CN110210631A - 一种高速铁路综合维修方案的制定方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高速铁路综合维修方案的制定方法，属于高速铁路维修技术领域，获取相应区域的高速铁路路网数据，按一定的距离标准将高速铁路路网离散成线路点；建立选址协同优化模型；根据所述选址协同优化模型，划分出所有综合维修段的可行维修方案；根据综合维修段维修方案评价体系，对所有可行维修方案进行筛选，得到最优维修方案作为高速铁路综合维修方案。本发明保证了基础设施维护工作的及时性、提高了维修机具利用率，加强了工务、电务、供电专业的融合性；提高了高速铁路基础设施管理的效率，优化了行政管理人员的数量与组织结构、生产作业人员数量与配置、生产生活用房使用情况，降低了管理成本，高效高质地保障高速铁路行车组织安全。

Description

一种高速铁路综合维修方案的制定方法

技术领域

本发明涉及高速铁路维修技术领域，具体涉及一种高速铁路综合维修方案的制定方法。

背景技术

经过多年高速铁路建设和既有线路的提升改造，我国高速铁路网日趋成熟，正逐步发展成为发达完善的高速铁路网。为了高效高质的保证发达路网下高密度开行列车的行车安全，基础设施设备养护维修单位除了需要不断提高技术以外，还应该考虑如何对传统的基础设施“检养修”管理方法进行改进。通过借鉴其他国家高速铁路基础设施维修管理的经验，在传统管理模式基础上，结合高速铁路检修养护作业的特点，相关研究者提出了工务、电务、供电“三位一体”的检养修综合管理模式。目前，该模式已在多个铁路局进行了改革试点并取得了一定的成效。

然而，当前关于铁路基础设施综合维修管理的研究仍然停留在模式分析的层面，几乎没有对综合维修管理机构具体设置方案的研究。即便少数学者按传统管理模式分专业分别对工务、电务或供电等管理机构设置的方案进行了研究，也更多地着眼于段(基地)及以上的管理层面，而以工区(车间) 等基本作业单位的生产层面为角度的研究相对缺乏，导致目前部分高速铁路基础设施维修工作的专业单一、作业结合点多、各专业技术部门分散，缺乏科学的依据学制定综合维修管理方案。因此，亟需提供一种从生产与管理两个层面综合考量的高速铁路综合维修管理方案制定方法，提高管理效率并优化检养修质量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高速铁路综合维修方案的制定方法，以解决上述背景技术中存在的技术问题。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：

本发明提供的一种高速铁路综合维修方案的制定方法，包括如下流程步骤：

步骤S110：获取相应区域的高速铁路路网数据，按一定的距离标准将高速铁路路网离散成线路点；

步骤S120：以维修工区为基本作业单位，建立满足作业单位数量要求、作业时间要求、维修机具使用分配与停放要求的选址协同优化模型；

步骤S130：根据所述选址协同优化模型，获取维修工区的设置数量、设置位置以及维修机具的设置数量、设置位置，划分出所有综合维修段的可行维修方案；

步骤S140：根据综合维修段维修方案评价体系，对所有所述可行维修方案进行筛选，得到最优维修方案作为高速铁路综合维修方案。

优选的，所述步骤S110具体包括：

获取相应区域已知高速铁路路网数据，按一定的距离标准将高速铁路路网离散成线路点i及其集合I；

其中，所述高速铁路路网数据包括：线路类别与里程、车站j与车站集合 J、基础设施检养修工作管理方案、维修机具k管理方案、基础设施类站段生产作业人员数量、基础设施类站段行管人员数量、基础设施类站段生产用房数量、基础设施类站段生活站房数量、基础设施类站段行管用房数量。

