编组站机列衔接问题及对策研究

李瑞辰，臧永立，姚宇峰

（1. 中国铁道科学研究院集团有限公司，北京 100081；2. 中国铁道科学研究院集团有限公司 通信信号研究所，北京 100081）

编组站是铁路枢纽的核心，承担着大量的货运列车解体、编组和机车换挂等作业。机列衔接问题是指自到发线编成待挂车列至车列挂机时止，机车与车列的接续作业。机车与车列能否紧密衔接，将直接影响编组站的运输畅通，因此解决机列衔接不紧密的问题是提高编组站运输生产效率、减少机车与车列在站停留时间的关键。

目前，国内外针对编组站机列衔接问题的研究尚不深入，作者鲍立群[1]针对机列衔接不紧密现状，通过流程再造与信息共享，将机车叫班任务下放到车站总调度员，并设置驻站机调岗位，彼此协作完成精准叫班，但极大地增加了车站总调度员压力；大多数针对机车运用方面的研究集中在日计划机车周转图编制、加速机车周转策略等方面[2-4]，对铁路行车组织工作具有一定的指导意义，但并未真正解决机车衔接不紧密的问题。日计划机车周转图表示的是机务段在一昼夜内各区段机车挂运车次及机车交路情况的图表，由于各种外界因素影响，日班计划与实际执行的偏差会不断累积，当偏差累积到一定程度时，机务段便无法按照机车日计划机车周转图进行机车运用安排。因此，目前负责实际运用的机车调度员只能根据机车实际情况人工为出发阶段计划指定机车，缺乏对机车运用的预先估计，随意性大，车流等机车、机车等车流的情况普遍存在，严重影响了编组站的正常生产运输秩序。

本文针对编组站机列衔接现状及问题进行分析，并从机务与车务信息脱节与缺少机车运用阶段规划现状出发，分别提出构建机务车务信息共享机制与创建机车运用阶段计划对策。在构建机务车务信息共享机制方面，分析机务与车务需要共享的数据类型；在创建机车运用阶段计划方面，分析机车阶段计划编制流程，讨论机车运用规则，建立了机车运用阶段计划编制模型，最后进行算例验证。

1 机列衔接现状及原因分析

1.1 机务与车务信息脱节

机务与车务分属两个不同系统，彼此之间缺少直接的信息交互。由于技术和设备的限制，使得本务机作业计划的衔接和作业执行进度只能依靠电话进行沟通。车务部门无法详细获知段内机车的整备、派班等具体情况，机务部门也无法掌握车站车流、机车摘挂等情况。

1.2 编制车站阶段计划未考虑计划机车

由于车站总调度员无法获知机务段内机车状态与派班情况，因此在车站总调度员编制车站阶段计划时缺少对计划机车的考虑，所以经常出现车列编组完毕，但缺少满足要求机车而导致无法开车，占用到发线资源，浪费机车与驼峰资源。

1.3 机车叫班模式有待改进

目前，大多数铁路局的机车叫班模式是由铁路局调度所统一指挥，自上而下发布机车叫班计划[6]。但调度所机车调度员往往不能准确获知机车的实际状态及车流编组进度。仅依靠机车周转图及行调阶段计划进行机车叫班，不适应当前的运输组织要求。

1.4 机务段对机车运用缺少阶段规划

当前，无论是采用铁路局调度所机车叫班模式，还是车站总调度员叫班模式，针对机车运用的预先规划只有机车日班计划，但是随着时间推移，日班计划误差越来越大，日班计划就丧失了参考意义。因此，如果能根据车站阶段计划自动编制机车运用阶段计划，并将机车运用计划共享到车站，那么机车运用衔接问题将大有改善。

2 构建机务车务信息共享机制

2.1 机务向车务共享的信息

（1）机车状态信息及机车交路信息

机务段信息管理系统中含有段内机车的机车状态及机车交路等信息，根据到达阶段计划与机车实际周转图推算出未到站的在途机车的机车交路信息。将机车状态信息及机车交路信息共享给车务系统，供车务部门作业时参考，并作为车务系统编制阶段计划时的机车依据。

（2）机车阶段计划及机车叫班

将机务段机车阶段计划和机车叫班情况共享给车务系统，车站调度员可以根据机车阶段计划有选择性地下达解编车作业，优先编组有机车供应的阶段计划。

2.2 车务向机务共享的信息

（1）车站到发阶段计划

将车站到发阶段计划共享给机务段，机务段可以按照车站阶段计划提前规划机车运用阶段计划，方便机务段随时安排及优化机车交路。

（2）车流编组进度

将车流编组进度共享给机务段，机务段根据车流编组进度调整叫班机车出段时机，防止车流未编组完全，机车出段的情况发生。

3 制定机车运用阶段计划

3.1 机车运用及调整流程

机列衔接问题是一个分类指派问题，即以机车最早可出段时间作为指派指标，将运用机车按照机车运用规则指派给出发阶段计划。形成机车运用阶段计划。并根据机车指派结果及机车入段技术作业标准时间反推机车最晚出段时间及机车最晚入段时间，流程如图1所示。

