謝曉敏，何最新，王 瑩，李海鷹

(1.北京交通大學(xué) 交通運(yùn)輸學(xué)院，北京 100044；2. 中國國家鐵路集團(tuán)有限公司 運(yùn)輸統(tǒng)籌監(jiān)督局，北京 100844； 3. 北京交通大學(xué) 軌道交通控制與安全國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100044)

經(jīng)過多年高速鐵路(以下簡稱高鐵)建設(shè)，我國高鐵路網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，已達(dá)世界領(lǐng)先水平。為了進(jìn)一步提升高鐵生產(chǎn)力水平，鐵路基礎(chǔ)設(shè)施養(yǎng)修單位除了需要不斷提高技術(shù)以外，還應(yīng)該考慮如何對傳統(tǒng)的 “檢養(yǎng)修”管理模式進(jìn)行改進(jìn)，以適應(yīng)我國鐵路發(fā)展的要求。許多學(xué)者借鑒了其他國家高鐵基礎(chǔ)設(shè)施維修管理的經(jīng)驗(yàn)[1]并結(jié)合我國高鐵檢修養(yǎng)護(hù)作業(yè)的特點(diǎn)，提出了工務(wù)、電務(wù)、供電“三位一體”的檢養(yǎng)修綜合管理模式。目前，該模式已在多個(gè)鐵路局取得了一定的成效[2-3]，未來工電供“三位一體”的綜合維修模式將全面應(yīng)用于高鐵基礎(chǔ)設(shè)施維修管理。

然而，當(dāng)前關(guān)于鐵路基礎(chǔ)設(shè)施綜合維修管理的研究還存在一定不足：一是主要集中在綜合維修管理模式分析的層面[4]，研究其布局方法的相對較少且研究對象大多為傳統(tǒng)的專業(yè)段[5-7]，高鐵及綜合維修的特點(diǎn)沒有得以體現(xiàn)；二是目前已有的布局方法均是對段層面的布局進(jìn)行優(yōu)化，對工區(qū)(車間)等生產(chǎn)層面的優(yōu)化研究較少；三是現(xiàn)有研究的模型中，可量化的約束實(shí)際限制的是生產(chǎn)作業(yè)范圍，更適用于工區(qū)(車間)等生產(chǎn)層面作業(yè)單元的布局，而段一層級的管理單位布局受管理模式等較難定量描述的因素影響較多，更適用于采用評價(jià)比選的方法。

結(jié)合研究現(xiàn)狀，本文以高鐵的綜合維修為研究對象，提出一種能夠同時(shí)考慮作業(yè)生產(chǎn)與管理兩個(gè)層面的布局方法。該方法主要包括車間(工區(qū))設(shè)置模型與綜合維修段設(shè)段方案比選兩部分，即首先建立模型對車間(工區(qū))等生產(chǎn)單元的布局求解，并得出可行的綜合維修段設(shè)置方案，然后對所有可行方案比選后得到最佳布局方案。

1 高鐵綜合維修段布局特點(diǎn)

1.1 高鐵綜合維修管理特點(diǎn)

基礎(chǔ)設(shè)施維修綜合維修模式是以實(shí)現(xiàn)檢養(yǎng)修分開、減少結(jié)合部、不斷提高基礎(chǔ)設(shè)施維護(hù)和運(yùn)營管理水平為主要目標(biāo)的管理模式。與傳統(tǒng)的管理模式相比，它具有效率高、成本低、集成性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。一般來說，基礎(chǔ)設(shè)施的綜合維修主要包含3個(gè)層面：一是線橋隧、供電、通信信號3類設(shè)施設(shè)備的維修養(yǎng)護(hù)人員在統(tǒng)一調(diào)度指揮下，同時(shí)在天窗內(nèi)完成各項(xiàng)線上作業(yè)；二是各專業(yè)人員在同一維修基地(工區(qū)(車間))堆放作業(yè)工具、材料，停放大型維修機(jī)具，共用生產(chǎn)生活設(shè)施；三是各級管理機(jī)構(gòu)均包含3類專業(yè)人員，管理機(jī)構(gòu)設(shè)在同一地點(diǎn)[8]。

為了實(shí)現(xiàn)安全穩(wěn)定、設(shè)備優(yōu)良、節(jié)約資源、效益提升的目的，高鐵綜合維修段在設(shè)置時(shí)，應(yīng)遵循以下原則：