优选的，所述步骤S120中，所述选址协同优化模型的优化目标为在一定约束条件下的综合服务可靠度最大。

优选的，所述选址协同优化模型为：

其中，

表示维修工区的检养修可靠度：

表示维修工区的大修可靠度：其中，

a_ij表示维修工区j相对于线路离散点i的服务可靠度，a_ij＝P(t_ij≤T_ij)，符合负指数分布，t_ij表示维修工区j到线路离散点i的实际到达时间，T_ij表示维修工区j到线路离散点i的规定到达时间；a_jk为维修工区j关于维修机具k的服务可靠度，a_jk＝P(t_jk≤T_jk)，符合正态分布，t_jk表示维修机具k在维修工区j到达作业点的实际到达时间，T_jk表示维修机具k在维修工区j到达作业点的规定到达时间；x_j表示是否在j处设立维修工区，y_ij表示维修工区j是否管理线路离散点i的日常“检养修”工作；z_jk表示维修机具k是否将管线线路离散点i的维修工区j作为停放点。

优选的，所述约束条件包括：

维修工区管辖约束、维修工区正常运转约束、维修工区最大管辖范围约束、维修工区数量约束、维修机具停放约束、维修机具数量约束、作业时间约束、决策变量取值约束；

所述维修工区管辖约束为：

y_ij≤x_j；

所述维修工区正常运转约束为：

所述维修工区最大管辖范围约束为：其中，l表示每个维修工区最多可管理的线路离散点数；

所述维修工区数量约束为：

K＝p+q

K≥p+1

其中，N表示维修工区设立数量，维修机具数量约束指：维修机具配备的总数为K，任意时刻最多有p辆维修机具参与紧急抢修任务、q辆维修机具在相应的维修工区停放点等待天窗时间内保障计划性维修工作；

所述维修机具停放约束为：z_jk≤x_j；

所述作业时间约束为：其中，V表示维修作业车运行速度，t_min表示发生故障时到达现场处置的最小时间限制；

所述决策变量取值约束为：

当y_ij＝0时表示维修工区j不管理线路离散点i的日常“检养修”工作，当y_ij＝1时表示维修工区j管理线路离散点i的日常“检养修”工作；

当z_jk＝0时表示维修机具k不将管线线路离散点i的维修工区j作为停放点，当z_jk＝1时表示维修机具k将管线线路离散点i的维修工区j作为停放点。

优选的，所述步骤S140具体包括：

将人员管理、成本管理、组织管理和作业负荷作为所述综合维修段维修方案评价体系的评价指标，利用TOPSIS理论，结合不同指标间灰色关联度的分析，获取最优维修方案。

本发明有益效果：可以结合基础设施检养修工作特点，保证了基础设施维护工作的及时性、提高了大型维修机具利用率，加强了工务、电务、供电专业的融合性；提高了高速铁路基础设施管理的效率，优化了行政管理人员的数量与组织结构、生产作业人员数量与配置、生产生活用房使用情况，降低了管理成本，高效高质地保障高速铁路行车组织安全。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1所述的高速铁路综合维修方案的制定方法的流程图。

图2为本发明实施例2所述的高速铁路综合维修方案的制定方法的流程图。

具体实施方式

下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或模块，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、模块和/或它们的组。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语 (包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且实施例并不构成对本发明实施例的限定。

