鐵路編組站階段計(jì)劃優(yōu)化研究

殷元浩

（甘肅綜合鐵道工程承包有限公司，甘肅蘭州 730000）

0 引言

編組站是鐵路運(yùn)輸調(diào)度工作最為集中的場(chǎng)所，對(duì)鐵路貨物運(yùn)輸?shù)榷鄠€(gè)方面有重要影響。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，不同地區(qū)的經(jīng)濟(jì)、文化交流更加密切，鐵路運(yùn)能難以滿足運(yùn)量的增長(zhǎng)需求，通過(guò)優(yōu)化運(yùn)輸組織提升鐵路運(yùn)輸運(yùn)能，是鐵路擴(kuò)能改造的重要舉措，有助于推動(dòng)鐵路事業(yè)發(fā)展。編組站運(yùn)輸組織方案編制會(huì)直接影響車站效率，合理的方案運(yùn)輸組織有助于實(shí)現(xiàn)鐵路網(wǎng)運(yùn)輸暢通、提升運(yùn)輸質(zhì)量。作業(yè)計(jì)劃是車輛調(diào)度的核心依據(jù)，但目前很多編組站作業(yè)計(jì)劃編制存在一些問(wèn)題，需要優(yōu)化計(jì)劃編制，提升作業(yè)計(jì)劃質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)鐵路調(diào)度指揮科學(xué)化，促進(jìn)鐵路運(yùn)輸智能化發(fā)展進(jìn)程。

1 鐵路編組站作業(yè)計(jì)劃編制相關(guān)闡述

1.1 編組站作業(yè)計(jì)劃編制概念

編組站作業(yè)計(jì)劃編制是指對(duì)列車完成某個(gè)任務(wù)或系統(tǒng)目標(biāo)由初始狀態(tài)向目標(biāo)狀態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)，對(duì)這個(gè)過(guò)程所執(zhí)行的動(dòng)作進(jìn)行規(guī)劃與安排。編組站可以被視為列車的“加工廠”，列車被視為機(jī)械所需加工的工件，編組站中的設(shè)備則被視為加工設(shè)備，編組站作業(yè)計(jì)劃可視為工件加工工序、加工時(shí)間等計(jì)劃編制。調(diào)度則是在計(jì)劃目標(biāo)和計(jì)劃要求下對(duì)工件加工進(jìn)行排序?？傊幗M站作業(yè)計(jì)劃是進(jìn)行車輛調(diào)度、人員調(diào)度的重要依據(jù)。

1.2 編組站作業(yè)計(jì)劃的特點(diǎn)

1.2.1 分階段動(dòng)態(tài)決策過(guò)程

編組站作業(yè)計(jì)劃的最大特性就是實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)變化。在編組站作業(yè)計(jì)劃編制中，需要在本班作業(yè)即將結(jié)束前編制下一班計(jì)劃。一個(gè)自然日有兩個(gè)班，每個(gè)班為12h，距離當(dāng)前班作業(yè)結(jié)束時(shí)間越近，列車達(dá)到時(shí)刻以及車輛的不確定性越大[1]。

可以將每個(gè)班細(xì)分為3～4 個(gè)階段，每個(gè)階段持續(xù)3～4h，一般當(dāng)前時(shí)刻之后的下一階段列車信息相對(duì)精準(zhǔn)，本階段人員在交班前需要作出下一階段計(jì)劃，下一個(gè)階段人員按照上一個(gè)階段計(jì)劃內(nèi)容指揮生產(chǎn)，并根據(jù)階段執(zhí)行實(shí)際情況計(jì)劃下一個(gè)階段計(jì)劃，如此反復(fù)，動(dòng)態(tài)完成全天編組站作業(yè)計(jì)劃編制。

1.2.2 分層規(guī)劃過(guò)程

編組站作業(yè)計(jì)劃編制所涉及的內(nèi)容較多，其間會(huì)出現(xiàn)一些不確定的問(wèn)題，如果僅憑借一個(gè)模型來(lái)解決諸多問(wèn)題，會(huì)極大程度地增加模型變量，約束條件十分苛刻，甚至導(dǎo)致模型無(wú)法求解。

我國(guó)是鐵路大國(guó)，列車數(shù)量、頻次比較多，單一模型的適用性較差。因此，可按照功能劃分，將作業(yè)調(diào)度分為最上層、中間層、最下層三個(gè)層次。最上層也稱為班計(jì)劃層，主要是確定列車車流關(guān)系，即各班車流之間的列車行運(yùn)順序；中間層也稱為階段計(jì)劃層，主要負(fù)責(zé)落實(shí)各項(xiàng)生產(chǎn)計(jì)劃，如發(fā)車、解題、裝卸車等；最下層也稱為鉤計(jì)劃層，主要用于確定各項(xiàng)生產(chǎn)過(guò)程，如編解鉤計(jì)劃等[2]。

