铁路无联锁货场道岔集中化管理模式研究

张 岩，孙文桥，刘启钢，李 想，陈客政

(1.中国铁道科学研究院集团有限公司 运输及经济研究所，北京 100081；2.中国铁路南宁局集团有限公司 柳州车站，广西 柳州 545007)

铁路无联锁货场作业环境复杂、技术设备条件落后、集中控制程度较低，调车作业主要通过人工扳动道岔，使机车车辆从一股道转入另一股道；道岔的维护和使用管理难度较大，其管理模式存在缺陷是导致调车作业事故发生的主要因素之一[1-2]。在现有的铁路无联锁货场道岔管理模式下，存在养护维修投入力量有限且设备故障发现不及时，多单位同时使用导致钥匙管理困难等问题。由于调车作业过程中的道岔扳动作业信息不共享，调车机车司机和室内调车指挥人员通过室外扳道员或调车员等调车作业人员确认并上报的方式获得室外道岔状态、列车占用情况等信息，容易因人员作业疏忽、作业信息掌握不及时而导致挤岔、脱轨、进异线等安全事故的发生[3-4]。因此，针对铁路无联锁货场道岔管理存在的突出问题，研究并提出一种铁路无联锁货场道岔集中化管理模式及配套措施具有重要现实意义。

1 铁路无联锁货场道岔管理现状及问题分析

1.1 调车作业过程

铁路无联锁货场调车作业过程如图1所示，主要分为钩计划编制下达、钩计划接收传达、要道、扳动道岔、还道、确认后动车6个步骤。其中，扳动道岔前，需用钥匙打开锁闭握柄插销的U型锁，将插销从握柄孔拔出，先确认道岔开通位置，再抬起握柄，将道岔扳向所需位置。扳动道岔后，做到道岔握柄落槽，插销插入握柄孔，确认道岔开通位置正确及尖轨与基本轨密贴后进行加锁。可以看出，铁路无联锁货场道岔是调车作业过程中需要加强操作和安全管理的重要设备。

图1 铁路无联锁货场调车作业过程 Fig.1 Shunting operation process of railway freight yards without interlocking

1.2 管理现状

铁路无联锁货场道岔管理内容如图2所示，对铁路无联锁货场道岔的管理主要分为维护管理和使用管理2个部分。维护管理包括巡视巡检、养护维修和安装更换，使用管理包括钥匙、作业过程和安全管理。

图2 铁路无联锁货场道岔管理内容Fig.2 Switch management content of freight yards without interlocking

1.2.1 维护管理

维护管理由设备所属单位负责，所属单位包括路外专用线企业和路内企业，路内企业涉及电务部门和工务部门。维护管理内容主要是设备所属单位对底座、握柄、连接杆、道岔表示器、尖轨、基本轨等设备定期进行人工巡视巡检，并人工记录巡视巡检过程中发现的设备故障，如果通过养护维修仍然无法解决，则由设备所属单位进行新设备的安装更换。

1.2.2 使用管理

使用管理由使用单位负责，无联锁货场道岔按使用单位分类，可分为铁路自用道岔、路外企业自用道岔和共用道岔，共用道岔由全部参与使用单位共同负责使用管理。使用管理分为钥匙管理、作业过程管理和安全管理。钥匙管理主要涉及机械钥匙的领取和归还过程，由使用单位指派专人保管机械钥匙；作业过程管理分为室内指挥和室外指挥，室内调车指挥人员负责编制调车作业计划并下发到调车组，调车长作为室外调车指挥人员依据调车作业计划指挥现场调车作业；安全管理主要是安全管理部门现场抽查、视频监控和事后视频分析，以及室外调车指挥人员的现场安全盯控。

1.3 问题分析

现有无联锁货场未设置轨道电路和道岔的电动控制设备，室内管理人员无法监视道岔的状态、扳动方向、区段占用情况，无法及时发现道岔设备故障，无法通过进路锁闭道岔来保证机车车辆行驶安全。现有技术条件下的道岔维护管理和使用管理在信息不共享的情况下进行，是一种非集中化管理模式，主要存在以下问题。

（1）维护管理方面。由于无联锁货场位置大多比较偏僻，使用频次少，存在设备所属单位人员对设备疏于巡视的情况，无联锁货场道岔握柄变形、连接杆弯曲、尖轨与基本轨不密贴等问题无法得到及时处理。

