呂漢生

（南寧軌道交通運營有限公司，廣西 南寧 530000）

0 引言

城市軌道是城市運輸系統(tǒng)的重要組成部分，需承載城市的巨大客流量，因此對其的運營和管理工作十分煩瑣。其中，乘務(wù)排班是城市軌道運營管理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，也是乘務(wù)管理的起點和難點。由于軌道交通量大、交叉線路變化較大、運營時間密集，旅客列車駕駛員面對的運輸工作強(qiáng)度高、持續(xù)時間長、工作量大，因此合理調(diào)度駕駛員的工作時間、值乘方式、人員調(diào)配是保證列車安全、有效運行的關(guān)鍵。隨著城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)日趨復(fù)雜，以往的手工調(diào)度方法已經(jīng)不能適應(yīng)高水平的運營要求，實現(xiàn)乘務(wù)排班的自動化、智能化已經(jīng)是一種必然的發(fā)展方向。

1 全自動運行系統(tǒng)的優(yōu)點分析

軌道交通全自動運行（Fully Automatic Operation，F(xiàn)AO）是以現(xiàn)代計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)和系統(tǒng)綜合技術(shù)為基礎(chǔ)，使城市軌道系統(tǒng)在整個運行過程中的自動化程度得到提高的模式，是目前世界上普遍認(rèn)可的以通信為基礎(chǔ)的城市軌道運行控制（Communication Based Train Control，CBTC）系 統(tǒng)的發(fā)展趨勢[1]。

與常規(guī)CBTC 系統(tǒng)相比，F(xiàn)AO 系統(tǒng)有以下幾個特點：第一，自動化程度高，多專業(yè)系統(tǒng)整合程度高，多系統(tǒng)有效聯(lián)動，可對列車的運營進(jìn)行全方位的監(jiān)測，對旅客進(jìn)行全方位的管理；第二，冗余度充足，能夠確保系統(tǒng)的高可用性能；第三，能夠與傳統(tǒng)的行駛方式完美地相容。我國的信號、綜合監(jiān)控、車輛等關(guān)鍵技術(shù)已實現(xiàn)國產(chǎn)化和自主化，已具備自主研制FAO 技術(shù)的能力，國內(nèi)的FAO 技術(shù)也已基本形成。在新一輪的建設(shè)中，我國具備大力發(fā)展自主化FAO 系統(tǒng)，加快自主式FAO 技術(shù)研制的實力，未來將實現(xiàn)與世界先進(jìn)水平的接軌。

2 城市軌道交通全自動運行線路乘務(wù)管理方面存在的問題分析

2.1 城市軌道乘務(wù)排班難度高

通常，城市軌道企業(yè)的調(diào)度程序是：依據(jù)現(xiàn)行的運行圖推導(dǎo)列車開行區(qū)間、時刻等相關(guān)資料，由人工將之拆分成乘務(wù)輪值表，再根據(jù)輪值表編制乘務(wù)排班母表，最后以排班母表為基礎(chǔ)對乘務(wù)組進(jìn)行輪值分配，形成最終的排班表。這種全人工流程主要存在三大問題：

第一，排班效率低：乘務(wù)排班作業(yè)規(guī)律繁雜、工作量大，人工作業(yè)效率較低，起碼要花一星期的時間，人力及時間成本較高。

第二，調(diào)整難度大：遇到列車故障、乘務(wù)員臨時請假等緊急情況，難以迅速調(diào)整調(diào)度方案，會降低運行管理效能。

2.2 突發(fā)事件處理低效問題

在非全自動運行線路上，駕駛員不但要承擔(dān)駕駛工作，還要在緊急情況下承擔(dān)起處理突發(fā)事件的責(zé)任。列車發(fā)生事故后，駕駛員應(yīng)按故障處理準(zhǔn)則進(jìn)行處理，確保行車安全。當(dāng)列車發(fā)生火災(zāi)、疏散、救援等非正常運行情況時，駕駛員還要擔(dān)當(dāng)安全員角色，在最短的時間內(nèi)對現(xiàn)場情況進(jìn)行核實，并引導(dǎo)旅客交通疏散。在全自動運行線路上，如果列車的各個子系統(tǒng)或者關(guān)鍵部件出現(xiàn)了問題，沒有駕駛員及時處理，會導(dǎo)致事故處理不及時，使事故蔓延。

