楊宏圖，孫鵬舉，姜昕良

（1.中國國家鐵路集團(tuán)有限公司 工程管理中心，北京 100844；2.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；3.中國國家鐵路集團(tuán)有限公司 鐵路基礎(chǔ)設(shè)施檢測中心，北京 100081）

1 概況

我國高速鐵路動態(tài)驗(yàn)收包括聯(lián)調(diào)聯(lián)試（動態(tài)檢測）和運(yùn)行試驗(yàn)2個(gè)階段的工作，運(yùn)行試驗(yàn)是在聯(lián)調(diào)聯(lián)試完成后，通過運(yùn)行圖參數(shù)測試、故障模擬、應(yīng)急救援演練、模擬列車運(yùn)行圖行車，檢驗(yàn)高速鐵路各子系統(tǒng)和整體系統(tǒng)在正常與非正常條件下的適應(yīng)性，以及在設(shè)備故障、突發(fā)事件和自然災(zāi)害條件下的應(yīng)急處理能力，驗(yàn)證是否符合運(yùn)營要求。

2008年，京津城際鐵路開通前首次開展了運(yùn)行試驗(yàn)。十多年來，通過持續(xù)優(yōu)化測試技術(shù)、管理模式及作業(yè)組織，形成了較為完整的運(yùn)行試驗(yàn)技術(shù)體系。截至2021年底，我國已經(jīng)開展了160多個(gè)高速鐵路建設(shè)項(xiàng)目、超過4萬km正線里程的運(yùn)行試驗(yàn)工作，為高速鐵路高質(zhì)量開通提供了有力支撐。

2 運(yùn)行試驗(yàn)發(fā)展現(xiàn)狀

依據(jù)TB 10761—2013《高速鐵路工程動態(tài)驗(yàn)收技術(shù)規(guī)范》［1］和Q/CR 472—2015《高速鐵路聯(lián)調(diào)聯(lián)試及運(yùn)行試驗(yàn)技術(shù)規(guī)范》［2］，運(yùn)行試驗(yàn)內(nèi)容主要包括運(yùn)行圖參數(shù)測試、故障模擬、應(yīng)急救援演練和按圖行車4個(gè)部分?，F(xiàn)場組織實(shí)施時(shí)，故障模擬、應(yīng)急救援演練通常結(jié)合開展。

2.1 運(yùn)行圖參數(shù)測試

2.1.1 測試項(xiàng)目

測試項(xiàng)目包含標(biāo)尺、追蹤間隔、中間站間隔、始發(fā)站間隔等4類11項(xiàng)內(nèi)容［3］，主要驗(yàn)證列車運(yùn)行時(shí)分和各種時(shí)間間隔是否符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和設(shè)計(jì)文件要求，為列車運(yùn)行圖編制、調(diào)度指揮調(diào)整提供標(biāo)尺和依據(jù)。具體測試項(xiàng)目見表1。

表1 運(yùn)行圖參數(shù)測試項(xiàng)目

2.1.2 測試方法與測試技術(shù)

測試方法主要包括編制試驗(yàn)方案、組織試驗(yàn)列車運(yùn)行、采集試驗(yàn)數(shù)據(jù)、分析輸出參數(shù)指標(biāo)等（見圖1）。

圖1 運(yùn)行圖參數(shù)測試方法

（1）方案編制。運(yùn)行圖參數(shù)測試方案主要包括當(dāng)日測試項(xiàng)目、試驗(yàn)列車運(yùn)行交路、試驗(yàn)列車停站及股道、測試配合要求、列車運(yùn)行示意圖等內(nèi)容。方案編制時(shí)需重點(diǎn)對測試車站進(jìn)行研究和比選，代表性車站應(yīng)考慮車站相鄰區(qū)段列車加速或制動距離內(nèi)的坡度、分相區(qū)設(shè)置、閉塞分區(qū)長度，以及車站咽喉長度、到發(fā)線數(shù)量、進(jìn)路排列組合方式、道岔型號等影響因素，結(jié)合計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算結(jié)果進(jìn)行選擇。運(yùn)行圖參數(shù)方案編制見圖2。