本领域普通技术人员应当理解的是，附图只是一个实施例的示意图，附图中的部件或装置并不一定是实施本发明所必须的。

实施例1

如图1所示，本发明实施例提供了一种高速铁路综合维修方案的制定方法，该方法包括如下流程步骤：

步骤S110：获取相应区域的高速铁路路网数据，按一定的距离标准将高速铁路路网离散成线路点；

步骤S120：以维修工区为基本作业单位，建立满足作业单位数量要求、作业时间要求、维修机具使用分配与停放要求的选址协同优化模型；

步骤S130：根据所述选址协同优化模型，获取维修工区的设置数量、设置位置以及维修机具的设置数量、设置位置，划分出所有综合维修段的可行维修方案；

步骤S140：根据综合维修段维修方案评价体系，对所有所述可行维修方案进行筛选，得到最优维修方案作为高速铁路综合维修方案。

所述步骤S110具体包括：

获取相应区域已知高速铁路路网数据，按一定的距离标准将高速铁路路网离散成线路点i及其集合I；

其中，所述高速铁路路网数据包括：线路类别与里程、车站j与车站集合 J、基础设施检养修工作管理方案、维修机具k管理方案、基础设施类站段生产作业人员数量、基础设施类站段行管人员数量、基础设施类站段生产用房数量、基础设施类站段生活站房数量、基础设施类站段行管用房数量。

所述步骤S120中，所述选址协同优化模型的优化目标为在一定约束条件下的综合服务可靠度最大。

所述选址协同优化模型为：

其中，

表示维修工区的检养修可靠度：

表示维修工区的大修可靠度：其中，

a_ij表示维修工区j相对于线路离散点i的服务可靠度，a_ij＝P(t_ij≤T_ij)，t_ij表示维修工区j到线路离散点i的实际到达时间，T_ij表示维修工区j到线路离散点 i的规定到达时间，符合负指数分布；a_jk为维修工区j关于维修机具k的服务可靠度，a_jk＝P(t_jk≤T_jk)，t_jk表示维修机具k在维修工区j到达作业点的实际到达时间，T_jk表示维修机具k在维修工区j到达作业点的规定到达时间，符合正态分布；x_j表示是否在j处设立维修工区，y_ij表示维修工区j是否管理线路离散点i的日常“检养修”工作；z_jk表示维修机具k是否将管线线路离散点i的维修工区j作为停放点。

所述约束条件包括：

维修工区管辖约束、维修工区正常运转约束、维修工区最大管辖范围约束、维修工区数量约束、维修机具停放约束、维修机具数量约束、作业时间约束、决策变量取值约束；

所述维修工区管辖约束为：

y_ij≤x_j；

所述维修工区正常运转约束为：

所述维修工区最大管辖范围约束为：其中，l表示每个维修工区最多可管理的线路离散点数；

所述维修工区数量约束为：

K＝p+q

K≥p+1

其中，N表示维修工区设立数量，维修机具数量约束指：维修机具配备的总数为K，任意时刻最多有p辆维修机具参与紧急抢修任务、q辆维修机具在相应的维修工区停放点等待天窗时间内保障计划性维修工作；

所述维修机具停放约束为：z_jk≤x_j；

所述作业时间约束为：其中，V表示维修作业车运行速度，t_min表示发生故障时到达现场处置的最小时间限制；

所述决策变量取值约束为：

当y_ij＝0时表示维修工区j不管理线路离散点i的日常“检养修”工作，当y_ij＝1时表示维修工区j管理线路离散点i的日常“检养修”工作；

当z_jk＝0时表示维修机具k不将管线线路离散点i的维修工区j作为停放点，当z_jk＝1时表示维修机具k将管线线路离散点i的维修工区j作为停放点。

所述步骤S140具体包括：

将人员管理、成本管理、组织管理、作业负荷维斯方案评价体系的指标，利用TOPSIS理论，结合不同指标间灰色关联度的分析，获取最优维修方案。

实施例2

如图2所示，本发明实施例提供了一种高速铁路综合维修管理方案的制定方法，，包括：

S1：获取相应区域已知高速铁路路网数据，按一定的距离标准将高速铁路路网离散成线路点(i)及其集合(I)；

其中已知高速铁路路网数据包括线路类别与里程，车站(j)与车站集合 (J)，现有基础设施检养修工作管理方案，现有大型维修机具(k)管理方案，现有基础设施类站段生产作业人员、行管人员数量及比例，现有基础设施类站段生产用房、生活站房、行管用房数量及比例。

S2：从生产层面出发，考虑建立以维修工区(车间)为基本生产单位的选址方法，建立考虑服务可靠度、作业单位数量、满足作业时间要求、大型维修机具使用分配与停放的选址模型和约束条件，并设计相应的遗传算法对选址方案进行求解。