2.3 指標(biāo)考核難問題

相對于非全自動化操作，全自動運行系統(tǒng)的RAMS 指標(biāo)要求更高。但是從管理的角度來考慮，全自動運行系統(tǒng)的RAMS 指標(biāo)不能與營運指標(biāo)相提并論，裝置故障指標(biāo)也不能與營運遲點指標(biāo)相提并論。一般情況下，合同文件通常僅會基于設(shè)備RAMS 指標(biāo)提出約束考核，而不會考慮到運行績效的限制，這就造成生產(chǎn)企業(yè)在運行過程中很難按照運行情況進(jìn)行評價。

2.4 運營培訓(xùn)難度大

全自動運行系統(tǒng)具有全新的設(shè)計理念，其設(shè)備功能和工作結(jié)構(gòu)都與常規(guī)的操作方式有所不同[2]。自動化操作對操作工人的職業(yè)素質(zhì)要求較高，“一崗多能”是其必備的條件，這便一定程度上提高了運營培訓(xùn)難度。

3 城市軌道交通全自動運行線路的乘務(wù)管理創(chuàng)新研究

傳統(tǒng)的城市軌道列車乘務(wù)系統(tǒng)架構(gòu)是以乘務(wù)經(jīng)理、乘務(wù)主管、乘務(wù)組長及班組員工為單位，按照等級劃分。在UTO-Crew 階段，乘務(wù)管理新模式構(gòu)架打破了原有的班組層級模式，乘務(wù)構(gòu)架由逐級管理向扁平化管理轉(zhuǎn)型，如圖1 所示。

圖1 全自動運行下的乘務(wù)管理組織架構(gòu)

3.1 多職能列車控制

3.1.1 多職能列車控制模式

列車控制簡稱列控。在列車運行過程中，傳統(tǒng)的列控方式是由駕駛員對電動列車進(jìn)行人工控制，主要包括進(jìn)出庫、正線運行、站臺開關(guān)門、折返等操作。在UTO-Crew 期，駕駛員的工作責(zé)任由駕駛電力機(jī)車轉(zhuǎn)向僅監(jiān)控全自動化列車，同時要承擔(dān)全自動列車在故障情況下降級運行的應(yīng)急處置工作。

3.1.2 多職能列控的崗位復(fù)合

多職能列控模式下，對電動列車駕駛員提出了新要求，在保持現(xiàn)有電動列車駕駛員工作職責(zé)的基礎(chǔ)上，增設(shè)車站客運服務(wù)崗位有關(guān)規(guī)定，并對日檢值客室工作提出了新規(guī)定。例如，駕駛員在旅客休息區(qū)巡視時，應(yīng)對車輛內(nèi)部的設(shè)施（如空調(diào)、照明、動態(tài)地圖等）進(jìn)行檢查，并對“四亂”進(jìn)行及時處理，同時需回答旅客的問題，為旅客提供更全面的出行服務(wù)。

巴西的農(nóng)業(yè)補貼政策有兩個明顯的特點：一是主要采用信貸支持和農(nóng)業(yè)保險補貼等金融政策來促進(jìn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展；二是補貼資金很少用于對農(nóng)業(yè)直接進(jìn)行補貼，主要以市場為導(dǎo)向，將資金用于投資和市場決策。

3.2 全自動運行下乘務(wù)班制的優(yōu)化

3.2.1 技術(shù)選型與建模思路

大規(guī)模公共交通系統(tǒng)的人員排班問題（Crew Scheduling+Crew Rostering），牽扯多個決策層面，且制約因素的耦合度很高，學(xué)界和業(yè)界目前尚缺乏高效的求解方法。

