毛建偉

(中國鐵路北京局集團(tuán)有限公司 京鐵物流中心，北京 102600)

近年來，隨著特快快速貨物班列、批量零散貨物快運列車的大量開行，鐵路零散白貨運量呈逐年上升態(tài)勢，隨之而來的零散白貨的裝載安全問題也日益突出，由于零散白貨配載方案不合理造成所裝車輛超偏載問題多發(fā)。為了更加安全、高效地做好鐵路零散白貨運輸組織工作，確保鐵路運輸安全和白貨增量，實現(xiàn)鐵路零散白貨配載方案(以下簡稱“配載方案”)的快速合理制訂和驗證，應(yīng)建立一套鐵路零散白貨配載輔助系統(tǒng)。

1 鐵路零散白貨配載現(xiàn)狀

零散白貨是指除煤炭、鋼材等大宗物資以外的其他物資，主要包括化工、電器、農(nóng)副、食品、紡織、文教、醫(yī)藥等品類。鐵路零散白貨裝車較整車不同，需要根據(jù)每車裝載貨物的規(guī)格尺寸、件數(shù)及貨物質(zhì)量，分別制訂相應(yīng)的配載方案[1-2]。配載方案的制訂需要首先將車輛劃分為9個艙位，根據(jù)各艙位容積合理地將貨物分配到其中的一個或幾個艙位的相應(yīng)位置裝載，以滿足貨物均衡合理的分布，不發(fā)生超載、偏載或偏重等問題。車輛艙位劃分示意圖如圖1所示。

目前配載方案主要存在以下問題。

（1）配載方案制訂作業(yè)效率有待提高。由于車型和所裝貨物不同，需要根據(jù)裝載貨物及所裝車型逐車制訂配載方案且不具備復(fù)制性。各車型構(gòu)造尺寸不同，劃分艙位后，每個車型艙位尺寸、中心點位置、車輛縱橫中心線位置和轉(zhuǎn)向架位置各不相同，配載方案制訂需要根據(jù)不同車型按照“車輛技術(shù)參數(shù)表”及現(xiàn)車進(jìn)行艙位劃分后，根據(jù)所裝貨物情況，遵循“大不壓小、重不壓輕、結(jié)實打底、方下圓上、規(guī)則形居底、不規(guī)則或易碎品擺上”的原則，還要滿足裝車后車輛不發(fā)生超載、偏載、偏重問題。同時，需要大量的物理公式應(yīng)用和數(shù)學(xué)計算逐車進(jìn)行方案制訂。配載方案制訂后，需要人員手工繪制配載方案示意圖傳達(dá)給外勤貨運員，按配載方案進(jìn)行貨物裝車。

（2）配載方案驗證安全可靠度有待提高。配載方案的合理性受方案驗證人員業(yè)務(wù)水平、能力素質(zhì)和責(zé)任心等因素的影響，人工計算配載方案裝車后車輛技術(shù)狀態(tài)參數(shù)，容易出錯且不易發(fā)現(xiàn)?，F(xiàn)場作業(yè)中存在簡化作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，驗證人員不進(jìn)行數(shù)據(jù)計算，而是憑借經(jīng)驗來判定方案合理性與否的現(xiàn)象。配載方案是否合理最終還要依靠在路網(wǎng)上設(shè)置的軌道衡檢測點進(jìn)行檢測判定[3]。裝車后，一旦配載方案不合理造成所裝貨車發(fā)生超偏載，需要回送貨場進(jìn)行倒裝整理，不僅浪費人力機(jī)力，還會造成貨物列車延誤。

（3）配載方案修訂勞動強(qiáng)度較大。對配載方案進(jìn)行驗證作業(yè)過程中發(fā)現(xiàn)方案制訂不合理、按此方案裝車通過理論計算會產(chǎn)生車輛超偏載問題時，由于客戶提供的需求單貨物信息不準(zhǔn)確或所裝貨物發(fā)生變化時，或者在裝車作業(yè)過程中外勤貨運員發(fā)現(xiàn)配載方案與所裝貨物不符時，都需要對原配載方案進(jìn)行修訂。配載方案修訂后，驗證人員需要對修訂后的配載方案再次進(jìn)行人工驗證，增加了配載方案修訂作業(yè)的勞動強(qiáng)度。