建立考虑服务可靠度的选址模型。所属模型为

其中，表示为综合维修工区(车间)的“检养修”服务可靠度，

a_ij为综合维修工区(车间)j相对于线路离散点i的服务可靠度， a_ij＝P(t_ij≤T_ij)，符合负指数分布；

A_j ²表示为综合维修工区(车间)的维修工区(车间)大修服务可靠度，

a_jk为综合维修工区(车间)j关于大型维修机具k的服务可靠度， a_jk＝P(t_jk≤T_jk)，符合正态分布。

所述优化模型目标函数为总服务可靠度最大。

所述约束为综合维修工区(车间)管辖约束、综合维修工区(车间)正常运转约束、综合维修工区(车间)最大管辖范围约束、综合维修工区(车间)数量约束、大型维修机具固定停放管辖约束、大型维修机具数量约束、紧急维修时间约束。

综合维修工区(车间)管辖约束是保证每段线路均有且仅有1个综合维修工区(车间)负责管理日常“检养修”工作，且只有该选址点j被选建立工区 (车间)后才能管辖线路离散点i。综合维修工区(车间)管辖约束为：

y_ij≤x_j

x_j表示是否在j处设立综合维修工区(车间)。y_ij表示综合维修工区(车间)j是否管理线路离散点线路离散点i的日常“检养修”工作。

综合维修工区(车间)正常运转约束是保证至少有一个线路离散点i被j 处建立的工区(车间)管辖，该约束为:

综合维修工区(车间)最大管辖范围约束是为了限制综合维修工区(车间)的管辖范围，该约束为：

l表示每个综合维修工区(车间)最多可管理的线路离散点数。

综合维修工区(车间)数量约束指综合维修工区(车间)按一定数量设置，该约束为:

N表示综合维修工区(车间)设立数量。

大型维修机具固定停放管辖约束是保证只有该选址点j被选建立工区(车间)后才能成为大型维修机具k的固定停放点，该约束为：

z_jk≤x_j

z_jk表示大型维修机具k是否将管线线路离散点i的综合维修工区(车间) j作为日常停放工区(车间)。

大型维修机具数量约束指大型维修机具配备的总数为K，任意时刻至多有 p辆大型维修机具参与紧急抢修任务，q辆大型维修机具在相应的工区(车间)停放点等待天窗时间内保障计划性维修工作，由于临时性的抢修任务具有随机性，则在相应工区(车间)停放点待命的维修机具应当完成当日的维修计划，该约束为:

K＝p+q

K≥p+1

紧急维修时间约束是根据抢修时间的要求对工区(车间)设置做出的限制，确保线路故障时，负责管辖的工区(车间)能在规定时间内排除到达现场维修，该约束为：

V表示维修作业车运行速度，km/h；t_min表示发生故障时到达现场处置的最小时间限制，h。

其中，x_j表示是否在j处设立综合维修工区(车间)。y_ij表示综合维修工区(车间)j是否管理线路离散点线路离散点i的日常“检养修”工作。z_jk表示大型维修机具k是否将管理线路离散点i的综合维修工区(车间)j作为日常停放工区(车间)。三者均为0-1变量，0表示不设立工区、不管理线路离散点或者不停放大型维修机具，同理，1表示设立工区、管理线路离散点或者停放大型维修机具。

S3：得到维修工区(车间)、大型维修机具的设置数量与设置位置，在此基础上划分出所有综合维修段(基地)的可行管理方案。综合维修段(工区)管理设置方案的总体可分为两种思路，一种是综合维修段负责全部级别的检养修工作并负责管理使用的大型维修机具；另一种是成立大修段，综合维修段(工区)仅负责中修及以下的维修工作和全部检查养护工作，而大修段专门负责线路、桥梁大修的工作，并且担负管理大型维修急剧的使用。在这两种思路下，又根据综合段(工区)、大修段设立数量的不同，形成了多个管理设置方案。