各種限制的耦合是一個非常復(fù)雜的問題，因此模型的建立要綜合考慮各個因素的作用，使模型的求解變得困難。以用餐相關(guān)約束為例，就餐約束與班制、工作時數(shù)密切相關(guān)，因此設(shè)計計算方法和模式時，不僅要注意就餐的時段、場所，而且要兼顧白天和晚上的就餐時間。因此，如何借助算法處理這種復(fù)雜的耦合關(guān)系是智能排班方案需要解決的關(guān)鍵問題之一。

在長距離的城市軌道上，人員排班以集合覆蓋問題為原型，并以列生成算法為主，而在城市中，采用基于拉格朗日松弛的網(wǎng)絡(luò)流法和啟發(fā)式的計算技術(shù)。由于該工程有50 多個限制，因此該方案的求解小組采用“先輪值，再排班”的業(yè)務(wù)解耦模型。在該模式下，以每天的工作分解和合并為中心，它的核心決定是以換乘規(guī)則、班制規(guī)則、工時限制為主要考慮因素的經(jīng)營規(guī)則，并將其作為每天值班的人員和對應(yīng)的工作計劃，即輪值任務(wù)卡。在排班母表模型中，最重要的是調(diào)度的高效平衡，它的輸出是值班人員和工作任務(wù)之間的關(guān)聯(lián)，即每位輪值人員每日的任務(wù)。

3.2.2 輪值表的最優(yōu)化（Crew Scheduling）

在輪值表優(yōu)化階段，根據(jù)時間-空間網(wǎng)絡(luò)和切平面相結(jié)合的方式，對時間序列圖進(jìn)行精細(xì)建模，即根據(jù)時間和空間的連續(xù)性以及商業(yè)準(zhǔn)則的限制，將各個離散的工作分解成不同的工作。其中，解決問題的關(guān)鍵是先把一些限制因素預(yù)先放在預(yù)處理環(huán)節(jié)，剔除許多不可能解決的問題，減少建模規(guī)模，并生成割平面，使模型更緊湊。

第一，連接性。時空連續(xù)性和特殊換乘地點、換乘時間等基礎(chǔ)業(yè)務(wù)規(guī)則約束可在預(yù)處理模塊的連接性判斷環(huán)節(jié)得到保證。

第二，非法任務(wù)鏈&合法任務(wù)子鏈。實際業(yè)務(wù)場景中會出現(xiàn)一些不可能的工作，如吃飯、離開和離開的限制，在這種情況下，必須將判斷頭、尾等相關(guān)輔助參數(shù)加入切割面，以描述相應(yīng)的邏輯聯(lián)系。

以上兩種算法都是以較多的限制為代價來交換較多的決策變量，同時增加的切面會導(dǎo)致該系數(shù)矩陣更加密集，因此在求解時必須相應(yīng)地調(diào)節(jié)解算子的預(yù)解等參量。

在與各業(yè)務(wù)單位的交流中，項目組還發(fā)現(xiàn)了幾條商業(yè)上普遍存在的“潛規(guī)則”，從模式上看，這是一種以某種方式為代價的優(yōu)化，能夠有效提高問題求解速度。比如，對于出發(fā)或到達(dá)站臺為可換乘且不可出退勤站臺的值乘任務(wù)，則可以構(gòu)造一個二元圖表，利用該模型加權(quán)最少的加權(quán)，根據(jù)該算法完成對任務(wù)的預(yù)先鏈接，并生成相應(yīng)的乘員工作。

在此基礎(chǔ)上，利用一套自定義的算法對各種限制進(jìn)行預(yù)處理，以商業(yè)邏輯為基礎(chǔ)，并與COPT 相配合，大大提高解題效率。COPT 求解器團(tuán)隊還針對問題本身的特有結(jié)構(gòu)開發(fā)了定制化加速模塊，打造了更適用于乘務(wù)排班的專屬求解方案。

3.2.3 排班母表求解優(yōu)化（Crew Rostering）

輪值表優(yōu)化完成后，乘務(wù)團(tuán)隊必須把工作安排得更加合理和平衡，也就是編制一張“排班表”。編制排班表時，要確保每個作業(yè)都由合格的駕駛員來完成，還要確保每個駕駛員都有足夠的休息時間，按時接受培訓(xùn)，平衡每個駕駛員的工作時間和行駛里程，還要為駕駛員的假期和突發(fā)事件做好充分準(zhǔn)備[3]。

