基于熵理论的高速铁路联调联试标准化管理体系研究

袁敦磊

（中国铁路济南局集团有限公司 科技和信息化部，山东 济南 250001)

高速铁路是一个开放的复杂巨系统[1]，联调联试是保证这个复杂巨系统正常开通和运营的关键阶段。联调联试在中国国家铁路集团有限公司(以下简称“国铁集团”)的指导下由铁路局集团公司组织实施，以确保高速铁路开通达到设计速度为目的，对各系统的功能、性能、状态和系统间匹配关系进行综合检测、验证、调整和优化。联调联试必须严格履行程序，坚持标准，保证质量，确保安全[2]。探索建立一套高速铁路联调联试标准化组织管理体系，对联调联试进行科学有效的组织管理，是确保联调联试行车、施工、人身安全和试验效率的基础。2019年，中国铁路济南局集团有限公司(以下简称“济南局集团公司”)首次以熵理论为指导，以安全、质量和进度为核心，突出流程管理、模板示范和标准要求，建立前期准备、组织实施、安全管理、行车组织、施工组织等为主要内容的联调联试组织管理基本框架，按时间轴编写《高速铁路联调联试标准化管理手册》，逐步形成了联调联试标准化管理的体系和方法，为推动高速铁路由建设阶段向运营阶段平稳过渡提供了重要保障。

1 基于熵理论的高速铁路联调联试组织系统特点分析

1.1 熵理论

熵(Entropy)是物理学中热力学第二定律的概念，用于度量系统的混乱程度。将熵的概念进行扩展，可用于度量大至宇宙、自然界、国家社会，小至组织、生命个体的盛衰，即系统功能的增强和减弱[3]。熵分为熵增、熵减、负熵3 种形态，其中熵增就是系统功能减弱，熵减就是系统功能增强，负熵就是能带来熵减的活性因子[4]。耗散结构是熵的理论发展，当一个远离平衡态的开放系统不断与外界进行物质和能量的交换，在耗散过程中引入负熵流，就能够使系统从原本的无序状态转变为有序状态，这种新的有序结构就叫耗散结构。耗散结构具有开放性、远离平衡、非线性3 大特征。只有开放的系统才能实现熵减、负熵能够打破系统平衡促进熵减、引入负熵要适量并且高品质、熵增与熵减对抗消长是熵及耗散结构的本质规律。在联调联试中应用熵及耗散结构，主要是以建立耗散结构为目标，从联调联试组织管理角度理解和运用熵的本质规律。

1.2 联调联试组织系统特点

1.2.1 联调联试特点

联调联试期间，采用测试列车和相关检测设备，对高速铁路各系统的功能、性能、状态和系统间匹配关系进行综合检测、验证、调整和优化，使高速铁路整体系统达到设计要求[5]。具体而言，联调联试由测试和调整2 个部分组成，测试主要是通过开展一定形式的测试项目对高速铁路各系统的实际运转情况进行验证；调整是在系统测试发现故障后确认并消除缺陷的过程。联调联试是一项多方面配合协作才能完成的任务，在联调联试过程中，安全、进度、质量隐患大量存在，稍有疏忽就可能导致问题发生，甚至可能造成事故和严重后果。

1.2.2 联调联试耗散结构特征

联调联试作为一个系统，其目的是通过有效的组织管理，确保联调联试的测试和调整工作顺利进行，实现高速铁路由建设到运营转变期间的安全、质量、进度目标。在实现目标的过程中，必然要求联调联试系统既是一个远离平衡的系统，也是一个具有非线性和开放性特点的系统，即是一个符合耗散结构特征的系统。因此，运用熵规律，以耗散结构为基础，建立熵在联调联试管理中的应用理论模型。熵在联调联试管理中的应用理论模型如图1 所示。

图1 熵在联调联试管理中的应用理论模型Fig.1 Theoretical model of the application of entropy on the integration test and commissioning management

（1）系统处于开放状态。每次联调联试，开展试验的线路不同，参与单位和人员不同，影响试验的剩余工程范围和进度不同，路内外对联调联试的关注点不同，组织管理的侧重点和要求不同，多个影响因素的存在使得联调联试始终处于开放状态。

（2）系统在打破平衡中趋于有序。试验联调联试本身就是一个测试与调整相结合的动态过程，问题随时在发生，随着剩余工程推进、设备克缺整治、重点问题督办整改、试验信息有效沟通、关键性倾向性问题警示教育、考核激励约束及奖罚制度实施等工作的开展，持续引入有效负熵流，在负熵流作用下产生熵减，打破平衡，形成耗散结构，使联调联试系统趋于有序。

（3）系统具有非线性特征。联调联试组织管理环节多、内容复杂，随时会出现因各种控制参量的微小改变而引起轮廓计划、试验进度、试验方案等整体变化的情况，导致发生“突变”现象，具有非线性特征。