(1) 確保安全質(zhì)量。強(qiáng)化綜合管理與專業(yè)管理，生產(chǎn)組織層面實(shí)行同級綜合管理，綜合管理層面以需求為導(dǎo)向合理設(shè)置機(jī)構(gòu)，確保設(shè)備質(zhì)量和安全技術(shù)管控能力提升以及綜合檢養(yǎng)修工作高效可靠。

(2) 突出集約高效。充分利用高鐵裝備技術(shù)先進(jìn)的特點(diǎn)，加強(qiáng)專業(yè)融合，減少專業(yè)結(jié)合部，統(tǒng)籌生產(chǎn)生活資源、人力資源的利用，提高管理效能、裝備使用率、勞動生產(chǎn)率、資源利用率，提升高鐵運(yùn)營效率效益。

(3) 統(tǒng)籌高鐵資源。綜合維修管理機(jī)構(gòu)原則上應(yīng)設(shè)于銜接高鐵方向較多的樞紐地區(qū)，并盡可能利用既有資源。

1.2 高速鐵路綜合維修作業(yè)特點(diǎn)

高鐵和普速鐵路的基礎(chǔ)設(shè)施綜合維修管理與作業(yè)均是以“段—車間—工區(qū)”的組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行的。工區(qū)、車間等基本作業(yè)單位一般設(shè)立在線路沿線的相關(guān)車站處，既可以減少建設(shè)成本，又可以利用公路網(wǎng)運(yùn)輸維修過程需要的小型備件，其作業(yè)類型均可分為計(jì)劃性養(yǎng)修和突發(fā)事故的臨時(shí)性搶修兩種。此外，高鐵基礎(chǔ)設(shè)施綜合維修還具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

(1) 由于線橋隧、供電、通信等設(shè)備與普速鐵路存在一定的區(qū)別，高鐵的維修養(yǎng)護(hù)以“嚴(yán)修慎修、精檢精修”為基本原則，內(nèi)容相對簡單，維修標(biāo)準(zhǔn)較高。

(2) 高鐵區(qū)間綜合巡檢等作業(yè)大都集中在00:00之后的綜合維修天窗內(nèi)。天窗時(shí)間通常為4 h，其中直接作業(yè)時(shí)間約占3 h，1 h用于開行確認(rèn)車。由于線路檢養(yǎng)修工作所需時(shí)間比電務(wù)、供電專業(yè)較長，因此在有限的天窗時(shí)間內(nèi)不僅需要3個(gè)專業(yè)互相配合、平行作業(yè)[11]，還需要人工與巡檢機(jī)具、動態(tài)與靜態(tài)檢查3方面的相互配合。為了保證檢修養(yǎng)護(hù)作業(yè)時(shí)間及質(zhì)量，高鐵綜合維修工區(qū)(車間)之間的距離和每日天窗的作業(yè)量的控制相對比較嚴(yán)格。

(3) 高鐵運(yùn)行圖的鋪畫較普速鐵路更為密集，一旦基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備發(fā)生故障就會造成列車大面積晚點(diǎn)，所以對維修人員的到達(dá)和搶修時(shí)間進(jìn)行了嚴(yán)格的規(guī)定與限制。

(4) 高鐵檢養(yǎng)修作業(yè)中需要大量使用大型維修機(jī)具[1-3]，維修機(jī)具的使用率較普速鐵路高。每日綜合維修天窗時(shí)間開始后，大型養(yǎng)路機(jī)械由停放點(diǎn)走行至計(jì)劃作業(yè)地點(diǎn)，并于確認(rèn)車開行前返回最近的維修工區(qū)(車間)，從而減少大型養(yǎng)路機(jī)械的走行距離，提高作業(yè)效率。為與之相配合，現(xiàn)行鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范中均有綜合工區(qū)(車間)或車站內(nèi)宜設(shè)立沿線大型養(yǎng)路機(jī)械停放線和軌道車停放線的規(guī)定。

綜上，高鐵綜合維修段的布局研究實(shí)際是對綜合維修段及其下轄各作業(yè)單元的設(shè)置位置、設(shè)置數(shù)量等方面科學(xué)求解方法的研究，是一種特殊的選址問題。由于高鐵綜合維修的作業(yè)特點(diǎn)與管理需求，該選址問題在節(jié)點(diǎn)覆蓋約束、優(yōu)化目標(biāo)設(shè)置等方面與一般選址問題有較大差異，需結(jié)合問題特點(diǎn)建立相應(yīng)的優(yōu)化模型。

