鐵路無聯(lián)鎖貨場道岔集中化管理模式研究

張 巖，孫文橋，劉啟鋼，李 想，陳客政

(1.中國鐵道科學(xué)研究院集團有限公司 運輸及經(jīng)濟研究所，北京 100081；2.中國鐵路南寧局集團有限公司 柳州車站，廣西 柳州 545007)

鐵路無聯(lián)鎖貨場作業(yè)環(huán)境復(fù)雜、技術(shù)設(shè)備條件落后、集中控制程度較低，調(diào)車作業(yè)主要通過人工扳動道岔，使機車車輛從一股道轉(zhuǎn)入另一股道；道岔的維護和使用管理難度較大，其管理模式存在缺陷是導(dǎo)致調(diào)車作業(yè)事故發(fā)生的主要因素之一[1-2]。在現(xiàn)有的鐵路無聯(lián)鎖貨場道岔管理模式下，存在養(yǎng)護維修投入力量有限且設(shè)備故障發(fā)現(xiàn)不及時，多單位同時使用導(dǎo)致鑰匙管理困難等問題。由于調(diào)車作業(yè)過程中的道岔扳動作業(yè)信息不共享，調(diào)車機車司機和室內(nèi)調(diào)車指揮人員通過室外扳道員或調(diào)車員等調(diào)車作業(yè)人員確認并上報的方式獲得室外道岔狀態(tài)、列車占用情況等信息，容易因人員作業(yè)疏忽、作業(yè)信息掌握不及時而導(dǎo)致擠岔、脫軌、進異線等安全事故的發(fā)生[3-4]。因此，針對鐵路無聯(lián)鎖貨場道岔管理存在的突出問題，研究并提出一種鐵路無聯(lián)鎖貨場道岔集中化管理模式及配套措施具有重要現(xiàn)實意義。

1 鐵路無聯(lián)鎖貨場道岔管理現(xiàn)狀及問題分析

1.1 調(diào)車作業(yè)過程

鐵路無聯(lián)鎖貨場調(diào)車作業(yè)過程如圖1所示，主要分為鉤計劃編制下達、鉤計劃接收傳達、要道、扳動道岔、還道、確認后動車6個步驟。其中，扳動道岔前，需用鑰匙打開鎖閉握柄插銷的U型鎖，將插銷從握柄孔拔出，先確認道岔開通位置，再抬起握柄，將道岔扳向所需位置。扳動道岔后，做到道岔握柄落槽，插銷插入握柄孔，確認道岔開通位置正確及尖軌與基本軌密貼后進行加鎖。可以看出，鐵路無聯(lián)鎖貨場道岔是調(diào)車作業(yè)過程中需要加強操作和安全管理的重要設(shè)備。

圖1 鐵路無聯(lián)鎖貨場調(diào)車作業(yè)過程 Fig.1 Shunting operation process of railway freight yards without interlocking

1.2 管理現(xiàn)狀

鐵路無聯(lián)鎖貨場道岔管理內(nèi)容如圖2所示，對鐵路無聯(lián)鎖貨場道岔的管理主要分為維護管理和使用管理2個部分。維護管理包括巡視巡檢、養(yǎng)護維修和安裝更換，使用管理包括鑰匙、作業(yè)過程和安全管理。

圖2 鐵路無聯(lián)鎖貨場道岔管理內(nèi)容Fig.2 Switch management content of freight yards without interlocking

1.2.1 維護管理

維護管理由設(shè)備所屬單位負責(zé)，所屬單位包括路外專用線企業(yè)和路內(nèi)企業(yè)，路內(nèi)企業(yè)涉及電務(wù)部門和工務(wù)部門。維護管理內(nèi)容主要是設(shè)備所屬單位對底座、握柄、連接桿、道岔表示器、尖軌、基本軌等設(shè)備定期進行人工巡視巡檢，并人工記錄巡視巡檢過程中發(fā)現(xiàn)的設(shè)備故障，如果通過養(yǎng)護維修仍然無法解決，則由設(shè)備所屬單位進行新設(shè)備的安裝更換。

