城市轨道交通全自动运行线路的乘务管理创新研究

吕汉生

（南宁轨道交通运营有限公司，广西 南宁 530000）

0 引言

城市轨道是城市运输系统的重要组成部分，需承载城市的巨大客流量，因此对其的运营和管理工作十分烦琐。其中，乘务排班是城市轨道运营管理的关键环节之一，也是乘务管理的起点和难点。由于轨道交通量大、交叉线路变化较大、运营时间密集，旅客列车驾驶员面对的运输工作强度高、持续时间长、工作量大，因此合理调度驾驶员的工作时间、值乘方式、人员调配是保证列车安全、有效运行的关键。随着城市轨道交通网络日趋复杂，以往的手工调度方法已经不能适应高水平的运营要求，实现乘务排班的自动化、智能化已经是一种必然的发展方向。

1 全自动运行系统的优点分析

轨道交通全自动运行（Fully Automatic Operation，FAO）是以现代计算机技术、通信技术、控制技术和系统综合技术为基础，使城市轨道系统在整个运行过程中的自动化程度得到提高的模式，是目前世界上普遍认可的以通信为基础的城市轨道运行控制（Communication Based Train Control，CBTC）系 统的发展趋势[1]。

与常规CBTC 系统相比，FAO 系统有以下几个特点：第一，自动化程度高，多专业系统整合程度高，多系统有效联动，可对列车的运营进行全方位的监测，对旅客进行全方位的管理；第二，冗余度充足，能够确保系统的高可用性能；第三，能够与传统的行驶方式完美地相容。我国的信号、综合监控、车辆等关键技术已实现国产化和自主化，已具备自主研制FAO 技术的能力，国内的FAO 技术也已基本形成。在新一轮的建设中，我国具备大力发展自主化FAO 系统，加快自主式FAO 技术研制的实力，未来将实现与世界先进水平的接轨。

2 城市轨道交通全自动运行线路乘务管理方面存在的问题分析

2.1 城市轨道乘务排班难度高

通常，城市轨道企业的调度程序是：依据现行的运行图推导列车开行区间、时刻等相关资料，由人工将之拆分成乘务轮值表，再根据轮值表编制乘务排班母表，最后以排班母表为基础对乘务组进行轮值分配，形成最终的排班表。这种全人工流程主要存在三大问题：

第一，排班效率低：乘务排班作业规律繁杂、工作量大，人工作业效率较低，起码要花一星期的时间，人力及时间成本较高。

第二，调整难度大：遇到列车故障、乘务员临时请假等紧急情况，难以迅速调整调度方案，会降低运行管理效能。

2.2 突发事件处理低效问题

在非全自动运行线路上，驾驶员不但要承担驾驶工作，还要在紧急情况下承担起处理突发事件的责任。列车发生事故后，驾驶员应按故障处理准则进行处理，确保行车安全。当列车发生火灾、疏散、救援等非正常运行情况时，驾驶员还要担当安全员角色，在最短的时间内对现场情况进行核实，并引导旅客交通疏散。在全自动运行线路上，如果列车的各个子系统或者关键部件出现了问题，没有驾驶员及时处理，会导致事故处理不及时，使事故蔓延。

2.3 指标考核难问题

相对于非全自动化操作，全自动运行系统的RAMS 指标要求更高。但是从管理的角度来考虑，全自动运行系统的RAMS 指标不能与营运指标相提并论，装置故障指标也不能与营运迟点指标相提并论。一般情况下，合同文件通常仅会基于设备RAMS 指标提出约束考核，而不会考虑到运行绩效的限制，这就造成生产企业在运行过程中很难按照运行情况进行评价。

2.4 运营培训难度大

全自动运行系统具有全新的设计理念，其设备功能和工作结构都与常规的操作方式有所不同[2]。自动化操作对操作工人的职业素质要求较高，“一岗多能”是其必备的条件，这便一定程度上提高了运营培训难度。