本文考慮建立可同時(shí)得到綜合維修工區(qū)(車間)布局與大型維修機(jī)具配置方案的模型，以服務(wù)可靠度最高作為生產(chǎn)層面優(yōu)化目標(biāo)，并結(jié)合高鐵綜合維修的特點(diǎn)設(shè)立約束條件；進(jìn)而按照線路分布、管轄數(shù)量等因素對模型所求得的配置結(jié)果劃分綜合維修段可行方案，得到可行方案集，最后從管理效率、人員成本、資源利用率等因素出發(fā)，建立評價(jià)指標(biāo)體系并對可行方案進(jìn)行比選。

2 綜合維修段布局方法

2.1 工區(qū)(車間)設(shè)置與大型維修機(jī)械配置模型

2.1.1 模型假設(shè)

由于工區(qū)(車間)和大型維修機(jī)具的設(shè)置方案涉及因素較多, 為方便模型求解, 作以下假設(shè):

(1) 由于每臺大型維修機(jī)具在任意時(shí)刻僅能接受一個(gè)維修任務(wù)，同時(shí)為了保證每日計(jì)劃性維修均能有至少一臺大型機(jī)具予以配合，因此當(dāng)一臺維修機(jī)具接受了一個(gè)任務(wù)之后，無論其他任務(wù)緊急性有多高也不再接受新的任務(wù)。

(2) 每個(gè)大型維修機(jī)具的停放條件均相同，且每個(gè)工區(qū)(車間)最多僅可停放一臺大型維修機(jī)具。

2.1.2 參數(shù)和變量

為表達(dá)基本生產(chǎn)單位備選點(diǎn)對線路的管轄情況，將線路與工區(qū)(車間)都視作位置不同的點(diǎn)，各維修工區(qū)(車間)備選點(diǎn)與各線路點(diǎn)之間的關(guān)系即為某段線路的管轄歸屬情況。由于各備選點(diǎn)通常建立在車站處，因此車站j的集合J即為維修工區(qū)(車間)備選點(diǎn)集合。而線路點(diǎn)則需將相應(yīng)區(qū)域內(nèi)的線路網(wǎng)按一定距離進(jìn)行離散化處理，將離散處理后的每段線路視作一個(gè)獨(dú)立的點(diǎn)i，除位置外其他條件均相同，集合為I。

xj為0-1變量，表示是否在j處設(shè)立綜合維修工區(qū)(車間)，當(dāng)在j處設(shè)立綜合維修工區(qū)(車間)時(shí)為1，否則為0；yij為0-1變量，表示綜合維修工區(qū)(車間)j是否管理線路離散點(diǎn)i的日?！皺z養(yǎng)修”工作，當(dāng)綜合維修工區(qū)(車間)j管理線路離散點(diǎn)i時(shí)為1，否則為0；zjk為0-1變量，表示大型維修機(jī)具k是否將綜合維修工區(qū)(車間)j作為日常停放工區(qū)(車間)，是則為1,否則為0；l為每個(gè)綜合維修工區(qū)(車間)最多可管理的線路離散點(diǎn)數(shù)；dij為綜合維修工區(qū)(車間)j與線路離散點(diǎn)i之間的距離，km；N為綜合維修工區(qū)(車間)設(shè)立數(shù)量；Mj為綜合維修工區(qū)(車間)j最多可管理的線路離散點(diǎn)數(shù)；V為維修作業(yè)車運(yùn)行速度，km/h；tmin為發(fā)生故障時(shí)到達(dá)現(xiàn)場處置的最小時(shí)間限制，h。

2.1.3 優(yōu)化模型

(1)目標(biāo)函數(shù)

綜合維修工區(qū)(車間)的設(shè)置是一個(gè)選址問題，此類問題一般均采用整數(shù)規(guī)劃模型來表述。典型的選址模型包括集覆蓋、最大覆蓋、p-中心、p-中位等，目前已有的鐵路生產(chǎn)力布局方法均是在這些模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)的[9-10]，這些選址模型通?？紤]服務(wù)平衡、運(yùn)輸費(fèi)用、覆蓋能力等問題，所以其目標(biāo)函數(shù)多是覆蓋范圍最大、總時(shí)間或總成本最小[20]。然而，高鐵“檢養(yǎng)修”作業(yè)不僅要求時(shí)間短、成本低，最重要的是要保證檢養(yǎng)修工作的效果好，僅考慮時(shí)間或成本最優(yōu)不能直觀地體現(xiàn)出作業(yè)的效果。