1.2.2 使用管理

使用管理由使用單位負責(zé)，無聯(lián)鎖貨場道岔按使用單位分類，可分為鐵路自用道岔、路外企業(yè)自用道岔和共用道岔，共用道岔由全部參與使用單位共同負責(zé)使用管理。使用管理分為鑰匙管理、作業(yè)過程管理和安全管理。鑰匙管理主要涉及機械鑰匙的領(lǐng)取和歸還過程，由使用單位指派專人保管機械鑰匙；作業(yè)過程管理分為室內(nèi)指揮和室外指揮，室內(nèi)調(diào)車指揮人員負責(zé)編制調(diào)車作業(yè)計劃并下發(fā)到調(diào)車組，調(diào)車長作為室外調(diào)車指揮人員依據(jù)調(diào)車作業(yè)計劃指揮現(xiàn)場調(diào)車作業(yè)；安全管理主要是安全管理部門現(xiàn)場抽查、視頻監(jiān)控和事后視頻分析，以及室外調(diào)車指揮人員的現(xiàn)場安全盯控。

1.3 問題分析

現(xiàn)有無聯(lián)鎖貨場未設(shè)置軌道電路和道岔的電動控制設(shè)備，室內(nèi)管理人員無法監(jiān)視道岔的狀態(tài)、扳動方向、區(qū)段占用情況，無法及時發(fā)現(xiàn)道岔設(shè)備故障，無法通過進路鎖閉道岔來保證機車車輛行駛安全。現(xiàn)有技術(shù)條件下的道岔維護管理和使用管理在信息不共享的情況下進行，是一種非集中化管理模式，主要存在以下問題。

（1）維護管理方面。由于無聯(lián)鎖貨場位置大多比較偏僻，使用頻次少，存在設(shè)備所屬單位人員對設(shè)備疏于巡視的情況，無聯(lián)鎖貨場道岔握柄變形、連接桿彎曲、尖軌與基本軌不密貼等問題無法得到及時處理。

（2）使用管理方面。無聯(lián)鎖貨場道岔使用管理問題比較突出，在無聯(lián)鎖貨場道岔使用過程中的鑰匙管理、作業(yè)過程管理和安全管理方面存在一定問題。①鑰匙管理方面。一是需要專門指定人員對機械鑰匙進行管理，領(lǐng)取和歸還流程比較繁瑣；二是攜帶多把機械鑰匙至現(xiàn)場作業(yè)，機械鑰匙與道岔機械U型鎖的對應(yīng)過程比較費時；三是U型鎖會生銹老化，普通機械鑰匙存在難以開鎖的問題；四是普通機械鑰匙無法識別和記錄開鎖人員身份，事故責(zé)任劃分難度較大。②作業(yè)過程管理方面。無聯(lián)鎖貨場道岔扳動作業(yè)過程管理主要由室外調(diào)車指揮人員負責(zé)，人員作業(yè)行為規(guī)范性依靠規(guī)章制度，難免出現(xiàn)行為錯誤；室內(nèi)調(diào)車指揮人員無法實時掌握無聯(lián)鎖貨場道岔扳動作業(yè)現(xiàn)場情況，也難以對現(xiàn)場作業(yè)過程進行有效控制。③安全管理方面。有些貨場安全監(jiān)控中心可實時查看現(xiàn)場作業(yè)視頻，從而有效提高現(xiàn)場作業(yè)規(guī)范性，但通過視頻信息無法發(fā)現(xiàn)虛鎖和不密貼等問題，且無聯(lián)鎖貨場難以做到攝像頭全部覆蓋。作業(yè)人員隨身攜帶的記錄儀和錄音設(shè)備雖然可以記錄作業(yè)人員的作業(yè)過程，但無法全面實時監(jiān)控人員的作業(yè)行為，且事后分析需要耗費大量人力資源。

