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铁路线路养护施工决策最优化设计

作者：冯超 刘瑞强 瞿为群

来源：《电脑知识与技术》2015年第02期

摘要：针对铁路线路特性进行铁路线路养护机械化施工决策的方法分析，利用多指标评价方法与线性规划的原理实现线路养护施工决策.以此为线路养护企业的管理者提供科学和决策依据。

关键词：铁路线路养护；施工组织；机械组合；决策优化

中图分类号：U418.4 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）02-0205-03

Abstract： Aiming at the destroy characteristic，analyzing the decision—making method in rail track construction，and making use of the principle of multi—index evaluation and linear programming，realizing the decision of rail track maintains mechanization，which provides scientific and effectivedecision—making bases for the governors of road maintenance enterprise. Key words： rail track maintains； construction organization； equipment combination； optimizing decision

在铁路线路运行过程中，由于受到机车反复和气候变化等多种因素的影响，性能会不断下降。为了提升铁路线路运行的安全性能，需要对铁路线路运行的综合能力进行科学分析评估，并不断进行维护[1]。

养护机械化作业的核心铁路养护管理工作主要包括两个方面，即：铁路养护施工组织和养护机械组合最优化，具体说来，就是分析评估铁路损害状况，制定出科学的施工组织与养护机械组合有机结合的方式，最终将日常养护作业和施工机械编组整合成为科学、高效、易于操作的铁路养护作业计划[2]。

养护机械化作业通过其两大核心工作，即：机械组合最优化与铁路养护施工组织的有效整合开展，能够产生以下优势：一是有效降低铁路养护费用（包括材料、设备和人工等各项费用），二是减少铁路养护的作业时间，三是提高养护施工作业的安全性。养护机械化作业的三大优势相互关联作用，通过保证养护作业在最短时间内完成的经济性，有效提升了铁路的运输效率。

1 养护机械化作业的要求

铁路养护与维修作业作为提高铁路服务质量和延长铁路使用寿命的重要手段，在养护与维修作业过程中，应主要采用机械化养护方式，保证铁路维修员工的安全，在尽可能不中断交通的情况下做到及时、快速、安全、可靠，还需尽可能避免频繁地调动机械设备。

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养护机械化作业由铁路养护管理系统的最优化和机械组合最优化这两个方面构成。最优化的目的在于：在相关条件的约束下，从已知的多种养护对策中找出最佳的施工计划。 铁路养护调查中，采集评价指标的主要数据资料包括：交通量（路线长度、路况）、方案措施单价（人力、设备、材料、资金）、路面状况等。铁路养护管理系统在全面调查、综合分析评价铁路养护部门的资金、设备、材料和劳动等各种资源的约束条件的基础上，制订最优养护对策与计划，以期达到提升铁路养护部门的效益的终极目标。

铁路养护机械组合最优化基于铁路线路的破坏型式，通过选择先进的养护机械组合，选用快捷高效的养护工艺，采取组合机械装备开展施工作业，达到快速安全地完成铁路线路养护作业的目的。

2 铁道维护施工管理流程介绍

图1为铁道维护系统主要流程。主要有调查的组织、调查数据的分析以及调查数据传送等部分。

在该管理系统中，首先要对线路状况进行大量数据收集，其次是选择合适的评价模型，进而制定出科学的评价标准，最终建立模型及科学的施工对策。系统要求重点调查的数据为铁路的长度、铁路的破坏类型、线路数据等。 3 铁路状况的评价模型的建立

建立铁路线路路况精准的评价模型是铁道限流维护施工管理的基础，本文中采用的是基于权重比的多指标评价。

以下三大类铁路损坏因素为评价模型的分类基础：

1）类型M1。如铁道几何尺寸的偏差、轨缝偏差、道床轨枕失效、联接零件松动缺失、轨道加强设备缺失/松动、道床脏污/塌陷、路基不平整、道口轮缘槽/铺面不平整/松动、标志标记缺损等9种类型。

2）线路损坏程度M2。每一种损坏类型根据其对铁路线路的完整性和安全性影响的不同程度，可以分成轻微、中等和严重3级。

3）铁路线路损坏长度M3。即：按照铁路线路损坏程度的长度占铁路线路总长度的比例，将每种类型的损坏分成八个等级：极小（0～5）、很小（5～8）、小（8～10）、中（10～15）、较大（15～20）、大（20～30）、很大（30～100）。

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通过对影响铁道线路状态因素的分析，制定出评价体系如图2。选定3个一级期望指标，为Pi，20个下一级期望指标为Pij。评分标准期望值如表3所示，最后通过公式（1）对计算出的评分值进行归一化，最后，得到Pi的权重值W=（Wi）T（Wi=1）。 4 铁道线路的维护护施工组织及其施工机械组合对策

铁路线路受多种因素的制约，维护方式比较复杂[3-4]，常规施工作业中的常见养护方式见表2，我们可以根据线路状态的期望值得到的评价值，能够对应按照其建议的维护施工对策方法，见表3所示。

5 铁道线路维护施工组织决策与施工机械最优化组合模型

假设铁道线路的损坏类型依次为A1，A2，…，Am，同时假定维护对策和施工机械的组合方式分别为B1，B2，…，Bn，针对每种铁路损坏类型所采用的维护工艺和施工机械的组合为aij。作业时问为bm。将维护护时间作为决策变量xj，可以推导出铁道线路维护的数学模型如下：

2）铁路线路维护施工与施工机械使用成本最优化组合模型。模型中，用A1，A2，…，Am表示铁道线路的破坏类型，用B1，B2，…，Bn表示维护方法和施工机械组合，铁路线路的破坏类型采用对应的维护方法与机械组合用aij 表示，施工的成本用bm表示。以维护费用作为决策变量xj ，可得到铁道线路维护施工科学组织与施工机械最优化组合使用成本的数学模型为式（3）。

3）模型约束条件的建立。在铁道线路养护施工中，首先考虑到铁路状况，同时，其受到施工作业时间以及经济效益等因素的约束。表4为其约束条件。 6 铁路线路维护施工最优化机械组合程序

本文所提出的系统建模采用线性规划与动态规划相结合的方法，此模型中的变量为xj。对于维护对策，文中根据铁路损坏类型来选择。本系统需要完成6个计算过程，具体如下： 1）输入各条铁路的线路数据，并将其存入到对应的数据库；

2）依据铁路线路的长度等条件，对应确定其养护时间以及资金的上限和下限值； 3）在资金额度的约束下，确定各条线路的最佳维护对策； 4）在维护资金总额的约束条件下计算维护的费用； 5）确定各条线路的养护对策及时间、资金分配；