1.2.3 多系統(tǒng)組合的多目標(biāo)優(yōu)化

編組站實(shí)是一個(gè)非常龐大的系統(tǒng)，從生產(chǎn)角度可劃分為道解系統(tǒng)、出發(fā)系統(tǒng)、編組系統(tǒng)（分為上行系統(tǒng)、下行系統(tǒng)）等，從工種角度可劃分為值班站長(zhǎng)、站調(diào)、助調(diào)、調(diào)車等。由此可見(jiàn)，編組站實(shí)則是各項(xiàng)系統(tǒng)的組合，需要多個(gè)系統(tǒng)協(xié)同運(yùn)作才能完成整體目標(biāo)，這也決定了其包含多個(gè)優(yōu)化目標(biāo)，即最大化社會(huì)效益、最優(yōu)化運(yùn)輸生產(chǎn)質(zhì)量、最大化經(jīng)濟(jì)效益。由于各項(xiàng)系統(tǒng)的優(yōu)化目標(biāo)不同，因此增加了編組站作業(yè)計(jì)劃編制難度。

1.2.4 各項(xiàng)系統(tǒng)的分布性與并行性

不同系統(tǒng)在保持一定獨(dú)立性的基礎(chǔ)上相互聯(lián)系、協(xié)同運(yùn)行，它們需要在滿足整體協(xié)調(diào)任務(wù)的要求下獨(dú)立完成各自的系統(tǒng)作業(yè)，這也突出了各系統(tǒng)具有獨(dú)立分布性、并行性特點(diǎn)，是一種典型的分散自律系統(tǒng)。

2 鐵路編組站階段計(jì)劃編制流程與問(wèn)題

2.1 日班計(jì)劃編制

日班計(jì)劃可以細(xì)分為列車到達(dá)、列車出發(fā)、裝車、卸車、排空5 個(gè)子計(jì)劃，5 個(gè)子計(jì)劃中調(diào)度所給定列車到達(dá)計(jì)劃，編組站無(wú)權(quán)變更，也無(wú)需優(yōu)化編制[3]。作為整個(gè)計(jì)劃編制的基礎(chǔ)信息，列車達(dá)到計(jì)劃更多用于其他4 個(gè)子計(jì)劃的輔助編制。在日班計(jì)劃編制中，以列車到達(dá)計(jì)劃信息為基準(zhǔn)，將其默認(rèn)為準(zhǔn)確信息，并以此開(kāi)展后續(xù)計(jì)劃編制。

根據(jù)調(diào)度所下達(dá)的排空任務(wù)開(kāi)展排車計(jì)劃編制工作，主要安排排空的車次、車種、車數(shù)。排空子計(jì)劃決定了后續(xù)的裝車、卸車子計(jì)劃的編制，因此需要結(jié)合裝車、卸車計(jì)劃編制排空計(jì)劃。由于卸車進(jìn)度主要受自然環(huán)境、貨場(chǎng)生產(chǎn)性能影響，影響因素相對(duì)較少，因此在本班一段時(shí)間內(nèi)計(jì)算卸空車即可推算得出卸車數(shù)量。卸車計(jì)劃制訂的難點(diǎn)在于確定非并行條件下卸車順序及貨主要求、種類、待車時(shí)間、調(diào)車難度等。待推算出有效卸車數(shù)量和排空車數(shù)量，即可確定空車來(lái)源。

確定空車來(lái)源后即可開(kāi)始編制裝車計(jì)劃，裝車計(jì)劃編制的難點(diǎn)在于裝車順序難以確定，同時(shí)需考慮出發(fā)列車接續(xù)時(shí)間問(wèn)題。從實(shí)際計(jì)劃執(zhí)行情況來(lái)看，裝卸作業(yè)會(huì)影響編組站某個(gè)時(shí)間段的車輛增減，進(jìn)而影響列車出發(fā)計(jì)劃的編制。列車出發(fā)計(jì)劃編制的核心任務(wù)是列車車流的接續(xù)，此過(guò)程需要推算中轉(zhuǎn)車、裝車、卸車的整個(gè)過(guò)程，所涉及的內(nèi)容非常多，可以將列車出發(fā)計(jì)劃視為其他子計(jì)劃之間的聯(lián)系紐帶，其他子計(jì)劃會(huì)不同程度與列車出發(fā)計(jì)劃編制存在關(guān)聯(lián)。