非集中化管理存在一系列問題的根本原因是信息不共享。傳統(tǒng)管理模式采用的是“人盯人”粗放式的管理方式，管理層和作業(yè)層之間的信息不共享，缺乏執(zhí)行精細化管理的信息基礎(chǔ)。室外作業(yè)人員無法直觀掌握道岔的開通位置、鎖閉、密貼情況，室內(nèi)管理人員無法實時監(jiān)控現(xiàn)場人員的作業(yè)過程，從而對現(xiàn)場作業(yè)過程實施有效控制和安全管理。

2 鐵路無聯(lián)鎖貨場道岔集中化管理模式

無聯(lián)鎖貨場道岔管理的核心思路是以安全、效率為導(dǎo)向，優(yōu)化道岔維護和使用管理模式，采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)解決無聯(lián)鎖貨場管理層和作業(yè)層之間信息不共享的問題，集中統(tǒng)一進行維護和使用管理，實現(xiàn)基于信息共享的無聯(lián)鎖貨場道岔集中化管理。

2.1 道岔集中化管理技術(shù)基礎(chǔ)

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的成熟[5]，越來越多的企業(yè)致力于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用[6]，為低成本實現(xiàn)無聯(lián)鎖貨場道岔集中化管理創(chuàng)造了條件。其中低功耗設(shè)計、信息采集傳感器和無線信息傳輸網(wǎng)絡(luò)是解決集中化管理的關(guān)鍵技術(shù)[7]。物聯(lián)網(wǎng)低功耗設(shè)計利用低電壓超低功耗集成電路設(shè)計技術(shù)、低功耗傳感技術(shù)、低功耗無線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)和休眠喚醒機制降低室外設(shè)備的功耗，使其可在電池供電的條件下長時間工作，避免頻繁維護[8]。

無聯(lián)鎖貨場道岔集中化管理技術(shù)基礎(chǔ)如圖3所示，面向無聯(lián)鎖貨場管理人員和作業(yè)人員，以搭建無聯(lián)鎖貨場道岔集中化管理信息系統(tǒng)為目標，以無聯(lián)鎖貨場道岔狀態(tài)自動感知為核心，集成應(yīng)用區(qū)段占用感知傳感器、道岔狀態(tài)感知傳感器、無線傳輸設(shè)備、電子示意圖等軟硬件技術(shù)手段，實時地采集區(qū)段占用狀態(tài)、道岔扳動方向、開鎖人員身份、道岔鎖閉情況、道岔密貼狀態(tài)等信息，將各個信息傳輸?shù)綗o聯(lián)鎖貨場道岔集中化管理信息系統(tǒng)進行加工處理，在電子示意圖上集中展示給室內(nèi)管理人員，全面覆蓋無聯(lián)鎖貨場道岔的維護管理、鑰匙管理、過程管理、安全管理等管理領(lǐng)域，打造無聯(lián)鎖貨場道岔集中化管理信息系統(tǒng)。

圖3 無聯(lián)鎖貨場道岔集中化管理技術(shù)基礎(chǔ)Fig.3 Technical basis for centralized switch management of freight yards without interlocking

2.2 集中化管理模式設(shè)計

基于無聯(lián)鎖貨場道岔集中化管理信息系統(tǒng)可實現(xiàn)集中化管理模式，包括維護管理和使用管理2個部分。

2.2.1 維護管理

原有維護管理流程分為設(shè)備采購、設(shè)備安裝、定期巡檢維護、維修、更換等步驟，定期巡檢后如果發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障，則進行維修或更換。設(shè)備維護管理流程優(yōu)化如圖4所示，通過利用無聯(lián)鎖貨場道岔智能鎖、密貼傳感器等設(shè)備實時監(jiān)測并記錄道岔設(shè)備狀態(tài)變化信息，利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障，并將故障信息及時通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至室內(nèi)作業(yè)過程管理人員和安全管理人員，并通知設(shè)備維護部門到現(xiàn)場核查，從而解決設(shè)備巡檢周期過長和設(shè)備無法及時得到維修或更換的問題。

