铁路零散白货配载辅助系统研究

毛建伟

(中国铁路北京局集团有限公司 京铁物流中心，北京 102600)

近年来，随着特快快速货物班列、批量零散货物快运列车的大量开行，铁路零散白货运量呈逐年上升态势，随之而来的零散白货的装载安全问题也日益突出，由于零散白货配载方案不合理造成所装车辆超偏载问题多发。为了更加安全、高效地做好铁路零散白货运输组织工作，确保铁路运输安全和白货增量，实现铁路零散白货配载方案(以下简称“配载方案”)的快速合理制订和验证，应建立一套铁路零散白货配载辅助系统。

1 铁路零散白货配载现状

零散白货是指除煤炭、钢材等大宗物资以外的其他物资，主要包括化工、电器、农副、食品、纺织、文教、医药等品类。铁路零散白货装车较整车不同，需要根据每车装载货物的规格尺寸、件数及货物质量，分别制订相应的配载方案[1-2]。配载方案的制订需要首先将车辆划分为9个舱位，根据各舱位容积合理地将货物分配到其中的一个或几个舱位的相应位置装载，以满足货物均衡合理的分布，不发生超载、偏载或偏重等问题。车辆舱位划分示意图如图1所示。

目前配载方案主要存在以下问题。

（1）配载方案制订作业效率有待提高。由于车型和所装货物不同，需要根据装载货物及所装车型逐车制订配载方案且不具备复制性。各车型构造尺寸不同，划分舱位后，每个车型舱位尺寸、中心点位置、车辆纵横中心线位置和转向架位置各不相同，配载方案制订需要根据不同车型按照“车辆技术参数表”及现车进行舱位划分后，根据所装货物情况，遵循“大不压小、重不压轻、结实打底、方下圆上、规则形居底、不规则或易碎品摆上”的原则，还要满足装车后车辆不发生超载、偏载、偏重问题。同时，需要大量的物理公式应用和数学计算逐车进行方案制订。配载方案制订后，需要人员手工绘制配载方案示意图传达给外勤货运员，按配载方案进行货物装车。

（2）配载方案验证安全可靠度有待提高。配载方案的合理性受方案验证人员业务水平、能力素质和责任心等因素的影响，人工计算配载方案装车后车辆技术状态参数，容易出错且不易发现。现场作业中存在简化作业标准，验证人员不进行数据计算，而是凭借经验来判定方案合理性与否的现象。配载方案是否合理最终还要依靠在路网上设置的轨道衡检测点进行检测判定[3]。装车后，一旦配载方案不合理造成所装货车发生超偏载，需要回送货场进行倒装整理，不仅浪费人力机力，还会造成货物列车延误。

（3）配载方案修订劳动强度较大。对配载方案进行验证作业过程中发现方案制订不合理、按此方案装车通过理论计算会产生车辆超偏载问题时，由于客户提供的需求单货物信息不准确或所装货物发生变化时，或者在装车作业过程中外勤货运员发现配载方案与所装货物不符时，都需要对原配载方案进行修订。配载方案修订后，验证人员需要对修订后的配载方案再次进行人工验证，增加了配载方案修订作业的劳动强度。

图1 车辆舱位划分示意图Fig.1 Diagram for the division of class vehicles

2 铁路零散白货配载辅助系统设计

2.1 总体需求

铁路零散白货装车时，配载方案的制订过程中需要高效、准确的辅助系统提供业务及信息上的有力支持。铁路零散白货配载辅助系统是指利用计算机模拟计算技术，辅助人工进行配载方案的制订、验证、修订、示意图生成、数据的交换和传递作业的辅助系统，通过运用3D建模技术手段，以辅助配载方案为目标，存储并准确调用所有车型数据，精确划分车辆舱位，代替人工进行复杂、重复的数据计算，可以减轻人工作业劳动强度，快速准确判定方案的合理性，提高作业效率和安全可靠度。铁路零散白货配载辅助系统构架总体需求如下。

（1）研究建立模型模拟货物按配载方案装车，满足准确重复计算按方案装车后是否符合判定标准，能够快速准确验证配载方案的合理性。将配载方案安全卡控关口前移，提高零散货物装车安全性。

（2）畅通内外勤间沟通交流渠道，统一方案修订和示意图生成标准，生成配载方案示意图，更改修订方案，确保数据同步一致。

（3）系统架构设计主要考虑数据采集的准确性、海量数据的高效率计算、数据实时动态的获取、数据信息的导出、并行处理能力和系统的实用性、稳定性、安全性、可靠性及可扩展性，促进系统不间断正常运行。

2.2 总体架构设计

结合铁路零散白货配载的实际需求，铁路零散白货配载辅助系统架构如图2所示，铁路零散白货配载辅助系统架构包括数据核心层、业务逻辑层和接入层[4-5]，各层之间紧密协作，实现数据及公式的存储、配载方案的验证修订、内外部数据的交换以及配载方案示意图的生成显示功能。