（2）使用管理方面。无联锁货场道岔使用管理问题比较突出，在无联锁货场道岔使用过程中的钥匙管理、作业过程管理和安全管理方面存在一定问题。①钥匙管理方面。一是需要专门指定人员对机械钥匙进行管理，领取和归还流程比较繁琐；二是携带多把机械钥匙至现场作业，机械钥匙与道岔机械U型锁的对应过程比较费时；三是U型锁会生锈老化，普通机械钥匙存在难以开锁的问题；四是普通机械钥匙无法识别和记录开锁人员身份，事故责任划分难度较大。②作业过程管理方面。无联锁货场道岔扳动作业过程管理主要由室外调车指挥人员负责，人员作业行为规范性依靠规章制度，难免出现行为错误；室内调车指挥人员无法实时掌握无联锁货场道岔扳动作业现场情况，也难以对现场作业过程进行有效控制。③安全管理方面。有些货场安全监控中心可实时查看现场作业视频，从而有效提高现场作业规范性，但通过视频信息无法发现虚锁和不密贴等问题，且无联锁货场难以做到摄像头全部覆盖。作业人员随身携带的记录仪和录音设备虽然可以记录作业人员的作业过程，但无法全面实时监控人员的作业行为，且事后分析需要耗费大量人力资源。

非集中化管理存在一系列问题的根本原因是信息不共享。传统管理模式采用的是“人盯人”粗放式的管理方式，管理层和作业层之间的信息不共享，缺乏执行精细化管理的信息基础。室外作业人员无法直观掌握道岔的开通位置、锁闭、密贴情况，室内管理人员无法实时监控现场人员的作业过程，从而对现场作业过程实施有效控制和安全管理。

2 铁路无联锁货场道岔集中化管理模式

无联锁货场道岔管理的核心思路是以安全、效率为导向，优化道岔维护和使用管理模式，采用物联网技术解决无联锁货场管理层和作业层之间信息不共享的问题，集中统一进行维护和使用管理，实现基于信息共享的无联锁货场道岔集中化管理。

2.1 道岔集中化管理技术基础

随着物联网技术的成熟[5]，越来越多的企业致力于物联网技术的研发和应用[6]，为低成本实现无联锁货场道岔集中化管理创造了条件。其中低功耗设计、信息采集传感器和无线信息传输网络是解决集中化管理的关键技术[7]。物联网低功耗设计利用低电压超低功耗集成电路设计技术、低功耗传感技术、低功耗无线网络传输技术和休眠唤醒机制降低室外设备的功耗，使其可在电池供电的条件下长时间工作，避免频繁维护[8]。

无联锁货场道岔集中化管理技术基础如图3所示，面向无联锁货场管理人员和作业人员，以搭建无联锁货场道岔集中化管理信息系统为目标，以无联锁货场道岔状态自动感知为核心，集成应用区段占用感知传感器、道岔状态感知传感器、无线传输设备、电子示意图等软硬件技术手段，实时地采集区段占用状态、道岔扳动方向、开锁人员身份、道岔锁闭情况、道岔密贴状态等信息，将各个信息传输到无联锁货场道岔集中化管理信息系统进行加工处理，在电子示意图上集中展示给室内管理人员，全面覆盖无联锁货场道岔的维护管理、钥匙管理、过程管理、安全管理等管理领域，打造无联锁货场道岔集中化管理信息系统。

图3 无联锁货场道岔集中化管理技术基础Fig.3 Technical basis for centralized switch management of freight yards without interlocking

2.2 集中化管理模式设计

基于无联锁货场道岔集中化管理信息系统可实现集中化管理模式，包括维护管理和使用管理2个部分。

2.2.1 维护管理

原有维护管理流程分为设备采购、设备安装、定期巡检维护、维修、更换等步骤，定期巡检后如果发现设备故障，则进行维修或更换。设备维护管理流程优化如图4所示，通过利用无联锁货场道岔智能锁、密贴传感器等设备实时监测并记录道岔设备状态变化信息，利用大数据分析技术发现设备故障，并将故障信息及时通过无线网络发送至室内作业过程管理人员和安全管理人员，并通知设备维护部门到现场核查，从而解决设备巡检周期过长和设备无法及时得到维修或更换的问题。

图4 设备维护管理流程优化Fig.4 Process optimization of equipment maintenance management

2.2.2 使用管理

使用管理包括钥匙管理、作业过程管理和安全管理。

（1）钥匙管理。针对现有钥匙管理中存在的管理、使用效率低等问题，通过结合IC卡读卡、无线传输、数据加密等技术，无联锁货场道岔集中化管理信息系统实现作业人员身份识别、开锁权限自动判断、锁销自动弹开等功能。整个货场只设置1名兼职的IC卡管理员，统一为每个无联锁货场调车作业人员配备存储了人员唯一身份信息的IC卡。作业人员调车作业前无需登记领取钥匙，获得无联锁货场道岔集中化管理信息系统开锁授权后用随身携带的便携式IC卡刷卡打开道岔智能锁，智能锁自动记录存储并上报开锁人信息。个人IC卡丢失后，应主动找IC卡管理员废除旧IC卡并补发新卡。规定IC卡只能本人使用，私自借给他人使用应承担安全责任。钥匙集中化管理模式下调车作业班组无需设置钥匙管理岗位，调车作业人员也省去领取、归还、登记等繁琐流程，增加开锁的便捷性，提升信息自动化获取程度和共享程度、降低管理成本、提升管理效率。

