关于铁路综合维修天窗开设问题研究

武志鹏

摘 要：随着铁路网的不断加密，列车运行速度的不断提升，对铁路综合维修提出了更严格的要求。本文通过对天窗开设形式、开设时间及针对不同类型线路的天窗开设方案进行研究，旨在解决当前国内铁路综合维修上天窗开设面临的问题。

关键词：铁路综合维修；天窗开设问题；天窗开设方案

中图分类号： U21 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）32-189-2

0 引言

随着科学技术的不断发展以及国内经济水平的不断提升，铁路系统也得到极大的进步与发展，特别是在速度方面。铁路的运行速度不断刷新着记录，而且我国的铁路系统也更加呈现出铁路系统网络覆盖广、跨度大、运载量大、列车种类多、密度大等特点。作为在铁路综合维修中的重要时间段，如何利用好“天窗”时间，渐渐成为改善和提升铁路系统的发展以及铁路经济效益和社会效益的关键所在。

1 天窗开设形式研究

所谓“天窗”即在铁路系统列车运行过程中预留维修施工的时间，在这段时间对列车线路和相关的软硬件装备进行综合维修保养。根据国内外天窗开设的经验一般天窗可分为四个种类：日常维修、大修、电务维修、接触网维修。

由于铁路高密度的运作，一旦发生停待所产生的经济损失是巨大的，但是为了保障安全运行，相关设备的维修保养又是必要的。因此，要统筹好列车的运行时间与设备的维修施工时间。作为在列车运行安排时间上的“空隙”，天窗这项技术措施的出现能够最大限度地减缓列车行车与维修施工时间之间的矛盾。

1.1 天窗开设原则

①天窗的开设必需依据列车实际的运行状况做数据统计，再根据统计分析划分一般干線和繁忙干线，一般干线可利用车辆运行间隔时间来设定，但必须保证施工与列车运行的连续性；繁忙干线则需提前预留维修时间来设定；②对采取预留天窗时间的开设，首要原则是必须保证维修员工和列车的安全；③天窗的开设一般情况下其主要的原则还是采取白天列车正常运行，夜间停运时间进行维修；④针对天窗类型也应因地适宜，特别是在接触网检修时，对于垂直天窗内的操作，须确保无运行列车；对于V形天窗内的操作，须保证无列车反方向运行。

1.2 天窗开设的方式

天窗开设的方式主要有垂直型和V型两类，以及由其衍生出来的组合天窗开设。

①垂直型。垂直型天窗开设方式可分为上下行重合的垂直天窗、上下行分设的垂直天窗、区段垂直天窗。上下行重合的垂直天窗即上下行列车运行线路均停电的情况；上下行分设的垂直天窗顾名思义即按照上、下行分开分别单独进行维修的开窗方式；区段垂直天窗及按照时间段进行单独维修的开窗方式，整合时间段且相互垂直。②V型天窗。V型天窗即按照铁路电气化线路的供电臂进行上下行正线的停电检修方式（如图1），能够保证列车运行的连续性。③混合型天窗。在列车运行的适当时间段，按照上下行分别开设垂直天窗的方式，主要的混合型天窗开设有如下几种：分段矩形天窗；X型天窗；Y型天窗；r型天窗；单向隔日矩形天窗；双向分隔式矩形天窗。

2 天窗的设计研究

为了保证铁路综合维修时对列车运行的影响最小，同时又保证维修的时间足够，即天窗的开设时间既不能太长影响列车通行，也不能太短影响维修效果，这就要对天窗的开设时间进行研究，以最大限度的解决铁路综合维修与列车运行之间的冲突。在进行天窗的最佳开设时间研究前首先需结合列车实际的运行状况、维修要求、线路运行能力、设备能力、技术设计要求、列车运行要求等方面，再进行综合分析，模拟试验，研究得出最佳的天窗开设时间。

2.1 影响因素分析

天窗开设时间的研究内容主要包括天窗的起始时间、持续时长、开设频率等方面。首先天窗开设的维修至少需含有工务维修、接触网维修、电务维修三个内容，为了满足维修内容的需求必须对影响天窗开设时间的影响因素进行分析。其中影响天窗开设持续时长的因素包含维修内容、列车轨道结构、人工或机械的维修方式、列车运行密度种类速度、以及管理模式、技术人员技能水平、设备维修能力等；而影响天窗的起始时间包括整个铁路系统中列车运行流量规律、相邻区段天窗的多区段协助作用、列车周转周期、列车运行安排、气候等因素；天窗开设频率主要受控于铁路列车的通行计划。