（1）数据核心层。该层是辅助系统的基础，主要实现数据及公式的存储功能。数据核心层包括基础数据库、业务数据库、系统框架数据库和元数据库，根据配载验证算法中车辆舱位划分原则、车型库内不同车型车辆尺寸和转向架位置，存储不同车型车辆各个舱位面积、车辆高度、车辆纵横中心线位置、车辆容许载质量等数据，以及配载验证算法和判定报警标准。

（2）业务逻辑层。通过调用数据核心层数据库内容，采用3D建模技术建立模型模拟配载方案进行装车，应用配载验证算法对模拟装车后车辆的超偏载情况进行数据计算和分析，与判定报警标准进行对比，对方案进行修订、优化和再验证，为配载方案的合理性验证提供逻辑计算支持。

（3）接入层。该层主要实现系统与外部的数据交换功能。对于系统使用者，将制订的配载方案输入系统，接入层接收使用者的数据输入，通过调用业务逻辑层的业务过程实现判定配载方案合理性与否的功能，并将处理结果返回接入层，利用交互界面进行表示，导出审核后的配载方案和示意图；对于外部系统，业务过程通过接入层的接口服务完成与外部系统的数据交换。

图2 铁路零散白货配载辅助系统架构Fig.2 System architecture diagram

2.3 功能设计

铁路零散白货配载辅助系统能够按照制订的配载方案进行模拟装车，并利用验证算法公式，对模拟车辆进行超偏载验证，并对配载方案进行修订、优化和生成方案示意图，从而实现对铁路零散白货配载作业进行辅助的功能。

（1）车型库管理。将《铁路货物装载加固规则》附录“敞车、平车、棚车、长大货物车技术参数表”中所有棚车车型的车内尺寸、车门尺寸、转向架中心距、自重、标记载重等信息全部纳入车型库管理[6]，根据所选用车型不同而调用相应的车型参数。在现场实际作业过程中如果发现车体标记参数与系统车型库内不一致或系统车型库内缺少该车型技术参数信息时，操作人员可以在基础字典内对车型库进行维护管理，手动增加或修改该车型参数信息，并将此信息保存到系统车型库中。

（2）模拟装车。系统根据所装车辆车型，调用系统核心层的车型库内该车型基本信息，并根据车辆内部尺寸完成对车辆舱位的划分，计算出每个舱位的尺寸信息。按照给定的配载方案完成对车辆的模拟装车作业，同时根据模拟装车后货物装载情况，确定每个舱位货物的质量和重心位置。

（3）方案验证。内勤货运员将制订的配载方案输入系统后，单击“保存”按钮，即可实现对配载方案的合理性验证。系统根据模拟装车时得到的每个舱位货物质量及重心位置，进一步计算出车辆装车后货物的总质量、总重心偏离车辆纵横中心线的距离以及车辆两转向架所承受的重量之差，按照设定的判定报警标准进行判定[7-8]，并生成3D图像显示。报警标准设定为超过货车标记载重即产生红色报警，偏载超过50 mm、80 mm、100 mm分别产生黄色、橙色、红色报警，偏重超过5 t、8 t、10 t分别产生黄色、橙色、红色报警。未达到报警标准，即判定配载方案合理通过验证；达到报警标准，则判定方案不合理，在配载方案数据列表显示问题所在，同时在车辆3D图像的超偏载位置用不同颜色显示报警等级。

（4）方案修订。系统通过配载方案验证判定配载方案不合理时，内勤货运员可以返回方案输入界面对配载方案进行调整，也可以直接在车辆3D图像显示上对货物进行拖拽移动，系统会相应修订配载方案，并对新方案的合理性再次进行验证，最后将验证通过的新配载方案显示给外勤货运员。外勤货运员在装车作业过程中发现所装货物与配载方案记载不一致时，也能够通过方案修订功能模块对配载方案进行修订，系统会自动再次调用配载方案验证功能模块对修订后的配载方案进行验证，并显示验证结果。

（5）方案生成。实现配载方案生成示意图，对配载方案进行重新制订、修订或在系统3D图上对货物拖拽修改配载方案时，可以根据配载方案的变化对方案示意图进行相应的修改，并保存生成最终方案。

3 结束语

铁路零散白货配载辅助系统的研发，实现了零散白货配载方案的合理性判断和方案调整，对装车配载方案进行装车后状态预判，避免人工制订配载方案的不合理性可能造成的超偏载安全隐患问题，能有效辅助配载作业，预防零散白货装车超偏载卡控问题效果良好。铁路零散白货配载辅助系统的投入使用，提升了对零散白货超偏载安全的卡控力度，减轻了现场内外勤货运员的劳动强度，提高了装车组织效率，为铁路货车装载零散白货超前防治超偏载问题提供了切实可行的防治措施，为铁路零散白货运输安全和提质增效提供了很好的科技保障。但是，在实际作业中，货物大小尺寸、形状等参数较多，还应进一步研究车辆舱位的细分、货物的精确画像以及配载方案的自动生成等。