因此，本文考慮以服務(wù)可靠度最大作為目標(biāo)函數(shù)，該指標(biāo)可量化表達(dá)一定條件下各維修工區(qū)(車間)完成規(guī)定檢修養(yǎng)護(hù)任務(wù)的能力，直觀地體現(xiàn)檢養(yǎng)修作業(yè)的效果。由于高鐵綜合維修的特點(diǎn)之一是多項(xiàng)大中修的作業(yè)均依靠大型檢修機(jī)具完成，因此對于每個(gè)綜合維修工區(qū)(車間)，其服務(wù)可靠度可分為兩部分：一是基本檢養(yǎng)修服務(wù)可靠度，指服務(wù)線路檢查養(yǎng)護(hù)和小型維修的可靠度；二是大型維修服務(wù)可靠度，指服務(wù)使用大型維修機(jī)具的大、中修的可靠度。

式中：aij為綜合維修工區(qū)(車間)j相對于線路離散點(diǎn)i的服務(wù)可靠度，查閱文獻(xiàn)并借鑒相關(guān)行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，aij=P(tij≤Tij)，tij為維修工區(qū)j到線路離散點(diǎn)i的實(shí)際到達(dá)時(shí)刻，Tij為維修工區(qū)j到線路離散點(diǎn)i的規(guī)定到達(dá)時(shí)刻，服從負(fù)指數(shù)分布。

式中：ajk為綜合維修工區(qū)(車間)j關(guān)于大型維修機(jī)具k的服務(wù)可靠度，查閱文獻(xiàn)并借鑒相關(guān)行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，ajk=P(tij≤Tij)，tjk為維修機(jī)具k從維修工區(qū)j到達(dá)作業(yè)點(diǎn)的實(shí)際到達(dá)時(shí)刻，Tjk為維修機(jī)具k在維修工區(qū)j到達(dá)作業(yè)點(diǎn)的規(guī)定到達(dá)時(shí)刻，服從正態(tài)分布；K為機(jī)具總數(shù)。

綜上，該模型的目標(biāo)函數(shù)為

(1)

(2)約束條件

結(jié)合高鐵綜合維修的作業(yè)特點(diǎn)，設(shè)置以下約束條件：

①線路管轄約束，保證每段線路均有且僅有1個(gè)綜合維修工區(qū)(車間)負(fù)責(zé)管理日常“檢養(yǎng)修”工作，并且只有選址點(diǎn)j被選建立工區(qū)(車間)后才能管轄線路離散點(diǎn)i。

(2)

yij≤xj?i∈I?j∈J

(3)

②工區(qū)(車間)正常運(yùn)轉(zhuǎn)約束，保證至少有一個(gè)線路離散點(diǎn)i被j處建立的工區(qū)(車間)管轄。

(4)

③工區(qū)(車間)最大管轄范圍約束，保證管轄的線路離散點(diǎn)數(shù)量在合理的范圍內(nèi)。

(5)

④大型維修機(jī)具固定停放管轄約束，不僅保證只有選址點(diǎn)j被選建立工區(qū)(車間)后才能成為大型維修機(jī)具k的固定停放點(diǎn)，還保證每個(gè)大型維修機(jī)具k均有且僅有一個(gè)固定停放的綜合維修工區(qū)(車間)；

zjk≤xj?j∈J

(6)

(7)

⑤搶修時(shí)間約束，根據(jù)搶修時(shí)間的要求對工區(qū)(車間)設(shè)置做出的限制，確保線路故障時(shí)，負(fù)責(zé)管轄的工區(qū)(車間)能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)排除到達(dá)現(xiàn)場維修。

(8)

⑥綜合維修工區(qū)設(shè)置總數(shù)為N。

(9)

⑦兼顧計(jì)劃修和臨時(shí)搶修約束，設(shè)配備的大型維修機(jī)具總數(shù)為K，任意時(shí)刻至多有e輛大型維修機(jī)具參與緊急搶修任務(wù)，s輛大型維修機(jī)具在相應(yīng)的工區(qū)(車間)停放點(diǎn)等待天窗時(shí)間內(nèi)保障計(jì)劃性維修工作，則有

K=e+s

(10)

由于臨時(shí)性的搶修任務(wù)具有隨機(jī)性，則在相應(yīng)工區(qū)(車間)停放點(diǎn)待命的維修機(jī)具應(yīng)當(dāng)完成當(dāng)日的維修計(jì)劃，因此必須滿足

K≥e+1

(11)

即

(12)

⑧取值約束。xj，yij，zjk三者均為0-1變量；

xj∈{0,1} ?j∈J

(13)

yij∈{0,1} ?i∈I?j∈J

(14)

zjk∈{0,1} ?j∈J?k∈K

(15)