圖2 運(yùn)行圖參數(shù)方案編制

（2）列車運(yùn)行。一般采用不少于2組試驗(yàn)列車進(jìn)行測試，測試時(shí)需保證下列運(yùn)行條件：一是列車按照試驗(yàn)方案確定的時(shí)間間隔或信號條件發(fā)車，需要列車調(diào)度員或車站值班員、動車組司機(jī)、檢測單位人員協(xié)調(diào)配合，確保發(fā)車間隔卡控到位。二是列車在區(qū)間運(yùn)行及降速階段，均按ATP允許速度曲線貼線運(yùn)行，確保各測試場景試驗(yàn)尺度的一致性。運(yùn)行圖參數(shù)及列車運(yùn)行示例見圖3。

圖3 運(yùn)行圖參數(shù)及列車運(yùn)行示例

（3）數(shù)據(jù)采集。需要通過列車運(yùn)行數(shù)據(jù)采集設(shè)備獲取測試列車位置、實(shí)際速度值、時(shí)刻、里程、加速度等信息。我國高速鐵路運(yùn)行試驗(yàn)起步階段，數(shù)據(jù)采集主要采用秒表-人工記錄方式，經(jīng)過3次技術(shù)和設(shè)備研發(fā)提升，目前利用北斗衛(wèi)星定位和車載TAX接口2種方式獲取列車運(yùn)行數(shù)據(jù)信息，在數(shù)據(jù)監(jiān)控模塊同步繪制列車運(yùn)行曲線，實(shí)時(shí)分析多組列車運(yùn)行間隔時(shí)間。運(yùn)行圖參數(shù)數(shù)據(jù)采集與分析見圖4。

圖4 運(yùn)行圖參數(shù)數(shù)據(jù)采集與分析

（4）數(shù)據(jù)分析。研發(fā)了運(yùn)行圖參數(shù)數(shù)據(jù)解析系統(tǒng)，自動計(jì)算運(yùn)行圖參數(shù)指標(biāo)，按工程設(shè)計(jì)文件及現(xiàn)行TB 10621—2014《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行評價(jià)。運(yùn)行圖參數(shù)測試結(jié)果計(jì)算方法見表2。

表2 運(yùn)行圖參數(shù)測試結(jié)果計(jì)算方法

2.2 故障模擬和應(yīng)急救援演練

2.2.1 測試項(xiàng)目

通過實(shí)設(shè)或模擬設(shè)置設(shè)備故障、突發(fā)事件和自然災(zāi)害等典型場景，驗(yàn)證各子系統(tǒng)和整體系統(tǒng)的應(yīng)急響應(yīng)與運(yùn)營人員處置能力。測試項(xiàng)目在TB 10761—2013《高速鐵路工程動態(tài)驗(yàn)收技術(shù)規(guī)范》和Q/CR 472—2015《高速鐵路聯(lián)調(diào)聯(lián)試及運(yùn)行試驗(yàn)技術(shù)規(guī)范》的基礎(chǔ)上，根據(jù)現(xiàn)場運(yùn)營實(shí)踐和需要，逐步完善構(gòu)建了高速鐵路故障模擬和應(yīng)急救援演練場景庫，目前涵蓋9類共84個(gè)演練場景?；诟咚勹F路設(shè)備更新與事件類別的增加，場景庫還將持續(xù)進(jìn)行補(bǔ)充與優(yōu)化。故障模擬機(jī)應(yīng)急救援演練場景集見圖5。

圖5 故障模擬機(jī)應(yīng)急救援演練場景集

2.2.2 方法與技術(shù)

