白 鑫

（中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 鐵道科學(xué)技術(shù)研究發(fā)展中心，北京 100081)

0 引言

綜合檢測(cè)列車(chē)逐級(jí)提速過(guò)程作為高速鐵路聯(lián)調(diào)聯(lián)試項(xiàng)目中重要環(huán)節(jié),其計(jì)劃制訂在很大程度上影響聯(lián)調(diào)聯(lián)試項(xiàng)目總用時(shí)。因此,研究聯(lián)調(diào)聯(lián)試逐級(jí)提速計(jì)劃制訂,縮短聯(lián)調(diào)聯(lián)試工期,確保按時(shí)、高效地完成聯(lián)調(diào)聯(lián)試項(xiàng)目。

在高速鐵路聯(lián)調(diào)聯(lián)試?yán)碚撗芯糠矫?王瀾[1]將整體論與還原論的辯證統(tǒng)一方法、從定性到定量的綜合集成法、基于WSR方法論的系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)方法等應(yīng)用到高速鐵路聯(lián)調(diào)聯(lián)試工程實(shí)踐之中；康熊等[2-3]分析高速鐵路聯(lián)調(diào)聯(lián)試及運(yùn)行試驗(yàn)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)體系,研究部分評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取規(guī)則,對(duì)聯(lián)調(diào)聯(lián)試和試驗(yàn)研究取得的主要成果進(jìn)行了系統(tǒng)性提煉和歸納；魏亞輝等[4]提出高速鐵路聯(lián)調(diào)聯(lián)試組織管理標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)策；王峰[5]在分析聯(lián)調(diào)聯(lián)試在國(guó)內(nèi)外理論研究和實(shí)踐現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,結(jié)合中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司(原上海鐵路局)的工作實(shí)踐,探討我國(guó)高速鐵路聯(lián)調(diào)聯(lián)試存在問(wèn)題和研究方向；白鑫[6]結(jié)合滬寧城際高速鐵路聯(lián)調(diào)聯(lián)試及運(yùn)行試驗(yàn)的主要內(nèi)容及實(shí)施過(guò)程,分析我國(guó)高速鐵路聯(lián)調(diào)聯(lián)試及運(yùn)行試驗(yàn)理論和技術(shù)體系；趙磊[7]結(jié)合鄭西高速鐵路聯(lián)調(diào)聯(lián)試的特點(diǎn)及作用,為高速鐵路聯(lián)調(diào)聯(lián)試提供啟示；喬燦立[8]探討鄭開(kāi)城際鐵路聯(lián)調(diào)聯(lián)試與動(dòng)態(tài)檢測(cè),以及由此引起的京廣高速鐵路、鄭西高速鐵路互聯(lián)互通、信號(hào)系統(tǒng)升級(jí)等工作。由此可見(jiàn),既有研究主要為運(yùn)營(yíng)階段運(yùn)輸組織方案的研究[9],較少對(duì)聯(lián)調(diào)聯(lián)試逐級(jí)提速計(jì)劃制訂進(jìn)行系統(tǒng)分析和研究。

高速鐵路聯(lián)調(diào)聯(lián)試逐級(jí)提速一般包括單列綜合檢測(cè)列車(chē)測(cè)試、重聯(lián)動(dòng)車(chē)組測(cè)試、道岔側(cè)向通過(guò)測(cè)試等階段,涉及運(yùn)輸組織、車(chē)輛維修、測(cè)試安排等多項(xiàng)內(nèi)容。由于運(yùn)輸組織、車(chē)輛維修等受測(cè)試單位人員配置、移動(dòng)裝備檢修能力等多方面外部條件制約,研究?jī)H對(duì)單列綜合檢測(cè)列車(chē)逐級(jí)提速計(jì)劃制訂方法進(jìn)行探討。目前在制訂逐級(jí)提速測(cè)試總體計(jì)劃中,主要采用確保項(xiàng)目總進(jìn)度前提下的宏觀計(jì)劃制訂方法。該方法主要靠人工完成,效率較低,并且易受限于具體制訂人的經(jīng)驗(yàn),存在一定的隨機(jī)性和時(shí)間冗余。為此,結(jié)合高速鐵路聯(lián)調(diào)聯(lián)試逐級(jí)提速特點(diǎn),建立基于離散事件的逐級(jí)提速計(jì)劃制訂模型,提出相應(yīng)的動(dòng)態(tài)演化算法,通過(guò)實(shí)例對(duì)模型和算法的有效性進(jìn)行驗(yàn)證,同時(shí)分析不同參數(shù)變化對(duì)提速計(jì)劃制訂的影響,以期提供相對(duì)更加科學(xué)有效的計(jì)劃制訂方法。