通過遺傳算法求解得到維修工區(qū)(車間)的分布與大型維修機(jī)具的配置方案后，進(jìn)一步考慮線路速度等級、管轄歸屬、地理位置、車間設(shè)置數(shù)量等因素對所求得的工區(qū)分布與維修機(jī)具配置情況進(jìn)行綜合維修段(基地)管轄劃分，得到設(shè)立綜合維修段(基地)的所有可行方案。

2.1.4 模型的求解

該模型是一個(gè)具有指數(shù)復(fù)雜度的NP問題。采用商業(yè)軟件或者分支定界法、割平面法、松弛法等方法求解該類問題雖結(jié)果較優(yōu)但耗時(shí)較長。因此，本文考慮采用遺傳算法進(jìn)行求解。

為了提高遺傳算法的求解速度，目前一部分學(xué)者是通過改進(jìn)交叉、選擇算子等方式來實(shí)現(xiàn)的[19],也有相關(guān)研究針對幾類典型的選址模型的特點(diǎn)給出了保留最優(yōu)個(gè)體等策略[20]。因此，本文在相關(guān)研究的基礎(chǔ)上結(jié)合該模型在實(shí)際求解中決策變量可達(dá)數(shù)百個(gè)等問題對傳統(tǒng)的遺傳算法進(jìn)行了改進(jìn)，即利用各決策變量之間的取值約束，篩選掉一部分不可行解，避免因其參與后續(xù)計(jì)算從而增加計(jì)算量。設(shè)有m個(gè)線路離散點(diǎn)，n個(gè)車站，k輛大型維修機(jī)具，改進(jìn)的遺傳算法具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：

Step1編碼。將染色體分為3部分，第一部分為綜合維修工區(qū)(車間)的情況，第二部分為線路被工區(qū)(車間)管轄情況，第三部分為大型維修機(jī)具的停放情況，即code={x1,x2,…,xn|y11,y12,…,y1j,…ymn|z11,z12,…,z1k,…，zjk}，每個(gè)位置隨機(jī)取值0或1，一條染色體代表一種方案。

Step2產(chǎn)生初始種群。由于某個(gè)車站沒有被選為綜合維修車間時(shí)，所有線路點(diǎn)都不會被該車站管轄，所有的大型維修機(jī)具也不會選擇此處為配置點(diǎn)。所以，若第一部分的第j個(gè)基因取值為0時(shí)(即選址點(diǎn)j沒有被選為維修工區(qū))，而位于第二部分中的第j,n+j,…,(m-1)n+j個(gè)、與第三部分中的第j,n+j,…,(k-1)n+j個(gè)基因取值為1，則該染色體為不可行解，返回第一步重新生成個(gè)體；同理，若在第二部分中的yi1,yi2,…,yij或第三部分中的zk1,zk2,…,zkj同時(shí)存在兩個(gè)及以上基因取值為1，則該染色體仍為不可行解，需返回第一步重新生成個(gè)體；重復(fù)以上步驟直至生成L個(gè)可行個(gè)體作為初始種群。

Step3計(jì)算適應(yīng)度函數(shù)。以目標(biāo)函數(shù)作為適應(yīng)度函數(shù)。

Step4精英個(gè)體保留。初始種群中適應(yīng)度函數(shù)值最大的個(gè)體保留到下一代，不參與本輪選擇、交叉與變異。

Step5選擇。采用輪盤賭的概率選擇方法。

Step6交叉與變異。采用雙點(diǎn)交叉方法，檢驗(yàn)交叉后是否滿足Step2中對于基因取值的限制，如果任何一項(xiàng)檢驗(yàn)沒通過則本次交叉操作沒有獲得可行解，種群不發(fā)生任何變化；同理，采用單點(diǎn)變異法，隨機(jī)選擇一個(gè)基因進(jìn)行0-1替換，檢驗(yàn)通過后方可成為新的變異個(gè)體加入種群，否則須一直重復(fù)該操作直至產(chǎn)生符合要求的個(gè)體形成新種群。

Step7算法終止。本文采取的遺傳算法終止條件為進(jìn)化200代。

2.2 綜合維修管理方案比選模型

對設(shè)段方案進(jìn)行比選，本文首先考慮建立評價(jià)體系，然后采用通過一定的方法對比各待選評價(jià)方案的綜合關(guān)聯(lián)度，給出相對公平客觀的比選結(jié)果。