3 城市轨道交通全自动运行线路的乘务管理创新研究

传统的城市轨道列车乘务系统架构是以乘务经理、乘务主管、乘务组长及班组员工为单位，按照等级划分。在UTO-Crew 阶段，乘务管理新模式构架打破了原有的班组层级模式，乘务构架由逐级管理向扁平化管理转型，如图1 所示。

图1 全自动运行下的乘务管理组织架构

3.1 多职能列车控制

3.1.1 多职能列车控制模式

列车控制简称列控。在列车运行过程中，传统的列控方式是由驾驶员对电动列车进行人工控制，主要包括进出库、正线运行、站台开关门、折返等操作。在UTO-Crew 期，驾驶员的工作责任由驾驶电力机车转向仅监控全自动化列车，同时要承担全自动列车在故障情况下降级运行的应急处置工作。

3.1.2 多职能列控的岗位复合

多职能列控模式下，对电动列车驾驶员提出了新要求，在保持现有电动列车驾驶员工作职责的基础上，增设车站客运服务岗位有关规定，并对日检值客室工作提出了新规定。例如，驾驶员在旅客休息区巡视时，应对车辆内部的设施（如空调、照明、动态地图等）进行检查，并对“四乱”进行及时处理，同时需回答旅客的问题，为旅客提供更全面的出行服务。

巴西的农业补贴政策有两个明显的特点：一是主要采用信贷支持和农业保险补贴等金融政策来促进农业的发展；二是补贴资金很少用于对农业直接进行补贴，主要以市场为导向，将资金用于投资和市场决策。

3.2 全自动运行下乘务班制的优化

3.2.1 技术选型与建模思路

大规模公共交通系统的人员排班问题（Crew Scheduling+Crew Rostering），牵扯多个决策层面，且制约因素的耦合度很高，学界和业界目前尚缺乏高效的求解方法。

各种限制的耦合是一个非常复杂的问题，因此模型的建立要综合考虑各个因素的作用，使模型的求解变得困难。以用餐相关约束为例，就餐约束与班制、工作时数密切相关，因此设计计算方法和模式时，不仅要注意就餐的时段、场所，而且要兼顾白天和晚上的就餐时间。因此，如何借助算法处理这种复杂的耦合关系是智能排班方案需要解决的关键问题之一。

在长距离的城市轨道上，人员排班以集合覆盖问题为原型，并以列生成算法为主，而在城市中，采用基于拉格朗日松弛的网络流法和启发式的计算技术。由于该工程有50 多个限制，因此该方案的求解小组采用“先轮值，再排班”的业务解耦模型。在该模式下，以每天的工作分解和合并为中心，它的核心决定是以换乘规则、班制规则、工时限制为主要考虑因素的经营规则，并将其作为每天值班的人员和对应的工作计划，即轮值任务卡。在排班母表模型中，最重要的是调度的高效平衡，它的输出是值班人员和工作任务之间的关联，即每位轮值人员每日的任务。

3.2.2 轮值表的最优化（Crew Scheduling）

在轮值表优化阶段，根据时间-空间网络和切平面相结合的方式，对时间序列图进行精细建模，即根据时间和空间的连续性以及商业准则的限制，将各个离散的工作分解成不同的工作。其中，解决问题的关键是先把一些限制因素预先放在预处理环节，剔除许多不可能解决的问题，减少建模规模，并生成割平面，使模型更紧凑。

第一，连接性。时空连续性和特殊换乘地点、换乘时间等基础业务规则约束可在预处理模块的连接性判断环节得到保证。

第二，非法任务链&合法任务子链。实际业务场景中会出现一些不可能的工作，如吃饭、离开和离开的限制，在这种情况下，必须将判断头、尾等相关辅助参数加入切割面，以描述相应的逻辑联系。