1 高速鐵路聯(lián)調(diào)聯(lián)試單列綜合檢測(cè)列車(chē)逐級(jí)提速計(jì)劃制訂方法

1.1 基于離散事件的逐級(jí)提速計(jì)劃制訂模型構(gòu)建

動(dòng)車(chē)組正線(xiàn)逐級(jí)提速是通過(guò)測(cè)試使動(dòng)車(chē)組運(yùn)行速度從最低等級(jí)逐步提升到最高等級(jí)的過(guò)程,測(cè)試過(guò)程中不能跨級(jí)提速,并且每個(gè)速度級(jí)需要進(jìn)行多個(gè)往返試驗(yàn),確保安全無(wú)誤后按要求進(jìn)行提速。

單列綜合檢測(cè)列車(chē)正線(xiàn)逐級(jí)提速聯(lián)調(diào)聯(lián)試由測(cè)試和調(diào)整2個(gè)部分組成,當(dāng)測(cè)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)高速鐵路的實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)情況與設(shè)計(jì)功能存在差異,即發(fā)現(xiàn)一定數(shù)量的疑似缺陷,就需要開(kāi)展調(diào)整并消除缺陷工作。如果將每個(gè)單程運(yùn)行檢測(cè)看成一項(xiàng)獨(dú)立的離散事件,并且每個(gè)單程測(cè)試有開(kāi)始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間及持續(xù)時(shí)間,則單列綜合檢測(cè)列車(chē)正線(xiàn)逐級(jí)提速測(cè)試過(guò)程可視為由一系列離散事件組成的進(jìn)程。記K為測(cè)試單程總數(shù)；分別為第k個(gè)事件開(kāi)始時(shí)刻和結(jié)束時(shí)刻；Tk為第k個(gè)事件中正常檢測(cè)持續(xù)時(shí)間；Rk為第k個(gè)事件由于當(dāng)前累計(jì)缺陷點(diǎn)引起的晚點(diǎn)時(shí)間；α為檢測(cè)動(dòng)車(chē)組中轉(zhuǎn)時(shí)間。逐級(jí)提速進(jìn)程示意圖如圖1所示。

圖1 逐級(jí)提速進(jìn)程示意圖Fig.1 Schematic diagram of gradual speed increase process

圖1對(duì)單程測(cè)試及他們之間的邏輯關(guān)系進(jìn)行了描述[10-11]。由于逐級(jí)提速中工程缺陷點(diǎn)的整修一般在天窗時(shí)間進(jìn)行,可不考慮維修時(shí)間對(duì)進(jìn)程的影響,只有當(dāng)工程缺陷點(diǎn)累計(jì)到一定程度時(shí),才進(jìn)行停輪集中整治。因此,每個(gè)單程運(yùn)行測(cè)試的結(jié)束時(shí)間由該單程測(cè)試的開(kāi)始時(shí)間、列車(chē)在區(qū)間的正常檢測(cè)運(yùn)行時(shí)間及由缺陷點(diǎn)造成的限速晚點(diǎn)時(shí)間決定,而2個(gè)相鄰單程測(cè)試之間的銜接通過(guò)動(dòng)車(chē)組中轉(zhuǎn)時(shí)間銜接?？紤]線(xiàn)路相關(guān)管理部門(mén)缺陷點(diǎn)整修能力及次日起始檢測(cè)速度不應(yīng)高于前日最高檢測(cè)速度的準(zhǔn)則,計(jì)算從第一個(gè)單程測(cè)試開(kāi)始到最后一個(gè)單程測(cè)試結(jié)束的用時(shí)天數(shù),最終得到逐級(jí)提速用時(shí)總天數(shù)及每日詳細(xì)工作計(jì)劃,其中,每日詳細(xì)工作計(jì)劃包括檢測(cè)單程次數(shù)、每趟單程開(kāi)始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間及相應(yīng)運(yùn)行速度級(jí)。

