崔朝暉，保魯昆，賀東，張雁華，劉新

(1. 中國國家鐵路集團(tuán)有限公司 運(yùn)輸調(diào)度指揮中心，北京 100844；2. 中國鐵道科學(xué)研究院 研究生部，北京 100081；3. 中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 運(yùn)輸及經(jīng)濟(jì)研究所，北京 100081；4. 中國鐵路成都局集團(tuán)有限公司 調(diào)度所，四川 成都 610082；5. 中國鐵路太原局集團(tuán)有限公司 黨校，山西 太原 030009)

鐵路營業(yè)線施工組織是運(yùn)輸組織重要和關(guān)鍵的一項(xiàng)內(nèi)容。有序高效的營業(yè)線施工管理工作，既可以為鐵路行車設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)、新線引入、站場改造、地方涉鐵工程的順利開展提供時間保障，確保施工期間的人身、行車和施工安全，還可以壓縮天窗數(shù)量和時長，為運(yùn)輸生產(chǎn)提供時間支撐，消除鐵路局集團(tuán)公司間分界站和專業(yè)結(jié)合部間的問題，進(jìn)一步挖掘運(yùn)輸潛力[1]。隨著云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新興技術(shù)的興起和逐步應(yīng)用，通過優(yōu)化主要干線天窗安排、規(guī)避主要干線天窗時間不協(xié)調(diào)問題、消除違規(guī)安排天窗情況、監(jiān)測施工延點(diǎn)問題等方式，科學(xué)安排鐵路營業(yè)線施工天窗，是提高施工管理和運(yùn)輸組織效率的有效途徑。

1 鐵路營業(yè)線施工管理現(xiàn)狀

鐵路營業(yè)線施工管理的具體內(nèi)容包括施工計(jì)劃編制和天窗日期安排，以及施工維修作業(yè)過程管理等關(guān)鍵項(xiàng)點(diǎn)[2]。

鐵路營業(yè)線施工實(shí)施采取計(jì)劃管理的模式，實(shí)行運(yùn)輸站段、鐵路局集團(tuán)公司、中國國家鐵路集團(tuán)有限公司(以下簡稱“國鐵集團(tuán)”)分級管理，各級部門按照職責(zé)分工和審批權(quán)限，根據(jù)施工需求和運(yùn)輸能力，依托施工管理系統(tǒng)，對全路各線的各類施工和維修統(tǒng)籌協(xié)調(diào)安排，形成年度(輪廓)、月度和日施工計(jì)劃及維修計(jì)劃，公布后實(shí)施。

天窗按照用途可以分為施工天窗和維修天窗。維修天窗與施工天窗基本上重疊套用，施工、維修時采用平行作業(yè)的方式，綜合高效地利用天窗，滿足安全生產(chǎn)、作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量要求。天窗開設(shè)時間反映在開設(shè)時長和開設(shè)時段2個方面，這2個方面的選擇都應(yīng)在滿足施工維修需求的前提下盡量減少對通道能力的影響[3]。

雖然目前已經(jīng)構(gòu)建施工管理系統(tǒng)并投入使用，實(shí)現(xiàn)了施工計(jì)劃的編制、審批、發(fā)布和查詢，以及天窗兌現(xiàn)率和利用率的統(tǒng)計(jì)分析等功能。但由于系統(tǒng)設(shè)計(jì)缺乏整體考慮，對施工過程的管理不到位，與施工單位生產(chǎn)管理系統(tǒng)等外部信息缺乏有效交互，很難滿足目前對施工管理決策等方面的需要[4]。尤其在天窗安排方面，存在著施工與運(yùn)輸不協(xié)調(diào)、天窗安排不科學(xué)、卡控施工延點(diǎn)不得力等問題。

2 存在問題

2.1 運(yùn)輸通道施工安排不協(xié)調(diào)

在路網(wǎng)層面，應(yīng)結(jié)合運(yùn)輸需求情況，按照運(yùn)輸需求旺淡季錯峰、平行通道錯時的原則安排集中修施工和施工天窗。制定具體的主要干線集中修輪廓計(jì)劃時，受經(jīng)濟(jì)變動影響無法掌握真實(shí)的貨運(yùn)市場需求，也就無法準(zhǔn)確地預(yù)測車流去向和組成結(jié)構(gòu)，只能依靠歷史方案和貨運(yùn)需求數(shù)據(jù)作為參考進(jìn)行集中修施工和施工天窗優(yōu)化，計(jì)劃編制質(zhì)量受到影響。在主要干線施工天窗安排方面，同樣存在各條線路之間車流交換、車流密度、施工需求等方面的差異，由于各種因素的影響無法真實(shí)地反映時，不可避免地會產(chǎn)生主要干線施工與運(yùn)輸不協(xié)調(diào)的問題。