S4：从管理角度出发，建立综合维修段(基地)管理方案评价体系，对所有可行方案进行筛选，从中得到最佳管理方案；

首先对管理方案建立评价体系。考虑到作业内容与流程等影响因素，从人员管理、成本管理、组织管理、作业负荷四个方面构建评价指标体系。

本方法考虑采用TOPSIS理论，结合不同指标间灰色关联度的分析，给出相对公平客观的比选结果。

将矩阵R进行归一化处理得到矩阵Z＝[z_pq]_a×b，评价指标分为越大越优和越小越优两类，对应不同的归一化计算方式。

效益型指标(越大越优):

成本型指标(越小越优):

规范化处理：

对评价指标矩阵进行量纲话和规范化处理后，利用熵权法对评价指标建立权重。主要是利用指标信息的有效性大小来衡量权重的，即有效性越大熵越高，权重就越高。

计算评价指标的熵值，第q个指标的熵定义为：

式中：H_q为指标q的信息熵；假定当f_pq＝0时，lnf_pq＝0，计算评价指标的熵权值：

(3)在上一步得出个指标的权重后，对评价矩阵进行修正，带入各指标权重得到加权评价矩阵X＝(x_pq)_a×b＝(y_pq×w_q)_a×b。

得到指标权重后，基于灰色关联度分析的TOPSIS方法进行方案比选。

(1)确定评价指标的正理想解和负理想解

分别确定每个指标的的最大值X⁺和最小值X^-，对于效益性指标b⁺(越大越优)将最大值作为正理想解，将最小值作为负理想解；成本性指标b^-(越小越优)则反之，最小值为正理想解，最大值为负理想解。

(2)分别计算每种方案p到正、负理想解的欧式距离d_p ⁺、d_p ^-

(3)确定评价矩阵个方案关于正、负理想解的灰色关联度

加权评价矩阵每种方案p关于正理想解的第q个指标的灰色关联系数为:

加权评价矩阵每种方案p关于负理想解的第q个指标的灰色关联系数为:

得到正、负理想解的水色关联系数矩阵最大值V⁺和最小值V^-。其中ρ为分辨系数，ρ∈[0,1]，一般该系数取值为0.5。

因此，每种方案q关于正理想解的关联度为；

每种方案q负理想解关联度为：

(4)确计算相对贴近度

首先对欧氏距离和灰色关联度进行无量纲化处理

其中，D_p ^-、C_p ⁺的值越大表示方案越接近正理想解；反之，D_p ⁺、C_p ^-的值越大表示方案越接近负理想解。为了综合考虑欧氏距离和灰色关联度，分别赋予二者一定的系数求得综合正关联度和综合负关联度S_p ^-:

在得到综合管理关联度的基础上，进一步计算每种方案p的相对贴近度：

τ_p的值越大，表示方案越接近正理想解，方案越好，反之则越接近负理想解，方案越差。以此为依据便可筛选出最合理的高速铁路综合维修段的管理设置方案。

综上所述，本发明实施例所述的方法，一方面可以结合基础设施检养修工作特点，保证了基础设施维护工作的及时性、提高了大型维修机具利用率，加强了工务、电务、供电专业的融合性；另一方面提高了高速铁路基础设施管理的效率，优化了行政管理人员的数量与组织结构、生产作业人员数量与配置、生产生活用房使用情况，降低了管理成本，高效高质地保障高速铁路行车组织安全。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种高速铁路综合维修方案的制定方法，其特征在于，包括如下流程步骤：