第k個(gè)事件結(jié)束時(shí)間等于該事件的開(kāi)始時(shí)刻與該事件正常檢測(cè)時(shí)間和當(dāng)前累計(jì)缺陷點(diǎn)引起的晚點(diǎn)時(shí)間之和,可以表示為

式中：δ為單個(gè)缺陷點(diǎn)引起列車(chē)限速導(dǎo)致的晚點(diǎn)時(shí)間；為當(dāng)前缺陷點(diǎn)的累計(jì)個(gè)數(shù)；L為檢測(cè)線(xiàn)路總長(zhǎng)度；Vi為第i個(gè)測(cè)試速度級(jí)的測(cè)試速度；t起停附加時(shí)分為列車(chē)起停附加時(shí)間；I為逐級(jí)提速測(cè)試中的速度級(jí)數(shù)。

第k+ 1個(gè)事件開(kāi)始時(shí)刻的取值可表示為

式中：τmax為每天最大工作時(shí)長(zhǎng)。

動(dòng)車(chē)組逐級(jí)提速測(cè)試用時(shí)天數(shù)D取決于第k個(gè)事件結(jié)束時(shí)刻加上中轉(zhuǎn)時(shí)間、下一個(gè)事件的正常運(yùn)行和晚點(diǎn)時(shí)間之和是否大于當(dāng)日最大工作時(shí)長(zhǎng),若達(dá)到閾值時(shí),停輪一天檢修。動(dòng)車(chē)組逐級(jí)提速測(cè)試用時(shí)天數(shù)可表示為

式中：D為動(dòng)車(chē)組逐級(jí)提速測(cè)試用時(shí)天數(shù)；No為停輪整治閾值,即當(dāng)線(xiàn)路缺陷點(diǎn)個(gè)數(shù)累計(jì)到一定數(shù)目時(shí),需停輪整治,不同線(xiàn)路長(zhǎng)度,停輪整治閾值不同。

公式⑶中,缺陷點(diǎn)數(shù)隨著事件進(jìn)程的更新而動(dòng)態(tài)變化。當(dāng)前缺陷點(diǎn)的個(gè)數(shù)取決于第k個(gè)事件結(jié)束時(shí)刻加上中轉(zhuǎn)時(shí)間、下一個(gè)事件的正常運(yùn)行和晚點(diǎn)時(shí)間之和是否大于當(dāng)日最大工作時(shí)長(zhǎng),以及是否達(dá)到閾值。如果當(dāng)前缺陷點(diǎn)數(shù)達(dá)到閾值時(shí),停輪一天檢修,通過(guò)2個(gè)天窗時(shí)間和白天的檢修,缺陷點(diǎn)減少到缺陷點(diǎn)數(shù)可以表示為

式中：N為單趟行程檢測(cè)到的缺陷點(diǎn)數(shù)；Co為線(xiàn)路管理者每個(gè)天窗維修能力,用可處理缺陷點(diǎn)的個(gè)數(shù)表示；C1為線(xiàn)路管理者單個(gè)白天維修能力,用可處理缺陷點(diǎn)的個(gè)數(shù)表示；N vi為第i個(gè)測(cè)試速度級(jí)線(xiàn)路缺陷點(diǎn)可能個(gè)數(shù)；為第i個(gè)測(cè)試速度級(jí)下,第n趟單程中可測(cè)出的檢測(cè)能力,即累計(jì)缺陷點(diǎn)數(shù)占該速度級(jí)下總?cè)毕輸?shù)的百分比,由于在每個(gè)速度級(jí)下,一般通過(guò)2個(gè)往返便可檢測(cè)出該速度級(jí)下的所有可能缺陷點(diǎn)數(shù),經(jīng)測(cè)算,取

1.2 動(dòng)態(tài)演化算法設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)一種動(dòng)態(tài)演化算法對(duì)基于離散事件的逐級(jí)提速計(jì)劃制訂模型進(jìn)行求解,過(guò)程如下。