图1 机车运用与调整流程

3.2 机车运用规则分析

（1）机车交路

机车交路是指机车固定担当运输任务的周转区段，即机车从机务段本段到机务折返段所在站之间往返运行的线路区段。一般情况下，机车的运用必须符合机车交路的要求，不同机车交路的机车不可以混用。机务段需要根据出发阶段计划的需求机车交路类型来安排运用机车。

（2）牵引定数

列车牵引定数是指列车运行图规定的某一区段固定机车类型及列车种类的列车牵引重量。并应根据机车牵引力、区段内线路状况及其设备条件确定列车牵引定数。机务段需要根据出发阶段计划中要求的牵引定数安排运用机车。

（3）机车运非状态

将机车划分为运用机车和非运用机车两种状态。运用机车指的是可以派班并承担列车牵引任务的机车，即可用机车；非运用机车指的是由于机车故障、机车检修、机车运用转备用等原因，机车处于不可用状态。

3.3 机车阶段计划编制模型

机务段内机车阶段计划编制问题，主要是在一个阶段内，满足运输组织需求的前提下，考虑机车运用规则及各项实际情况，合理安排机车运用与周转方案，以达到机车与车流在站停留时间最短的目的。由于机车运用阶段计划编制是以车站到发阶段计划为基础编制的，因此编制前提为车流会按照出发阶段计划时间准时编组完成，后期具体情况通过信息共享机制彼此调整。因此，本文构建的某一决策周期内机车阶段计划编制模型的目标函数如下：

其中，J={Ji|i=1, 2,…,n}是到达编组站的在途机车和机务段内的机车集合；θi为{0, 1}变量，如果机车为非运用状态则取值0，否则取值1；为列车实际出发阶段计划开车点，为每个到达机车Ji到达车站的时间；L={Lj|j=1, 2, …,n}是到发线编成待挂车列的集合；Nj为每组车辆在站停留时间。机车最早出段时间为：

3.4 机车阶段计划编制求解算法

机车阶段计划的编制求解方案流程如下：

（1）按需求机车类型对出发阶段计划分组，逐一遍历计划组；

（2）加载符合机车交路类型的机车，筛选可用机车；

（3）获取每台可用机车最早可用时间与本组出发阶段计划出发时间，构建指派模型，并以出发时间与最早可用时间的插值推出指派矩阵；

（4）利用匈牙利算法对指派问题求解，生成机车运用阶段计划。如机车运用阶段计划中某一机车最早可用时间晚于机车最晚出段时间，将此计划剔除出组，跳入Step1重新推算本组；

（5）根据机车运用阶段计划反推机车最晚出段时间及机车最晚入段时间。

4 算例验证与分析

4.1 算例验证

以某三级六场的编组站机车运用实际情况为例对模型及求解算法进行验证与分析。

以2 h为决策周期，当前时间为9：40，选取车站某一机车交路的车站到发阶段计划、机务段内实际机车的状态，如表1～表3所示。其中，车站各项时间标准为：到达机车入段走行时间标准为10 min，整备时间标准为50 min，出发机车出段走行时间为6 min，出发前技术作业时间为5 min。

由于上述求解算法中的（1）与（2）是对可用机车与到发阶段计划的筛选，只需按照机车运用规则筛选便可解决，因此，算例验证模块以某一机车交路为例，并默认已经过（1）和（2）操作。

表1 列车到达阶段计划

表2 列车出发阶段计划

表3 段内未叫班机车的实际状态

（3）根据段内未叫班机车状态与到达阶段计划分别计算机车最早可用时间如表4所示。

表4 机车最早可用时间

结合车站发车阶段计划，由发车时间减去最早可用时间和出段走行及技术作业时间获得富裕时间，并以此推出指派系数矩阵，系数矩阵如下：

（4）利用匈牙利算法对（3）生成的系数矩阵求解，利用LINGO软件编程实现，具体代码及运行后的部分结果如图2所示，由运行结果可以得到机车的指派关系。

（5）根据机车运用阶段计划反推机车最晚出段时间及机车最晚入段时间如表5所示。

至此，基于车站阶段计划及机车资源状态编制的机车运用阶段计划便编制完成。

图2 LINGO软件求解及运行结果

表5 机车运用阶段计划

4.2 结果分析

经计算，编制完成的机车运用阶段计划中本阶段机车在站停留时间为686 min,为本阶段机车在站停留最短时间, 由于有阶段计划作为参考，机务段机车调度员与车站值班员可以对作业进行提前规划调整，并根据机车最晚出入段时间进行机车进路的准备。如果机务段与车站均准时兑现阶段计划，那么每组车辆在站停留时间等于出发前技术作业时间5 min,此阶段共计6×5 min=30 min。因此本阶段机车与车辆在站停留时间共计716 min，由此实现机车与车辆在站停留时间最短的目的。

5 结束语

机车运用工作是铁路运输组织的重要组成部分，当前机务与车务信息不对称、机务缺少机车运用阶段计划的现状显然不符合当前运输组织需求。本文通过信息共享及机车运用阶段计划编制，实现机车与车流精准衔接，有效地化解了机列衔接难题。但是，围绕机车运用走行计划等方面尚未做深入探讨，对于机车在编组站内的总体管控方面，是今后的研究重点。