鐵路無聯(lián)鎖貨場道岔集中化管理模式研究

張 巖，孫文橋，劉啟鋼，李 想，陳客政

(1.中國鐵道科學研究院集團有限公司 運輸及經濟研究所，北京 100081；2.中國鐵路南寧局集團有限公司 柳州車站，廣西 柳州 545007)

鐵路無聯(lián)鎖貨場作業(yè)環(huán)境復雜、技術設備條件落后、集中控制程度較低，調車作業(yè)主要通過人工扳動道岔，使機車車輛從一股道轉入另一股道；道岔的維護和使用管理難度較大，其管理模式存在缺陷是導致調車作業(yè)事故發(fā)生的主要因素之一[1-2]。在現(xiàn)有的鐵路無聯(lián)鎖貨場道岔管理模式下，存在養(yǎng)護維修投入力量有限且設備故障發(fā)現(xiàn)不及時，多單位同時使用導致鑰匙管理困難等問題。由于調車作業(yè)過程中的道岔扳動作業(yè)信息不共享，調車機車司機和室內調車指揮人員通過室外扳道員或調車員等調車作業(yè)人員確認并上報的方式獲得室外道岔狀態(tài)、列車占用情況等信息，容易因人員作業(yè)疏忽、作業(yè)信息掌握不及時而導致擠岔、脫軌、進異線等安全事故的發(fā)生[3-4]。因此，針對鐵路無聯(lián)鎖貨場道岔管理存在的突出問題，研究并提出一種鐵路無聯(lián)鎖貨場道岔集中化管理模式及配套措施具有重要現(xiàn)實意義。

1 鐵路無聯(lián)鎖貨場道岔管理現(xiàn)狀及問題分析

1.1 調車作業(yè)過程

鐵路無聯(lián)鎖貨場調車作業(yè)過程如圖1所示，主要分為鉤計劃編制下達、鉤計劃接收傳達、要道、扳動道岔、還道、確認后動車6個步驟。其中，扳動道岔前，需用鑰匙打開鎖閉握柄插銷的U型鎖，將插銷從握柄孔拔出，先確認道岔開通位置，再抬起握柄，將道岔扳向所需位置。扳動道岔后，做到道岔握柄落槽，插銷插入握柄孔，確認道岔開通位置正確及尖軌與基本軌密貼后進行加鎖。可以看出，鐵路無聯(lián)鎖貨場道岔是調車作業(yè)過程中需要加強操作和安全管理的重要設備。

圖1 鐵路無聯(lián)鎖貨場調車作業(yè)過程 Fig.1 Shunting operation process of railway freight yards without interlocking

1.2 管理現(xiàn)狀

鐵路無聯(lián)鎖貨場道岔管理內容如圖2所示，對鐵路無聯(lián)鎖貨場道岔的管理主要分為維護管理和使用管理2個部分。維護管理包括巡視巡檢、養(yǎng)護維修和安裝更換，使用管理包括鑰匙、作業(yè)過程和安全管理。

圖2 鐵路無聯(lián)鎖貨場道岔管理內容Fig.2 Switch management content of freight yards without interlocking

1.2.1 維護管理

維護管理由設備所屬單位負責，所屬單位包括路外專用線企業(yè)和路內企業(yè)，路內企業(yè)涉及電務部門和工務部門。維護管理內容主要是設備所屬單位對底座、握柄、連接桿、道岔表示器、尖軌、基本軌等設備定期進行人工巡視巡檢，并人工記錄巡視巡檢過程中發(fā)現(xiàn)的設備故障，如果通過養(yǎng)護維修仍然無法解決，則由設備所屬單位進行新設備的安裝更換。

1.2.2 使用管理

使用管理由使用單位負責，無聯(lián)鎖貨場道岔按使用單位分類，可分為鐵路自用道岔、路外企業(yè)自用道岔和共用道岔，共用道岔由全部參與使用單位共同負責使用管理。使用管理分為鑰匙管理、作業(yè)過程管理和安全管理。鑰匙管理主要涉及機械鑰匙的領取和歸還過程，由使用單位指派專人保管機械鑰匙；作業(yè)過程管理分為室內指揮和室外指揮，室內調車指揮人員負責編制調車作業(yè)計劃并下發(fā)到調車組，調車長作為室外調車指揮人員依據(jù)調車作業(yè)計劃指揮現(xiàn)場調車作業(yè)；安全管理主要是安全管理部門現(xiàn)場抽查、視頻監(jiān)控和事后視頻分析，以及室外調車指揮人員的現(xiàn)場安全盯控。

