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日本城市铁路的列车编组和运营策略 介绍 尽管乘客需求极大，日本城市铁路以其高运力、高效率和准时性而闻名。在东京的高峰时段，主要线路的运作通常超过其运力的
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例如，东京最繁忙的通勤走廊（地铁东西线）在 2019 年尽管在早高峰时段每小时运行多达 27 列列车，仍然出现
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在城市轨道交通调度中平衡运力与需求 在巨大的需求压力下维持可靠的服务是城市铁路面临的核心挑战。运营商必须在运输能力设计（列车大小和频率）与基础设施和车辆可用性等限制条件之间取得平衡。日本铁路传统上通过两种方式增加运力：增加列车数量（提高频率）或运行更长的列车。每种方法都有其限制——信号和安全规定了最小的列车间隔时间，而车站站台长度限制了列车的大小。因此，日本的列车调度通常需要灵活的、响应需求的时刻表，根据一天中的不同时段调整服务模式，同时整个系统架构（如轨道布局、车站、车库）被设计为支持这些运营。
在系统层面，日本一直在追求扩展和优化，以应对早晚高峰时段（通常为上午 7-9 点和下午 5-7 点）的需求高峰。在 20 世纪的高速增长年代，新线路和轨道被建设以分散负荷——例如，东京地铁东西线被建作为超负荷的 JR 总武线的绕行线。政府在 20 世纪 60 至 80 年代推出的“东京五向战略”等举措增加了多条郊区线路，显著降低了一些走廊的最严重拥堵。最近，运营商专注于渐进的调度改进：调整列车间隔、在线路之间提供直通服务，并部署快车（跳站）以补充每站停靠的普通列车。目标是在不影响安全性或准时性的情况下提高有效吞吐量（每小时乘客数）。
图：东京通勤铁路线路上平均拥挤度（红线）与相对列车运力（绿线）的历史趋势。从1975年到2019年，显著的运力提升——例如更长的列车、新的 线路和更高的频率——将高峰拥堵从
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8quad9 8 \quad 9 上图展示了东京铁路运力的提升如何缓解了最严重的拥挤情况。到2000年左右，大多数线路的频率和列车长度已达到实际极限，将拥堵保持在
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150% \mathbf{1 5 0 \%} 灵活调度和系统架构 灵活调度意味着时刻表不是全天静态的，而是根据乘客需求的涨落来制定。在日本的实践中，这涉及到几种技术：
高峰与非高峰时刻表：在高峰时段，列车以最小的间隔运行（地铁和繁忙的通勤线路上间隔低至 2-3 分钟），而在午间和深夜时段，列车频率较低。例如，东京地铁线路在上午高峰时段达到
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∼28-32 \sim 28-32 短程折返服务：为了在需求最高的地方集中运力，一些列车在未到达线路终点前就折返。在 JR 东日本的中央线（快速）上，许多从东京出发的西行早班列车在武藏小金井或立川等中途枢纽站终止，而不是开往更远的终点站。这确保了城市核心区域每小时拥有最多的列车数量，而较少繁忙的外部路段则由较少的列车服务。短程折返通过轨道交叉或基础设施中设计的折返侧线实现。 越站和快车服务：大多数日本城市铁路网络采用本地（每站停）和快车服务的混合模式以提高效率。快车列车跳过较小的车站，缩短旅行时间，并允许更多列车在线路上运行而不发生拥堵。一个经典的例子是东京中央走廊的四轨系统：两条轨道用于快速和快车服务，另外两条用于本地服务。中央快速列车完全绕过某些市中心车站，使用独立的轨道，从而提高整体通行能力。