高速铁路联调联试单列综合检测列车逐级提速计划制订方法研究

白 鑫

（中国铁道科学研究院集团有限公司 铁道科学技术研究发展中心，北京 100081)

0 引言

综合检测列车逐级提速过程作为高速铁路联调联试项目中重要环节,其计划制订在很大程度上影响联调联试项目总用时。因此,研究联调联试逐级提速计划制订,缩短联调联试工期,确保按时、高效地完成联调联试项目。

在高速铁路联调联试理论研究方面,王澜[1]将整体论与还原论的辩证统一方法、从定性到定量的综合集成法、基于WSR方法论的系统综合评价方法等应用到高速铁路联调联试工程实践之中；康熊等[2-3]分析高速铁路联调联试及运行试验评价标准体系,研究部分评价指标的选取规则,对联调联试和试验研究取得的主要成果进行了系统性提炼和归纳；魏亚辉等[4]提出高速铁路联调联试组织管理标准化对策；王峰[5]在分析联调联试在国内外理论研究和实践现状的基础上,结合中国铁路上海局集团有限公司(原上海铁路局)的工作实践,探讨我国高速铁路联调联试存在问题和研究方向；白鑫[6]结合沪宁城际高速铁路联调联试及运行试验的主要内容及实施过程,分析我国高速铁路联调联试及运行试验理论和技术体系；赵磊[7]结合郑西高速铁路联调联试的特点及作用,为高速铁路联调联试提供启示；乔灿立[8]探讨郑开城际铁路联调联试与动态检测,以及由此引起的京广高速铁路、郑西高速铁路互联互通、信号系统升级等工作。由此可见,既有研究主要为运营阶段运输组织方案的研究[9],较少对联调联试逐级提速计划制订进行系统分析和研究。

高速铁路联调联试逐级提速一般包括单列综合检测列车测试、重联动车组测试、道岔侧向通过测试等阶段,涉及运输组织、车辆维修、测试安排等多项内容。由于运输组织、车辆维修等受测试单位人员配置、移动装备检修能力等多方面外部条件制约,研究仅对单列综合检测列车逐级提速计划制订方法进行探讨。目前在制订逐级提速测试总体计划中,主要采用确保项目总进度前提下的宏观计划制订方法。该方法主要靠人工完成,效率较低,并且易受限于具体制订人的经验,存在一定的随机性和时间冗余。为此,结合高速铁路联调联试逐级提速特点,建立基于离散事件的逐级提速计划制订模型,提出相应的动态演化算法,通过实例对模型和算法的有效性进行验证,同时分析不同参数变化对提速计划制订的影响,以期提供相对更加科学有效的计划制订方法。

1 高速铁路联调联试单列综合检测列车逐级提速计划制订方法

1.1 基于离散事件的逐级提速计划制订模型构建

动车组正线逐级提速是通过测试使动车组运行速度从最低等级逐步提升到最高等级的过程,测试过程中不能跨级提速,并且每个速度级需要进行多个往返试验,确保安全无误后按要求进行提速。

单列综合检测列车正线逐级提速联调联试由测试和调整2个部分组成,当测试过程中发现高速铁路的实际运转情况与设计功能存在差异,即发现一定数量的疑似缺陷,就需要开展调整并消除缺陷工作。如果将每个单程运行检测看成一项独立的离散事件,并且每个单程测试有开始时间、结束时间及持续时间,则单列综合检测列车正线逐级提速测试过程可视为由一系列离散事件组成的进程。记K为测试单程总数；分别为第k个事件开始时刻和结束时刻；Tk为第k个事件中正常检测持续时间；Rk为第k个事件由于当前累计缺陷点引起的晚点时间；α为检测动车组中转时间。逐级提速进程示意图如图1所示。

图1 逐级提速进程示意图Fig.1 Schematic diagram of gradual speed increase process

图1对单程测试及他们之间的逻辑关系进行了描述[10-11]。由于逐级提速中工程缺陷点的整修一般在天窗时间进行,可不考虑维修时间对进程的影响,只有当工程缺陷点累计到一定程度时,才进行停轮集中整治。因此,每个单程运行测试的结束时间由该单程测试的开始时间、列车在区间的正常检测运行时间及由缺陷点造成的限速晚点时间决定,而2个相邻单程测试之间的衔接通过动车组中转时间衔接。考虑线路相关管理部门缺陷点整修能力及次日起始检测速度不应高于前日最高检测速度的准则,计算从第一个单程测试开始到最后一个单程测试结束的用时天数,最终得到逐级提速用时总天数及每日详细工作计划,其中,每日详细工作计划包括检测单程次数、每趟单程开始时间、结束时间及相应运行速度级。

第k个事件结束时间等于该事件的开始时刻与该事件正常检测时间和当前累计缺陷点引起的晚点时间之和,可以表示为

式中：δ为单个缺陷点引起列车限速导致的晚点时间；为当前缺陷点的累计个数；L为检测线路总长度；Vi为第i个测试速度级的测试速度；t起停附加时分为列车起停附加时间；I为逐级提速测试中的速度级数。

第k+ 1个事件开始时刻的取值可表示为

式中：τmax为每天最大工作时长。

动车组逐级提速测试用时天数D取决于第k个事件结束时刻加上中转时间、下一个事件的正常运行和晚点时间之和是否大于当日最大工作时长,若达到阈值时,停轮一天检修。动车组逐级提速测试用时天数可表示为