2.2 天窗开设的时间

天窗的开设目的就是以最大限度解决铁路综合维修与列车运行之间的冲突，在基于充分考虑维修天窗对列车运行的影响下建立线性模型，约束条件为天窗的开设及维修时间、车辆运行时间、间隔追踪时间等，目标函数即是列车运行增加时间量值，求取其最小数值已确定天窗开设的最佳时间。

通过对目标函数在约束条件下的校正，再构建处罚函数将合理时间范围约束，采用AHP法求解。根据其结果分析可知，天窗开设时，随着维修时间的加长，维修效果损失也在增加。天窗持续时长在5小时以上时损失效果变化的幅度减缓；2-3小时的时候其天窗开设效果是最差的，因此综合而看，3-5小时较为理想。

3 不同条件下的天窗开设方案研究

3.1 单线铁路天窗开设方案

目前我国的单线铁路状况是客运与货运列车混跑、等级不同的列车混跑，这样就导致其白天较为繁忙，单线流量大；同时对于客运而言受列车时刻表的约束，在运行时间上的可调性较小，相反，货运则在运行和停止方面可控性较高。

针对上述单线铁路的特点，其天窗开设需结合线路本身的运行特点作为基础，在繁忙的干线考虑到列车间的运行，必须较小对客运的影响，同时避免线路列车的停待，通过对比试验若采用垂直型天窗开设方式的效果较为理想，根据客运运行表选择上下行重合或者上下行分设的垂直天窗，能有效提高整个单线铁路运行的平衡性。

3.2 双线铁路天窗开设方案

随着我国铁路工程的不断提速发展，列车追踪间隔时间缩短到6-7min甚至更短，双线铁路的列车重量也不断提高，列车运行密度更不断增大。若参照以往利用列车运行的间隙进行维修服务已不能再满足当前铁路综合维修的要求。

因此，在进行双线铁路天窗开设方案研究时，首先必须考虑相邻列车运行区段的相互影响以及与整个线路的衔接问题。通过单次天窗开设时长的基准下建立比较矩阵，在天窗所处列车运行时段准则、开设间隔准则、维修环境安全程度准则、天窗难易度变更准则、天窗平衡性时间分布准则、天窗在相邻运行区段下协调性平行适应性准则、对列车运行速度和开始终点时间带影响准则下建立判断矩阵，对比V型天窗、分段矩形天窗、单向隔日矩形天窗开设效果，根据AHP运算排序，得出单向隔日矩形天窗优于其他方案。

3.3 客运专线天窗开设方案

由于客运专线的天窗存在速度高、行车密度高等特点，天窗开设方式对通行能力和行车安全有极大的影响。考虑到白天高密度的客车运行，天窗的开设时间一般安排在夜间凌晨到早上六点之间进行综合维修。

在研究中经过充分论证发现针对“一线维修、一线行车”，如采用该方式，一线维修时相邻的列车运行速度会得到限制，以单线隔日矩形天窗进行综合维修效果较好；若不采用该方式，客运双向均不受影响，列车运行较为平衡，因此采用垂直型天窗效果明显好于其他方式。

4 结论

本文从天窗开设方式、开设时间的研究入手，最后根据不同类型的铁路线路研究出其较为理想的天窗开设方案，首先天窗的开设时间一般以夜间为主，时长以3-5h为佳；单线铁路采用垂直型天窗开设方案；双线铁路采用单日间隔矩形天窗开设方案，根据每条线路的实际运行安排选择上下线重合或者分设；客运专线则两者结合，根据组织方式的不同选择垂直型或单日间隔矩形天窗开设方案。

参 考 文 献

[1] 黄方林.现代铁路运输概论[M].北京：西南交通大学出版社，2002.

[2] 陈焕云.铁路综合维修天窗开设相关问题研究[D].西南交通大学硕，2006.

[3] 关晓频，文超.单向隔日矩形天窗对高速铁路的适应性分析[J].交通运输工程与信息学报，2010，08（03）：15-21.

[4] 陈焕云，张杰，郭莉，等.单线铁路的天窗开设与运输组织问题研究[J].中国安全生产科学技术，2015，1（4）：78-80.