圖1 車輛艙位劃分示意圖Fig.1 Diagram for the division of class vehicles

2 鐵路零散白貨配載輔助系統(tǒng)設(shè)計

2.1 總體需求

鐵路零散白貨裝車時，配載方案的制訂過程中需要高效、準(zhǔn)確的輔助系統(tǒng)提供業(yè)務(wù)及信息上的有力支持。鐵路零散白貨配載輔助系統(tǒng)是指利用計算機(jī)模擬計算技術(shù)，輔助人工進(jìn)行配載方案的制訂、驗證、修訂、示意圖生成、數(shù)據(jù)的交換和傳遞作業(yè)的輔助系統(tǒng)，通過運用3D建模技術(shù)手段，以輔助配載方案為目標(biāo)，存儲并準(zhǔn)確調(diào)用所有車型數(shù)據(jù)，精確劃分車輛艙位，代替人工進(jìn)行復(fù)雜、重復(fù)的數(shù)據(jù)計算，可以減輕人工作業(yè)勞動強(qiáng)度，快速準(zhǔn)確判定方案的合理性，提高作業(yè)效率和安全可靠度。鐵路零散白貨配載輔助系統(tǒng)構(gòu)架總體需求如下。

（1）研究建立模型模擬貨物按配載方案裝車，滿足準(zhǔn)確重復(fù)計算按方案裝車后是否符合判定標(biāo)準(zhǔn)，能夠快速準(zhǔn)確驗證配載方案的合理性。將配載方案安全卡控關(guān)口前移，提高零散貨物裝車安全性。

（2）暢通內(nèi)外勤間溝通交流渠道，統(tǒng)一方案修訂和示意圖生成標(biāo)準(zhǔn)，生成配載方案示意圖，更改修訂方案，確保數(shù)據(jù)同步一致。

（3）系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計主要考慮數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性、海量數(shù)據(jù)的高效率計算、數(shù)據(jù)實時動態(tài)的獲取、數(shù)據(jù)信息的導(dǎo)出、并行處理能力和系統(tǒng)的實用性、穩(wěn)定性、安全性、可靠性及可擴(kuò)展性，促進(jìn)系統(tǒng)不間斷正常運行。

2.2 總體架構(gòu)設(shè)計

結(jié)合鐵路零散白貨配載的實際需求，鐵路零散白貨配載輔助系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示，鐵路零散白貨配載輔助系統(tǒng)架構(gòu)包括數(shù)據(jù)核心層、業(yè)務(wù)邏輯層和接入層[4-5]，各層之間緊密協(xié)作，實現(xiàn)數(shù)據(jù)及公式的存儲、配載方案的驗證修訂、內(nèi)外部數(shù)據(jù)的交換以及配載方案示意圖的生成顯示功能。

（1）數(shù)據(jù)核心層。該層是輔助系統(tǒng)的基礎(chǔ)，主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)及公式的存儲功能。數(shù)據(jù)核心層包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫、系統(tǒng)框架數(shù)據(jù)庫和元數(shù)據(jù)庫，根據(jù)配載驗證算法中車輛艙位劃分原則、車型庫內(nèi)不同車型車輛尺寸和轉(zhuǎn)向架位置，存儲不同車型車輛各個艙位面積、車輛高度、車輛縱橫中心線位置、車輛容許載質(zhì)量等數(shù)據(jù)，以及配載驗證算法和判定報警標(biāo)準(zhǔn)。

（2）業(yè)務(wù)邏輯層。通過調(diào)用數(shù)據(jù)核心層數(shù)據(jù)庫內(nèi)容，采用3D建模技術(shù)建立模型模擬配載方案進(jìn)行裝車，應(yīng)用配載驗證算法對模擬裝車后車輛的超偏載情況進(jìn)行數(shù)據(jù)計算和分析，與判定報警標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對比，對方案進(jìn)行修訂、優(yōu)化和再驗證，為配載方案的合理性驗證提供邏輯計算支持。

（3）接入層。該層主要實現(xiàn)系統(tǒng)與外部的數(shù)據(jù)交換功能。對于系統(tǒng)使用者，將制訂的配載方案輸入系統(tǒng)，接入層接收使用者的數(shù)據(jù)輸入，通過調(diào)用業(yè)務(wù)邏輯層的業(yè)務(wù)過程實現(xiàn)判定配載方案合理性與否的功能，并將處理結(jié)果返回接入層，利用交互界面進(jìn)行表示，導(dǎo)出審核后的配載方案和示意圖；對于外部系統(tǒng)，業(yè)務(wù)過程通過接入層的接口服務(wù)完成與外部系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換。

圖2 鐵路零散白貨配載輔助系統(tǒng)架構(gòu)Fig.2 System architecture diagram

2.3 功能設(shè)計

鐵路零散白貨配載輔助系統(tǒng)能夠按照制訂的配載方案進(jìn)行模擬裝車，并利用驗證算法公式，對模擬車輛進(jìn)行超偏載驗證，并對配載方案進(jìn)行修訂、優(yōu)化和生成方案示意圖，從而實現(xiàn)對鐵路零散白貨配載作業(yè)進(jìn)行輔助的功能。