步骤S110：获取相应区域的高速铁路路网数据，按一定的距离标准将高速铁路路网离散成线路点；

步骤S120：以维修工区为基本作业单位，建立满足作业单位数量要求、作业时间要求、维修机具使用分配与停放要求的选址协同优化模型；

步骤S130：根据所述选址协同优化模型，获取维修工区的设置数量、设置位置以及维修机具的设置数量、设置位置，划分出所有综合维修段的可行维修方案；

步骤S140：根据综合维修段维修方案评价体系，对所有所述可行维修方案进行筛选，得到最优维修方案作为高速铁路综合维修方案。

2.根据权利要求1所述的高速铁路综合维修方案的制定方法，其特征在于，所述步骤S110具体包括：

获取相应区域已知高速铁路路网数据，按一定的距离标准将高速铁路路网离散成线路点i及其集合I；

其中，所述高速铁路路网数据包括：线路类别与里程、车站j与车站集合J、基础设施检养修工作管理方案、维修机具k管理方案、基础设施类站段生产作业人员数量、基础设施类站段行管人员数量、基础设施类站段生产用房数量、基础设施类站段生活站房数量、基础设施类站段行管用房数量。

3.根据权利要求1所述的高速铁路综合维修方案的制定方法，其特征在于，所述步骤S120中，所述选址协同优化模型的优化目标为在一定约束条件下的综合服务可靠度最大。

4.根据权利要求3所述的高速铁路综合维修方案的制定方法，其特征在于，所述选址协同优化模型为：

其中，

表示维修工区的检养修可靠度：

表示维修工区的大修可靠度：

其中，a_ij表示维修工区j相对于线路离散点i的服务可靠度，a_ij＝P(t_ij≤T_ij)，符合负指数分布，t_ij表示维修工区j到线路离散点i的实际到达时间，T_ij表示维修工区j到线路离散点i的规定到达时间；a_jk为维修工区j关于维修机具k的服务可靠度，a_jk＝P(t_jk≤T_jk)，符合正态分布，t_jk表示维修机具k在维修工区j到达作业点的实际到达时间，T_jk表示维修机具k在维修工区j到达作业点的规定到达时间；x_j表示是否在j处设立维修工区，y_ij表示维修工区j是否管理线路离散点i的日常“检养修”工作；z_jk表示维修机具k是否将管线线路离散点i的维修工区j作为停放点。

5.根据权利要求4所述的高速铁路综合维修方案的制定方法，其特征在于，所述约束条件包括：

维修工区管辖约束、维修工区正常运转约束、维修工区最大管辖范围约束、维修工区数量约束、维修机具停放约束、维修机具数量约束、作业时间约束、决策变量取值约束；

所述维修工区管辖约束为：

y_ij≤x_j；

所述维修工区正常运转约束为：

所述维修工区最大管辖范围约束为：其中，l表示每个维修工区最多可管理的线路离散点数；

所述维修工区数量约束为：

K＝p+q

K≥p+1

其中，N表示维修工区设立数量，维修机具数量约束指：维修机具配备的总数为K，任意时刻最多有p辆维修机具参与紧急抢修任务、q辆维修机具在相应的维修工区停放点等待天窗时间内保障计划性维修工作；

所述维修机具停放约束为：z_jk≤x_j；

所述作业时间约束为：其中，V表示维修作业车运行速度，t_min表示发生故障时到达现场处置的最小时间限制；

所述决策变量取值约束为：

当y_ij＝0时表示维修工区j不管理线路离散点i的日常“检养修”工作，当y_ij＝1时表示维修工区j管理线路离散点i的日常“检养修”工作；

当z_jk＝0时表示维修机具k不将管线线路离散点i的维修工区j作为停放点，当z_jk＝1时表示维修机具k将管线线路离散点i的维修工区j作为停放点。

6.根据权利要求5所述的高速铁路综合维修方案的制定方法，其特征在于：所述步骤S140具体包括：

将人员管理、成本管理、组织管理和作业负荷作为所述综合维修段维修方案评价体系的评价指标，利用TOPSIS理论，结合不同指标间灰色关联度的分析，获取最优维修方案。