以上两种算法都是以较多的限制为代价来交换较多的决策变量，同时增加的切面会导致该系数矩阵更加密集，因此在求解时必须相应地调节解算子的预解等参量。

在与各业务单位的交流中，项目组还发现了几条商业上普遍存在的“潜规则”，从模式上看，这是一种以某种方式为代价的优化，能够有效提高问题求解速度。比如，对于出发或到达站台为可换乘且不可出退勤站台的值乘任务，则可以构造一个二元图表，利用该模型加权最少的加权，根据该算法完成对任务的预先链接，并生成相应的乘员工作。

在此基础上，利用一套自定义的算法对各种限制进行预处理，以商业逻辑为基础，并与COPT 相配合，大大提高解题效率。COPT 求解器团队还针对问题本身的特有结构开发了定制化加速模块，打造了更适用于乘务排班的专属求解方案。

3.2.3 排班母表求解优化（Crew Rostering）

轮值表优化完成后，乘务团队必须把工作安排得更加合理和平衡，也就是编制一张“排班表”。编制排班表时，要确保每个作业都由合格的驾驶员来完成，还要确保每个驾驶员都有足够的休息时间，按时接受培训，平衡每个驾驶员的工作时间和行驶里程，还要为驾驶员的假期和突发事件做好充分准备[3]。

针对该场景的复杂变量和约束，基于业务规则构建了混合整数规划模型，并开发了定制化求解器进行求解。该模型的总体设计思想如下：一是对可实施的约束进行整理，同时将班制约束、出勤地点约束等约束条件作为约束条件，从而使每一名驾驶员的可完成作业集中化，并利用实际的操作约束降低问题的发生概率。二是完成第一阶段的初始部署（可行性论证），以及第二阶段的任务重新配置（均衡调节）。在初始作业时，模型智能判定排班驾驶员总数；在任务再指派过程中，将各驾驶员的工作时间与行车时间进行平衡，并对其进行排序。

智能调度计划使该站的乘务调度系统得到了智能化升级，突破了以往人工调度的限制，充分利用了各种工作规则和工作人员的实力，从全局角度出发，合理、均衡分配任务，实现了人和车次的最优配置，全面提升了乘务排班的效能和灵活性。出现高峰时段或紧急情况时，运营企业能迅速地做出安排，提高乘务工作的管理效能。而且可以提高人力资源利用效率，节约人力资源成本。此外，对乘务驾驶员来说，该计划既考虑到了运行需要，又考虑到了驾驶员的主观需求，提高了调度的合理性与任务的平衡性，明显了改善机组驾驶员的总体满意程度。

3.3 正线复训

全自动运行线路设施设备自动化程度的提高，对乘务员的安全生产工作提出了新要求[4]。装备高度机械化，铁路的正常运转依靠全自动化操作时，驾驶员的操作技术容易退化，因此必须对驾驶员进行全方位的训练，确保其驾驶技术不退化。基于此，介绍一种新型的训练方式——正线训练，这种模式下，需要建立一个专业的正线复训师团队。正线复训师登上列车并上报列车调度后，将列车自动驾驶模式转为ATP（列车自动保护）手动驾驶；每年有计划地对多功能列控工作人员的操作技能进行抽查，并对列控人员手动驾驶列车技能、人工广播等作业及列车相关应急处置操作流程进行检查与评估。通常，培训工作需要涵盖每个月的多功能控制工作，并对其总结归档。对未通过复试的学员要加强监督，并做好补充培训工作。

4 结语

综上所述，全自动运行线路建设要有一定的前瞻性，在功能规划方面要考虑到整个系统的功能要求；在指标上要更加严格，既要确保装备的运行质量，又要加强RAMS 控制；系统的联合调试要做到全面、充分，运行方要更加全面、更加深入地投入系统调试工作。同时，运营企业要加强岗位培训工作，有效提高OCC 调度人员具备迅速判断故障状况、遥控指挥、现场协调处置等能力，以更好地提高城市轨道运营和管理效率。