在双轨线路上，使用定时超车：例如，关西的阪急等私营铁路在车站设有会车线，以便速度更快的限停列车可以超越本地列车。这种服务类别的分段是一种系统架构优化形式，确保快速列车不被慢速列车延误——有效地提高了线路的运力，以每小时运送的乘客数量计算。 方向性调度：早晨以进城交通为主，傍晚以出城交通为主。日本的时刻表通常反映了这一点，在高峰方向运行更多列车，或者在必要时让空车在反方向运行。有些线路运行不对称的时刻表——例如，早晨有额外的“上行”列车驶向城市，而直到稍后才有对应的“下行”列车。乘务员和车辆的轮换经过精心安排，以促进这种方向性提升。
这些调度策略的基础是强大的运营规划软件。日本铁路公司过去依赖经验丰富的调度员手工编制时刻表，但如今他们使用先进的 计算机系统结合了优化算法。这些系统允许规划人员模拟复杂场景并自动检查约束条件（轨道容量、列车连接、乘务员班次）。根据东芝的铁路工程师的说法，现代交通调度工具通过自动化常规任务和建议优化的时间表，大大提高了效率，而人类则对服务质量进行微调。将时间表规划与乘务员和车辆排班相结合——这是日本的标准做法——也增强了运营的弹性。实质上，通过将时间表视为必须满足乘客需求且可操作的“服务产品”，日本铁路在调度中应用了系统工程原理。
容量设计的一个关键方面是列车编组——每列火车有多少节车厢，以及这些车厢是否会随着列车的移动或时间的推移而变化。日本的城市列车是电力动车组（EMU），可以相对容易地进行连接或分离，从而在某些线路上实现灵活的列车长度配置。总体而言，有两种方法：
固定编组：线路上的所有列车都具有相同数量的车厢，并且在正常运营期间不会改变。许多繁忙的线路使用固定编组以简化运营。例如，东京山手线在其环线上仅运行 11 节车厢的列车，所有车站站台和车库都为此长度标准化。固定编组在地铁（例如都营大江户线的 10 节车厢列车、东京地铁日比谷线的 8 节车厢列车等）和某些 JR 通勤线路上也很常见。其优点是运营简单——无需在服务中连接/分离列车，乘务员和乘客可以享有一致的列车长度。缺点是灵活性较差：固定长度必须足以应对高峰负荷，这可能意味着在非高峰时段出现过剩运力（以及更高的能耗），或者相反，在高峰时段无法在某个点之后增加运力。当需求增长时，固定编组线路面临昂贵的基础设施项目，以延长站台或购买更大的列车。 可变编组：列车可以根据一天中的时间或线路的不同区段以不同长度运行。这通常涉及连接或分离列车组以调整运力。日本铁路已经完善了在终点站或交汇站快速连接/分离列车的技术。例如，JR 西日本前往关西机场的运营使用可变编组：从大阪出发的 8 节车厢快速列车在日根野站分成两个 4 节车厢的列车组——其中一个 4 节车厢部分继续前往关西机场，另一个则前往乡村的和歌山地区。这使得一个列车时段可以运送两条支线的乘客，在繁忙的主干线上最大化效率，然后根据需求较低的支线调整运力（每个 4 节车厢部分足以满足支线的需求）。晚上，这一过程反向进行：来自支线的两个 4 节车厢列车在日根野连接成一个 8 节车厢的列车返回大阪。另一个例子是 JR 东日本的中央快速/青梅线：历史上，一些从西部开往东京的列车由来自青梅线的 6 节车厢组和来自中央主线的 10 节车厢组在立川连接，组成一列 16 节车厢的列车驶入东京市中心。 到达立川站后，列车将分离，6节车厢前往支线，10节车厢前往主线。这种可变编组策略使列车规模与需求相匹配：在两个客流合并的最繁忙路段使用16节车厢，但在各个支线上则使用较短的列车。
可变编组也可以在不进行途中联挂的情况下使用，只需在高峰时段安排较长的列车，而在非高峰时段安排较短的列车即可。一些日本的私营铁路公司在不太统一的线路上采用这种方式，例如，一条线路在高峰时段可能使用8节车厢的列车，而在中午客流量较低时使用4节或6节车厢的列车，并在低谷时段将多余的车厢或列车组存放在车库中。然而，由于后勤上的复杂性，在主要线路上，日内变化相对较少；日本运营商更常见的是在一天中保持列车长度不变，并依靠频率变化来实现灵活性。真正实现可变编组的地方