作者 | 逸辰，工程科技领域研究人员
截止今年12月底，中国的高铁里程突破3.5万公里，占全球高铁里程的三分之二还多。而在中国的众多高铁线路中，京沪高铁绝对是可圈可点的一条。
作为世界上一次建成里程最长、技术标准最高的高速铁路，京沪高速铁路正线全长达到了1318km的惊人长度，总投资约2209亿元，平均每公里造价1.676亿元。
它也是中国乃至世界上最赚钱的高铁线路，凭借着巨大的客流量，在每公里票价仅为日本新干线四分之一的情况下，京沪高铁全年的营收达到了三百多亿元，净利润一百多个亿，相当于每三天就净赚1个亿。
而且，京沪高速铁路全线采用动车组列车运行，为沿线旅客出行带来了极佳的乘坐体验。
（一）纵贯三市四省，累计发送旅客超10亿人次
从线路走向来看，京沪高速铁路纵贯北京、天津、上海三大直辖市及河北、山东、安徽、江苏四省，全线共设24个车站。
在2016年修订的《中长期铁路网规划》中，京沪高速铁路被赋予“八纵八横”高速铁路主通道之一的重要地位，足以看出其在中国高速铁路网中的分量。
（纵贯三市四省的京沪高速铁路线路示意图）
从运量角度来看，根据京沪高速铁路招股说明书：截至2019年9月30日，京沪高速铁路全线累计开行列车99.19万列，累计发送旅客10.85亿人次，可以说，京沪高速铁路的运行取得了极大的社会效益和经济效益。
京沪高速铁路开行的动车组列车包括本线列车和跨线列车，本线列车即为全程在京沪高速铁路上运行的动车组列车，而跨线列车即为有部分运行区段位于京沪高速铁路上，但起点站、终点站至少有一个不在京沪高速铁路上的动车组列车。
（具有完全自主知识产权的中国标准动车组“复兴号”动车行驶在京沪高速铁路上）
从速度角度来看，北京至上海列车最短运行时间已经缩短到4.5小时以内，对于乘客而言，这个速度足以一日在京、沪之间轻松实现往返，带来了极大的便利。
2011年1月9日，在京沪高速铁路先导段运行试验中，新一代“和谐号”CRH380BL高速动车组最高速度达到487.3公里/小时，要知道，这个速度已经接近喷气飞机低速巡航的速度，如此惊人速度足以使京沪高速铁路相较航空运输具有极强的竞争力。
中国高铁一次次刷新世界铁路运营试验最高速，不断上演“京沪奇迹”。
（二）先进轨道交通装备，不同型号各显神通
当高铁线路修建完成后，接下来就要选择合适的动车组列车。
这里进行一个简单科普，很多人对“高铁”、“动车组”、“动车”这几个概念分不清。
简单来说，“高铁”是指设计速度在一定阈值以上的高速铁路线路。根据中国国家铁路局定义，中国高铁为设计开行时速250公里以上（含预留）、初期运营时速200公里以上的客运列车专线铁路。
而“动车组”为若干节带驱动力的车厢（简称“动车”）、若干节不带驱动力的车厢（简称“拖车”）的组合，以8辆编组动车组为例，分为4动4拖，6动2拖。
（4动4拖动车组编组结构示意图，作者自绘）
一般来说，高铁上几乎可以开行各种型号的动车组，但动车组不一定运行在高铁上。
我们平常所说的“G”字头列车为高速动车组列车、“D”为一般动车组列车、“C”为城际动车组列车。
众所周知，动车组列车的编组数决定了一列车能够运送的旅客数量。
在实际运营中，一般会采用8辆短编组列车，但在国庆、春节等客流高峰期，铁路部门会采用重联的方式将两列8辆短编组列车重联为16辆编组列车，增加了列车编组数，同时增加了运送旅客数量。
（“蓝海豚”CR400AF型动车组、金凤凰”CR400BF型动车组重联运行）
动车组重联虽然解编较为灵活，但是列车中间的车头影响载客能力，而且中间的“重联”部分乘务员、旅客也无法通过。因此，中国陆续研制出16辆、17辆不同编组的系列化“复兴号”动车组。
（不同型号动车组技术指标，作者根据公开数据自绘）
采取研制出的新型号16辆编组、17辆编组长编组动车组列车后，单次列车运送旅客的数量增加了，同时车头的损耗也减少了。
另外，对于旅客来说，以往重联的“复兴号”无法从车厢头部走到尾部，而长编组列车却可以满足这个需求，也方便了动车组乘务员的乘务工作。
（三）先进的运行控制系统，堪称保证行车安全的“最强大脑”
京沪高速铁路上动车组列车能够以高速安全运行，离不开中国先进安全、自主可控的列车控制系统。
京沪高速铁路装备的是CTCS3级列车运行控制系统，为基于无线传输信息并采用轨道电路检测列车占用的列控系统，面向区段是300km/h及以上高速铁路。
（CTCS-3级高铁列车运行控制系统原理图）
CTCS-3级列控系统包括车载设备、地面轨旁设备、室内设备三部分。