（1）車型庫管理。將《鐵路貨物裝載加固規(guī)則》附錄“敞車、平車、棚車、長大貨物車技術(shù)參數(shù)表”中所有棚車車型的車內(nèi)尺寸、車門尺寸、轉(zhuǎn)向架中心距、自重、標(biāo)記載重等信息全部納入車型庫管理[6]，根據(jù)所選用車型不同而調(diào)用相應(yīng)的車型參數(shù)。在現(xiàn)場實際作業(yè)過程中如果發(fā)現(xiàn)車體標(biāo)記參數(shù)與系統(tǒng)車型庫內(nèi)不一致或系統(tǒng)車型庫內(nèi)缺少該車型技術(shù)參數(shù)信息時，操作人員可以在基礎(chǔ)字典內(nèi)對車型庫進(jìn)行維護(hù)管理，手動增加或修改該車型參數(shù)信息，并將此信息保存到系統(tǒng)車型庫中。

（2）模擬裝車。系統(tǒng)根據(jù)所裝車輛車型，調(diào)用系統(tǒng)核心層的車型庫內(nèi)該車型基本信息，并根據(jù)車輛內(nèi)部尺寸完成對車輛艙位的劃分，計算出每個艙位的尺寸信息。按照給定的配載方案完成對車輛的模擬裝車作業(yè)，同時根據(jù)模擬裝車后貨物裝載情況，確定每個艙位貨物的質(zhì)量和重心位置。

（3）方案驗證。內(nèi)勤貨運員將制訂的配載方案輸入系統(tǒng)后，單擊“保存”按鈕，即可實現(xiàn)對配載方案的合理性驗證。系統(tǒng)根據(jù)模擬裝車時得到的每個艙位貨物質(zhì)量及重心位置，進(jìn)一步計算出車輛裝車后貨物的總質(zhì)量、總重心偏離車輛縱橫中心線的距離以及車輛兩轉(zhuǎn)向架所承受的重量之差，按照設(shè)定的判定報警標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行判定[7-8]，并生成3D圖像顯示。報警標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定為超過貨車標(biāo)記載重即產(chǎn)生紅色報警，偏載超過50 mm、80 mm、100 mm分別產(chǎn)生黃色、橙色、紅色報警，偏重超過5 t、8 t、10 t分別產(chǎn)生黃色、橙色、紅色報警。未達(dá)到報警標(biāo)準(zhǔn)，即判定配載方案合理通過驗證；達(dá)到報警標(biāo)準(zhǔn)，則判定方案不合理，在配載方案數(shù)據(jù)列表顯示問題所在，同時在車輛3D圖像的超偏載位置用不同顏色顯示報警等級。

（4）方案修訂。系統(tǒng)通過配載方案驗證判定配載方案不合理時，內(nèi)勤貨運員可以返回方案輸入界面對配載方案進(jìn)行調(diào)整，也可以直接在車輛3D圖像顯示上對貨物進(jìn)行拖拽移動，系統(tǒng)會相應(yīng)修訂配載方案，并對新方案的合理性再次進(jìn)行驗證，最后將驗證通過的新配載方案顯示給外勤貨運員。外勤貨運員在裝車作業(yè)過程中發(fā)現(xiàn)所裝貨物與配載方案記載不一致時，也能夠通過方案修訂功能模塊對配載方案進(jìn)行修訂，系統(tǒng)會自動再次調(diào)用配載方案驗證功能模塊對修訂后的配載方案進(jìn)行驗證，并顯示驗證結(jié)果。

（5）方案生成。實現(xiàn)配載方案生成示意圖，對配載方案進(jìn)行重新制訂、修訂或在系統(tǒng)3D圖上對貨物拖拽修改配載方案時，可以根據(jù)配載方案的變化對方案示意圖進(jìn)行相應(yīng)的修改，并保存生成最終方案。

3 結(jié)束語

鐵路零散白貨配載輔助系統(tǒng)的研發(fā)，實現(xiàn)了零散白貨配載方案的合理性判斷和方案調(diào)整，對裝車配載方案進(jìn)行裝車后狀態(tài)預(yù)判，避免人工制訂配載方案的不合理性可能造成的超偏載安全隱患問題，能有效輔助配載作業(yè)，預(yù)防零散白貨裝車超偏載卡控問題效果良好。鐵路零散白貨配載輔助系統(tǒng)的投入使用，提升了對零散白貨超偏載安全的卡控力度，減輕了現(xiàn)場內(nèi)外勤貨運員的勞動強(qiáng)度，提高了裝車組織效率，為鐵路貨車裝載零散白貨超前防治超偏載問題提供了切實可行的防治措施，為鐵路零散白貨運輸安全和提質(zhì)增效提供了很好的科技保障。但是，在實際作業(yè)中，貨物大小尺寸、形狀等參數(shù)較多，還應(yīng)進(jìn)一步研究車輛艙位的細(xì)分、貨物的精確畫像以及配載方案的自動生成等。