鐵路線路養(yǎng)護(hù)施工決策最優(yōu)化設(shè)計(jì)

馮超　劉瑞強(qiáng)　瞿為群

摘要：針對(duì)鐵路線路特性進(jìn)行鐵路線路養(yǎng)護(hù)機(jī)械化施工決策的方法分析，利用多指標(biāo)評(píng)價(jià)方法與線性規(guī)劃的原理實(shí)現(xiàn)線路養(yǎng)護(hù)施工決策.以此為線路養(yǎng)護(hù)企業(yè)的管理者提供科學(xué)和決策依據(jù)。

關(guān)鍵詞：鐵路線路養(yǎng)護(hù)；施工組織；機(jī)械組合；決策優(yōu)化

中圖分類號(hào)：U418.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2015）02-0205-03

Abstract： Aiming at the destroy characteristic，analyzing the decision—making method in rail track construction，and making use of the principle of multi—index evaluation and linear programming，realizing the decision of rail track maintains mechanization，which provides scientific and effectivedecision—making bases for the governors of road maintenance enterprise.

Key words： rail track maintains； construction organization； equipment combination； optimizing decision

在鐵路線路運(yùn)行過(guò)程中，由于受到機(jī)車反復(fù)和氣候變化等多種因素的影響，性能會(huì)不斷下降。為了提升鐵路線路運(yùn)行的安全性能，需要對(duì)鐵路線路運(yùn)行的綜合能力進(jìn)行科學(xué)分析評(píng)估，并不斷進(jìn)行維護(hù)[1]。

養(yǎng)護(hù)機(jī)械化作業(yè)的核心鐵路養(yǎng)護(hù)管理工作主要包括兩個(gè)方面，即：鐵路養(yǎng)護(hù)施工組織和養(yǎng)護(hù)機(jī)械組合最優(yōu)化，具體說(shuō)來(lái)，就是分析評(píng)估鐵路損害狀況，制定出科學(xué)的施工組織與養(yǎng)護(hù)機(jī)械組合有機(jī)結(jié)合的方式，最終將日常養(yǎng)護(hù)作業(yè)和施工機(jī)械編組整合成為科學(xué)、高效、易于操作的鐵路養(yǎng)護(hù)作業(yè)計(jì)劃[2]。

養(yǎng)護(hù)機(jī)械化作業(yè)通過(guò)其兩大核心工作，即：機(jī)械組合最優(yōu)化與鐵路養(yǎng)護(hù)施工組織的有效整合開展，能夠產(chǎn)生以下優(yōu)勢(shì)：一是有效降低鐵路養(yǎng)護(hù)費(fèi)用（包括材料、設(shè)備和人工等各項(xiàng)費(fèi)用），二是減少鐵路養(yǎng)護(hù)的作業(yè)時(shí)間，三是提高養(yǎng)護(hù)施工作業(yè)的安全性。養(yǎng)護(hù)機(jī)械化作業(yè)的三大優(yōu)勢(shì)相互關(guān)聯(lián)作用，通過(guò)保證養(yǎng)護(hù)作業(yè)在最短時(shí)間內(nèi)完成的經(jīng)濟(jì)性，有效提升了鐵路的運(yùn)輸效率。

1 養(yǎng)護(hù)機(jī)械化作業(yè)的要求

鐵路養(yǎng)護(hù)與維修作業(yè)作為提高鐵路服務(wù)質(zhì)量和延長(zhǎng)鐵路使用壽命的重要手段，在養(yǎng)護(hù)與維修作業(yè)過(guò)程中，應(yīng)主要采用機(jī)械化養(yǎng)護(hù)方式，保證鐵路維修員工的安全，在盡可能不中斷交通的情況下做到及時(shí)、快速、安全、可靠，還需盡可能避免頻繁地調(diào)動(dòng)機(jī)械設(shè)備。

養(yǎng)護(hù)機(jī)械化作業(yè)由鐵路養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)的最優(yōu)化和機(jī)械組合最優(yōu)化這兩個(gè)方面構(gòu)成。最優(yōu)化的目的在于：在相關(guān)條件的約束下，從已知的多種養(yǎng)護(hù)對(duì)策中找出最佳的施工計(jì)劃。