（2）作业过程管理。通过IC卡识别、握柄位置传感器、密贴传感器、行程开关等技术手段，实时获得现场作业过程信息，通过无线通信网络传输至监控中心，监控中心可在电子地图上图形化显示各种作业信息。通过无联锁货场道岔集中化管理信息系统，室内调车指挥人员可以实时掌握现场道岔的位置信息、区段占用信息、调车作业计划执行进度信息，并可通过排列进路控制现场调车作业人员的扳动时机和扳动方向。无联锁货场道岔作业过程管理流程如图5所示，主要包括获得钩计划、进路排列、开放道岔、进路锁闭和进路出清5个步骤。

图5 无联锁货场道岔作业过程管理流程Fig.5 Management process for switch operation of freight yards without interlocking

无联锁货场道岔集中化管理信息系统通过获取的作业钩计划，自动排列进路，对进路上道岔方向与进路方向不一致的道岔开放扳动权限，现场调车作业人员依据作业提示扳动相应道岔至进路方向后，进路锁闭，此时进路上全部道岔将无法进行扳动。当监测到整个进路已经出清，相关道岔区段无机车车辆占用时，依据钩计划开始下一钩的作业进路排列。无联锁货场道岔集中化管理模式打破传统管理模式下只由室外调车指挥人员对调车作业进行指挥的限制。室内调车指挥人员通过排列调车进路并控制现场道岔智能锁的开闭时机，实现对现场调车机车运行和道岔扳动作业的集中指挥和控制。

（3）安全管理。通过道岔扳动方向感应、密贴传感器、行程开关、安全逻辑判断等技术手段，实时获取调车作业计划和作业状态，比对分析作业风险，自动进行作业风险报警，安全管理人员根据自动风险报警，进行有针对性的安全管理。室内安全监控中心的职责是监视现场作业，仍然利用视频实时监测和事后分析的手段发现现场作业安全问题，确保作业安全。作为辅助手段，安全监控中心可以远程监控进路防护情况、道岔扳动方向、安全报警信息，事后查看安全报警记录。现场室外调车指挥人员仍然负责安全盯控，智能锁会对调车作业人员错误的操作进行自动防护和报警提示。安全管理集中化的优点一是通过自动的报警信息，提高安全监控效率；二是通过报警信息的存储和统计分析报表，降低事后安全分析的劳动强度；三是现场通过自动化的安全防护和报警方式，减小室外调车指挥人员安全盯控的压力。

2.3 配套措施

（1）强化信息系统建设。建设无联锁货场道岔集中化管理信息系统，实现道岔状态及现场作业状况的实时获取、异常信息自动报警等功能，提升无联锁货场道岔维护和使用管理的信息化、智能化程度。

（2）加强管理制度建设。无联锁货场道岔集中化管理模式下需要修改原有现场要道还道制度，制定新的无联锁货场道岔集中化管理制度。室内安全监控中心通过信息系统对现场作业进行安全监督，根据系统作业行为记录进行事后绩效考核分析。

（3）强化人员技能培训。在符合实际管理情况的前提下，尽量优化无联锁货场调车作业人员的结构。组织无联锁货场调车作业室内、室外人员进行专门培训，定期交流反馈新管理模式应用过程中发现的问题，提出改进措施。

3 结束语

基于铁路无联锁货场道岔集中化管理模式研究成果，设计开发了无联锁货场道岔集中化管理信息系统，已在路外专用线企业的无联锁货场进行了为期10个月的试用，在试用期间该货场未发生一起由道岔引起的调车作业安全事故，同时使得调车作业人员省去了钥匙领取、归还和插拔插销等繁琐作业环节。试用结果表明，系统对于提高道岔维护和使用管理效率、确保现场调车作业安全起到了至关重要的作用。随着系统和管理模式的进一步推广应用，提出的无联锁货场道岔集中化管理模式及配套措施将会有助于解决传统无联锁货场道岔维护和使用管理中存在的各种问题，优化道岔维护和使用管理流程，减少人工作业环节和管理环节，提高作业和管理效率，最终实现无联锁货场道岔管理的信息化、智能化和精细化。