圖4 設(shè)備維護管理流程優(yōu)化Fig.4 Process optimization of equipment maintenance management

2.2.2 使用管理

使用管理包括鑰匙管理、作業(yè)過程管理和安全管理。

（1）鑰匙管理。針對現(xiàn)有鑰匙管理中存在的管理、使用效率低等問題，通過結(jié)合IC卡讀卡、無線傳輸、數(shù)據(jù)加密等技術(shù)，無聯(lián)鎖貨場道岔集中化管理信息系統(tǒng)實現(xiàn)作業(yè)人員身份識別、開鎖權(quán)限自動判斷、鎖銷自動彈開等功能。整個貨場只設(shè)置1名兼職的IC卡管理員，統(tǒng)一為每個無聯(lián)鎖貨場調(diào)車作業(yè)人員配備存儲了人員唯一身份信息的IC卡。作業(yè)人員調(diào)車作業(yè)前無需登記領(lǐng)取鑰匙，獲得無聯(lián)鎖貨場道岔集中化管理信息系統(tǒng)開鎖授權(quán)后用隨身攜帶的便攜式IC卡刷卡打開道岔智能鎖，智能鎖自動記錄存儲并上報開鎖人信息。個人IC卡丟失后，應(yīng)主動找IC卡管理員廢除舊IC卡并補發(fā)新卡。規(guī)定IC卡只能本人使用，私自借給他人使用應(yīng)承擔(dān)安全責(zé)任。鑰匙集中化管理模式下調(diào)車作業(yè)班組無需設(shè)置鑰匙管理崗位，調(diào)車作業(yè)人員也省去領(lǐng)取、歸還、登記等繁瑣流程，增加開鎖的便捷性，提升信息自動化獲取程度和共享程度、降低管理成本、提升管理效率。

（2）作業(yè)過程管理。通過IC卡識別、握柄位置傳感器、密貼傳感器、行程開關(guān)等技術(shù)手段，實時獲得現(xiàn)場作業(yè)過程信息，通過無線通信網(wǎng)絡(luò)傳輸至監(jiān)控中心，監(jiān)控中心可在電子地圖上圖形化顯示各種作業(yè)信息。通過無聯(lián)鎖貨場道岔集中化管理信息系統(tǒng)，室內(nèi)調(diào)車指揮人員可以實時掌握現(xiàn)場道岔的位置信息、區(qū)段占用信息、調(diào)車作業(yè)計劃執(zhí)行進度信息，并可通過排列進路控制現(xiàn)場調(diào)車作業(yè)人員的扳動時機和扳動方向。無聯(lián)鎖貨場道岔作業(yè)過程管理流程如圖5所示，主要包括獲得鉤計劃、進路排列、開放道岔、進路鎖閉和進路出清5個步驟。

圖5 無聯(lián)鎖貨場道岔作業(yè)過程管理流程Fig.5 Management process for switch operation of freight yards without interlocking

無聯(lián)鎖貨場道岔集中化管理信息系統(tǒng)通過獲取的作業(yè)鉤計劃，自動排列進路，對進路上道岔方向與進路方向不一致的道岔開放扳動權(quán)限，現(xiàn)場調(diào)車作業(yè)人員依據(jù)作業(yè)提示扳動相應(yīng)道岔至進路方向后，進路鎖閉，此時進路上全部道岔將無法進行扳動。當(dāng)監(jiān)測到整個進路已經(jīng)出清，相關(guān)道岔區(qū)段無機車車輛占用時，依據(jù)鉤計劃開始下一鉤的作業(yè)進路排列。無聯(lián)鎖貨場道岔集中化管理模式打破傳統(tǒng)管理模式下只由室外調(diào)車指揮人員對調(diào)車作業(yè)進行指揮的限制。室內(nèi)調(diào)車指揮人員通過排列調(diào)車進路并控制現(xiàn)場道岔智能鎖的開閉時機，實現(xiàn)對現(xiàn)場調(diào)車機車運行和道岔扳動作業(yè)的集中指揮和控制。