2.2 施工天窗安排不合理

對于列車編解作業(yè)工作量大的路網(wǎng)性車站、車流交換頻繁的樞紐地區(qū)、車流密度較大的主要干線、鐵路局集團(tuán)公司間分界站等重要節(jié)點(diǎn)和線路，應(yīng)結(jié)合行車設(shè)備能力和狀況，依據(jù)調(diào)度指揮和行車組織需要，合理安排施工天窗。對銜接多條線路和方向的樞紐地區(qū)，如果施工天窗安排欠妥，會造成樞紐地區(qū)接發(fā)列車不暢，列車編解效率降低，導(dǎo)致樞紐地區(qū)節(jié)點(diǎn)局部堵塞。如果由于施工管理人員溝通不足，對相互關(guān)聯(lián)的不同線路或同一線路不同鐵路局集團(tuán)公司分界站間施工天窗時間不一致，將會影響不同線路間或鐵路局集團(tuán)公司間車流交換，降低線路運(yùn)能利用率，浪費(fèi)運(yùn)輸資源。

2.3 施工天窗安排不規(guī)范

鐵路營業(yè)線施工是一個多工種、多環(huán)節(jié)、多人員的聯(lián)合作業(yè)[5]。對于鐵路營業(yè)線施工天窗安排、國鐵集團(tuán)組織集中修區(qū)段非集中修期間的天窗安排、影響繁忙干線運(yùn)輸和干線跨鐵路局集團(tuán)公司運(yùn)輸?shù)氖┕ぬ齑芭R時調(diào)整等內(nèi)容，國鐵集團(tuán)規(guī)章中均有明確規(guī)定。但在實(shí)際工作中，仍有作業(yè)單位缺乏規(guī)章意識、規(guī)矩意識、紀(jì)律意識，缺少落實(shí)集中指揮的大局觀念，違反規(guī)章規(guī)定內(nèi)容安排施工天窗，對運(yùn)輸組織造成影響。

2.4 重點(diǎn)施工結(jié)合不緊密

合并使用天窗可以在一定程度上壓縮天窗中的非作業(yè)時間[6]。大型站場改造、信聯(lián)閉改造、列控系統(tǒng)設(shè)備改造、大型換梁等重點(diǎn)施工組織難度大、參與作業(yè)人員多、個別項(xiàng)目所需天窗時間較長，適宜與日常施工維修作業(yè)共用天窗，在主要干線集中修施工階段實(shí)施[7]。主要干線集中修施工由國鐵集團(tuán)根據(jù)全年預(yù)計(jì)運(yùn)輸情況制定集中修輪廓計(jì)劃，由國鐵集團(tuán)組織協(xié)調(diào)，統(tǒng)一實(shí)行[8]。但在制定施工方案和編制施工計(jì)劃時，沒有綜合考慮多種因素影響統(tǒng)籌安排重點(diǎn)施工、集中修施工和施工天窗，出現(xiàn)重復(fù)安排天窗、天窗利用率下降等問題，擴(kuò)大了對運(yùn)輸?shù)挠绊憽?/p>

2.5 卡控施工延點(diǎn)不得力

鐵路營業(yè)線施工有時候會受到天氣、地質(zhì)條件等自然因素，以及施工人員不能完全適應(yīng)新技術(shù)、新設(shè)備等人為因素的影響，不能按照調(diào)度命令給定的時間完成施工作業(yè)，即發(fā)生施工延點(diǎn)問題，嚴(yán)重時影響正常的列車運(yùn)行秩序，給行車組織帶來困難。原因主要有施工單位制定施工方案不完備，現(xiàn)場踏勘調(diào)研不充分，勞動力組織不合理，施工機(jī)具保養(yǎng)不到位；施工現(xiàn)場組織不到位，施工關(guān)鍵環(huán)節(jié)盯控不徹底，設(shè)備管理單位和施工配合單位配合意識不強(qiáng)；專業(yè)部門管理作用發(fā)揮不足，現(xiàn)場組織和監(jiān)管檢查不到位，對重點(diǎn)環(huán)節(jié)和關(guān)鍵項(xiàng)點(diǎn)管控力度不足；應(yīng)急預(yù)案缺乏針對性，突發(fā)狀況處置能力有待提高，出現(xiàn)施工問題時不能迅速優(yōu)化調(diào)整，導(dǎo)致施工延點(diǎn)問題時有發(fā)生。