2.2 階段計(jì)劃編制

雖然階段計(jì)劃編制所涉及的內(nèi)容很多，但內(nèi)容關(guān)系并不復(fù)雜，主要分為3 大項(xiàng)：一是出發(fā)列車車流來(lái)源的確定；二是科學(xué)運(yùn)用調(diào)車機(jī)車；三是合理運(yùn)用車站到發(fā)線。上述3 項(xiàng)內(nèi)容分別對(duì)應(yīng)作業(yè)對(duì)象、主體、地點(diǎn)，階段計(jì)劃編制的關(guān)鍵在于做好3 項(xiàng)內(nèi)容的聯(lián)系與協(xié)調(diào)，將各個(gè)階段計(jì)劃整合成一體[4]。確定出發(fā)列車車流來(lái)源的主要內(nèi)容為確定列車狀態(tài)、作業(yè)時(shí)間。列車狀態(tài)是指確定車輛車流接續(xù)中車流來(lái)源的實(shí)際情況（如作業(yè)狀態(tài)、內(nèi)容、時(shí)間、地點(diǎn)），判定是否滿足原定計(jì)劃車流接續(xù)標(biāo)準(zhǔn)，為后續(xù)確定作業(yè)時(shí)間提供計(jì)劃依據(jù)；作業(yè)時(shí)間確定用于計(jì)劃中的車流接續(xù)時(shí)間安排，以便于制訂更為精準(zhǔn)的作業(yè)時(shí)間范圍，為后期調(diào)車計(jì)劃編制提供信息支持。

編組站的核心生產(chǎn)力就是調(diào)車機(jī)車，編組站實(shí)施各項(xiàng)作業(yè)本質(zhì)上就是在一定條件下占用調(diào)機(jī)資源，而調(diào)機(jī)質(zhì)量水平直接影響計(jì)劃實(shí)施效果、生產(chǎn)效率。在編組站計(jì)劃編制中，調(diào)機(jī)計(jì)劃方案優(yōu)化的主要目標(biāo)就是確定調(diào)機(jī)資源占用優(yōu)先級(jí)，從而確定調(diào)機(jī)作業(yè)順序流程。發(fā)線階段的核心是如何合理使用靜態(tài)資源，該階段需要考慮上述提出的發(fā)出車流來(lái)源接續(xù)與調(diào)機(jī)，同時(shí)要單獨(dú)分析咽喉、股道等并制訂相應(yīng)的使用規(guī)則。

3 鐵路編組站階段計(jì)劃編制優(yōu)化措施

3.1 日班計(jì)劃編制優(yōu)化

3.1.1 車流接續(xù)優(yōu)化

不同列車在相同時(shí)間、相同地點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生調(diào)度矛盾，優(yōu)化所需重點(diǎn)考慮前行列車編組車輛對(duì)后續(xù)編組車輛的影響，解決不同編組車輛的資源占用矛盾，使列車運(yùn)行分布時(shí)間更加合理，避免出現(xiàn)延長(zhǎng)運(yùn)輸線路、列車等待時(shí)間等情況。車流接續(xù)優(yōu)化需重點(diǎn)考慮車組大、停車時(shí)間長(zhǎng)的車輛，以及車流接續(xù)與交換車問(wèn)題。

日班計(jì)劃編制優(yōu)化過(guò)程中除了要檢測(cè)動(dòng)態(tài)作業(yè)與其他作業(yè)產(chǎn)生的設(shè)備資源占用沖突和進(jìn)路沖突情況，還要調(diào)解列車及其設(shè)備資源之間的關(guān)系。靜態(tài)作業(yè)不考慮列車行進(jìn)情況，更多的是考慮是否存在設(shè)備資源占用沖突。如果已經(jīng)做好了動(dòng)態(tài)作業(yè)安排，而靜態(tài)作業(yè)與動(dòng)態(tài)作業(yè)存在設(shè)備資源沖突，則以動(dòng)態(tài)作業(yè)為主，靜態(tài)作業(yè)更多是動(dòng)態(tài)作業(yè)的補(bǔ)充，要求靜態(tài)作業(yè)與動(dòng)態(tài)作業(yè)一一對(duì)應(yīng)。

