利于优化200 km/h客货共线铁路资源利用、充分挖掘线路能力并提高运输组织效率。在具体设计200 km/h客货共线铁路运输组织方案时，可根据线路功能定位、技术条件和客货运需求等，将研究所提出的列车结构和天窗协同设置策略代入进行综合比选，从而提出最终采用的运输组织方案。

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基金资助

国家自然科学基金项目(52272325)

四川省自然科学基金项目(2023NSFSC0390)