动车组运用计划编制及其优化

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第32卷 第4期
运输组织
铁道运输与经济
动车组运用计划编制及其优化 蒋继磊 等
1.2 动车组运用计划的分类 1.2.1 按照编制部门、编制内容的分类
（1）动车组运用基本计划。动车组运用基本 计划是由相关计划编制部门 (铁道部中心计划编制 部门或调度所计划编制部门) 编制。动车组运用基 本计划与列车运行基本计划相对应，当列车运行 基本计划发生变动时，动车组运用基本计划也要 随之变化。
1 动车组运用计划
动车组运用计划是根据给定的列车运行图，相关动 车组修程、修制的规定和检修基地限制条件等，对动车组 的运用作出具体安排。动车组运用计划包括动车组交路计 划、动车组分配计划、动车组检修计划和动车组接运回送 计划。动车组交路计划不涉及动车组实体，而分配计划和 检修计划具体到动车组实体，与动车组的归属段所、状态 和检修基地的检修能力有关。 1.1 动车组运用计划优化目标
3 动车组运用计划编制流程
3.1 动车组运用基本计划编制 列车运行基本计划编制完成后，需要编制相应
的动车组运用基本计划。铁道部下达编制基本计划 的命令后，相应计划编制部门 (铁道部或调度所) 根 据列车运行基本计划，按照动车组信息，动车组修 程、修制，检修地点，检修能力限制条件等要求， 编制动车组运用基本计划。 3.2 动车组运用实施计划编制
基 于“约 束 提 前 、 分 步 优 化 ”的动 车 组 运 用 计划编制思路，开发动车组运用计划编制系统。
模拟条件是以设计速度为 350 km/h的客运专 线A—G为背景，全长 1 200 km，沿线分别设A、 B、C、D、E、F、G共 7 个车站。其中A、D、G 站具有二级修检修能力，其余 4 个站只具有一级 修检修能力。设定动车组每走行4 000 km进行一 次一级修作业，每次需耗时1.5 h；动车组每走行 30 000 km进行一次二级修作业，每次需耗时4 h。 动车组的立折时间设定为 25 min，动车组运用方 式采用固定区段运用，列车运行图为成对运行图 (50对)。
（3）动车组运用调整计划。动车组运用调整 计划是由调度所动车调度员负责编制。当动车组 出现故障或列车运行计划发生调整影响到动车组 周转接续时，动车调度员根据实际情况编制动车 组运用调整计划。动车组运用调整计划主要用于 动车组的更换、动车组备用与解除备用和动车组 检修调整。 1.2.2 按照旅客需求、动车组归属、动车组种类
（2）检修组织模式约束。所谓检修组织模式约 束，是指动车组一级修可以在任何具有检修能力的 动车运用所进行，二级以上级别的检修则需要回到 动车组归属段所进行。不同的检修组织模式对动车 组运用计划编制有着较大影响[3]。
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2.3 动车组运用模式约束 （1）固定运行区段。固定运行区段是指动车
根据模拟条件，人工编制与计算机编制动车组 运用计划的评价指标如表 1 所示。
在改变维修作业时间的情况下，其余模拟条 件保持不变，得到动车组运用计划的评价指标如
表 1 人工编制与计算机编制动车组运用计划的评价指标
动车组运用计划 动车组累计运用里程/km 所需动车组的车底数量/个 动车组平均日运用里程/km 动车组平均在线运行时间/min
行图上的列车采用同一种类型的动车组担当时，所 对应的计划为单车种类动车组运用计划。如果运行 图上的列车由不同种类的动车组担当，所对应的计 划为多车种动车组运用计划。在编制多车种动车组 运用计划时，一般由编制人员综合考虑各基地的情 况和动车组的运用效率，决定由不同种类的动车组 担当运行图中相应的列车车次。
最小接续时间、在同一车站接续、车型和座位数相 同、运用总里程或总时间满足一级修限制，将某些 运行线形成一组动车组在一天范围内担当的有序车 次集合称为一个交路段。