編組站計(jì)劃編制實(shí)質(zhì)上是為了實(shí)現(xiàn)科學(xué)選取站存、調(diào)節(jié)車輛資源，從而實(shí)現(xiàn)車輛準(zhǔn)時(shí)出發(fā)、達(dá)到車輛最短時(shí)間停留。考慮到列車編組中的列車去向不同，某一去向中的前行車輛、后續(xù)發(fā)車可能發(fā)生資源占用沖突情況。對(duì)此，當(dāng)車站資源滿足某個(gè)時(shí)間點(diǎn)發(fā)車編組需要時(shí)，可以挑選部分車輛編組出發(fā)。如果可用車輛資源無(wú)法滿足發(fā)車編組需要，則要對(duì)編組車輛進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，先湊足車流，優(yōu)化編制各次發(fā)車編組，最大程度上保證列車正點(diǎn)發(fā)車[5]?？梢愿鶕?jù)前行車輛編組去向數(shù)量進(jìn)行降序排列，也可以根據(jù)后續(xù)發(fā)出車組去向數(shù)量升序排列，根據(jù)排列發(fā)出的優(yōu)先級(jí)調(diào)整編組車輛。

3.1.2 不均衡運(yùn)輸條件下車流接續(xù)優(yōu)化

編組站應(yīng)優(yōu)化組織管理，科學(xué)開(kāi)展作業(yè)計(jì)劃編制工作，提高各作業(yè)環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)性，科學(xué)配置各個(gè)子系統(tǒng)資源，降低不均運(yùn)輸條件帶來(lái)的負(fù)面影響，最大程度上保障不間斷作業(yè)。為了實(shí)現(xiàn)均衡調(diào)整，需提升車流周轉(zhuǎn)效率、縮短車輛中轉(zhuǎn)時(shí)間、提升運(yùn)輸效率、壓縮檢修時(shí)間等，此過(guò)程需要編解、貨檢、編組等環(huán)節(jié)相互配合，找出整個(gè)流程中可提升作業(yè)效率的環(huán)節(jié)，適當(dāng)增加崗位工作人員，提高該作業(yè)環(huán)節(jié)的工作效率。針對(duì)運(yùn)量高峰問(wèn)題，需要提升主力調(diào)車作業(yè)效率，減少中間環(huán)節(jié)時(shí)間，減少到達(dá)列車的干擾，充分利用非作業(yè)時(shí)間交換和分解車輛，合理調(diào)整調(diào)機(jī)進(jìn)出庫(kù)時(shí)間間隔，提升解編作業(yè)效率。

發(fā)現(xiàn)運(yùn)輸條件不均衡時(shí)，應(yīng)優(yōu)化調(diào)整車場(chǎng)使用計(jì)劃，充分發(fā)揮全站資源效用，均衡調(diào)整運(yùn)輸空間，保障作業(yè)效率。如果某個(gè)改編系統(tǒng)難以承受作業(yè)壓力，可通過(guò)接車將部分作業(yè)轉(zhuǎn)移給另一個(gè)改編系統(tǒng)。靈活應(yīng)用到發(fā)線，優(yōu)化調(diào)節(jié)車輛走行、作業(yè)進(jìn)路，盡快牽出編解列車，避免占用資源，以提升列車作業(yè)效率，縮短占用到發(fā)線時(shí)間。此外，需要積極利用現(xiàn)代化信息技術(shù)，發(fā)揮YIS、TDCS、調(diào)度決策系統(tǒng)作用，快速、精準(zhǔn)掌握現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)情況和設(shè)備資源占用情況，并采取相應(yīng)的優(yōu)化解決對(duì)策。

3.2 階段計(jì)劃編制優(yōu)化

3.2.1 到發(fā)線運(yùn)用計(jì)劃

到發(fā)線負(fù)責(zé)列車接入與發(fā)出作業(yè)，到發(fā)線資源主要包括列車時(shí)間占用量、列車道股占用量，到發(fā)線運(yùn)用計(jì)劃優(yōu)化需要重點(diǎn)考慮列車類型、到發(fā)線密集程度、車站設(shè)施、車流組織方案等。編組站階段計(jì)劃的核心是對(duì)到發(fā)線運(yùn)用計(jì)劃的合理編制。很多學(xué)者通過(guò)構(gòu)建到發(fā)線運(yùn)用模型進(jìn)行輔助調(diào)度決策，并提出了多種方法，如分層規(guī)劃法、排序法、圖論法等。

雖然不同類型列車、不同車站作業(yè)要求存在差異，但列車與到發(fā)線股道之間有相應(yīng)的映射關(guān)系。不同種類列車有專門的到發(fā)線股道。到發(fā)線一對(duì)一接發(fā)一輛列車，若某一條到發(fā)線被列車占用，在此期間不中斷作業(yè)，直到該列車離去再接入下一列車。一列車只能占用多條到發(fā)線其中的一條，列車占用直到車輛離去發(fā)線時(shí)刻整個(gè)區(qū)間，作業(yè)不得中斷，調(diào)度中心計(jì)算機(jī)輔助決策其他車輛占用其他到發(fā)線。