主要通過編制與推演場景、實(shí)車實(shí)景演練、應(yīng)急響應(yīng)過程評價(jià)的步驟和方法開展模擬演練。

（1）編制與推演場景。根據(jù)高速鐵路設(shè)備類型、功能與聯(lián)動關(guān)系、應(yīng)急響應(yīng)作業(yè)規(guī)則，運(yùn)用計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)、牽引制動與列車控制模擬技術(shù)、關(guān)聯(lián)崗位仿真技術(shù)，研發(fā)高速鐵路定制化或標(biāo)準(zhǔn)化區(qū)段的演練場景編輯與動態(tài)推演系統(tǒng)。運(yùn)用該系統(tǒng)對演練場景進(jìn)行模擬，結(jié)合《高速鐵路技術(shù)管理規(guī)程》及相關(guān)應(yīng)急處置辦法，形成不同場景工況條件下的細(xì)化處置流程［4］。故障模擬機(jī)應(yīng)急救援演練場景編輯見圖6。

圖6 故障模擬機(jī)應(yīng)急救援演練場景編輯

（2）實(shí)車實(shí)景演練?；谑录愋?、事件地點(diǎn)、事發(fā)時(shí)間、事件觸發(fā)條件、事件恢復(fù)條件、列車運(yùn)行計(jì)劃等場景要素，設(shè)計(jì)演練方案并組織研討確認(rèn)。演練實(shí)施時(shí)，現(xiàn)場真實(shí)操作設(shè)施設(shè)備，完成信息傳遞、列車扣停、人員上道、應(yīng)急處置、救援疏散、恢復(fù)運(yùn)行等應(yīng)急處置工作。高速鐵路演練現(xiàn)場見圖7。

圖7 高速鐵路演練現(xiàn)場

（3）應(yīng)急響應(yīng)過程評價(jià)。利用德爾菲法、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、標(biāo)度法、模糊評價(jià)法、等頻分箱法等方法，構(gòu)建定量化高速鐵路應(yīng)急演練評價(jià)模型，通過輸入現(xiàn)場場景演練的規(guī)范性、協(xié)作性、時(shí)效性、崗位性、預(yù)知性等評價(jià)指標(biāo)值，計(jì)算演練得分，評價(jià)演練效果等級。改變原有紙質(zhì)化記錄模式，研發(fā)演練評價(jià)系統(tǒng)，依據(jù)場景庫構(gòu)建評價(jià)數(shù)據(jù)庫，供場景演練期間調(diào)取，系統(tǒng)可記錄作業(yè)崗位、作業(yè)時(shí)刻、操作項(xiàng)點(diǎn)、作業(yè)問題，并滿足錄音錄像、語音識別的記錄需求，具備多崗位測試數(shù)據(jù)共享、自動計(jì)算評價(jià)得分等功能。高速鐵路演練評價(jià)方法與評價(jià)系統(tǒng)見圖8。

圖8 高速鐵路演練評價(jià)方法與評價(jià)系統(tǒng)

2.3 按圖行車試驗(yàn)

主要對高速鐵路各子系統(tǒng)和整體系統(tǒng)的穩(wěn)定性及能力，以及運(yùn)營人員實(shí)作進(jìn)行考驗(yàn)，使高速鐵路系統(tǒng)全面滿足運(yùn)營要求。

2.3.1 測試項(xiàng)目

基于列車運(yùn)行里程、列車正晚點(diǎn)、設(shè)備故障信息，對列車正點(diǎn)率、設(shè)備故障率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。其中列車運(yùn)行里程、列車正晚點(diǎn)信息通過基本運(yùn)行圖、日計(jì)劃運(yùn)行圖、實(shí)績運(yùn)行圖進(jìn)行比對統(tǒng)計(jì)，并記錄實(shí)際發(fā)生的行車設(shè)備故障情況。

2.3.2 測試方法

根據(jù)運(yùn)營初期基本運(yùn)行圖或運(yùn)行試驗(yàn)基本運(yùn)行圖，按圖行車試驗(yàn)一般分為抽線按圖行車和滿圖按圖行車試驗(yàn)階段。試驗(yàn)期間，按照運(yùn)營各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)章，組織開行列車、模擬辦理業(yè)務(wù)、進(jìn)行設(shè)備檢修及應(yīng)急處置等工作。

3 面臨的挑戰(zhàn)及未來發(fā)展趨勢

3.1 面臨的挑戰(zhàn)