TOPSIS方法對于解決評價(jià)指標(biāo)之間差別較小、部分指標(biāo)主觀性較強(qiáng)的方案比選問題較為有效，然而多項(xiàng)研究表明該方法在實(shí)際使用時(shí)會出現(xiàn)兩個(gè)方案正負(fù)理想解相等從而無法判斷待比選方案優(yōu)劣的問題[15]，但結(jié)合灰色關(guān)聯(lián)分析后，就可以在避免這一問題的同時(shí)更加客觀、有效地對待選方案進(jìn)行比選[16-17]。因此本文采用基于灰色關(guān)聯(lián)度分析的TOPSIS方法對綜合維修段可行設(shè)段方案進(jìn)行比選。

(1)建立評價(jià)指標(biāo)矩陣

結(jié)合高速鐵路綜合維修的管理特點(diǎn)，從人員管理、成本管理、組織管理、作業(yè)負(fù)荷4個(gè)方面考慮建立評價(jià)指標(biāo)體系。構(gòu)建a個(gè)樣本、b個(gè)評價(jià)指標(biāo)的矩陣R=[rpq]a×b，p為一級指標(biāo)，q為二級指標(biāo)。

評價(jià)指標(biāo)可分為成本型與效益型兩類，前者越大越優(yōu)而后者越小越優(yōu)。

表1 綜合維修管理設(shè)置方案評價(jià)指標(biāo)體系

其中，機(jī)關(guān)辦公用房場地?cái)?shù)以設(shè)段數(shù)衡量，每設(shè)一個(gè)段占用一個(gè)場地設(shè)機(jī)關(guān)；平均車間數(shù)、線路數(shù)相關(guān)指標(biāo)指的是各段管轄車間數(shù)量和線路離散點(diǎn)數(shù)。

按照指標(biāo)的類型，分別對各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行無量綱化處理得到矩陣Z=[zpq]a×b，然后將矩陣Z進(jìn)行歸一化處理得到矩陣Y=[ypq]a×b。

(2)計(jì)算評價(jià)指標(biāo)權(quán)重

對評價(jià)指標(biāo)矩陣進(jìn)行無量綱化和歸一化處理后，利用熵權(quán)法為評價(jià)指標(biāo)權(quán)重賦值。熵越高信息有效性越大，權(quán)重就越高。因此，可通過評價(jià)指標(biāo)q的信息熵Hq計(jì)算該指標(biāo)的權(quán)重wq。

(16)

在得出個(gè)指標(biāo)的權(quán)重后，對評價(jià)矩陣進(jìn)行修正，帶入各指標(biāo)權(quán)重得到加權(quán)評價(jià)矩陣X=(xpq)a×b=(ypq×wq)a×b。

(3)基于灰色關(guān)聯(lián)度分析的TOPSIS方法進(jìn)行方案比選

確定評價(jià)指標(biāo)的正理想解和負(fù)理想解。確定每個(gè)指標(biāo)的最大值X+和最小值X-，將效益性指標(biāo)b+將最大值作為正理想解，最小值作為負(fù)理想解；成本性指標(biāo)b-則反之，最小值為正理想解，最大值為負(fù)理想解。。

(17)

(18)

式中：ρ為分辨系數(shù)，ρ∈[0,1]，一般取值為0.5。

因此，每種方案p關(guān)于正、負(fù)理想解的關(guān)聯(lián)度為

(19)

(20)

(4)計(jì)算相對貼近度

(21)

(22)

式中：β+γ=1，且β,γ∈[0,1]，通常取β=γ=0.5。

在得到綜合管理關(guān)聯(lián)度的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步計(jì)算每種方案p的相對貼近度

(23)

τp的值越大，表示方案越接近正理想解、方案越好，反之越接近負(fù)理想解，方案越差。

綜上，采用結(jié)合不同指標(biāo)間灰色關(guān)聯(lián)度分析的TOPSIS方法對綜合維修段設(shè)置可行方案進(jìn)行比選，可以有效結(jié)合高速鐵路綜合維修管理的基本特點(diǎn)，更加客觀、直觀地篩選出最合理的高速鐵路綜合維修段的管理設(shè)置方案。

3 實(shí)例分析

3.1 案例基本情況

本文選取A鐵路局進(jìn)行實(shí)例分析，對該局內(nèi)管內(nèi)設(shè)計(jì)速度為350 km/h高速鐵路制定合理的綜合維修段設(shè)置方案。資料顯示，A局共有4條該類型的高速鐵路。其中，線路H、G為兩條跨局線路，起點(diǎn)分別為BX站和BN站；線路J、Q則均為A局完全管轄，起點(diǎn)分別為BN站、TX站，終點(diǎn)分別為T站和QH站。根據(jù)現(xiàn)場作業(yè)的經(jīng)驗(yàn)，將線路以20 km為一段進(jìn)行劃分，以線路離散點(diǎn)表示原線路。A局管內(nèi)速度350 km/h線路、線路離散點(diǎn)與車站位置示意見圖1。