式中：D为动车组逐级提速测试用时天数；No为停轮整治阈值,即当线路缺陷点个数累计到一定数目时,需停轮整治,不同线路长度,停轮整治阈值不同。

公式⑶中,缺陷点数随着事件进程的更新而动态变化。当前缺陷点的个数取决于第k个事件结束时刻加上中转时间、下一个事件的正常运行和晚点时间之和是否大于当日最大工作时长,以及是否达到阈值。如果当前缺陷点数达到阈值时,停轮一天检修,通过2个天窗时间和白天的检修,缺陷点减少到缺陷点数可以表示为

式中：N为单趟行程检测到的缺陷点数；Co为线路管理者每个天窗维修能力,用可处理缺陷点的个数表示；C1为线路管理者单个白天维修能力,用可处理缺陷点的个数表示；N vi为第i个测试速度级线路缺陷点可能个数；为第i个测试速度级下,第n趟单程中可测出的检测能力,即累计缺陷点数占该速度级下总缺陷数的百分比,由于在每个速度级下,一般通过2个往返便可检测出该速度级下的所有可能缺陷点数,经测算,取

1.2 动态演化算法设计

设计一种动态演化算法对基于离散事件的逐级提速计划制订模型进行求解,过程如下。

（1）初始化。输入已知参数,包括测试单程总数K(离散事件总数)、逐级提速测试中速度级数I、每个事件正常检测运行时间Tk、单个缺陷点引起的列车晚点时间δ、不同速度级线路缺陷个数线路管理者每个天窗点修复个数Co、停轮检修阈值No、检测动车组中转时间α和每日最大工作时长τmax等。

（2）重置变量。设D= 1,k= 1,

（3）根据公式⑷,计算当前缺陷点数N~；根据公式⑴,计算第k个事件结束时刻判定当前事件结束时刻加上后一个事件用时是否大于每日最大工作时长。

（5）由公式⑶计算用时天数D,如果那么否则D=D+ 1。

（6）根据公式⑵判定第k和k+12个事件对应的速度级是否相同,如果k,k+1∈Vi,那么第k+1个事件开始时刻为次日时刻0,即否则

（7）令k=k+1,如果k＞K,跳出循环,程序终止,输出运算结果D；否则转入步骤(2)继续运算。

根据上述动态演化算法的运算过程,制订相应的动态演化算法流程图如图2所示。联试逐级提速实际所用天数为17 d,其中停轮检修天数为6 d (包含全线工程整治及遗留问题整改3 d)。排除全线工程整治及遗留问题整改的天数影响,实际逐级提速时间应为14 d,其中因缺陷点数达到阈值停轮检修天数为3 d。综上所述,采用所述方法的逐级提速计划制订结果较贴近实际用时天数,验证了该方法的有效性。

以线路管理者每个天窗维修能力Co和第i个测试速度级线路缺陷点可能个数N vi作为研究重点,分析不同参数变化对逐级提速计划的影响。

（1）只考虑线路管理者每个天窗维修能力Co的情况下(其他参数不变),Co对逐级提速计划的影响示意图如图4所示。

2 实例分析

图2 动态演化算法流程图Fig.2 Flow chart of dynamic evolutionary algorithm

从图4中可以看出,随着参数Co的增大,总

以长昆客运专线(长沙—昆明)富源北至昆明南段联调联试逐级提速为研究实例,线路全长为180 km,设计速度为300 km/h。为了验证基于离散事件的逐级提速计划制订模型及动态演化算法的有效性,首先根据单列综合检测列车逐级提速准则及线路实际条件确定模型中的相关参数,并根据专家经验对第i个测试速度级线路缺陷点个数N vi进行预估,在此基础上,运用Matlab编程基于离散事件的逐级提速计划制订模型及动态演化算法进行求解,得到长昆客运专线富源北至昆明南段逐级提速总天数及每日计划如图3所示。

图3中不同颜色线条代表不同速度级测试,基于离散事件的逐级提速计划制订模型及动态演化算法求得的逐级提速用时总天数为11 d,其中因缺陷点数达到阈值停轮检修天数为3 d。长昆客运专线富源北至昆明南段联调天数和停轮天数呈同步减小趋势。当Co从5个增长到7个,总天数和停轮天数减小幅度最为明显；当Co增大到和线路管理者每个白天维修能力C1接近或相同时,将不再出现停轮检修现象。

图3 长昆客运专线富源北至昆明南段逐级提速总天数及每日计划Fig.3 Total days and daily plan of gradual speed increase from Fuyuan North to Kunming South section of Changsha-Kunming passenger dedicated line

图4 Co对逐级提速计划的影响示意图Fig.4 Schematic diagram of impact of co on gradual speed increase plan

（2）只考虑不同速度级线路缺陷N vi的情况下(其他参数不变),N vi对逐级提速计划的影响示意图如图5所示。

图5 N vi对逐级提速计划的影响示意图Fig.5 Schematic diagram of impact of N vi on gradual speed increase plan

从图5中可以看出,当参数N vi的预估值与线路管理者每个天窗维修能力Co相同时,停轮检修天数为零；随着参数N vi的增大,总天数和停轮天数呈同步增长趋势,且当N vi大于9时,总天数和停轮天数增长幅度越来越大,这表明多缺陷点线路由于停轮检修天数的增加,导致逐级提速测试用时总天数更长。

3 结束语

高速铁路联调联试逐级提速测试是一个复杂动态过程,且影响计划用时的因素众多,包括工程质量、天气影响、设备故障、突发事件、行车组织、缺陷整治能力等。利用基于离散事件的逐级提速计划制订模型及动态演化算法,可综合考虑缺陷点整修能力等因素,确定计算高速铁路联调联试单列综合检测列车逐级提速总天数,为科学有效地制订计划奠定基础。另外,动态演化模型还应充分考虑突发事件及动车组自身检修等因素,同时根据现场逐级提速的进度,寻求可以临时调整计划制订的模型和算法,使研究成果更加符合实际。