3.1.1 運(yùn)行圖參數(shù)測試

（1）對測試數(shù)據(jù)的深入挖掘和分析。運(yùn)行圖參數(shù)測試受線路曲線及坡度、分相區(qū)設(shè)置、信號列控設(shè)備、咽喉區(qū)長度、進(jìn)路排列時(shí)間、牽引供電性能、列車運(yùn)行速度、動車組性能、司機(jī)操作等諸多因素影響，涵蓋固定設(shè)備、移動設(shè)備、人的因素等多個(gè)方面。目前，還沒有建立分析判別各方面因素對測試結(jié)果影響貢獻(xiàn)率的數(shù)學(xué)模型，在項(xiàng)目的某運(yùn)行圖參數(shù)指標(biāo)測試結(jié)果較評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)存在偏差時(shí)，準(zhǔn)確分析固定設(shè)備主要影響因素還存在難度［5］。

（2）測試樣本。受到發(fā)線長度、應(yīng)答器與停車標(biāo)位置、列車進(jìn)路信息、聯(lián)鎖設(shè)置等因素影響，列車在同一車站不同股道接發(fā)的技術(shù)作業(yè)時(shí)間也存在不同程度差異，故不同股道的起停車附加時(shí)分和不同股道組合條件下的車站間隔時(shí)間、追蹤間隔時(shí)間不盡相同。目前，僅針對車站典型股道及股道組合條件進(jìn)行測試，測試樣本不夠豐富，測試精細(xì)化水平還有待提高。

（3）運(yùn)行圖編制應(yīng)用。運(yùn)行圖參數(shù)測試中要求試驗(yàn)列車按ATP曲線貼線運(yùn)行，為驗(yàn)證工程設(shè)計(jì)，需要在保證行車安全的基礎(chǔ)上，盡可能反映設(shè)備的極限能力。實(shí)際編制開通運(yùn)營后的列車運(yùn)行圖時(shí)，一般要考慮一定冗余，使得新建項(xiàng)目開通前運(yùn)行圖參數(shù)測試時(shí)得到的運(yùn)行圖標(biāo)尺及間隔時(shí)間，與運(yùn)營后的運(yùn)行圖標(biāo)尺及間隔時(shí)間存在一定差異。

3.1.2 故障模擬及應(yīng)急救援演練

（1）應(yīng)急能力評估。故障模擬及應(yīng)急救援演練是評價(jià)各子系統(tǒng)和整體系統(tǒng)應(yīng)急響應(yīng)能力，以及運(yùn)營人員處置能力的重要手段，既涉及運(yùn)營人員的信息通報(bào)、應(yīng)急處置等作業(yè)水平，也與設(shè)備的應(yīng)急響應(yīng)功能與性能、救援設(shè)備設(shè)施位置、維修基地布局、路外救援力量到達(dá)能力等密切相關(guān)。目前，模擬演練評價(jià)模型和評價(jià)系統(tǒng)考慮運(yùn)營人員處置因素較多，對非人員因素和鐵路外部相關(guān)系統(tǒng)的應(yīng)急能力考慮不足。例如，動車組在運(yùn)行中發(fā)生火災(zāi)場景，應(yīng)在評價(jià)人員作業(yè)規(guī)范、協(xié)作、時(shí)效水平的基礎(chǔ)上，增加對旅客安全疏散工況條件、路外消防與醫(yī)療隊(duì)伍有效時(shí)間內(nèi)可達(dá)性的檢驗(yàn)。

（2）演練場景設(shè)計(jì)。近年來自然災(zāi)害頻繁發(fā)生、外部環(huán)境愈發(fā)復(fù)雜，事故呈現(xiàn)多樣性和復(fù)雜性，為更有針對性的驗(yàn)證某一新建項(xiàng)目應(yīng)急救援能力，應(yīng)結(jié)合具體線路工程特點(diǎn)、運(yùn)行環(huán)境及社會資源，在對致災(zāi)原理、演化過程及事故后果的前置分析基礎(chǔ)上開展演練場景設(shè)計(jì)。目前，演練場景設(shè)計(jì)與線路屬地化特點(diǎn)的結(jié)合較少，需進(jìn)一步提升演練針對性。