目前，A局管內(nèi)速度350 km/h高速鐵路網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施維修的管理是按照傳統(tǒng)模式，按專業(yè)進(jìn)行分工的?，F(xiàn)有管理方案具體情況見表2。

即A局管內(nèi)速度350 km/h高鐵網(wǎng)，按專業(yè)分別對高速鐵路各項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行管理，除工務(wù)專業(yè)成立單獨(dú)的高鐵段外其余專業(yè)均與普速鐵路混合管理，各車間分布在9個(gè)維修段內(nèi)；同一線路點(diǎn)單次檢養(yǎng)修作業(yè)至少需要3個(gè)單位協(xié)助完成，G3、G5、T、Q4處同時(shí)存在3個(gè)專業(yè)的車間，各車間的管轄范圍按照管理設(shè)備劃分，互不相同；大型維修機(jī)輛由各段分別管理、調(diào)配與使用。

3.2 車間設(shè)置與大型維修機(jī)械配置方案

由于A局內(nèi)速度350 km/h高速鐵路線路數(shù)量多、里程長，需要設(shè)置的工區(qū)較多，因此，本文僅求解車間的設(shè)置數(shù)量、位置以及大型維修機(jī)具的配置情況。

該局目前管內(nèi)速度350 km/h線路長度為1 257.5 km，共配置大型維修機(jī)具11臺?，F(xiàn)有較為先進(jìn)的高速鐵路綜合維修段中，綜合維修車間管轄范圍均在180～200 km。按照該標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行初步估算，A局管內(nèi)速度350 km/h高速鐵路需要設(shè)置7～8個(gè)綜合維修車間較為合適，因此取車間總數(shù)N=7或8，大型維修機(jī)具配置數(shù)量K=11作為參數(shù)帶入模型，采用Matlab軟件進(jìn)行計(jì)算，其結(jié)果對比見表3。

圖1 A局內(nèi)速度350 km/h高鐵線路及車站分布情況

表2 A局速度350 km/h高鐵線路網(wǎng)現(xiàn)有維修管理方案

表3 不同車間數(shù)情況下車間設(shè)置計(jì)算結(jié)果對比

由于設(shè)置7個(gè)車間時(shí)線路J上的線路離散點(diǎn)完全由不在該線路上的TX站管轄，實(shí)際操作困難，且設(shè)置7個(gè)車間時(shí)服務(wù)可靠度更小，因此本文選擇設(shè)置8個(gè)車間時(shí)的結(jié)果作為該局速度350 km/h線路車間設(shè)置方案。該方案求解時(shí)迭代進(jìn)程見圖2，由圖2可知，迭代至第70代左右時(shí)結(jié)果基本穩(wěn)定，此時(shí)最大服務(wù)可靠度為0.243 66。

圖2 最優(yōu)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)化結(jié)果

因此，A局管內(nèi)速度350 km/h線路的綜合維修車間與大型機(jī)具配置方案為：共設(shè)置綜合維修車間8個(gè)，配置大型檢修機(jī)具11輛，其中同一時(shí)刻最多可有3輛大型維修機(jī)具參與緊急任務(wù)搶修，路網(wǎng)服務(wù)可靠度為0.243 66。各車間具體位置、管轄離散線路點(diǎn)以及大型檢修機(jī)具的具體配置位置情況見表4。

3.3 綜合維修管理可行方案比選

綜合維修段管理設(shè)置方案分為兩種：一種是綜合維修段負(fù)責(zé)全部級別的基礎(chǔ)設(shè)施“檢養(yǎng)修”工作，除各基本作業(yè)車間外，各段還單獨(dú)設(shè)立負(fù)責(zé)大型維修的大修車間并管理固定停放在個(gè)作業(yè)車間的大型維修機(jī)具；另一種是成立大修段，綜合維修段僅負(fù)責(zé)中修及以下的維修工作和全部檢查養(yǎng)護(hù)工作，而大修段專門負(fù)責(zé)各項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施的大修及大型維修機(jī)具的管理與使用工作，大修段各作業(yè)車間與綜合維修段作業(yè)車間共用場地。