1.3 問題分析

現(xiàn)有無聯(lián)鎖貨場未設置軌道電路和道岔的電動控制設備，室內管理人員無法監(jiān)視道岔的狀態(tài)、扳動方向、區(qū)段占用情況，無法及時發(fā)現(xiàn)道岔設備故障，無法通過進路鎖閉道岔來保證機車車輛行駛安全。現(xiàn)有技術條件下的道岔維護管理和使用管理在信息不共享的情況下進行，是一種非集中化管理模式，主要存在以下問題。

（1）維護管理方面。由于無聯(lián)鎖貨場位置大多比較偏僻，使用頻次少，存在設備所屬單位人員對設備疏于巡視的情況，無聯(lián)鎖貨場道岔握柄變形、連接桿彎曲、尖軌與基本軌不密貼等問題無法得到及時處理。

（2）使用管理方面。無聯(lián)鎖貨場道岔使用管理問題比較突出，在無聯(lián)鎖貨場道岔使用過程中的鑰匙管理、作業(yè)過程管理和安全管理方面存在一定問題。①鑰匙管理方面。一是需要專門指定人員對機械鑰匙進行管理，領取和歸還流程比較繁瑣；二是攜帶多把機械鑰匙至現(xiàn)場作業(yè)，機械鑰匙與道岔機械U型鎖的對應過程比較費時；三是U型鎖會生銹老化，普通機械鑰匙存在難以開鎖的問題；四是普通機械鑰匙無法識別和記錄開鎖人員身份，事故責任劃分難度較大。②作業(yè)過程管理方面。無聯(lián)鎖貨場道岔扳動作業(yè)過程管理主要由室外調車指揮人員負責，人員作業(yè)行為規(guī)范性依靠規(guī)章制度，難免出現(xiàn)行為錯誤；室內調車指揮人員無法實時掌握無聯(lián)鎖貨場道岔扳動作業(yè)現(xiàn)場情況，也難以對現(xiàn)場作業(yè)過程進行有效控制。③安全管理方面。有些貨場安全監(jiān)控中心可實時查看現(xiàn)場作業(yè)視頻，從而有效提高現(xiàn)場作業(yè)規(guī)范性，但通過視頻信息無法發(fā)現(xiàn)虛鎖和不密貼等問題，且無聯(lián)鎖貨場難以做到攝像頭全部覆蓋。作業(yè)人員隨身攜帶的記錄儀和錄音設備雖然可以記錄作業(yè)人員的作業(yè)過程，但無法全面實時監(jiān)控人員的作業(yè)行為，且事后分析需要耗費大量人力資源。

非集中化管理存在一系列問題的根本原因是信息不共享。傳統(tǒng)管理模式采用的是“人盯人”粗放式的管理方式，管理層和作業(yè)層之間的信息不共享，缺乏執(zhí)行精細化管理的信息基礎。室外作業(yè)人員無法直觀掌握道岔的開通位置、鎖閉、密貼情況，室內管理人員無法實時監(jiān)控現(xiàn)場人員的作業(yè)過程，從而對現(xiàn)場作業(yè)過程實施有效控制和安全管理。

2 鐵路無聯(lián)鎖貨場道岔集中化管理模式

無聯(lián)鎖貨場道岔管理的核心思路是以安全、效率為導向，優(yōu)化道岔維護和使用管理模式，采用物聯(lián)網(wǎng)技術解決無聯(lián)鎖貨場管理層和作業(yè)層之間信息不共享的問題，集中統(tǒng)一進行維護和使用管理，實現(xiàn)基于信息共享的無聯(lián)鎖貨場道岔集中化管理。

2.1 道岔集中化管理技術基礎

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術的成熟[5]，越來越多的企業(yè)致力于物聯(lián)網(wǎng)技術的研發(fā)和應用[6]，為低成本實現(xiàn)無聯(lián)鎖貨場道岔集中化管理創(chuàng)造了條件。其中低功耗設計、信息采集傳感器和無線信息傳輸網(wǎng)絡是解決集中化管理的關鍵技術[7]。物聯(lián)網(wǎng)低功耗設計利用低電壓超低功耗集成電路設計技術、低功耗傳感技術、低功耗無線網(wǎng)絡傳輸技術和休眠喚醒機制降低室外設備的功耗，使其可在電池供電的條件下長時間工作，避免頻繁維護[8]。