鐵路養(yǎng)護(hù)調(diào)查中，采集評(píng)價(jià)指標(biāo)的主要數(shù)據(jù)資料包括：交通量（路線長(zhǎng)度、路況）、方案措施單價(jià)（人力、設(shè)備、材料、資金）、路面狀況等。鐵路養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)在全面調(diào)查、綜合分析評(píng)價(jià)鐵路養(yǎng)護(hù)部門的資金、設(shè)備、材料和勞動(dòng)等各種資源的約束條件的基礎(chǔ)上，制訂最優(yōu)養(yǎng)護(hù)對(duì)策與計(jì)劃，以期達(dá)到提升鐵路養(yǎng)護(hù)部門的效益的終極目標(biāo)。

鐵路養(yǎng)護(hù)機(jī)械組合最優(yōu)化基于鐵路線路的破壞型式，通過(guò)選擇先進(jìn)的養(yǎng)護(hù)機(jī)械組合，選用快捷高效的養(yǎng)護(hù)工藝，采取組合機(jī)械裝備開展施工作業(yè)，達(dá)到快速安全地完成鐵路線路養(yǎng)護(hù)作業(yè)的目的。

2 鐵道維護(hù)施工管理流程介紹

圖1為鐵道維護(hù)系統(tǒng)主要流程。主要有調(diào)查的組織、調(diào)查數(shù)據(jù)的分析以及調(diào)查數(shù)據(jù)傳送等部分。

在該管理系統(tǒng)中，首先要對(duì)線路狀況進(jìn)行大量數(shù)據(jù)收集，其次是選擇合適的評(píng)價(jià)模型，進(jìn)而制定出科學(xué)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，最終建立模型及科學(xué)的施工對(duì)策。系統(tǒng)要求重點(diǎn)調(diào)查的數(shù)據(jù)為鐵路的長(zhǎng)度、鐵路的破壞類型、線路數(shù)據(jù)等。

3 鐵路狀況的評(píng)價(jià)模型的建立

建立鐵路線路路況精準(zhǔn)的評(píng)價(jià)模型是鐵道限流維護(hù)施工管理的基礎(chǔ)，本文中采用的是基于權(quán)重比的多指標(biāo)評(píng)價(jià)。

以下三大類鐵路損壞因素為評(píng)價(jià)模型的分類基礎(chǔ)：

1）類型M1。如鐵道幾何尺寸的偏差、軌縫偏差、道床軌枕失效、聯(lián)接零件松動(dòng)缺失、軌道加強(qiáng)設(shè)備缺失/松動(dòng)、道床臟污/塌陷、路基不平整、道口輪緣槽/鋪面不平整/松動(dòng)、標(biāo)志標(biāo)記缺損等9種類型。

2）線路損壞程度M2。每一種損壞類型根據(jù)其對(duì)鐵路線路的完整性和安全性影響的不同程度，可以分成輕微、中等和嚴(yán)重3級(jí)。

3）鐵路線路損壞長(zhǎng)度M3。即：按照鐵路線路損壞程度的長(zhǎng)度占鐵路線路總長(zhǎng)度的比例，將每種類型的損壞分成八個(gè)等級(jí)：極?。?～5）、很?。?～8）、?。?～10）、中（10～15）、較大（15～20）、大（20～30）、很大（30～100）。

通過(guò)對(duì)影響鐵道線路狀態(tài)因素的分析，制定出評(píng)價(jià)體系如圖2。選定3個(gè)一級(jí)期望指標(biāo)，為Pi，20個(gè)下一級(jí)期望指標(biāo)為Pij。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)期望值如表3所示，最后通過(guò)公式（1）對(duì)計(jì)算出的評(píng)分值進(jìn)行歸一化，最后，得到Pi的權(quán)重值W=（Wi）T（Wi=1）。