3.1.3 按圖行車試驗(yàn)

（1）評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范，按圖行車試驗(yàn)對列車運(yùn)行相關(guān)信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并計(jì)算列車正點(diǎn)率、設(shè)備故障率等指標(biāo)，但沒有相應(yīng)的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。目前，現(xiàn)行規(guī)范還沒有明確某項(xiàng)目在1個(gè)按圖行車試驗(yàn)時(shí)間周期內(nèi)，列車正點(diǎn)率下限及設(shè)備故障率上限，同時(shí)也缺少對應(yīng)的整改要求［6］。

（2）試驗(yàn)時(shí)間安排。按圖行車試驗(yàn)安排在新線開通前最后一個(gè)階段開展，若建立評判標(biāo)準(zhǔn)、明確整改要求，則在項(xiàng)目指導(dǎo)性施工組織設(shè)計(jì)和驗(yàn)收計(jì)劃安排中需要預(yù)留充分的試驗(yàn)時(shí)間。

3.2 未來發(fā)展趨勢

3.2.1 運(yùn)行圖參數(shù)測試

（1）研究剔除不同型號移動設(shè)備性能差異和人為操作因素影響的測試方法，充分體現(xiàn)對固定設(shè)備能力的檢驗(yàn)。同時(shí)，基于開通運(yùn)營規(guī)章制度和作業(yè)工況，構(gòu)建運(yùn)行圖參數(shù)測試數(shù)據(jù)二次應(yīng)用分析模型，以實(shí)測貼線運(yùn)行列車運(yùn)行速度-里程曲線為基礎(chǔ)，研究測試區(qū)段列車加速、恒速、減速階段操縱冗余差值，疊加生成適用于運(yùn)營后動車組司機(jī)實(shí)際操作的列車運(yùn)行曲線，通過實(shí)車驗(yàn)證，為運(yùn)營后列車運(yùn)行圖編制提供有效參考。

（2）對于到發(fā)線數(shù)量較少的車站，可進(jìn)行遍歷測試。對于到發(fā)線數(shù)量較多的車站，為了在一定的測試時(shí)間內(nèi)完成測試工作，在完成“最難”“最易”“一般”典型股道測試的基礎(chǔ)上，提取列車牽引制動、進(jìn)路自動觸發(fā)輪詢間隔、地面及車載列控系統(tǒng)作業(yè)時(shí)間等數(shù)據(jù)信息，運(yùn)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)計(jì)算其他股道運(yùn)用方案條件下運(yùn)行圖各參數(shù)數(shù)值。

（3）進(jìn)一步強(qiáng)化列車運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集與解析。在現(xiàn)有采集方法的基礎(chǔ)上，增加對允許速度、碼序、坡度、起模點(diǎn)、車載模式等數(shù)據(jù)的獲取。研究采用定制化視頻數(shù)據(jù)采集儀，研發(fā)基于動車組DMI數(shù)據(jù)顯示的動態(tài)智能識別系統(tǒng)，通過DMI顯示信息的預(yù)處理、信息定位、元素分割、特征提取與智能識別等過程，實(shí)現(xiàn)自動解析功能，輸出列車運(yùn)行數(shù)據(jù)?；贒MI數(shù)據(jù)顯示的動態(tài)識別系統(tǒng)見圖9。

圖9 基于DMI數(shù)據(jù)顯示的動態(tài)識別系統(tǒng)

3.2.2 故障模擬及應(yīng)急救援演練

（1）研究運(yùn)用高速鐵路突發(fā)事件情景構(gòu)建技術(shù)。結(jié)合具體線路工程特點(diǎn)、運(yùn)行環(huán)境及社會資源，攻克致災(zāi)原理、演化過程、事故后果等突發(fā)事件全景化仿真技術(shù)，構(gòu)建高速鐵路突發(fā)事件動態(tài)仿真模擬系統(tǒng)，對事件的發(fā)生、擴(kuò)大、控制、恢復(fù)階段進(jìn)行可視化展現(xiàn)及演練復(fù)盤，對演練實(shí)施有效性、整改與能力完善提供技術(shù)支持［7］。