無聯(lián)鎖貨場道岔集中化管理技術基礎如圖3所示，面向無聯(lián)鎖貨場管理人員和作業(yè)人員，以搭建無聯(lián)鎖貨場道岔集中化管理信息系統(tǒng)為目標，以無聯(lián)鎖貨場道岔狀態(tài)自動感知為核心，集成應用區(qū)段占用感知傳感器、道岔狀態(tài)感知傳感器、無線傳輸設備、電子示意圖等軟硬件技術手段，實時地采集區(qū)段占用狀態(tài)、道岔扳動方向、開鎖人員身份、道岔鎖閉情況、道岔密貼狀態(tài)等信息，將各個信息傳輸?shù)綗o聯(lián)鎖貨場道岔集中化管理信息系統(tǒng)進行加工處理，在電子示意圖上集中展示給室內管理人員，全面覆蓋無聯(lián)鎖貨場道岔的維護管理、鑰匙管理、過程管理、安全管理等管理領域，打造無聯(lián)鎖貨場道岔集中化管理信息系統(tǒng)。

圖3 無聯(lián)鎖貨場道岔集中化管理技術基礎Fig.3 Technical basis for centralized switch management of freight yards without interlocking

2.2 集中化管理模式設計

基于無聯(lián)鎖貨場道岔集中化管理信息系統(tǒng)可實現(xiàn)集中化管理模式，包括維護管理和使用管理2個部分。

2.2.1 維護管理

原有維護管理流程分為設備采購、設備安裝、定期巡檢維護、維修、更換等步驟，定期巡檢后如果發(fā)現(xiàn)設備故障，則進行維修或更換。設備維護管理流程優(yōu)化如圖4所示，通過利用無聯(lián)鎖貨場道岔智能鎖、密貼傳感器等設備實時監(jiān)測并記錄道岔設備狀態(tài)變化信息，利用大數(shù)據(jù)分析技術發(fā)現(xiàn)設備故障，并將故障信息及時通過無線網(wǎng)絡發(fā)送至室內作業(yè)過程管理人員和安全管理人員，并通知設備維護部門到現(xiàn)場核查，從而解決設備巡檢周期過長和設備無法及時得到維修或更換的問題。

圖4 設備維護管理流程優(yōu)化Fig.4 Process optimization of equipment maintenance management

2.2.2 使用管理

使用管理包括鑰匙管理、作業(yè)過程管理和安全管理。

（1）鑰匙管理。針對現(xiàn)有鑰匙管理中存在的管理、使用效率低等問題，通過結合IC卡讀卡、無線傳輸、數(shù)據(jù)加密等技術，無聯(lián)鎖貨場道岔集中化管理信息系統(tǒng)實現(xiàn)作業(yè)人員身份識別、開鎖權限自動判斷、鎖銷自動彈開等功能。整個貨場只設置1名兼職的IC卡管理員，統(tǒng)一為每個無聯(lián)鎖貨場調車作業(yè)人員配備存儲了人員唯一身份信息的IC卡。作業(yè)人員調車作業(yè)前無需登記領取鑰匙，獲得無聯(lián)鎖貨場道岔集中化管理信息系統(tǒng)開鎖授權后用隨身攜帶的便攜式IC卡刷卡打開道岔智能鎖，智能鎖自動記錄存儲并上報開鎖人信息。個人IC卡丟失后，應主動找IC卡管理員廢除舊IC卡并補發(fā)新卡。規(guī)定IC卡只能本人使用，私自借給他人使用應承擔安全責任。鑰匙集中化管理模式下調車作業(yè)班組無需設置鑰匙管理崗位，調車作業(yè)人員也省去領取、歸還、登記等繁瑣流程，增加開鎖的便捷性，提升信息自動化獲取程度和共享程度、降低管理成本、提升管理效率。

（2）作業(yè)過程管理。通過IC卡識別、握柄位置傳感器、密貼傳感器、行程開關等技術手段，實時獲得現(xiàn)場作業(yè)過程信息，通過無線通信網(wǎng)絡傳輸至監(jiān)控中心，監(jiān)控中心可在電子地圖上圖形化顯示各種作業(yè)信息。通過無聯(lián)鎖貨場道岔集中化管理信息系統(tǒng)，室內調車指揮人員可以實時掌握現(xiàn)場道岔的位置信息、區(qū)段占用信息、調車作業(yè)計劃執(zhí)行進度信息，并可通過排列進路控制現(xiàn)場調車作業(yè)人員的扳動時機和扳動方向。無聯(lián)鎖貨場道岔作業(yè)過程管理流程如圖5所示，主要包括獲得鉤計劃、進路排列、開放道岔、進路鎖閉和進路出清5個步驟。

圖5 無聯(lián)鎖貨場道岔作業(yè)過程管理流程Fig.5 Management process for switch operation of freight yards without interlocking