3.2.2 調(diào)機(jī)運(yùn)用計(jì)劃

調(diào)機(jī)運(yùn)用計(jì)劃是編組站階段計(jì)劃的重要組成部分，主要內(nèi)容是到達(dá)列車編解次序、出發(fā)列車編組次序、取送車計(jì)劃等。一般情況下，編組站的生產(chǎn)能力可以確保所有列車均在計(jì)劃標(biāo)準(zhǔn)中按時(shí)出發(fā)，但這種理論調(diào)機(jī)安排受外部因素影響會(huì)產(chǎn)生偏差。在實(shí)際作業(yè)中，調(diào)機(jī)性能限制、車流較多、車流不均衡等問(wèn)題可能導(dǎo)致列車難以整點(diǎn)發(fā)出，此時(shí)就要決策哪些車輛正點(diǎn)發(fā)出，哪些車輛晚些發(fā)出。

編組過(guò)程與編解過(guò)程是對(duì)應(yīng)（逆向）的作業(yè)流程[6]。調(diào)機(jī)運(yùn)用計(jì)劃編制前期，應(yīng)根據(jù)實(shí)際配車車流情況計(jì)算發(fā)車車流來(lái)源，從而判定到達(dá)車輛為哪些發(fā)車提供車流。在現(xiàn)場(chǎng)安排調(diào)機(jī)作業(yè)時(shí)，調(diào)度人員應(yīng)判定各項(xiàng)作業(yè)所需的大體時(shí)間點(diǎn)，并據(jù)此調(diào)整作業(yè)任務(wù)，依次判定各任務(wù)的具體作業(yè)時(shí)間。

3.2.3 車流接續(xù)計(jì)劃

（1）確定編組排序

計(jì)劃編組負(fù)責(zé)判定單機(jī)、雙機(jī)作業(yè)排序，負(fù)責(zé)優(yōu)化峰尾調(diào)機(jī)以及列車車流順序。對(duì)此，有兩種優(yōu)化措施，一是原料到達(dá)時(shí)刻與編組發(fā)車最后車流來(lái)源進(jìn)場(chǎng)時(shí)間相匹配，按照調(diào)機(jī)編組時(shí)間先后進(jìn)行時(shí)間排列。二是逆排序方案，以發(fā)車時(shí)間為起始點(diǎn)，逆向推測(cè)編組列車最晚到場(chǎng)時(shí)間，通過(guò)逆向從大到小排序，實(shí)現(xiàn)列車編組以及縮短作業(yè)時(shí)間的優(yōu)化目標(biāo)。

（2）計(jì)劃之間的協(xié)作操作與調(diào)整

在車流接續(xù)計(jì)劃中，編組計(jì)劃、編解計(jì)劃相協(xié)調(diào)是保證列車編組秩序的基礎(chǔ)，在確定已有車流推算過(guò)程基礎(chǔ)上，需要重點(diǎn)考慮時(shí)間層面是否能夠滿足接續(xù)要求。編組站除了要加強(qiáng)編制、解編協(xié)調(diào)性，還要考慮原料、產(chǎn)品生產(chǎn)協(xié)調(diào)關(guān)系[7]。對(duì)各項(xiàng)操作協(xié)調(diào)進(jìn)行驗(yàn)證，若驗(yàn)證成功可將各項(xiàng)計(jì)劃整合為總階段計(jì)劃，如果驗(yàn)證不成功則需要對(duì)子計(jì)劃進(jìn)行調(diào)整再驗(yàn)證。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，優(yōu)化鐵路編組站階段計(jì)劃，能夠?yàn)橛?jì)劃編制調(diào)度人員提供更加科學(xué)、合理的輔助決策方案，對(duì)提升鐵路運(yùn)營(yíng)質(zhì)量有重要意義，可在很大程度減少調(diào)度人員工作量，提升生產(chǎn)率、突發(fā)事件響應(yīng)速度等。對(duì)此，應(yīng)全面加強(qiáng)日班計(jì)劃編制、階段計(jì)劃編制的優(yōu)化工作。隨著鐵路運(yùn)輸體系和車輛規(guī)模變化，未來(lái)還需根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)一步做好鐵路編組站階段計(jì)劃優(yōu)化工作，持續(xù)提高編組站運(yùn)輸生產(chǎn)效率。