（2）運(yùn)用計(jì)算機(jī)模擬對事件的影響、災(zāi)害的演化、評價(jià)指標(biāo)參數(shù)的確定提供技術(shù)支持。例如動車組在高架橋發(fā)生火災(zāi)，通過建立FDS火災(zāi)數(shù)值模擬分析模型［8］，確定煙氣濃度、氧氣含量、火災(zāi)溫度、毒氣含量等指標(biāo)的擴(kuò)散或發(fā)展速率，并通過模擬防火隔斷門開閉狀態(tài)及不同旅客成員結(jié)構(gòu)等條件，分析可用疏散時(shí)間、必需疏散時(shí)間，提出基于人員安全的評價(jià)指標(biāo)參數(shù)。

3.2.3 按圖行車試驗(yàn)

研究建立按圖行車試驗(yàn)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，并納入高速鐵路動態(tài)驗(yàn)收技術(shù)規(guī)范。建議以7 d滿圖按圖行車為1個(gè)評價(jià)周期，采用滑動平均法順序逐期增減新舊列車運(yùn)行數(shù)量、列車運(yùn)行里程、列車正晚點(diǎn)、設(shè)備故障等數(shù)據(jù)，計(jì)算列車運(yùn)行正點(diǎn)率、設(shè)備故障率的移動平均值。在1個(gè)評價(jià)周期內(nèi)，滿圖按圖行車列車運(yùn)行正點(diǎn)率、設(shè)備故障率應(yīng)滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

（1）按圖行車試驗(yàn)列車運(yùn)行正點(diǎn)率。始發(fā)或終到晚點(diǎn)認(rèn)定可參照中國國家鐵路集團(tuán)有限公司相關(guān)統(tǒng)計(jì)規(guī)則，評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)可參考GB/T 25341—2019《鐵路旅客運(yùn)輸服務(wù)質(zhì)量》，正點(diǎn)率宜不低于95%，計(jì)算方法如下［9］：

式中：T為按圖行車試驗(yàn)列車正點(diǎn)率；ai為按圖行車試驗(yàn)第i個(gè)滿圖行車日的正點(diǎn)運(yùn)行列車數(shù)量；bi為按圖行車試驗(yàn)第i個(gè)滿圖行車日的實(shí)際開行列車數(shù)量；ci為按圖行車試驗(yàn)第i個(gè)滿圖行車日開行評估、檢查等非按圖行車試驗(yàn)的列車數(shù)量。

（2）按圖行車試驗(yàn)設(shè)備故障率。參考?xì)v史測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)構(gòu)建概率分布函數(shù)，設(shè)備故障率不宜高于1次/萬列公里，計(jì)算方法如下：

式中：F為按圖行車試驗(yàn)設(shè)備故障率；fi為按圖行車試驗(yàn)第i個(gè)滿圖行車日行車設(shè)備故障次數(shù)；ki為按圖行車試驗(yàn)第i個(gè)滿圖行車日列車運(yùn)行總里程數(shù)，萬列公里；li為按圖行車試驗(yàn)第i個(gè)滿圖行車日開行評估、檢查等非按圖行車試驗(yàn)列車的運(yùn)行總里程數(shù)，萬列公里。

4 結(jié)束語

運(yùn)行試驗(yàn)是銜接工程建設(shè)與開通運(yùn)營的重要階段，是對高速鐵路整體系統(tǒng)行車組織、客運(yùn)服務(wù)以及應(yīng)急救援等進(jìn)行綜合檢驗(yàn)的必要手段。我國鐵路已進(jìn)入高質(zhì)量發(fā)展階段，開通運(yùn)營前高質(zhì)量組織運(yùn)行試驗(yàn)也面臨著更高的要求和挑戰(zhàn)，后續(xù)應(yīng)在細(xì)化測試內(nèi)容、豐富測試場景、發(fā)展測試技術(shù)、完善評價(jià)體系和深入挖掘數(shù)據(jù)等方面持續(xù)開展工作［9-10］。