（2）交路。将一个或几个交路段按照规则接 续，即同一车站接续、满足最小接续时间、车型或 座位数相等，而形成的动车组运用周期称为一个完 整的动车组交路。 4.2 基于“约束提前、分步优化”的动车组运用
（4）各种动车组运用计划的组合。动车组运用 计划还可以是以上各种运用计划的组合，如单车种 单基地平日动车组运用计划、单车种多基地假日动 车组运用计划等。
2 动车组运用计划编制的影响因素
2.1 列车运行计划约束 列车运行图规定所有列车必须分配到一个运用
状态良好的动车组，而且列车的始发、终到时刻， 以及始发、终到车站不能有任何变动。但是，如果 对始发、终到时刻仅仅进行微小变动，并能够明显 改变动车组的运用效率时，也可以向运行图编制人 员提出建议进行调整[2]。 2.2 检修约束
动车组运用基本计划编制完成后，客运专线调 度所计划编制人员根据铁路部门相应列车运行实施 计划，动车组运用基本计划，动车组修程、修制要 求，检修地点、检修能力等信息，负责编制管辖范 围内的动车组运用实施计划，包括动车组周转接续 实施计划、动车组分配实施计划和动车组检修实施 计划。
4 动车组运用计划优化方案
摘 要：动车组运用计划包括动车组 交路、动车组分配、动车组检修、动 车组接运回送等计划。在分析动车组 运用计划编制影响因素的基础上，根 据动车组运用计划编制流程，提出 “约束提前、分步优化”的动车组计 划优化思路，通过对编制流程进行有 效分解，在保证动车组使用数量最少 的前提下，降低动车组分配计划和检 修计划的编制难度，提高动车组的利 用率。 关键词：客运专线；动车组运用计划； 优化方案；评价指标
（1）车底使用量越少越好。铁路运输经济效益最大 化要求铁路设备投入尽可能少，动车组是完成客运专线运 输生产任务的最基本要素，在铁路设备投资中占有较大比 重。因此，在编制给定数量列车运行线、完成给定运输任 务的前提下，通过提高车底使用效率以减少车底使用数 量，有利于降低运营成本。
（2）检修次数越少越好。考虑到维修需花费人力、时 间、材料等各类资源，在满足修程、修制条件并保证运输 安全的前提下，动车组检修次数越少越好。因此，减少检 修次数也是动车组运用追求的目标之一[1]。
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文章编号：1003-1421(2010)04-0037-04 中图分类号：U292.3+5 文献标识码：B
动车组运用计划编制及其优化
蒋继磊1，杨志杰2
（1.中国铁道科学研究院 研究生部，北京 100081；2.中国铁道科学研究院 通信信号研究所，北京 100081）
（1）检修地点约束。①检修位置约束。在编制 动车组运用计划时，所安排的动车组检修车站必须 是有动车基地 (所) 的车站。②检修能力约束。由于 动车基地 (所) 检修设备的限制，一昼夜最大能检 修动车组数是固定的，因而在编制动车组运用计划 时，分配给动车基地 (所) 的检修动车组数不应超过 该动车基地 (所) 的检修能力[3]。③检修型号约束。 不同的动车基地 (所) 能够检修的动车组型号不同， 在编制动车组运用计划时，不应给动车基地 (所) 安 排超出其所能检修型号以外的动车组型号的检修[4]。 ④检修等级约束。不同的动车基地 (所) 最高检修等 级不同，在编制动车组运用计划时，不应给动车 基地 (所) 安排超出其所能承担检修等级以外等级 的检修[4]。
的分类 （1）平日动车组运用计划与假日动车组运用计 划。为适应平日和节假日旅客需求的不同，应分别 采用不同的运行图，动车组运用计划也分为平日运 用计划与节假日运用计划。为保证动车组在平日与 节假日之间过渡和检修计划的实施，应编制相应的 动车组运用过渡实施方案。 （2）单基地与多基地动车组运用计划。当列车 运行图由一个动车基地配属的动车组担当，所编制 的运用计划为单基地动车组运用计划。如果列车运 行图由两个以上基地配属的动车组担当，相应的计 划为多基地动车组运用计划。在编制多基地动车组 运用计划时，一般由编制人员综合考虑各基地的情 况和动车组的运用效率，决定各基地动车组列车担 当的运行图中的各列车车次。 （3）单车种与多车种动车组运用计划。列车运