無聯(lián)鎖貨場道岔集中化管理信息系統(tǒng)通過獲取的作業(yè)鉤計劃，自動排列進路，對進路上道岔方向與進路方向不一致的道岔開放扳動權限，現(xiàn)場調車作業(yè)人員依據(jù)作業(yè)提示扳動相應道岔至進路方向后，進路鎖閉，此時進路上全部道岔將無法進行扳動。當監(jiān)測到整個進路已經出清，相關道岔區(qū)段無機車車輛占用時，依據(jù)鉤計劃開始下一鉤的作業(yè)進路排列。無聯(lián)鎖貨場道岔集中化管理模式打破傳統(tǒng)管理模式下只由室外調車指揮人員對調車作業(yè)進行指揮的限制。室內調車指揮人員通過排列調車進路并控制現(xiàn)場道岔智能鎖的開閉時機，實現(xiàn)對現(xiàn)場調車機車運行和道岔扳動作業(yè)的集中指揮和控制。

（3）安全管理。通過道岔扳動方向感應、密貼傳感器、行程開關、安全邏輯判斷等技術手段，實時獲取調車作業(yè)計劃和作業(yè)狀態(tài)，比對分析作業(yè)風險，自動進行作業(yè)風險報警，安全管理人員根據(jù)自動風險報警，進行有針對性的安全管理。室內安全監(jiān)控中心的職責是監(jiān)視現(xiàn)場作業(yè)，仍然利用視頻實時監(jiān)測和事后分析的手段發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場作業(yè)安全問題，確保作業(yè)安全。作為輔助手段，安全監(jiān)控中心可以遠程監(jiān)控進路防護情況、道岔扳動方向、安全報警信息，事后查看安全報警記錄?，F(xiàn)場室外調車指揮人員仍然負責安全盯控，智能鎖會對調車作業(yè)人員錯誤的操作進行自動防護和報警提示。安全管理集中化的優(yōu)點一是通過自動的報警信息，提高安全監(jiān)控效率；二是通過報警信息的存儲和統(tǒng)計分析報表，降低事后安全分析的勞動強度；三是現(xiàn)場通過自動化的安全防護和報警方式，減小室外調車指揮人員安全盯控的壓力。

2.3 配套措施

（1）強化信息系統(tǒng)建設。建設無聯(lián)鎖貨場道岔集中化管理信息系統(tǒng)，實現(xiàn)道岔狀態(tài)及現(xiàn)場作業(yè)狀況的實時獲取、異常信息自動報警等功能，提升無聯(lián)鎖貨場道岔維護和使用管理的信息化、智能化程度。

（2）加強管理制度建設。無聯(lián)鎖貨場道岔集中化管理模式下需要修改原有現(xiàn)場要道還道制度，制定新的無聯(lián)鎖貨場道岔集中化管理制度。室內安全監(jiān)控中心通過信息系統(tǒng)對現(xiàn)場作業(yè)進行安全監(jiān)督，根據(jù)系統(tǒng)作業(yè)行為記錄進行事后績效考核分析。

（3）強化人員技能培訓。在符合實際管理情況的前提下，盡量優(yōu)化無聯(lián)鎖貨場調車作業(yè)人員的結構。組織無聯(lián)鎖貨場調車作業(yè)室內、室外人員進行專門培訓，定期交流反饋新管理模式應用過程中發(fā)現(xiàn)的問題，提出改進措施。

3 結束語

基于鐵路無聯(lián)鎖貨場道岔集中化管理模式研究成果，設計開發(fā)了無聯(lián)鎖貨場道岔集中化管理信息系統(tǒng)，已在路外專用線企業(yè)的無聯(lián)鎖貨場進行了為期10個月的試用，在試用期間該貨場未發(fā)生一起由道岔引起的調車作業(yè)安全事故，同時使得調車作業(yè)人員省去了鑰匙領取、歸還和插拔插銷等繁瑣作業(yè)環(huán)節(jié)。試用結果表明，系統(tǒng)對于提高道岔維護和使用管理效率、確保現(xiàn)場調車作業(yè)安全起到了至關重要的作用。隨著系統(tǒng)和管理模式的進一步推廣應用，提出的無聯(lián)鎖貨場道岔集中化管理模式及配套措施將會有助于解決傳統(tǒng)無聯(lián)鎖貨場道岔維護和使用管理中存在的各種問題，優(yōu)化道岔維護和使用管理流程，減少人工作業(yè)環(huán)節(jié)和管理環(huán)節(jié)，提高作業(yè)和管理效率，最終實現(xiàn)無聯(lián)鎖貨場道岔管理的信息化、智能化和精細化。