动车组运用计划编制及其优化

蒋继磊，杨志杰

（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 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

（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]。

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。

（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。

（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。

（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

（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]。

（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]。

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]。

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

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

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

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350km/h的客运专线A—G为背景，全长1200km，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4000km进行一次一级修作业，每次需耗时1.5h；动车组每走行30000km进行一次二级修作业，每次需耗时4h。动车组的立折时间设定为25min，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)。

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2所示。

表1 人工编制与计算机编制动车组运用计划的评价指标

表2 不同维修条件下动车组运用计划编制评价指标

根据表2数据进行分析，方案Ⅰ：一级修作业时间为1.5h，二级修作业时间为4h，立折时间为25min；方案Ⅱ：一级修作业时间为1.2h，二级修作业时间为3.5h，立折时间为20min；方案Ⅲ：一级修作业时间为1h，二级修作业时间为3h，立折时间为20min。

在改变动车组运用模式的情况下，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3所示。

表3 不同动车组运用模式条件下动车组运用计划的评价指标

根据以上动车组运用计划的评价指标数据可以得出以下结论。

（1）运用计算机技术并且选择合适的编制算法可以有效提高动车组的运用效率，相比较而言，人工编制效果不如计算机编制。

（2）维修时间的缩短并不能显著地提高动车组的运用效率。

（3）即使在不考虑维修条件的情况下，不固定运行区段的动车组运用计划所需要的动车组数量也明显少于固定运行区段的动车组数量。

5 结束语

“约束提前、分步优化”的动车组运用计划优化思路，对动车组运用计划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，降低了动车组分配计划和检修计划的编制难度，提高了动车组的利用率，有效降低了运输成本。

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[1]彭其渊，魏德勇，闫海峰，等. 客运专线运输组织[M]. 北京：科学出版社，2007.

[2]向航鹰. 高速动车段规模的计算方法研究[J]. 中国铁路，2005(6)：45-46.

[3]陈广秀，毛 旭，陈立君. 动车组编制计划系统研究与设计[J]. 铁道运输与经济，2007，29(1)：76-78.

[4]马国友. 动车组检修基地的规划设计及分析[J]. 铁道标准设计，2005(5)：98-100.

[5]赵 鹏，富井规雄. 动车组运用计划及其编制算法[J]. 铁道学报，2003，25(3)：1-7.

[6]张 杰，陈 韬，施富根. 客运专线动车组运用计划的计算机编制[J]. 西南交通大学学报，2006，41(5)：635-640.