表4 車間設(shè)置與大型維修機(jī)械配置方案

由于本文選取的實(shí)例均為A局管內(nèi)速度350 km/h線路，在綜合維修段管理設(shè)置方案的兩種思路下，根據(jù)上文中得到的綜合維修車間設(shè)置與大型維修機(jī)具配置方案，按線路分布、地理位置和各段所轄車間數(shù)量進(jìn)行劃分，可以得到表5所示的4種綜合維修管理可行方案。

按照表1的評價(jià)指標(biāo)體系，采集包括現(xiàn)有管理方案在內(nèi)的所有可行方案的指標(biāo)值，對每個(gè)方案的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行歸一化處理并計(jì)算熵權(quán)值作為各指標(biāo)權(quán)值，見表5。

根據(jù)表7的結(jié)果，可得出以下結(jié)論：

與現(xiàn)有方案相比，除方案F2外其他方案的相對貼近度均大于現(xiàn)有管理方案，即綜合維修模式下的高速鐵路維修管理方案相對于按專業(yè)分工的傳統(tǒng)管理方案更優(yōu)。

而在各可行的綜合維修管理方案中，方案F1的相對貼近度最高，在4個(gè)方案中評價(jià)最好。即針對A局350 km/h高速鐵路網(wǎng)，僅設(shè)立1個(gè)綜合維修段，除負(fù)責(zé)行政管理的職能科室以外，該段設(shè)1個(gè)大修車間負(fù)責(zé)大修工作和大型維修機(jī)具的管理使用，設(shè)8個(gè)綜合維修車間負(fù)責(zé)日常的基礎(chǔ)設(shè)施“檢養(yǎng)修”工作，分別位于G3、G5、G9、H1、H3、T、TX、Q4處，大型維修機(jī)具統(tǒng)一管理分散停放在各維修車間，除G5、T、TX處固定停放兩輛大型維修機(jī)輛外，其余車間均固定停放一輛大型維修機(jī)輛。

表5 A局速度350 km/h高速鐵路線路網(wǎng)綜合維修管理可行方案

表6 各指標(biāo)權(quán)值

表7 各方案相對貼近度

方案F1與現(xiàn)有方案相比，單次作業(yè)涉及的相關(guān)單位由至少3個(gè)減少為至少1個(gè)；各專業(yè)不再按專業(yè)設(shè)備各自劃分工區(qū)管轄范圍，而在統(tǒng)一劃分的車間內(nèi)共同作業(yè)，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的綜合管理，配合程度高；由于綜合維修管理方案中僅設(shè)置一個(gè)綜合維修段，因此機(jī)關(guān)行政管理人員、職能人員規(guī)模較現(xiàn)有方案大幅壓縮，從而使得綜合維修方案中生產(chǎn)作業(yè)人員比率提高、辦公生活用房和占地減少。

綜上，針對A局管內(nèi)速度350 km/h高速鐵路網(wǎng)得出的綜合維修方案不僅直觀地體現(xiàn)了綜合維修管理模式在高速鐵路基礎(chǔ)設(shè)施檢養(yǎng)修工作中的優(yōu)勢，也驗(yàn)證了綜合維修管理方案制定方法的有效性。

4 結(jié)束語

隨著我國高鐵路網(wǎng)日益完善，工務(wù)、供電、電務(wù)專業(yè)融合的綜合維修管理模式提高了高鐵基礎(chǔ)設(shè)施檢養(yǎng)修工作的效率與質(zhì)量，充分保障了列車開行密度較高的高鐵行車安全。本文在綜合維修管理模式研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合作業(yè)特點(diǎn)和管理特點(diǎn)，從生產(chǎn)與管理兩個(gè)角度對綜合維修段的確定方法進(jìn)行了研究，既能夠一次性得出工區(qū)(車間)等基本生產(chǎn)單位的具體設(shè)置數(shù)量、位置以及大型維修機(jī)具的配置數(shù)量及合理停放位置，又實(shí)現(xiàn)了從人員管理、生產(chǎn)生活用房、組織結(jié)構(gòu)、作業(yè)負(fù)荷等多個(gè)管理因素角度對綜合維修段方案進(jìn)行客觀篩選。為未來研究不同速度等級鐵路混合的鐵路網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施綜合維修的可行性與管理方案的設(shè)置方法、基礎(chǔ)設(shè)施綜合維修機(jī)構(gòu)間職能的進(jìn)一步劃分，以及未來基礎(chǔ)設(shè)施綜合維修管理體制的改進(jìn)均提供了參考。