針對該場景的復(fù)雜變量和約束，基于業(yè)務(wù)規(guī)則構(gòu)建了混合整數(shù)規(guī)劃模型，并開發(fā)了定制化求解器進(jìn)行求解。該模型的總體設(shè)計思想如下：一是對可實施的約束進(jìn)行整理，同時將班制約束、出勤地點約束等約束條件作為約束條件，從而使每一名駕駛員的可完成作業(yè)集中化，并利用實際的操作約束降低問題的發(fā)生概率。二是完成第一階段的初始部署（可行性論證），以及第二階段的任務(wù)重新配置（均衡調(diào)節(jié)）。在初始作業(yè)時，模型智能判定排班駕駛員總數(shù)；在任務(wù)再指派過程中，將各駕駛員的工作時間與行車時間進(jìn)行平衡，并對其進(jìn)行排序。

智能調(diào)度計劃使該站的乘務(wù)調(diào)度系統(tǒng)得到了智能化升級，突破了以往人工調(diào)度的限制，充分利用了各種工作規(guī)則和工作人員的實力，從全局角度出發(fā)，合理、均衡分配任務(wù)，實現(xiàn)了人和車次的最優(yōu)配置，全面提升了乘務(wù)排班的效能和靈活性。出現(xiàn)高峰時段或緊急情況時，運營企業(yè)能迅速地做出安排，提高乘務(wù)工作的管理效能。而且可以提高人力資源利用效率，節(jié)約人力資源成本。此外，對乘務(wù)駕駛員來說，該計劃既考慮到了運行需要，又考慮到了駕駛員的主觀需求，提高了調(diào)度的合理性與任務(wù)的平衡性，明顯了改善機(jī)組駕駛員的總體滿意程度。

3.3 正線復(fù)訓(xùn)

全自動運行線路設(shè)施設(shè)備自動化程度的提高，對乘務(wù)員的安全生產(chǎn)工作提出了新要求[4]。裝備高度機(jī)械化，鐵路的正常運轉(zhuǎn)依靠全自動化操作時，駕駛員的操作技術(shù)容易退化，因此必須對駕駛員進(jìn)行全方位的訓(xùn)練，確保其駕駛技術(shù)不退化?；诖?，介紹一種新型的訓(xùn)練方式——正線訓(xùn)練，這種模式下，需要建立一個專業(yè)的正線復(fù)訓(xùn)師團(tuán)隊。正線復(fù)訓(xùn)師登上列車并上報列車調(diào)度后，將列車自動駕駛模式轉(zhuǎn)為ATP（列車自動保護(hù)）手動駕駛；每年有計劃地對多功能列控工作人員的操作技能進(jìn)行抽查，并對列控人員手動駕駛列車技能、人工廣播等作業(yè)及列車相關(guān)應(yīng)急處置操作流程進(jìn)行檢查與評估。通常，培訓(xùn)工作需要涵蓋每個月的多功能控制工作，并對其總結(jié)歸檔。對未通過復(fù)試的學(xué)員要加強(qiáng)監(jiān)督，并做好補充培訓(xùn)工作。

4 結(jié)語

綜上所述，全自動運行線路建設(shè)要有一定的前瞻性，在功能規(guī)劃方面要考慮到整個系統(tǒng)的功能要求；在指標(biāo)上要更加嚴(yán)格，既要確保裝備的運行質(zhì)量，又要加強(qiáng)RAMS 控制；系統(tǒng)的聯(lián)合調(diào)試要做到全面、充分，運行方要更加全面、更加深入地投入系統(tǒng)調(diào)試工作。同時，運營企業(yè)要加強(qiáng)崗位培訓(xùn)工作，有效提高OCC 調(diào)度人員具備迅速判斷故障狀況、遙控指揮、現(xiàn)場協(xié)調(diào)處置等能力，以更好地提高城市軌道運營和管理效率。