1.2.3 联调联试熵理论应用目标

以熵在联调联试管理中的应用理论模型为基础，根据联调联试的特点，打造基于熵和耗散结构的联调联试标准化管理模型。基于熵的联调联试标准化管理模型如图2 所示。建立联调联试熵减标准化管理体系，采取具有可操作性和实用性的措施，将有助于联调联试安全、质量、进度目标的实现。

图2 基于熵的联调联试标准化管理模型Fig.2 Standardized management model of the integration test and commissioning based on entropy

（1）联调联试熵增。系统自然走向是熵增，联调联试过程中的故步自封、创新乏力、流程僵化、制度守成、组织懈怠、思想松懈将导致系统熵增，如果不逆向做功，事故、延期、质量问题的发生都是必然结果。

（2）联调联试熵减。安全、质量、进度是联调联试系统的功能目标，要想实现熵减，必须采取措施逆向做功，打破平衡，使联调联试系统始终处于高效、可控状态。

（3）联调联试负熵。通过构建耗散结构，开放式引入负熵流，打破低效率平衡态，产生张力，利用负熵因子实现系统熵减，包括开放式引进标准化管理，用开放式全面管控克服存在的问题；采用多路径、多梯次、饱和性攻击等方式加强常态化管控；利用简化流程、纠偏机制等措施，来激活组织和组织的人等[6]。

2 基于熵理论的高速铁路联调联试标准化管理体系构建分析

2.1 采取全面开放式管控措施

联调联试参建参试单位众多，不同管理层级之间的指令关系复杂，同层级不同专业的不同单位以及同专业不同试验区段之间的接口繁多，不同时段的作业相互交叉、相互关联、相互耦合。因此，建立联调联试熵减标准化管理体系，要厘清头绪，减少梗阻，通过过程引导，实现正向协同，确保各项工作步调一致[7]，并重点考虑以下因素。

（1）时间开放性。联调联试系统功能的实现始于前期工程推进和技术资料准备工作，时间跨度长，为保证系统整体功能实现，必须明确联调联试前期各项工作时间节点及工作内容，各部门、单位按照时间节点进行精准安排部署，有效解决各专业结合部的问题。

（2）过程开放性。联调联试组织实施过程中，需要开展逐级提速试验、集成商交互测试(ITC)试验、信号系统试验及拉通试验等，并根据实际情况分段实施、平行推进[8]，组织形式复杂多变，但每项工作自始至终以时间为轴，有效保持秩序。

（3）认识开放性。由于联调联试参与人员的业务水平、技术能力、工作态度大相径庭，熵减标准化管理体系要把握主要矛盾，做到全面与重点相结合，细致与深度相搭配。

针对开放性的联调联试熵减标准化管理体系，应采取全面开放式管控措施，主要是以时间为轴将联调联试的各项工作串联，首先明确联调联试前期准备、组织实施以及各项保障和服务的提供过程，其次明确各项工作内容、步骤、环节以及各项活动间的流向顺序，最后对联调联试的过程、要素、关键环节、管理策略、开展方案等按照时间顺序加以梳理规范，从而使参试人员统一认识、统一目标、统一节奏。联调联试熵减标准化管理体系主要工作内容如图3 所示。

图3 联调联试熵减标准化管理体系主要工作内容Fig.3 Main work content of standardized management system of the integration test and commissioning based on entropy decrease

2.2 采取常态化攻击措施

联调联试系统复杂性高，安全、质量、进度等多目标交叉，短时间内组建临时的联调联试现场指挥部完成多重任务指标，必须聚焦多路径、多梯次和饱和攻击。

（1）多路径。联调联试过程中，为把握主要矛盾的变化，让熵减始终大于熵增，各个目标在联调联试不同阶段所占总体目标的比重需要进行合理优化，但联调联试标准化管理模型的中心指标和方向不变，任何时候都须将安全放在第一位。制定联调联试标准化规章制度措施时，应根据目标比重的变化预留一定的余量和机动性，使现场工作朝着一个方向走多条路，而不是僵化地只走一条路。

（2）多梯次。联调联试组织懈怠是最大的隐患，为防止组织整体性懈怠，必须做到各部门、单位梯次跟进，在参试人员疲劳意识抬头、产生松懈麻痹思想时，联调联试现场指挥部必须引入负熵，打破平衡，促进熵减。通过对专项检查、重点盯控、会议讲话等活动进行标准化管理，对固定程序、固定模式的工作开展常态化风险研判、安全大检查大整治等标准化管理动作，及时纠正参试人员懈怠思想，有效遏制不良势头，做到全员跟进。