4 鐵道線路的維護(hù)護(hù)施工組織及其施工機(jī)械組合對(duì)策

鐵路線路受多種因素的制約，維護(hù)方式比較復(fù)雜[3-4]，常規(guī)施工作業(yè)中的常見養(yǎng)護(hù)方式見表2，我們可以根據(jù)線路狀態(tài)的期望值得到的評(píng)價(jià)值，能夠?qū)?yīng)按照其建議的維護(hù)施工對(duì)策方法，見表3所示。

5 鐵道線路維護(hù)施工組織決策與施工機(jī)械最優(yōu)化組合模型

假設(shè)鐵道線路的損壞類型依次為A1，A2，…，Am，同時(shí)假定維護(hù)對(duì)策和施工機(jī)械的組合方式分別為B1，B2，…，Bn，針對(duì)每種鐵路損壞類型所采用的維護(hù)工藝和施工機(jī)械的組合為aij。作業(yè)時(shí)問(wèn)為bm。將維護(hù)護(hù)時(shí)間作為決策變量xj，可以推導(dǎo)出鐵道線路維護(hù)的數(shù)學(xué)模型如下：

2）鐵路線路維護(hù)施工與施工機(jī)械使用成本最優(yōu)化組合模型。模型中，用A1，A2，…，Am表示鐵道線路的破壞類型，用B1，B2，…，Bn表示維護(hù)方法和施工機(jī)械組合，鐵路線路的破壞類型采用對(duì)應(yīng)的維護(hù)方法與機(jī)械組合用aij 表示，施工的成本用bm表示。以維護(hù)費(fèi)用作為決策變量xj ，可得到鐵道線路維護(hù)施工科學(xué)組織與施工機(jī)械最優(yōu)化組合使用成本的數(shù)學(xué)模型為式（3）。

3）模型約束條件的建立。在鐵道線路養(yǎng)護(hù)施工中，首先考慮到鐵路狀況，同時(shí)，其受到施工作業(yè)時(shí)間以及經(jīng)濟(jì)效益等因素的約束。表4為其約束條件。

6 鐵路線路維護(hù)施工最優(yōu)化機(jī)械組合程序

本文所提出的系統(tǒng)建模采用線性規(guī)劃與動(dòng)態(tài)規(guī)劃相結(jié)合的方法，此模型中的變量為xj。對(duì)于維護(hù)對(duì)策，文中根據(jù)鐵路損壞類型來(lái)選擇。本系統(tǒng)需要完成6個(gè)計(jì)算過(guò)程，具體如下：

1）輸入各條鐵路的線路數(shù)據(jù)，并將其存入到對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)；

2）依據(jù)鐵路線路的長(zhǎng)度等條件，對(duì)應(yīng)確定其養(yǎng)護(hù)時(shí)間以及資金的上限和下限值；

3）在資金額度的約束下，確定各條線路的最佳維護(hù)對(duì)策；

4）在維護(hù)資金總額的約束條件下計(jì)算維護(hù)的費(fèi)用；

5）確定各條線路的養(yǎng)護(hù)對(duì)策及時(shí)間、資金分配；

6）用制定的維護(hù)對(duì)策實(shí)施維護(hù)計(jì)劃；

以上六個(gè)程序模塊執(zhí)行后，便可得到各條線路的最佳值。

7 結(jié)束語(yǔ)

機(jī)械組合最優(yōu)化與鐵路養(yǎng)護(hù)施工組織作為養(yǎng)護(hù)機(jī)械化作業(yè)的核心，既要保證機(jī)械裝備能滿足施工的需求，又要確保施工作業(yè)的安全的基礎(chǔ)之上，實(shí)現(xiàn)養(yǎng)護(hù)決策最優(yōu)化。由于現(xiàn)實(shí)狀況的差異，在方案分析過(guò)程中，如果僅選用某一指標(biāo)或某一方法進(jìn)行，結(jié)果必然是片面的，因而，將幾種方法結(jié)合使用，無(wú)疑是獲得較為全面的方案經(jīng)濟(jì)性對(duì)比分析的上佳選擇。

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