（3）安全管理。通過道岔扳動方向感應(yīng)、密貼傳感器、行程開關(guān)、安全邏輯判斷等技術(shù)手段，實時獲取調(diào)車作業(yè)計劃和作業(yè)狀態(tài)，比對分析作業(yè)風(fēng)險，自動進行作業(yè)風(fēng)險報警，安全管理人員根據(jù)自動風(fēng)險報警，進行有針對性的安全管理。室內(nèi)安全監(jiān)控中心的職責(zé)是監(jiān)視現(xiàn)場作業(yè)，仍然利用視頻實時監(jiān)測和事后分析的手段發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場作業(yè)安全問題，確保作業(yè)安全。作為輔助手段，安全監(jiān)控中心可以遠程監(jiān)控進路防護情況、道岔扳動方向、安全報警信息，事后查看安全報警記錄。現(xiàn)場室外調(diào)車指揮人員仍然負責(zé)安全盯控，智能鎖會對調(diào)車作業(yè)人員錯誤的操作進行自動防護和報警提示。安全管理集中化的優(yōu)點一是通過自動的報警信息，提高安全監(jiān)控效率；二是通過報警信息的存儲和統(tǒng)計分析報表，降低事后安全分析的勞動強度；三是現(xiàn)場通過自動化的安全防護和報警方式，減小室外調(diào)車指揮人員安全盯控的壓力。

2.3 配套措施

（1）強化信息系統(tǒng)建設(shè)。建設(shè)無聯(lián)鎖貨場道岔集中化管理信息系統(tǒng)，實現(xiàn)道岔狀態(tài)及現(xiàn)場作業(yè)狀況的實時獲取、異常信息自動報警等功能，提升無聯(lián)鎖貨場道岔維護和使用管理的信息化、智能化程度。

（2）加強管理制度建設(shè)。無聯(lián)鎖貨場道岔集中化管理模式下需要修改原有現(xiàn)場要道還道制度，制定新的無聯(lián)鎖貨場道岔集中化管理制度。室內(nèi)安全監(jiān)控中心通過信息系統(tǒng)對現(xiàn)場作業(yè)進行安全監(jiān)督，根據(jù)系統(tǒng)作業(yè)行為記錄進行事后績效考核分析。

（3）強化人員技能培訓(xùn)。在符合實際管理情況的前提下，盡量優(yōu)化無聯(lián)鎖貨場調(diào)車作業(yè)人員的結(jié)構(gòu)。組織無聯(lián)鎖貨場調(diào)車作業(yè)室內(nèi)、室外人員進行專門培訓(xùn)，定期交流反饋新管理模式應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)的問題，提出改進措施。

3 結(jié)束語

基于鐵路無聯(lián)鎖貨場道岔集中化管理模式研究成果，設(shè)計開發(fā)了無聯(lián)鎖貨場道岔集中化管理信息系統(tǒng)，已在路外專用線企業(yè)的無聯(lián)鎖貨場進行了為期10個月的試用，在試用期間該貨場未發(fā)生一起由道岔引起的調(diào)車作業(yè)安全事故，同時使得調(diào)車作業(yè)人員省去了鑰匙領(lǐng)取、歸還和插拔插銷等繁瑣作業(yè)環(huán)節(jié)。試用結(jié)果表明，系統(tǒng)對于提高道岔維護和使用管理效率、確保現(xiàn)場調(diào)車作業(yè)安全起到了至關(guān)重要的作用。隨著系統(tǒng)和管理模式的進一步推廣應(yīng)用，提出的無聯(lián)鎖貨場道岔集中化管理模式及配套措施將會有助于解決傳統(tǒng)無聯(lián)鎖貨場道岔維護和使用管理中存在的各種問題，優(yōu)化道岔維護和使用管理流程，減少人工作業(yè)環(huán)節(jié)和管理環(huán)節(jié)，提高作業(yè)和管理效率，最終實現(xiàn)無聯(lián)鎖貨場道岔管理的信息化、智能化和精細化。