（1）初始化。輸入已知參數(shù),包括測(cè)試單程總數(shù)K(離散事件總數(shù))、逐級(jí)提速測(cè)試中速度級(jí)數(shù)I、每個(gè)事件正常檢測(cè)運(yùn)行時(shí)間Tk、單個(gè)缺陷點(diǎn)引起的列車(chē)晚點(diǎn)時(shí)間δ、不同速度級(jí)線(xiàn)路缺陷個(gè)數(shù)線(xiàn)路管理者每個(gè)天窗點(diǎn)修復(fù)個(gè)數(shù)Co、停輪檢修閾值No、檢測(cè)動(dòng)車(chē)組中轉(zhuǎn)時(shí)間α和每日最大工作時(shí)長(zhǎng)τmax等。

（2）重置變量。設(shè)D= 1,k= 1,

（3）根據(jù)公式⑷,計(jì)算當(dāng)前缺陷點(diǎn)數(shù)N~；根據(jù)公式⑴,計(jì)算第k個(gè)事件結(jié)束時(shí)刻判定當(dāng)前事件結(jié)束時(shí)刻加上后一個(gè)事件用時(shí)是否大于每日最大工作時(shí)長(zhǎng)。

（5）由公式⑶計(jì)算用時(shí)天數(shù)D,如果那么否則D=D+ 1。

（6）根據(jù)公式⑵判定第k和k+12個(gè)事件對(duì)應(yīng)的速度級(jí)是否相同,如果k,k+1∈Vi,那么第k+1個(gè)事件開(kāi)始時(shí)刻為次日時(shí)刻0,即否則

（7）令k=k+1,如果k＞K,跳出循環(huán),程序終止,輸出運(yùn)算結(jié)果D；否則轉(zhuǎn)入步驟(2)繼續(xù)運(yùn)算。

根據(jù)上述動(dòng)態(tài)演化算法的運(yùn)算過(guò)程,制訂相應(yīng)的動(dòng)態(tài)演化算法流程圖如圖2所示。聯(lián)試逐級(jí)提速實(shí)際所用天數(shù)為17 d,其中停輪檢修天數(shù)為6 d (包含全線(xiàn)工程整治及遺留問(wèn)題整改3 d)。排除全線(xiàn)工程整治及遺留問(wèn)題整改的天數(shù)影響,實(shí)際逐級(jí)提速時(shí)間應(yīng)為14 d,其中因缺陷點(diǎn)數(shù)達(dá)到閾值停輪檢修天數(shù)為3 d。綜上所述,采用所述方法的逐級(jí)提速計(jì)劃制訂結(jié)果較貼近實(shí)際用時(shí)天數(shù),驗(yàn)證了該方法的有效性。

以線(xiàn)路管理者每個(gè)天窗維修能力Co和第i個(gè)測(cè)試速度級(jí)線(xiàn)路缺陷點(diǎn)可能個(gè)數(shù)N vi作為研究重點(diǎn),分析不同參數(shù)變化對(duì)逐級(jí)提速計(jì)劃的影響。

（1）只考慮線(xiàn)路管理者每個(gè)天窗維修能力Co的情況下(其他參數(shù)不變),Co對(duì)逐級(jí)提速計(jì)劃的影響示意圖如圖4所示。

2 實(shí)例分析

圖2 動(dòng)態(tài)演化算法流程圖Fig.2 Flow chart of dynamic evolutionary algorithm

從圖4中可以看出,隨著參數(shù)Co的增大,總

以長(zhǎng)昆客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)(長(zhǎng)沙—昆明)富源北至昆明南段聯(lián)調(diào)聯(lián)試逐級(jí)提速為研究實(shí)例,線(xiàn)路全長(zhǎng)為180 km,設(shè)計(jì)速度為300 km/h。為了驗(yàn)證基于離散事件的逐級(jí)提速計(jì)劃制訂模型及動(dòng)態(tài)演化算法的有效性,首先根據(jù)單列綜合檢測(cè)列車(chē)逐級(jí)提速準(zhǔn)則及線(xiàn)路實(shí)際條件確定模型中的相關(guān)參數(shù),并根據(jù)專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)對(duì)第i個(gè)測(cè)試速度級(jí)線(xiàn)路缺陷點(diǎn)個(gè)數(shù)N vi進(jìn)行預(yù)估,在此基礎(chǔ)上,運(yùn)用Matlab編程基于離散事件的逐級(jí)提速計(jì)劃制訂模型及動(dòng)態(tài)演化算法進(jìn)行求解,得到長(zhǎng)昆客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)富源北至昆明南段逐級(jí)提速總天數(shù)及每日計(jì)劃如圖3所示。