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固定动车组的分配方法。①采用固定动车组分配 时，由几个交路段构成的交路应为该交路固定分 配几组动车组，并且这几组动车组只负责担当该 交路。当某一组动车组需要三级以上检修时，采 用备用动车组临时代替[6]。②采用不固定动车组分 配时，由几个交路段构成的交路应为该交路分配 几组动车组，并且这几组动车组也可以被分配担 当其他交路。当某一组动车组需要三级以上检修 时，采用备用动车组临时代替[6]。以上两种动车组 分配方式各有利弊，固定动车组分配简单易行， 但需要使用更多的动车组车底，而不固定动车组 分配可以显著提高动车组的使用效率，但分配方 式较为复杂。 4.3 系统模拟实验评价分析
动车组运用计划不仅关系到能否按照图定计划 组织行车，还直接影响到整个铁路运输成本，是铁 路运输组织的基本计划。动车组运用计划包括动车 组周转接续、动车组分配计划和动车组检修计划， 目前主要是针对动车组接续周转进行研究，因而全 面分析动车组运用计划且实施优化方案具有十分重 要的意义。
4.1 相关概念引入 （1）交路段。按照一定的接续标准，即满足
组在给定的线路上运行，并且其运行区段也是固定 的。该使用方式便于客运专线的运输组织，也便于 动车组运用计划的编制，但不利于提高动车组的运 用效率，也不利于减少动车组的使用数量。
（2）不固定运行区段。不固定运行区段是指 不限制动车组担当的运行区段，与固定运行区段相 比，有利于提高动车组的运用效率，减少动车组的 使用数量。但是，不固定运行区段的动车组接续安 排比较紧密，出现较大运行干扰时，动车组运用会 受到较大影响，动车组的运用调整比较困难。另 外，由于这种运用方式比较灵活，增加了动车组运 用计划编制的难度[5]。
计划编制模型 在有关研究成果的基础上，采用“约束提前、 分步优化”的研究思路完成动车组运用计划的编 制。所谓“约束提前”，是指在初始生成交路段时 要求交路段要满足一级修作业的约束条件，这样在 后续编制动车组分配和检修计划时，将会减少很多 条件约束，降低动车组运用计划编制的复杂性。所 谓“分步优化”，是指按照步骤首先编制动车组周 转接续计划，然后编制动车组分配计划和检修计划 并分别进行优化。动车组运用计划编制模型的算法 步骤如下。 （1）生成交路段集合。把符合同一车站接续、 满足最小接续时间、运用总里程或总时间满足一级 修限制接续规则的运行线，连接成一组动车组一次 一级修范围内的有序集合，形成一个交路段，直到 所有运行线都包括在交路段中，即形成交路段集 合。生成交路段的优化目标是在运行图固定的前提 下生成的交路段越少越好。由于交路段的数量决定 了动车组的使用数量，该问题是一个 NP 问题，没 有切实可行的办法求得最优解，只能利用一些启发 式算法求得近似最优解。 （2）由交路段组合成交路。把交路段集合按规 则接续而形成若干个动车组运用周期交路，即动车 组交路集合。为便于动车组运用、维修和管理，动 车组交路周期长度应尽量均衡，并且交路周期越短 越好。 （3）编制动车组分配和动车组检修计划。 根据编制完成的动车组交路，为每个交路分配动 车组并编制相应的检修计划，可以采用固定和不
动车组平均利用率/%
人工编制 81 760 32 2 555 548 38
计算机编制 81 760 27 3 028 650 45
注：动车组平均利用率＝动车组平均在线运行时间/1440
表 2 所示。
表 2 不同维修条件下动车组运用计划编制评价指标
（2）动车组运用实施计划。动车组运用实施 计划是由调度所计划编制部门编制。动车组运用实 施计划与列车运行实施计划相对应，调度所计划编 制部门每编制一次列车运行实施计划，也要相应的 编制动车组运用实施计划。动车组运用实施计划除 了编制动车组周转接续关系外，还要根据动车组修 程、修制和动车组履历信息编制动车组分配计划与 动车组检修计划。