3 基于智能優(yōu)化的鐵路營業(yè)線施工天窗系統(tǒng)構(gòu)建

3.1 業(yè)務(wù)需求分析

經(jīng)過多年的經(jīng)驗(yàn)積累和積極探索，在鐵路營業(yè)線施工管理方面已經(jīng)形成了完善的管理模式，制定了全面的規(guī)章規(guī)定和制度辦法。國鐵集團(tuán)、鐵路局集團(tuán)公司、運(yùn)輸站段按照職責(zé)分工和管轄范圍，依據(jù)鐵路營業(yè)線施工管理辦法等文件實(shí)施分級管理。在分級管理過程中，集中修施工及施工天窗日期的安排、施工進(jìn)度監(jiān)控、施工天窗安排質(zhì)量、施工計(jì)劃編制質(zhì)量等工作，仍然依靠施工計(jì)劃人員的工作經(jīng)驗(yàn)安排，不僅要求施工管理人員具有較高的業(yè)務(wù)水平和豐富的經(jīng)驗(yàn)積累，還存在勞動強(qiáng)度大、適應(yīng)性不強(qiáng)、靈活性不高、過程監(jiān)控不足等問題。受施工管理人員專業(yè)素養(yǎng)、路網(wǎng)結(jié)構(gòu)和車流密度、階段性重點(diǎn)施工、施工現(xiàn)場組織和安全監(jiān)控強(qiáng)度等各種因素影響，在天窗安排和施工計(jì)劃編制方面產(chǎn)生了短板或弱項(xiàng)，不可避免地出現(xiàn)了諸多問題，如主要干線施工安排不協(xié)調(diào)、施工天窗安排日期不合理、施工天窗安排不合規(guī)、安排重點(diǎn)施工不合理、施工延點(diǎn)問題控制不力等。施工計(jì)劃人員對施工天窗安排質(zhì)量的影響如表1所示。

表1 施工計(jì)劃人員對施工天窗安排質(zhì)量的影響Tab.1 Impact of construction planners on quality of construction skylight arrangement

在既有施工管理模式下，除了提高施工管理人員專業(yè)素養(yǎng)外，從提升效率、消除短板、補(bǔ)強(qiáng)不足的角度出發(fā)，運(yùn)用已經(jīng)較為成熟的智能化手段，整合鐵路營業(yè)線施工天窗管理的需求，構(gòu)建基于智能化的施工天窗管理系統(tǒng)，納入并動態(tài)完善站場、線路行車設(shè)備信息，以滿足行車設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)和重點(diǎn)施工需求為基本條件，以最大程度地提供運(yùn)輸能力為目標(biāo)，迭代優(yōu)化形成最佳施工天窗安排和施工計(jì)劃編制方案，并對施工天窗安排和施工過程予以動態(tài)監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)違規(guī)安排天窗、施工延點(diǎn)等問題，自動報(bào)警和提醒，以系統(tǒng)自動生成+人工調(diào)整優(yōu)化的方式實(shí)現(xiàn)施工天窗合理安排，從而有效地提高鐵路營業(yè)線施工管理效率和質(zhì)量。

3.2 功能需求分析

構(gòu)建基于智能優(yōu)化的施工天窗管理系統(tǒng)，除需要納入既有系統(tǒng)的基礎(chǔ)業(yè)務(wù)功能外，還需要新增智能優(yōu)化天窗安排、人工干預(yù)和人機(jī)交互、施工過程動態(tài)監(jiān)控和報(bào)警等主要功能，形成滿足施工需求、提供最大運(yùn)能的最佳天窗安排方案?；谥悄軆?yōu)化的施工天窗管理系統(tǒng)功能需求示意圖如圖1所示。

（1）天窗安排智能優(yōu)化功能。以歷史運(yùn)量和施工維修工作完成量等數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合樞紐地區(qū)和主要干線行車設(shè)備狀態(tài)，以有關(guān)文件中天窗安排規(guī)定為依據(jù)，在挖掘分析天窗安排規(guī)律的基礎(chǔ)上，建立具有核心計(jì)算、分析推理、預(yù)測評估、改進(jìn)優(yōu)化功能的數(shù)學(xué)模型，通過自我學(xué)習(xí)、迭代運(yùn)算，形成最優(yōu)天窗安排方案、預(yù)測不同天窗安排方案運(yùn)量完成情況，實(shí)現(xiàn)多區(qū)間天窗協(xié)同優(yōu)化，使整體影響降低到最小[9]。