圖3中不同顏色線(xiàn)條代表不同速度級(jí)測(cè)試,基于離散事件的逐級(jí)提速計(jì)劃制訂模型及動(dòng)態(tài)演化算法求得的逐級(jí)提速用時(shí)總天數(shù)為11 d,其中因缺陷點(diǎn)數(shù)達(dá)到閾值停輪檢修天數(shù)為3 d。長(zhǎng)昆客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)富源北至昆明南段聯(lián)調(diào)天數(shù)和停輪天數(shù)呈同步減小趨勢(shì)。當(dāng)Co從5個(gè)增長(zhǎng)到7個(gè),總天數(shù)和停輪天數(shù)減小幅度最為明顯；當(dāng)Co增大到和線(xiàn)路管理者每個(gè)白天維修能力C1接近或相同時(shí),將不再出現(xiàn)停輪檢修現(xiàn)象。

圖3 長(zhǎng)昆客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)富源北至昆明南段逐級(jí)提速總天數(shù)及每日計(jì)劃Fig.3 Total days and daily plan of gradual speed increase from Fuyuan North to Kunming South section of Changsha-Kunming passenger dedicated line

圖4 Co對(duì)逐級(jí)提速計(jì)劃的影響示意圖Fig.4 Schematic diagram of impact of co on gradual speed increase plan

（2）只考慮不同速度級(jí)線(xiàn)路缺陷N vi的情況下(其他參數(shù)不變),N vi對(duì)逐級(jí)提速計(jì)劃的影響示意圖如圖5所示。

圖5 N vi對(duì)逐級(jí)提速計(jì)劃的影響示意圖Fig.5 Schematic diagram of impact of N vi on gradual speed increase plan

從圖5中可以看出,當(dāng)參數(shù)N vi的預(yù)估值與線(xiàn)路管理者每個(gè)天窗維修能力Co相同時(shí),停輪檢修天數(shù)為零；隨著參數(shù)N vi的增大,總天數(shù)和停輪天數(shù)呈同步增長(zhǎng)趨勢(shì),且當(dāng)N vi大于9時(shí),總天數(shù)和停輪天數(shù)增長(zhǎng)幅度越來(lái)越大,這表明多缺陷點(diǎn)線(xiàn)路由于停輪檢修天數(shù)的增加,導(dǎo)致逐級(jí)提速測(cè)試用時(shí)總天數(shù)更長(zhǎng)。

3 結(jié)束語(yǔ)

高速鐵路聯(lián)調(diào)聯(lián)試逐級(jí)提速測(cè)試是一個(gè)復(fù)雜動(dòng)態(tài)過(guò)程,且影響計(jì)劃用時(shí)的因素眾多,包括工程質(zhì)量、天氣影響、設(shè)備故障、突發(fā)事件、行車(chē)組織、缺陷整治能力等。利用基于離散事件的逐級(jí)提速計(jì)劃制訂模型及動(dòng)態(tài)演化算法,可綜合考慮缺陷點(diǎn)整修能力等因素,確定計(jì)算高速鐵路聯(lián)調(diào)聯(lián)試單列綜合檢測(cè)列車(chē)逐級(jí)提速總天數(shù),為科學(xué)有效地制訂計(jì)劃奠定基礎(chǔ)。另外,動(dòng)態(tài)演化模型還應(yīng)充分考慮突發(fā)事件及動(dòng)車(chē)組自身檢修等因素,同時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)逐級(jí)提速的進(jìn)度,尋求可以臨時(shí)調(diào)整計(jì)劃制訂的模型和算法,使研究成果更加符合實(shí)際。