车载设备由车载安全计算机（VC）、GSM-R无线通信单元（RTU）、轨道电路信息接收单元（TCR）、应答器信息接收模块（BTM）、记录单元（JRU/DRU）、人机界面（DMI）、列车接口单元（TIU）等组成；
地面轨旁设备主要有：由ZPW-2000系列轨道电路、应答器（含LEU）、GSM-R通信接口设备等组成；
室内设备主要有：RBC（无线闭塞中心）、TCC（列控中心）、临时限速服务器、计算机联锁、GSM-R移动交换中心、CTC（行车指挥中心）。
（CTCS-3级高铁列车运行控制系统各部分设备）
根据中国铁路通信信号官网介绍：依据行车计划，CTC（行车指挥中心）主动生成列车进路序列，计算机联锁根据该序列排列车站列车进路，并将进路信息通过信号安全数据网发送给RBC（无线闭塞中心）和TCC（列控中心），由无线闭塞中心和列控中心运算生成行车许可，分别通过GSM-R无线网络和ZPW-2000轨道电路及应答器发送给车载设备，根据收到的行车许可，车载设备生成目标距离连续速度模式曲线，监控列车运行。
（基于准移动闭塞的速度一目标距离曲线模式，作者自绘）
如图所示，CTCCS3系统下，在后方运行的动车组列车以禁止信号或前方动车组的尾部为目标点，系统计算出一个重要参数——后车距离前车目标点距离，同时考虑前车的运行速度、线路条件（坡度、曲线半径等）、动车组性能参数，计算出后车的允许速度曲线。
值得指出的是，为了安全性考虑，在动车组列车实际运行中，实际速度曲线位于允许速度曲线下方，最大限度地保证了高速动车组列车行车安全。
（四）“按流开车”定期调整，设计列车开行方案大有讲究
以上三部分对高铁线路、动车组列车、列车运行控制系统进行了介绍，接下来让我们来到线路运营的阶段，也就是要解决“车如何开”的问题，这就涉及到编制京沪高速铁路列车的开行方案。
什么是列车开行方案？列车开行方案就是确定列车开行的起点站、终点站、经停站以及不同形式列车的开行对数，开行方案的设计要遵循“按流开车”的原则，即根据实际沿途车站的客流需求设计最合适的开行方案，并根据实际客流的变化对列车开行方案定期进行调整。对开行方案进行优化，可有效提升客座率、列车开行质量。
（列车停站模式形式示意图，作者自绘）
（注：模式1、模式4在京沪高速铁路运营中未实现，此处为保证模式全面，故列出）
从定性的角度来说，显然应该让客流量比较大的站多停几趟列车，让客流量比较小的站少停几趟列车，但实际的动车组运营计划是十分精确的，定性分析远远不够，必须给出上行、下行方向的列车具体开行数。
一般来说，列车从北京出发前往其它站为下行方向，列车从其它站开向北京为上行方向，沿途的停站模式又可分为一站直达、大站停、择站停、站站停等模式。在一条线路的实际运营中，可能采取上述4种模式中的数种。
在确定开行方案时，不仅要考虑旅客乘车的方便程度，也要考虑铁路运输部门的运营成本等因素，要在旅客和铁路部门的成本之间取得一个平衡，确定出较为合适的列车开行方案。
（五）出行高峰期一票难求，京沪高铁运力能否进一步提升？
当京沪高速铁路列车开行方案确定下来后，接下来将形成京沪高速铁路列车运行图。
什么是列车运行图？列车运行图规定了列车在铁路区间运行及在车站到发、通过的时刻，是组织列车运行的一个重要技术文件。
列车运行图如下图所示：中国的列车运行图以横轴表示时间，以纵轴表示距离，水平线表示各车站的中心线，水平线之间的间隔表示车站之间的距离，运行图上的斜直线直观地展示了列车在不同时刻的位置，称为列车运行线，运行图上所标的数字表示列车在沿途车站的停车、发车或通过时分。
（列车运行图示意图）
（注：之所以出现运行线交叉，是因为上行、下行两个方向的列车行车计划均放在一张图中）
观察列车运行图可以看出，衡量京沪高速铁路运输能力的指标主要是列车开行数量，而列车开行数量主要由最小列车追踪间隔、列车开行速度决定，京沪高速铁路设计目标时速为350km/小时，设计区间最小列车追踪间隔3分钟。
值得指出的是，铺画京沪列车运行图时，不可能将一天24h均利用上，这是因为高速铁路存在“天窗期”，为施工和维修作业预留时间。
为了保证高铁动车组行车安全，天窗一般是在午夜至凌晨，在列车停运的几小时内，铁路工人进行施工或对线路、供电、通信设备等进行检查、维修。
近年来，客流量的不断增长使京沪高速铁路接近饱和运行，沿途各站经常“一票难求”，在此背景下，京沪高铁面临对列车运行图、行车调度指挥等进行优化，进一步提升运输能力的情况
结语
作为京沪经济走廊的重要组成部分，京沪高铁极大地带动了沿线城市经济的发展，以京沪高速铁路为代表，中国高铁在工程建设、装备制造、运营调度等方面总体技术水平已进入世界先进行列，成为中国的一张闪亮名片。