（2）人工干預(yù)和人機(jī)交互功能。提高施工天窗管理系統(tǒng)操作人性化程度，設(shè)置人機(jī)交互界面，具備人工調(diào)整天窗安排方案、調(diào)整參數(shù)設(shè)置、增減影響因子、以多種形式輸入輸出方案和數(shù)據(jù)等人機(jī)交互條件，并實(shí)現(xiàn)與列車調(diào)度指揮系統(tǒng)(TDCS)和調(diào)度集中系統(tǒng)(CTC)、專業(yè)行車設(shè)備管理系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交換功能。

（3）施工過程動態(tài)監(jiān)控和報(bào)警功能。通過監(jiān)控列車運(yùn)行圖上標(biāo)注的施工表示線，動態(tài)監(jiān)控樞紐地區(qū)和主要干線的天窗安排，并與確定的天窗安排方案和天窗安排規(guī)定比對，遇有樞紐地區(qū)和主要干線天窗安排不一致、違規(guī)安排天窗、施工和維修作業(yè)延點(diǎn)等問題時，及時報(bào)警并發(fā)出提示信息。

3.3 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)流程

（1）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)收集與存儲。主要包括以下4個方面。一是行車設(shè)備信息，主要包括線路類別、單雙線、站場性質(zhì)、到發(fā)線，區(qū)間線路、橋梁、隧道、涵洞，信號、聯(lián)鎖、閉塞、通信，接觸網(wǎng)，車輛，房建等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；二是天窗安排規(guī)則，主要包括站場和區(qū)間區(qū)段劃分、規(guī)章制度中天窗安排規(guī)定、線路之間關(guān)聯(lián)和抵觸情況、分界口線路與鄰局天窗匹配情況；三是施工需求信息，主要包括集中修施工，大型站改、新線引入等階段性重點(diǎn)施工，路內(nèi)各設(shè)備單位施工，路外涉鐵項(xiàng)目施工需求等；四是車流結(jié)構(gòu)信息，主要包括動車組列車車次和運(yùn)行時刻、普速旅客列車車次和運(yùn)行時刻，貨物列車對數(shù)、迂回徑路情況、運(yùn)輸任務(wù)等。

（2）搭建基于智能優(yōu)化的施工天窗管理系統(tǒng)。圍繞鐵路天窗安排優(yōu)化目標(biāo)，以建立智能優(yōu)化數(shù)學(xué)模型為核心內(nèi)容，以完善資料數(shù)據(jù)庫、運(yùn)輸目標(biāo)任務(wù)、階段重點(diǎn)施工、方案輸出展示、人工干預(yù)調(diào)整、最優(yōu)方案輸出等模塊為基本要件，構(gòu)建基于智能優(yōu)化的施工天窗管理系統(tǒng)。

（3）系統(tǒng)功能調(diào)試與完善。一是從滿足業(yè)務(wù)需求和功能需求的角度出發(fā)，使用基于智能優(yōu)化的施工天窗管理系統(tǒng)自動生成集中修施工年度輪廓施工計(jì)劃、繁忙干線和主要干線月度天窗安排方案、重點(diǎn)施工天窗安排方案。二是根據(jù)系統(tǒng)架構(gòu)，以樞紐地區(qū)和主要干線天窗安排為主線，計(jì)算優(yōu)化形成次要干線、其他線路的天窗安排，必要時人工干預(yù)調(diào)整形成優(yōu)化方案，為施工計(jì)劃編制人員、列車調(diào)度員、行車人員、設(shè)備單位人員提供作業(yè)依據(jù)。

（4）測試、驗(yàn)證、完善系統(tǒng)功能。設(shè)立不同場景，對施工天窗管理系統(tǒng)的智能優(yōu)化天窗安排功能、人工干預(yù)和人機(jī)交互功能、施工過程動態(tài)監(jiān)控和報(bào)警功能等主要功能進(jìn)行測試，驗(yàn)證是否滿足需求，及時完善有關(guān)功能。

4 結(jié)束語

在系統(tǒng)分析鐵路營業(yè)線施工存在問題的基礎(chǔ)上，綜合考慮鐵路營業(yè)線施工天窗安排需要遵循的原則和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合大數(shù)據(jù)、機(jī)器學(xué)習(xí)等先進(jìn)方法和理念，研究提出基于智能優(yōu)化的施工天窗管理系統(tǒng)主要功能結(jié)構(gòu)方案，對促進(jìn)基于智能優(yōu)化的施工天窗管理系統(tǒng)的研發(fā)具有參考價(jià)值，有益于推動鐵路營業(yè)線施工向集成化管理、便利化監(jiān)督和智能化分析方向發(fā)展。