（3）饱和攻击。联调联试期间各类问题的发生具有反复性，特别是在经过一段较为顺利的平稳期后，人的潜意识里也逐渐趋向于在舒适区徘徊。必须采取标准化的饱和攻击方式，来打破平衡促进系统熵减。例如在每天交班会上，有目的、有针对性地选择同类典型问题，按相同标准和程序进行严肃处理，便能形成强力警示效应；针对反复发生的问题，在安全管理、行车组织、施工管理、应急管理等各个方面均形成专业化的管理标准，反复宣贯要点，防止组织及人员倦怠，有效避免反复性问题的发生[9]。

2.3 采取激活组织及人员措施

2.3.1 简化流程

联调联试的流程管理主要定位不是减少管理环节、降低高昂的沟通成本，而是在通过大量的模板和指导书的定义与设计来弥补人员能力的不足，通过流程、模板的完善减少对人员能力的依赖。但是，由于熵增和熵减的对立性，流程、模板常常会膨胀起来，出现过度管理、僵化管理和追求完美的情况。流程是联调联试熵减标准化管理体系的骨架，对流程的变化必须采取标准化管理措施，使流程、能力与技术三者之间保持均衡。

（1）流程分离。联调联试工作流程应与编制的模板、指导书分离。面对不同的联调联试线路，由于工作流程存在差异，各个模板、指导书内容可以作为重要参考，但绝不能生搬硬套，必须根据每次联调联试的实际情况对模板、指导书内容进行适当调整。

（2）流程评价。联调联试管理工作的本质是构建秩序，有序是熵减，无序是熵增。联调联试前要构建流程质量标准，在联调联试过程中验证提炼较好的做法，并进行总结评价，其中高质量的负熵要纳入铁路局集团公司乃至国铁集团管理规定，形成强制性规定或统一的标准。

（3）流程分担。联调联试过程中，要坚持专业管理的原则，将专业流程的风险从各专业的角度进行把握和管理，形成各专业内部工作细则，更有利于联调联试工作的专业化、标准化管理，提高联调联试工作的质量。

2.3.2 建立纠偏机制

在联调联试标准化管理过程中，要正确看待熵增和熵减的对立性，准确把握负熵质与量的平衡点，建立不断进行自我批判、常用常新的纠偏机制。不同线路联调联试中的领导思路、组织模式、人员素质、工程质量及进度、线容线貌、气候状况、速度等级、试验时间跨度等存在较大差异性，不能以一套固定的标准组织每一次联调联试工作。在每一条线路开始联调联试前，要建立适合线路特点的纠偏机制，根据该线路的具体情况对联调联试标准化管理内容进行动态更新、完善，以适应每一条线路、每一个参试单位、每一参试人员的管理需求，始终保持联调联试熵减的良性趋势，为今后铁路局集团公司的高速铁路联调联试标准化管理工作提供更多参考与指导[10]。

3 研究结论

（1）理论方面。基于熵理论的联调联试标准化管理模型，对联调联试前的提前介入、项目委托、线路允许速度编制、试验版LKJ 基础数据公布、试验大纲编制审批、实施方案与规章制度建立，联调联试组织实施阶段的前提条件确认与设备交接、现场指挥部每日工作流程、各阶段试验与施工组织、安全管理、后勤保障，联调联试后的问题整改、未完工程收尾、LKJ 基础数据正式校核发布、开通文电发布等具体环节进行系统研究，总结联调联试期间的应急处置、特殊情况处理以及设备典型缺陷整治方面的经验，形成了以安全、质量、进度为中心的联调联试标准化管理体系，为铁路领域运用熵理论开展企业管理研究，进行了大胆尝试。

（2）实践方面。基于熵理论在联调联试标准化管理中的应用而编制的《高速铁路联调联试标准化管理手册》，在指导鲁南高速铁路(日照西—曲阜东段)联调联试过程中，对前期准备工作进行细致部署和安排，形成了具体的规章制度体系；对组织实施工作进行全过程、全方位指导，最大限度保证了行车与施工安全，提高了联调联试效率，保障了动态验收质量；对工务、电务、供电等专业关键设备精调精整、设备缺陷整治及检测发现问题整改等进行了规范指导，在组织形式、管理流程、目标导向等方面较以往有了长足的改进与提高，鲁南高铁轨道几何状态、动车组动力学响应、接触网几何参数、轨旁信号设备等关键检测指标均达到路内领先水平。

（3）评价方面。基于熵理论建立的联调联试标准化管理体系，指导鲁南高速铁路联调联试组织实施72 d，开行试验列车1505 列，行程7.4 万km，仅用20 d 就达到线路最高试验速度385 km/h，提前10 d 圆满完成鲁南高铁联调联试任务。同时，在鲁南高速铁路联调联试期间组织参试人员对《高速铁路联调联试标准化管理手册》中的有关规定、标准、流程等再次验证和校对，提出修改意见建议，进一步完善了手册内容，为今后联调联试提供更加准确的指导。